I. Operaciones con matrices usando Mathematica

Documentos relacionados
CAPÍTULO 3 VECTORES Y MATRICES 2.- DEFINICIÓN DE VECTORES Y DE MATRICES 3.- OPERACIONES CON VECTORES Y MATRICES

FUNDAMENTOS MATEMÁTICOS (Grado en Ingeniería Informática) Práctica 8. MATRICES

Guía de uso de DERIVE. 2) Botones de acceso rápido Al colocar el cursor sobre el botón aparece un recuadro con su función

Matrices y Sistemas de Ecuaciones lineales

Conjuntos y matrices. Sistemas de ecuaciones lineales

CURSO BÁSICO DE MATEMÁTICAS PARA ESTUDIANTES DE ECONÓMICAS Y EMPRESARIALES

UNIDAD I: SISTEMAS DE DOS ECUACIONES CON DOS INCÓGNITAS

EJERCICIOS DE ÁLGEBRA LINEAL TEMA 1 ESPACIOS VECTORIALES

BLOQUE DE ÁLGEBRA: TEMA 1: MATRICES.

1. Matrices. Operaciones con matrices

Resolución de sistemas de ecuaciones lineales

Tema 1. Espacios Vectoriales. Sistemas de ecuaciones.

Tema 1: Matrices. Sistemas de ecuaciones. Determinantes

Tema 1. Espacios Vectoriales. Sistemas de ecuaciones.

Sistemas de Ecuaciones Lineales y Matrices

Curso ON LINE Tema 5 LAS MATRICES

Procedimiento para encontrar la inversa de una matriz cuadrada (Método de Gauss-Jordan).

Una forma fácil de recordar esta suma (regla de Sarrus): Primero vamos a estudiar algunas propiedades de los determinantes.

TEMA 1: MATRICES Y DETERMINANTES

Sistemas de Ecuaciones Lineales

TEST DE MATRICES. Dadas A = (-3 4 1/2) y B = (1/3 0-2), cuál es el resultado de multiplicar la matriz A por la traspuesta de B?

Matrices y Sistemas Lineales

A cada matriz n-cuadrada A = (ai j ) se le asigna un escalar particular denominado determinante de A, denotado por det (A), A o

RESOLUCIÓN DE SISTEMAS LINEALES

TEMA 7: MATRICES. OPERACIONES.

Matrices, determinantes y sistemas de ecuaciones lineales

Matrices y Sistemas Lineales

FUNDAMENTOS MATEMÁTICOS (Grado en Ingeniería Informática) Práctica 8. SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES

Tema 1: Matrices. El concepto de matriz alcanza múltiples aplicaciones tanto en la representación y manipulación de datos como en el cálculo numérico.

Matrices elementales. Forma normal de Hermite

de la forma ), i =1,..., m, j =1,..., n, o simplemente por (a i j ).

4. Sistemas de ecuaciones lineales

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR MA1116 abril-julio de 2009 Departamento de Matemáticas Puras y Aplicadas. Ejercicios sugeridos para :

Se llama adjunto de un elemento de una matriz A, al número resultante de multiplicar por el determinante de la matriz complementaria

1 Operaciones con matrices

MATRICES. Una matriz es un conjunto de números o expresiones dispuestos en forma rectangular, formando filas y columnas.

Más ejercicios y soluciones en fisicaymat.wordpress.com MATRICES, DETERMINANTES Y SISTEMAS DE ECUACIONES

Tema 1 CÁLCULO MATRICIAL y ECUACIONES LINEALES

Órdenes y funciones básicas (segunda parte) Práctica 2.

Lo rojo sería la diagonal principal.

solucionario matemáticas II

Definición Dados dos números naturales m y n, una matriz de orden o dimensión m n es una tabla numérica rectangular con m filas y n columnas.

1. Utilizar el método de Gauss para clasificar y resolver cuando sea posible los siguientes sistemas: x 3y + 7z = 10 5x y + z = 8 x + 4y 10z = 11

Matrices: repaso. Denotaremos con M m n el conjunto de matrices de tamaño m n, o sea, de m filas y n columnas. Una matriz A M m n es de la forma A =

3. Determinantes. Propiedades. Depto. de Álgebra, curso

Capítulo 5. Cálculo matricial. 5.1 Matrices

3. ÁLGEBRA LINEAL // 3.1. SISTEMAS DE

SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES Y MATRICES

TEMA 8. Sistemas de Ecuaciones Lineales: Método de Gauss. 1. Sistemas de ecuaciones lineales. Generalidades

Estos apuntes se han sacado de la página de internet de vitutor con pequeñas modificaciones.

SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES MÉTODO DE LA MATRIZ INVERSA

RESOLUCIÓN DE SISTEMAS MEDIANTE DETERMINANTES

Tema 3: Espacios vectoriales

Matemáticas 2ºBachillerato Aplicadas a las Ciencias Sociales. Un sistema de ecuaciones lineales es un conjunto de ecuaciones lineales de la forma:

practica3.nb 1 Práctica 3

Si A es una matriz cuadrada n x n, tal que A 2 = A, e I es la matriz unidad ( n x n ), qué matriz es B 2, si B = 2ª - I?

Matrices y determinantes

CAPÍTULO VIII MATRICES

SISTEMAS DE ECUACIONES. Un sistema de m ecuaciones lineales con n incógnitas, x 1, x 2,, x n es un conjunto de m igualdades de la forma:

MATEMÁTICAS 2º BACH TECNOL. MATRICES. Profesor: Fernando Ureña Portero MATRICES

Núcleo e Imagen de una aplicación lineal.

Determinantes. Determinante de orden uno. a 11 = a 11 5 = 5

TEMA 1. MATRICES, DETERMINANTES Y APLICACIÓN DE LOS DETERMINANTES. CONCEPTO DE MATRIZ. LA MATRIZ COMO EXPRESIÓN DE TABLAS Y GRAFOS.

Dos matrices son iguales cuando tienen la misma dimensión y los elementos que ocupan el mismo lugar en ambas son iguales

!MATRICES INVERTIBLES

2. Sistemas de ecuaciones lineales.

Matrices, determinantes y sistemas de ecuaciones lineales

11.SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES DEFINICIÓN DE ECUACIÓN LINEAL DEFINICIÓN DE SISTEMA LINEAL Y CONJUNTO SOLUCIÓN

Capítulo 2. Determinantes Introducción. Definiciones

Se dice que una matriz cuadrada A es invertible, si existe una matriz B con la propiedad de que

ACTIVIDADES SELECTIVIDAD MATRICES

ÁLGEBRA Algunas soluciones a la Práctica 4

Apellidos: Nombre: NIF:

102 EJERCICIOS DE ALGEBRA LINEAL por Francisco Rivero Mendoza Ph.D.

MATEMÁTICAS PARA ECONOMISTAS I MATRICES, DETERMINANTES Y SISTEMAS DE ECUACIONES

Matrices y sistemas lineales

BOLETÍN DE MATRICES 2 IES A Sangriña Curso 2016/ Calcula la matriz inversa, si existe, usando el método de Gauss:

Relación de problemas. Álgebra lineal.

Tema 5: Determinantes.

Sistemas de ecuaciones lineales

MATRICES, DETERMINANTES Y SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES

Práctica 2: Matrices. Sistemas de ecuaciones lineales.

Determinantes. Concepto de determinante A cada matriz cuadrada A se le asigna un número denominado determinante de A, denotado por A o por det (A).

RESOLUCIÓN DE SISTEMAS MEDIANTE DETERMINANTES

Resumen 3: Matrices, determinantes y sistemas de ecuaciones

Matrices, Determinantes y Sistemas Lineales.

3.7. Determinantes. Definición. El determinante de una matriz cuadrada es la suma equilibrada de todos esos posibles Definición de determinante.

MATRICES OPERACIONES BÁSICAS CON MATRICES

Definición de matriz Una matriz A es un conjunto de números dispuestos en filas y en columnas.

Fundamentos matemáticos. Tema 2 Matrices y ecuaciones lineales

SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES. Método de reducción o de Gauss. 1º DE BACHILLERATO DPTO DE MATEMÁTICAS COLEGIO MARAVILLAS AUTORA: Teresa González.

6.7. Clasificación de formas cuadráticas

x y z 3x 3y 3z b) 3x 3y+2 3z+4. x+2 y+2 z+2

PRACTICA: MATRICES Y DETERMINANTES A = B = C =

Tema 1: MATRICES. OPERACIONES CON MATRICES

Las matrices se denotarán usualmente por letras mayúsculas, A, B,..., y los elementos de las mismas por minúsculas, a, b,...

Problemas Ampliación de Matemáticas. Sistemas lineales 1.- Encontrar la factorización L U de las siguientes matrices:

Introducción a Matrices y Eliminación Gaussiana

RESOLUCIÓN DE SISTEMAS MEDIANTE DETERMINANTES

Matrices 1. Se denomina matriz a todo conjunto de números o expresiones dispuestos en forma rectangular, formando filas y columnas.

Transcripción:

PRÁCTICA 9: RESOLUCIÓN DE SISTEMAS LINEALES II I. Operaciones con matrices usando Mathematica Introducir matrices en Mathematica: listas y escritura de cuadro. Matrices identidad y diagonales. El programa Mathematica entiende las matrices como listas de listas. Pero, qué es una lista?; pues muy sencillo: { a1, a2,, an} es una lista de elementos. Las listas son objetos muy generales, y aquí sólo nos interesa destacar que { abc,, } representa un vector tridimensional; {{ ab, },{ cd, }} representa un matriz cuya primera fila es el primer vector {, } fila es { cd, }. A = 881, 2, 3 <, 88, 1, 1<< ab y cuya segunda Un ejemplo de matriz 2 3 es: que puedes escribir en la forma habitual de cuadro de números si haces cualquiera de estas dos acciones: Utiliza el símbolo convencional de matriz de la paleta BasicInput, que siempre muestra una matriz 2 2 a la que puedes añadir más filas tecleando CTRL a la vez que "retorno de carro" y añadir columnas tecleando CTRL+coma. Prueba a escribir la matriz A anterior. O bien, construye la matriz eligiendo Create Table/Matrix/Palette del menú Input. Prueba este método y escribe una matriz cualquiera de tamaño 4 3. Ahora bien, puede suceder que Mathematica nos devuelva las matrices escritas en forma de listas a lo cual no estamos acostumbrados, más bien preferimos verlas como un cuadro de números. Por ello, el programa Mathematica nos permite acceder a la representación habitual de la matriz A mediante la orden MatrixForm@ AD o bien A êê MatrixForm. Claro que es muy pesado escribir para cada matriz que nos aparezca la orden MatrixForm, así que viene muy bien ejecutar la siguiente orden al principio de la sesión $Post = Function@ x, If@ MatrixQ@ x D, MatrixForm@ x D, x DD; y así todas las matrices aparecen escritas en la forma habitual, de cuadro de números, sin tener que indicarlo cada vez. Cómo podemos trabajar con la matriz identidad? Para introducir la matriz identidad no es obligatorio teclear todos los ceros y unos que contiene, basta escribir la orden IdentityMatrix @ n D donde el número n indica el orden de la matriz identidad que deseamos usar. Así, por ejemplo, la entrada IdentityMatrix@ 3D da como salida la matriz 1 0 0 0 1 0 yz k 0 0 1{

Del mismo modo, para introducir una matriz diagonal disponemos de un atajo. El escribir la d, d,, d ] da lugar a una matriz cuyos elementos diagonales están en orden DiagonalMatrix[ { } 1 2 n la lista entre corchetes y obviamente ceros en los demás lugares. Por ejemplo, al ejecutar la orden DiagonalMatrix a, b, c, d @8 <D, conseguimos la matriz a 0 0 0 0 b 0 0 yz 0 0 c 0 k 0 0 0 d{ Operaciones con matrices. Traspuesta de una matriz. Las operaciones con matrices: suma, producto por un escalar y producto de matrices se indican en Mathematica en la forma convencional. Escribimos algunos ejemplos: Suma de matrices: La suma se escribe igual que lo hacemos a mano A + B Producto por un escalar: Tres veces la matriz A, se escribe 3 A (obsérvese el espacio entre el tres y el nombre de la matriz) o 3* A. u.v o Dot@u, vd da el producto escalar de vectores o el producto de matrices, según lo que sean u y v. Por ejemplo, 8 < 8 < ac+ bd a, b. c, d resulta J a b c d N. 8x, y< resulta 8 ax+ by,cx+ dy < órdenes: Para trasponer una matriz tenemos la orden A = J N; Transpose@AD 2 0 1 la respuesta es Transpose@AD i 1 2 j 2 0 y z k 3 1 {. Por ejemplo, al escribir las II. Método de Gauss para resolver sistemas lineales: la orden RowReduce de Mathematica 1. Información básica La resolución directa o los métodos directos de resolución de un sistema lineal se basan en la transformación del sistema original en otro equivalente cuyas soluciones se obtengan de forma sencilla. Es pues necesario, en primer lugar, observar que ciertos sistemas lineales son extraordinariamente fáciles de resolver. Entre estos tipos destacan los que su matriz de coeficientes es triangular o los que es ortogonal. Recordemos que si el sistema Ax = b es triangular superior el método de resolución es el conocido como sustitución hacia atrás o regresiva y que, análogamente, puede hacerse sustitución hacia delante o progresiva para los sistemas triangulares inferiores. Para otro tipos de matrices más generales se han desarrollado los métodos gaussianos, que son los métodos clásicos de reducción de sistemas a forma triangular. Están basados en la anulación de los

elementos bajo la diagonal principal de la matriz de coeficientes, mediante combinaciones lineales elementales de las ecuaciones. En el método de Gauss se observan dos fases: 1. En la primera se produce la eliminación gaussiana de todos los elementos subdiagonales de la matriz ampliada (la matriz formada por la matriz de coeficientes a la que se añade una última columna que es el vector de los términos independientes) 2. En la segunda fase hay que resolver un sistema triangular superior. La orden RowReduce[ ]. Al ejecutar la orden RowReduce@ AD se obtiene como resultado la forma escalonada reducida de la matriz A, para lo cual Mathematica utiliza una versión de la eliminación gaussiana para producir ceros por debajo de cada pivote, previamente convertido en 1, y también por encima (recuerda la eliminación de Gauss-Jordan). Por tanto, realiza la primera fase del método de Gauss y, en algunos casos, es necesario terminar el trabajo resolviendo el sistema triangular al que se ha llegado. Así, por ejemplo, RowReduceAJ 3 1 a 2 1 b NE produce como resultado J 1 0 a b 0 1 2a+ 3b N. (Nótese que se pueden usar matrices simbólicas, además de las numéricas). 3 1 x Por cierto que la operación anterior es una forma de resolver el sistema lineal ( )( ) = a 2 1 y ( b) x= a b Sus soluciones son {. y= 2a+ 3b 2. Ejercicios Ejercicio 1: Resuelve el sistema x+ y z = 1 x+ 2y + 5z = 1 2x+ y + 3z = 2 usando la orden RowReduce@matrizD 1 1 1 1 RowReduceA 1 2 5 1 Para ello aplica dicha orden a su matriz ampliada así: k 2 1 3 2 { 2 a 0 0 Ejercicio 2: Dada la matriz M = 0 2 a 0, se pide: 0 0 2 a 0 0 0 2 a) Repasa el método de Gauss-Jordan de cálculo de inversas y escribe cuál es la matriz de la que se parte para calcular la inversa de M. b) Usa la orden RowReduce@ matriz D del programa Mathematica para obtener esa inversa. c) El programa Mathematica tiene predefinida la orden Inverse@ M D que calcula la inversa de una matriz M. Úsala para calcular la inversa de la matriz M de este ejercicio.

Ejercicio 3: Si A es una matriz cuadrada regular, entonces RowReduce[ A ] IdentityMatrix[ A ], es decir, una matriz cuadrada regular es equivalente a la matriz identidad. 1 0 3 Comprueba que A = 4 2 4 es una matriz regular (inversible o de rango tres) verificando que se 7 8 9 reduce a la matriz identidad. La orden que debes ejecutar es 1 0 3 RowReduce A 4 2 4 k 7 8 9{ Ejercicio 4: Ejecuta la orden i RowReduce A 4 5 6 yze j z k 7 8 9{ y a la vista de la matriz obtenida responde a las siguientes preguntas: a) Has obtenido la matriz identidad? b) Cuál es el rango de la matriz A = 4 5 6? 7 8 9 Ejercicio 5:!Ojo!, la orden RowReduce[ m ] realiza las permutaciones de filas (nunca de columnas) que el programa decida. Así, por ejemplo, al ejecutar la orden produce la siguiente matriz reducida RowReduce A 2 4 6 k 1 0 1{ i 1 0 1 0 1 1 j yz z k 0 0 0{ a) Qué permutación de filas se ha realizado? Piensa que el programa realiza la eliminación gaussiana como nosotros la hacemos. b) Cuál es el rango de la matriz A = 2 4 6? 1 0 1 Ejercicio 6: Resuelve el sistema matriz ampliada. x+ 2y+ 3z = 1 2x+ 4y+ 6z = 2 x+ z = 0 aplicando la orden RowReduce@matrizD a su

III. La estructura de las soluciones de un sistema lineal 1. Información básica En esta sección vamos a usar las órdenes LinearSolve[, ] y NullSpace[ ] del programa Mathematica para resolver un sistema lineal Ax recordemos la estructura de sus soluciones. El conjunto de soluciones de un sistema compatible Ax = b. Para comprender el procedimiento, es preciso que Soluciones de la homogénea + una solución particular Y qué hace cada una de estas nuevas órdenes de Mathematica? = b admite la siguiente escritura: Por un lado, NullSpace[ A ] construye una lista de vectores que formen una base del espacio nulo de la matriz A, es decir, una base del espacio de soluciones de la homogénea Ax = 0. Por otro lado, LinearSolve[ A, b ] calcula una solución particular del sistema lineal Ax = b. 2. Ejercicios Ejercicio 7: Considera el sistema de ecuaciones lineales 2 x+ y t 4u = 4 3x y+ 2 z 5u = 13 x+ 3y+ z t 6u = 7. x + 2y 3z 2t 2u = 7 a) Usa NullSpace[ ] para calcular las soluciones del sistema homogéneo asociado, cuál es el rango de la matriz de coeficientes? b) Usa LinearSolve[ ] para obtener una solución particular del sistema lineal dado. Escribe todas sus soluciones. c) Resuélvelo usando el comando RowReduce[ ]. d) Resuélvelo usando el comando Solve[ ] (muy usado en la práctica 3). Ejercicio 8: Se quiere construir un tobogán con la forma que se ve en la figura de al lado. Se conjetura que esa curva es una función polinómica de grado menor o 50 igual que 4 : px ( ) = a+ bx+ cx + dx + ex, 2 3 4 que verifica las condiciones: p(0) = 50, p (10) = 30, 7 p (40) = 0, p (0) = y p (10) = 3. 12 a) Escribe el sistema lineal Ax = m que han de cumplir los coeficientes de p( x ). b) Resuelve el sistema anterior para calcular p( x ) y dibuja el polinomio. 40 30 20 10 10 20 30 40