Linear Algebra - David Lay - 4ed Solutions - Chapter 1. Section 1.2 Solutions

En los ejercicios 1 y 2, determine cuáles matrices están en forma escalonada reducida y cuáles se encuentran solo en forma escalonada.


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En los ejercicios 3 y 4 aplique la reducción por filas a las matrices para llevarlas a la forma escalonada reducida. En las matrices original y final encierre en un círculo las posiciones pivote, e indique las columnas pivote.

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5. Describa las posibles formas escalonadas de una matriz de 2 2 diferente de cero. Utilice los símbolos ■, * y 0, como en la primera parte del ejemplo 1.   Get 1.2.5 exercise solution

6. Repita el ejercicio 5 para una matriz de 3 2 diferente de cero. Encuentre las soluciones generales de los sistemas cuyas matrices aumentadas se presentan en los ejercicios 7 a 14.


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  Get 1.2.10 exercise solution
  Get 1.2.11 exercise solution
  Get 1.2.12 exercise solution
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Los ejercicios 15 y 16 emplean la notación del ejemplo 1 para matrices en forma escalonada. Suponga que cada matriz representa la matriz aumentada para un sistema de ecuaciones lineales. En cada caso, determine si el sistema es consistente. De ser así, determine si la solución es única.


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En los ejercicios 17 y 18, determine el valor o los valores de h tales que la matriz sea la matriz aumentada de un sistema lineal consistente.

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En los ejercicios 19 y 20, asigne valores para h y k de manera que el sistema a) no tenga solución, b) tenga solución única, y c) tenga muchas soluciones. Dé respuestas por separado para cada inciso.

  Get 1.2.19 exercise solution
  Get 1.2.20 exercise solution

En los ejercicios 21 y 22, marque cada enunciado como verdadero o falso. Justifique cada respuesta.

21. a) En algunos casos, una matriz se puede reducir por filas a más de una matriz en forma escalonada reducida, mediante diferentes secuencias de operaciones de fila.
b) El algoritmo de reducción por filas solamente se aplica a matrices aumentadas para un sistema lineal.
c) En un sistema lineal una variable básica es una variable que corresponde a una columna pivote en la matriz de coeficientes.
d) Encontrar una descripción paramétrica del conjunto solución de un sistema lineal es lo mismo que resolver el sistema.
e) Si una fila en una forma escalonada de una matriz aumentada es [0 0 0 5 0], entonces el sistema lineal asociado es inconsistente.   Get 1.2.21 exercise solution

22. a) La forma escalonada reducida de una matriz es única.
b) Si cada columna de una matriz aumentada contiene un pivote, entonces el sistema correspondiente es consistente.
c) Las posiciones pivote en una matriz dependen de si se utilizan o no intercambios de filas en el proceso de reducción por filas.
d) Una solución general de un sistema es una descripción explícita de todas las soluciones del sistema.
e) Si un sistema tiene variables libres, entonces el conjunto solución contiene muchas soluciones.
  Get 1.2.22 exercise solution

23. Suponga que la matriz coeficiente de un sistema lineal de cuatro ecuaciones con cuatro variables tiene un pivote en cada columna. Explique por qué el sistema tiene solución única.   Get 1.2.23 exercise solution

24. Suponga que un sistema de ecuaciones lineales tiene una matriz aumentada de 3 5 cuya quinta columna no es una columna pivote. ¿El sistema es consistente? ¿Por qué?   Get 1.2.24 exercise solution

25. Suponga que la matriz coeficiente de un sistema de ecuaciones lineales tiene una posición pivote en cada fila. Explique por qué el sistema es consistente.   Get 1.2.25 exercise solution

26. Suponga que una matriz de coeficientes de 3 5 para un sistema tiene tres columnas pivote. ¿El sistema es consistente?¿Por qué?   Get 1.2.26 exercise solution

27. Restructure la última frase del teorema 2 empleando el concepto de columnas pivote: “Si un sistema lineal es consistente, entonces la solución es única si y solo si __________”.   Get 1.2.27 exercise solution

28. En una matriz aumentada, ¿qué se necesita saber acerca de las columnas pivote para determinar que el sistema lineal es consistente y tiene una solución única?   Get 1.2.28 exercise solution

29. Un sistema de ecuaciones lineales con menos ecuaciones que incógnitas se conoce como sistema subdeterminado. ¿Tal sistema puede tener una solución única? Explique su respuesta.   Get 1.2.29 exercise solution

30. Dé un ejemplo de un sistema subdeterminado inconsistente de dos ecuaciones con tres incógnitas.   Get 1.2.30 exercise solution

31. Un sistema de ecuaciones lineales con más ecuaciones que incógnitas se llama sistema sobredeterminado. ¿Tal sistema puede ser consistente? Ilustre su respuesta con un sistema específico
de tres ecuaciones con dos incógnitas.   Get 1.2.31 exercise solution

32. Considere que una matriz de n (n 1) se simplifica por filas a su forma escalonada reducida. Aproximadamente, ¿qué fracción del número total de operaciones (flops) está implicada en la fase regresiva de la reducción cuando n 20? ¿Y cuando n 200?   Get 1.2.32 exercise solution

Suponga que los datos experimentales están representados por un conjunto de puntos en el plano. Un polinomio de interpolación para los datos es un polinomio cuya gráfica pasa por todos los puntos.


33. Encuentre el polinomio de interpolación p(t) a0 a1t a2t2 para los datos (1, 6), (2, 15), (3, 28). Es decir, determine a0, a1 y a2 tales que



  Get 1.2.33 exercise solution

34.[M] En un experimento de túnel de viento, la fuerza sobre un proyectil debido a la resistencia del aire se midió a diferentes velocidades:

  Get 1.2.34 exercise solution

Linear Algebra - David Lay - 4ed Solutions - Chapter 1. Section 1.1 Solutions

En los ejercicios 1 a 4 resuelva cada sistema utilizando operaciones elementales de fila sobre las ecuaciones o sobre la matriz aumentada. Siga el procedimiento de eliminación sistemático explicado en esta sección.


Get 1.1.1 exercise solution
Get 1.1.2 exercise solution


3. Encuentre el punto (x1, x2) que pertenece tanto a la recta x1 + 2x2 4 como a la recta x1 x2 1. Observe la figura. Get 1.1.3 exercise solution




4. Obtenga el punto de intersección de las rectas x1 + 2x2=- 13 y 3x1 - 2x2 = 1. Get 1.1.4 exercise solution



En los ejercicios 5 y 6 considere que cada matriz es la matriz aumentada
de un sistema lineal. Exprese con palabras las siguientes dos operaciones elementales de fila que deben realizarse para resolver el sistema.
Get 1.1.5 exercise solution
Get 1.1.6 exercise solution
En los ejercicios 7 a 10, la matriz aumentada de un sistema lineal se redujo mediante operaciones de fila a la forma indicada. En cada caso, continúe con las operaciones adecuadas de fila y describa el
conjunto solución del sistema original.



Get 1.1.7 exercise solution
Get 1.1.8 exercise solution
Get 1.1.9 exercise solution
Get 1.1.10 exercise solution

En los ejercicios 11 a 14 resuelva los sistemas.

 

Get 1.1.11 exercise solution
Get 1.1.12 exercise solution
Get 1.1.13 exercise solution
Get 1.1.14 exercise solution

En los ejercicios 15 y 16 determine si los sistemas son consistentes.
No resuelva por completo dichos sistemas.
Get 1.1.15 exercise solution
Get 1.1.16 exercise solution


17. ¿Las tres rectas 2x1 + 3x2 = -1, 6x1 + 5x2 = 0, y 2x1 - 5x2 = 7 tienen un punto común de intersección? Explique su respuesta. Get 1.1.17 exercise solution

18. Diga si los tres planos 2x1 + 4x2 + 4x3 = 4, x2 - 2x3 = -2, y 2x1 + 3x2 = 0 tienen al menos un punto común de intersección. Explique su respuesta. Get 1.1.18 exercise solution

En los ejercicios 19 a 22, determine el valor o los valores de h tales que la matriz sea la matriz aumentada de un sistema lineal consistente.


Get 1.1.19 exercise solution
Get 1.1.20 exercise solution
Get 1.1.21 exercise solution
Get 1.1.22 exercise solution


 En los ejercicios 23 y 24, se citan enunciados clave de esta sección, con ligeras modificaciones (pero manteniendo su validez), o se alteraron de manera que, en algunos casos, son falsos. Marque cada enunciado como verdadero o falso, y justifique su respuesta. (Si el enunciado es verdadero, entonces indique la ubicación aproximada donde se presenta un enunciado similar, o haga referencia a una definición o un teorema. Si la afirmación es falsa, indique la ubicación de un enunciado que se haya citado o empleado incorrectamente, o cite un ejemplo que muestre la falsedad del enunciado en todos
los casos). Preguntas similares de falso/verdadero se presentarán en muchas secciones del libro.


23. a) Todas las operaciones elementales de fila son reversibles.
b) Una matriz de 5 6 tiene seis filas.
c) El conjunto solución de un sistema lineal que incluye a las variables x1,…, xn es una lista de números (s1,…, sn) que da validez a cada ecuación del sistema cuando se sustituyen los valores s1,…, sn por x1,…, xn, respectivamente.
d) Las dos preguntas fundamentales acerca de un sistema lineal
incluyen existencia y unicidad. Get 1.1.23 exercise solution

24. a) Dos matrices son equivalentes por filas si tienen el mismo número de filas.
b) En una matriz aumentada, las operaciones elementales de fila no modifican nunca el conjunto solución del sistema lineal asociado.
c) Dos sistemas lineales equivalentes pueden tener diferentes conjuntos solución.
d) Un sistema consistente de ecuaciones lineales tiene una o más soluciones.  Get 1.1.24 exercise solution

25. Encuentre una ecuación que incluya a g, h y k, y que permita que esta matriz aumentada corresponda a un sistema consistente:

Get 1.1.25 exercise solution
 
26. Suponga que el sistema que aparece a continuación es consistente para todos los posibles valores de f y g. ¿Qué puede decirse acerca de los coeficientes c y d? Justifique su respuesta.

Get 1.1.26 exercise solution

27. Suponga que a, b, c y d son constantes tales que a es diferente de cero y el sistema que aparece a continuación es consistente para todos los posibles valores de f y g. ¿Qué podría decir acerca de los números a, b, c y d? Justifique su respuesta.
Get 1.1.27 exercise solution

28. Construya tres diferentes matrices aumentadas para los sistemas lineales cuyo conjunto solución es x1 = 3, x2=- 2, x3 =- 1. Get 1.1.28 exercise solution

En los ejercicios 29 a 32, encuentre la operación elemental de fila que transforme a la primera matriz en la segunda, y luego encuentre la operación de fila inversa que transforme a la segunda matriz en la
primera.


Get 1.1.29 exercise solution
Get 1.1.30 exercise solution
Get 1.1.32 exercise solution
Get 1.1.30 exercise solution

Un importante asunto en el estudio de transferencia de calor es determinar la distribución de temperatura de estado estable de una placa delgada cuando se conoce la temperatura en los bordes. Suponga que la placa que se ilustra en la figura representa una sección transversal de una viga de metal, con flujo de calor despreciable en la dirección perpendicular a la placa. Sean T1,…, T4 las temperaturas en los cuatro nodos interiores de la malla en la figura. La temperatura en un nodo es aproximadamente igual al promedio de las temperaturas de los cuatro nodos más cercanos, esto es, a la izquierda, arriba, a la derecha y abajo. Por ejemplo, T1 (10 + 20+ T2+ T4)/ 4, o 4T1 - T2 - T4 = 30




33. Escriba un sistema de cuatro ecuaciones cuya solución dé estimaciones de las temperaturas T1,…, T4. Get 1.1.33 exercise solution

34. Resuelva el sistema de ecuaciones del ejercicio 33. [Sugerencia: Para conseguir rapidez en el cálculo, intercambie las filas 1 y 4 antes de iniciar las operaciones de “remplazo”]. Get 1.1.34 exercise solution