Ejercicios de Algebra
Diagonalización de matrices
Dada la matriz
Relación entre la matriz diagonal y la dada, D=P-1AP
Estudiar para qué valores de a y b es diagonizable la matriz
Primer caso, a=2, valor propio doble
Segundo caso, a=0. El valor propio 2 es doble
Tercer caso, a≠0,2
Dada la matriz
Estudiar para qué valores del parámetro a, es diagonizable la matriz
Primer caso, a≠0,2
Segundo caso, a=0. Un valor propio doble
Tercer caso, a=2. Un valor propio doble
Estudiar para qué valores de a y b, es diagonizable la matriz
Caso: a≠-1 y 1, los valores propios son simples⇒Diagonalizable
Caso: a=-1⇒λ=0, es doble
Caso: a=1⇒λ=2, es doble
Caso a≠-1, 1 valores propios distintos, DIAGONALIZABLE
Caso a=1, 0 valor propio doble
Caso a=1, 2 valor propio doble
¿Es diagonalizable?. En caso afirmativo calcular la base tal que la matriz asociada es diagonal y hallar la relación entre la matriz diagonal y la dada A.
>> syms v >> A=sym('[-1-v,0,-3;3,2-v,3;-3,0,-1-v]') A = [ - v - 1, 0, -3] [ 3, 2 - v, 3] [ -3, 0, - v - 1] >> solve(det(A)) ans = 2 2 -4 >> A1=sym('[-3,0,-3;3,0,3;-3,0,-3]') A1 = [ -3, 0, -3] [ 3, 0, 3] [ -3, 0, -3]
Ker(f-2e)={(x,y,-x)}, dos vectores propios (1,0,-1),(0,1,0)
>> A2=sym('[3,0,-3;3,6,3;-3,0,3]') A2 = [ 3, 0, -3] [ 3, 6, 3] [ -3, 0, 3] >> syms x y z >> [x y]=solve('x-z','x+2*y+z') x = z y = -z
Ker(f+4e)={(x,-x,x)}, dos vectores propios (1,-1,1)
>> A=sym('[-1,0,-3;3,2,3;-3,0,-1]') A = [ -1, 0, -3] [ 3, 2, 3] [ -3, 0, -1] >> P=sym('[1,0,1;0,1,-1;-1,0,1]') P = [ 1, 0, 1] [ 0, 1, -1] [ -1, 0, 1] >> D=P\A*P D = [ 2, 0, 0] [ 0, 2, 0] [ 0, 0, -4]
Con la función
>> A=sym('[-1,0,-3;3,2,3;-3,0,-1]') A = [ -1, 0, -3] [ 3, 2, 3] [ -3, 0, -1] >> [V D]=eig(A) V = [ 1, 0, -1] [ -1, 1, 0] [ 1, 0, 1] D = [ -4, 0, 0] [ 0, 2, 0] [ 0, 0, 2] >> V\A*V ans = [ -4, 0, 0] [ 0, 2, 0] [ 0, 0, 2]
>> syms a b v >> A=sym('[a+2-v,b,0;3,2-v,-3;2,b,a-v]') A = [ a - v + 2, b, 0] [ 3, 2 - v, -3] [ 2, b, a - v] >> solve(det(A)) ans = 2 a a + 2
>> A=sym('[2,b,0;3,0,-3;2,b,0]') A = [ 2, b, 0] [ 3, 0, -3] [ 2, b, 0] >> rank(A) ans =2
no depende de b, NO DIAGONALIZABLE
>> A=sym('[0,b,0;3,0,-3;2,b,-2]') A = [ 0, b, 0] [ 3, 0, -3] [ 2, b, -2]
Será diagonalizable si b=0
Los valores propios son distintos, es DIAGONALIZABLE
Con la función
>> syms a b >> A=sym('[a+2,b,0;3,2,-3;2,b,a]') A = [ a + 2, b, 0] [ 3, 2, -3] [ 2, b, a] >> [V D]=eig(A) V = [ 1, 1, (3*b)/(2*(a + (3*b)/2 - 2))] [ -a/b, 0, -3/(a + (3*b)/2 - 2)] [ 1, 1, 1] D = [ 2, 0, 0] [ 0, a + 2, 0] [ 0, 0, a]
Si a=0, NO DIAGONALIZABLE (1° vector columna=2° vector columna)
Si a=2, NO DIAGONALIZABLE (1° vector columna=3° vector columna)
¿Es diagonalizable?. En caso afirmativo calcular la base tal que la matriz asociada es diagonal y hallar la relación entre la matriz diagonal y la dada A.
>> A=sym('[7,-2,1;-2,10,-2;1,-2,7]') A = [ 7, -2, 1] [ -2, 10, -2] [ 1, -2, 7] >> [V D]=eig(A) V = [ 1, 2, -1] [ -2, 1, 0] [ 1, 0, 1] D = [ 12, 0, 0] [ 0, 6, 0] [ 0, 0, 6] >> V\A*V ans = [ 12, 0, 0] [ 0, 6, 0] [ 0, 0, 6]
>> syms a v >> A=sym('[1-v,a-1,1;0,a-v,1;1,0,a-v]') A = [ 1 - v, a - 1, 1] [ 0, a - v, 1] [ 1, 0, a - v] >> solve(det(A)) ans = 1 a + 1 a - 1
Los tres valores son distintos, DIAGONALIZABLE
>> A=sym('[0,-1,1;0,-1,1;1,0,-1]') A = [ 0, -1, 1] [ 0, -1, 1] [ 1, 0, -1] >> rank(A) ans = 2
NO DIAGONALIZABLE
>> A=sym('[0,1,1;0,1,1;1,0,1]') A = [ 0, 1, 1] [ 0, 1, 1] [ 1, 0, 1] >> rank(A) ans =2
Tampoco es DIAGONALIZABLE
>> A=sym('[1,a-1,1;0,a,1;1,0,a]') A = [ 1, a - 1, 1] [ 0, a, 1] [ 1, 0, a] >> [V D]=eig(A) V = [ 1 - a, 1, -1] [ -1/(a - 1), 1, -1] [ 1, 1, 1] D = [ 1, 0, 0] [ 0, a + 1, 0] [ 0, 0, a - 1]
Para a=0, 1ª columna =2ª columna, NO DIAGONALIZABLE
Para a=2, 1ª columna =3ª columna, NO DIAGONALIZABLE
Hallando los valores propios:
Valores propios: λ=0, λ=2, λ=a+1
no depende de b⇒ dim(ker(f))=1≠2, No diagonizable
>> syms a b v >> A=sym('[a-v,1,1;a,1-v,2*b;0,0,2-v]') A = [ a - v, 1, 1] [ a, 1 - v, 2*b] [ 0, 0, 2 - v] >> solve(det(A)) ans = 0 2 a + 1
>> A=sym('[-1,1,1;-1,1,2*b;0,0,2]') A = [ -1, 1, 1] [ -1, 1, 2*b] [ 0, 0, 2] >> A=sym('[-1,1,1;-1,1,2*b;0,0,2]') A = [ -1, 1, 1] [ -1, 1, 2*b] [ 0, 0, 2] >> rank(A) ans = 2
NO DIAGONALIZABLE
A = [ -1, 1, 1] [ 1, -1, 2*b] [ 0, 0, 0]
Es diagonalizable si b=-1/2
>> A=sym('[a,1,1;a,1,2*b;0,0,2]') A = [ a, 1, 1] [ a, 1, 2*b] [ 0, 0, 2] >> [V D]=eig(A) V = [ -1/a, -(b + 1/2)/(a - 1), 1] [ 1, -(a/2 + 2*b - a*b)/(a - 1), 1] [ 0, 1, 0] D = [ 0, 0, 0] [ 0, 2, 0] [ 0, 0, a + 1]
Si a=-1, 1ª columna =3ª columna, NO DIAGONALIZABLE
Rectas y planos
Sea r la recta de ecuaciones implĂcitas:
Intersección de recta y plano, z=x+y-3
Intersección de tres planos: z=(31-2x-6y)/3, z=(10-7x+5y)/5, z=3x-17y+52
Intersección de recta y=x/2, z=0 y plano z=(-1-x+y)/2
Intersección de recta y los planos z=-x-y, z=(1-2x-y)/3
Hallar las ecuaciones en forma continua y paramétrica
>> [x y]=meshgrid(-4:0.1:4); >> z=-2*x-y; >> mesh(x,y,z) >> grid on >> hold on >> z=x+y; >> mesh(x,y,z) >> hold off
Quitando el
>> x=-4:0.1:4; >> y=-3*x/2; >> z=-x/2; >> plot3(x,y,z) >> hold off
>> [x y]=meshgrid(-4:0.1:4); >> z=x+y-3; >> mesh(x,y,z) >> grid on >> hold on >> t=-7:0.1:5; >> x=1+t; >> y=1+2*t; >> z=-1-t; >> plot3(x,y,z) >> hold off
>> A=sym('[2, 6, 3;7, -5, 5;3, -17, -1]') A = [ 2, 6, 3] [ 7, -5, 5] [ 3, -17, -1] >> det(A) ans = 0 >> B=sym('[2, 6, 31;7, -5, 10;3, -17, -52]') B = [ 2, 6, 31] [ 7, -5, 10] [ 3, -17, -52] >> det(B) ans = 0
Representación gráfica
>> [x y]=meshgrid(-5:0.1:5); z=(31-2*x-6*y)/3; hold on grid on mesh(x,y,z) z=(10-7*x+5*y)/5; mesh(x,y,z) z=3*x-17*y+52; mesh(x,y,z) hold off
A = [ 1, -1, 2] [ 1, -2, 0] [ 0, 0, 1] >> det(A) ans = -1
Representación gráfica
>> [x y]=meshgrid(-5:0.1:5); hold on grid on z=(-1-x+y)/2; mesh(x,y,z) >> x=-5:0.1:5; >> y=x/2; z=0*x; plot3(x,y,z) >> hold off
>> [x y]=meshgrid(-10:0.1:10); >> hold on grid on z=-x-y; mesh(x,y,z) z=(1-2*x-y)/3; mesh(x,y,z) t=-5:0.1:5; x=1+3*t; y=5+2*t; z=-2-t; plot3(x,y,z) hold off