Ejercicios de Algebra

Diagonalización de matrices

  1. Dada la matriz

  2. A=( -1 0 -3 3 2 3 -3 0 -1 )

    ¿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)

  3. Relación entre la matriz diagonal y la dada, D=P-1AP

  4. >> 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 eig

    >> 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]
  5. Estudiar para qué valores de a y b es diagonizable la matriz

  6. A=( a+2 b 0 3 2 -3 2 b a )

    >> 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
    1. Primer caso, a=2, valor propio doble

    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

    3. Segundo caso, a=0. El valor propio 2 es doble

    4. >> 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

    5. Tercer caso, a≠0,2

    6. Los valores propios son distintos, es DIAGONALIZABLE

    Con la función eig

    >> 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)

  7. Dada la matriz

  8. A=( 7 -2 1 -2 10 -2 1 -2 7 )

    ¿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]
  9. Estudiar para qué valores del parámetro a, es diagonizable la matriz

  10. A=( 1 a-1 1 0 a 1 1 0 a )

    >> 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
    1. Primer caso, a≠0,2

    2. Los tres valores son distintos, DIAGONALIZABLE

    3. Segundo caso, a=0. Un valor propio doble

    4. >> 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

    5. Tercer caso, a=2. Un valor propio doble

    6. >> 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

  11. Estudiar para qué valores de a y b, es diagonizable la matriz

  12. ( a 1 1 a 1 2b 0 0 2 )

    Hallando los valores propios:

    | a-λ 1 1 a 1-λ 2b 0 0 2-λ |=(2-λ)( λ 2 -aλ-λ))=λ(2-λ)(λ-a-1)

    Valores propios: λ=0, λ=2, λ=a+1

    1. Caso: a≠-1 y 1, los valores propios son simples⇒Diagonalizable

    2. Caso: a=-1⇒λ=0, es doble

    3. r( -1 1 1 -1 1 2b 0 0 2 )=2

      no depende de b⇒ dim(ker(f))=1≠2, No diagonizable

    4. Caso: a=1⇒λ=2, es doble

    5. r( -1 1 1 1 -1 2b 0 0 0 )={ 2,b -1 2 No diagonalizable. 1,b= -1 2 diagonalizable.

    >> 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
    1. Caso a≠-1, 1 valores propios distintos, DIAGONALIZABLE

    2. Caso a=1, 0 valor propio doble

    3. >> 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

    4. Caso a=1, 2 valor propio doble

    5. 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

  1. Sea r la recta de ecuaciones implĂ­citas:

  2. r{ 2x+y+z=0 x+y-z=0

    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

    y+z=-2x y-z=-x }{ x=x y=- 3 2 x z=- x 2 x 2 = y -3 = z -1

    Quitando el hold off y añadiendo

    >> x=-4:0.1:4;
    >> y=-3*x/2;
    >> z=-x/2;
    >> plot3(x,y,z)
    >> hold off

  3. Intersección de recta { x=1+t y=1+2t z=1t y plano, z=x+y-3

  4. >> [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

  5. Intersección de tres planos: z=(31-2x-6y)/3, z=(10-7x+5y)/5, z=3x-17y+52

  6. >> 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

  7. Intersección de recta y=x/2, z=0 y plano z=(-1-x+y)/2

  8. 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

  9. Intersección de recta { x=1+3t y=5+2t z=2t y los planos z=-x-y, z=(1-2x-y)/3

  10. >> [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