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viernes, 22 de mayo de 2015

Sea el sistema de ecuaciones lineales ...

ENUNCIADO. Sea el sistema de ecuaciones lineales
\left\{\begin{matrix} x &+ &y &+& z& = & 1 \\ x &- &y &-& z& = & 0 \\ x &+ &y &+& m\,z& = & -1 \\ \end{matrix}\right.

Se pide:
a) Analizar el sistema en función de los valores que tome el parámetro m \in \mathbb{R}
b) Resolver el sistema para m:=-1

SOLUCIÓN.
a)
Reduciendo el sistema por Gauss ( f_1-f_2 \rightarrow f_2; f_1-f_3 \rightarrow f_3 ) obtenemos el siguiente sistema equivalente al original \left\{\begin{matrix} x &+ &y &+& z& = & 1 \\ & &2y &+& 2z& = & 1 \\ & & &+& (1-m)\,z& = & -1 \\ \end{matrix}\right.

de donde deducimos que en el caso de que 1-m sea cero ( y por tanto, m sea igual a 1 ), el sistema es incompatible ya que se llega así a una contradicción ( 0 = -1 ); por lo tanto, el sistema es incompatible para m=1. Para cualquier otro valor de m las tres ecuaciones son linelamente independientes: el rango del sistema es 3, valor que es igual al número de incógnitas; así, pues, por el Teorema de Rouché-Fröbenius, el sistema es compatible determinado para todo valor de m distinto de 1.

b)
Teniendo en cuenta, ahora, el valor de m ha de ser ( condición del enunciado ) igual a -1, el sistema de ecuaciones a resolver ( ya reducido ) es \left\{\begin{matrix} x &+ &y &+& z& = & 1 \\ & &2y &+& 2z& = & 1 \\ & & &+& 2z& = & -1 \\ \end{matrix}\right.

que, como ya se ha demostrado, tiene solución única ( por ser m \neq 1 ). Entonces, despejando z de la última ecuación, obtenemos z=-\dfrac{1}{2}; sustituyendo este valor en la segunda ecuación y despejando y, llegamos a y=1; y, finalmente, sustituyendo los valores de x e y, que hemos encontrado en los dos pasos anteriores, en la primera ecuación, y despejando x, vemos que x=\dfrac{1}{2}.
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