martes, 17 de noviembre de 2020

Ejemplo de cálculo de la solución de un sistema compatible determinado empleando el método de la matriz inversa

ENUNCIADO. Se considera el sistema de ecuaciones lineales: $$\left\{\begin{matrix}x&+&2y&+&z&=&1 \\ x&+&2y&+&3z&=&0 \\ x&+&y&+&2z&=&0\end{matrix}\right.$$ a) Escríbase dicho sistema en forma matricial, y, sin resolverlo, demuéstrese que se trata de un sistema compatible determinado
b) Resuélvase mediante el método de la matriz inversa.

SOLUCIÓN.
a)
$$\begin{pmatrix}1&2&1\\ 1& 2 & 3 \\ 1&1&2\end{pmatrix}\begin{pmatrix}x\\y \\ z\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1\\0 \\ 0\end{pmatrix}$$ que puede abreviarse de la forma $$AX=B \quad (1)$$ siendo $A$ la matriz de los coeficientes del sistema, $X$ la matriz columna con las incógnitas, y $B$ la matriz columna de los términos independientes.

Como $\text{det}(A)=2 \neq 0$, el rango de $A$ es $3$ y el rango de la matriz de los coeficientes ampliada con la columna de los términos independientes es también $3$ ya que contiene como submatriz a la matriz de los coeficientes $A$. Además, este rango común, $r=3$ es igual al número de incógnitas. Así pues, por el teorema de Rouché-Frobenius, el sistema es compatible determinado.

b)
Como el rango de la matriz de los coeficientes $A$ es $3$, que es igual al orden de la matriz, dicha matriz $A$ es regular ( inversible ), luego tiene inversa. Por consiguiente, de (1), podemos calcular la matriz de las incógnitas, multiplicando por la matriz inversa por la izquierda en ambos miembros:
$AX=B$
  $A^{-1}\,AX=A^{-1}\,B$
    $I\,X=A^{-1}\,B$, donde $I$ es la matriz identidad de orden $3$, con lo cual:
      $X=A^{-1}\,B \quad (2)$


El cálculo de la matriz inversa de $A$ puede realizarse a partir del método de Gauss-Jordan o bien a partir del método de la matriz de los elementos adjuntos ( cofactores ). Omito este cálculo rutinario. El resultado es: $$A^{-1}=\begin{pmatrix}1/2&-3/2&2\\ 1/2& 1/2 & -1 \\ -1/2&1/2&0\end{pmatrix}$$
Así, de (2), llegamos a: $$\begin{pmatrix}x\\y \\ z\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1/2&-3/2&2\\ 1/2& 1/2 & -1 \\ -1/2&1/2&0\end{pmatrix}$$ esto es $$\begin{pmatrix}x\\y \\ z\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1/2\\1/2 \\ -1/2\end{pmatrix}$$ $\square$

domingo, 15 de noviembre de 2020

Puntualizaciones y anotaciones sobre los contenidos de la semana del 16 al 22 de noviembre


CORRECCIÓN DE UN ERROR DE DICCIÓN EN EL VÍDEO: En el instante 4:18, donde digo "(...) si tengo que utilizar la segunda columna no lo voy a conseguir (...)", quería decir "(...) si tengo que utilizar la segunda fila no lo voy a conseguir (...)".

A continuación, podéis ver una variante de resolución que me parece bastante interesante:

martes, 10 de noviembre de 2020

Una empresa de transportes tiene dos tipos de camiones ...

ENUNCIADO. Una empresa de transportes tiene dos tipos de camiones, los del tipo A con un espacio refrigerado de 20 metros cúbicos y un espacio no refrigerado de 40 metros cúbicos. Los del tipo B, con igual cubicaje total, al 50% de refrigerado y no refrigerado ( la capacidad de cada camión es de 60 metros cúbicos ). La contratan para el transporte de $3\,000$ metros cúbicos de producto que necesita refrigeración y $4\,000$ metros cúbicos de otro que no la necesita. El coste por kilómetro de un camión del tipo A es de 30 € y el B de 40 €. ¿Cuántos camiones de cada tipo ha de utilizar para que el coste total sea mínimo ?.


SOLUCIÓN.

lunes, 2 de noviembre de 2020

Puntualizaciones y anotaciones sobre los contenidos de la semana del 2 al 8 de noviembre

Tarea de progresión número 2 de la semana del 2 al 8 de noviembre

Ejercicio 12 de la página 55 del libro de texto base
ENUNCIADO.
Sabiendo que: $$\begin{vmatrix}a& b & c \\ d & e & f\\ g & h & i\end{vmatrix}=2$$ calcula el siguiene deterinante y explica las propiedades que utilices: $$\begin{vmatrix}a+2b & c & b \\ d+2e & f & e \\ g+2h & i & h\end{vmatrix}$$
SOLUCIÓN.
$$\begin{vmatrix}a+2b & c & b \\ d+2e & f & e \\ g+2h & i & h\end{vmatrix}=\begin{vmatrix}a & c & b \\ d & f & e \\ g & i & h\end{vmatrix}+\begin{vmatrix}2b & c & b \\ 2e & f & e \\2h & i & h\end{vmatrix}=$$

$$=-\begin{vmatrix}a & b & c \\ d & e & f \\ g & i & h\end{vmatrix}+2\,\begin{vmatrix}b & c & b \\ e & f & e \\h & i & h\end{vmatrix}=-2+0=-2$$ $\square$


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Ejercicio 24 de la página 59 del libro de texto base
ENUNCIADO.
Considera la matriz $A$ que dependen de un parámetro $a$: $$A=\begin{pmatrix}a^2 & a & 1 \\ 2a & a+1 & 2 \\ 1 & 1 & 1 \end{pmatrix}$$ a) ¿ Para qué valores de $a$ tiene $A$ inversa ? Justifica la respuesta
b) Para $a:=0$, halla la inversa de $A$
SOLUCIÓN.
a)
Para que una matriz $A$ de orden $n$ tenga matriz inversa, es condición necesaria y suficiente que su determinante sea distinto de cero. Decimos entonces que la matriz $A$ es regular ( o inversible ). Entonces, $\begin{vmatrix}a^2 & a & 1 \\ 2a & a+1 & 2 \\ 1 & 1 & 1 \end{vmatrix}=(a-1)^3=0 \Leftrightarrow a=1$. Por consiguiente, $A$ tiene inversa si y sólo si $a\neq 1$.
b) Para $a:=0$, $A=\begin{pmatrix}0 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 2 \\ 1 & 1 & 1 \end{pmatrix}$, y se puede comprobar ( por el método de Gauss-Jordan, o bien por el de la matriz de los cofactores ) que la matriz inversa asociada es $A^{-1}=\begin{pmatrix}1 & -1 & 1 \\ -2 & 1 & 0 \\ 1 & 0 & 0 \end{pmatrix}$
$\square$


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Ejercicio 35 de la página 63 del libro de texto base
ENUNCIADO.
Calcula el rango de la matriz $A$ según los diferentes valores del parámetro $a$: $$A=\begin{pmatrix}2 & 0 & a & 2\\ -1&0&-1&3\\ 5 & a+4& -4 & -3\end{pmatrix}$$ SOLUCIÓN.



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Ejercicio 50 de la página 89 del libro de texto base
ENUNCIADO.
Dado el siguiente sistema: $$\left\{\begin{matrix}x&&&+&z&=&1 \\ &&y&+&(a+1)\,z&=&0 \\ x&+&(a-1)\,y&+&a\,z&=&a\end{matrix}\right.$$ a) Discute el sistema según los valores del parámetro de $a$
b) Resuelve el sistema en todos los casos de compatibilidad.

SOLUCIÓN.


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EL PROBLEMA DE LA SEMANA del 2 al 8 de noviembre

Ejercicio 46 de la página 108 del libro de texto base
ENUNCIADO.
Una tienda de alimentación quiere ofrecer dos clases de bandejas: A y B. La bandeja A contiene $40$ gramos de queso manchego, $160$ gramos de roquefort y $80$ gramos de camembert; la bandeja B contiene $120$ gramos de cada uno de los tres tipos de queso anteriores. Para confeccionarlas disponen del $10,4$ kiglograms de queso manchego, $17,6$ kilogramos de roquefort y $11,2$ kilogramos de camembert.

El precio de venta es de $5,8$ euros la bandja A y de $7,32$ euros la bandeja B. El comerciante desea maximizar los ingresos.
a) Expresa la función objetivo.
b) Escribe mediante inecuaciones las restricciones del problema y represnta gráficamente el recinto definido ( región factible ). c) Determina el número de bandejas que debe vender de cada clase para que los ingresos obtenidos sean máximos. Calcula el valor de dicho máximo de ingresos.



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Tarea de progresión número 1 de la semana del 2 al 8 de noviembre

Ejercicio 53 de la página 26 del libro de texto base
ENUNCIADO.
Un hipermercado inicia una campaña de ofertas. En la primera de ellas descuenta un $4\,\%$ en un cierto producto A, un $6\,\%$ en el producto B y un $5\,\%$ en el producto C. A las dos semanas pone en marcha la segunda oferta, descontando un $8\,\%$ sobre el precio inicial de $A$, un $10\,\%$ sobre el precio inicial de B y un $6\,\%$ sobre el precio inicial de C.

Se sabe que si un cliente compra durante la primera oferta un producto A, dos B y tres C, se ahorra $16$ euros respecto del precio inicial; si compra en la segunda oferta tres productos A, uno B y cinco C, al ahorro es de $29$ euros; y si compra un producto A, uno B y uno C, sin ningún tipo de descuento, debe abonar $135$ euros.

Calcula el precio de cada producto antes de las ofertas.

SOLUCIÓN.
Denotando por $a,b$ y $c$ los precios de los tres productos, y de acuerdo con la información del enunciado, podemos escribir el siguiente sistema de ecuaciones lineales: $$\left\{\begin{matrix}a+b+c=135 \\ \dfrac{4}{100}\,a+\dfrac{6}{100}\cdot 2\,b+\dfrac{5}{100}\cdot 3 \,c=16 \\ \dfrac{8}{100}\cdot 3\,a+\dfrac{10}{100}\,b+\dfrac{6}{100}\cdot 5\,c=29\end{matrix}\right.$$ que es equivalente a $$\left\{\begin{matrix}a+b+c=135 \\ 4a+12b+15c=1\,600 \\ 24a+10b+30c=2\,900\end{matrix}\right.$$ y reduciéndolo por Gauss se obtiene ( fácilmente ): $c=60$ euros, $b=50$ euros y $a=25$ euros.$\square$

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Ejercicio 86 de la página 29 del libro de texto base
ENUNCIADO.
En un teatro hay localidades de tres clases, A, B y C, cuyos precios son $3$ euros, $6$ euros y $12$ euros, respectivamente. Cierto día, la recaudación total fue de $6\,600$ euros. Si se sabe, además, que de la clase A se vendieron tantas localidades como de las clases B y C juntas, y que de la B se vendió el doble que de la C, ¿ cuántas localidades de cada clase se vendieron ese día ?.

SOLUCIÓN.
Denotemos por $a,b$ y $c$ al número de localidades vendidas de cada uno de los tres tipos ( respectivamente, A, B y C ). Entonces, según el enunciado, podemos plantear el siguiente sistema de ecuaciones lineales: $$\left\{\begin{matrix}a+b+c=6\,600 \\ a= b+c \\ b=2c \end{matrix}\right.$$ De la terecera ecuación y la segunda ecuación vemos que $a=3c$, y sustituyendo en la primera llegamos a: $3c+2c+c=6\,600$, así $6\,c=6\,600 \Rightarrow c = 1\,100$ localidades de tipo C. Por consiguiente, $b=2\cdot 1\,100=2\,200$ localidades de tipo B, y $a=3\cdot 1\,100 = 3\,300$ localidades de tipo A. $\square$

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Ejercicio 24 de la página 39 del libro de texto base
ENUNCIADO.
Un constructor puede adquirir ladrillos ( L ), tejas (T), madera ( M ) y cemento (C ) de tres proveedores: P, Q y R. Los precios de cada proveedor por paquete de materiales vienen dados en miles de euros por los elementos de la matriz $$\begin{pmatrix}8 & 13 & 6 & 6 \\ 6 & 12 & 7 & 8 \\ 7 & 14 & 6 & 7\end{pmatrix}$$ El constructor tiene que comenzar tres obras. Necesita los siguientes paquetes:
a) Primera obra: $24$ de L, $5$ de T, $12$ de M y $18$ de C.
b) Segunda obra: $20$ de L, $7$ de T, $15$ de M y $20$ de C.
a) Tercera obra: $20$ de L, $4$ de T, $15$ de M y $15$ de C.
El constructor quiere adquirir todos los materiales de cada obra al mismo proveedor. ¿ Qué proveedor es el más económico ?.
SOLUCIÓN.


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Ejercicio 47 de la página 45 del libro de texto base
ENUNCIADO.
Resuelve el siguiente sistema matricial: $$\left\{\begin{matrix}2A+3B=\begin{pmatrix}0&-2\\-1&13\\11&-14\end{pmatrix} \\ \\ \\ A-3B=\begin{pmatrix}-18&8\\-5&-25\\-8&11\end{pmatrix}\end{matrix}\right.$$
SOLUCIÓN.
Sumando miembro a miembro la primera ecuación y la segunda ecuación, $$3A= \begin{pmatrix}0&-2\\-1&13\\11&-14\end{pmatrix}+ \begin{pmatrix}-18&8\\-5&-25\\-8&11\end{pmatrix}$$ y por tanto $$3A= \begin{pmatrix}-18&6\\-6&-12\\3&-3\end{pmatrix} \Rightarrow A=\dfrac{1}{3}\,\begin{pmatrix}-18&6\\-6&-12\\3&-3\end{pmatrix} =\begin{pmatrix}-6&2\\-2&-4\\1&1\end{pmatrix} $$ Ahora, de la primera ecuación, $$3B=\begin{pmatrix}0&-2\\-1&13\\11&-14\end{pmatrix}-2A$$ esto es $$3B=\begin{pmatrix}0&-2\\-1&13\\11&-14\end{pmatrix}-2\,\begin{pmatrix}-6&2\\-2&-4\\1&1\end{pmatrix}$$ y por tanto, $$B=\dfrac{1}{3}\begin{pmatrix}0&-2\\-1&13\\11&-14\end{pmatrix}-\dfrac{2}{3}\,\begin{pmatrix}-6&2\\-2&-4\\1&1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}4&-2\\1&7\\3&4\end{pmatrix}$$ $\square$


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