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1. Sistemas de ecuaciones lineales

2. Álgebra de matrices

3. Determinantes

4. Geometría de los vectores

5. Espacios vectoriales

6. Valores propios y diagonalización

7. Transformaciones lineales

8. Espacios euclidianos

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11 1 12 2 13 3 1 1

21 1 22 2 23 3 2 2

1 1 2 2 3 3

1 1 2 2 3 3

Sistema de ecuaciones lineales

...

...

...

...

...

...

es el número de incognitas

n n

n n

i i i in n i

m m m mn n m

a x a x a x a x b

a x a x a x a x b

a x a x a x a x b

a x a x a x a x b

n

es el número de ecuacionesm

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11 12 1 1 1

21 22 2 2 2

1 2

En términos de matrices el sistema

de ecuaciones se puede escribir

...

...

. . .

. . .

. . .

...

n

n

m m mn m m

a a a x b

a a a x b

a a a x b

Page 6: 1.Sistemas de ecuaciones lineales 2.Álgebra de matrices 3.Determinantes 4.Geometría de los vectores 5.Espacios vectoriales 6.Valores propios y diagonalización

11 12 1

21 22 2

1 2

Si

...

...

.

.

.

...

n

n

m m mn

a a a

a a a

a a a

A

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1 1

2 2

. . y

. .

. .

m m

x b

x b

x b

x b

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El sistema de ecuaciones se escribe

x bA

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1 1

1

1

x b

x b

x b

x b

A

A A A

I A

A

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1.Suma, multiplicación por un escalar y transposición

2.Multiplicación de matrices

3.Matrices inversas

4.Matrices elementales

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Si es una matriz cuadrada,

una matriz es llamada la

inversa de si y sólo si

y

A

B

A

AB I BA I

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Una matriz que tiene matriz inversa

es llamada matriz invertible.

Si es una matriz cuadrada, una matriz es llamada

la inversa de si y sólo si y A B

A AB I BA I

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Si es una matriz cuadrada, una matriz es llamada

la inversa de si y sólo si y . A B

A AB I BA I

Hay matrices que no tienen inversa

Si la inversa existe, es única

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1 1

1

1

x b

x b

x b

x b

A

A A A

I A

A

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Si es una matriz cuadrada invertible,

existe una secuencia de operaciones

elementales de los renglones que lleva

la matriz a la matriz identidad del

mismo tamaño, escribimos .

A

A I

A I

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1

Esta misma serie de operaciones en los

renglones lleva la matriz a .I A

Si es una matriz cuadrada invertible, existe una

secuencia de operaciones elementales de los

renglones que lleva la matriz a la matriz

identidad del mismo tamaño, escribimos .

A

A

I A I

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1 1 0 1 0 0

3 0 2 0 1 0

1 0 1 0 0 1

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12

3 1 3

3

/3

1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0

3 0 2 0 1 0 0 3 2 3 1 0

1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1

1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0

0 3 2 3 1 0 0 1 2 / 3 1 1 / 3 0

0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1

R R

R R R

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3 2

33

1 1 0 1 0 0

0 1 2 / 3 1 1 / 3 0

0 1 1 1 0 1

1 1 0 1 0 0

0 1 2 / 3 1 1 / 3 0

0 0 1 / 3 0 1 / 3 1

1 1 0 1 0 0

0 1 2 / 3 1 1 / 3 0

0 0 1 0 1 3

R R

R

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2 3 2 3

1 2

2 2

3 3

1 1 0 1 0 0

0 1 2 / 3 1 1 / 3 0

0 0 1 0 1 3

1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0

0 1 2 / 3 1 1 / 3 0 0 1 0 1 1 2

0 0 1 0 1 3 0 0 1 0 1 3

1 0 0 0 1 2

0 1 0 1 1 2

0 0 1 0 1 3

R R R R

R R

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Sea una matriz .

es invertible o no singular si existe

una matriz de rango tal que

n

n n

n n

A

A

B

AB = BA = I

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La matriz se llama inversa de y se denota

Cuando existe la matriz inversa es única

1B A A

Sea una matriz . es invertible o no singular si existe una

matriz de rango tal que n

n n

n n

A A

B AB = BA = I

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1. Sistemas de ecuaciones lineales

2. Álgebra de matrices

3. Determinantes

4. Geometría de los vectores

5. Espacios vectoriales

6. Valores propios y diagonalización

7. Transformaciones lineales

8. Espacios euclidianos

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Toda matriz cuadrada tiene asociado

un , que es un núdeterminant mero compl j .e e o

n n

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11 12 1

21 22 2

1 2

El determinante de la matriz se escribe

...

...

.det

.

.

...

n

n

n n nn

a a a

a a a

A

a a a

A

A

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,1

det sgn

La suma se calcula sobre todas las

permutaciones de los números

1,2,3,..., y sgn es 1 si la

permutación es par ó 1 si es impar.

n

n

i iS i

a

n

A

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11 22 12 21

*Permutaciones del 1 y el 2: 1,2 , 2,1

así que

det a a a a A

,1

det sgn

La suma se calcula sobre todas las permutaciones

de los números 1,2,3,..., y sgn es 1 si la

permutación es par ó 1 si es impar.

n

n

i iS i

a

n

A

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11 1211 21 21 12

21 22

En el caso de una matriz cuadrada 2 2

el determinante es el número complejo

deta a

a a a aa a

A A

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1 3 1 3det

2 4 2 4

1 4 3 2 10

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11 22 33 11 23 32 12 21 33 12 23 31 13 22 31 13 21 32

Permutaciones del 1, 2 y 3

1,2,3 , 1,3,2 , 2,1,3 , 2,3,1 , 3,2,1 , 3,1,2

así que

a a a a a a a a a a a a a a a a a a

,1

det sgn

La suma se calcula sobre todas las permutaciones

de los números 1,2,3,..., y sgn es 1 si la

permutación es par ó 1 si es impar.

n

n

i iS i

a

n

A

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11 12 13

21 22 23

31 32 33

11 22 33 12 23 31 13 21 32

11 23 32 12 21 33 13 22 31

En el caso de una matriz cuadrada 3 3

el determinante es el número complejo

det

a a a

a a a

a a a

a a a a a a a a a

a a a a a a a a a

A A

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5 3 3 5 3 3

3 1 0 det 3 1 0

4 2 3 4 2 3

5 3 3

3 1

5 3 3

3 1 0

0

4 2 3

Truco que solo sirve para matrices 3x3

1) Se duplican los renglones 1 y 2

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5 3 3

3 1 015 185 1 3

3

3 0124 2 3

27 0 1

2 3 4

3 3 5 2 0 4 15 3 3

3 1 0

3 0

3 2

2) Se multiplican diagonalmente hacía abajo con signo +

y diagonalmente hacía arriba con signo -

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1 0 2

4 1 5

1 1 2

1 0 2 1 0 2

4 1 5

4 3

det 4 1 5

2 3 2 2 3 2

1 0 2

4 1 5

2 3 2

2 24 0

0 15

2 2 0

4 0 2 1 3 5 2 1

5

4

2

33

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1.- Si todos los elementos de una fila o de una columna de

una matriz son cero, entonces su determinante es cero

2.- Si todos los elementos de una fila o de una columna de

una matriz se multiplican por el mismo número , entonces

su determinante se multiplica por .

3.- Si una par de filas o de columnas de una matriz se

intercambian, el determinante cambia de signo

k

k

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4.- Si una fila o una columna de una matriz es

proporcional a otra fila o a otra columna, el

determinante es cero.

5.- Si todos los elementos de una fila o de una

columna se pueden expresar como la suma de

dos términos, entonces el determinante puede

escribirse como la suma de dos determinantes,

cada uno de los cuales contiene uno de los

términos en la fila o columna correspondiente.

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6.- Si a todos los elementos de una fila o de una columna

se le añade veces el elemento correspondiente de otra

fila o columna, el valor del determinante no cambia.

k

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11 22 33

Si la matriz es triangular,

entonces

det ...

es decir, el determinante es el

producto de los elementos

diagonales.

nna a a a

A

A

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Usando las propiedades 1 a 6 expuestas

arriba, se lleva la matriz original a una

forma triangular cuyo determinante es

el producto de los elementos de la

diagonal

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1

Sea una matriz cuadrada .

Eligimos una fila, la ,

entonces

det 1

donde es el determinante de la matriz

que resulta de quitar la fila y la columna

ni j

ij ijj

ij

n n

i

a M

M

i j

A

A

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11 12 1

21 22 2

1 2

...

...

.

.

.

...

n

n

ijij

m m mn

a a a

a a a

Ma

a a a

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1

Sea una matriz cuadrada .

Eligimos una columna, la ,

entonces

det 1

donde es el determinante de la matriz

que resulta de quitar la fila y la columna

ni j

ij iji

ij

n n

j

a M

M

i j

A

A

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5 3 3

3 1 0

4 2 3

1) Se escoge un renglón.

Elegimos el primero.

2) Se toman los elementos de ese renglón uno por uno.

Empecemos por el elemento 5.

3) Se crea un nuevo determinante quitando el renglón

y la colum

-1 0

2 3

na del elemento escogido, es decir

A este determinante se le llama menor

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1 1

5 3 3

3 1 0

4 2 3

-1 0-1 5

2 3

Número de columna+Número de renglón

4) El determinante obtenido (el menor) se

multiplica por el elemento y se pone como

signo -1

En este caso

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5 3 3

3 1 0

4 2 3

5) Se hace lo mismo con todos los

elementos del renglón escogido.

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1 1 1 2 1 3

5 3 3

3 1 0

4 2 3

1 0 3 0 3 11 5 1 3 1 3

2 3 4 3 4 2

5 3 3 9 3 10 15 27 30 12

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1 1 1 2

1 3 1 4

0 3 4 2

1 0 2 2

1 3 2 1

3 2 3 1

0 2 2 1 2 2

1 0 3 2 1 1 3 1 2 1

2 3 1 3 3 1

1 0 2 1 0 2

1 4 1 3 1 1 2 1 3 2

3 2 1 3 2 3

1 2 2 1 2 2 1 0 2

3 1 2 1 4 1 2 1 2 1 3 2

3 3 1 3 3 1 3 2 3

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1 2 22 1 1 1 1 2

1 2 1 1 2 2 1 5 2 2 2 9 93 1 3 1 3 3

3 3 1

1 0 23 1 1 1 1 3

1 3 1 1 0 2 1 1 0 2 2 7 132 1 3 1 3 2

3 2 1

1 0 23 2 1 2 1 3

1 3 2 1 0 2 1 13 0 9 2 7 272 3 3 3 3 2

3 2 3

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1 1 1 2

1 3 1 4

0 3 4 2

1 0 2 2

1 3 2 1

3 2 3 1

0 2 2 1 2 2

1 0 3 2 1 1 3 1 2 1

2 3 1 3 3 1

1 0 2 1 0 2

1 4 1 3 1 1 2 1 3 2

3 2 1 3 2 3

3 9 4 13 2 27 25

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2. Álgebra de matrices

3. Determinantes

4. Geometría de los vectores

5. Espacios vectoriales

6. Valores propios y diagonalización

7. Transformaciones lineales

8. Espacios euclidianos

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Un espacio vectorial es un conjunto en el que hay definidas

dos operaciones:

suma + y multiplicación por un escalar.

* Es cerrado respecto a las dos operaciones

* Existe el 0 respecto a la suma

* Exi

V

ste el inverso respecto a la suma

* Las operaciones son asociativas y distributivas

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Sea un conjunto no vacio de objetos, llamados elementos.

El conjunto es un espacio lineal, o espacio vectorial o

espacio vectorial lineal si:

V

V

Axioma de cerradura bajo la suma:

Axioma 1. Para cualesquiera dos elementos y en

corresponde un único elemento en llamado la suma

y denotado como

x y V

V

x y

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Sea un conjunto no vacio de objetos, llamados elementos.

El conjunto es un espacio lineal, o espacio vectorial o

espacio vectorial lineal si:

V

V

Axioma de cerradura bajo la multiplicación por un real:

Axioma 2. Para cualquier elementos en y para

cualquier escalar corresponde un único elemento

en llamado el producto de por y denotado

x V

a

V a x como ax

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Axioma 3. Conmutatividad de la suma

Para todos y en se tiene

x y V

x y y x

Axioma 4. Asociatividad de la suma

Para todos , y en se tiene

x y z V

x y z x y z

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Axioma 5. Existencia del elemento 0

Hay un elemento en , denotado por 0, tal que

0 para todo en

V

x x x V

Axioma 6. Existencia del negativo

Para todo elemento en , el elemento -1 tiene la

propiedad

-1 0

x V x

x x

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Axioma 7. Asociatividad en la multiplicación por

un escalar

Para todo en y para todos los escalares

y , se tiene

x V

a b

a bx ab x

Axioma 8. Distributividad en la multiplicación por un

escalar respecto a la suma en

Para todo y en y para todo escalar , se tiene

V

x y V a

a x y ax ay

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Axioma 9. Distributividad en la adición de escalares

Para todo en y para todos los escalares y ,

se tiene

x V a b

a b x ax bx

Axioma 10. Existencia de la identidad

Para todo en , se tiene 1x V x x

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• Espacios vectoriales reales

• Espacio vectoriales complejos

A los números utilizados como multiplicadores se les denomina escalares. A los escalares los denotaremos por letras itálicas

A los elementos del espacio vectorial les llamaremos genéricamente vectores. A los vectores los denotaremos por letras itálicas con flecha arriba

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Sea el conjunto de todas las -adas de números reales.n nR

1 2 1 2

1 1 2 2 3

Para cualesquiera dos elementos

, ,..., y , ,..., de

definimos la suma como la -ada

, ,..., .

nn n

n

x x x x y y y y

x y n

x y x y x y x y

R

1 2

1 2

Para cualquier número real

y para cualquier -ada , ,..., de

definimos el producto por un número real

como la -ada

, ,...,

nn

n

r

n x x x x

rx

n

rx rx rx rx

R

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1)

2)

3)

4)

5) 0

6) 1 0

7)

8)

9)

10) 1

n

n

x y

rx

x y y x

x y z x y z

x x

x x

r sx rs x

rx ry r x y

rx sx r s x

x x

R

R

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: , continua

Matrices

nR

V f a b R f

M m n m n

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Sea el conjunto de funciones continuas definidas en el

intervalo , .

: , es continua en el intervalo

La suma y la multiplicación por un escalar son las usuales,

y ante bajo esas operaciones las

V

a b

V f a b R f

funciones siguen siendo

continuas, así que el conjunto es cerrado ante ambas

operaciones.

Las demás propiedades son triviales.

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El conjunto de matrices de un tamaño dado,

con componentes en los complejos ,

es un espacio vectorial

Matm n

C

C

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El cero 0 es único

El negativo, denotado como , es único

0 0

0 0

Si 0 entonces 0 ó 0

Si y 0, entonces

Si y 0, entonces

v

v

r

r v rv r v

rv r v

rv ru r v u

rv sv v r s

v

1

2 , 3 , y en general n

i

u v u v u

v v v v v v v v nv