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Contenido
2. Álgebra lineal
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Contenido: Tema 02
2. Álgebra lineal2.1 Determinantes y sistemas de ecuaciones lineales2.2 Matrices y propiedades fundamentales2.3 Problemas de eigenvalores2.4 Matrices especiales
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Contenido: Tema 02
2. Álgebra lineal2.1 Determinantes y sistemas de ecuaciones lineales2.2 Matrices y propiedades fundamentales2.3 Problemas de eigenvalores2.4 Matrices especiales
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesFundamentos
Consideremos un sistema de ecuaciones lineales,a1x1 + a2x2 + a3x3 = 0,b1x1 + b2x2 + b3x3 = 0,c1x1 + c2x2 + c3x3 = 0,
lo anterior lo podemos expresar también de la siguiente manera,a1 a2 a3b1 b2 b3c1 c2 c3
x1x2x3
= 0.
Para que el problema tenga solución, aparte de la solución trivial1, eldeterminante formado por los coeficientes ai, bi y ci debe ser cero,∣∣∣∣∣∣∣
a1 a2 a3b1 b2 b3c1 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ = 0.
1xi = 0, ∀ i = 1, 2, 3.Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 4/37
4/37
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesFundamentos
Consideremos un sistema de ecuaciones lineales,a1x1 + a2x2 + a3x3 = 0,b1x1 + b2x2 + b3x3 = 0,c1x1 + c2x2 + c3x3 = 0,
lo anterior lo podemos expresar también de la siguiente manera,a1 a2 a3b1 b2 b3c1 c2 c3
x1x2x3
= 0.
Para que el problema tenga solución, aparte de la solución trivial1, eldeterminante formado por los coeficientes ai, bi y ci debe ser cero,∣∣∣∣∣∣∣
a1 a2 a3b1 b2 b3c1 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ = 0.
1xi = 0, ∀ i = 1, 2, 3.Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 4/37
4/37
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesFundamentos
Consideremos un sistema de ecuaciones lineales,a1x1 + a2x2 + a3x3 = 0,b1x1 + b2x2 + b3x3 = 0,c1x1 + c2x2 + c3x3 = 0,
lo anterior lo podemos expresar también de la siguiente manera,a1 a2 a3b1 b2 b3c1 c2 c3
x1x2x3
= 0.
Para que el problema tenga solución, aparte de la solución trivial1, eldeterminante formado por los coeficientes ai, bi y ci debe ser cero,∣∣∣∣∣∣∣
a1 a2 a3b1 b2 b3c1 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ = 0.
1xi = 0, ∀ i = 1, 2, 3.Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 4/37
4/37
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesPropiedades de los determinantes• El intercambio de dos filas o columnas sólo cambia el signo delvalor del determinante,∣∣∣∣∣∣∣
a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ = −
∣∣∣∣∣∣∣a12 a11 a13a22 a21 a23a32 a31 a33
∣∣∣∣∣∣∣ .
• La propiedad anterior involucra lo siguiente: Cualquier determinantecon dos columnas/filas iguales, tendrá valor cero.
• La mult. de todos los elementos de una sola columna o fila por unacte. k modifica el valor del determinante por k,∣∣∣∣∣∣∣
ka11 a12 a13ka21 a22 a23ka31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ =
∣∣∣∣∣∣∣ka12 ka11 ka13a22 a21 a23a32 a31 a33
∣∣∣∣∣∣∣ = k
∣∣∣∣∣∣∣a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ .• Las propiedades anteriores indican también: Si dos columnas/filasson proporcionales ⇒ el determinante es cero.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesPropiedades de los determinantes• El intercambio de dos filas o columnas sólo cambia el signo delvalor del determinante,∣∣∣∣∣∣∣
a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ = −
∣∣∣∣∣∣∣a12 a11 a13a22 a21 a23a32 a31 a33
∣∣∣∣∣∣∣ .• La propiedad anterior involucra lo siguiente: Cualquier determinantecon dos columnas/filas iguales, tendrá valor cero.
• La mult. de todos los elementos de una sola columna o fila por unacte. k modifica el valor del determinante por k,∣∣∣∣∣∣∣
ka11 a12 a13ka21 a22 a23ka31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ =
∣∣∣∣∣∣∣ka12 ka11 ka13a22 a21 a23a32 a31 a33
∣∣∣∣∣∣∣ = k
∣∣∣∣∣∣∣a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ .• Las propiedades anteriores indican también: Si dos columnas/filasson proporcionales ⇒ el determinante es cero.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesPropiedades de los determinantes• El intercambio de dos filas o columnas sólo cambia el signo delvalor del determinante,∣∣∣∣∣∣∣
a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ = −
∣∣∣∣∣∣∣a12 a11 a13a22 a21 a23a32 a31 a33
∣∣∣∣∣∣∣ .• La propiedad anterior involucra lo siguiente: Cualquier determinantecon dos columnas/filas iguales, tendrá valor cero.
• La mult. de todos los elementos de una sola columna o fila por unacte. k modifica el valor del determinante por k,∣∣∣∣∣∣∣
ka11 a12 a13ka21 a22 a23ka31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ =
∣∣∣∣∣∣∣ka12 ka11 ka13a22 a21 a23a32 a31 a33
∣∣∣∣∣∣∣ = k
∣∣∣∣∣∣∣a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ .
• Las propiedades anteriores indican también: Si dos columnas/filasson proporcionales ⇒ el determinante es cero.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesPropiedades de los determinantes• El intercambio de dos filas o columnas sólo cambia el signo delvalor del determinante,∣∣∣∣∣∣∣
a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ = −
∣∣∣∣∣∣∣a12 a11 a13a22 a21 a23a32 a31 a33
∣∣∣∣∣∣∣ .• La propiedad anterior involucra lo siguiente: Cualquier determinantecon dos columnas/filas iguales, tendrá valor cero.
• La mult. de todos los elementos de una sola columna o fila por unacte. k modifica el valor del determinante por k,∣∣∣∣∣∣∣
ka11 a12 a13ka21 a22 a23ka31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ =
∣∣∣∣∣∣∣ka12 ka11 ka13a22 a21 a23a32 a31 a33
∣∣∣∣∣∣∣ = k
∣∣∣∣∣∣∣a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ .• Las propiedades anteriores indican también: Si dos columnas/filasson proporcionales ⇒ el determinante es cero.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesPropiedades de los determinantes
• Si los elementos de una columna (o fila) representan sumas de doscantidades, el determinante puede ser descompuesto en una sumade determinantes,∣∣∣∣∣∣∣
a11 + b1 a12 a13a21 + b2 a22 a23a31 + b3 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ =
∣∣∣∣∣∣∣a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣+∣∣∣∣∣∣∣b1 a12 a13b2 a22 a23b3 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ .
• Lo anterior involucra también: El valor de un determinante no cam-bia si un múltiplo de una columna/fila es añadido a otra columna/fila.
• Finalmente, si cada elemento de una columna/fila es cero, entoncesel determinante también tiene valor cero.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesPropiedades de los determinantes
• Si los elementos de una columna (o fila) representan sumas de doscantidades, el determinante puede ser descompuesto en una sumade determinantes,∣∣∣∣∣∣∣
a11 + b1 a12 a13a21 + b2 a22 a23a31 + b3 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ =
∣∣∣∣∣∣∣a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣+∣∣∣∣∣∣∣b1 a12 a13b2 a22 a23b3 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ .• Lo anterior involucra también: El valor de un determinante no cam-bia si un múltiplo de una columna/fila es añadido a otra columna/fila.
• Finalmente, si cada elemento de una columna/fila es cero, entoncesel determinante también tiene valor cero.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesPropiedades de los determinantes
• Si los elementos de una columna (o fila) representan sumas de doscantidades, el determinante puede ser descompuesto en una sumade determinantes,∣∣∣∣∣∣∣
a11 + b1 a12 a13a21 + b2 a22 a23a31 + b3 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ =
∣∣∣∣∣∣∣a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣+∣∣∣∣∣∣∣b1 a12 a13b2 a22 a23b3 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ .• Lo anterior involucra también: El valor de un determinante no cam-bia si un múltiplo de una columna/fila es añadido a otra columna/fila.
• Finalmente, si cada elemento de una columna/fila es cero, entoncesel determinante también tiene valor cero.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesCálculo de un determinante
Expansión en menoresEl menor correspondiente al elemento aij , se denota Mij o Mij(a), yrepresenta un determinante de orden n−1 que es resultado de eliminarla fila i y la columna j del determinante original, acompañádolo de loscofactores, definidos como (−1)i+j .
Por tanto, una expansión en menores, usando por ejemplo la fila i,queda como,
Dn =n∑j=1
aij(−1)i+jMij .
Un punto a considerar es seleccionar la fila/columna conmayor númerode ceros en ella, de tal manera que varios de los elementos de la ex-pansión se anulen.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesCálculo de un determinante
Expansión en menoresEl menor correspondiente al elemento aij , se denota Mij o Mij(a), yrepresenta un determinante de orden n−1 que es resultado de eliminarla fila i y la columna j del determinante original, acompañádolo de loscofactores, definidos como (−1)i+j .
Por tanto, una expansión en menores, usando por ejemplo la fila i,queda como,
Dn =n∑j=1
aij(−1)i+jMij .
Un punto a considerar es seleccionar la fila/columna conmayor númerode ceros en ella, de tal manera que varios de los elementos de la ex-pansión se anulen.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesCálculo de un determinante
Expansión en menoresEl menor correspondiente al elemento aij , se denota Mij o Mij(a), yrepresenta un determinante de orden n−1 que es resultado de eliminarla fila i y la columna j del determinante original, acompañádolo de loscofactores, definidos como (−1)i+j .
Por tanto, una expansión en menores, usando por ejemplo la fila i,queda como,
Dn =n∑j=1
aij(−1)i+jMij .
Un punto a considerar es seleccionar la fila/columna conmayor númerode ceros en ella, de tal manera que varios de los elementos de la ex-pansión se anulen.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesCálculo de un determinante
Método directo mediante expansiónEste método consiste en repetir las primeras n− 1 filas o columnas alfinal del determinante para luego realizar el producto del determinantede manera directa.
Ejemplificando,
∣∣∣∣∣∣∣a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣
=
∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣
a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33a11 a12 a13a21 a22 a23
∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣,
=
∣∣∣∣∣∣∣a11 a12 a13 a11 a12a21 a22 a23 a21 a22a31 a32 a33 a31 a32
∣∣∣∣∣∣∣ .
Es importante recordar que es posible aplicar este método sólo paradeterminantes de dimensión tres como máximo.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 8/378/37
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesCálculo de un determinante
Método directo mediante expansiónEste método consiste en repetir las primeras n− 1 filas o columnas alfinal del determinante para luego realizar el producto del determinantede manera directa.Ejemplificando,
∣∣∣∣∣∣∣a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣
=
∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣
a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33a11 a12 a13a21 a22 a23
∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣,
=
∣∣∣∣∣∣∣a11 a12 a13 a11 a12a21 a22 a23 a21 a22a31 a32 a33 a31 a32
∣∣∣∣∣∣∣ .Es importante recordar que es posible aplicar este método sólo paradeterminantes de dimensión tres como máximo.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesCálculo de un determinante
Método directo mediante expansiónEste método consiste en repetir las primeras n− 1 filas o columnas alfinal del determinante para luego realizar el producto del determinantede manera directa.Ejemplificando,
∣∣∣∣∣∣∣a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ =
∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣
a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33a11 a12 a13a21 a22 a23
∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣,
=
∣∣∣∣∣∣∣a11 a12 a13 a11 a12a21 a22 a23 a21 a22a31 a32 a33 a31 a32
∣∣∣∣∣∣∣ .Es importante recordar que es posible aplicar este método sólo paradeterminantes de dimensión tres como máximo.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesCálculo de un determinante
Método directo mediante expansiónEste método consiste en repetir las primeras n− 1 filas o columnas alfinal del determinante para luego realizar el producto del determinantede manera directa.Ejemplificando,
∣∣∣∣∣∣∣a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ =
∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣
a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33a11 a12 a13a21 a22 a23
∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣,
=
∣∣∣∣∣∣∣a11 a12 a13 a11 a12a21 a22 a23 a21 a22a31 a32 a33 a31 a32
∣∣∣∣∣∣∣ .
Es importante recordar que es posible aplicar este método sólo paradeterminantes de dimensión tres como máximo.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesCálculo de un determinante
Método directo mediante expansiónEste método consiste en repetir las primeras n− 1 filas o columnas alfinal del determinante para luego realizar el producto del determinantede manera directa.Ejemplificando,
∣∣∣∣∣∣∣a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33
∣∣∣∣∣∣∣ =
∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣
a11 a12 a13a21 a22 a23a31 a32 a33a11 a12 a13a21 a22 a23
∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣,
=
∣∣∣∣∣∣∣a11 a12 a13 a11 a12a21 a22 a23 a21 a22a31 a32 a33 a31 a32
∣∣∣∣∣∣∣ .Es importante recordar que es posible aplicar este método sólo paradeterminantes de dimensión tres como máximo.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones lineales
Tenemos el siguiente sistema de ecuaciones no−homogéneas2,
a1x1 + a2x2 + a3x3 = h1,
b1x1 + b2x2 + b3x3 = h2,
c1x1 + c2x2 + c3x3 = h3,
para resolverlo, primero definimos D como el determinante del sis-tema,
D =
∣∣∣∣∣∣∣a1 a2 a3b1 b2 b3c1 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ ,donde luego realizamos el producto x1D,
x1D =
∣∣∣∣∣∣∣x1a1 a2 a3x1b1 b2 b3x1c1 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ .
2es decir, que las ecuaciones son iguales a un valor 6= 0.Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 9/37
9/37
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones lineales
Tenemos el siguiente sistema de ecuaciones no−homogéneas2,
a1x1 + a2x2 + a3x3 = h1,
b1x1 + b2x2 + b3x3 = h2,
c1x1 + c2x2 + c3x3 = h3,
para resolverlo, primero definimos D como el determinante del sis-tema,
D =
∣∣∣∣∣∣∣a1 a2 a3b1 b2 b3c1 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ ,
donde luego realizamos el producto x1D,
x1D =
∣∣∣∣∣∣∣x1a1 a2 a3x1b1 b2 b3x1c1 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ .
2es decir, que las ecuaciones son iguales a un valor 6= 0.Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 9/37
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones lineales
Tenemos el siguiente sistema de ecuaciones no−homogéneas2,
a1x1 + a2x2 + a3x3 = h1,
b1x1 + b2x2 + b3x3 = h2,
c1x1 + c2x2 + c3x3 = h3,
para resolverlo, primero definimos D como el determinante del sis-tema,
D =
∣∣∣∣∣∣∣a1 a2 a3b1 b2 b3c1 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ ,donde luego realizamos el producto x1D,
x1D =
∣∣∣∣∣∣∣x1a1 a2 a3x1b1 b2 b3x1c1 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ .2es decir, que las ecuaciones son iguales a un valor 6= 0.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 9/379/37
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones lineales
Acto seguido sumamos a la primera columna el producto de la segundacolumna por x2
3,
x1D =
∣∣∣∣∣∣∣x1a1 + x2a2 a2 a3x1b1 + x2b2 b2 b3x1c1 + x2c2 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ ,
y hacemos lo mismo pero con el producto de x3 con la tercera columna,
x1D =
∣∣∣∣∣∣∣x1a1 + x2a2 + x3a3 a2 a3x1b1 + x2b2 + x3b3 b2 b3x1c1 + x2c2 + x3c3 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ =
∣∣∣∣∣∣∣h1 a2 a3h2 b2 b3h3 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ ,debido a la definición del sistema de ecuaciones mismo.
3lo cual, como ya habíamos visto, deja invariante al determinante.Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 10/37
10/37
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones lineales
Acto seguido sumamos a la primera columna el producto de la segundacolumna por x2
3,
x1D =
∣∣∣∣∣∣∣x1a1 + x2a2 a2 a3x1b1 + x2b2 b2 b3x1c1 + x2c2 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ ,y hacemos lo mismo pero con el producto de x3 con la tercera columna,
x1D =
∣∣∣∣∣∣∣x1a1 + x2a2 + x3a3 a2 a3x1b1 + x2b2 + x3b3 b2 b3x1c1 + x2c2 + x3c3 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣
=
∣∣∣∣∣∣∣h1 a2 a3h2 b2 b3h3 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ ,debido a la definición del sistema de ecuaciones mismo.
3lo cual, como ya habíamos visto, deja invariante al determinante.Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 10/37
10/37
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones lineales
Acto seguido sumamos a la primera columna el producto de la segundacolumna por x2
3,
x1D =
∣∣∣∣∣∣∣x1a1 + x2a2 a2 a3x1b1 + x2b2 b2 b3x1c1 + x2c2 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ ,y hacemos lo mismo pero con el producto de x3 con la tercera columna,
x1D =
∣∣∣∣∣∣∣x1a1 + x2a2 + x3a3 a2 a3x1b1 + x2b2 + x3b3 b2 b3x1c1 + x2c2 + x3c3 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ =
∣∣∣∣∣∣∣h1 a2 a3h2 b2 b3h3 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ ,debido a la definición del sistema de ecuaciones mismo.
3lo cual, como ya habíamos visto, deja invariante al determinante.Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 10/37
10/37
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones lineales
Si D 6= 0, entonces hemos resuelto el sistema para x1,
x1 = 1D
∣∣∣∣∣∣∣h1 a2 a3h2 b2 b3h3 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ .
Si desarrollamos de manera análoga para x2D y x3D, obtenemos lassiguientes soluciones al sistema,
x2 = 1D
∣∣∣∣∣∣∣a1 h1 a3b1 h2 b3c1 h3 c3
∣∣∣∣∣∣∣ , x3 = 1D
∣∣∣∣∣∣∣a1 a2 h1b1 b2 h2c1 c2 h3
∣∣∣∣∣∣∣ .Se observa que el resultado muestra un simple reemplazo de la i-ésimacolumna de D por los coeficientes del lado derecho del sistema deecuaciones, esquema conocido como regla de Cramer.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 11/3711/37
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones lineales
Si D 6= 0, entonces hemos resuelto el sistema para x1,
x1 = 1D
∣∣∣∣∣∣∣h1 a2 a3h2 b2 b3h3 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ .Si desarrollamos de manera análoga para x2D y x3D, obtenemos lassiguientes soluciones al sistema,
x2 = 1D
∣∣∣∣∣∣∣a1 h1 a3b1 h2 b3c1 h3 c3
∣∣∣∣∣∣∣ , x3 = 1D
∣∣∣∣∣∣∣a1 a2 h1b1 b2 h2c1 c2 h3
∣∣∣∣∣∣∣ .
Se observa que el resultado muestra un simple reemplazo de la i-ésimacolumna de D por los coeficientes del lado derecho del sistema deecuaciones, esquema conocido como regla de Cramer.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones lineales
Si D 6= 0, entonces hemos resuelto el sistema para x1,
x1 = 1D
∣∣∣∣∣∣∣h1 a2 a3h2 b2 b3h3 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣ .Si desarrollamos de manera análoga para x2D y x3D, obtenemos lassiguientes soluciones al sistema,
x2 = 1D
∣∣∣∣∣∣∣a1 h1 a3b1 h2 b3c1 h3 c3
∣∣∣∣∣∣∣ , x3 = 1D
∣∣∣∣∣∣∣a1 a2 h1b1 b2 h2c1 c2 h3
∣∣∣∣∣∣∣ .Se observa que el resultado muestra un simple reemplazo de la i-ésimacolumna de D por los coeficientes del lado derecho del sistema deecuaciones, esquema conocido como regla de Cramer.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones linealmente dependientes e independientes
Para inferir la naturaleza de un sistema de n ecuaciones con n variablespodemos hacer uso del determinante de coeficientes,
Sistemas independientesSi el determinante es diferente decero, entonces el sistema es lineal-mente independiente.
Esto involucra que la solución esdeterminada de manera unívoca,es decir, es única.
En estos sistemas se pueden pre-sentar tanto casos homogéneoscomo no-homogéneos (soluciónpor la regla de Cramer, por ejem-plo).
Sistemas dependientesSi el determinante es igual a cero,entonces el sistema es linealmentedependiente.
Por tanto, se tiene que las solu-ciones no son únicas, si no queforman un set parametrizado desoluciones al sistema de ecua-ciones.
Se pueden tener tanto sis-temas homogéneos comono-homogéneos.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 12/3712/37
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones linealmente dependientes e independientes
Para inferir la naturaleza de un sistema de n ecuaciones con n variablespodemos hacer uso del determinante de coeficientes,
Sistemas independientesSi el determinante es diferente decero, entonces el sistema es lineal-mente independiente.
Esto involucra que la solución esdeterminada de manera unívoca,es decir, es única.
En estos sistemas se pueden pre-sentar tanto casos homogéneoscomo no-homogéneos (soluciónpor la regla de Cramer, por ejem-plo).
Sistemas dependientesSi el determinante es igual a cero,entonces el sistema es linealmentedependiente.
Por tanto, se tiene que las solu-ciones no son únicas, si no queforman un set parametrizado desoluciones al sistema de ecua-ciones.
Se pueden tener tanto sis-temas homogéneos comono-homogéneos.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones linealmente dependientes e independientes
Para inferir la naturaleza de un sistema de n ecuaciones con n variablespodemos hacer uso del determinante de coeficientes,
Sistemas independientesSi el determinante es diferente decero, entonces el sistema es lineal-mente independiente.
Esto involucra que la solución esdeterminada de manera unívoca,es decir, es única.
En estos sistemas se pueden pre-sentar tanto casos homogéneoscomo no-homogéneos (soluciónpor la regla de Cramer, por ejem-plo).
Sistemas dependientesSi el determinante es igual a cero,entonces el sistema es linealmentedependiente.
Por tanto, se tiene que las solu-ciones no son únicas, si no queforman un set parametrizado desoluciones al sistema de ecua-ciones.
Se pueden tener tanto sis-temas homogéneos comono-homogéneos.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones linealmente dependientes e independientes
Para inferir la naturaleza de un sistema de n ecuaciones con n variablespodemos hacer uso del determinante de coeficientes,
Sistemas independientesSi el determinante es diferente decero, entonces el sistema es lineal-mente independiente.
Esto involucra que la solución esdeterminada de manera unívoca,es decir, es única.
En estos sistemas se pueden pre-sentar tanto casos homogéneoscomo no-homogéneos (soluciónpor la regla de Cramer, por ejem-plo).
Sistemas dependientesSi el determinante es igual a cero,entonces el sistema es linealmentedependiente.
Por tanto, se tiene que las solu-ciones no son únicas, si no queforman un set parametrizado desoluciones al sistema de ecua-ciones.
Se pueden tener tanto sis-temas homogéneos comono-homogéneos.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones linealmente dependientes e independientes
Para inferir la naturaleza de un sistema de n ecuaciones con n variablespodemos hacer uso del determinante de coeficientes,
Sistemas independientesSi el determinante es diferente decero, entonces el sistema es lineal-mente independiente.
Esto involucra que la solución esdeterminada de manera unívoca,es decir, es única.
En estos sistemas se pueden pre-sentar tanto casos homogéneoscomo no-homogéneos (soluciónpor la regla de Cramer, por ejem-plo).
Sistemas dependientesSi el determinante es igual a cero,entonces el sistema es linealmentedependiente.
Por tanto, se tiene que las solu-ciones no son únicas, si no queforman un set parametrizado desoluciones al sistema de ecua-ciones.
Se pueden tener tanto sis-temas homogéneos comono-homogéneos.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones linealmente dependientes e independientes
Para inferir la naturaleza de un sistema de n ecuaciones con n variablespodemos hacer uso del determinante de coeficientes,
Sistemas independientesSi el determinante es diferente decero, entonces el sistema es lineal-mente independiente.
Esto involucra que la solución esdeterminada de manera unívoca,es decir, es única.
En estos sistemas se pueden pre-sentar tanto casos homogéneoscomo no-homogéneos (soluciónpor la regla de Cramer, por ejem-plo).
Sistemas dependientesSi el determinante es igual a cero,entonces el sistema es linealmentedependiente.
Por tanto, se tiene que las solu-ciones no son únicas, si no queforman un set parametrizado desoluciones al sistema de ecua-ciones.
Se pueden tener tanto sis-temas homogéneos comono-homogéneos.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones linealmente dependientes e independientes
Para inferir la naturaleza de un sistema de n ecuaciones con n variablespodemos hacer uso del determinante de coeficientes,
Sistemas independientesSi el determinante es diferente decero, entonces el sistema es lineal-mente independiente.
Esto involucra que la solución esdeterminada de manera unívoca,es decir, es única.
En estos sistemas se pueden pre-sentar tanto casos homogéneoscomo no-homogéneos (soluciónpor la regla de Cramer, por ejem-plo).
Sistemas dependientesSi el determinante es igual a cero,entonces el sistema es linealmentedependiente.
Por tanto, se tiene que las solu-ciones no son únicas, si no queforman un set parametrizado desoluciones al sistema de ecua-ciones.
Se pueden tener tanto sis-temas homogéneos comono-homogéneos.
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones: método solución de Gauss-Jordan
En este método se construye la matriz extendida de coeficientes delsistema,
a1x1 + a2x2 + a3x3 = h1,
b1x1 + b2x2 + b3x3 = h2,
c1x1 + c2x2 + c3x3 = h3,
⇒a1 a2 a3b1 b2 b3c1 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣h1h2h3
A esta matriz se le realizan las operaciones elementales de filas conel fin de obtener a una matriz triangular4 y así poder llegar a unasolución del sistema de manera mas simple.Tales operaciones son:• intercambio de dos filas,
• multiplicar o dividir una fila por una cte. 6= 0,• añadir/sustraer un múltiplo de una fila a otra.
4matriz con los elementos por arriba o por debajo de la diagonal iguales a cero.Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 13/37
13/37
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones: método solución de Gauss-Jordan
En este método se construye la matriz extendida de coeficientes delsistema,
a1x1 + a2x2 + a3x3 = h1,
b1x1 + b2x2 + b3x3 = h2,
c1x1 + c2x2 + c3x3 = h3,
⇒a1 a2 a3b1 b2 b3c1 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣h1h2h3
A esta matriz se le realizan las operaciones elementales de filas conel fin de obtener a una matriz triangular4 y así poder llegar a unasolución del sistema de manera mas simple.Tales operaciones son:• intercambio de dos filas,
• multiplicar o dividir una fila por una cte. 6= 0,• añadir/sustraer un múltiplo de una fila a otra.
4matriz con los elementos por arriba o por debajo de la diagonal iguales a cero.Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 13/37
13/37
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones: método solución de Gauss-Jordan
En este método se construye la matriz extendida de coeficientes delsistema,
a1x1 + a2x2 + a3x3 = h1,
b1x1 + b2x2 + b3x3 = h2,
c1x1 + c2x2 + c3x3 = h3,
⇒a1 a2 a3b1 b2 b3c1 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣h1h2h3
A esta matriz se le realizan las operaciones elementales de filas conel fin de obtener a una matriz triangular4 y así poder llegar a unasolución del sistema de manera mas simple.Tales operaciones son:• intercambio de dos filas,
• multiplicar o dividir una fila por una cte. 6= 0,• añadir/sustraer un múltiplo de una fila a otra.
4matriz con los elementos por arriba o por debajo de la diagonal iguales a cero.Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 13/37
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones: método solución de Gauss-Jordan
En este método se construye la matriz extendida de coeficientes delsistema,
a1x1 + a2x2 + a3x3 = h1,
b1x1 + b2x2 + b3x3 = h2,
c1x1 + c2x2 + c3x3 = h3,
⇒a1 a2 a3b1 b2 b3c1 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣h1h2h3
A esta matriz se le realizan las operaciones elementales de filas conel fin de obtener a una matriz triangular4 y así poder llegar a unasolución del sistema de manera mas simple.
Tales operaciones son:• intercambio de dos filas,
• multiplicar o dividir una fila por una cte. 6= 0,• añadir/sustraer un múltiplo de una fila a otra.
4matriz con los elementos por arriba o por debajo de la diagonal iguales a cero.Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 13/37
13/37
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones: método solución de Gauss-Jordan
En este método se construye la matriz extendida de coeficientes delsistema,
a1x1 + a2x2 + a3x3 = h1,
b1x1 + b2x2 + b3x3 = h2,
c1x1 + c2x2 + c3x3 = h3,
⇒a1 a2 a3b1 b2 b3c1 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣h1h2h3
A esta matriz se le realizan las operaciones elementales de filas conel fin de obtener a una matriz triangular4 y así poder llegar a unasolución del sistema de manera mas simple.Tales operaciones son:• intercambio de dos filas,
• multiplicar o dividir una fila por una cte. 6= 0,• añadir/sustraer un múltiplo de una fila a otra.
4matriz con los elementos por arriba o por debajo de la diagonal iguales a cero.Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 13/37
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones: método solución de Gauss-Jordan
En este método se construye la matriz extendida de coeficientes delsistema,
a1x1 + a2x2 + a3x3 = h1,
b1x1 + b2x2 + b3x3 = h2,
c1x1 + c2x2 + c3x3 = h3,
⇒a1 a2 a3b1 b2 b3c1 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣h1h2h3
A esta matriz se le realizan las operaciones elementales de filas conel fin de obtener a una matriz triangular4 y así poder llegar a unasolución del sistema de manera mas simple.Tales operaciones son:• intercambio de dos filas,• multiplicar o dividir una fila por una cte. 6= 0,
• añadir/sustraer un múltiplo de una fila a otra.
4matriz con los elementos por arriba o por debajo de la diagonal iguales a cero.Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 13/37
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Determinantes y sistemas de ecuaciones linealesSistemas de ecuaciones: método solución de Gauss-Jordan
En este método se construye la matriz extendida de coeficientes delsistema,
a1x1 + a2x2 + a3x3 = h1,
b1x1 + b2x2 + b3x3 = h2,
c1x1 + c2x2 + c3x3 = h3,
⇒a1 a2 a3b1 b2 b3c1 c2 c3
∣∣∣∣∣∣∣h1h2h3
A esta matriz se le realizan las operaciones elementales de filas conel fin de obtener a una matriz triangular4 y así poder llegar a unasolución del sistema de manera mas simple.Tales operaciones son:• intercambio de dos filas,• multiplicar o dividir una fila por una cte. 6= 0,• añadir/sustraer un múltiplo de una fila a otra.
4matriz con los elementos por arriba o por debajo de la diagonal iguales a cero.Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 13/37
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Contenido: Tema 02
2. Álgebra lineal2.1 Determinantes y sistemas de ecuaciones lineales2.2 Matrices y propiedades fundamentales2.3 Problemas de eigenvalores2.4 Matrices especiales
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Matrices y propiedades fundamentalesDefinición
Definición de una matrizConjunto de números o funciones ordenados en un arreglo bidimensionalde m filas y n columnas,
a11 a12 · · · a1j · · · a1na21 a22 · · · a2j · · · a2n...
... . . . ......
...ai1 ai2 · · · aij · · · ajn...
......
... . . . ...am1 am2 · · · amj · · · amn
en donde la dimensión de la matriz es m× n.
Para definir o referenciarse a un elemento de matriz se utiliza la nomen-clatura aij y corresponde al elemento de la fila i y columna j.
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Matrices y propiedades fundamentalesDefinición
Definición de una matrizConjunto de números o funciones ordenados en un arreglo bidimensionalde m filas y n columnas,
a11 a12 · · · a1j · · · a1na21 a22 · · · a2j · · · a2n...
... . . . ......
...ai1 ai2 · · · aij · · · ajn...
......
... . . . ...am1 am2 · · · amj · · · amn
en donde la dimensión de la matriz es m× n.
Para definir o referenciarse a un elemento de matriz se utiliza la nomen-clatura aij y corresponde al elemento de la fila i y columna j.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Para dos matrices A y B se cumplen las siguientes propiedades,
Igualdad
A = B ⇐⇒ aij = bij .
Adición/Sustracción
A±B = C ⇐⇒ aij±bij = cij ,
en donde se cumple que la adiciónes tanto conmutativa,
A + B = B + A
como asociativa,
(A + B) + C = A + (B + C).
Multiplicación por un escalar
B = αA ⇐⇒ bij = αaij ,
en donde α es un escalar.
Esta operación es conmutativa,
αA = Aα.
El determinante del resultado deesta operación será,
|αA| = αn|A|
en donde A es una matrizcuadrada de dimensión n× n.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Para dos matrices A y B se cumplen las siguientes propiedades,Igualdad
A = B ⇐⇒ aij = bij .
Adición/Sustracción
A±B = C ⇐⇒ aij±bij = cij ,
en donde se cumple que la adiciónes tanto conmutativa,
A + B = B + A
como asociativa,
(A + B) + C = A + (B + C).
Multiplicación por un escalar
B = αA ⇐⇒ bij = αaij ,
en donde α es un escalar.
Esta operación es conmutativa,
αA = Aα.
El determinante del resultado deesta operación será,
|αA| = αn|A|
en donde A es una matrizcuadrada de dimensión n× n.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Para dos matrices A y B se cumplen las siguientes propiedades,Igualdad
A = B ⇐⇒ aij = bij .
Adición/Sustracción
A±B = C ⇐⇒ aij±bij = cij ,
en donde se cumple que la adiciónes tanto conmutativa,
A + B = B + A
como asociativa,
(A + B) + C = A + (B + C).
Multiplicación por un escalar
B = αA ⇐⇒ bij = αaij ,
en donde α es un escalar.
Esta operación es conmutativa,
αA = Aα.
El determinante del resultado deesta operación será,
|αA| = αn|A|
en donde A es una matrizcuadrada de dimensión n× n.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Para dos matrices A y B se cumplen las siguientes propiedades,Igualdad
A = B ⇐⇒ aij = bij .
Adición/Sustracción
A±B = C ⇐⇒ aij±bij = cij ,
en donde se cumple que la adiciónes tanto conmutativa,
A + B = B + A
como asociativa,
(A + B) + C = A + (B + C).
Multiplicación por un escalar
B = αA ⇐⇒ bij = αaij ,
en donde α es un escalar.
Esta operación es conmutativa,
αA = Aα.
El determinante del resultado deesta operación será,
|αA| = αn|A|
en donde A es una matrizcuadrada de dimensión n× n.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Para dos matrices A y B se cumplen las siguientes propiedades,Igualdad
A = B ⇐⇒ aij = bij .
Adición/Sustracción
A±B = C ⇐⇒ aij±bij = cij ,
en donde se cumple que la adiciónes tanto conmutativa,
A + B = B + A
como asociativa,
(A + B) + C = A + (B + C).
Multiplicación por un escalar
B = αA ⇐⇒ bij = αaij ,
en donde α es un escalar.
Esta operación es conmutativa,
αA = Aα.
El determinante del resultado deesta operación será,
|αA| = αn|A|
en donde A es una matrizcuadrada de dimensión n× n.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Para dos matrices A y B se cumplen las siguientes propiedades,Igualdad
A = B ⇐⇒ aij = bij .
Adición/Sustracción
A±B = C ⇐⇒ aij±bij = cij ,
en donde se cumple que la adiciónes tanto conmutativa,
A + B = B + A
como asociativa,
(A + B) + C = A + (B + C).
Multiplicación por un escalar
B = αA ⇐⇒ bij = αaij ,
en donde α es un escalar.
Esta operación es conmutativa,
αA = Aα.
El determinante del resultado deesta operación será,
|αA| = αn|A|
en donde A es una matrizcuadrada de dimensión n× n.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Para dos matrices A y B se cumplen las siguientes propiedades,Igualdad
A = B ⇐⇒ aij = bij .
Adición/Sustracción
A±B = C ⇐⇒ aij±bij = cij ,
en donde se cumple que la adiciónes tanto conmutativa,
A + B = B + A
como asociativa,
(A + B) + C = A + (B + C).
Multiplicación por un escalar
B = αA ⇐⇒ bij = αaij ,
en donde α es un escalar.
Esta operación es conmutativa,
αA = Aα.
El determinante del resultado deesta operación será,
|αA| = αn|A|
en donde A es una matrizcuadrada de dimensión n× n.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Para dos matrices A y B se cumplen las siguientes propiedades,Igualdad
A = B ⇐⇒ aij = bij .
Adición/Sustracción
A±B = C ⇐⇒ aij±bij = cij ,
en donde se cumple que la adiciónes tanto conmutativa,
A + B = B + A
como asociativa,
(A + B) + C = A + (B + C).
Multiplicación por un escalar
B = αA ⇐⇒ bij = αaij ,
en donde α es un escalar.
Esta operación es conmutativa,
αA = Aα.
El determinante del resultado deesta operación será,
|αA| = αn|A|
en donde A es una matrizcuadrada de dimensión n× n.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Multiplicación de matrices
AB = C ⇐⇒ cij =∑k
aikbkj ,
también llamado productor in-terno, requiere que A tenga elmismo número de columnas que Bde filas.
Esta operación es, por lo general,no−conmutativa,
AB 6= BA.
Con lo cual es posible definir elconmutador de A y B,
[A,B] = AB−BA.
La multiplicación de matrices esasociativa,
(AB)C = A(BC).
Matriz unidad
1 =
1 0 · · · 00 1 · · · 0...
... . . . ...0 0 · · · 1
tal que 1A = A1 = A en donde1 es una matriz cuadrada.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 17/3717/37
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Multiplicación de matrices
AB = C ⇐⇒ cij =∑k
aikbkj ,
también llamado productor in-terno, requiere que A tenga elmismo número de columnas que Bde filas.
Esta operación es, por lo general,no−conmutativa,
AB 6= BA.
Con lo cual es posible definir elconmutador de A y B,
[A,B] = AB−BA.
La multiplicación de matrices esasociativa,
(AB)C = A(BC).
Matriz unidad
1 =
1 0 · · · 00 1 · · · 0...
... . . . ...0 0 · · · 1
tal que 1A = A1 = A en donde1 es una matriz cuadrada.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Multiplicación de matrices
AB = C ⇐⇒ cij =∑k
aikbkj ,
también llamado productor in-terno, requiere que A tenga elmismo número de columnas que Bde filas.
Esta operación es, por lo general,no−conmutativa,
AB 6= BA.
Con lo cual es posible definir elconmutador de A y B,
[A,B] = AB−BA.
La multiplicación de matrices esasociativa,
(AB)C = A(BC).
Matriz unidad
1 =
1 0 · · · 00 1 · · · 0...
... . . . ...0 0 · · · 1
tal que 1A = A1 = A en donde1 es una matriz cuadrada.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Multiplicación de matrices
AB = C ⇐⇒ cij =∑k
aikbkj ,
también llamado productor in-terno, requiere que A tenga elmismo número de columnas que Bde filas.
Esta operación es, por lo general,no−conmutativa,
AB 6= BA.
Con lo cual es posible definir elconmutador de A y B,
[A,B] = AB−BA.
La multiplicación de matrices esasociativa,
(AB)C = A(BC).
Matriz unidad
1 =
1 0 · · · 00 1 · · · 0...
... . . . ...0 0 · · · 1
tal que 1A = A1 = A en donde1 es una matriz cuadrada.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Multiplicación de matrices
AB = C ⇐⇒ cij =∑k
aikbkj ,
también llamado productor in-terno, requiere que A tenga elmismo número de columnas que Bde filas.
Esta operación es, por lo general,no−conmutativa,
AB 6= BA.
Con lo cual es posible definir elconmutador de A y B,
[A,B] = AB−BA.
La multiplicación de matrices esasociativa,
(AB)C = A(BC).
Matriz unidad
1 =
1 0 · · · 00 1 · · · 0...
... . . . ...0 0 · · · 1
tal que 1A = A1 = A en donde1 es una matriz cuadrada.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Multiplicación de matrices
AB = C ⇐⇒ cij =∑k
aikbkj ,
también llamado productor in-terno, requiere que A tenga elmismo número de columnas que Bde filas.
Esta operación es, por lo general,no−conmutativa,
AB 6= BA.
Con lo cual es posible definir elconmutador de A y B,
[A,B] = AB−BA.
La multiplicación de matrices esasociativa,
(AB)C = A(BC).
Matriz unidad
1 =
1 0 · · · 00 1 · · · 0...
... . . . ...0 0 · · · 1
tal que 1A = A1 = A en donde1 es una matriz cuadrada.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Matrices diagonales
A→ diagonal ⇐⇒ aij = δijaij ,
Inversa de una matriz
Si AB = BA = 1 ⇒ B = A−1,
donde A−1 es la inversa de la ma-triz cuadrada A,
⇒ AA−1 = 1.
Si una matriz no posee inversa, sedice que es una matriz singular.
La matriz inversa puede ser calcu-lada de la siguiente manera,
(A−1)ij = (−1)i+j
|A| Mji,
lo cual nos indica que si |A| = 0⇒ A no tiene inversa.
Otro método para el cálculo deA−1 es el de Gauss-Jordan.
En el caso de sistemas de ecua-ciones lineales habiamos definido,
Mx = h ⇒ x = M−1h.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 18/3718/37
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Matrices diagonales
A→ diagonal ⇐⇒ aij = δijaij ,
Inversa de una matriz
Si AB = BA = 1 ⇒ B = A−1,
donde A−1 es la inversa de la ma-triz cuadrada A,
⇒ AA−1 = 1.
Si una matriz no posee inversa, sedice que es una matriz singular.
La matriz inversa puede ser calcu-lada de la siguiente manera,
(A−1)ij = (−1)i+j
|A| Mji,
lo cual nos indica que si |A| = 0⇒ A no tiene inversa.
Otro método para el cálculo deA−1 es el de Gauss-Jordan.
En el caso de sistemas de ecua-ciones lineales habiamos definido,
Mx = h ⇒ x = M−1h.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Matrices diagonales
A→ diagonal ⇐⇒ aij = δijaij ,
Inversa de una matriz
Si AB = BA = 1 ⇒ B = A−1,
donde A−1 es la inversa de la ma-triz cuadrada A,
⇒ AA−1 = 1.
Si una matriz no posee inversa, sedice que es una matriz singular.
La matriz inversa puede ser calcu-lada de la siguiente manera,
(A−1)ij = (−1)i+j
|A| Mji,
lo cual nos indica que si |A| = 0⇒ A no tiene inversa.
Otro método para el cálculo deA−1 es el de Gauss-Jordan.
En el caso de sistemas de ecua-ciones lineales habiamos definido,
Mx = h ⇒ x = M−1h.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Matrices diagonales
A→ diagonal ⇐⇒ aij = δijaij ,
Inversa de una matriz
Si AB = BA = 1 ⇒ B = A−1,
donde A−1 es la inversa de la ma-triz cuadrada A,
⇒ AA−1 = 1.
Si una matriz no posee inversa, sedice que es una matriz singular.
La matriz inversa puede ser calcu-lada de la siguiente manera,
(A−1)ij = (−1)i+j
|A| Mji,
lo cual nos indica que si |A| = 0⇒ A no tiene inversa.
Otro método para el cálculo deA−1 es el de Gauss-Jordan.
En el caso de sistemas de ecua-ciones lineales habiamos definido,
Mx = h ⇒ x = M−1h.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Matrices diagonales
A→ diagonal ⇐⇒ aij = δijaij ,
Inversa de una matriz
Si AB = BA = 1 ⇒ B = A−1,
donde A−1 es la inversa de la ma-triz cuadrada A,
⇒ AA−1 = 1.
Si una matriz no posee inversa, sedice que es una matriz singular.
La matriz inversa puede ser calcu-lada de la siguiente manera,
(A−1)ij = (−1)i+j
|A| Mji,
lo cual nos indica que si |A| = 0⇒ A no tiene inversa.
Otro método para el cálculo deA−1 es el de Gauss-Jordan.
En el caso de sistemas de ecua-ciones lineales habiamos definido,
Mx = h ⇒ x = M−1h.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Matrices diagonales
A→ diagonal ⇐⇒ aij = δijaij ,
Inversa de una matriz
Si AB = BA = 1 ⇒ B = A−1,
donde A−1 es la inversa de la ma-triz cuadrada A,
⇒ AA−1 = 1.
Si una matriz no posee inversa, sedice que es una matriz singular.
La matriz inversa puede ser calcu-lada de la siguiente manera,
(A−1)ij = (−1)i+j
|A| Mji,
lo cual nos indica que si |A| = 0⇒ A no tiene inversa.
Otro método para el cálculo deA−1 es el de Gauss-Jordan.
En el caso de sistemas de ecua-ciones lineales habiamos definido,
Mx = h ⇒ x = M−1h.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Matrices diagonales
A→ diagonal ⇐⇒ aij = δijaij ,
Inversa de una matriz
Si AB = BA = 1 ⇒ B = A−1,
donde A−1 es la inversa de la ma-triz cuadrada A,
⇒ AA−1 = 1.
Si una matriz no posee inversa, sedice que es una matriz singular.
La matriz inversa puede ser calcu-lada de la siguiente manera,
(A−1)ij = (−1)i+j
|A| Mji,
lo cual nos indica que si |A| = 0⇒ A no tiene inversa.
Otro método para el cálculo deA−1 es el de Gauss-Jordan.
En el caso de sistemas de ecua-ciones lineales habiamos definido,
Mx = h ⇒ x = M−1h.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Derivadas de determinantes
|A| = (−1)i+jaijMij ,
⇒ ∂|A|∂aij
= (−1)i+jMij ,
pero ya vimos,
(A−1)ji = (−1)j+iMij
|A| ,
⇒ (A−1)ji|A| = (−1)j+iMij ,
igualando resultados,
∂|A|∂aij
= (A−1)ji|A|.
Si A posee elementos que depen-den de una variable x ⇒ podemoscalcular lo siguiente,
d|A|dx
=∑ij
∂|A|∂aij
∂aij∂x
,
d|A|dx
= |A|∑ij
(A−1)ji∂aij∂x
.
Producto de determinantes
|AB| = |A||B|
aplicando a A y A−1 tenemos,
|A−1||A| = |1| ⇒ |A−1| = 1|A| .
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Derivadas de determinantes
|A| = (−1)i+jaijMij ,
⇒ ∂|A|∂aij
= (−1)i+jMij ,
pero ya vimos,
(A−1)ji = (−1)j+iMij
|A| ,
⇒ (A−1)ji|A| = (−1)j+iMij ,
igualando resultados,
∂|A|∂aij
= (A−1)ji|A|.
Si A posee elementos que depen-den de una variable x ⇒ podemoscalcular lo siguiente,
d|A|dx
=∑ij
∂|A|∂aij
∂aij∂x
,
d|A|dx
= |A|∑ij
(A−1)ji∂aij∂x
.
Producto de determinantes
|AB| = |A||B|
aplicando a A y A−1 tenemos,
|A−1||A| = |1| ⇒ |A−1| = 1|A| .
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Derivadas de determinantes
|A| = (−1)i+jaijMij ,
⇒ ∂|A|∂aij
= (−1)i+jMij ,
pero ya vimos,
(A−1)ji = (−1)j+iMij
|A| ,
⇒ (A−1)ji|A| = (−1)j+iMij ,
igualando resultados,
∂|A|∂aij
= (A−1)ji|A|.
Si A posee elementos que depen-den de una variable x ⇒ podemoscalcular lo siguiente,
d|A|dx
=∑ij
∂|A|∂aij
∂aij∂x
,
d|A|dx
= |A|∑ij
(A−1)ji∂aij∂x
.
Producto de determinantes
|AB| = |A||B|
aplicando a A y A−1 tenemos,
|A−1||A| = |1| ⇒ |A−1| = 1|A| .
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Derivadas de determinantes
|A| = (−1)i+jaijMij ,
⇒ ∂|A|∂aij
= (−1)i+jMij ,
pero ya vimos,
(A−1)ji = (−1)j+iMij
|A| ,
⇒ (A−1)ji|A| = (−1)j+iMij ,
igualando resultados,
∂|A|∂aij
= (A−1)ji|A|.
Si A posee elementos que depen-den de una variable x ⇒ podemoscalcular lo siguiente,
d|A|dx
=∑ij
∂|A|∂aij
∂aij∂x
,
d|A|dx
= |A|∑ij
(A−1)ji∂aij∂x
.
Producto de determinantes
|AB| = |A||B|
aplicando a A y A−1 tenemos,
|A−1||A| = |1| ⇒ |A−1| = 1|A| .
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Derivadas de determinantes
|A| = (−1)i+jaijMij ,
⇒ ∂|A|∂aij
= (−1)i+jMij ,
pero ya vimos,
(A−1)ji = (−1)j+iMij
|A| ,
⇒ (A−1)ji|A| = (−1)j+iMij ,
igualando resultados,
∂|A|∂aij
= (A−1)ji|A|.
Si A posee elementos que depen-den de una variable x ⇒ podemoscalcular lo siguiente,
d|A|dx
=∑ij
∂|A|∂aij
∂aij∂x
,
d|A|dx
= |A|∑ij
(A−1)ji∂aij∂x
.
Producto de determinantes
|AB| = |A||B|
aplicando a A y A−1 tenemos,
|A−1||A| = |1| ⇒ |A−1| = 1|A| .
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Derivadas de determinantes
|A| = (−1)i+jaijMij ,
⇒ ∂|A|∂aij
= (−1)i+jMij ,
pero ya vimos,
(A−1)ji = (−1)j+iMij
|A| ,
⇒ (A−1)ji|A| = (−1)j+iMij ,
igualando resultados,
∂|A|∂aij
= (A−1)ji|A|.
Si A posee elementos que depen-den de una variable x ⇒ podemoscalcular lo siguiente,
d|A|dx
=∑ij
∂|A|∂aij
∂aij∂x
,
d|A|dx
= |A|∑ij
(A−1)ji∂aij∂x
.
Producto de determinantes
|AB| = |A||B|
aplicando a A y A−1 tenemos,
|A−1||A| = |1| ⇒ |A−1| = 1|A| .
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Derivadas de determinantes
|A| = (−1)i+jaijMij ,
⇒ ∂|A|∂aij
= (−1)i+jMij ,
pero ya vimos,
(A−1)ji = (−1)j+iMij
|A| ,
⇒ (A−1)ji|A| = (−1)j+iMij ,
igualando resultados,
∂|A|∂aij
= (A−1)ji|A|.
Si A posee elementos que depen-den de una variable x ⇒ podemoscalcular lo siguiente,
d|A|dx
=∑ij
∂|A|∂aij
∂aij∂x
,
d|A|dx
= |A|∑ij
(A−1)ji∂aij∂x
.
Producto de determinantes
|AB| = |A||B|
aplicando a A y A−1 tenemos,
|A−1||A| = |1| ⇒ |A−1| = 1|A| .
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Transpuesta
Si (A)ij = aij ⇒ (A)ij = aji.
Si se tiene que
A = A,
entonces la matriz es simétrica.
Adjunta
Si (A)ij = aij ⇒ (A†)ij = a∗ji,
en donde los elementos aij sonnúmeros complejos.
Traza
Tr(A) =n∑i=1
aii,
en donde A es una matrizcuadrada de n× n.
Algunas propiedades de Tr son,
Tr(αA) = αTr(A),
Tr(A + B) = Tr(A) + Tr(B),Tr(AB) = Tr(BA),
⇒ Tr([A,B]) = 0,
aún cuando AB 6= BA.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Transpuesta
Si (A)ij = aij ⇒ (A)ij = aji.
Si se tiene que
A = A,
entonces la matriz es simétrica.
Adjunta
Si (A)ij = aij ⇒ (A†)ij = a∗ji,
en donde los elementos aij sonnúmeros complejos.
Traza
Tr(A) =n∑i=1
aii,
en donde A es una matrizcuadrada de n× n.
Algunas propiedades de Tr son,
Tr(αA) = αTr(A),
Tr(A + B) = Tr(A) + Tr(B),Tr(AB) = Tr(BA),
⇒ Tr([A,B]) = 0,
aún cuando AB 6= BA.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Transpuesta
Si (A)ij = aij ⇒ (A)ij = aji.
Si se tiene que
A = A,
entonces la matriz es simétrica.
Adjunta
Si (A)ij = aij ⇒ (A†)ij = a∗ji,
en donde los elementos aij sonnúmeros complejos.
Traza
Tr(A) =n∑i=1
aii,
en donde A es una matrizcuadrada de n× n.
Algunas propiedades de Tr son,
Tr(αA) = αTr(A),
Tr(A + B) = Tr(A) + Tr(B),Tr(AB) = Tr(BA),
⇒ Tr([A,B]) = 0,
aún cuando AB 6= BA.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Transpuesta
Si (A)ij = aij ⇒ (A)ij = aji.
Si se tiene que
A = A,
entonces la matriz es simétrica.
Adjunta
Si (A)ij = aij ⇒ (A†)ij = a∗ji,
en donde los elementos aij sonnúmeros complejos.
Traza
Tr(A) =n∑i=1
aii,
en donde A es una matrizcuadrada de n× n.
Algunas propiedades de Tr son,
Tr(αA) = αTr(A),
Tr(A + B) = Tr(A) + Tr(B),Tr(AB) = Tr(BA),
⇒ Tr([A,B]) = 0,
aún cuando AB 6= BA.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Transpuesta
Si (A)ij = aij ⇒ (A)ij = aji.
Si se tiene que
A = A,
entonces la matriz es simétrica.
Adjunta
Si (A)ij = aij ⇒ (A†)ij = a∗ji,
en donde los elementos aij sonnúmeros complejos.
Traza
Tr(A) =n∑i=1
aii,
en donde A es una matrizcuadrada de n× n.
Algunas propiedades de Tr son,
Tr(αA) = αTr(A),
Tr(A + B) = Tr(A) + Tr(B),Tr(AB) = Tr(BA),
⇒ Tr([A,B]) = 0,
aún cuando AB 6= BA.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Transpuesta
Si (A)ij = aij ⇒ (A)ij = aji.
Si se tiene que
A = A,
entonces la matriz es simétrica.
Adjunta
Si (A)ij = aij ⇒ (A†)ij = a∗ji,
en donde los elementos aij sonnúmeros complejos.
Traza
Tr(A) =n∑i=1
aii,
en donde A es una matrizcuadrada de n× n.
Algunas propiedades de Tr son,
Tr(αA) = αTr(A),Tr(A + B) = Tr(A) + Tr(B),
Tr(AB) = Tr(BA),⇒ Tr([A,B]) = 0,
aún cuando AB 6= BA.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 20/3720/37
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Transpuesta
Si (A)ij = aij ⇒ (A)ij = aji.
Si se tiene que
A = A,
entonces la matriz es simétrica.
Adjunta
Si (A)ij = aij ⇒ (A†)ij = a∗ji,
en donde los elementos aij sonnúmeros complejos.
Traza
Tr(A) =n∑i=1
aii,
en donde A es una matrizcuadrada de n× n.
Algunas propiedades de Tr son,
Tr(αA) = αTr(A),Tr(A + B) = Tr(A) + Tr(B),
Tr(AB) = Tr(BA),
⇒ Tr([A,B]) = 0,
aún cuando AB 6= BA.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Transpuesta
Si (A)ij = aij ⇒ (A)ij = aji.
Si se tiene que
A = A,
entonces la matriz es simétrica.
Adjunta
Si (A)ij = aij ⇒ (A†)ij = a∗ji,
en donde los elementos aij sonnúmeros complejos.
Traza
Tr(A) =n∑i=1
aii,
en donde A es una matrizcuadrada de n× n.
Algunas propiedades de Tr son,
Tr(αA) = αTr(A),Tr(A + B) = Tr(A) + Tr(B),
Tr(AB) = Tr(BA),⇒ Tr([A,B]) = 0,
aún cuando AB 6= BA.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Transpuesta
Si (A)ij = aij ⇒ (A)ij = aji.
Si se tiene que
A = A,
entonces la matriz es simétrica.
Adjunta
Si (A)ij = aij ⇒ (A†)ij = a∗ji,
en donde los elementos aij sonnúmeros complejos.
Traza
Tr(A) =n∑i=1
aii,
en donde A es una matrizcuadrada de n× n.
Algunas propiedades de Tr son,
Tr(αA) = αTr(A),Tr(A + B) = Tr(A) + Tr(B),
Tr(AB) = Tr(BA),⇒ Tr([A,B]) = 0,
aún cuando AB 6= BA.
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![Page 85: 2. Álgebralinealoseaman/files/mathematical_methods...4/ 37 Determinantes y sistemas de ecuaciones lineales Propiedadesdelosdeterminantes •El intercambio de dos filas o columnas](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022090610/60707698961a1b3cd44d6ac3/html5/thumbnails/85.jpg)
Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Op. en productos de matrices
|AB| = |A||B| = |BA|,
Tr(AB) = Tr(BA),AB = BA,
(AB)† = B†A†,(AB)−1 = B−1A−1.
Matrices ortogonales
S = S−1 ⇒ SS = 1,
en donde S es una matriz real, ycumple tambíen con:
|S| = ±1.
Matrices unitarias
U† = U−1 ⇒ UU† = U†U = 1.
Si la matriz unitaria también esreal ⇒ la matriz será ortogonal,además cumple con,
|U||U†| = |U|2 = 1.
Matrices hermíticas
H† = H⇒ h∗ji = hij .
Lo anterior indica que los elemen-tos de la diagonal principal seránreales.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 21/3721/37
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Op. en productos de matrices
|AB| = |A||B| = |BA|,Tr(AB) = Tr(BA),
AB = BA,(AB)† = B†A†,
(AB)−1 = B−1A−1.
Matrices ortogonales
S = S−1 ⇒ SS = 1,
en donde S es una matriz real, ycumple tambíen con:
|S| = ±1.
Matrices unitarias
U† = U−1 ⇒ UU† = U†U = 1.
Si la matriz unitaria también esreal ⇒ la matriz será ortogonal,además cumple con,
|U||U†| = |U|2 = 1.
Matrices hermíticas
H† = H⇒ h∗ji = hij .
Lo anterior indica que los elemen-tos de la diagonal principal seránreales.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 21/3721/37
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Op. en productos de matrices
|AB| = |A||B| = |BA|,Tr(AB) = Tr(BA),
AB = BA,
(AB)† = B†A†,(AB)−1 = B−1A−1.
Matrices ortogonales
S = S−1 ⇒ SS = 1,
en donde S es una matriz real, ycumple tambíen con:
|S| = ±1.
Matrices unitarias
U† = U−1 ⇒ UU† = U†U = 1.
Si la matriz unitaria también esreal ⇒ la matriz será ortogonal,además cumple con,
|U||U†| = |U|2 = 1.
Matrices hermíticas
H† = H⇒ h∗ji = hij .
Lo anterior indica que los elemen-tos de la diagonal principal seránreales.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 21/3721/37
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Op. en productos de matrices
|AB| = |A||B| = |BA|,Tr(AB) = Tr(BA),
AB = BA,(AB)† = B†A†,
(AB)−1 = B−1A−1.
Matrices ortogonales
S = S−1 ⇒ SS = 1,
en donde S es una matriz real, ycumple tambíen con:
|S| = ±1.
Matrices unitarias
U† = U−1 ⇒ UU† = U†U = 1.
Si la matriz unitaria también esreal ⇒ la matriz será ortogonal,además cumple con,
|U||U†| = |U|2 = 1.
Matrices hermíticas
H† = H⇒ h∗ji = hij .
Lo anterior indica que los elemen-tos de la diagonal principal seránreales.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Op. en productos de matrices
|AB| = |A||B| = |BA|,Tr(AB) = Tr(BA),
AB = BA,(AB)† = B†A†,
(AB)−1 = B−1A−1.
Matrices ortogonales
S = S−1 ⇒ SS = 1,
en donde S es una matriz real, ycumple tambíen con:
|S| = ±1.
Matrices unitarias
U† = U−1 ⇒ UU† = U†U = 1.
Si la matriz unitaria también esreal ⇒ la matriz será ortogonal,además cumple con,
|U||U†| = |U|2 = 1.
Matrices hermíticas
H† = H⇒ h∗ji = hij .
Lo anterior indica que los elemen-tos de la diagonal principal seránreales.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Op. en productos de matrices
|AB| = |A||B| = |BA|,Tr(AB) = Tr(BA),
AB = BA,(AB)† = B†A†,
(AB)−1 = B−1A−1.
Matrices ortogonales
S = S−1 ⇒ SS = 1,
en donde S es una matriz real, ycumple tambíen con:
|S| = ±1.
Matrices unitarias
U† = U−1 ⇒ UU† = U†U = 1.
Si la matriz unitaria también esreal ⇒ la matriz será ortogonal,además cumple con,
|U||U†| = |U|2 = 1.
Matrices hermíticas
H† = H⇒ h∗ji = hij .
Lo anterior indica que los elemen-tos de la diagonal principal seránreales.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Op. en productos de matrices
|AB| = |A||B| = |BA|,Tr(AB) = Tr(BA),
AB = BA,(AB)† = B†A†,
(AB)−1 = B−1A−1.
Matrices ortogonales
S = S−1 ⇒ SS = 1,
en donde S es una matriz real, ycumple tambíen con:
|S| = ±1.
Matrices unitarias
U† = U−1 ⇒ UU† = U†U = 1.
Si la matriz unitaria también esreal ⇒ la matriz será ortogonal,además cumple con,
|U||U†| = |U|2 = 1.
Matrices hermíticas
H† = H⇒ h∗ji = hij .
Lo anterior indica que los elemen-tos de la diagonal principal seránreales.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Op. en productos de matrices
|AB| = |A||B| = |BA|,Tr(AB) = Tr(BA),
AB = BA,(AB)† = B†A†,
(AB)−1 = B−1A−1.
Matrices ortogonales
S = S−1 ⇒ SS = 1,
en donde S es una matriz real, ycumple tambíen con:
|S| = ±1.
Matrices unitarias
U† = U−1 ⇒ UU† = U†U = 1.
Si la matriz unitaria también esreal ⇒ la matriz será ortogonal,además cumple con,
|U||U†| = |U|2 = 1.
Matrices hermíticas
H† = H⇒ h∗ji = hij .
Lo anterior indica que los elemen-tos de la diagonal principal seránreales.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Op. en productos de matrices
|AB| = |A||B| = |BA|,Tr(AB) = Tr(BA),
AB = BA,(AB)† = B†A†,
(AB)−1 = B−1A−1.
Matrices ortogonales
S = S−1 ⇒ SS = 1,
en donde S es una matriz real, ycumple tambíen con:
|S| = ±1.
Matrices unitarias
U† = U−1 ⇒ UU† = U†U = 1.
Si la matriz unitaria también esreal ⇒ la matriz será ortogonal,además cumple con,
|U||U†| = |U|2 = 1.
Matrices hermíticas
H† = H⇒ h∗ji = hij .
Lo anterior indica que los elemen-tos de la diagonal principal seránreales.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Op. en productos de matrices
|AB| = |A||B| = |BA|,Tr(AB) = Tr(BA),
AB = BA,(AB)† = B†A†,
(AB)−1 = B−1A−1.
Matrices ortogonales
S = S−1 ⇒ SS = 1,
en donde S es una matriz real, ycumple tambíen con:
|S| = ±1.
Matrices unitarias
U† = U−1 ⇒ UU† = U†U = 1.
Si la matriz unitaria también esreal ⇒ la matriz será ortogonal,además cumple con,
|U||U†| = |U|2 = 1.
Matrices hermíticas
H† = H⇒ h∗ji = hij .
Lo anterior indica que los elemen-tos de la diagonal principal seránreales.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Op. en productos de matrices
|AB| = |A||B| = |BA|,Tr(AB) = Tr(BA),
AB = BA,(AB)† = B†A†,
(AB)−1 = B−1A−1.
Matrices ortogonales
S = S−1 ⇒ SS = 1,
en donde S es una matriz real, ycumple tambíen con:
|S| = ±1.
Matrices unitarias
U† = U−1 ⇒ UU† = U†U = 1.
Si la matriz unitaria también esreal ⇒ la matriz será ortogonal,además cumple con,
|U||U†| = |U|2 = 1.
Matrices hermíticas
H† = H⇒ h∗ji = hij .
Lo anterior indica que los elemen-tos de la diagonal principal seránreales.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas
Op. en productos de matrices
|AB| = |A||B| = |BA|,Tr(AB) = Tr(BA),
AB = BA,(AB)† = B†A†,
(AB)−1 = B−1A−1.
Matrices ortogonales
S = S−1 ⇒ SS = 1,
en donde S es una matriz real, ycumple tambíen con:
|S| = ±1.
Matrices unitarias
U† = U−1 ⇒ UU† = U†U = 1.
Si la matriz unitaria también esreal ⇒ la matriz será ortogonal,además cumple con,
|U||U†| = |U|2 = 1.
Matrices hermíticas
H† = H⇒ h∗ji = hij .
Lo anterior indica que los elemen-tos de la diagonal principal seránreales.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas: producto directo
Producto directoSi tenemos,
A→ dim.{m× n},B→ dim.{m′ × n′},
⇒ C = A⊗B→ dim.{mm′ × nn′},
en donde,
Cαβ=AijBkl,α = m′(i− 1) + k,
β = n′(j − 1) + l.
Además, si:
C = A⊗B & C′ = A′ ⊗B′,
y los productos internos AA′BB′ están definidos ⇒
CC′ = (AA′)⊗ (BB′).
Finalmente, si A y B son de mis-mas dimensiones se cumple que,
C⊗ (A + B) = C⊗A + C⊗B,(A + B)⊗C = A⊗C + B⊗C.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas: producto directo
Producto directoSi tenemos,
A→ dim.{m× n},B→ dim.{m′ × n′},
⇒ C = A⊗B→ dim.{mm′ × nn′},
en donde,
Cαβ=AijBkl,α = m′(i− 1) + k,
β = n′(j − 1) + l.
Además, si:
C = A⊗B & C′ = A′ ⊗B′,
y los productos internos AA′BB′ están definidos ⇒
CC′ = (AA′)⊗ (BB′).
Finalmente, si A y B son de mis-mas dimensiones se cumple que,
C⊗ (A + B) = C⊗A + C⊗B,(A + B)⊗C = A⊗C + B⊗C.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas: producto directo
Producto directoSi tenemos,
A→ dim.{m× n},B→ dim.{m′ × n′},
⇒ C = A⊗B→ dim.{mm′ × nn′},
en donde,
Cαβ=AijBkl,α = m′(i− 1) + k,
β = n′(j − 1) + l.
Además, si:
C = A⊗B & C′ = A′ ⊗B′,
y los productos internos AA′BB′ están definidos ⇒
CC′ = (AA′)⊗ (BB′).
Finalmente, si A y B son de mis-mas dimensiones se cumple que,
C⊗ (A + B) = C⊗A + C⊗B,(A + B)⊗C = A⊗C + B⊗C.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas: producto directo
Producto directoSi tenemos,
A→ dim.{m× n},B→ dim.{m′ × n′},
⇒ C = A⊗B→ dim.{mm′ × nn′},
en donde,
Cαβ=AijBkl,α = m′(i− 1) + k,
β = n′(j − 1) + l.
Además, si:
C = A⊗B & C′ = A′ ⊗B′,
y los productos internos AA′BB′ están definidos ⇒
CC′ = (AA′)⊗ (BB′).
Finalmente, si A y B son de mis-mas dimensiones se cumple que,
C⊗ (A + B) = C⊗A + C⊗B,(A + B)⊗C = A⊗C + B⊗C.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 22/3722/37
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas: producto directo
Producto directoSi tenemos,
A→ dim.{m× n},B→ dim.{m′ × n′},
⇒ C = A⊗B→ dim.{mm′ × nn′},
en donde,
Cαβ=AijBkl,α = m′(i− 1) + k,
β = n′(j − 1) + l.
Además, si:
C = A⊗B & C′ = A′ ⊗B′,
y los productos internos AA′BB′ están definidos ⇒
CC′ = (AA′)⊗ (BB′).
Finalmente, si A y B son de mis-mas dimensiones se cumple que,
C⊗ (A + B) = C⊗A + C⊗B,(A + B)⊗C = A⊗C + B⊗C.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas: producto directo
Ejemplos producto directo(1) Si A y B son matrices 2× 2, calculamos el producto directo
A⊗B,
A⊗B
=[a11B a12Ba21B a22B
]=
a11b11 a11b12 a12b11 a12b12a11b21 a11b22 a12b21 a12b22a21b11 a21b12 a22b11 a22b12a21b21 a21b22 a22b21 a22b22
.
(2) Si x y y son vectores−columna de dos elementos, entonces:
[x1x2
]⊗[y1y2
]
=[x1yx2y
]=
x1y1x1y2x2y1x2y2
.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 23/3723/37
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas: producto directo
Ejemplos producto directo(1) Si A y B son matrices 2× 2, calculamos el producto directo
A⊗B,
A⊗B
=[a11B a12Ba21B a22B
]=
a11b11 a11b12 a12b11 a12b12a11b21 a11b22 a12b21 a12b22a21b11 a21b12 a22b11 a22b12a21b21 a21b22 a22b21 a22b22
.
(2) Si x y y son vectores−columna de dos elementos, entonces:
[x1x2
]⊗[y1y2
]
=[x1yx2y
]=
x1y1x1y2x2y1x2y2
.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 23/3723/37
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas: producto directo
Ejemplos producto directo(1) Si A y B son matrices 2× 2, calculamos el producto directo
A⊗B,
A⊗B =[a11B a12Ba21B a22B
]
=
a11b11 a11b12 a12b11 a12b12a11b21 a11b22 a12b21 a12b22a21b11 a21b12 a22b11 a22b12a21b21 a21b22 a22b21 a22b22
.
(2) Si x y y son vectores−columna de dos elementos, entonces:
[x1x2
]⊗[y1y2
]
=[x1yx2y
]=
x1y1x1y2x2y1x2y2
.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 23/3723/37
![Page 105: 2. Álgebralinealoseaman/files/mathematical_methods...4/ 37 Determinantes y sistemas de ecuaciones lineales Propiedadesdelosdeterminantes •El intercambio de dos filas o columnas](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022090610/60707698961a1b3cd44d6ac3/html5/thumbnails/105.jpg)
Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas: producto directo
Ejemplos producto directo(1) Si A y B son matrices 2× 2, calculamos el producto directo
A⊗B,
A⊗B =[a11B a12Ba21B a22B
]=
a11b11 a11b12 a12b11 a12b12a11b21 a11b22 a12b21 a12b22a21b11 a21b12 a22b11 a22b12a21b21 a21b22 a22b21 a22b22
.
(2) Si x y y son vectores−columna de dos elementos, entonces:
[x1x2
]⊗[y1y2
]
=[x1yx2y
]=
x1y1x1y2x2y1x2y2
.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 23/3723/37
![Page 106: 2. Álgebralinealoseaman/files/mathematical_methods...4/ 37 Determinantes y sistemas de ecuaciones lineales Propiedadesdelosdeterminantes •El intercambio de dos filas o columnas](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022090610/60707698961a1b3cd44d6ac3/html5/thumbnails/106.jpg)
Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas: producto directo
Ejemplos producto directo(1) Si A y B son matrices 2× 2, calculamos el producto directo
A⊗B,
A⊗B =[a11B a12Ba21B a22B
]=
a11b11 a11b12 a12b11 a12b12a11b21 a11b22 a12b21 a12b22a21b11 a21b12 a22b11 a22b12a21b21 a21b22 a22b21 a22b22
.
(2) Si x y y son vectores−columna de dos elementos, entonces:
[x1x2
]⊗[y1y2
]
=[x1yx2y
]=
x1y1x1y2x2y1x2y2
.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 23/3723/37
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas: producto directo
Ejemplos producto directo(1) Si A y B son matrices 2× 2, calculamos el producto directo
A⊗B,
A⊗B =[a11B a12Ba21B a22B
]=
a11b11 a11b12 a12b11 a12b12a11b21 a11b22 a12b21 a12b22a21b11 a21b12 a22b11 a22b12a21b21 a21b22 a22b21 a22b22
.
(2) Si x y y son vectores−columna de dos elementos, entonces:
[x1x2
]⊗[y1y2
]=[x1yx2y
]
=
x1y1x1y2x2y1x2y2
.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 23/3723/37
![Page 108: 2. Álgebralinealoseaman/files/mathematical_methods...4/ 37 Determinantes y sistemas de ecuaciones lineales Propiedadesdelosdeterminantes •El intercambio de dos filas o columnas](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022090610/60707698961a1b3cd44d6ac3/html5/thumbnails/108.jpg)
Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas: producto directo
Ejemplos producto directo(1) Si A y B son matrices 2× 2, calculamos el producto directo
A⊗B,
A⊗B =[a11B a12Ba21B a22B
]=
a11b11 a11b12 a12b11 a12b12a11b21 a11b22 a12b21 a12b22a21b11 a21b12 a22b11 a22b12a21b21 a21b22 a22b21 a22b22
.
(2) Si x y y son vectores−columna de dos elementos, entonces:
[x1x2
]⊗[y1y2
]=[x1yx2y
]=
x1y1x1y2x2y1x2y2
.
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas: fuciones de matrices
Si tenemos A cuadrada de dimensión n× n, entonces las funciones:
exp(A) =∞∑j=0
1j!A
j ,
Sen(A) =∞∑j=0
(−1)j
(2j + 1)!A2j+1,
Cos(A) =∞∑j=0
(−1)j
(2j)! A2j ,
estarán también definidas como matrices de n× n.
Un ejemplo de aplicación sería la identidad de Euler,exp(iσkθ) = 1Cosθ + iσkSenθ
en donde θ, k = 1, 2, 3 ∈ R y σk son las matrices de Pauli,
σ1 =[0 11 0
], σ2 =
[0 −ii 0
], σ3 =
[1 00 −1
].
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 24/3724/37
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas: fuciones de matrices
Si tenemos A cuadrada de dimensión n× n, entonces las funciones:
exp(A) =∞∑j=0
1j!A
j ,
Sen(A) =∞∑j=0
(−1)j
(2j + 1)!A2j+1,
Cos(A) =∞∑j=0
(−1)j
(2j)! A2j ,
estarán también definidas como matrices de n× n.Un ejemplo de aplicación sería la identidad de Euler,
exp(iσkθ) = 1Cosθ + iσkSenθ
en donde θ, k = 1, 2, 3 ∈ R y σk son las matrices de Pauli,
σ1 =[0 11 0
], σ2 =
[0 −ii 0
], σ3 =
[1 00 −1
].
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas: fuciones de matrices
Si tenemos A cuadrada de dimensión n× n, entonces las funciones:
exp(A) =∞∑j=0
1j!A
j ,
Sen(A) =∞∑j=0
(−1)j
(2j + 1)!A2j+1,
Cos(A) =∞∑j=0
(−1)j
(2j)! A2j ,
estarán también definidas como matrices de n× n.Un ejemplo de aplicación sería la identidad de Euler,
exp(iσkθ) = 1Cosθ + iσkSenθen donde θ, k = 1, 2, 3 ∈ R y σk son las matrices de Pauli,
σ1 =[0 11 0
], σ2 =
[0 −ii 0
], σ3 =
[1 00 −1
].
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas: fuciones de matrices
Otra aplicación sería la relación de matrices hermíticas y unitarias,
U = exp(iH)
donde U será unitaria ⇐⇒ H es hermítica.
Otro resultado es que cualquier matriz hermítica H satisface la fórmulade la traza,
|exp(H)| = exp[Tr(H)].
Finalmente, la fórmula de Baker-Hausdorff,
exp(−T)Aexp(T) = A+[A,T]+ 12! [[A,T],T]+ 1
3! [[[A,T],T] ,T]+. . .
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas: fuciones de matrices
Otra aplicación sería la relación de matrices hermíticas y unitarias,
U = exp(iH)
donde U será unitaria ⇐⇒ H es hermítica.
Otro resultado es que cualquier matriz hermítica H satisface la fórmulade la traza,
|exp(H)| = exp[Tr(H)].
Finalmente, la fórmula de Baker-Hausdorff,
exp(−T)Aexp(T) = A+[A,T]+ 12! [[A,T],T]+ 1
3! [[[A,T],T] ,T]+. . .
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Matrices y propiedades fundamentalesPropiedades básicas: fuciones de matrices
Otra aplicación sería la relación de matrices hermíticas y unitarias,
U = exp(iH)
donde U será unitaria ⇐⇒ H es hermítica.
Otro resultado es que cualquier matriz hermítica H satisface la fórmulade la traza,
|exp(H)| = exp[Tr(H)].
Finalmente, la fórmula de Baker-Hausdorff,
exp(−T)Aexp(T) = A+[A,T]+ 12! [[A,T],T]+ 1
3! [[[A,T],T] ,T]+. . .
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Contenido: Tema 02
2. Álgebra lineal2.1 Determinantes y sistemas de ecuaciones lineales2.2 Matrices y propiedades fundamentales2.3 Problemas de eigenvalores2.4 Matrices especiales
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar
Consideremos una partícula que se mueve sin fricción en un campobidimensional del tipo,
V (x, y) = ax2 + bxy + cy2,
en donde los parámetros a, b, y cdescriben al campo V y cuyo míni-mo se encuentra en x = y = 0.
Calculando las componentes de la fuerza en un punto dado,
Fx = −∂V∂x
= −2ax− by, Fy = −∂V∂y
= −bx− 2cy.
Para encontrar las dir. de la fuerza que se orientan hacia el origen delpotencial (x = y = 0), describamos el problema matricialmente:[
FxFy
]=[−2a −b−b −2c
] [xy
]
⇒ F = Hr
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar
Consideremos una partícula que se mueve sin fricción en un campobidimensional del tipo,
V (x, y) = ax2 + bxy + cy2,
en donde los parámetros a, b, y cdescriben al campo V y cuyo míni-mo se encuentra en x = y = 0.
Calculando las componentes de la fuerza en un punto dado,
Fx = −∂V∂x
= −2ax− by, Fy = −∂V∂y
= −bx− 2cy.
Para encontrar las dir. de la fuerza que se orientan hacia el origen delpotencial (x = y = 0), describamos el problema matricialmente:[
FxFy
]=[−2a −b−b −2c
] [xy
]
⇒ F = Hr
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar
Consideremos una partícula que se mueve sin fricción en un campobidimensional del tipo,
V (x, y) = ax2 + bxy + cy2,
en donde los parámetros a, b, y cdescriben al campo V y cuyo míni-mo se encuentra en x = y = 0.
Calculando las componentes de la fuerza en un punto dado,
Fx = −∂V∂x
= −2ax− by, Fy = −∂V∂y
= −bx− 2cy.
Para encontrar las dir. de la fuerza que se orientan hacia el origen delpotencial (x = y = 0), describamos el problema matricialmente:[
FxFy
]=[−2a −b−b −2c
] [xy
]
⇒ F = Hr
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar
Consideremos una partícula que se mueve sin fricción en un campobidimensional del tipo,
V (x, y) = ax2 + bxy + cy2,
en donde los parámetros a, b, y cdescriben al campo V y cuyo míni-mo se encuentra en x = y = 0.
Calculando las componentes de la fuerza en un punto dado,
Fx = −∂V∂x
= −2ax− by, Fy = −∂V∂y
= −bx− 2cy.
Para encontrar las dir. de la fuerza que se orientan hacia el origen delpotencial (x = y = 0), describamos el problema matricialmente:[
FxFy
]=[−2a −b−b −2c
] [xy
]⇒ F = Hr
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Problemas de eigenvaloresDefinición de ecuación secular
La condición de orientación al ori-gen del campo de fuerzas equivalea decir,
FxFy
= x
y,
lo cual a su vez indica que,
F ∝ r ⇒ F = λr
en donde λ es una constante deproporcionalidad.
Relacionando con el res. previo,
F = Hr ⇒ Hr = λr,∴ (H− λ1)r =0.
Lo anterior se puede visualizarcomo un sistema de ecuacioneslineales homogéneas, en donde λy r deben de ser determinados.
Para que el sistema tenga solucón(aparte de la trivial r = 0) se debecumplir, por tanto,
|H− λ1| = 0
lo cual se conoce como ecuaciónsecular.
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Problemas de eigenvaloresDefinición de ecuación secular
La condición de orientación al ori-gen del campo de fuerzas equivalea decir,
FxFy
= x
y,
lo cual a su vez indica que,
F ∝ r ⇒ F = λr
en donde λ es una constante deproporcionalidad.
Relacionando con el res. previo,
F = Hr ⇒ Hr = λr,∴ (H− λ1)r =0.
Lo anterior se puede visualizarcomo un sistema de ecuacioneslineales homogéneas, en donde λy r deben de ser determinados.
Para que el sistema tenga solucón(aparte de la trivial r = 0) se debecumplir, por tanto,
|H− λ1| = 0
lo cual se conoce como ecuaciónsecular.
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Problemas de eigenvaloresDefinición de ecuación secular
La condición de orientación al ori-gen del campo de fuerzas equivalea decir,
FxFy
= x
y,
lo cual a su vez indica que,
F ∝ r ⇒ F = λr
en donde λ es una constante deproporcionalidad.
Relacionando con el res. previo,
F = Hr ⇒ Hr = λr,∴ (H− λ1)r =0.
Lo anterior se puede visualizarcomo un sistema de ecuacioneslineales homogéneas, en donde λy r deben de ser determinados.
Para que el sistema tenga solucón(aparte de la trivial r = 0) se debecumplir, por tanto,
|H− λ1| = 0
lo cual se conoce como ecuaciónsecular.
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Problemas de eigenvaloresDefinición de ecuación secular
La condición de orientación al ori-gen del campo de fuerzas equivalea decir,
FxFy
= x
y,
lo cual a su vez indica que,
F ∝ r ⇒ F = λr
en donde λ es una constante deproporcionalidad.
Relacionando con el res. previo,
F = Hr ⇒ Hr = λr,∴ (H− λ1)r =0.
Lo anterior se puede visualizarcomo un sistema de ecuacioneslineales homogéneas, en donde λy r deben de ser determinados.
Para que el sistema tenga solucón(aparte de la trivial r = 0) se debecumplir, por tanto,
|H− λ1| = 0
lo cual se conoce como ecuaciónsecular.
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Problemas de eigenvaloresDefinición de ecuación secular
La condición de orientación al ori-gen del campo de fuerzas equivalea decir,
FxFy
= x
y,
lo cual a su vez indica que,
F ∝ r ⇒ F = λr
en donde λ es una constante deproporcionalidad.
Relacionando con el res. previo,
F = Hr ⇒ Hr = λr,∴ (H− λ1)r =0.
Lo anterior se puede visualizarcomo un sistema de ecuacioneslineales homogéneas, en donde λy r deben de ser determinados.
Para que el sistema tenga solucón(aparte de la trivial r = 0) se debecumplir, por tanto,
|H− λ1| = 0
lo cual se conoce como ecuaciónsecular.
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: obtención de eigenvalores
Regresando al ejemplo inicial,
H =[−2a −b−b −2c
]=[−2
√5√
5 −6
],
especificando a = 1, b = −√
5, y c = 3.
Resolviendo por tanto la ecuación secular,
|H− 1λ| = 0 ⇒∣∣∣∣∣−2− λ
√5√
5 −6− λ
∣∣∣∣∣ = 0,
lo cual se reduce a,
λ2 + 8λ+ 7 = 0 ⇒ (λ+ 1)(λ+ 7) = 0,
dando como resultado los eigenvalores λ1 = −1 y λ2 = −7.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 29/3729/37
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: obtención de eigenvalores
Regresando al ejemplo inicial,
H =[−2a −b−b −2c
]=[−2
√5√
5 −6
],
especificando a = 1, b = −√
5, y c = 3.
Resolviendo por tanto la ecuación secular,
|H− 1λ| = 0 ⇒∣∣∣∣∣−2− λ
√5√
5 −6− λ
∣∣∣∣∣ = 0,
lo cual se reduce a,
λ2 + 8λ+ 7 = 0 ⇒ (λ+ 1)(λ+ 7) = 0,
dando como resultado los eigenvalores λ1 = −1 y λ2 = −7.
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: obtención de eigenvalores
Regresando al ejemplo inicial,
H =[−2a −b−b −2c
]=[−2
√5√
5 −6
],
especificando a = 1, b = −√
5, y c = 3.
Resolviendo por tanto la ecuación secular,
|H− 1λ| = 0 ⇒∣∣∣∣∣−2− λ
√5√
5 −6− λ
∣∣∣∣∣ = 0,
lo cual se reduce a,
λ2 + 8λ+ 7 = 0 ⇒ (λ+ 1)(λ+ 7) = 0,
dando como resultado los eigenvalores λ1 = −1 y λ2 = −7.
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: obtención de eigenvalores
Regresando al ejemplo inicial,
H =[−2a −b−b −2c
]=[−2
√5√
5 −6
],
especificando a = 1, b = −√
5, y c = 3.
Resolviendo por tanto la ecuación secular,
|H− 1λ| = 0 ⇒∣∣∣∣∣−2− λ
√5√
5 −6− λ
∣∣∣∣∣ = 0,
lo cual se reduce a,
λ2 + 8λ+ 7 = 0 ⇒ (λ+ 1)(λ+ 7) = 0,
dando como resultado los eigenvalores λ1 = −1 y λ2 = −7.
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: obtención de eigenvectores
Para obtener los eigenvectores, regresamos a la ecuación original ysustituimos el eigenvalor obtenido para el cual deseamos su eigenvec-tor,
(H− 1λi)r = 0 ⇒[−2− λi
√5√
5 −6− λi
] [xy
]= 0.
λ1 = −1[−1
√5√
5 −5
] [xy
]= 0,
expandiendo,
−x+√
5y = 0,√
5x− 5y = 0,⇒ x =
√5y.
Por tanto, para obtener la soluciónproponemos:
si y = 1 ⇒ x =√
5,
con lo cual, finalmente normal-izando se obtiene:
r1 = 1√6
[√5
1
].
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 30/3730/37
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: obtención de eigenvectores
Para obtener los eigenvectores, regresamos a la ecuación original ysustituimos el eigenvalor obtenido para el cual deseamos su eigenvec-tor,
(H− 1λi)r = 0 ⇒[−2− λi
√5√
5 −6− λi
] [xy
]= 0.
λ1 = −1[−1
√5√
5 −5
] [xy
]= 0,
expandiendo,
−x+√
5y = 0,√
5x− 5y = 0,⇒ x =
√5y.
Por tanto, para obtener la soluciónproponemos:
si y = 1 ⇒ x =√
5,
con lo cual, finalmente normal-izando se obtiene:
r1 = 1√6
[√5
1
].
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: obtención de eigenvectores
Para obtener los eigenvectores, regresamos a la ecuación original ysustituimos el eigenvalor obtenido para el cual deseamos su eigenvec-tor,
(H− 1λi)r = 0 ⇒[−2− λi
√5√
5 −6− λi
] [xy
]= 0.
λ1 = −1[−1
√5√
5 −5
] [xy
]= 0,
expandiendo,
−x+√
5y = 0,√
5x− 5y = 0,⇒ x =
√5y.
Por tanto, para obtener la soluciónproponemos:
si y = 1 ⇒ x =√
5,
con lo cual, finalmente normal-izando se obtiene:
r1 = 1√6
[√5
1
].
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: obtención de eigenvectores
Para obtener los eigenvectores, regresamos a la ecuación original ysustituimos el eigenvalor obtenido para el cual deseamos su eigenvec-tor,
(H− 1λi)r = 0 ⇒[−2− λi
√5√
5 −6− λi
] [xy
]= 0.
λ1 = −1[−1
√5√
5 −5
] [xy
]= 0,
expandiendo,
−x+√
5y = 0,√
5x− 5y = 0,⇒ x =
√5y.
Por tanto, para obtener la soluciónproponemos:
si y = 1 ⇒ x =√
5,
con lo cual, finalmente normal-izando se obtiene:
r1 = 1√6
[√5
1
].
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: obtención de eigenvectores
Para obtener los eigenvectores, regresamos a la ecuación original ysustituimos el eigenvalor obtenido para el cual deseamos su eigenvec-tor,
(H− 1λi)r = 0 ⇒[−2− λi
√5√
5 −6− λi
] [xy
]= 0.
λ1 = −1[−1
√5√
5 −5
] [xy
]= 0,
expandiendo,
−x+√
5y = 0,√
5x− 5y = 0,⇒ x =
√5y.
Por tanto, para obtener la soluciónproponemos:
si y = 1 ⇒ x =√
5,
con lo cual, finalmente normal-izando se obtiene:
r1 = 1√6
[√5
1
].
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: obtención de eigenvectores
λ2 = −7[5√
5√5 1
] [xy
]= 0,
expandiendo,
5x+√
5y = 0,√
5x+ y = 0,⇒ y = −
√5x.
Por tanto, si x = 1 ⇒ y = −√
5,obteniendo,
r2 = 1√6
[1−√
5
].
Resumiendo tenemos,
λ1 = −1 ⇒ r1 = 1√6
[√5
1
],
λ2 = −7 ⇒ r2 = 1√6
[1−√
5
],
De los resultados observamos losiguiente,
(1) el num. de eigenvalores es elmismo que la dimensión de H,
(2) los eigenvalores obtenidos sonreales,
(3) los eigenvectores son ortogo-nales: r1 · r2 = 0.
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: obtención de eigenvectores
λ2 = −7[5√
5√5 1
] [xy
]= 0,
expandiendo,
5x+√
5y = 0,√
5x+ y = 0,⇒ y = −
√5x.
Por tanto, si x = 1 ⇒ y = −√
5,obteniendo,
r2 = 1√6
[1−√
5
].
Resumiendo tenemos,
λ1 = −1 ⇒ r1 = 1√6
[√5
1
],
λ2 = −7 ⇒ r2 = 1√6
[1−√
5
],
De los resultados observamos losiguiente,
(1) el num. de eigenvalores es elmismo que la dimensión de H,
(2) los eigenvalores obtenidos sonreales,
(3) los eigenvectores son ortogo-nales: r1 · r2 = 0.
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: obtención de eigenvectores
λ2 = −7[5√
5√5 1
] [xy
]= 0,
expandiendo,
5x+√
5y = 0,√
5x+ y = 0,⇒ y = −
√5x.
Por tanto, si x = 1 ⇒ y = −√
5,obteniendo,
r2 = 1√6
[1−√
5
].
Resumiendo tenemos,
λ1 = −1 ⇒ r1 = 1√6
[√5
1
],
λ2 = −7 ⇒ r2 = 1√6
[1−√
5
],
De los resultados observamos losiguiente,
(1) el num. de eigenvalores es elmismo que la dimensión de H,
(2) los eigenvalores obtenidos sonreales,
(3) los eigenvectores son ortogo-nales: r1 · r2 = 0.
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: obtención de eigenvectores
λ2 = −7[5√
5√5 1
] [xy
]= 0,
expandiendo,
5x+√
5y = 0,√
5x+ y = 0,⇒ y = −
√5x.
Por tanto, si x = 1 ⇒ y = −√
5,obteniendo,
r2 = 1√6
[1−√
5
].
Resumiendo tenemos,
λ1 = −1 ⇒ r1 = 1√6
[√5
1
],
λ2 = −7 ⇒ r2 = 1√6
[1−√
5
],
De los resultados observamos losiguiente,
(1) el num. de eigenvalores es elmismo que la dimensión de H,
(2) los eigenvalores obtenidos sonreales,
(3) los eigenvectores son ortogo-nales: r1 · r2 = 0.
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: obtención de eigenvectores
λ2 = −7[5√
5√5 1
] [xy
]= 0,
expandiendo,
5x+√
5y = 0,√
5x+ y = 0,⇒ y = −
√5x.
Por tanto, si x = 1 ⇒ y = −√
5,obteniendo,
r2 = 1√6
[1−√
5
].
Resumiendo tenemos,
λ1 = −1 ⇒ r1 = 1√6
[√5
1
],
λ2 = −7 ⇒ r2 = 1√6
[1−√
5
],
De los resultados observamos losiguiente,
(1) el num. de eigenvalores es elmismo que la dimensión de H,
(2) los eigenvalores obtenidos sonreales,
(3) los eigenvectores son ortogo-nales: r1 · r2 = 0.
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: obtención de eigenvectores
λ2 = −7[5√
5√5 1
] [xy
]= 0,
expandiendo,
5x+√
5y = 0,√
5x+ y = 0,⇒ y = −
√5x.
Por tanto, si x = 1 ⇒ y = −√
5,obteniendo,
r2 = 1√6
[1−√
5
].
Resumiendo tenemos,
λ1 = −1 ⇒ r1 = 1√6
[√5
1
],
λ2 = −7 ⇒ r2 = 1√6
[1−√
5
],
De los resultados observamos losiguiente,
(1) el num. de eigenvalores es elmismo que la dimensión de H,
(2) los eigenvalores obtenidos sonreales,
(3) los eigenvectores son ortogo-nales: r1 · r2 = 0.
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: obtención de eigenvectores
λ2 = −7[5√
5√5 1
] [xy
]= 0,
expandiendo,
5x+√
5y = 0,√
5x+ y = 0,⇒ y = −
√5x.
Por tanto, si x = 1 ⇒ y = −√
5,obteniendo,
r2 = 1√6
[1−√
5
].
Resumiendo tenemos,
λ1 = −1 ⇒ r1 = 1√6
[√5
1
],
λ2 = −7 ⇒ r2 = 1√6
[1−√
5
],
De los resultados observamos losiguiente,
(1) el num. de eigenvalores es elmismo que la dimensión de H,
(2) los eigenvalores obtenidos sonreales,
(3) los eigenvectores son ortogo-nales: r1 · r2 = 0.
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: interpretación de eigenvectores
La ortogonalidad de los eigenvectores se puede entender físicamentecomo las direcciones de simetría del problema en cuestión, que se cono-cen como los ejes principales del potencial,
x = y51/2 y = -x51/2
Por tanto, los eigenvectores definen una matriz de rotación del sis-tema original al sistema de ejes principales,
1√6
[√5 1
1 −√
5
] [xy
]= 1√
6
[√5x+ y
x−√
5y
]=[x′
y′
]⇒ Ur = r′.
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: interpretación de eigenvectores
La ortogonalidad de los eigenvectores se puede entender físicamentecomo las direcciones de simetría del problema en cuestión, que se cono-cen como los ejes principales del potencial,
x = y51/2 y = -x51/2
Por tanto, los eigenvectores definen una matriz de rotación del sis-tema original al sistema de ejes principales,
1√6
[√5 1
1 −√
5
] [xy
]= 1√
6
[√5x+ y
x−√
5y
]=[x′
y′
]⇒ Ur = r′.
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Problemas de eigenvaloresEjemplo preliminar: interpretación de eigenvectores
La ortogonalidad de los eigenvectores se puede entender físicamentecomo las direcciones de simetría del problema en cuestión, que se cono-cen como los ejes principales del potencial,
x = y51/2 y = -x51/2
Por tanto, los eigenvectores definen una matriz de rotación del sis-tema original al sistema de ejes principales,
1√6
[√5 1
1 −√
5
] [xy
]= 1√
6
[√5x+ y
x−√
5y
]=[x′
y′
]⇒ Ur = r′.
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Problemas de eigenvaloresTransformación de similaridad
Finalmente, queda el proceso de transformar el problema original alnuevo sistema de ejes principales, para ello realizamos lo siguiente,
Hr = λr
⇒ HU−1Ur = λU−1Ur,UHU−1Ur = UλU−1Ur
⇒ UHU−1(Ur) = λ(Ur),
ya que U−1U = UU−1 = 1.
Pero Ur = r′, por tanto (UHU−1)r′ = λr′.
Es decir, se ha convertido H y r mediante una transformación al sis-tema preferencial, sin embargo el eigenvalor λ permanece invariante,∴∴∴ la transformación de similaridad nos arroja la matriz diagonal delproblema,
UHU−1 = 16
[√5 1
1 −√
5
] [−2
√5√
5 −6
] [√5 1
1 −√
5
]=[−1 00 −7
].
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 33/3733/37
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Problemas de eigenvaloresTransformación de similaridad
Finalmente, queda el proceso de transformar el problema original alnuevo sistema de ejes principales, para ello realizamos lo siguiente,
Hr = λr
⇒ HU−1Ur = λU−1Ur,UHU−1Ur = UλU−1Ur
⇒ UHU−1(Ur) = λ(Ur),
ya que U−1U = UU−1 = 1.
Pero Ur = r′, por tanto (UHU−1)r′ = λr′.
Es decir, se ha convertido H y r mediante una transformación al sis-tema preferencial, sin embargo el eigenvalor λ permanece invariante,∴∴∴ la transformación de similaridad nos arroja la matriz diagonal delproblema,
UHU−1 = 16
[√5 1
1 −√
5
] [−2
√5√
5 −6
] [√5 1
1 −√
5
]=[−1 00 −7
].
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 33/3733/37
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Problemas de eigenvaloresTransformación de similaridad
Finalmente, queda el proceso de transformar el problema original alnuevo sistema de ejes principales, para ello realizamos lo siguiente,
Hr = λr ⇒ HU−1Ur = λU−1Ur,
UHU−1Ur = UλU−1Ur
⇒ UHU−1(Ur) = λ(Ur),
ya que U−1U = UU−1 = 1.
Pero Ur = r′, por tanto (UHU−1)r′ = λr′.
Es decir, se ha convertido H y r mediante una transformación al sis-tema preferencial, sin embargo el eigenvalor λ permanece invariante,∴∴∴ la transformación de similaridad nos arroja la matriz diagonal delproblema,
UHU−1 = 16
[√5 1
1 −√
5
] [−2
√5√
5 −6
] [√5 1
1 −√
5
]=[−1 00 −7
].
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 33/3733/37
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Problemas de eigenvaloresTransformación de similaridad
Finalmente, queda el proceso de transformar el problema original alnuevo sistema de ejes principales, para ello realizamos lo siguiente,
Hr = λr ⇒ HU−1Ur = λU−1Ur,UHU−1Ur = UλU−1Ur
⇒ UHU−1(Ur) = λ(Ur),
ya que U−1U = UU−1 = 1.
Pero Ur = r′, por tanto (UHU−1)r′ = λr′.
Es decir, se ha convertido H y r mediante una transformación al sis-tema preferencial, sin embargo el eigenvalor λ permanece invariante,∴∴∴ la transformación de similaridad nos arroja la matriz diagonal delproblema,
UHU−1 = 16
[√5 1
1 −√
5
] [−2
√5√
5 −6
] [√5 1
1 −√
5
]=[−1 00 −7
].
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 33/3733/37
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Problemas de eigenvaloresTransformación de similaridad
Finalmente, queda el proceso de transformar el problema original alnuevo sistema de ejes principales, para ello realizamos lo siguiente,
Hr = λr ⇒ HU−1Ur = λU−1Ur,UHU−1Ur = UλU−1Ur ⇒ UHU−1(Ur) = λ(Ur),
ya que U−1U = UU−1 = 1.
Pero Ur = r′, por tanto (UHU−1)r′ = λr′.
Es decir, se ha convertido H y r mediante una transformación al sis-tema preferencial, sin embargo el eigenvalor λ permanece invariante,∴∴∴ la transformación de similaridad nos arroja la matriz diagonal delproblema,
UHU−1 = 16
[√5 1
1 −√
5
] [−2
√5√
5 −6
] [√5 1
1 −√
5
]=[−1 00 −7
].
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Problemas de eigenvaloresTransformación de similaridad
Finalmente, queda el proceso de transformar el problema original alnuevo sistema de ejes principales, para ello realizamos lo siguiente,
Hr = λr ⇒ HU−1Ur = λU−1Ur,UHU−1Ur = UλU−1Ur ⇒ UHU−1(Ur) = λ(Ur),
ya que U−1U = UU−1 = 1.
Pero Ur = r′, por tanto (UHU−1)r′ = λr′.
Es decir, se ha convertido H y r mediante una transformación al sis-tema preferencial, sin embargo el eigenvalor λ permanece invariante,∴∴∴ la transformación de similaridad nos arroja la matriz diagonal delproblema,
UHU−1 = 16
[√5 1
1 −√
5
] [−2
√5√
5 −6
] [√5 1
1 −√
5
]=[−1 00 −7
].
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Problemas de eigenvaloresTransformación de similaridad
Finalmente, queda el proceso de transformar el problema original alnuevo sistema de ejes principales, para ello realizamos lo siguiente,
Hr = λr ⇒ HU−1Ur = λU−1Ur,UHU−1Ur = UλU−1Ur ⇒ UHU−1(Ur) = λ(Ur),
ya que U−1U = UU−1 = 1.
Pero Ur = r′, por tanto (UHU−1)r′ = λr′.
Es decir, se ha convertido H y r mediante una transformación al sis-tema preferencial, sin embargo el eigenvalor λ permanece invariante,∴∴∴ la transformación de similaridad nos arroja la matriz diagonal delproblema,
UHU−1 = 16
[√5 1
1 −√
5
] [−2
√5√
5 −6
] [√5 1
1 −√
5
]=[−1 00 −7
].
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 33/3733/37
![Page 151: 2. Álgebralinealoseaman/files/mathematical_methods...4/ 37 Determinantes y sistemas de ecuaciones lineales Propiedadesdelosdeterminantes •El intercambio de dos filas o columnas](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022090610/60707698961a1b3cd44d6ac3/html5/thumbnails/151.jpg)
Problemas de eigenvaloresTransformación de similaridad
Finalmente, queda el proceso de transformar el problema original alnuevo sistema de ejes principales, para ello realizamos lo siguiente,
Hr = λr ⇒ HU−1Ur = λU−1Ur,UHU−1Ur = UλU−1Ur ⇒ UHU−1(Ur) = λ(Ur),
ya que U−1U = UU−1 = 1.
Pero Ur = r′, por tanto (UHU−1)r′ = λr′.
Es decir, se ha convertido H y r mediante una transformación al sis-tema preferencial, sin embargo el eigenvalor λ permanece invariante,∴∴∴ la transformación de similaridad nos arroja la matriz diagonal delproblema,
UHU−1 = 16
[√5 1
1 −√
5
] [−2
√5√
5 −6
] [√5 1
1 −√
5
]=[−1 00 −7
].
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Contenido: Tema 02
2. Álgebra lineal2.1 Determinantes y sistemas de ecuaciones lineales2.2 Matrices y propiedades fundamentales2.3 Problemas de eigenvalores2.4 Matrices especiales
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 34/3734/37
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Matrices especialesMatrices hermíticas
Una matriz H es hermítica cuando H = H†.
En particular, cuando se trata con problemas de eigenvalores de matri-ces hermíticas, se tienen las siguientes propiedades:• Los eigenvalores son reales.• Eigenvectores correspondientes a diferentes eigenvalores son ortog-onales.
• Los eigenvectores forman un set completo en el cual se puede ex-pander cualquier vector perteneciente al propio espacio.
Además, en el caso de transf. de similaridad, UHU−1, se cumple,• Los eigenvalores son invariantes.• UHU−1 será diagonal, con los eigenvalores de H como sus ele-mentos diagonales.
• El eigenvector (normalizado) de la matriz H, corresponde al eigen-valor (UHU−1)ii, será la i-ésima columna de U−1.
• Finalmente, |H| y Tr(H) son invariantes ante tal transformación.
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 35/3735/37
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Matrices especialesMatrices hermíticas
Una matriz H es hermítica cuando H = H†.
En particular, cuando se trata con problemas de eigenvalores de matri-ces hermíticas, se tienen las siguientes propiedades:
• Los eigenvalores son reales.• Eigenvectores correspondientes a diferentes eigenvalores son ortog-onales.
• Los eigenvectores forman un set completo en el cual se puede ex-pander cualquier vector perteneciente al propio espacio.
Además, en el caso de transf. de similaridad, UHU−1, se cumple,• Los eigenvalores son invariantes.• UHU−1 será diagonal, con los eigenvalores de H como sus ele-mentos diagonales.
• El eigenvector (normalizado) de la matriz H, corresponde al eigen-valor (UHU−1)ii, será la i-ésima columna de U−1.
• Finalmente, |H| y Tr(H) son invariantes ante tal transformación.
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Matrices especialesMatrices hermíticas
Una matriz H es hermítica cuando H = H†.
En particular, cuando se trata con problemas de eigenvalores de matri-ces hermíticas, se tienen las siguientes propiedades:• Los eigenvalores son reales.
• Eigenvectores correspondientes a diferentes eigenvalores son ortog-onales.
• Los eigenvectores forman un set completo en el cual se puede ex-pander cualquier vector perteneciente al propio espacio.
Además, en el caso de transf. de similaridad, UHU−1, se cumple,• Los eigenvalores son invariantes.• UHU−1 será diagonal, con los eigenvalores de H como sus ele-mentos diagonales.
• El eigenvector (normalizado) de la matriz H, corresponde al eigen-valor (UHU−1)ii, será la i-ésima columna de U−1.
• Finalmente, |H| y Tr(H) son invariantes ante tal transformación.
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Matrices especialesMatrices hermíticas
Una matriz H es hermítica cuando H = H†.
En particular, cuando se trata con problemas de eigenvalores de matri-ces hermíticas, se tienen las siguientes propiedades:• Los eigenvalores son reales.• Eigenvectores correspondientes a diferentes eigenvalores son ortog-onales.
• Los eigenvectores forman un set completo en el cual se puede ex-pander cualquier vector perteneciente al propio espacio.
Además, en el caso de transf. de similaridad, UHU−1, se cumple,• Los eigenvalores son invariantes.• UHU−1 será diagonal, con los eigenvalores de H como sus ele-mentos diagonales.
• El eigenvector (normalizado) de la matriz H, corresponde al eigen-valor (UHU−1)ii, será la i-ésima columna de U−1.
• Finalmente, |H| y Tr(H) son invariantes ante tal transformación.
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Matrices especialesMatrices hermíticas
Una matriz H es hermítica cuando H = H†.
En particular, cuando se trata con problemas de eigenvalores de matri-ces hermíticas, se tienen las siguientes propiedades:• Los eigenvalores son reales.• Eigenvectores correspondientes a diferentes eigenvalores son ortog-onales.
• Los eigenvectores forman un set completo en el cual se puede ex-pander cualquier vector perteneciente al propio espacio.
Además, en el caso de transf. de similaridad, UHU−1, se cumple,• Los eigenvalores son invariantes.• UHU−1 será diagonal, con los eigenvalores de H como sus ele-mentos diagonales.
• El eigenvector (normalizado) de la matriz H, corresponde al eigen-valor (UHU−1)ii, será la i-ésima columna de U−1.
• Finalmente, |H| y Tr(H) son invariantes ante tal transformación.
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Matrices especialesMatrices hermíticas
Una matriz H es hermítica cuando H = H†.
En particular, cuando se trata con problemas de eigenvalores de matri-ces hermíticas, se tienen las siguientes propiedades:• Los eigenvalores son reales.• Eigenvectores correspondientes a diferentes eigenvalores son ortog-onales.
• Los eigenvectores forman un set completo en el cual se puede ex-pander cualquier vector perteneciente al propio espacio.
Además, en el caso de transf. de similaridad, UHU−1, se cumple,
• Los eigenvalores son invariantes.• UHU−1 será diagonal, con los eigenvalores de H como sus ele-mentos diagonales.
• El eigenvector (normalizado) de la matriz H, corresponde al eigen-valor (UHU−1)ii, será la i-ésima columna de U−1.
• Finalmente, |H| y Tr(H) son invariantes ante tal transformación.
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Matrices especialesMatrices hermíticas
Una matriz H es hermítica cuando H = H†.
En particular, cuando se trata con problemas de eigenvalores de matri-ces hermíticas, se tienen las siguientes propiedades:• Los eigenvalores son reales.• Eigenvectores correspondientes a diferentes eigenvalores son ortog-onales.
• Los eigenvectores forman un set completo en el cual se puede ex-pander cualquier vector perteneciente al propio espacio.
Además, en el caso de transf. de similaridad, UHU−1, se cumple,• Los eigenvalores son invariantes.
• UHU−1 será diagonal, con los eigenvalores de H como sus ele-mentos diagonales.
• El eigenvector (normalizado) de la matriz H, corresponde al eigen-valor (UHU−1)ii, será la i-ésima columna de U−1.
• Finalmente, |H| y Tr(H) son invariantes ante tal transformación.
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Matrices especialesMatrices hermíticas
Una matriz H es hermítica cuando H = H†.
En particular, cuando se trata con problemas de eigenvalores de matri-ces hermíticas, se tienen las siguientes propiedades:• Los eigenvalores son reales.• Eigenvectores correspondientes a diferentes eigenvalores son ortog-onales.
• Los eigenvectores forman un set completo en el cual se puede ex-pander cualquier vector perteneciente al propio espacio.
Además, en el caso de transf. de similaridad, UHU−1, se cumple,• Los eigenvalores son invariantes.• UHU−1 será diagonal, con los eigenvalores de H como sus ele-mentos diagonales.
• El eigenvector (normalizado) de la matriz H, corresponde al eigen-valor (UHU−1)ii, será la i-ésima columna de U−1.
• Finalmente, |H| y Tr(H) son invariantes ante tal transformación.
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Matrices especialesMatrices hermíticas
Una matriz H es hermítica cuando H = H†.
En particular, cuando se trata con problemas de eigenvalores de matri-ces hermíticas, se tienen las siguientes propiedades:• Los eigenvalores son reales.• Eigenvectores correspondientes a diferentes eigenvalores son ortog-onales.
• Los eigenvectores forman un set completo en el cual se puede ex-pander cualquier vector perteneciente al propio espacio.
Además, en el caso de transf. de similaridad, UHU−1, se cumple,• Los eigenvalores son invariantes.• UHU−1 será diagonal, con los eigenvalores de H como sus ele-mentos diagonales.
• El eigenvector (normalizado) de la matriz H, corresponde al eigen-valor (UHU−1)ii, será la i-ésima columna de U−1.
• Finalmente, |H| y Tr(H) son invariantes ante tal transformación.
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Matrices especialesMatrices hermíticas
Una matriz H es hermítica cuando H = H†.
En particular, cuando se trata con problemas de eigenvalores de matri-ces hermíticas, se tienen las siguientes propiedades:• Los eigenvalores son reales.• Eigenvectores correspondientes a diferentes eigenvalores son ortog-onales.
• Los eigenvectores forman un set completo en el cual se puede ex-pander cualquier vector perteneciente al propio espacio.
Además, en el caso de transf. de similaridad, UHU−1, se cumple,• Los eigenvalores son invariantes.• UHU−1 será diagonal, con los eigenvalores de H como sus ele-mentos diagonales.
• El eigenvector (normalizado) de la matriz H, corresponde al eigen-valor (UHU−1)ii, será la i-ésima columna de U−1.
• Finalmente, |H| y Tr(H) son invariantes ante tal transformación.Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 35/37
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Matrices especialesMatrices normales
Hasta ahora nos hemos centrado en la discusión de matrices hermíticas,las cuales representan un elemento de un grupo mas amplio, el de lasmatrices normales:
una matriz A es normal si cumple:[A,A†
]= 0.
Las matrices normales satisfacen las siguientes propiedades,• eigenvectores correspondientes a diferentes eigenvalores son ortog-onales y forman, además, un set completo.
• pueden ser diagonalizables mediante una transformación de similar-idad (UAU−1).
• los eigenvalores pueden ser imaginarios, además de que los eigen-valores de A y A† son λ y λ∗, respectivamente.
• los eigenvectores de A y A† son iguales.• ejemplos de matrices normales: matrices unitarias y anti-hermíticas(A† = −A)
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Matrices especialesMatrices normales
Hasta ahora nos hemos centrado en la discusión de matrices hermíticas,las cuales representan un elemento de un grupo mas amplio, el de lasmatrices normales:
una matriz A es normal si cumple:[A,A†
]= 0.
Las matrices normales satisfacen las siguientes propiedades,• eigenvectores correspondientes a diferentes eigenvalores son ortog-onales y forman, además, un set completo.
• pueden ser diagonalizables mediante una transformación de similar-idad (UAU−1).
• los eigenvalores pueden ser imaginarios, además de que los eigen-valores de A y A† son λ y λ∗, respectivamente.
• los eigenvectores de A y A† son iguales.• ejemplos de matrices normales: matrices unitarias y anti-hermíticas(A† = −A)
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Matrices especialesMatrices normales
Hasta ahora nos hemos centrado en la discusión de matrices hermíticas,las cuales representan un elemento de un grupo mas amplio, el de lasmatrices normales:
una matriz A es normal si cumple:[A,A†
]= 0.
Las matrices normales satisfacen las siguientes propiedades,
• eigenvectores correspondientes a diferentes eigenvalores son ortog-onales y forman, además, un set completo.
• pueden ser diagonalizables mediante una transformación de similar-idad (UAU−1).
• los eigenvalores pueden ser imaginarios, además de que los eigen-valores de A y A† son λ y λ∗, respectivamente.
• los eigenvectores de A y A† son iguales.• ejemplos de matrices normales: matrices unitarias y anti-hermíticas(A† = −A)
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Matrices especialesMatrices normales
Hasta ahora nos hemos centrado en la discusión de matrices hermíticas,las cuales representan un elemento de un grupo mas amplio, el de lasmatrices normales:
una matriz A es normal si cumple:[A,A†
]= 0.
Las matrices normales satisfacen las siguientes propiedades,• eigenvectores correspondientes a diferentes eigenvalores son ortog-onales y forman, además, un set completo.
• pueden ser diagonalizables mediante una transformación de similar-idad (UAU−1).
• los eigenvalores pueden ser imaginarios, además de que los eigen-valores de A y A† son λ y λ∗, respectivamente.
• los eigenvectores de A y A† son iguales.• ejemplos de matrices normales: matrices unitarias y anti-hermíticas(A† = −A)
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Matrices especialesMatrices normales
Hasta ahora nos hemos centrado en la discusión de matrices hermíticas,las cuales representan un elemento de un grupo mas amplio, el de lasmatrices normales:
una matriz A es normal si cumple:[A,A†
]= 0.
Las matrices normales satisfacen las siguientes propiedades,• eigenvectores correspondientes a diferentes eigenvalores son ortog-onales y forman, además, un set completo.
• pueden ser diagonalizables mediante una transformación de similar-idad (UAU−1).
• los eigenvalores pueden ser imaginarios, además de que los eigen-valores de A y A† son λ y λ∗, respectivamente.
• los eigenvectores de A y A† son iguales.• ejemplos de matrices normales: matrices unitarias y anti-hermíticas(A† = −A)
Omar De la Peña-Seaman | IFUAP Métodos Matemáticos − Propedéutico Física 36/3736/37
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Matrices especialesMatrices normales
Hasta ahora nos hemos centrado en la discusión de matrices hermíticas,las cuales representan un elemento de un grupo mas amplio, el de lasmatrices normales:
una matriz A es normal si cumple:[A,A†
]= 0.
Las matrices normales satisfacen las siguientes propiedades,• eigenvectores correspondientes a diferentes eigenvalores son ortog-onales y forman, además, un set completo.
• pueden ser diagonalizables mediante una transformación de similar-idad (UAU−1).
• los eigenvalores pueden ser imaginarios, además de que los eigen-valores de A y A† son λ y λ∗, respectivamente.
• los eigenvectores de A y A† son iguales.• ejemplos de matrices normales: matrices unitarias y anti-hermíticas(A† = −A)
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Matrices especialesMatrices normales
Hasta ahora nos hemos centrado en la discusión de matrices hermíticas,las cuales representan un elemento de un grupo mas amplio, el de lasmatrices normales:
una matriz A es normal si cumple:[A,A†
]= 0.
Las matrices normales satisfacen las siguientes propiedades,• eigenvectores correspondientes a diferentes eigenvalores son ortog-onales y forman, además, un set completo.
• pueden ser diagonalizables mediante una transformación de similar-idad (UAU−1).
• los eigenvalores pueden ser imaginarios, además de que los eigen-valores de A y A† son λ y λ∗, respectivamente.
• los eigenvectores de A y A† son iguales.
• ejemplos de matrices normales: matrices unitarias y anti-hermíticas(A† = −A)
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Matrices especialesMatrices normales
Hasta ahora nos hemos centrado en la discusión de matrices hermíticas,las cuales representan un elemento de un grupo mas amplio, el de lasmatrices normales:
una matriz A es normal si cumple:[A,A†
]= 0.
Las matrices normales satisfacen las siguientes propiedades,• eigenvectores correspondientes a diferentes eigenvalores son ortog-onales y forman, además, un set completo.
• pueden ser diagonalizables mediante una transformación de similar-idad (UAU−1).
• los eigenvalores pueden ser imaginarios, además de que los eigen-valores de A y A† son λ y λ∗, respectivamente.
• los eigenvectores de A y A† son iguales.• ejemplos de matrices normales: matrices unitarias y anti-hermíticas(A† = −A)
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Matrices especialesMatrices no-normales
Existen casos en los cuales no se cumple el criterio de normalidad:[A,A†
]6= 0,
llamadas matrices no-normales.
Para este tipo de matrices:• se sigue cumpliendo que los eigenvalores de A y A† son λ y λ∗,respectivamente.
• sin embargo, los eigenvectores ya no son ortogonales . . .• . . . ni son los mismos para A y A†.
Finalmente, existen también las llamadas matrices defectivas, las cualesno poseen ni siquiera un set completo de eigenvectores.
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Matrices especialesMatrices no-normales
Existen casos en los cuales no se cumple el criterio de normalidad:[A,A†
]6= 0,
llamadas matrices no-normales.
Para este tipo de matrices:• se sigue cumpliendo que los eigenvalores de A y A† son λ y λ∗,respectivamente.
• sin embargo, los eigenvectores ya no son ortogonales . . .• . . . ni son los mismos para A y A†.Finalmente, existen también las llamadas matrices defectivas, las cualesno poseen ni siquiera un set completo de eigenvectores.
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Matrices especialesMatrices no-normales
Existen casos en los cuales no se cumple el criterio de normalidad:[A,A†
]6= 0,
llamadas matrices no-normales.
Para este tipo de matrices:• se sigue cumpliendo que los eigenvalores de A y A† son λ y λ∗,respectivamente.
• sin embargo, los eigenvectores ya no son ortogonales . . .
• . . . ni son los mismos para A y A†.Finalmente, existen también las llamadas matrices defectivas, las cualesno poseen ni siquiera un set completo de eigenvectores.
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Matrices especialesMatrices no-normales
Existen casos en los cuales no se cumple el criterio de normalidad:[A,A†
]6= 0,
llamadas matrices no-normales.
Para este tipo de matrices:• se sigue cumpliendo que los eigenvalores de A y A† son λ y λ∗,respectivamente.
• sin embargo, los eigenvectores ya no son ortogonales . . .• . . . ni son los mismos para A y A†.
Finalmente, existen también las llamadas matrices defectivas, las cualesno poseen ni siquiera un set completo de eigenvectores.
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Matrices especialesMatrices no-normales
Existen casos en los cuales no se cumple el criterio de normalidad:[A,A†
]6= 0,
llamadas matrices no-normales.
Para este tipo de matrices:• se sigue cumpliendo que los eigenvalores de A y A† son λ y λ∗,respectivamente.
• sin embargo, los eigenvectores ya no son ortogonales . . .• . . . ni son los mismos para A y A†.Finalmente, existen también las llamadas matrices defectivas, las cualesno poseen ni siquiera un set completo de eigenvectores.
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