matemÁticas ii pruebas de acceso a la...

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1 MATEMÁTICAS II PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD DE OVIEDO 3.- Matrices y Determinantes 1.- (MODELO DE PRUEBA) a) Producto de matrices: concepto. Condiciones para su realización. ¿Es posible que para dos matrices A y B no cuadradas puedan existir AB y BA?. b) Si C, D y E son tres matrices cuadradas de igual dimensión tales que CD = CE, ¿Se puede asegurar que D = E? ¿Por qué?. Razona las respuestas. SOLUCIÓN a) Dadas dos matrices A y B, de dimensiones m × n y n × p, respectivamente, AB será una nueva matriz, de dimensión m × p, que se define del siguiente modo: Para que dos matrices puedan multiplicarse, el número de filas de la segunda ha de ser igual al de columnas de la primera. En general, cuando dos matrices no cuadradas A y B son de dimensiones m x n y n x m respectivamente, podemos asegurar que existen AB y BA. b) Si CD = CE, no siempre podemos asegurar que D = E. Únicamente podemos hacerlo, cuando la matriz C admita inversa C -1 ; en ese caso, multiplicando por la izquierda en la igualdad inicial, resulta que: C -1 CD = C -1 CE D = E ya que C -1 C = I (matriz identidad ). 2 .- (JUNIO 1994) a) Define rango de una matriz. b) Una matriz de tres filas y tres columnas, tiene rango tres; ¿Cómo puede variar el rango si quitamos una columna?. Si suprimimos una fila y una columna, ¿Podemos asegurar que el rango de la matriz resultante sea 2?. Razona las respuestas SOLUCIÓN a) El rango de una matriz, es el máximo número de filas (o columnas) linealmente independientes que podemos encontrar. Dicho de otro modo: es el orden del menor no nulo más grande que de ella se puede extraer. b) Si el rango de la matriz es tres, los tres vectores columna son linealmente independientes. Si quitamos una columna, los dos vectores columna que quedan, seguirán siendo linealmente independientes, luego el rango de la matriz que resulta al suprimir esa columna, es dos. Ahora bien, si quitamos una fila y una columna, ya no podemos asegurar que el rango sea dos. Veamos un ejemplo: si en la matriz A, quitásemos la última fila y la última columna, la matriz resultante no tendría rango dos, sino uno. 3.- (SEPTIEMBRE 1994) Dada la ecuación: 0 3 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 = - - - x x x Se pide: i) Razonar que es polinómica de grado menor o igual que tres. ii) Obtener, sin desarrollar el determinante, sus soluciones. Razona las respuestas. = = = = = n k kj ik ij ij ij ij b a c donde c AB b B y a A 1 , ) ( ) ( ) ( = 6 5 4 7 1 1 2 1 1 A

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1

MATEMÁTICAS II PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD DE OVIEDO

3.- Matrices y Determinantes

1.- (MODELO DE PRUEBA)

a) Producto de matrices: concepto. Condiciones para su realización. ¿Es posible que para dos matrices A y B no cuadradas puedan existir AB y BA?.

b) Si C, D y E son tres matrices cuadradas de igual dimensión tales que CD = CE, ¿Se puede asegurar que D = E? ¿Por qué?. Razona las respuestas.

SOLUCIÓN

a) Dadas dos matrices A y B, de dimensiones m × n y n × p, respectivamente, AB será una nueva

matriz, de dimensión m × p, que se define del siguiente modo:

Para que dos matrices puedan multiplicarse, el número de filas de la segunda ha de ser igual al de columnas de la primera. En general, cuando dos matrices no cuadradas A y B son de dimensiones m x n y n x m respectivamente, podemos asegurar que existen AB y BA. b) Si CD = CE, no siempre podemos asegurar que D = E. Únicamente podemos hacerlo, cuando la matriz C admita inversa C-1; en ese caso, multiplicando por la izquierda en la igualdad inicial, resulta que: C-1CD = C-1CE ⇒ D = E ya que C-1C = I (matriz identidad ).

2 .- (JUNIO 1994)

a) Define rango de una matriz. b) Una matriz de tres filas y tres columnas, tiene rango tres; ¿Cómo puede variar el rango si

quitamos una columna?. Si suprimimos una fila y una columna, ¿Podemos asegurar que el rango de la matriz resultante sea 2?. Razona las respuestas

SOLUCIÓN a) El rango de una matriz, es el máximo número de filas (o columnas) linealmente independientes

que podemos encontrar. Dicho de otro modo: es el orden del menor no nulo más grande que de ella se puede extraer.

b) Si el rango de la matriz es tres, los tres vectores columna son linealmente independientes. Si quitamos una columna, los dos vectores columna que quedan, seguirán siendo linealmente independientes, luego el rango de la matriz que resulta al suprimir esa columna, es dos. Ahora bien, si quitamos una fila y una columna, ya no podemos asegurar que el rango sea dos. Veamos un ejemplo: si en la matriz A, quitásemos la última fila y la última columna, la matriz resultante no tendría rango dos, sino uno.

3.- (SEPTIEMBRE 1994) Dada la ecuación: 0

3111

1211

1111

1111

=

−−

x

x

x

Se pide: i) Razonar que es polinómica de grado menor o igual que tres. ii) Obtener, sin desarrollar el determinante, sus soluciones. Razona las respuestas.

∑=

==⇒==n

kkjikijijijij bacdondecABbByaA

1

,)()()(

=654

711

211

A

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2

SOLUCIÓN i) Puesto que al desarrollar un determinante, en cada sumando nada más puede aparecer un factor y sólo uno de cada fila y columna, en el peor de los casos, estarán como factores en un sumando los tres elementos en los que aparece la incógnita: -x(1-x)(2-x). Por tanto, el grado será como mucho,3 (en este caso, 3) ii) Restando la primera fila a todas las demás (y por supuesto dejándola a ella fija), obtenemos la siguiente ecuación equivalente a la anterior:

Como se trata del determinante de una matriz triangular, para su desarrollo basta con multiplicar los elementos de la diagonal principal. La ecuación que resulta es: - x (1 – x) (2 – x) = 0, que es una ecuación polinómica de grado 3. Sin más que cambiar los signos de los tres factores (la ecuación es equivalente) resulta: x (x – 1) (x – 2) = 0 cuyas raíces son evidentemente, x = 0; x = 1 y x = 2. 4 .- (JUNIO 1995) i) Producto de matrices: definición, condiciones para su realización. Siendo A, B, y C matrices

¿Que condiciones deben cumplir p, q, y r para que las operaciones que se indican a continuación puedan ser efectuadas y cual es el orden de la matriz resultante? : a) ACB b) A(B + C)

ii ) Siendo BA

=

21

43

21

43 con A y B matrices cuadradas de orden 2

¿Deben ser necesariamente A = B?. Razona las respuestas. SOLUCIÓN i) Para la primera parte, ver ejercicio 1. En cuanto a la segunda:

a) El producto ACB, sólo podrá efectuarse cuando q = n = r. La matriz resultante en ese caso, será de dimensión m x p.

b) Para que pueda efectuarse A (B + C), ha de ser n = q y p = r. La matriz resultante, será m x r ó bien m x p.

ii) Puesto que la matriz

21

43 es cuadrada y su determinante es distinto de cero, admite inversa.

Multiplicando (por la izquierda, naturalmente), por esa matriz inversa en la expresión que nos dan:

BA

=

21

43

21

43 . Concluimos que A = B.

5 .- (SEPTIEMBRE 1995)

i) Definir rango de una matriz explicando cada concepto que interviene en la definición. ii) Sea A una matriz cuadrada de orden tres, cuyo rango es dos. ¿Se alterará el rango de dicha matriz

si a los elementos de una de las columnas se les suman los correspondientes de otra de sus columnas? . Razona la respuesta.

SOLUCIÓN i) Ver ejercicio 2. ii) Desde luego, si en el determinante de la matriz A le sumamos a una columna otra columna, el

determinante sigue valiendo lo mismo es decir, cero. El rango de la nueva matriz por tanto, no es tres; la cuestión es si será dos o uno. Veamos que ha de seguir siendo necesariamente dos. Sean u, v, y w los tres vectores columna de la matriz A. Supongamos que hemos sumado a la primera columna, la tercera. Los vectores columna de la nueva matriz, serán: u + w, v y w. Veamos que si entre u, v, w hay dos vectores linealmente independientes y el tercero depende de los otros dos, entre u + w, v, w, ocurre lo mismo. Distingamos tres casos:

rqpnnm MCyMBMA ××× ∈∈∈ ,

0

2000

1100

110

1111

=

−−

x

x

x

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1.- u y v son linealmente independientes y w =αu + βv (con α, β∈R) veamos que en ese caso, u + w y v, son linealmente independientes. En efecto, si no fuese así, sería: u +w = k v (con k ∈R) es decir, que:

u + αu + βv = k v ⇒ (α + 1)u = (k – β) v ⇒ u y v no son linealmente independientes, lo cual contradice nuestra suposición inicial.

2.- v y w son linealmente independientes. En este caso, no hay nada que decir. 3.- u y w son linealmente independientes y v = αu + βw (con α, β∈R).

Veamos que en ese caso, u + w y w , son linealmente independientes. En efecto, si no fuese así, sería: u +w = k w (con k ∈R) es decir, que: u = (k –1) w ⇒ u y w no son linealmente independientes, lo cual contradice nuestra suposición inicial.

6.- (JUNIO 1996) Aplicando las propiedades de los determinantes (y sin desarrollar, ni aplicar la regla de Sarrus) responder

a las siguientes preguntas: i)¿Cómo variará el determinante de una matriz cuadrada de orden 3, si se multiplica cada uno de sus elementos ija por 2i – j ?

ii)¿La matriz de orden 4 A = (ija ) con ija = i + j, tiene inversa?

( ija es el elemento de la matriz, perteneciente a la fila i columna j ).

SOLUCIÓN

i) Sea

333231

232221

131211

aaa

aaa

aaa

A =

El determinante de una matriz cuadrada de orden 3. Si a cada elemento ija de ese determinante lo

multiplicamos por 2i – j, obtenemos este nuevo determinante:

333231

232221

131211

242

2

42

aaa

aaa

aaa

B =

La cuestión es: ¿Qué relación habrá entre esos dos determinantes?. En este último determinante, multipliquemos la primera fila por 4 y la segunda por 2, con el fin de que desaparezcan los denominadores. En consecuencia y puesto que cuando se multiplica una fila de un determinante por un número, el determinante queda multiplicado por ese número, el determinante B, ha quedado multiplicado por 4 y por 2. En consecuencia:

De donde se concluye inmediatamente que A = B. El determinante, no varía.

ii)La matriz de la que nos preguntan si tiene inversa, es:

=

8765

7654

6543

5432

A

Bastará ver si su determinante es cero o no. Ahora bien, como la última fila es combinación lineal de las anteriores ( C4 = C2 +C3 – C1 ), el determinante A = 0 y por tanto la matriz A, no tiene inversa.

A

aaa

aaa

aaa

aaa

aaa

aaa

aaa

aaa

aaa

B ⋅⋅=⋅⋅==⋅⋅=⋅⋅ 2424

24

24

24

242

2

42

2424

333231

232221

131211

333231

232221

131211

333231

232221

131211

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7.- (SEPTIMBRE 1996) Aplicando las propiedades de los determinantes y sin utilizar la regla de Sarrus, calcular

razonadamente las raíces de la ecuación polinómica: 0

111

111

111

111

)( ==

x

x

x

x

xP

Enunciar las propiedades utilizadas. SOLUCIÓN

Por tanto, la ecuación P(x) = 0, se convierte en: (x-1)3 (x+3) = 0 cuyas raíces son: x = 1 (triple) y x = -3 Aclaremos los pasos dados en el desarrollo del determinante: (1) A la primera, segunda y tercera columnas, les restamos la cuarta (2) A la última fila, le sumamos la primera, la segunda y la tercera. (3) Como es el determinante de una matriz triangular, para desarrollarlo basta multiplicar los elementos de la diagonal principal.

8.- (JUNIO 1997) Dadas las matrices

=

−=

kNyM

8

1

7

3

1

1

3

1

2

2

1

i) Averiguar para qué valores de k existe alguna matriz P, que cumpla: N = PM. ii)¿Tiene sentido hablar de la existencia de la matriz inversa de MNt, para todo k∈R ?. Si existe para k = 0, hallarla. ( denotamos con Nt a la traspuesta de N )

SOLUCIÓN

i) Si existiese esa matriz P, debería ser una matriz 2 x 2 :

=

tz

yxP

Y ha cumplirse que N = PM es decir:

=

1

3

1

2

2

18

1

7

3

1

tz

yx

k

Multiplicando las matrices e igualando, obtenemos las siguientes ecuaciones:

41133.1;121

231;3

38

27

21

=+⋅=⇒+===⇒

−=+=

−==⇒

+=−=

+=ktzktz

tz

tzyx

yx

yx

yx

En consecuencia, Para k = 4, existe una matriz Que verifica: N = PM

ii)

++

=

−=

k

k

k

MN t

53

35391

3

8

7

1

1

3

1

2

2

1

Esa matriz tendrá inversa sólo, cuando su determinante sea distinto de cero. Veamos cuándo es cero.

Cuando k no valga – 6, esa matriz admite inversa. Para el caso k = 0, será:

−=

−−

=⇒

= −

60

13

36

160

1

36

1

395

35

180

1)(

53

539 1tt MNMN

( ) )3(1)3(

3000

1100

1010

1001

)2(

111

1100

1010

1001

)1(

111

111

111

111

)( 3 +−=

+−

−−

=−−−−

−−

== xx

x

x

x

x

xxxx

x

x

x

x

x

x

x

xP

6030180053

3539−=⇒=+⇒=

++

kkk

k

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9.- (SEPTIEMBRE 1997)

i) Si A es una matriz tal que A2 = I, ¿ Se deduce que A = I ? En caso afirmativo, probarlo, y en caso negativo, proponer un ejemplo aclaratorio.

ii) Si A3 = I, demostrar que A es invertible, y calcular en función de A, su inversa. iii) Probar que si AB = A y BA = B, entonces A2 = A.

( I ≡ matriz unidad )

SOLUCIÓN

i) La matriz

−−

=10

01A no es la matriz identidad, sin embargo: A2 = I. Por tanto, no se puede

asegurar que siempre que A2 = I, la matriz "A" deba ser necesariamente Identidad. A continuación, y aunque no es necesario para este ejercicio, vamos a encontrar todas las matrices cuadradas de orden 2, que al multiplicarlas por sí mismas dan la identidad es decir, tales que A2 = I

Sea la matriz

=

tz

yxA . Impongamos que A2 = I:

=

10

01

tz

yx

tz

yx

Desarrollando esa ecuación matricial, obtenemos el siguiente sistema de ecuaciones:

=+

=+=+

=−+⇒=−

=+

=+=+=+

1

(*)0)(

0)(

0)()(0(*)

1

0

0

1

2

22

2

2

tzy

primeralaaecuacióncuartalarestandoobtienesetxz

txy

txtxtx

tzy

tzzx

ytxy

yzx

Puesto que (x+t) (x-t)=0, caben dos posibilidades para las que encontraremos todas las soluciones:

a) Que x+t =0 ⇒

−=⇒=+

−=

z

tytzyquecumplan

quesiemprequieranquelovalerpuedenyezperotx2

2 11:

,,

Por tanto, las soluciones en este caso, serán todas las matrices de la forma:

−−

tzz

tt

21

Donde tanto t como z, son en este caso parámetros que pueden tomar cualquier valor real.

• Ahora bien, cuando z = 0 la expresión z

ty

21−= no tiene sentido, luego debemos contemplar aparte, el

caso en el que x+t = 0 y además z = 0. Cuando eso ocurra, y puede valer lo que quiera, pero como ha de cumplirse que 111 22 ±=⇒=⇒=+ tttzy las soluciones en este caso, serán las matrices de una

de esas dos formas:

− 10

1,

10

1 yy (donde y, vale lo que queramos)

b) Que x-t = 0 ⇒

±=⇒=⇒=+±=⇒=⇒=+

===

111

111

0;0;

22

22

xxxzy

tttzy

zytxLas soluciones en este caso, serán

únicamente las matrices:

−−

10

01

10

01y

En definitiva: las matrices cuadradas de orden dos tales que A2 = I, son:

−−

10

01,

10

01

− 10

1,

10

1 yy y todas las de la forma:

−−

tzz

tt

21 (con Rzt ∈, )

ii) 21

2

23 AA

IAA

IAAIAAAIA =⇒

=⋅

=⋅⇒=⋅⋅⇒= − Es decir, que A es invertible y su inversa es A2.

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6

iii) 22

2

)()(

)(

AAAABcomoAABBBAcomo

AABAderechalaaApormosmultiplicasiAAB

==⇒==⇒

⇒=⇒=

10.- (JUNIO 1998) Dada la identidad matricial

=

65

43

21

13

12X

i) ¿Cuáles son las dimensiones de una matriz solución de la identidad anterior? ii) Calcula una solución. iii) ¿Es única la solución? . Razona las respuestas. SOLUCIÓN i) Sea nm× la dimensión de X. Para que 2322 ××× =⋅ BAX nm , el número de columnas "n", debe de ser 2

para que se puedan multiplicar; y el número de filas "m", de ser 3 ya que ese es el número de filas de la matriz producto. Luego las matrices solución de la igualdad que nos dan, deben tener dimensión 23× .

ii) Sean

=

=

65

43

21

13

12ByA . Nuestra ecuación, será: X A = B.

Para resolverla es decir, para despejar X, bastará multiplicar (a la derecha) los dos miembros de la igualdad por la matriz A-1 inversa de A, para lo cual debemos en primer lugar asegurarnos de que existe. Puesto que

0≠A , sabemos que existe matriz inversa. La calculamos y resulta ser

−−

=−

23

111A . Por tanto:

X A = B ⇒ X A A-1 = B A-1 ⇒ X = B A-1 ⇒

−−−

=

−−

=713

59

35

23

11

65

43

21

X

iii) La solución es única ya que la matriz A tiene inversa, lo que nos permite despejar en la ecuación y obtener la solución.

11.- (SEPTIEMBRE 1998)

i) Define matriz triangular superior y calcula su determinante. ii) Halla todas las matrices triangulares superiores, de orden dos, que verifican que su cuadrado es la matriz identidad.

SOLUCIÓN i) Diremos que una matriz cuadrada ( )ijaA = es triangular superior, cuando todos los elementos situados

por debajo de la diagonal principal, son nulos es decir, jiparaaij >= 0 .

Para obtener el determinante de una matriz triangular superior, basta multiplicar los elementos de la diagonal principal. La demostración, es evidente: desarrollamos el determinante por la primera columna, que es toda de ceros salvo el primer elemento, en consecuencia, 1111 AaA ⋅= ; en el determinante (ya de un

orden menor) correspondiente al único adjunto que hay que desarrollar 11A , hacemos lo mismo. Y así sucesivamente, hasta concluir.

ii) Las matrices triangulares superiores de orden dos, son todas de la forma: A =

z

yx

0 .

Imponiendo la condición que nos dan: A2 = I, obtenemos la siguiente ecuación matricial:

z

yx

0

z

yx

0 =

10

01 ⇒ =

+2

2

0 z

yzxyx

10

01

De esa ecuación matricial, obtenemos las siguientes tres ecuaciones (no lineales) con tres incógnitas:

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7

±=⇒==+⇒=+

±=⇒=

11

0)(0

11

2

2

zz

zxyyzxy

xx

La incógnita "x" y la "z", pueden valer solamente: 1 ó -1. Fijémonos pues en la segunda ecuación. Si y (x + z) = 0, caben solo dos posibilidades: o bien x + z = 0, o bien y = 0. Estudiemos cada caso. a) Si x+z=0, quiere decir que "x" y "z" deben tomar valores opuestos y ya sabemos que éstos, solo pueden

ser 1 ó -1. La incógnita "y" en cambio, puede en este caso tomar los valores que quiera (escribiremos " y = λ", donde λ es un parámetro que va recorriendo los números Reales). En consecuencia, las soluciones que de aquí obtenemos, son las siguientes:

1) [y = λλλλ , x = 1, z = -1] 2) [y = λλλλ , x = - 1, z = 1] b) Si y = 0, como la "x" y la "z" solo pueden valer como ya sabemos, 1 ó -1, obtendremos las siguientes soluciones distintas de las anteriores:

3) [y = 0, x = 1, z = 1] 4) [ y=0, x=-1, z= -1 ]. En definitiva, las matrices pedidas son:

−−

10

1

10

1:

10

01,

10

01 λλyformasdosestasdelastodasy donde λλλλ∈∈∈∈R

12.- (JUNIO 1999) Sea A =

ba 0

010

001

i) ¿Cuándo el determinante de A es el seno de algún número real? ii) Calcula la inversa de A cuando exista. iii) Determina todos los pares (a, b) para los cuales A coincida con su inversa. SOLUCIÓN i) Como es fácil de ver, |A| = b. Por otro lado, y teniendo en cuenta que la función seno toma únicamente valores comprendidos entre -1 y 1, podemos concluir que: |A| es el seno de algún número real ⇔ 11111 ≤⇔≤≤−⇔≤≤− bbA

Es decir, que el determinante de A será el seno de algún número real, cuando el valor absoluto de "b" sea menor o igual que 1.

ii) Existe A-1 ⇔ |A| ≠ 0 ⇔ b ≠ 0. En ese caso,

−=−

10

00

0011

a

b

b

bA =

−bb

a 10

010

001

iii) ⇒= −1AA

ba 0

010

001

=

−bb

a 10

010

001

=−==⇒−==

⇒−=

±=⇒=⇒=

)

,(,1

0,1

111 2

aparascondicionehayno

quedeciresaabsi

aaabsi

b

aa

bbb

b

Los pares que buscamos, son por tanto: (0, 1) y (a, -1), donde "a" puede tomar cualquier valor.

13.- (SEPTIEMBRE 1999) Sea A =

−311

21

11

λλ

donde λ es un número real.

i) Halla los valores de λ para los cuales A no tiene inversa. ii) Calcula el valor de b para el que la matriz bA tiene determinante 1.

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SOLUCIÓN i) Para que A no tenga inversa, su determinante debe ser cero. Desarrollamos el determinante, y resulta

que |A| = - λ2 +7λ. Por tanto,

==

⇒=+−⇒=7

0070 2

λλ

λλA

A no tendrá inversa, cuando λλλλ tome los valores 0 ó 7. ii) En este apartado hemos de tener en cuenta que como la matriz A viene dada en función del parámetro λ, el valor "b" que nos piden, también vendrá dado en función de λ. También debemos recordar, que cuando multiplicamos la matriz A por el número b, todos sus elementos quedan multiplicados por ese número. Ahora bien, para multiplicar un número por un determinante basta con multiplicar una fila. Y como en este caso se trata de una matriz cuadrada de orden 3, el determinante de la matriz que resulta al multiplicar la matriz inicial por "b", no queda multiplicado por "b" sino por b3, ya que hemos multiplicado las tres filas. En definitiva, que |bA| = b3 |A| Así pues, |bA| = b3 |A| = b3 (- λ2 +7λ). Si nos dicen que |bA| debe valer 1 y nos piden "b", bastará con

despejar: |bA| = 1 ⇒ b3 (- λ2 +7λ) = 1 ⇒ 322

3

7

1

7

1

λλλλ +−=⇒

+−= bb

14.- (JUNIO 2000) i) Calcula todas las matrices diagonales de orden dos que coinciden con su inversa. ii) Si A es una de esas matrices, calcula su cuadrado. SOLUCIÓN

i) Sea

=

y

xX

0

0 una matriz diagonal cualquiera. Para que coincida con su inversa, ha de ocurrir que:

⇒=⋅ IXX

±=±=

==

=

1

1

1

1

10

01

0

0

0

02

2

y

x

y

x

y

x

y

x Por tanto, las matrices buscadas

son estas cuatro:

−−

10

01

10

01

10

01

10

01

ii) Si A es una de esas matrices, como debe coincidir con su inversa: IAIAA =⇒=⋅ 2 .

15.- SEPTIEMBRE 2000 Sea

=

dc

baA

i) Encuentra todas las matrices que verifican la relación: IAA += siendo I la matriz identidad.

ii) Calcula todas las matrices diagonales que no tienen inversa y verifican la relación anterior. ii) ¿Se verifica para cualquier par de matrices B y C la relación CBCB +=+ ?.

Si no es cierto, pon un contraejemplo. Justifica las respuestas.

SOLUCIÓN

i)

++

=

+

=+⇒

=

1

1

10

01

dc

ba

dc

baIA

dc

baA . Por tanto,

⇒=++⇒+++=⇒++=−⇒+= 01da1daadadbc-1)1)(d(abcadIAA d =-a-1

Como no hay ninguna condición sobre a ni sobre b ni sobre c, las matrices que nos piden son de la forma

−−=

1ac

baA donde a, b y c, pueden tomar los valores que quieran.

ii) Las matrices que buscamos son diagonales es decir, de la forma:

−−=

10

0

a

aA

Ahora bien, como deben verificar la relación del apartado anterior, ha de ser d= -a-1. Y como no pueden tener inversa, su determinante ha de ser cero:

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9

−=⇒=−−=

⇒=−−⇒=101

00)1(0

aa

aaaA

Por tanto, las únicas dos matrices que cumplen lo que nos piden en este apartado, son:

−10

00

00

01y

iii) NO. En general, es falso que el determinante de la suma de dos matrices sea igual a la suma de los determinantes de cada una de ellas. Pueden encontrarse todos los contraejemplos que se quieran, pero vamos a poner uno bien sencillo. Sea I la matriz identidad 2x2:

=

10

01I ⇒

=

+

=+

20

02

10

01

10

01II

Evidentemente, 420

02==+ II . Sin embargo, II + =

10

01

10

01+ =1+1=2

Por tanto IIII +≠+ .

18.- JUNIO 2002. a) Determinar la matriz X para que tenga solución la ecuación C(A+X)B=I, donde A, B, y C son

matrices no singulares de orden n, e I la matriz identidad de orden n.

b) Aplicar el resultado anterior para las matrices

=

=

=

11

01

10

11

21

43CBA

NOTA: Matriz singular es aquella de determinante nulo o lo que es igual, la que no admite inversa. SOLUCIÓN a) Como A, B y C son no singulares (determinante distinto de cero), tienen inversa y por tanto podemos

despejar: ABCXBCXABIBXACIBXAC −=⇒=+⇒==+⇒=+ −−−−−− 1111)2(

11)1(

)()( (1) Multiplicamos por la inversa de B, por la derecha. (2) Multiplicamos por la inversa de C, por la izquierda.

b) En este caso,

−−−

=

−−

=−= −−

02

52

21

43

10

11

11

0111 ABCX

19.- SEPTIEMBRE 2002

Sean las matrices

−=

=

51

01

13

32ByA

a) calcular las matrices C y D tales que AC = BD = I , siendo I la matriz identidad de orden 2.

b) Discutir y resolver el sistema ( )

=

− −−

2

111

y

xDC siendo 11 −− DyC las inversas de las

matrices C y D indicadas en el ejercicio anterior. SOLUCIÓN

a)

−=⇒=⇒=

−=⇒=⇒= −−

5

1

5

101

;

7

2

7

37

3

7

111 DBDIBDCACIAC

b)

( )

=+=+

=

=

−−

=

−⇒

=

− −−

262

13

2

1

62

31

2

1

51

01

13

32

2

1)(

2

111

yx

yx

y

x

y

x

y

xBA

y

xDC

El sistema es evidentemente compatible indeterminado, ya que tanto la matriz del sistema como la ampliada, tienen rango 1. Dicho de forma más sencilla: la segunda ecuación es la primera multiplicada por dos.

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10

Así pues, el sistema se reduce a una única ecuación: x + 3y = 1 cuyas infinitas soluciones son:

Rdondey

x∈

=−=

αα

α31 .

20.- SEPTIEMBRE 2002 Sea la matriz

=

aaaa

aaaa

aaaa

aaaa

A

2

2

2

2

.

a) Calcular el valor de su determinante en función de a. b) Encontrar su inversa, si existe, cuando a = 1

SOLUCIÓN

a) 4)3()2()1(

5

5000

00

00

00

2

00

00

00

2

2

2

2

a

a

aa

aa

aa

aaaa

aa

aa

aa

aaaa

aaaa

aaaa

aaaa

==

−−−

=

(1) Restamos la columna 4, a las columnas 1, 2, 3. (2) A la última fila, le sumamos las tres primeras. (3) Puesto que se trata del determinante de una matriz triangular, basta multiplicar los elementos de su diagonal principal. b) ⇒=⇒= 51 Aa existe la inversa de A. Para calcularla, seguimos el proceso que ya conocemos:

( )

( )

−−−−−−−−−−−−

=

−−−−−−−−−−−−

==→

−−−−−−−−−−−−

=→

=→

=

5/45/15/15/1

5/15/45/15/1

5/15/15/45/1

5/15/15/15/4

4111

1411

1141

1114

5

11

4111

1411

1141

1114

2111

1211

1121

1112

2111

1211

1121

1112

1 t

tt

AAdjA

A

AAdjAA

21.- JUNIO 2003 a) Si A es una matriz no singular y (B – C) A = 0, siendo 0 la matriz nula, comprueba que B = C.

b) Según el resultado del apartado anterior, cuando

−−

=31

62A , la única matriz X que verifica la

ecuación XA = 0 es la matriz nula. ¿Es cierta esa afirmación? ¿Por qué? NOTA: Matriz singular es aquella de determinante nulo. SOLUCIÓN

a) A no singular⇒ Existe 1−A . En ese caso: CBCBAAACBACB =⇒=−⇒⋅=⋅⋅−⇒=⋅− −− 00)(0)( 11 .

b) No es cierta esa afirmación, ya que la matriz A es singular puesto que 0=A . En este caso, hay

infinitas matrices X tales que XA = 0. Como ejercicio, vamos a encontrarlas:

Sea

=

tz

yxX una matriz da las que buscamos.

=⇒

=⇒

=+−=−

=⇒

=+−=−

⇒=

−−

zz

xxX

zttz

tz

xyyx

yx

tz

yx

2

2formaladematricesLas

2036

02

2036

02

031

62

verifican todas la ecuación 0=⋅ AX .

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11

22.- SEPTIEMBRE 2003 Sea

=001

100

010

A

a) Calcula su inversa, si existe. b) Encuentra la regla de cálculo de las sucesivas potencias nA de A.

c) Resuelve la ecuación

=−+

111

232)( 24 AAAX

SOLUCIÓN

a) Puesto que 01≠=A , existe 1−A . Recordemos cómo hallar la inversa: tAAdjA

A11 =− .

=010

001

100tA ;

=010

001

100tAAdj ;

=−

010

001

1001A

En este caso, como se trata de una matriz muy sencilla, tal vez sea más fácil hallar la inversa acudiendo a la definición.

La inversa que buscamos, es una matriz

=ihg

fed

cba

A tal que IAA =−1 es decir, que:

=⇒

=========

=

=

010

001

100

1;0;0;0

;1;0;0;0;1

100

010

001

100

010

001

001

100

010

1Acbai

hgfed

cba

ihg

fed

ihg

fed

cba

b) Para encontrar una ley que nos de etcAAA ,,, 432 comenzaremos calculando2A .

== AAA2 1

010

001

100−=

A . Casualmente, el cuadrado de la matriz es su inversa. Por tanto

IAAAAAAAAAAAAIAAAAIAAAAAAA ===⇒===⇒===⇒===⇒= −−− 1562453412312 La secuencia que se obtiene es:

.....;;;;;; 61543121 IAAAAAIAAAAA ====== −−

===+=

=+=

=⇒ −

....)3,2,1(3

,...)3,2,1,0(23

,....)3,2,1,0(131

kknsiI

kknsiA

kknsiA

An

c)

=⇒

=−+⇒

=−+ −−

111

132

111

132)(

111

132)( 1124 XAAAAXAAAX

Multiplicando por A a la derecha, obtenemos:

=

=⇒

=⇒

=−

111

321

001

100

010

111

132

111

132

111

1321 XAXAAXA

23. JUNIO 2004 Dadas las matrices

=

=

−=10

01

00

10

01

01

12

201

DC

x

xA

a) ¿Para qué valores de x la matriz A tiene inversa?

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12

b) Calcula la inversa de A para el valor x = -1. c) ¿Qué dimensión debe tener una matriz B para que la ecuación matricial DCBA ⋅=⋅ tenga

sentido?. Calcula B para el valor x = -1.

SOLUCIÓN a) Como A es una matriz cuadrada, para que tenga inversa basta comprobar si su determinante es

distinto de cero.

−−=

+−=⇔=++⇔=−−−⇔=

22

220240240 22

x

xxxxxA

Por tanto A tendrá inversa siempre que x tome valores distintos de )22()22( +−+− y .

b) Para x = -1,

−−−=011

112

201

A AA ⇒≠= 01 tiene inversa: ( )

−−−−−−

==−

111

321

22111 tAAdjA

A

c) Supongamos que la matriz B tiene dimensión nm× . Para que tenga sentido la ecuación matricial DCBA ⋅=⋅ , las dimensiones de las matrices han de ser así:

==

⇒×=××⇒××=××2

3)23()()33()22)(23()()33(

n

mnmnm B ha de ser una matriz 23×

Calculemos ahora B en la ecuación DCBA ⋅=⋅ , cuando x = -1.

==⇒=⇒⋅=⋅ −−− DCABDCABAADCBA 111

−−−−

=

−−−−−−

11

21

21

10

01

00

10

01

111

321

221

24. SEPTIEMBRE 2004. Dadas las matrices

−=

=21

01

22

62

42

62

B

m

m

m

A

a) Discute el rango de A según los valores de m. b) ¿Qué dimensión ha de tener la matriz X para que sea posible la ecuación BXA =⋅ ? c) Calcula X para m = 0.

SOLUCIÓN

a) 82 2 −= mA .

−==

⇒=−⇒=2

20820 2

m

mmA Pueden presentarse estos casos:

• 3022 =⇒≠⇒−≠≠ ARangAmym

• m=2. En este caso 2

622

422

622

=⇒

= ARangA

• m=-2. En este caso 2

622

422

622

=⇒

−−

−= ARangA

b) Supongamos que X es una matriz de dimensión nm× .

==

⇒=⋅ ××× 2

32333 n

mBXA nm

Por tanto X debe ser una matriz 23×

c) Para m = 0, ⇒≠−=

= 08;

602

402

620

AA A tiene inversa.

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13

Podemos entonces despejar en la ecuación matricial que nos dan: BAXBAXAABXA 111 −−− =⇒=⇒= (1)

Calculamos la inversa de A: ( )

−−−

==−

110

331

230

2

111 tAAdjA

A

Llevamos este resultado a (1) y obtenemos:

−−−

=

−−−

== −

11

24

22/5

21

01

22

110

331

230

2

11BAX

25. JUNIO 2005. Resuelve las siguientes ecuaciones en la variable x:

0

11

11

111

)0

1

1

10

)2

==− x

xb

xx

xx

x

a

SOLUCIÓN

−==

⇒=+−−⇒=

−===

⇒=−⇒=−

1

)(1010

11

11

111

)

1

1

0

00

1

1

10

) 23

2

3

x

doblexxxx

x

xb

x

x

x

xx

xx

xx

x

a

26. SEPTIEMBRE 2005. Si la matriz

=ihg

fed

cba

A tiene determinante k, cuáles son los valores

de los siguientes determinantes:

ihhg

feed

cbba

b

ihg

cba

fed

a

2

2

2

)

2

2

2

)

+++

SOLUCIÓN

k

ihg

fed

cba

ihg

fed

cba

ihg

cba

fed

a 22

2

2

2

2

2

2

))2()1(

−=−=−=

(1) Cambiamos el orden de las filas 1ª y 2ª, con lo que el signo del determinante cambia. (2) Sacamos el factor 2 de la 2ª columna. Recuerda que para multiplicar un determinante por un número,

basta multiplicar una fila o una columna por dicho número.

k

ihg

fed

cba

ihg

fed

cba

ihhg

feed

cbba

b 2

2

2

2

2

2

2

))4()3(

===+++

(1) A la primera columna le restamos la segunda. Recuerda que cuando a una columna se le suma o se le

resta otra columna, el determinante no cambia de valor. (2) Sacamos el factor 2 de la 3ª columna.

27. JUNIO 2006. Dada la matriz

−=

x

xA

14

30

101

donde x es un número real, halla:

a) Los valores de x para los que la matriz A tiene inversa. b) La inversa de A para x = 2. c) Con x = 5, el valor de Rx∈ para que la matriz Ab ⋅ tenga determinante 1.

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14

SOLUCIÓN a) A tendrá inversa siempre que 0≠A .

==

⇒=+−⇒=−+−=1

30340;34 22

x

xxxAxxA A tendrá inversa, siempre que 13 ≠≠ xyx

b) Si x = 2, 1

214

320

101

=⇒

−A . En ese caso, la matriz de los adjuntos de A será:

−−−−−

=232

121

8127

AAdj y la inversa: ( )

−−−

−−==−

218

3212

2171

A

AAdjA

t

c) Para x = 5, 8

214

350

101

−=⇒

−A

( ) ⇒−=⇒−=⇒=−⋅⇒=⇒=⋅ 3333

8

1

8

11811 bbbAbAb

2

1−=b

28. SEPTIEMBRE 2006. Sean las matrices A

=10

2

01

k B =

−211

10k

a) Estudia, en función de valores reales de k, si la matriz AB ⋅ tiene inversa. b) Lo mismo para la matriz BA⋅ SOLUCIÓN

a)

+−−

=

−⋅

=⋅211

223

10

211

10

10

2

01

kkk

kk

kAB

02232

211

223

10

,.0 22 =−++−=+−−

=⋅≠⋅⇔⋅ kkkkkkkk

k

ABbienAhoraABinversatieneAB

Es decir, que 0=⋅ AB para cualquier valor de k. Por tanto, la matriz AB ⋅ no tendrá inversa,

independientemente de lo que valga k.

b) 3223

1

23

1

10

2

01

211

10 2 ++=+−

=⋅⇒

+−

=

−⋅=⋅ kk

k

kBA

k

kk

kBA

0320 2 =++⇔=⋅ kkBA

Esa ecuación no tiene soluciones reales, por tanto, 0≠⋅ BA para todos los valores de k.

En consecuencia, BA⋅ siempre tendrá inversa independientemente del valor de k.

29. JUNIO 2007. Sean las matrices

+=

=aa

By

a

A

111

2201

3210

11

201

210

a) Estudia en función de a, el rango de las matrices A y B. b) Calcula, para a = -1, la matriz X que verifica BXA =⋅

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15

SOLUCIÓN a) Tomamos el menor formado por las dos primeras filas y dos últimas columnas:

20220

21≥⇒≠= RangA . Le añadimos la columna y fila que faltan: 12 += aA

⇒−=⇒=+⇒=2

10120 aaA

=⇒−≠

=⇒−=

32

1

22

1

ARanga

ARanga

La matriz B tiene las tres primeras columnas exactamente iguales que A, y la cuarta es la suma de la segunda y la tercera. Por tanto, a efectos de rango, todo sigue igual porque la cuarta

columna es combinación lineal de las dos anteriores:

=⇒−≠

=⇒−=

32

1

22

1

BRanga

BRanga

b) 1011 −⇒≠−=⇒−= AexisteAa . Por tanto: BAXBAX ⋅=⇒= −1

Hallamos 1−A :

−−−−−

==−

111

221

23211 tAAdjA

A

=

−⋅

−−−−−

=⋅= −

0111

2201

3210

111

221

2321 BAX

1100

1010

0001

31. JUNIO 2008. Se consideran las matrices ( ) ( )2,0,43,2,

1

0 ==

= CaB

zz

yy

xyx

A

a) Halla los valores de x, y, z para los que A no tiene inversa. b) Determina los valores de a para los que el sistema CAB =⋅ tiene solución. c) Resuelve el sistema anterior cuando sea posible.

SOLUCIÓN

a) ⇔=−⇔=−⇔=⇔ 0)1(00 222 zyzyyAinversatienenoA

==

1

0

z

y

b) ( ) ( )

=++=+=+

⇔=

⇔=⋅232

03

12

204

1

032

zyax

zay

yax

zz

yy

xyx

aCAB

Se trata de un sistema de tres ecuaciones con tres incógnitas, que depende del parámetro “a”.

Las matrices del sistema y ampliada, son respectivamente

=

=2

0

1

32

30

02

32

30

02

a

a

a

By

a

a

a

A

0030 2 =⇔=⇔= aaA . Por tanto:

leincompatibessistemaelRangB

RangAa

adoercompatibleessistemaelRangB

RangAa

==

⇒=

==

⇒≠

3

20

mindet3

30

0≠⇔ a solucióntiene sistema el

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16

c) Resolvamos el sistema para 0≠a . Como hay infinitos valores, daremos la solución en función de a.

El sistema en este caso, como ya vimos en el apartado anterior, es de Cramer. Por tanto:

3

1

3

22

00

12

1

3

332

300

01

3

63322

30

021

2

2

22===−=−==−==

a

a

A

a

a

a

zaa

a

A

a

a

ya

a

A

a

x

32. SEPTIEMBRE 2008 Se considera una matriz cuadrada A de orden tres que verifica la ecuación IAA 962 −= (I es la matriz identidad de orden tres) a) Expresa 4A como combinación lineal de A e I.

b) Estudia si la matriz

−−=

232

162

131

B verifica la ecuación IBB 962 −= .

Determina si B tiene inversa, y si la tiene, calcúlala.

SOLUCIÓN

a) ( ) ( )

IAIAIA

IAAIIAAIAIAIAIAAA

24310881108)96(36

811083681545436)96()96(96 2222224

−=+−−=+−=+⋅−⋅−=−−=−==

b)

−−−

=

−−=−

−−−

=

−−⋅

−−=

31812

62712

6183

900

090

009

121812

63612

6186

96

31812

62712

6183

232

162

131

232

162

1312

IB

B

Por tanto:

( )

( )( )BIB

IBIB

IBBI

BBIBBIIBB −=⇒

=

−⋅

=⋅

−⇒−=⇒−=⇒−= − 6

91

691

691

)6(91

6996 1222

33. JUNIO 2009.

Se consideran las matrices

−=

−=211

120

101

33

12

310

Qy

a

aaP

a) Estudia el rango de P, según los valores de a R∈ . b) Para a = 1, Halla X tal que QXP =⋅

SOLUCIÓN

a)

−=

+=⇒

±=±=⇒=+−⇒=−⇒=74

74

2

728

2

2880980

33

12

310

0 2

a

aaaa

a

aaP

Se pueden presentar estos dos casos:

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17

033

102

74

74

374

74

≠=⇒

+=

=⇒

+≠

menorelquepuestoRangAa

RangAa

b) Cuando a = 1, inversatienePP ⇒≠= 02

Hallemos la inversa de P:

−−

−−=−

130

392

282

2

11P

==⇒= − QPXQPX 1

−−−

−−=

−−

−−

551

17155

14144

2

1

211

120

101

130

392

282

2

1

Por tanto:

−−−

−−=

5,25,25,0

5,85,75,2

772

X

34. SEPTIEMBRE 2009.

Dado El número real m, se considera la matriz

=11

11

111

m

mA

a) Halla los valores de m para los que la matriz A tiene inversa. b) Para m = 2, halla, si existe, la inversa de A.

c) Para m = 2, calcula el vector X que verifica BXA =⋅ siendo

−=

4

1

4

B

SOLUCIÓN

a) 12

11

11

1112 −+−== mm

m

mA . A tiene inversa 0≠⇔ A

10120 2 =⇔=+−⇔= mmmA . Por tanto 1≠⇔ minversatieneA

b) ⇒−=⇒= 12 Am A admite inversa:

−−−−

=−

113

011

1011A

c) ==⇒= − BAXBAX 1

−=

−⋅

−−−−

17

5

8

4

1

4

113

011

101

35. JUNIO 2010. Dada la matriz

=100

112

021

A

a) Calcula los valores de m para los que la matriz A – mI no tiene inversa b) calcula, si existe, la inversa de la matriz A – 2 I. Nota: I es la matriz identidad de orden 3.

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18

SOLUCIÓN

a)

−−

−=−

m

m

m

mIA

100

112

021

Veamos para qué valores de m se anula esa matriz.

[ ]

−==

⇒−−

=⇒=−−−=−−−⇒=−

1

332

1

0)32)(1(4)1()1(0 222

)1(

m

mmm

m

mmmmmmIA

(1) Desarrollamos el determinante por la última fila. Por tanto, 3,1,1 −≠⇔− minversatienemIA

b) Por supuesto que A-2I tiene inversa, ya que 032 ≠=− IA . Para hallar la inversa, calculamos la matriz de sus

adjuntos. Luego trasponemos y dividimos por el determinante:

( ) ⇒−⋅=⇒

−=− − tIAAdj

AAIAAdj 2

1

312

012

021

)2( 1

−=−

300

112

221

3

11A

36. JUNIO 2010. Dada la matriz

−−

−=

x

x

x

A

11

11

11

a) Resuelve la ecuación: det A = 0. b) calcula el rango de la matriz A según los valores de x. SOLUCIÓN a) [ ]2,10233 =−=⇒=++−= xxxxA

b) Casos que se pueden presentar:

• 32,1 =⇒−≠ RangAx puesto que 0≠A

• ⇒−= 1x 1

111

111

111

=⇒

= ARangA (las tres filas son iguales)

• ⇒= 2x 021

122

211

121

112

≠−

−=⇒

−−

−= quepuestoRangAA pero 0=A

37. SEPTIEMBRE 2010. Dada la matriz

−−−=

221

111

120

M

a) Halla, si existe, la matriz inversa de M. b) Calcula la matriz X que cumple: 22MMMX =+⋅ SOLUCIÓN a) ⇒≠= 01M M tiene inversa. Vamos a calcularla

( )

−−−==⇒

−−−

=

−−−

−−−−−

−−−−−

−−

= −

221

111

1201

211

212

110

11

20

11

10

11

1221

20

21

10

22

1221

11

21

11

22

11

1 tMAdjM

MMAdj

Como se ve, M es una matriz involutiva (es su propia inversa) IMIMMMM =⇒=⋅⇒= − 21

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19

b) Podemos despejar X de muchas formas diferentes, pero si utilizamos lo que acabamos de decir en la línea anterior, abreviaremos bastante los cálculos:

⇒=+⋅⇒=+⋅⇒=+⋅⇒=+⋅ MIIXMMMXIMMXMMMX 2222 22)1(

2 IMX −= 2

−−−

−=

−−−=

542

212

241

100

010

001

221

111

120

2X

(1) Multiplicamos por M a la derecha.

38. SEPTIEMBRE 2010. Dada la matriz

−=

211

10

01

m

m

A

a) Calcula el determinante de A. b) Indica los valores de m para los que A tiene matriz inversa. c) Halla, si existe, la matriz inversa de A cuando m = 1. SOLUCIÓN a) 22 −−= mmA

b) A tiene inversa 0≠⇔ A . Veamos para qué valores es cero ese determinante.

−=+=⇒=−−⇔=

2

51;

2

51020 2 mmmmA M tendrá inversa

2

51±≠⇔ m

c) ( )

−−

−−=

−−−

−==⇒≠−=⇒= −

2/102/1

2/112/1

2/112/3

101

121

123

2

11021 1 tAAdj

AAAm

39. JUNIO 2011. Se considera la matriz

−−++

=a

aa

aa

A

11

110

121

a) Obtén los valores del número real a para los que A tiene matriz inversa. b) Halla, si es posible, la matriz inversa de A en el caso a = 0 SOLUCIÓN a) A tiene inversa 23.0 2 +−=≠⇔ aaAA .

2;10230 2 −==⇒=+−⇒= aaaaA .

Por tanto: A tiene inversa 2,1 −≠⇔ a

b) a = 0

−−−

−=⇒=⇒ −

111

111

311

21

.2 1AinversatieneAA .

40. JUNIO 2011. Dado el número real a se considera la matriz

=01

011

11

a

a

A

a) Halla los valores de a para los cuales la matriz A tiene inversa. b) Obtén la matriz inversa de A en los casos en que exista. SOLUCIÓN a) A tiene inversa 0≠⇔ A . Como 1−= aA , 1010 =⇔=−⇔= aaA

Por tanto: A tiene inversa 1≠⇔ a .

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20

b) Para todos los valores de a distintos de 1, la inversa de A será:

( )

−−−

−=

−−−

−==−

aa

a

aa

a

a

aAdjA

AA

t

t

101

110

10

11

111

01

100

1111

41. JULIO 2011. Sea la matriz

−−−=a

a

a

A

21

10

12

a) Estudia su rango según los valores del número real a. b) Resuelve el sistema homogéneo cuya matriz es A en el caso a = -1.

SOLUCIÓN a) 123212 222 +−−=−+−−= aaaaaA

=−=

⇒=+−−⇒=3/1

101230 2

a

aaaA Casos que pueden presentarse:

• 33/1,1 =⇒−≠ ARanga

• 33/1,1 =⇒−= ARanga

b) Nos mandan resolver el sistema:

=−−=+−=++−

02

0

02

zyx

zy

zyx

cu a matriz es

−−−

−=

121

110

121

A

Como ya sabemos por el apartado anterior, Rang A =2 y por tanto el sistema homogéneo, es compatible indeterminado: tendrá infinitas soluciones dependendiendo de un parámetro. Para resolverlo tomamos un

menor de orden dos distinto de cero, por ejemplo 21

10

−−

Despreciamos la ecuación que no está en esa caja

y consideramos como parámetro la incógnita que tampoco está es decir, la z que pasamos al otro miembro.

Resolvemos el sistema:

===

=−−=−

ααα

z

y

x

zyx

zy3

2

42. JULIO 2011. Se consideran las matrices

−=

101

210

112

A y

−=

021

110

111

B

Resuelve, si es posible, la ecuación matricial A X = B SOLUCIÓN

• inversatieneAA ⇒≠= 05

• Calculamos la inversa ( )

−−

−==−

211

432

311

5

111 tAAdjA

A

• Despejamos X en la ecuación que nos dan:

−−−

=

−−

−==⇒=⇒= −−−

241

132

264

5

1

021

110

111

211

432

311

5

1111 BAXBAAXABAX

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21

43. JUNIO 2012. Se consideran las matrices

=

−−

=100

010

001

200

031

013

3IeA

a) Resuelve la ecuación 0)(det 3 =⋅− IxA

b) Discute el sistema homogéneo de matriz 3IxA ⋅− según los valores del número real x.

c) Resuélvelo en aquellos casos en que el sistema sea compatible determinado. SOLUCIÓN

a)

−−−−−

=

⋅−

−−

=⋅−x

x

x

xIxA

200

031

013

100

010

001

200

031

013

==

⇒=+−+−⇒=−

−−−−

⇒=⋅−4

)(20162080

200

031

013

0 23

x

doblesoluciónxxxx

x

x

x

IxA

b) Para discutir un sistema homogéneo, basta con fijarse en el rango de su matriz. En este caso, nos dicen que la matriz del sistema es IxA ⋅− , cuyo rango podemos estudiar ayudándonos del resultado obtenido en el apartado anterior. Estos son los casos que pueden presentarse: • ⇒=⇒≠ 342 ARangayx el sistema es compatible determinado, y como es homogéneo, solo tiene la solución trivial (0, 0, 0). • ⇒=⇒= 12 ARangx El sistema es compatible indeterminado, y sus soluciones dependen de dos parámetros. • ⇒=⇒= 24 ARangx El sistema también es compatible indeterminado, pero en este caso sus soluciones dependen de un parámetro.

c) Como ya dijimos en el anterior apartado, por tratarse de un sistema homogéneo, cuando es compatible determinado la única solución es la solución trivial.

44. JUNIO 2012. Dado el número a se considera la matriz

−−+−−

=a

aa

aa

A

11

110

121

a) Halla los valores de a para los que la matriz A tiene inversa. b) Busca, si es posible, la matriz inversa de A en el caso a = 0. SOLUCIÓN

a) A tiene inversa 0≠⇔ A

2;10230;23 33 =−=⇒=−−⇒=−−= aaaaAaaA .

Por tanto: A tiene inversa, siempre que a no valga ni -1 ni 2.

b) Para a = 0 :

−−

−=⇒

−−−

= −

131

111

111

21

011

110

1211AA

45. JULIO 2012. Dados los números reales a, b, c, x, se considera la matriz

−=

xcb

xa

cbx

A 3

4

a) Halla los valores de a, b, c, x para los cuales A es antisimétrica.

(Recuerda que una matriz A es antisimétrica si AAt −= ) b) Si 1=== cba , halla el rango de A según los valores de x.

c) Si 0=== cba resuelve la ecuación 0=+ tAA ( tA denota la matriz traspuesta de A)

a)

−==

−==

−=+−=

−=−=

−−−−−−

+−−−=

−⇔−=⇔

3

7

7

0

3

43

4

34c

b

a

x

c

cb

ba

xx

xcb

xa

cbx

xc

cxb

bax

AAicaantisimétresA t

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22

b) xxA

x

x

x

Acba −=⇒

−=⇒=== 3

11

31

31

1 ; { }1;1;000 3 −===⇒=−⇒= xxxxxA

Casos que se pueden presentar • 31,1,0 =⇒−≠ ARangx

• 21,1,0 =⇒−= ARangx

c)

−=

−+

−=+⇒===

x

x

x

x

x

x

x

x

x

AAcba t

234

320

402

34

00

00

00

30

40

0

±==⇒=−⇒=+

25

;005080 3 xxxxAA t

46. JULIO 2012. Sean las matrices

−=

−=

302

011

100

210

112

ByA

a) Calcula, si es posible, la matriz inversa de la matriz A. b) Resuelve, si es posible, la ecuación matricial BAX =⋅ SOLUCIÓN

a) ( )

−−

==

−−== −

200

420

311

21

;

243

021

001

;2 1 tAAdjAAAdjA

b)

−−

=

−−

⋅⋅

−=⇒⋅=⇒⋅=⋅⋅⇒=⋅ −−−

1222

731

21

200

420

311

21

302

011111)1(

XABXABAAXBAX

(1) Multiplicamos por la izquierda los dos miembros de la ecuación por la matriz inversa de A.

47. JULIO 2012. Se considera la matriz

−−

−=

xabc

x

x

A 10

01

a) Obtén el polinomio p(x) = Det(A). b) Si c = 0, halla las raíces de p(x) dependiendo de a y b. SOLUCIÓN

a) Axp =)( = cbxaxx

xabc

x

x

+++−=−

−−

2310

01

b)

+±=⇒=−−

=⇒=

−−−⇒++−=⇒=

24

0

0

0)(

)()(0

22

223

baaxbaxx

x

xp

baxxxbxaxxxpc

Las tres raíces del polinomio p(x) son: 2

4;

24

;02

3

2

21

baax

baaxx

+−=++==

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23

48. JUNIO 2013. Dado el número real a, se considera la matriz ⋅

=001

011

11 a

A

Halla el rango de la matriz tAA −2 según los distintos valores de a. SOLUCIÓN Calculemos en primer lugar la matriz tAA −2 .

−−+

=

++

=−

++

=

=10

12

0121

001

01

111

11

112

122

;

11

112

122

001

011

11

001

011

1122

a

aa

aa

a

a

a

aa

AA

a

a

aaaa

A t

Si el determinante de tAA −2 es distinto de cero, su rango es 3. Cuando sea cero, será dos o uno. Por tanto:

• ( ) 32

1,2 2 =−⇒≠ tAARanga

• ( ) 020

3322 2 ≠=−⇒= quepuestoAARanga t

• ( ) 02/12/3

02/32

2

1 2 ≠=−⇒= quepuestoAARangat

49. JUNIO 2013. Dado el número real a, se considera la matriz

−−=

1

211

11

2aa

a

a

A

a) Obtén los valores del número real a para los que la matriz A no tiene inversa. b) Halla, si es posible, la matriz inversa de A cuando a = 0. SOLUCIÓN a) La matriz A tiene inversa ⇔ su determinante es distinto de cero 1013 −=⇒=−−= aaA (las otras dos soluciones son complejas) Por tanto:

A tiene inversa 1≠⇔ a

b) Para a = 0 ( )

−−==

−= −

100

111

1011

100

211

1011 tAAdj

AAA

50. JULIO 2013 Se considera la matriz

2 0

1 1 0

0 0 1

a

A a

a

− = − − −

a) Obtén los valores de a para los que det(A) = 0 b) Discute el sistema homogéneo de matriz A, según los valores del número real a. c) Resuélvelo, si es posible, para a = 1.

SOLUCIÓN a)

[ ]

=−=

⇒=−+

=⇒=−⇒=−+−⇒=

−+−=−−−−−=−−−−−−=

1

202

101

0)2)(1(0

)2)(1(2)1()1()1(2)1)(1(

22

2

a

aaa

aa

aaaA

aaaaaaaaaaA

−==

⇔=2

10

a

aA

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24

b) Debemos discutir el sistema

=−=+−=+−

=

−−−

0)1(

0)1(

02

0

0

0

100

011

02

za

yax

yax

z

y

x

a

a

a

Un sistema homogéneo siempre es compatible porque tiene al menos la solución trivial: 0;0;0 === zyx . En un sistema homogéneo no tiene sentido hablar de la matriz ampliada, porque es como la matriz del sistema pero con una columna de ceros y por tanto, las dos tienen el mismo rango. La discusión en un sistema de este tipo, se centra solo en si es compatible determinado o indeterminado, y eso depende de si la matriz del sistema tiene rango 3 (el número de incógnitas en este caso) o menos.

Como vimos en el apartado anterior:

−==

⇔=2

10

a

aA Por tanto:

• ⇒=⇒−≠ 32,1 ARanga El sistema es compatible determinado. Solo tiene la solución trivial.

−⇒=⇒

−−

=⇒=)º(

inf.mindet1

000

021

021

1Arangincógnitasdenparámetrosdosdeodependiendsoluciones

initasTieneadoerincompatibleessistemaElARangAa

• ⇒−= 2a

⇒=⇒

=parámetroundeodependiendsoluciones

initasTieneadoerincompatibleessistemaElARangA

inf.mindet2

300

011

022

c) Para a = 1 el sistema es así: ⇒=−⇒

=−=+−

0202

02yx

yx

yxRcon

z

y

x

===

βαβαα

,

2

51. JULIO 2013. . Se considera la matriz ⋅

−=100

011

020

A

d) Escribe factorizado el polinomio ( )3det)( tIAtp −= donde 3I es la matriz identidad de orden 3.

e) Halla las raíces de p(t). f) Resuelve el sistema homogéneo de matriz 3xIA− cuando sea compatible indeterminado

SOLUCIÓN

a) =− tIA =

−t

t

t

00

00

00

100

011

020

−−−

t

t

t

100

011

02

=−= tIAtp )( [ ] )2)(1)(1()2)(1(2)1()1()1(2)1)(1( 2 +−−=−+−=−−−−−=−−−−−− ttttttttttttt

b) Las raíces de p(t) son, como puede deducirse del apartado anterior: 2)(1 −== tydoblet

c) El sistema homogéneo que debemos resolver es:

=−=+−=+−

=

−−−

0)1(

0)1(

02

0

0

0

100

011

02

zt

ytx

ytx

z

y

x

t

t

t

Ese sistema es diferente según los distintos valores que tome el parámetro t. En cualquier caso, y como es homogéneo, siempre tendrá la solución trivial. Lo que nos piden es que lo resolvamos cuando tenga otras soluciones además de la trivial es decir, en los casos en que sea compatible indeterminado. Eso ocurrirá cuando la matriz tenga rango menor que tres, es decir cuando su determinante sea cero. En definitiva, en dos casos: para t = 1 y t = -2.

• ⇒= 1t ⇒=−⇒

=−=+−

0202

02yx

yx

yxRcon

z

y

x

===

βαβαα

,

2

• ⇒

==+

==+

=+⇒−=

0

0

03

0

022

2z

yx

z

yx

yx

t Rcon

z

y

x

=−=

=λλ

λ

0