matrices

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES “AÑO DE LA PROMOCION DE LA INDUSTRIA RESPONSABLE Y DEL COMPROMISO CLIMATICO” TEMA: Matrices. DOCENTE: Lic. HUAMANCAYO QUISPE, Julio. INTEGRANTES: SEMESTRE: II MATEMATICA - MATRICES 1 MATEMATICA Carrera Profesional de Administración y Sistemas

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descripcion de las matrices

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MATRICES

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES

AO DE LA PROMOCION DE LA INDUSTRIA RESPONSABLE Y DEL COMPROMISO CLIMATICO

TEMA: Matrices.

DOCENTE: Lic. HUAMANCAYO QUISPE, Julio.

INTEGRANTES: SEMESTRE: IICerro de Pasco, 11 de octubre del 2014

INTRODUCCION

Las matrices aparecen por primera vez hacia el ao 1850, introducidas porJ.J. Sylvester. El desarrollo inicial de la teora se debe al matemticoW.R. Hamiltonen 1853. En 1858,A. Cayleyintroduce la notacin matricial como una forma abreviada de escribir un sistema demecuaciones lineales connincgnitas.Las matrices se utilizan en el clculo numrico, en la resolucin de sistemas de ecuaciones lineales, de las ecuaciones diferenciales y de las derivadas parciales. Adems de su utilidad para el estudio de sistemas de ecuaciones lineales, las matrices aparecen de forma natural en geometra, estadstica, economa, informtica, fsica, etc...La utilizacin de matrices (arrays) constituye actualmente una parte esencial en los lenguajes de programacin, ya que la mayora de los datos se introducen en los ordenadores como tablas organizadas en filas y columnas: hojas de clculo, bases de datos,... MATRICES

Definicin.- Una matriz de orden mxn es un arreglo rectangular de nmeros ( reales o complejos) aij , llamados elementos dispuestos en m lneas horizontales , llamadas filas y en n lneas verticales llamadas columnas ; de la forma :

mxn

Las matrices se nombran con letras maysculas A , B , C , . En forma abreviada la matriz anterior puede escribirse en la forma A = ( aij ) mxn con i = 1, 2 , 3 , , m ; j = 1,2,3, , n , o Amxn . Los subndices indican la posicin del elemento dentro de la matriz, el primero denota la fila ( i ) y el segundo la columna ( j ) . Por ejemplo el elemento a 25 se ubica en la segunda fila y quinta columna de la matriz.La dimensin de una matriz es el nmero mxn de elementos que tiene la matriz.MATRICES IGUALES.-Dos matrices son iguales cuando tienen la misma dimensin y cuando los elementos que ocupan los mismos lugares son iguales ., Si A =( a ij ) mxn y B = ( b ij ) mxn , entonces A = B si y solo si a ij = b ij para cada valor de i , j Las siguientes matrices no son iguales

Orden 2x3

Orden 3x2Dimensin 6

Dimensin 6ALGUNOS TIPOS DE MATRICES :

1.MATRIZ CUADRADA.- es aquella que tiene el mismo nmero de filas que de columnas , es decir m = n , y se dice que la matriz cuadrada es de orden n .

La Diagonal Principal de una matriz cuadrada es el conjunto formado por los elementos a 11 , a 22 , a 33 , a 44 , a n n y la traza de la matriz cuadrada es el nmero dado por la suma de los elementos de la diagonal principal , es decir :

Traza ( A ) = a 11 + a 22 + a 33 + a 44 ++ a n n

2. MATRIZ RECTANGULAR .- es toda matriz en la que m n 3.MATRIZ FILA - es una matriz de orden 1 x n :

4. MATRIZ COLUMNA .- es una matriz de orden m x 1 :

5. MATRIZ NULA- es la matriz que tiene todos sus elementos nulos

0 =

6. MATRIZ DIAGONAL es una matriz cuadrada en la que todos los elementos que no pertenecen a la diagonal principal son nulos

B=

Ejemplo 1 .

B =

7. MATRIZ ESCALAR.- es una matriz diagonal en la que todos los elementos de la diagonal principal son iguales a una constante

B=

8. MATRIZ UNIDAD O IDENTIDAD.- es la matriz escalar en la que k = 1

B= = I n9. MATRIZ TRIANGULAR SUPERIOR .- es la matriz cuadrada que tiene todos sus elementos que se encuentran por debajo de la diagonal principal nulos, es decir a ij = 0 , para todo i > j .

A =

10. MATRIZ TRIANGULAR INFERIOR.- es la matriz cuadrada que tiene todos sus elementos que se encuentran por encima de la diagonal principal nulos, es decir a ij = 0 , para todo i > j .

A =

11. MATRIZ TRASPUESTA .- es la matriz que se obtiene de la matriz A = ( aij )mxn intercambiando las filas por columnas se denota A t = (aji )nxm A = At = Ejemplo 2 Si

12. MATRIZ SIMETRICA .- es toda matriz tal que A = At A =

13. MATRIZ ANTISIMETRICA .- es toda matriz tal que A = - At

1.2 OPERACIONES CON MATRICES SUMA DE MATRICES

Si A = ( aij )mxn y B = ( bij )mxn son dos matrices del mismo orden , entonces se define la suma A + B como la matriz de orden mxn , C = ( cij )mxn tal que cij = aij + bij . Ejemplo 3 Si

PROPIEDADES Si A , B y C son matrices de orden mxn , se cumple :

1. A + B = B + A

2. A + ( B + C ) = ( A + B ) + C

3. A + 0 = 0 + A

4. Existe la matriz opuesta de la matriz A , denotada por A , que se obtiene cambiando los signos de todos los elementos de A , tal que A + ( - A ) = 0

DIFERENCIA DE MATRICES La diferencia de las matrices A y B , de orden mxn, se define como la matriz D = A + ( - B ) . es decir D = ( d ij ) mxn tal que

d ij = a ij - b ij

PRODUCTO DE UN ESCALAR POR UNA MATRIZ . Dado el nmero real k y la matriz A mxn , el producto k.A es otra matriz del mismo orden , que resulta de multiplicar cada elemento de A por k .

PROPIEDADES:

, se cumple :

1. () A =

2.

3.

4.

PRODUCTO DE MATRICES .- Dadas dos matrices ellas son compatibles para la multiplicacin de A por B, si el nmero de columnas de A es igual al nmero de filas de B .

EL producto A. B es la matriz C de orden m x p , tal que los elementos cij de C es

cij = para cada i , j

Ejemplo 4 Dadas las matrices A y B, hallar AB

PROPIEDADES

1. A. ( B . C ) = ( A. B ) . C

2. A . ( B + C ) = A . B + A . C

3. El producto de matrices no siempre es conmutativo A. B B.A4. Si A . B = 0 no implica que A = 0 B = 0

5. Si A.B = A . C no implica necesariamente que B = C

6.

7.

PRACTICA

1.Los contratistas A, B y C hacen licitaciones para las obras p, q y r como se indica en la matriz de costos (en unidades de 100 000 dlares) Qu asignacin minimiza el costo total si a) Sin ninguna condicin b) A cada contratista solo se le puede asignar una sola obra.

2.Si un obrero W puede realizar el trabajo en horas, segn se indica en la matriz A y si cada obrero solo deber realizar un solo trabajo Qu asignacin minimizar el tiempo total del trabajo?

3.Suponiendo que el estado del uso del suelo de una ciudad de 50 millas cuadradas de superficie, no baldia, en 1993 fue:

I.Uso residencial 30% , II. Uso comercial 20%, III. Uso industrial 50%. Encontrar los estados en los aos 1998, 2003 y 2008, suponiendo que las probabilidades de transicin para intervalos de 5 aos estn dadas por la siguiente matriz:

NOTA.- Una matriz cuadrada con elementos no negativos, si la suma de los elementos de cada una de sus filas es igual a 1, se llama matriz estocstica4.Sean las matrices

Encontrar aquellas matrices que se encuentren definidas

a) AB

b) CA

c) BtAt

d) BC

e) CtB

5.Dadas las matrices :

a)A=

b)B=

c)C=

d)D=

f)F=

g)G=

h)H=

i)I=

Hallar a) A+B , b) B- A , c) 2C-3D , d) Ft 2Gt , e) 3G G f) H- H t DETERMINANTE DE UNA MATRIZ CUADRADA

Definicin:

A toda matriz cuadrada le asociamos un nmero llamado determinante, , simbolizado de la forma:

Dicho nmero es un resultado que se puede obtener de diferentes maneras. Segn el orden y tipos de determinantes estudiaremos ciertos mtodos para hallar el determinante.

Propiedades:a)Si los elementos de una fila o columna son nulos el valor del determinante es 0.

b)Un determinante con dos filas o columnas paralelas iguales es nulo.

c)Si un determinante tiene dos dilas o columnas proporcionales su valor es nulo.

d)Si cambiamos dos filas o columnas el determinante cambia de signo.

e)Para multiplicar un nmero por un determinante se multiplica el nmero por los elementos de una fila o columna cualquiera. (En un determinante se puede sacar el factor comn, siempre que exista un nmero que multiplique a todos los elementos de una fila o columna)

f)

Calculo de un determinante:I)Mtodo de Sarrus

Cuando el determinante es de orden dos o tres se usa la regla de Sarros, que consiste en sumar todos los productos que se obtienen al multiplicar dos o tres elementos de la matriz de todas las formas posibles, con la condicin de que en cada producto exista un elemento de cada fila y uno de cada columna, con sus signos correspondientes y para ello se utiliza el esquema que sigue:

Para un determinante de orden 2:

Para un determinante de orden 3:

Ejemplo 1.

Calcular los determinantes

II.Clculo del determinante de orden n, por los adjuntos:

Cuando el orden de los determinantes es superior a 3 la regla de Sarrus no es fcilmente aplicable y entonces utilizamos el mtodo de los adjuntos, que reduce el orden en una unidad cada vez que le utilizamos.

Para ello vamos a definir dos nuevos conceptos:

Menor complementario: Dada una matriz se llama menor complementario de un elemento al determinante de la matriz, que resulta de suprimir la fila i y la columna j en la matriz : se llama .

Adjunto de un elemento (o Cofactor): Al producto de por el menor complementario de se llama adjunto de un elemento y se escribe .

A partir de estas definiciones obtenemos otra forma de calcular un determinante: el valor de un determinante de orden n es igual a la suma de los productos de los elementos de una fila o columna por sus respectivos adjuntos.

Ejemplo 2.

Calcular el valor del determinante

Elegimos la primera fila ya que tiene dos elementos nulos y eso va a simplificar el clculo:

Cuando llegamos a un determinante de orden tres, podemos aplicar Sarrus:

III.Mtodo del pivote o de ChioSi a los elementos de una fila o columna se suman los correspondientes de otras paralelas multiplicados por un nmero , el valor del determinante no vara. (Suma de una combinacin lineal de otras filas o columnas)

Basndose en esta propiedad, podemos obtener un determinante igual, pero con una fila o columna todos nulos salvo uno, que al aplicar el mtodo anterior, se reduce su clculo a un solo determinante de orden menor.

Ejemplo 3.Calcular por el mtodo del pivote el determinante

Desarrollamos el ltimo determinante por la 1a columna:

Repetimos el proceso desarrollando el determinante por la 2 a fila:

IV.Mtodo triangularizante

Cuando calculamos el determinante de matrices triangulares o diagonales observamos que verifica que el resultado coincide con el producto de los elementos de la diagonal principal.

Con las propiedades anteriores podemos llegar a obtener un determinante que sea triangular y aplicar seguidamente el contenido expresado arriba:

Ejemplo 4.Calcular el determinante

cambiamos las filas 2a y 3a ( cambia el signo)

cambiamos 4a y 5a fila para dejarle triangular (el determinante cambia de signo):

CLCULO DE LA MATRIZ INVERSA DE UNA DADA

Matriz Adjunta Dada una matriz cuadrada se llama matriz adjunta, a la matriz que resulta de sustituir cada uno de los elementos de la matriz por sus adjuntos respectivos.

Ejemplo 1.Hallar la matriz adjunta de

Matriz Inversa Si A es una matriz de orden n cuyo determinante es no nulo, la matriz inversa de A es la matriz de orden n denotada por A-1 tal que A. A-1 = I , donde I es la matriz identidad de orden n.Clculo de la matriz inversa por el mtodo del adjunto:

Ejemplo 2.

Calcular la matriz inversa de

MATRICES ELEMENTALES

Definicin 1:

Sobre una matriz decimos que efectuamos una operacin elemental sobre la fila o columna, cuando realizamos cualquiera de estas transformaciones:

i)Cambiar entre s dos filas o columnas:

ii)Multiplicar una fila o columna por un nmero real

iii)Sumar a la fila o columna i la fila o columna j multiplicada por un nmero real

Definicin 2:

Se llama matriz elemental a una matriz cuadrada, que resulta de efectuar una operacin elemental sobre una fila o columna en la matriz identidad.

Ejemplo 3.

Cambiar dos filas

Multiplicar la 2a columna por

Sumar a la 3a fila el doble de la 2a

Sumar a la 2a columna la 1a por -5

Segn el orden de la matriz unidad obtenemos una matriz elemental del mismo orden.

Teorema .- Si en una matriz A efectuamos una operacin elemental por filas, la matriz que obtenemos es , donde F es la matriz elemental resultante de efectuar la misma operacin elemental.Si en una matriz A efectuamos una operacin elemental por columnas la matriz que obtenemos es C.A, donde C es la matriz elemental resultantes de efectuar la misma operacin elemental.

Ejemplo 4

Sea

Por filas:

=AFMatriz elemental obtenida al hacer la misma operacin:

Producto de F.A:

Por columnas:

= ACMatriz elemental obtenida al hacer la misma operacin:

Producto de A.C

= AC

Operaciones elementales inversas.

Se llama operacin elemental inversa aquella operacin que nos anula la accin de cada operacin elemental.

Ejemplo 5.Sean las matrices elementales obtenidas como resultado de las siguientes operaciones elementales:

Existen otras operaciones sobre estas matrices elementales que nos anulan las operaciones anteriores y volvemos al punto de partida o sea a .

Estas operaciones se llaman operaciones inversas de las hechas en primer termino.

Resumiendo:OPERACION ELEMENTALOPERACIN INVERSA

Cambiar la fila i por la jCambiar la fila j por la i

Multiplicar una fila por

Multiplicar una fila por

Sumar a la fila i, la j por

Sumar a la fila i, la j por

Matrices elementales inversasCuando en la matriz efectuamos una operacin elemental obtenemos una matriz elemental E. Cuando en la matriz efectuamos la operacin elemental inversa obtenemos la matriz elemental inversa de la matriz elemental .

Luego toda matriz elemental tiene inversa y es una matriz elemental.

En efecto, cuando hacemos una operacin elemental, obtenemos E y si efectuamos la operacin elemental inversa sobre E al punto de partida , luego se verifica:

Luego es la inversa de .

Ejemplo 6Dadas las matrices elementales que se obtienen de realizar las operaciones elementales:

i)Cambiar las filas 1 y 3ii)Multiplicar la 2a fila por 2iii)Sumar a la 2a fila la 3a por -3

Hallar sus matrices inversas.i)Matriz elemental que resulta de hacer la operacin elemental F13

ii)Matriz elemental que resulta de hacer la operacin elemental

iii)Matriz elemental que resulta de hacer la operacin elemental

iv)

Matrices equivalentes por filas

Si partiendo de una matriz A podemos llegar a otra B efectuando un nmero finito de operaciones elementales sobre las filas y, de la misma manera, podemos volver a A desde B, realizando las operaciones inversas y en orden inverso, se dice que A y B son equivalentes por filas.

En efecto:

Si podemos llegar desde A a B por medio de operaciones elementales

Multiplicando por las matrices inversas obtenemos

Si podemos llegar desde B a A por medio de operaciones elementales:

Multiplicando por las matrices elementales inversas obtenemos

Ejemplo 7Demostrar que las matrices A y B son equivalentes por filas.

Clculo de la matriz inversa por operaciones elementales

Si A es equivalente a la matriz In entonces A tiene inversa

En efecto: si A es equivalente por filas a In:

Multiplicando por por la derecha los dos miembros obtenemos:

Luego viene como producto de matrices elementales.

El mtodo para el clculo de sale de observar y

Las operaciones elementales que nos sirven para convertir en la matriz unidad, efectuadas sobre la matriz unidad nos da la matriz inversa de .

Ejemplo 8 Hallar la matriz inversa de

Solucin

luego

1.9.FORMAS ESCALONADA Y REDUCIDA DE UNA MATRIZ

Formas escalonada

Se llama forma escalonada por filas de una a aquella matriz que se obtiene a partir de A mediante operaciones elementales y que verifica:

i)Si tiene filas cuyos elementos son todo nulos, estn en filas inferiores.

ii)El primer elemento distinto de cero de una fila (empezando por la izquierda), se llama elemento pivote y a su columna, columna pivotal.

iii)Dadas dos filas sucesivas, el elemento pivote de la 2a fila est ms a la derecha que el elemento pivote de la 1a fila.

Ejemplo 9.Formas escalonadas:

Formas no escalonadas:

Forma reducidaSe llama forma reducida por filas de una matriz a toda matriz escalonada con los pivotes unidad y los dems elementos de la columna del pivote, nulos.

Ejemplo 10.

Obtencin de una forma escalonada

El algoritmo para obtencin de una forma escalonada se llama eliminacin de Gauss o gaussiana y consta de los siguientes pasos:

1Partiendo de la izquierda, buscamos en la 1a columna un elemento distinto de cero que llevaremos a la 1a fila, si no le hay en la 1a fila, (mediante operaciones elementales) y ser el 1er pivote. Seguidamente con las operaciones elementales haremos ceros debajo del pivote.

2Siguiendo a la derecha, buscamos en la 2a columna un elemento distinto de cero en la 2a fila o siguientes filas. Se opera para tener un 2a pivote en la 2a fila, si est en las siguientes filas. Seguidamente con las operaciones elementales haremos ceros debajo del 2a pivote.

3Seguimos sucesivamente movindonos hacia la derecha hasta no encontrar ms pivotes.

Evidentemente, dependiendo de la manera de operar y el orden de actuacin, obtendremos diferentes formas escalonadas (hay infinitas), mientras que la forma reducida solo hay una.

Ejemplo 11.

Hallar la forma escalonada de la matriz

Rango de una matrizLlamaremos rango de una matriz el nmero de filas con algn elemento distinto de cero que hay en cualquier forma escalonada por filas o tambin el nmero de columnas pivotales que tiene.

Nmero de vectores filas linealmente independientes = nmero de columnas

Ejemplo 12.

Sistema de ecuaciones lineales

Un sistema de m ecuaciones lineales con n incgnitas

Donde

1)El sistema tiene solucin si y solo si y se llama compatible.

2)Si , entonces el sistema tiene una nica solucin, el sistema es determinado.

3)Si , entonces existen infinitas soluciones, el sistema es indeterminado no existe solucin si y algn

4)Si existen soluciones todas se obtienen por el mtodo de eliminacin de Gauss.

Sistema Homogneo: , tiene solucin y su entonces existen soluciones no triviales linealmente dependientes.

Ejemplo 1. Resolver el sistema

x + 2y + 3z + 4w = 5

2x + y + 2z + 3w = 1

3x + 2y + z + 2w = 1

4x + 3y + 2z + w = -5

Solucin

,

=

=

De donde

w = 3z+2w = 3

y + 2z + 3w = 5

x + 2y + 3z + 4w = 5

En consecuencia el conjunto solucin es CS = { ( -2 , 2 , -3 , 3 ) }Ejemplo 2. Resolver 3x + 2 y + z= 3

2x + y + z = 0

6x + 2y + 4z = 6

Solucin

De donde 0z = 12 , es decir 0 = 12 ( Contradiccin)

el sistema es incompatible.

Ejemplo 3. Resolver

x - 2 y + 3z= 5

2x + y -4 z = 0

3x + 4y -11z = -5

Solucin

Luego

5y 10 z = - 10

x 2y + 3z = 5

Despejando y de la primera ecuacin se tiene y = 2z 2

Se obtienen infinitas soluciones asignando valores a zAdems

En general si entonces

Luego CS

Descipcin del mtodo de eliminacin GaussianaConsiderando el sistema

El sistema (1) puede ser escrito en forma matricial como se observa en la columna de la derecha omitiendo las variables.

La matriz (2) se denomina matriz ampliada del sistema (1). Ahora, las operaciones que realizaramos sobre las ecuaciones del sistema (1) se realizarn con las filas de la matriz (2). Cada fila (ecuacin) de la matriz se denotar por donde .

El objetivo es obtener, a travs de la suma de filas o la multiplicacin de una fila por un nmero distinto de cero, nuevas filas pero que correspondan a un sistema equivalente al dado inicialmente.

La matriz (2) deber convertirse, si fuera posible, en una matriz de la forma:

Para conseguirlo, sigamos el siguiente procedimiento:

1Para conseguir un 1 en la primera posicin, se multiplica la primera ecuacin por :

2Luego, para obtener 0 en la primera columna de las filas 2 y 3, restamos a la segunda ecuacin la primera ecuacin multiplicada por 4; un proceso similar se realizar con la tercera fila o ecuacin:

Los pasos realizados equivalen a eliminar la variable x en la segunda u tercera ecuacin.

3Ahora multiplicaremos la segunda ecuacin por :

4Para obtener 0 en la segunda columna de la tercera fila (ecuacin), se debe multiplicar por 5 la segunda fila y sumar la tercera fila con la nueva segunda fila.

5Finalmente, para obtener 1 en la tercera columna de la tercera fila:

6Si expresamos la matriz anterior en trminos de las ecuaciones, obtendramos:

Entonces , en la tercera fila se obtiene: y sustituyendo este valor en la segunda ecuacin se obtiene: ; luego . Por lo tanto, este sistema de ecuaciones tiene slo una solucin: .

CONCLUSIONES

Una matriz es un arreglo rectangular de nmeros colocados entre parntesis, cuadros o lneas dobles. Entre las principales clases de matrices estn: fila, columna, rectangular, transpuesta, nula, cuadrada, diagonal, etc.

Mediante el uso de las matrices se resuelven sistemas de ecuaciones lineales, adems se resaltan la importancia que tienen en la resolucin de problemas de la vida cotidiana con lo cual se llega a dar una solucin exacta y mejores resultados en un determinado proceso.Carrera Profesional de Administracin y Sistemas

MATEMATICA

DEDICATORIA:

Este trabajo se lo dedicamos a nuestros padres y docentes que nos inspiran a seguir adelante, y a trazar nuestras metas.

EMBED Equation.DSMT4

EMBED Equation.DSMT4

EMBED Equation.DSMT4

EMBED Equation.DSMT4

Una matriz tiene inversa si solo si EMBED Equation.DSMT4

A partir de ahora, slo consideraremos las matrices elementales resultado de efectuar operaciones elementales sobre las filas

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