teorema rouché discusión sistemas

21
1 Si tenemos un sistema compatible indeterminado de dos ecuaciones lineales con dos incógnitas, ¿se puede conseguir un sistema incompatible añadiendo una tercera ecuación? Explicar la respuesta y dar un ejemplo. Solución: Sí se puede conseguir. Basta con añadir una ecuación contradictoria con las otras dos. Por ejemplo: 6 y 2 x 2 3 y x Es un sistema compatible indeterminado. Si añadimos una tercera ecuación contradictoria a estas dos se tendrá un sistema incompatible: 4 y x 6 y 2 x 2 3 y x 2 Resuelve y clasifica los siguientes sistemas: a) 1 y x 3 y 2x b) 1. z 3y 2x Solución: En el caso a) y operando sobre el sistema se tiene y = 2x - 3; y = x -1 de lo que se deduce x = 2 e y = 1 SCD En el caso b) todas las soluciones tienen la forma (x , y , z) del tipo (x , y , 2x -3y -1). Las soluciones de la forma: 1 μ 3 λ 2 z μ y λ x Es SCI 3 Resolver y clasificar el sistema: 0 z y x 3 2z y 2x 1 z y x Solución: Operando sobre el sistema:

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Page 1: Teorema rouché discusión sistemas

1 Si tenemos un sistema compatible indeterminado de dos ecuaciones lineales con dos incógnitas, ¿se

puede conseguir un sistema incompatible añadiendo una tercera ecuación? Explicar la respuesta y dar un ejemplo.

Solución: Sí se puede conseguir. Basta con añadir una ecuación contradictoria con las otras dos. Por ejemplo:

6y2x2

3yx

Es un sistema compatible indeterminado. Si añadimos una tercera ecuación contradictoria a estas dos se tendrá un sistema incompatible:

4yx

6y2x2

3yx

2 Resuelve y clasifica los siguientes sistemas: a)

1yx

3y2x

b)

1.z3y2x

Solución: En el caso a) y operando sobre el sistema se tiene y = 2x - 3; y = x -1 de lo que se deduce x = 2 e y = 1 SCD En el caso b) todas las soluciones tienen la forma (x , y , z) del tipo (x , y , 2x -3y -1). Las soluciones de la forma:

1μ3λ2z

μy

λx

Es SCI

3 Resolver y clasificar el sistema:

0zyx

32zy2x

1zyx

Solución: Operando sobre el sistema:

Page 2: Teorema rouché discusión sistemas

μ)λ,μ,λ(z,yx

μ)λ,μ,2

λ

2

3(z,

2

y

2

3x

μ)λ,μ,λ(1z,y1x

0zyx

3z2yx2

1zyx

Las soluciones del sistema han de verificar:

.4

3μ0queloconμ,

4

1

2

2

11μ

2

λ

2

3μλ1

y2

1λquelocon0,μ0λ21μλμλ1

2

Ningún número real verifica la ecuación, en consecuencia, el sistema carece soluciones. El sistema es incompatible.

4 Estudiar la compatibilidad de los siguientes sistemas de ecuaciones lineales:

362y4x

8y2xc);

64y2x

32yxb);

22y3x

35y2xa)

Solución: a) El rango de la matriz de coeficientes es dos, pues la matriz del sistema:

23

52

es equivalente a la matriz:

190

156

46

156

Cuyo rango es dos. La matriz ampliada:

223

352

Tiene rango dos, luego es compatible y determinado b) El rango de la matriz de coeficientes es uno, pues la segunda fila se obtiene multiplicando la primera por - 2. El rango de la matriz ampliada es uno, pues:

000

642

642

642

642

321

Entonces se tiene un sistema compatible. c) El rango es uno, de la matriz de coeficientes:

24

12

Pues:

00

24

24

24

24

12

El rango de la matriz ampliada es dos, pues:

Page 3: Teorema rouché discusión sistemas

2000

1624

3624

1624

3624

812

Entonces se tiene un sistema incompatible.

5

Dado el sistema

4ny1)x(2nn

1nyxn

2

2

en función del parámetro n: a) Escríbelo en forma matricial. b) Discútelo. c) Resuélvelo para n = 3.

Solución:

a)

n411)n(2n

1nn2

2

b)

2

1n1,n0,n01)nn(2n

11)n(2n

nn 22

2

2

Si n 0, 1,

2

1

, es S.C.D.

Si n = 0

11

10

0

S.I.

Si n = 1

3

41

11

S.I.

Si n =

2

1

0

22

1

14

1

y

0

21

12

1

S.C.I.

c) Para n = 3,

2

1y

18

5x

7140

139

12145

139

6 Sean S y S' dos sistemas de ecuaciones lineales con la misma matriz de coeficientes. Justificar con un ejemplo que uno de los dos sistemas puede ser compatible y el otro incompatible. Si ambos sistemas son compatibles, ¿puede ser uno determinado y el otro indeterminado? Razonar las respuestas.

Solución: Sea S y S' los sistemas que siguen, ambos con la misma matriz de coeficientes M:

Page 4: Teorema rouché discusión sistemas

21

10

11

M

7y2x

2y

3yx

S'

5y2x

2y

3yx

S

Se observa que r (M) = 2 puesto que:

0110

11

. Las matrices ampliadas correspondientes son:

721

210

311

N'y

521

210

311

N

Observamos que el determinante de N es igual cero y por lo tanto r (N) = 2 = r (M), luego el sistema es compatible; pero el determinante de N' es 2, distinto de cero y por lo tanto r (N') =3 distinto de r (M), luego el sistema es incompatible. Según el teorema de Rouché-Frobenius, si el sistema S es compatible determinado, el rango de la matriz de coeficientes y el rango de la matriz ampliada son iguales al número de incógnitas del sistema. Si el sistema S' es compatible indeterminado, el rango de la matriz de coeficientes y el rengo de la matriz ampliada son iguales y menor que el número de incógnitas. Si los sistemas S y S' tienen la misma matriz M de coeficientes, tendrán el mismo número de incógnitas, n: - S compatible determinado, luego r (M) = n - S compatible indeterminado, luego r (M) < n Esto lleva a contradicción, luego no puede ser S determinado y S' indeterminado (si tienen la misma matriz de coeficientes).

7 Halla a para que el siguiente sistema sea incompatible:

28yax

5aay2x

Solución:

4a0a168a

a2 2

Si a = 4

024

12

y

028

14

, por lo que los rangos coinciden.

Si a = -4

4024

92

Por tanto, es incompatible si a = -4.

8

Halla a para que el sistema

21)y(a2x

a2yax

sea a) Compatible determinado. b) Compatible indeterminado. c) Incompatible

Page 5: Teorema rouché discusión sistemas

Solución:

2a1;a02aa1)(a2

1a 2

Si a = 1

022

11

y

022

11

, por lo que es S.C.I.

Si a = -2

422

42

, por lo que es S.I.

a) Para a 1 y a -2 b) Para a = 1 c) Para a = -2

9 Discutir el siguiente sistema, según los distintos valores que pueda tomar el parámetro a y resolverlo cuando sea compatible:

2zyx

2zx

4azy2x

Solución: Calculemos los rangos de la matriz A de coeficientes del sistema y de la matriz B ampliada del sistema. Dado que el determinante de A es a - 2 se tiene que si a es distinto de 2, el determinante no es nulo, luego r (A) = 3, pero si: a = 2 el determinante es nulo y r (A) = 2. Puesto que la cuarta columna de B es proporcional a la primera se puede decir que el rango de B es el mismo que el de la matriz que resulta de eliminar esa cuarta columna, que es A, luego r (A) = r (B). Así pues,

· si a2, r (A) = r (B) = 3 = nº de incógnitas, luego el sistema es compatible determinado; y · si a = 2, r (A) = r (B) = 2 < nº de incógnitas, luego el sistema es compatible indeterminado. Para resolver en el caso de a distinto de 2 aplicaremos la regla de Cramer:

02a

0

2a

211

201

412

z;02a

0

2a

121

121

a42

y;22a

4a2

2a

112

102

a14

x

Para resolver en el caso de a = 2 observamos que el sistema dado es equivalente al subsistema principal:

z2x

z24yx2

De soluciones:

zz;01

0

1

z21

z242

y;z21

2z

1

0z2

1z24

x

Page 6: Teorema rouché discusión sistemas

10

Averigua los valores de m para los cuales el sistema

2zyx

42zmx

2zmyx

es compatible. Resuélvelo para m = 2. Solución:

2m1,m02m3m

111

20m

1m12

Si m = 1

2111

4201

2111

, y como la cuarta columna es el doble de la tercera, el rango de la matriz de coeficiente y de la ampliada coinciden, por lo que es compatible.

Si m = 2

2111

4202

2121

, y como la cuarta columna es el doble de la primera, el rango de la matriz de coeficiente y de la ampliada coinciden, por lo que es compatible. Por tanto, es compatible para cualquier valor de m. Resolvámoslo para m = 2. Podemos prescindir de la última fila por ser combinación lineal de las dos primeras, por lo que el sistema queda:

zz

y

z2x

4z2x2

2zy2x0

11

Se considera la matriz

a52

331

321

A

, siendo a un parámetro real.

a) Discute si existe solución del sistema

0

0

0

z

y

x

A

según los valores del parámetro a. En caso afirmativo, resuélvelo.

b) Para a = 6, discute si existe solución del sistema

0

1

0

z

y

x

A

Solución:

a) |A| = a - 6, entonces, si a = 6 es S.C.I. y si a 6 es S.C.D.

Page 7: Teorema rouché discusión sistemas

Si a 6, al ser S.C.D. y homogéneo, la solución es x = 0, y = 0, z = 0. Si a = 6, x = -3z, y = 0, z = z.

b)

1

052

131

021

, por lo que el rango de la matriz ampliada es 3, mientras que el rango de la matriz de coeficientes es 2. S.I.

12

Discute el sistema

112zyx

74)z(ayx

6zyx

según los valores del parámetro a y resuélvelo para a = 4.

Solución:

2a04a2

211

4a11

111

, entonces si a 2 es S.C.D.

Si a = 2, el rango de la matriz de coeficientes es 2, y

36

1111

711

611

, por lo que es S.I.

Para a = 4, el sistema es

11z2yx

7yx

6zyx

9z

2y

5x

17302

18200

6111

11211

18200

6111

11211

7011

6111

13 Estudiar, dependiendo del parámetro m, el sistema de ecuaciones:

1mmz

0z

1

m)y(1

my

y

x

x

Y resolverlo para m = 2.

Solución: Dada la matriz de coeficientes del sistema:

Page 8: Teorema rouché discusión sistemas

mm11

1m0

011

A

Se tiene que su determinante es:

1)m(mmmm)(11m

mm11

1m0

01122

Si es nulo, entonces m = 0 o m = 1. · si m = 0,

011

100

011

A

Y la matriz ampliada queda como:

1011

0100

1011

B

Dado que el determinante de A es nulo y el menor:

0110

01

r (A) = 2. Dado que la tercera fila de B es igual a la primera r (B) = 2 = r (A) < nº de incógnitas. El sistema es compatible indeterminado, tiene infinitas soluciones. · si m = 1,

121

110

011

A

Y la matriz ampliada queda como:

2121

0110

1011

B

Dado que el determinante de A es nulo y el menor:

0110

11

r (A) = 2. Orlando ese menor la tercera fila y la cuarta columna de B tenemos:

0112

221

010

111

Y en consecuencia r (B) = 3 distinto de r (A). El sistema es incompatible, no tiene solución. · si el determinante no es nulo, para m distinto de 0 y 1 y r (A) = r (B) = 3 = nº de incógnitas. El sistema es compatible determinado, tiene una única solución. Veamos cuál es la solución para m = 2:

Page 9: Teorema rouché discusión sistemas

2x;1y;2z

2z

0zy2

1yx

3z2

0z

1

y3

y2

y

x

xIIIIII

.

14

Discute el sistema

16ny2n)x(3n

1nyxn

2

2

en función del parámetro n y resuélvelo cuando sea posible Solución:

Si n 0 y n

3

1

, S.C.D. Solución:

22 n

1)2(ny,

n

1n2x

Si n = 0, S.I.

Si n =

3

1

, S.C.I. Solución: x = -9 - 3y, y = y

15 Determinar para qué valores de m el siguiente sistema tiene solución única, tiene infinitas soluciones y no tiene solución:

36z3ym)x(1

13zyx

44zy2x

1yx

Solución: Efectuando transformaciones elementales de tipo fila sobre la matriz asociada al sistema intentamos llegar a un sistema triangular equivalente:

6m3000

0300

2410

1011

6m310m400

0300

2410

1011

2m64m0

0300

2410

1011

363m1

1311

4412

1011

3

10m4F

4)(mF

2)(F

1)(mF1)(F

4342

21

41

31

Fijándonos en el término 3m - 6 de la última ecuación se tienen las siguientes soluciones: - Si m = 2, 3m - 6 = 0 y el sistema es compatible determinado, tiene solución única (3 , -2 , 0) - Si m distinto de 2, el sistema es incompatible, no tiene solución - Por tanto, no existe valor de m que haga tener infinitas soluciones al sistema

16 Determina para qué valores del parámetro k, el sistema:

Page 10: Teorema rouché discusión sistemas

2kzk)y(5x

13z5y2x

0k)z(13yx

a) es compatible b) es incompatible Solución: Obtenemos primero la matriz de los coeficientes, A, y la matriz ampliada, B.

2k1k51

1352

0k131

B;

1k51

352

k131

A

Calculemos el rango de A. Tomando el menor de orden 2 formado a partir de las primera y segunda filas y columnas tenemos que:

051

31

Por tanto, r (A) 2 para todo k. Tomando y desarrollando el menor de orden 3:

1k51

352

k131

Se tiene que:

5)2)(k2(k

11

k21112)(k

k2k2

k21111)(·1

k2k20

k21110

k131

1k51

352

k13111

Por tanto, si 2 (k - 2)(k - 5) = 0, r (A) = 2; y si 2 (k - 2)(k - 5) 0, r (A) = 3. Es decir: si k =2 o k =5, r (A)=2; y en otro caso, r (A) =3. Ahora veamos k = 2

0131

1352

0131

B

y r(B)= 2 pues tiene dos filas iguales y además el menor

052

31

. Si k = 5

3101

1352

0431

B

Y r (B) mayor o igual a 2. Veamos si es dos o tres calculando los menores de orden 3:

Page 11: Teorema rouché discusión sistemas

03015)15(155

311)(·1

0155

152

031

301

152

03132

Luego r (B) = 3 y el sistema es incompatible.

17

Se consideran las matrices

20

31

B111

λ21A

donde es cualquier número real.

a) Encuentra los valores de para los que AB es invertible

b) Determina los valores de para los que BA es invertible

c) Dados a y b , números reales cualesquiera, ¿ puede ser el sistema

b

a

z

y

x

A

compatible determinado ?

Solución:

a) Calculamos

1λ1

λ23λ21

20

31

111

λ21AB

siendoAB = 1 + 2 - 3 - 2 + 3 + 22 = 2

2 +

3 -2 ; calculamos las raíces de AB = 0

22 + 3 -2 = 0

4

53

4

1693λ

, luego las raíces son 1 = 1/2 y 2 = -2

Si 1 , 2 el determinante AB 0 y el rango de AB = 2, luego AB es invertible.

b) Calculemos

222

λλ2λ

3λ14

111

λ21

20

31

BA 2

01λ3

1λ3λ2

001

1λ31

1λ34

λ2

111

λ21

3λ14

λ2BA

, cualquiera que sea el valor de ; luego no existe valor

de para el que BA sea invertible

c) Para que el sistema

b

a

z

y

x

A

sea compatible es necesario que

b

arAr

y para que sea determinado

Page 12: Teorema rouché discusión sistemas

tiene que ser

b

arAr

= número de incógnitas , lo cual es imposible, pues el rango de A a lo sumo puede ser 2.

18

Discute el sistema

azax

0zy

1az2yx

según los valores del parámetro a y resuélvelo para a = 1.

Solución:

1a01a2a

10a

110

a212

, entonces si a 1 es S.C.D.

Si a = 1, el rango de la matriz de coeficientes es 2, y

0

101

010

121

y

0

111

010

111

, por lo que es S.C.I.

Para a = 1, el sistema es

1zx

0zy

1zy2x

, pero se puede prescindir de la última ecuación por ser combinación lineal de las dos primeras.

Entonces

zz

zy

z1x

0zy

1zy2x

19 Determina m para que sea compatible el sistema:

1m2z

13z

01)z(m

my

5y

3y

3x

2x

x

Solución: Obtenemos primero la matriz de los coeficientes, A, y la matriz ampliada, B, del sistema:

1m2m3

1352

01)(m31

B;

2m3

352

1)(m31

A

Debemos determinar los valores de m para los que r (A) = r (B). Calculemos el determinante de A.

Page 13: Teorema rouché discusión sistemas

5)2)(m2(m20m14m29)mm)(2(11)m11(31m39m

m2111

1)(·1

1m39m0

m21110

1)(m31

1)3(m23(3)m3(1)3

1)2(m32(3)52(1)2

1)(m31

2m3

352

1)(m31

2

11

Tomando el menor de orden 2 formado a partir de las primera y segunda filas y columnas tenemos que

052

31

Si tomamos un valor de m = 2 o m = 5 se tiene que el determinante es cero y por lo tanto r (A) = 2, pero si se toman valores distintos a estos el determinante no es cero y por lo tanto r (A) = 3. Veamos ahora qué pasa con todos estos valores en cuanto al rango de B. · si m = 2, la matriz queda como:

1223

1352

0131

B

Calculando el siguiente menor de orden 3 tenemos:

0

123

031

031

123

152

031

En consecuencia, r (B) = 2 = r (A). · si m = 5, la matriz queda como:

4253

1352

0431

B

Calculando el siguiente menor de orden 3 tenemos:

01444

4143

1112

001

453

152

031

En consecuencia, r (B) = 3 r (A). · si m es distinto de 2 y 5 r (B) = 3 = r (A). Así pues, el sistema es compatible para todo m distinto de 5 siendo indeterminado para m = 2, y determinado para el resto.

20

Discute el sistema

1ayx

1zy

2yax

según los valores del parámetro a.

Solución:

Si a 1, S.C.D. Si a = 1 o a = -1, S.I.

Page 14: Teorema rouché discusión sistemas

21 Estudiar, según los distintos valores del parámetro m, y resolver, en los casos de compatibilidad, el siguiente sistema:

2mz

mz

1mz

y

my

y

mx

x

x

Solución: Obtenemos primero la matriz de coeficientes, A, y la matriz ampliada, B, del sistema:

2m11m

m1m1

1m11

By

11m

1m1

m11

A

Calculemos el determinante de A:

21)2)(m(m

m100

m11m0

m11

m)(2

111

1m1

m11

m)(2

11m2

1mm2

m1m2

11m

1m1

m11

Observamos los resultados si el determinante se hace nulo o no: · si m = -2, las matrices quedan como sigue:

4112

2121

1211

By

112

121

211

A

Dado que el menor formado por las primera y segunda filas y columnas no es nulo, se tiene que r (A) = 2. Ya en B, se observa que:

09

630

330

111

412

221

111

Por tanto, r (B) = 3 distinto de r (A), y el sistema es incompatible. · si m = 1, r (A) = r (B) = 1, pues en ambas matrices son iguales las tres filas. El número de incógnitas es mayor que los rangos. El sistema es compatible indeterminado. Veamos cuáles son sus infinitas soluciones: x + y + z = 1 ; x = 1 - y - z ; Se tienen las soluciones (1 - y - z, y, z) para todos y,z. · si m distinto de 1 y 2 r (A) = r (B) = 3 = número de incógnitas. El sistema es compatible determinado. Veamos la solución:

Page 15: Teorema rouché discusión sistemas

.2m

1m

1)2)(m(m

m1

111)(m

1)2)(m(m

1)m(mm10

1m1m0

111

1)2)(m(m

m1m

mm1

111

z

;2m

1

1)2)(m(m

m)(1m

111)(m

1)2)(m(m

m11)m(m0

m11m0

m11

1)2)(m(m

1mm

1m1

m11

y

;2m

1)(m

1)2)(m(m

)m)(1m(1

1)2)(m(m

11m

m100

m11

1)2)(m(m

11m

1mm

m11

x

2

2

22

2

2

2

2

2

2

2

2

2

22

2

2

2

2

2

22

Discute el sistema

01)z(myx

0z1)y(mx

0zyx

en función del parámetro m y resuélvelo cuando sea posible.

Solución:

Si m 0 y m -2, S.C.D. Solución x = y = z = 0 Si m = 0, S.C.I. Solución: x = -z, y = 0, z = z Si m = -2, S.C.I. Solución x = 0, y = z, z = z

23 Discutir y resolver el siguiente sistema según los distintos valores del parámetro m:

2m1)z(m

72m3z

6z

2)y(m

3y

5)y(m

3)x(2m

5)x(m

5x

Solución: Obtenemos primero las matriz de coeficientes, A, y la matriz ampliada, B, del sistema propuesto:

2m1m2m3m2

7m2335m

615)(m5

B;

1m2m3m2

335m

15)(m5

A

Para obtener los rangos de A y de B calcularemos el único menor de orden 3 posible en la matriz A:

Page 16: Teorema rouché discusión sistemas

|A|6m11m6m

3m5m2m3

12m310m

03m5m2m3

012m310m

15m5

1m2m3m2

335m

15)(m5

23

22

Ya que:

3)2)(m1)(m(m|A|

Tenemos los resultados siguientes según sea el valor de m: · si m = 1, las matrices quedan como sigue:

1011

9336

6145

B;

011

336

145

A

Observamos que el menor de orden 2, formado por la primera y segunda filas y la primera y tercera columnas de la matriz A, no es nulo, luego r (A) = 2. Se observa también que el siguiente menor de orden 3, formado a partir de B, es:

0

001

336

115

101

936

615

luego el r (B) = r (A) = 2 < 3 = número de incógnitas. El sistema es compatible indeterminado. Las infinitas soluciones del sistema son:

λz

1λy

λ2x

Veamos el proceso: Dado que r (B) = 2 y que el menor de orden 2 anteriormente descrito no es nulo, en la matriz B se verifica que la primera y la segunda fila son linealmente independientes, y que la tercera filas es combinación lineal de las otras dos. Así, basta con resolver el siguiente sistema equivalente al propuesto:

z39y3x6

z6y4x5

λλ,z;1z9

9z9

36

45

z396

z65

xy;z29

18z9

36

45

3z39

4z6

x

· si m = 2, las matrices quedan como sigue:

0101

11337

6135

B;

101

337

135

A

Observamos que el menor de orden 2, formado por la primera y segunda filas y la segunda y tercera columnas de la matriz A, no es nulo, luego r (A) = 2.

Page 17: Teorema rouché discusión sistemas

Se observa también que el siguiente menor de orden 3, formado a partir de B, es

015113

63

010

1133

613

Luego el r (B) = 3 distinto de r (A) = 2. El sistema es incompatible. · si m = 3, las matrices quedan como sigue:

1213

13338

6125

B;

213

338

125

A

Observamos que el menor de orden 2, formado por la primera y tercera filas y la segunda y tercera columnas de la matriz A, no es nulo, luego r (A) = 2. Se observa que el menor de orden 3, formado a partir de B:

018

121

1333

612

Luego r (B)= 3 distinto de r (A)= 2. El sistema es incompatible. · si m distinto de 1, 2 y 3, r (A) = r (B) = 3 = número de incógnitas. El sistema es compatible determinado. Aplicando la regla de Cramer se tiene que la solución es:

3)2)(m(m

7)m3(mz

3)2)(m(m

18my

3)2)(m(m

15m4m2x

2

2

Veamos el proceso:

Page 18: Teorema rouché discusión sistemas

;3)2)(m(m

7)m3(m

3)2)(m1)(m(m

7)m1)(m3(m

1m2m3m2

335m

15m5

2m1m3m2

7m235m

615

z

;3)2)(m(m

18m

3)2)(m1)(m(m

18)1)(m(m

1m2m3m2

335m

15m5

1m2m3m2

37m25m

165

y

;3)2)(m(m

15m4m2

3)2)(m1)(m(m

15)m4m1)(2(m

1m2m3m2

335m

15m5

1m2m2m

337m2

15m6

x

22

22

24

Discute el sistema

1mmzm)y(1x

0zmy

1yx

según los valores del parámetro m y resuélvelo para el caso m = 0 Solución:

1m0,m0mm

mm11

1m0

0112

, por lo que si m 0 y m 1, es S.C.I.

Si m = 0, el rango de la matriz de coeficientes es 2, y

0

111

000

111

y

0

11

00

11

0

1

0

, por lo que es S.C.I.

Page 19: Teorema rouché discusión sistemas

Si m = 1, el rango de la matriz de coeficientes es 2, y

1

221

010

111

, por lo que es S.I.

En el caso en que m = 0, el sistema es

1yx

0z

1yx

, por lo que

0z

yy

y1x

25 Determinar el valor del parámetro p para que el sistema:

0z1)y(px

pzy1)x(p

1zy

a) tenga solución única b) tenga infinitas soluciones c) no tenga solución Calcular las soluciones del sistema en los casos que sea posible.

Solución: Obtenemos primero la matriz de los coeficientes, A, y la matriz ampliada, B.

011p1

p111p

1110

B;

11p1

111p

110

A

Calculemos el rango de A. Tomando el menor de orden 2 formado a partir de las primeras y terceras filas y columnas tenemos que:

011

10

Por tanto, r (A) mayor o igual a 2 para cualquier valor de p. A partir del menor anterior obtenemos el siguiente menor de orden 3:

1)p(pp1

01p1)(·1

1p1

101p

100

11p1

111p

11031

Luego si p = 1 o p = 0, r (A) = 2; en otro caso r (A) = 3. Caso p = 0:

0111

0111

1110

B

Y r (B) = 2, pues la segunda fila es igual a la tercera multiplicada por (-1). Sistema compatible indeterminado. Caso p = 1

Page 20: Teorema rouché discusión sistemas

0101

1110

1110

B

Y r (B) = 2, pues la segunda fila es igual a la primera. Sistema compatible indeterminado. Y si p es distinto de 0 y 1, r (B) = 3 . Sistema compatible determinado.- Resolvamos el caso p = 0:

1x

z1y

0zyx

1zy

Cuyas soluciones son:

λ

λz

λ1y

1x

Resolvamos el caso p = 1:

0zx

1zy

Se tienen las soluciones:

λ

λz

λ1y

λx

Resolvamos el caso p distinto de 0 y 1: :

1z

0y

1x

por la regla de Cramer:

Page 21: Teorema rouché discusión sistemas

11)p(p

1)p(p

1)p(p

1p1

111)(p

1)p(p

1p1

1)(p1p1)(

1)p(p

01p1

pp11p

100

11p1

111p

110

01p1

p11p

110

z

;01)p(p

0

1)p(p

100

1pp

111

11p1

111p

110

101

1p1p

110

y

;11)p(p

1)p(p

1)p(p

11p

111)1)((p

1)p(p

11p0

001p

111

11p1

111p

110

11p0

11p

111

x

31

12