Matemáticas IIFácil2 pts

Matrices

Castilla y León · 2023 · Junio
Enunciado
Dadas las matrices A=(101−110)A = \begin{pmatrix} 1 & 0 & 1 \\ -1 & 1 & 0 \end{pmatrix}, B=(x0y1zx+y)B = \begin{pmatrix} x & 0 \\ y & 1 \\ z & x + y \end{pmatrix} y C=(1−1−12)C = \begin{pmatrix} 1 & -1 \\ -1 & 2 \end{pmatrix}, calcular los valores de x,y,z∈Rx, y, z \in \mathbb{R} para que ABAB sea igual a la inversa C−1C^{-1} de la matriz CC.
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Resultado
  x=0,y=1,z=2  \boxed{\;x = 0,\quad y = 1,\quad z = 2\;}
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Estrategia

AA es 2×32\times 3 y BB es 3×23\times 2, así que ABAB es una matriz 2×22\times 2, del mismo tamaño que C−1C^{-1}. Calculamos las dos matrices por separado (la inversa con la fórmula de los adjuntos) e igualamos elemento a elemento: sale un sistema lineal en xx, yy, zz.
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Desarrollo

Producto ABAB. Cada elemento es fila de AA por columna de BB:AB=(101−110)(x0y1zx+y)=(x+z0+0+(x+y)−x+y0+1+0)=(x+zx+y−x+y1)AB = \begin{pmatrix} 1 & 0 & 1 \\ -1 & 1 & 0 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x & 0 \\ y & 1 \\ z & x + y \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} x + z & 0 + 0 + (x + y) \\ -x + y & 0 + 1 + 0 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} x + z & x + y \\ -x + y & 1 \end{pmatrix}Inversa de CC. Su determinante es∣C∣=1⋅2−(−1)(−1)=2−1=1≠0|C| = 1\cdot 2 - (-1)(-1) = 2 - 1 = 1 \neq 0así que CC es invertible. Para una matriz 2×22\times 2, C−1=1∣C∣Adj⁡(C)tC^{-1} = \frac{1}{|C|}\operatorname{Adj}(C)^t, que consiste en intercambiar los elementos de la diagonal principal y cambiar de signo los de la otra:C−1=11(2111)=(2111)C^{-1} = \frac{1}{1}\begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 1 \end{pmatrix}Comprobación: C C−1=(1−1−12)(2111)=(2−11−1−2+2−1+2)=(1001)C\,C^{-1} = \begin{pmatrix} 1 & -1 \\ -1 & 2 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 - 1 & 1 - 1 \\ -2 + 2 & -1 + 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} ✓.

Igualamos AB=C−1AB = C^{-1} elemento a elemento:{x+z=2x+y=1−x+y=11=1\left\{\begin{array}{l} x + z = 2 \\ x + y = 1 \\ -x + y = 1 \\ 1 = 1 \end{array}\right.La última igualdad se cumple siempre. Sumando la segunda y la tercera, 2y=22y = 2, luego y=1y = 1; entonces x=1−y=0x = 1 - y = 0, y de la primera, z=2−x=2z = 2 - x = 2.

Comprobación. Con x=0x = 0, y=1y = 1, z=2z = 2:B=(001121),AB=(0+0+20+0+10+1+00+1+0)=(2111)=C−1 ✓B = \begin{pmatrix} 0 & 0 \\ 1 & 1 \\ 2 & 1 \end{pmatrix}, \qquad AB = \begin{pmatrix} 0 + 0 + 2 & 0 + 0 + 1 \\ 0 + 1 + 0 & 0 + 1 + 0 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 1 \end{pmatrix} = C^{-1} \ \checkmark
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Consejo

Antes de multiplicar, comprueba los tamaños: (2×3)⋅(3×2)(2\times 3)\cdot(3\times 2) da una 2×22\times 2. Si te sale otra cosa, has multiplicado en el orden equivocado (BABA sería 3×33\times 3).

Al calcular C−1C^{-1}, compruébala multiplicando por CC: son diez segundos y evitan que un signo mal puesto arrastre todo el sistema.
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