viernes, 16 de noviembre de 2012

MÉTODO DE GAUSS III

Resolvamos ahora el siguiente ejercicio:

Considera el sistema de ecuaciones 

       2x − 2y + 4z =   4 
       2x         +  z  =   a 
     −3x − 3y + 3z = −3

(a)  Discútelo según los valores del parámetro a. 
(b)  Resuélvelo cuando sea posible.

Observamos que podríamos dividir la primera ecuación por 2 y la tercera ecuación por 3 y obtendríamos un sistema equivalente (tendría las mismas soluciones) y con números más pequeños y por tanto más cómodos a la hora de hacer cálculos.

También vemos que en la segunda ecuación no aparece la incógnita y , si cambiáramos por ejemplo la 2ª por la 3ª ecuación, ya tendríamos eliminada la y , y eso simplificaría cálculos también .

Pero supongamos que no nos hemos dado cuenta de las puntualizaciones anteriores y empecemos a aplicar el método de Gauss tal y como lo hemos hecho en los posts anteriores

(a)  Discútelo según los valores del parámetro a. 

- Eliminamos x en la segunda y tercera ecuación :

  2x − 2y + 4z =   4    $( E_{1})  \rightarrow ( E_{1} )$
  2x         +    z  =  a    $( E_{2})  \rightarrow ( E_{1}) - ( E_{2} )$              (*)
−3x − 3y + 3z = −3    $( E_{3})  \rightarrow3· ( E_{1}) +2·( E_{3} )$


$( E_{1}) - ( E_{2} ) $                                              $ 3· ( E_{1}) +2·( E_{3} )$

 2x − 2y + 4z =    4                                      6x - 6y +12z = 12
-2x         -  z  =  -a                                      -6x - 6y +  6z = -6
-----------------------                                    -----------------------
     - 2y + 3z = 4 - a                                         -12y + 18z = 6

Tras sustituir en (*) el sistema queda:

2x − 2y + 4z =   4         (1ª)
     - 2y + 3z = 4 - a      (2ª)
    -12y + 18z = 6         (3ª)

Eliminamos y en la tercera ecuación: sustituimos (3ª) por : -6 · (2ª) + ( 3ª)

 -6 · (2ª) + ( 3ª)

  12y  - 18z = -6. (4 - a)
 -12y + 18z = 6
---------------------------
            0 = -6 · (4- a) + 6         // Cálculos:  -6 · (4- a) + 6 = -24 + 6a + 6 = - 18 + 6a 

El sistema queda de la siguiente forma:


2x − 2y + 4z =   4         
     - 2y + 3z =  4 - a     
                0 = -18 + 6a  

Casos  posibles: 

1ª) -18 + 6a = 0 => 6a = 18 => a = $ \frac{18}{6} $ = 3 => a = 3

Veamos cómo queda el sistema si a = 3:


2x − 2y + 4z =   4                                  2x − 2y + 4z =  4         Sistema Compatible
     - 2y + 3z =  4 - 3                     =>          - 2y + 3z =  1            Indeterminado 
                0 = -18 + 6· 3                                        0 =  0

Como en el apartado a) del ejercicio sólo nos piden la discusión, en principio dejamos este caso tal y como está ( en el apartado b) volveremos a este sistema para resolverlo )

2) a $ \neq$3 . En este caso, la tercera ecuación quedará de la forma 0 igual a un número distinto de cero ( por ejemplo : si a = 0 , nos quedará 0 = -18 y eso es imposible ) , y por tanto, el sistema no tendrá solución, diremos entonces que el Sistema es Incompatible , luego:

si a $ \neq$3 el Sistema es Incompatible 

(b)  Resuélvelo cuando sea posible.

El único caso en que el sistema tiene solución es cuando a = 3 (infinitas soluciones ).


2x − 2y + 4z =  4                         
     - 2y + 3z =  1   


Calculamos las soluciones en función de un parámetro t ,  tomamos z = t  y ,despejamos y en la (3ª):
                       
  - 2y + 3z =  1   => -2y = 1 - 3z => y =  $ \frac{1-3z}{-2} $$ \frac{-1+3z}{2} $ => y = $ \frac{- 1 + 3t}{2} $

Sustituimos z e y en la primera y despejamos x:

2x − 2y + 4z =  4 => 2x -2 · $ \frac{- 1 + 3t}{2} $ + 4t = 4 => 2x - ( - 1 + 3t ) + 4t = 4 => 2x + 1 - 3t + 4t = 4 => 2x + 1 + t = 4 => 2x = 4 - 1 - t => x = $ \frac{3 - t}{2} $


Conjunto de soluciones : x = $ \frac{3 - t}{2} $

                                       y = $ \frac{- 1 + 3t}{2} $      donde t es cualquier número real

                                       z = t

El ejercicio aquí ya habría terminado, de todas formas es aconsejable (aunque no nos lo piden ) comprobar que dando valores a t obtenemos soluciones del sistema . Así, por ejemplo:

Para t = - 1 : x = $ \frac{3 - (- 1)}{2} $ =$ \frac{3 +1}{2} $ = 2 =>  x = 2;

                   y = $ \frac{- 1 + 3· (-1)}{2} $$ \frac{- 1 - 3}{2} $ = -2 => y = - 2

                   z = t = - 1 => z = - 1

sustituimos x= 2, y = -2, z = -1 en el sistema:


2x − 2y + 4z =  4   => 2· 2 - 2 · (-2) + 4 ·(- 1) = 4      => 4 + 4 - 4 = 4              
     - 2y + 3z =  1  =>        -2 · ( -2)  + 3 ·( - 1)  = 1    =>  4 - 3 = 1

Vemos que efectivamente se cumplen las igualdades . Del mismo modo se podrían obtener más soluciones del sistema (os propongo que lo hagáis vosotros y comprobéis que se cumple el sistema ;) )

Espero que el ejercicio os haya aclarado dudas y os sirva . Gracias por visitar mi blog.
Hasta pronto ;)

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