Se consideran las matrices
𝐴=(0110),𝐵=(3220)y𝐶=(1011).
Determine las matrices 𝑋 e 𝑌 que satisfacen simultáneamente las ecuaciones
2𝑋−𝑌=4𝐴,𝑋+𝑌=𝐵.
Calcule la matriz 𝐶2024.
Si 𝐷 es una matriz de dimensión 2×3, razone si las siguientes operaciones se pueden realizar y, en aquellos casos en los que sea posible, indique la dimensión de la matriz resultante:
𝐴𝑡𝐵+𝐷𝐷𝑡,𝐷𝐵𝑡+𝐴,𝐷𝑡𝐴𝑡+𝐷.
Resolución
Resolvemos el sistema por sustitución.
Despejando en la segunda ecuación,
𝑋+𝑌=𝐵⇔𝑌=𝐵−𝑋.
Sustituyendo y despejando en la primera ecuación, obtenemos que:
2𝑋−(𝐵−𝑋)=4𝐴⇔3𝑋=4𝐴+𝐵⇔𝑋=13(4𝐴+𝐵)=13[(0440)+(3220)]=13(3660)=(1220).
Sustituyendo en la primera ecuación, obtenemos que:
𝑌=𝐵−𝑋=(3220)−(1220)=(2000).
Calculamos las primeras potencias de 𝐶.𝐶2=𝐶⋅𝐶=(1011)(1011)=(1021),𝐶3=𝐶2⋅𝐶=(1021)(1011)=(1031),𝐶4=𝐶3⋅𝐶=(1031)(1011)=(1041).
Por tanto,
𝐶2024=(1020241).
𝐴𝑡 y 𝐵 son matrices cuadradas de orden 2, así que se pueden multiplicar y 𝐴𝑡𝐵 es también una matriz cuadrada de orden 2.
Por otro lado, como 𝐷 es de dimensión 2×3 y 𝐷𝑡 es 3×2, se pueden multiplicar y 𝐷𝐷𝑡 es una matriz cuadrada de orden 2.
Por tanto, la suma se puede realizar y da como resultado una matriz cuadrada de orden 2.
𝐷 es de dimensión 2×3 y 𝐵 es 2×2, así que el producto no se puede realizar.
𝐷𝑡 es dimensión 3×2 y 𝐴𝑡 es 2×2, así que se pueden multiplicar y 𝐷𝑡𝐴𝑡 tiene dimensión 3×2.
Como 𝐷 es de dimensión 2×3, la suma no se puede realizar.
Se consideran las matrices
𝐴=⎛⎜
⎜
⎜⎝5−7670403−1⎞⎟
⎟
⎟⎠,𝐵=⎛⎜
⎜
⎜⎝12−9−201104−7⎞⎟
⎟
⎟⎠y𝐶=⎛⎜
⎜
⎜⎝12−1⎞⎟
⎟
⎟⎠.
Halle las dimensiones de las siguientes matrices: 𝐶𝑡𝐴𝐶, 𝐴𝐶𝐶𝑡𝐵.
Calcule, en caso de existir, las inversas de las matrices 𝐴 y 𝐵.
Resuelva el siguiente sistema matricial:
{2𝑋+3𝑌=𝐴,−3𝑋+4𝑌=𝐵.
Resolución
𝐶𝑡 es de dimensión 1×3 y 𝐴 es 3×3, así que 𝐶𝑡𝐴 es de dimensión 1×3.
Como 𝐶 es 3×1, la matriz 𝐶𝑡𝐴𝐶 es de dimensión 1×1.
𝐴 es de dimensión 3×3 y 𝐶 es 3×1, así que 𝐴𝐶 es de dimensión 3×1.
Como 𝐶𝑡 es 1×3, 𝐴𝐶𝐶𝑡 es de dimensión 3×3.
Por último, como 𝐵 es 3×3, la matriz 𝐴𝐶𝐶𝑡𝐵 es de dimensión 3×3.
Hallamos en primer lugar el determinante de la matriz 𝐴.|𝐴|=∣5−7670403−1∣=126−49−60=17.
Como det(𝐴)≠0, la matriz 𝐴 es invertible.
Para hallar su inversa, calculamos primero su matriz adjunta.
Adj(𝐴)=⎛⎜
⎜
⎜⎝−1272111−5−15−282249⎞⎟
⎟
⎟⎠.
Calculamos su inversa como
𝐴−1=1|𝐴|Adj(𝐴)𝑡=117⎛⎜
⎜
⎜⎝−1211−287−52221−1549⎞⎟
⎟
⎟⎠.
Hallamos en primer lugar el determinante de la matriz 𝐵.|𝐵|=∣12−9−201104−7∣=72−44−28=0.
Como det(𝐵)=0, 𝐵 no es invertible.
Resolvemos el sistema por reducción para evitar arrastrar fracciones.
Multiplicamos la primera ecuación por 3 y la segunda por 2.
{2𝑋+3𝑌=𝐴,−3𝑋+4𝑌=𝐵⇒{6𝑋+9𝑌=3𝐴,−6𝑋+8𝑌=2𝐵.
Si sumamos ambas ecuaciones, obtenemos que
17𝑌=3𝐴+2𝐵⇔𝑌=117⎡⎢
⎢⎣⎛⎜
⎜
⎜⎝15−21182101209−3⎞⎟
⎟
⎟⎠+⎛⎜
⎜
⎜⎝24−18−402208−14⎞⎟
⎟
⎟⎠⎤⎥
⎥⎦=117⎛⎜
⎜
⎜⎝17−17017034017−17⎞⎟
⎟
⎟⎠==⎛⎜
⎜
⎜⎝1−1010201−1⎞⎟
⎟
⎟⎠.
Sustituyendo en la primera ecuación,
2𝑋+3𝑌=𝐴⇔𝑋=12(𝐴−3𝑌)=12⎡⎢
⎢⎣⎛⎜
⎜
⎜⎝5−7670403−1⎞⎟
⎟
⎟⎠−⎛⎜
⎜
⎜⎝3−3030603−3⎞⎟
⎟
⎟⎠⎤⎥
⎥⎦=12⎛⎜
⎜
⎜⎝2−4640−2002⎞⎟
⎟
⎟⎠==⎛⎜
⎜
⎜⎝1−2320−1001⎞⎟
⎟
⎟⎠.
Por tanto,
𝑋=⎛⎜
⎜
⎜⎝1−2320−1001⎞⎟
⎟
⎟⎠e𝑌=⎛⎜
⎜
⎜⎝1−1010201−1⎞⎟
⎟
⎟⎠.