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1° Parcial · Tema 2 · Álgebra 27

Álgebra 27· CBC · Cátedra única · 2C 2025

Fuente: Altillo.com

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Ejercicio 1

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Sean L1:X=λ(1,1,−1)+(4,3,1)\mathbb{L}_1 : X = \lambda(1,1,-1) + (4,3,1), L2:X=λ(−1,1,1)+(−4,2,3)\mathbb{L}_2 : X = \lambda(-1,1,1) + (-4,2,3) y Π:5x+y+3z=−4\Pi : 5x + y + 3z = -4. Hallar un plano Π′\Pi' tal que L1⊆Π′\mathbb{L}_1 \subseteq \Pi' y Π′∩L2=Π∩L2\Pi' \cap \mathbb{L}_2 = \Pi \cap \mathbb{L}_2.

Ver solución (sin revisar)

Paso 1: calcular Π∩L2\Pi \cap \mathbb{L}_2. Un punto genérico de L2\mathbb{L}_2 es (−4−λ, 2+λ, 3+λ)(-4-\lambda,\ 2+\lambda,\ 3+\lambda). Lo reemplazamos en Π\Pi:

5(−4−λ)+(2+λ)+3(3+λ)=−9−λ=−4⇒λ=−5.5(-4-\lambda) + (2+\lambda) + 3(3+\lambda) = -9 - \lambda = -4 \quad\Rightarrow\quad \lambda = -5.

Entonces Π∩L2={R}\Pi \cap \mathbb{L}_2 = \{R\} con R=(1,−3,−2)R = (1,-3,-2). (Verificación: 5−3−6=−45 - 3 - 6 = -4.)

Paso 2: armar Π′\Pi'. Necesitamos que Π′\Pi' contenga a L1\mathbb{L}_1 y al punto RR, y que no contenga a toda L2\mathbb{L}_2 (así la corta solo en RR).

Con el punto P=(4,3,1)P = (4,3,1) de L1\mathbb{L}_1, tenemos R−P=(−3,−6,−3)R - P = (-3,-6,-3), paralelo a (1,2,1)(1,2,1). La normal de Π′\Pi' tiene que ser perpendicular a la dirección (1,1,−1)(1,1,-1) y a (1,2,1)(1,2,1):

n=(1,1,−1)×(1,2,1)=(3,−2,1).n = (1,1,-1) \times (1,2,1) = (3,-2,1).

Así Π′:3x−2y+z=d\Pi' : 3x - 2y + z = d, y como P∈Π′P \in \Pi': d=12−6+1=7d = 12 - 6 + 1 = 7.

Π′:3x−2y+z=7.\Pi' : 3x - 2y + z = 7.

Verificación.

  • L1⊆Π′\mathbb{L}_1 \subseteq \Pi': PP cumple la ecuación y (3,−2,1)⋅(1,1,−1)=0(3,-2,1)\cdot(1,1,-1) = 0.
  • R∈Π′R \in \Pi': 3+6−2=73 + 6 - 2 = 7.
  • La dirección de L2\mathbb{L}_2 cumple (3,−2,1)⋅(−1,1,1)=−4≠0(3,-2,1)\cdot(-1,1,1) = -4 \neq 0, así que L2\mathbb{L}_2 no es paralela a Π′\Pi' y lo corta en un único punto, que es RR. Por lo tanto Π′∩L2={R}=Π∩L2\Pi' \cap \mathbb{L}_2 = \{R\} = \Pi \cap \mathbb{L}_2.

Ejercicio 2

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Hallar todos los valores de k∈Rk \in \mathbb{R} para los cuales hay infinitos puntos del plano x−3y+2z=0x - 3y + 2z = 0 que son soluciones del sistema

{x+ky+5z=kx+(9−k)z=3k\begin{cases} x + ky + 5z = k \\ x + (9-k)z = 3k \end{cases}
Ver solución (sin revisar)

Los puntos del plano que son soluciones del sistema son las soluciones del sistema de 3 ecuaciones:

{x−3y+2z=0x+ky+5z=kx+(9−k)z=3k\begin{cases} x - 3y + 2z = 0 \\ x + ky + 5z = k \\ x + (9-k)z = 3k \end{cases}

Queremos que tenga infinitas soluciones. Para eso, primero el determinante de la matriz de coeficientes tiene que ser 0:

∣1−321k5109−k∣=k(9−k)+3(4−k)−2k=−k2+4k+12=−(k−6)(k+2).\begin{vmatrix} 1 & -3 & 2 \\ 1 & k & 5 \\ 1 & 0 & 9-k \end{vmatrix} = k(9-k) + 3(4-k) - 2k = -k^2 + 4k + 12 = -(k-6)(k+2).

Se anula para k=6k = 6 y k=−2k = -2. Veamos cada caso triangulando (a las filas 2 y 3 les restamos la fila 1).

  • k=6k = 6: quedan 9y+3z=69y + 3z = 6 y 3y+z=183y + z = 18. La primera equivale a 3y+z=23y + z = 2, que contradice 3y+z=183y + z = 18: el sistema es incompatible. No sirve.
  • k=−2k = -2: quedan y+3z=−2y + 3z = -2 y 3y+9z=−63y + 9z = -6, que es la misma ecuación multiplicada por 3. El sistema es compatible indeterminado: y=−2−3zy = -2 - 3z, x=−6−11zx = -6 - 11z, con z∈Rz \in \mathbb{R} libre.

Para k≠6k \neq 6 y k≠−2k \neq -2 la solución es única (un solo punto), así que no sirve.

Respuesta: k=−2k = -2.

Ejercicio 3

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Sean T=⟨(−2,1,1,0),(1,1,0,−1)⟩\mathbb{T} = \langle (-2,1,1,0), (1,1,0,-1) \rangle, U={x∈R4∣x1−x2+x3+x4=0; x2+2x3+x4=0}\mathbb{U} = \{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^4 \mid x_1 - x_2 + x_3 + x_4 = 0;\ x_2 + 2x_3 + x_4 = 0\} y H={x∈R4∣2x1−x2+ax3+x4=0}\mathbb{H} = \{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^4 \mid 2x_1 - x_2 + ax_3 + x_4 = 0\}. Hallar, si es posible, a∈Ra \in \mathbb{R} y un subespacio S⊆R4\mathbb{S} \subseteq \mathbb{R}^4 de dimensión 2 tales que S+T=H\mathbb{S} + \mathbb{T} = \mathbb{H} y S+U≠R4\mathbb{S} + \mathbb{U} \neq \mathbb{R}^4.

Ver solución (sin revisar)

Paso 1: el valor de aa. Si S+T=H\mathbb{S} + \mathbb{T} = \mathbb{H}, entonces T⊆H\mathbb{T} \subseteq \mathbb{H}. Reemplazamos los generadores de T\mathbb{T} en la ecuación de H\mathbb{H}:

  • (−2,1,1,0)(-2,1,1,0): −4−1+a=0⇒a=5-4 - 1 + a = 0 \Rightarrow a = 5.
  • (1,1,0,−1)(1,1,0,-1): 2−1+0−1=02 - 1 + 0 - 1 = 0 (vale siempre).

Entonces a=5a = 5 (con otro valor es imposible).

Paso 2: qué tiene que cumplir S\mathbb{S}. dim⁡H=3\dim \mathbb{H} = 3 y dim⁡T=2\dim \mathbb{T} = 2. Necesitamos S⊆H\mathbb{S} \subseteq \mathbb{H} con dim⁡(S+T)=3\dim(\mathbb{S} + \mathbb{T}) = 3. Además dim⁡U=2\dim \mathbb{U} = 2 (sus dos ecuaciones son independientes), así que S+U≠R4\mathbb{S} + \mathbb{U} \neq \mathbb{R}^4 equivale a que S∩U≠{0}\mathbb{S} \cap \mathbb{U} \neq \{0\}. La idea: meter en S\mathbb{S} un vector de U∩H\mathbb{U} \cap \mathbb{H} que no esté en T\mathbb{T}, y otro de T\mathbb{T}.

Paso 3: U∩H\mathbb{U} \cap \mathbb{H}. De las ecuaciones de U\mathbb{U}: x2=−2x3−x4x_2 = -2x_3 - x_4 y x1=x2−x3−x4=−3x3−2x4x_1 = x_2 - x_3 - x_4 = -3x_3 - 2x_4, o sea U=⟨(−3,−2,1,0),(−2,−1,0,1)⟩\mathbb{U} = \langle (-3,-2,1,0), (-2,-1,0,1) \rangle. Un vector s(−3,−2,1,0)+t(−2,−1,0,1)s(-3,-2,1,0) + t(-2,-1,0,1) está en H\mathbb{H} si

s(−6+2+5)+t(−4+1+0+1)=s−2t=0,s(-6 + 2 + 5) + t(-4 + 1 + 0 + 1) = s - 2t = 0,

por ejemplo t=1t = 1, s=2s = 2: w=(−8,−5,2,1)w = (-8,-5,2,1).

Paso 4: proponer S\mathbb{S}.

S=⟨(−2,1,1,0), (−8,−5,2,1)⟩.\mathbb{S} = \langle (-2,1,1,0),\ (-8,-5,2,1) \rangle.

Verificación.

  • dim⁡S=2\dim \mathbb{S} = 2 (los vectores no son proporcionales).
  • w∉Tw \notin \mathbb{T}: si w=α(−2,1,1,0)+β(1,1,0,−1)w = \alpha(-2,1,1,0) + \beta(1,1,0,-1), la cuarta coordenada da β=−1\beta = -1, la tercera α=2\alpha = 2, y la primera daría −5≠−8-5 \neq -8. Entonces S+T=⟨(−2,1,1,0),(1,1,0,−1),w⟩\mathbb{S} + \mathbb{T} = \langle (-2,1,1,0), (1,1,0,-1), w \rangle tiene dimensión 3 y está contenido en H\mathbb{H} (los tres vectores cumplen 2x1−x2+5x3+x4=02x_1 - x_2 + 5x_3 + x_4 = 0), así que es igual a H\mathbb{H}.
  • w∈S∩Uw \in \mathbb{S} \cap \mathbb{U} (−8+5+2+1=0-8 + 5 + 2 + 1 = 0 y −5+4+1=0-5 + 4 + 1 = 0), así que dim⁡(S+U)=2+2−dim⁡(S∩U)≤3\dim(\mathbb{S} + \mathbb{U}) = 2 + 2 - \dim(\mathbb{S} \cap \mathbb{U}) \leq 3 y S+U≠R4\mathbb{S} + \mathbb{U} \neq \mathbb{R}^4.

Respuesta: a=5a = 5 y, por ejemplo, S=⟨(−2,1,1,0),(−8,−5,2,1)⟩\mathbb{S} = \langle (-2,1,1,0), (-8,-5,2,1) \rangle (hay otras respuestas válidas).

Ejercicio 4

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Sea B={(1,2,−1);v;w}B = \{(1,2,-1); \mathbf{v}; \mathbf{w}\} una base de R3\mathbb{R}^3. Sabiendo que las coordenadas de (4,10,3)(4,10,3) en la base BB son (3,1,1)(3,1,1) y que las coordenadas de (1,4,8)(1,4,8) en la base BB son (−2,−1,3)(-2,-1,3), calcular las coordenadas de (1,2,−4)(1,2,-4) en la base BB.

Ver solución (sin revisar)

Paso 1: plantear lo que dicen las coordenadas.

(4,10,3)=3(1,2,−1)+v+w⇒v+w=(1,4,6),(1,4,8)=−2(1,2,−1)−v+3w⇒−v+3w=(3,8,6).\begin{aligned} (4,10,3) &= 3(1,2,-1) + \mathbf{v} + \mathbf{w} &&\Rightarrow\quad \mathbf{v} + \mathbf{w} = (1,4,6), \\ (1,4,8) &= -2(1,2,-1) - \mathbf{v} + 3\mathbf{w} &&\Rightarrow\quad -\mathbf{v} + 3\mathbf{w} = (3,8,6). \end{aligned}

Paso 2: despejar v\mathbf{v} y w\mathbf{w}. Sumando las dos ecuaciones: 4w=(4,12,12)4\mathbf{w} = (4,12,12), o sea w=(1,3,3)\mathbf{w} = (1,3,3). Luego v=(1,4,6)−(1,3,3)=(0,1,3)\mathbf{v} = (1,4,6) - (1,3,3) = (0,1,3).

(Efectivamente es base: det⁡\det de (1,2,−1),(0,1,3),(1,3,3)(1,2,-1), (0,1,3), (1,3,3) da 1≠01 \neq 0.)

Paso 3: coordenadas de (1,2,−4)(1,2,-4). Buscamos α,β,γ\alpha, \beta, \gamma con α(1,2,−1)+β(0,1,3)+γ(1,3,3)=(1,2,−4)\alpha(1,2,-1) + \beta(0,1,3) + \gamma(1,3,3) = (1,2,-4):

{α+γ=12α+β+3γ=2−α+3β+3γ=−4\begin{cases} \alpha + \gamma = 1 \\ 2\alpha + \beta + 3\gamma = 2 \\ -\alpha + 3\beta + 3\gamma = -4 \end{cases}

De la primera, α=1−γ\alpha = 1 - \gamma. En la segunda: 2+β+γ=22 + \beta + \gamma = 2, o sea β=−γ\beta = -\gamma. En la tercera: −1+γ−3γ+3γ=−4-1 + \gamma - 3\gamma + 3\gamma = -4, o sea γ=−3\gamma = -3. Entonces β=3\beta = 3 y α=4\alpha = 4.

Verificación: 4(1,2,−1)+3(0,1,3)−3(1,3,3)=(1,2,−4)4(1,2,-1) + 3(0,1,3) - 3(1,3,3) = (1,2,-4).

Respuesta: (1,2,−4)B=(4,3,−3)(1,2,-4)_B = (4,3,-3).