Vectoresespacio
- 1. VECTORES EN EL ESPACIO 1. Determina el valor de t para que los vectores de coordenadas (1,1, ), 0, ,1 ) (1, 2, )t t t y t sean linealmente dependientes. SOLUCIÓN: Si son linealmente dependientes, uno de ellos, se podrá expresar como combinación lineal de los otros restantes, por tanto, (0, ,1 ) (1, 2, ) (1,1, )t t t t Y de aquí se obtiene: 1 2 1 (1 ) t t t t 3 (1 ) 0 t t De la segunda ecuación del segundo sistema se obtiene: 0 (1 ) 0 1 0 1 t ó t t Solución: t = 1 Y si t = 1, de la ecuación 3t se obtiene: .1 = 3, es decir, = 3 La relación de dependencia es: 3.(0,1,0) 1.(1, 2,1) (1,1,1) O bien: 2. Comprueba si los vectores (1, 2, 3), (4, 5, 6) y (7, 8, 9) de R3 son linealmente de- pendientes. SOLUCIÓN: Hay varias formas para comprobarlo: Una manera: Hallamos el valor del determinante formado por los vectores Si el determinante vale 0, son linealmente dependientes. Si es distinto de cero, linealmente independientes. 1 2 3 4 5 6 45 84 96 105 48 72 0 7 8 9 Los vectores son linealmente depen- dientes. Otra manera: Aplicamos el método de Gauss a la matriz formada por los vectores: 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 5 6 0 3 6 0 3 6 7 8 9 0 6 12 0 0 0 (1,1,1) 3(0,1,0) 1(1, 2,1) (0,0,0)
- 2. Hemos llegado a una matriz con una fila formada por ceros. Ello significa que son line- almente dependientes. Solución: Los vectores son linealmente dependientes. 3. Halla las componentes del vector v = (1, 3, 2) respecto de la base B = { (1, 1, 1), (1, 0, 1), (0, 2, 3)} SOLUCIÓN: (1,1,1) 81,0,1) (0.2.3) (1,3, 2) Esto nos lleva al siguiente sistema de ecuaciones: 1 2 3 3 2 Sumando la primera cambiada de signo a las otras dos, 2 2 3 3 1 y entonces 4 Si el valor de lo llevamos a la primera ecuación del sistema inicial, ( 4) 1 5 5 El vector v queda expresado en función de los elementos que forman la base en la forma siguiente: 4. Estudia si los vectores (1, 1, 0), (0,1, 1) y (2, 1 1) forman una base de R3 . SOLUCIÓN: Hemos de saber que: Dos vectores linealmente independientes de R2 forman una base de R2 . Tres vectores linealmente independientes de R3 forman una base de R3 . En nuestro caso si los vectores dados son linealmente independientes formarán una ba- se. Para saber si son linealmente independientes hallamos el determinante formado por los vectores dados: 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1. 0 1 1 2 1 1 0 1 1 Los vectores son linealmente dependientes y, por tanto, no forman una base de R3 . (1, 3,2) 5(1,1,1) 4(1,0,1) 1(0,2,3) Hemos sumado a la 3ª fila la 1ª multiplicada por 2
- 3. La dependencia de los vectores dados también puede hacerse por Gauss de la forma siguiente: 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 2 1 1 0 1 1 0 0 0 Así llegamos a una matriz que tiene la tercera fila nula, por tanto, los vectores dados son linealmente dependientes. 5. Los vectores u = (0, 1, 2), v = 2, 2, 0) y w = (1, t, 3) de R3 verifican que u es com- binación lineal de v y w para el valor t: a) 7 /3 b) 11 /4 c) 9 /4 d) 5 /2 (Convocatoria junio 2001. Examen tipo H ) SOLUCIÓN: (2,2,0) (1, ,3) (0,1,2)a b t Esto nos lleva al siguiente sistema de ecuaciones: 2 0 2 1 3 2 a b a bt b De la tercera ecuación se obtiene que 2 3 b Sustituyendo en la primera ecuación: 2 0,a b 2 2 0 3 a 6 2 0a 1 3 a Sustituyendo en la segunda ecuación: 1 2 2 1 3 3 t 2 2 1 3 3 t Quitando denominadores, 2 2 3t Y despejando el valor de t, 5 2 t La opción d) es la correcta. 6. ¿Para qué valores de a y b los vectores (2,1, 2 ) y ( ,3, 1)v a w ab son lineal- mente dependientes? A) 0; 0a b B) 1 0; 6 a b C) 1; 1a b D) 1 ; 36 6 a b (Convocatoria septiembre 2004. Examen tipo D) SOLUCIÓN: Para que sean linealmente dependientes los vectores tienen que ser proporcionales, es decir, 3 1 2 1 2 ab k a De aquí se obtienen las siguientes ecuaciones: Operaciones realizadas: A la 3ª fila le hemos sumado la 1ª multipli- cada por 2. Después a la 3ª fila le hemos sumado la 2ª. .
- 4. 2 3 1 2 ab k k ak Sustituyendo el valor de k en la 3ª ecuación del sistema, 1 = 2a.3 1 6 a Nos vamos a la 1ª ecuación: 1 2.3, 6 b es decir, 36b . Cambiando el signo: 36b La opción d) es la correcta. 7. Los vectores 1 2 3(1,7, 1), (1,1,1) (0,3,2)u u y u de R3 verifican: A) 1 2 3u u u B) 1 2 32 3u u u C) Son linealmente independientes. D) Ninguna de las anteriores respuestas. (Convocatoria septiembre 2004. Examen tipo G) SOLUCIÓN: Probamos si son linealmente independientes hallando el determinante formado por los vectores dados: 1 7 1 1 1 1 2 0 3 0 3 14 18 0 0 3 2 Como el determinante es distinto de cero, los vectores son linealmente independientes. La opción C) es la correcta. 8. ¿Para qué valores de b y c los vectores u = (1, 2b, 2) y v = (3, 1, 4c) son line- almente dependientes? A) 1 4 ; 6 3 B) 2 1 ; 3 3 C) 3 1 ; 4 3 D) 1 3 ; 6 2 (Convocatoria junio 2005. Examen tipo D) SOLUCIÓN: Para que sean linealmente dependientes, los vectores tienen que ser proporcionales, por tanto,
- 5. 3 1 4 1 2 2 c k b 3 1 2 . 4 2 k b k c k Sustituyendo el valor de k en la segunda ecuación: 1 1 2 .3 1 6 6 b b b Sustituyendo el valor de k en la tercera ecuación: 6 3 4 2.3 4 6 4 2 c c c Hemos obtenido las soluciones de la opción D. La opción D) es la correcta. 9. Los vectores u = (1, 1, 5), v = (1, 2, 4) y w = (1, 3, 3) verifican: A) Forman una base del espacio R3 B) Son linealmente independientes. C) Son linealmente dependientes. D) 2u = v + w (Convocatoria junio 2005. Examen tipo J.) SOLUCIÓN: Las opciones A) y B) son equivalentes al ser tres vectores puesto que si son linealmente independientes, forman una base de R3 . La opción D) tampoco se verifica. Necesariamente ha de ser la opción C) como vamos a comprobar: 1 1 5 1 2 4 6 4 15 10 12 3 0 1 3 3 El determinante formado por los tres vectores vale 0, por tanto, son linealmente depen- dientes. La opción C) es la correcta. 10. ¿Para qué valores de t los vectores u = (1, 2, t), v = (1, 1, 0) y w = (0, t, 1) no forman una base de R3 ? A) 1 20 2t y t B) 1 21 1t y t C) 1 21 2t y t D) 1 20 1t y t
- 6. SOLUCIÓN: Como son tres vectores, para que formen base han de ser linealmente independientes, es decir, el determinante ha de ser distinto de cero. 2 2 1 2 1 1 0 1 0 0 0 2 1 0 1 t t t t Si 2 1 0,t los vectores no forman base, es decir, si 2 1t o bien si 1t Soluciones que podemos poner de la forma siguiente: 1 21; 1t t La opción B) es la correcta. 11. Los vectores 1 2 3 4(1,1,2), (1,2,1), (3,4,5) (2,2,4)u u u y u de R3 verifican: A) Constituyen una base de R3 . B) No forman un sistema generador de R3 . C) Son linealmente independientes. D) 2 4 3 1u u u u SOLUCIÓN: La opción D) es falsa puesto que 2 4 (3,4,5)u u y 1 3 (4,5,7)u u La opción C) es también falsa puesto que en R3 no pueden existir más de 3 vectores linealmente independientes. Tampoco es correcta la opción A) ya que una base en R3 esta formada por 3 vectores linealmente independientes y, en este caso, hay 4 vectores. Necesariamente la opción correcta es la B) y para comprobarlo vamos a ver que cual- quier vector (x, y, z) de R3 no puede ser generado por una combinación lineal de los vectores dados: Si calculamos el rango del conjunto de los vectores dados, se obtiene: 1 1 2 1 1 2 1 1 2 1 2 1 0 1 1 0 1 1 3 4 5 0 1 1 0 0 0 2 2 4 0 0 0 0 0 0 El rango es 2 y un conjunto de vectores de rango 2 no puede generar cualquier terna de números reales. La opción B) es la correcta.
- 7. 12. ¿Para qué valores de t los vectores u = (1, 2, 1), v = 1, 1, 0) y w = (0, t, 1), no forman una base de R3 ? A) t1 = 0 B) t1 = 1 C) t1 = 1 D) t1 = 2 SOLUCIÓN: No forman base si los vectores son linealmente dependientes, es decir, cuando el deter- minante valga 0. Veamos cuando vale 0: 1 2 1 1 1 0 1 0 0 0 2 0 0 1 t t ; es decir, 1 0 1t t Para t = 1, los vectores dados no forman base de R3 ya que son linealmente dependien- tes. La opción B) es la correcta. 13. Halla el valor de a para que los vectores u = (2, 1, 5) y v =(a, 2, 6), sean per- pendiculares. SOLUCIÓN: Para que sean perpendiculares, el producto escalar ha de ser nulo; por tanto, ( 2,1,5).( ,2,6) ( 2). 1.2 5.6 2 2 30 0a a a y de aquí se obtiene 16a El valor de a es 16. 14. Calcula el producto vectorial de los vectores u = (1, 7, 3) y v = (5, 0, 4). SOLUCIÓN: Conviene colocar el primer vector y debajo de este el segundo: (1,7, 3) ( 5,0,4) u v 7 3 3 1 1 7 , , (28,11,35) 0 4 4 5 5 0 u v Otra manera de calcularlo es la siguiente: 1 7 3 28 11 35 (28,11,35) 5 0 4 i j k u v i j k
- 8. Ejercicios propuestos con soluciones. 1. Sean los vectores de R3 : u = (1, 2, 1), v = (1, 1, 1) y w = (2, 5a, 3a) Determina el valor numérico del parámetro a para que sean linealmente dependientes y encuentra una relación de dependencia. Solución: a = 2. 4.(1, 2, 1) 2.(1, 1, 1) 2.(2, 10, 6) = (0, 0, 0) 2. Prueba que los vectores a = (1, 1, 1), b = (1, 1, 1) y c = (1, 1, 1) son una base de R3 Halla las componentes del vector x =(7, 9, 15) en esta base. Solución: Como son tres vectores, basta probar que son l.i. (determinante 0) x = 11.a 8.b+12.c 3. Dados los vectores u = (1, 2, 3) y v = 1, 1, 1), se pide: a) ¿Son linealmente independientes?. b) Escribe un vector w tal que u, v y w sean linealmente independientes. c) Encuentra un vector t, tal que u, v y t sean linealmente dependientes. Solución: a) Sí. b) Puede ser, por ejemplo, w = (0, 0, 1) c) Basta tomar una combinación lineal de los vectores dados. 4. Determina los valores del parámetro a, para los cuales forman base de R3 los vectores (a, 1, 2), (1, a, 2) y (2a, 1, 0). Solución: Para todo valor a distinto de 1/2 y de 1.