Regla de Cramer para un sistema de 2×2 (con dos variables)

La Regla de Cramer es otro método que puede resolver sistemas de ecuaciones lineales utilizando determinantes.

En cuanto a las notaciones, una matriz es una matriz de números encerrada entre corchetes mientras que el determinante es una matriz de números encerrada entre dos barras verticales.

Notaciones

los corchetes indican una matriz, por ejemplo
las barras verticales (también conocidas como "tubos") indican un determinante de una matriz, por ejemplo, | a,b ; c,d |"pipes") indicate a determinant of a matrix, for example, | a,b ; c,d |

La fórmula para encontrar el determinante de una matriz de 2 x 2 es muy sencilla.

Hagamos un rápido repaso:

El determinante de una matriz de 2 x 2

Supongamos que la matriz A tiene las entradas a y b en la primera fila, y c y d en la segunda fila que se pueden expresar como A = . Entonces, el determinante de la matriz A es |A| = determinante de = |a,b;c,d| = a*d-b*c.

Ejemplos rápidos de cómo encontrar los determinantes de una matriz de 2 x 2

Ejemplo 1: Halla el determinante de la matriz A de abajo.

La matriz A es una matriz cuadrada de 2x2 con los elementos 1 y 2 en su primera fila, y los elementos 3 y 4 en su segunda fila. Alternativamente, podemos escribir la matriz A como A = .
El determinante de la matriz A que puede escribirse como det = |A| = |1,2;3,4| = (1)(4) - (2)(3) = 4-6 = -2. Por tanto, el determinante de la matriz A es negativo 2.

Ejemplo 2: Halla el determinante de la matriz B que aparece a continuación.

La matriz B es una matriz cuadrada de 2 por 2 con las entradas 5 y -1 en la primera fila, y las entradas 2 y -3 en la segunda. Esta matriz se puede expresar como B=.
El determinante de la matriz B que se puede escribir como det = |B| = |5,-1;2,-3| = (5)(-3) - (-1)(2) = -15-(-2) = -15 + 2 = -13. Esto hace que el determinante de la matriz B sea negativo 13.

Ejemplo 3: Halla el determinante de la matriz C de abajo.

La matriz C es una matriz cuadrada que tiene dos filas y dos columnas. Los elementos de la primera fila son -1 y 3 mientras que los elementos de la segunda fila son -7 y -9. Por tanto, la matriz C = .
El determinante de la matriz C que puede escribirse como det = |C| = |-1,3;-7,-9| = (-1)(-9) - (3)(-7) = 9+21 = -15 + 2 = 30. Por lo tanto, el determinante de la matriz C es positivo 30.

Después de saber cómo encontrar el determinante de una matriz de 2 x 2, ya estás preparado para aprender los procedimientos o pasos sobre cómo utilizar la Regla de Cramer. ¡Allá vamos!

Reglas de Cramer para sistemas de ecuaciones lineales con dos variables

  • Dado un sistema lineal
Este es un diagrama que muestra un sistema de ecuaciones lineales donde la primera ecuación lineal es a1x+b1y=c1 mientras que la segunda es a2x+b2y=c2. La columna x (también conocida como la primera columna) incluye las constantes unidas a la variable x, la columna y (también conocida como la segunda columna) incluye las constantes unidas a la variable y, y finalmente la columna constante (también conocida como la tercera columna) incluye sólo las constantes , es decir, sólo las constantes sin ninguna variable unida a ellas.
  • Asigna nombres para cada matriz

Matriz de coeficientes:

La matriz D también se conoce como "matriz de coeficientes" con las entradas a1 y b1 en la primera fila, y las entradas a2 y b2 en la segunda. Podemos escribirla como matriz de coeficientes D = ."coefficient matrix" with entries a1 and b1 on the first row, and entries a2 and b2 on the second row. We can write this as coefficient matrix D = .

X – matriz:

La matriz Dx (leída como "D subíndice x") también se conoce como la "matriz x" con los elementos c1 y b1 en la primera fila, y los elementos c1 y b2 en la segunda fila. Esto se puede escribir como, matriz x, Dx = ."D subscript x") is also known as the "x-matrix" with elements c1 and b1 on the first row, and elements c1 and b2 on the second row. This can be written as, x-matrix, Dx = .

Y – matriz:

La matriz Dy (leída como "D subíndice y") también se conoce como la "matriz y" con los elementos a1 y c1 en la primera fila, y los elementos a2 y c2 en la segunda fila. Esto se puede escribir como, matriz y, Dy = ."D subscript y") is also known as the "y-matrix" with elements a1 and c1 on the first row, and elements a2 and c2 on the second row. This can be written as, y-matrix, Dy = .

Para resolver la variable x.

Para resolver para x, la fórmula es, x = Dx/D = (determinante de la matriz x) dividido por (determinante de la matriz de coeficientes) = |c1,b1;c2,b2| / |a1,b1;a2,b2|.

Para resolver la variable y.

Para resolver para y, la fórmula es, y = Dy/D = (determinante de la matriz y) dividido por (determinante de la matriz de coeficientes) = |a1,c1;a2,c2| / |a1,b1;a2,b2|.

Pequeños puntos a tener en cuenta al ver la fórmula:

1) Las columnas de \large{x}, \large{y}, y los términos constantes \large{c} se obtienen de la siguiente manera:

Matrices de 2x1 de las columnas x, y y constante

2) Ambos denominadores en la resolución de \large{x} y \large{y} son iguales. Provienen de las columnas de \large{x} y \large{y}.

D =

3) Observando el numerador en la resolución de \large{x}, los coeficientes de la columna \large{x} se sustituyen por la columna de la constante (en rojo).

Dx=

4) De la misma manera, para resolver para \large{y}, se sustituyen los coeficientes de \large{y}-columna por la columna constante (en rojo).

Dy=

Ejemplos de cómo Resolver sistemas de ecuaciones lineales con dos variables utilizando la regla de Cramer

Ejemplo 1: Resuelve el sistema con dos variables por la Regla de Cramer

los sistemas de ecuaciones con dos variables son 4x-3y=11 y 6x+5y=7

Comienza extrayendo las tres matrices relevantes: coeficiente, \large{x}, y \large{y}. A continuación, resolver cada uno de los determinantes correspondientes.

  • Para la matriz de coeficientes
Resolver el determinante de la matriz de coeficientes D con los elementos 4 y -3 en la primera fila, y los elementos 6 y 5 en la segunda. El determinante de la matriz D = = |D| = |4,-3;6,5| = (4)(5) - (-3)(6) = 20 - (-18) = 20 + 18 = 38.
  • Para la matriz X
Resolver el determinante de la matriz D de subíndice x con los elementos 11 y -3 en la primera fila, y los elementos 7 y 5 en la segunda. El determinante de la matriz Dx = = |Dx| = |11,-3;7,5| = (11)(5) - (-3)(7) = 55 - (-21) = 55 + 21 = 76.
  • Para la matriz Y –
Resolver el determinante de la matriz D de subíndice y con los elementos 4 y 11 en la primera fila, y los elementos 6 y 7 en la segunda. El determinante de la matriz Dy = = |Dx| = |4,11;6,7| = (4)(7) - (11)(6) = 28 - (66) = -38.

Una vez calculados los tres determinantes, es el momento de resolver los valores de \large{x} y \large{y} utilizando la fórmula anterior.

Para resolver para x, tenemos x = Dx/D = 76/38 = 2, y para y, tenemos y = Dy/D = -38/38 = -1.

Puedo escribir la respuesta final como \large( {x,y} \right) = \left( {2, – 1} \right)}.

Ejemplo 2: Resolver el sistema con dos variables por la regla de Cramer

los sistemas de ecuaciones con dos variables (a saber, x e y) son 3x+5y=-7 y x+4y=-14

Configurar sus matrices de coeficientes, \large{x}, y \large{y} a partir del sistema de ecuaciones lineales dado. A continuación, calcula sus determinantes en consecuencia.

Recuerda que siempre restamos los productos de las entradas diagonales.

  • Para la matriz de coeficientes (utiliza los coeficientes de las variables x e y)
Resuelve el determinante de la matriz de coeficientes D con las entradas 3 y 5 en la primera fila, y las entradas 1 y 4 en la segunda. El determinante de la matriz D = = |D| = |3,5;1,4| = (3)(4) - (5)(1) = 12 - (5) = 12 - 5 = 7.
  • Para la matriz X – (sustituir la columna x por la columna constante)
Resolver el determinante de la matriz x, también conocida como D subíndice x, con entradas -7 y 5 en la primera fila, y entradas -14 y 4 en la segunda fila. El determinante de la matriz Dx = = |D| = |-7,5;-14,4| = (-7)(4) - (5)(-14) = -28 - (-70) = -28 + 70 = 42.
  • Para la matriz Y – (sustituir la columna y por la columna constante)
Resolver el determinante de la matriz y, también conocida como D subíndice y, con las entradas 3 y -7 en la primera fila, y las entradas 1 y -14 en la segunda fila. El determinante de la matriz Dy = = |D| = |3,-7;1,-14| = (3)(-14) - (-7)(1) = -42 - (-7) = -42 + 7 = -35.

Espero que te estés sintiendo cómodo calculando el determinante de una matriz bidimensional. Para resolver finalmente las variables requeridas, obtengo los siguientes resultados…

Para resolver para x, dividimos el determinante de la matriz x entre el determinante de la matriz de coeficientes. De la misma manera, para resolver para y, dividimos el determinante de la matriz y por el determinante de la matriz de coeficientes. Por tanto, x = Dx/D = 42/7 = 6; y = Dy/D = -35/7 = -5. Así que la respuesta final es (x,y) = (6,-5).

Escribiendo la respuesta final en notación de puntos, he obtenido \left( {x,y} \right) = \left( {6, – 5} \right)}.

Ejemplo 3: Resolver el sistema con dos variables por la Regla de Cramer

x-4y=-9 y -x+5y=11

Este problema se puede resolver realmente con bastante facilidad por el Método de Eliminación. Esto se debe a que los coeficientes de la variable x son los «mismos» pero sólo de signos opuestos ( +1 y -1 ). Para resolverlo mediante el método de eliminación, se suman sus correspondientes columnas y la variable x desaparece – dejándote con una ecuación de un solo paso en \large{y}. Menciono esto porque cada técnica tiene defectos y es mejor elegir la más eficiente. Aclara siempre con tu profesor si está bien utilizar otro enfoque cuando el método no está especificado en un problema determinado.

De todas formas, ya que estamos aprendiendo a resolver por la Regla de Cramer, vamos a trabajar con este método.

Construiré tres matrices ( coeficiente, \large{x} y \large{y}) y evaluaré sus correspondientes determinantes.

  • Para la matriz coeficiente
Para la matriz coeficiente D = , su determinante se resuelve como sigue: |D| = |1,-4;-1,5| = (1)(5) - (-4)(-1) = 5 - (4) = 1. Por tanto, |D| = 1.
  • Para la matriz X – ( escrita como D en mayúsculas con subíndice x )
Para la matriz x Dx = , su determinante se resuelve de la siguiente manera: |Dx| = |-9,-4;11,5| = (-9)(5) - (-4)(11) = -45 - (-44) = -45 + 44 = -1. Por lo tanto, |Dx| = -1.
  • Para la matriz Y – (escrita como D mayúscula con el subíndice y)
Para la matriz Dy = , su determinante se resuelve como sigue: |Dy| = |1,-9;-1,11| = (1)(11) - (-9)(-1) = 11 - (9) = 11 - 9 = 2. Por lo tanto, |Dy| = 2.

Después de obtener los valores de los tres determinantes requeridos, calcularé |grande{x} y |grande{y} como sigue.

Resolviendo el valor de x, dividir el determinante de la matriz x por el determinante de la matriz de coeficientes. Del mismo modo, para resolver para y, dividir el determinante de la matriz y por el determinante de la matriz de coeficientes. Así, x = Dx/D = -1/1 = -1; y = Dy/D = 2/1 = 2. Por tanto, la respuesta final es (x,y) = (-1,2).

La respuesta final en la forma puntual es \large{left( {x,y} \right) = \left( { – 1,2} \right)} .

Ejemplo 4: Resuelve por la Regla de Cramer el sistema con dos variables

el sistema de ecuaciones lineales con dos variables son -2x+3y=-3 y 3x-4y=5

Como ya hemos repasado algunos ejemplos, te sugiero que intentes este problema por tu cuenta. Luego, compara tus respuestas con la solución que aparece a continuación.

Si lo consigues a la primera significa que te estás convirtiendo en un «profesional» con respecto a la Regla de Cramer. Si no lo hiciste, trata de averiguar qué fue lo que falló y aprende a no cometer el mismo error la próxima vez. Así es como te vuelves mejor en matemáticas. Estudia muchos tipos de problemas y, lo que es más importante, haz mucha práctica independiente.

  • Para la matriz de coeficientes
Resuelve la matriz de coeficientes D, tenemos D = , los pasos para resolver su determinante es |D| = |-2,3;3,-4| = (-2)(-4) - (3)(3) = 8 - (9) = -1. Y por tanto, |D| = -1.
  • Para la matriz X
Resolver para la matriz x Dx, tenemos Dx= , los pasos para resolver su determinante es |Dx| = |-3,3;5,-4| = (-3)(-4) - (3)(5) = 12 - (15) = -3. Por tanto, |Dx| = -3.
  • Para la matriz Y –
Resolver para la matriz Dy, tenemos Dy = , los pasos para resolver su determinante es |Dy| = |-2,-3;3,5| = (-2)(5) - (-3)(3) = -10 - (-9) = -10 + 9 = -1. Eso hace que, |Dy| = -1.

Deberías obtener la respuesta a continuación…

Para resolver la x, tenemos x = Dx/D = -3/-1 = 3. Por lo tanto, x es igual a 3. A continuación, para resolver para y, mostramos que y = Dy/D = -1/-1 =1. Por tanto, y es igual a 1.

Ejemplo 5: Resolver el sistema con dos variables por la regla de Cramer

Los sistemas de ecuaciones lineales a resolver son los siguientes: 5x+y=-13, 3x-2y=0

Para nuestro último ejemplo, he incluido un cero en la columna de la constante. Cada vez que veas el número cero en la columna de la constante, te recomiendo encarecidamente que utilices la Regla de Cramer para resolver el sistema de ecuaciones lineales. ¿Por qué? Porque el cálculo de los determinantes para las matrices \ge{x} y \ge{y} se convierte drásticamente en súper fácil. ¡Compruébalo tú mismo!

  • Para la matriz de coeficientes
El determinante del coeficiente D = se resuelve como |D| = |5,1;3,-2| = (5)(-2) - (1)(3) = -13.
  • Para la matriz X
El determinante de la matriz x Dx = se resuelve como |Dx| = |-13,1;0,-2| = (-13)(-2) - (1)(0) = 26.
  • Para la matriz Y
El determinante de la matriz Y Dy = se resuelve como |Dy| = |5,-13;3,0| = (5)(0) - (-13)(3) = 0 + 39 = 39.

La solución final de este problema es

Para resolver x, dividimos la matriz x por la matriz de coeficientes que nos da x = Dx/D = 26/-13 = -2. Para resolver y, dividimos la matriz y por la matriz de coeficientes que nos da y = Dy/D = 39/-13 = -3.

Práctica con hojas de trabajo

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