Calculamos el determinante de la matriz de coeficientes A:
det(A)=1(m⋅1−2⋅1)−(−m)(1⋅m−1⋅1)+(−2)(1⋅2−1⋅1)
det(A)=(m−2)+m(m−1)−2(2−1)
det(A)=m−2+m2−m−2(1)
det(A)=m2−4
Igualamos el determinante a cero para encontrar los valores críticos de m:
m2−4=0⟹(m−2)(m+2)=0
m=2om=−2
Discutimos el sistema en función de estos valores.
Caso 1: $m \neq 2$ y $m \neq -2$
En este caso, det(A)=0, lo que implica que el rango de la matriz A es rank(A)=3. Como el rango de la matriz ampliada (A∣B) no puede ser mayor que 3 (tiene 3 filas), se tiene que rank(A∣B)=3. El número de incógnitas es 3. Por el Teorema de Rouché-Fröbenius, el sistema es Compatible Determinado y tiene una única solución.
Caso 2: $m = 2$
Sustituimos m=2 en las matrices A y (A∣B):
A=111−212−212,(A∣B)=111−212−212∣∣∣246
Para la matriz A:
det(A)=0
Consideramos el menor de orden 2:
11−21=1−(−2)=3=0
Por lo tanto, rank(A)=2.Para la matriz (A∣B):Consideramos el determinante formado por las columnas 1, 2 y 4 (que incluye el término independiente):
111−212246=1(6−8)−(−2)(6−4)+2(2−1)
=1(−2)+2(2)+2(1)=−2+4+2=4=0
Esto implica que rank(A∣B)=3.Dado que rank(A)=2=rank(A∣B)=3, el sistema es Incompatible (no tiene solución).
Las filas 1 y 3 son idénticas, lo que implica que rank(A)<3. Consideramos el menor de orden 2:
1121=1−2=−1=0
Por lo tanto, rank(A)=2.Para la matriz (A∣B):Consideramos el determinante formado por las columnas 1, 2 y 4 (que incluye el término independiente):
111212−2−4−6=1(−6−(−8))−2(−6−(−4))+(−2)(2−1)
=1(2)−2(−2)−2(1)=2+4−2=4=0
Esto implica que rank(A∣B)=3.Dado que rank(A)=2=rank(A∣B)=3, el sistema es Incompatible (no tiene solución).
Resumen de la discusión:
• Si m=2 y m=−2: El sistema es Compatible Determinado (solución única).• Si m=2 o m=−2: El sistema es Incompatible (no tiene solución).
b) Para m=1 resuelve el sistema, si es posible.
Para m=1, estamos en el caso en que m=2 y m=−2. Por lo tanto, el sistema es Compatible Determinado y tiene una única solución. Sustituimos m=1 en el sistema original:
⎩⎨⎧x−y−2z=1x+y+z=2x+2y+z=3
Resolvemos el sistema utilizando el método de Gauss. La matriz ampliada es:
111−112−211∣∣∣123
Realizamos las siguientes operaciones por filas: F2→F2−F1 y F3→F3−F1.
100−123−233∣∣∣112
Realizamos la operación por filas: F3→2F3−3F2.
100−120−232(3)−3(3)∣∣∣112(2)−3(1)
100−120−23−3∣∣∣111
Convertimos el sistema escalonado en ecuaciones:
⎩⎨⎧x−y−2z=1(1)2y+3z=1(2)−3z=1(3)
De la ecuación (3) obtenemos z:
−3z=1⟹z=−31
Sustituimos z en la ecuación (2) para obtener y:
2y+3(−31)=1
2y−1=1
2y=2⟹y=1
Sustituimos y y z en la ecuación (1) para obtener x: