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Determinantes
Problema
2025 · Extraordinaria · Reserva
4
Examen

Se considera la matriz M=(a11a12a13a21a22a23a31a32a33)M = \begin{pmatrix} a_{11} & a_{12} & a_{13} \\ a_{21} & a_{22} & a_{23} \\ a_{31} & a_{32} & a_{33} \end{pmatrix} con determinante igual a 5-5.

a) Calcula a11a312a213a123a326a222a132a334a23\begin{vmatrix} a_{11} & a_{31} & 2a_{21} \\ 3a_{12} & 3a_{32} & 6a_{22} \\ 2a_{13} & 2a_{33} & 4a_{23} \end{vmatrix}.b) Calcula 2a113a312a123a324a136a33a21a222a23a31a322a33\begin{vmatrix} 2a_{11} - 3a_{31} & 2a_{12} - 3a_{32} & 4a_{13} - 6a_{33} \\ a_{21} & a_{22} & 2a_{23} \\ a_{31} & a_{32} & 2a_{33} \end{vmatrix}.
Propiedades de los determinantesÁlgebra matricial
a) Calcula a11a312a213a123a326a222a132a334a23\begin{vmatrix} a_{11} & a_{31} & 2a_{21} \\ 3a_{12} & 3a_{32} & 6a_{22} \\ 2a_{13} & 2a_{33} & 4a_{23} \end{vmatrix}.

Para calcular este determinante, utilizaremos las propiedades de linealidad de los determinantes y la propiedad de que el determinante de una matriz es igual al de su traspuesta M=MT|M| = |M^T|. Observamos que los elementos de las filas corresponden a elementos de las columnas de MM (o filas de MTM^T) multiplicados por ciertos factores.

a11a312a213a123a326a222a132a334a23=32a11a312a21a12a322a22a13a332a23=62a11a31a21a12a32a22a13a33a23\begin{vmatrix} a_{11} & a_{31} & 2a_{21} \\ 3a_{12} & 3a_{32} & 6a_{22} \\ 2a_{13} & 2a_{33} & 4a_{23} \end{vmatrix} = 3 \cdot 2 \begin{vmatrix} a_{11} & a_{31} & 2a_{21} \\ a_{12} & a_{32} & 2a_{22} \\ a_{13} & a_{33} & 2a_{23} \end{vmatrix} = 6 \cdot 2 \begin{vmatrix} a_{11} & a_{31} & a_{21} \\ a_{12} & a_{32} & a_{22} \\ a_{13} & a_{33} & a_{23} \end{vmatrix}

Sacamos factor común 33 de la segunda fila y 22 de la tercera fila. Posteriormente, sacamos el factor 22 de la tercera columna. Para llegar a la estructura de la matriz traspuesta MTM^T, intercambiamos la segunda y la tercera columna, lo que provoca un cambio de signo en el determinante:

12a11a31a21a12a32a22a13a33a23C2C312a11a21a31a12a22a32a13a23a3312 \begin{vmatrix} a_{11} & a_{31} & a_{21} \\ a_{12} & a_{32} & a_{22} \\ a_{13} & a_{33} & a_{23} \end{vmatrix} \xrightarrow{C_2 \leftrightarrow C_3} -12 \begin{vmatrix} a_{11} & a_{21} & a_{31} \\ a_{12} & a_{22} & a_{32} \\ a_{13} & a_{23} & a_{33} \end{vmatrix}

Como el determinante de la matriz resultante es MT=M=5|M^T| = |M| = -5, el valor final es:

12(5)=60-12 \cdot (-5) = 60
b) Calcula 2a113a312a123a324a136a33a21a222a23a31a322a33\begin{vmatrix} 2a_{11} - 3a_{31} & 2a_{12} - 3a_{32} & 4a_{13} - 6a_{33} \\ a_{21} & a_{22} & 2a_{23} \\ a_{31} & a_{32} & 2a_{33} \end{vmatrix}.

Primero, observamos que la tercera columna es proporcional a una combinación de las dos primeras. Podemos extraer el factor 22 de la tercera columna:

2a113a312a123a322(2a133a33)a21a222a23a31a322a33=22a113a312a123a322a133a33a21a22a23a31a32a33\begin{vmatrix} 2a_{11} - 3a_{31} & 2a_{12} - 3a_{32} & 2(2a_{13} - 3a_{33}) \\ a_{21} & a_{22} & 2a_{23} \\ a_{31} & a_{32} & 2a_{33} \end{vmatrix} = 2 \begin{vmatrix} 2a_{11} - 3a_{31} & 2a_{12} - 3a_{32} & 2a_{13} - 3a_{33} \\ a_{21} & a_{22} & a_{23} \\ a_{31} & a_{32} & a_{33} \end{vmatrix}

Aplicamos la propiedad de que el determinante de una suma de filas es la suma de los determinantes (manteniendo las demás filas iguales):

2(2a112a122a13a21a22a23a31a32a33+3a313a323a33a21a22a23a31a32a33)2 \left( \begin{vmatrix} 2a_{11} & 2a_{12} & 2a_{13} \\ a_{21} & a_{22} & a_{23} \\ a_{31} & a_{32} & a_{33} \end{vmatrix} + \begin{vmatrix} -3a_{31} & -3a_{32} & -3a_{33} \\ a_{21} & a_{22} & a_{23} \\ a_{31} & a_{32} & a_{33} \end{vmatrix} \right)

El segundo determinante es cero porque la primera fila es proporcional a la tercera (R1=3R3R_1 = -3 R_3). En el primer determinante, extraemos el factor 22 de la primera fila:

22a11a12a13a21a22a23a31a32a33=4M2 \cdot 2 \begin{vmatrix} a_{11} & a_{12} & a_{13} \\ a_{21} & a_{22} & a_{23} \\ a_{31} & a_{32} & a_{33} \end{vmatrix} = 4 \cdot |M|

Sustituyendo el valor de M=5|M| = -5:

4(5)=204 \cdot (-5) = -20