a) Los valores de a para los que la matriz A tiene inversa.Una matriz tiene inversa si y solo si su determinante es distinto de cero. Calculamos el determinante de A.
det(A)=2−11−3a−3−a−1a+1−a \\det(A) = 2(a(-a) - (a+1)(-3)) - (-3)((-1)(-a) - (a+1)(1)) + (-a-1)((-1)(-3) - a(1))
\\det(A) = 2(-a^2 + 3a + 3) + 3(a - a - 1) + (-a-1)(3-a)
\\det(A) = -2a^2 + 6a + 6 + 3(-1) + (-3a + a^2 - 3 + a)
det(A)=−2a2+6a+6−3+a2−2a−3 det(A)=−a2+4a Para que la matriz A tenga inversa, el determinante debe ser no nulo:
−a2+4a=0 −a(a−4)=0 Esto implica que a=0 y a=4.La matriz A tiene inversa para todos los valores de a∈R excepto a=0 y a=4.
b) Las matrices A2, A3 y A2022 para a=4.Sustituimos a=4 en la matriz A:
A=2−11−34−3−4−14+1−4=2−11−34−3−55−4 Calculamos A2=A⋅A:
A2=2−11−34−3−55−42−11−34−3−55−4 A2=2(2)−3(−1)−5(1)−1(2)+4(−1)+5(1)1(2)−3(−1)−4(1)2(−3)−3(4)−5(−3)−1(−3)+4(4)+5(−3)1(−3)−3(4)−4(−3)2(−5)−3(5)−5(−4)−1(−5)+4(5)+5(−4)1(−5)−3(5)−4(−4) A2=4+3−5−2−4+52+3−4−6−12+153+16−15−3−12+12−10−15+205+20−20−5−15+16 A2=2−11−34−3−55−4 Observamos que A2=A.Por lo tanto, A3=A⋅A2=A⋅A=A2=A.En general, para cualquier entero positivo n, An=A. Así, A2022=A.
A2=2−11−34−3−55−4 A3=2−11−34−3−55−4 A2022=2−11−34−3−55−4 c) La matriz X que verifica que X⋅A=I3 para a=3.La ecuación X⋅A=I3 implica que X=A−1. Debemos calcular la inversa de A para a=3.Sustituimos a=3 en la matriz A:
A=2−11−33−3−3−13+1−3=2−11−33−3−44−3 Calculamos el determinante de A para a=3 usando la expresión de la parte a):
det(A)=−a2+4a=−(3)2+4(3)=−9+12=3 Como det(A)=3=0, la inversa existe. Calculamos la matriz de cofactores de A:
C11=3−34−3=−9−(−12)=3 C12=−−114−3=−(3−4)=1 C13=−113−3=3−3=0 C21=−−3−3−4−3=−(9−12)=3 C22=21−4−3=−6−(−4)=−2 C23=−21−3−3=−(−6−(−3))=3 C31=−33−44=−12−(−12)=0 C32=−2−1−44=−(8−4)=−4 C33=2−1−33=6−3=3 La matriz de cofactores C es:
C=3301−2−4033 La matriz adjunta es la traspuesta de la matriz de cofactores:
adj(A)=CT=3103−230−43 Finalmente, la inversa A−1 es:
X=A−1=det(A)1adj(A)=313103−230−43 X=11/301−2/310−4/31