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Propiedades de los determinantes
Problema
2021 · Extraordinaria · Reserva
5
Examen

Considera la matriz A=(a21b11c11)A = \begin{pmatrix} a & 2 & 1 \\ b & -1 & 1 \\ c & 1 & 1 \end{pmatrix}, con determinante igual a 55.

a) Calcula razonadamente el determinante de 2A32A^3.b) Calcula razonadamente los determinantes
2a132b1/232c1/23 y abca+4b2c+2a+1b+1c+1\begin{vmatrix} 2a & -1 & 3 \\ 2b & 1/2 & 3 \\ 2c & -1/2 & 3 \end{vmatrix} \text{ y } \begin{vmatrix} a & b & c \\ a+4 & b-2 & c+2 \\ a+1 & b+1 & c+1 \end{vmatrix}
MatricesDeterminantesPropiedades

Dada la matriz A=(a21b11c11)A = \begin{pmatrix} a & 2 & 1 \\ b & -1 & 1 \\ c & 1 & 1 \end{pmatrix}, se sabe que su determinante es det(A)=5\det(A) = 5.

a) Calcula razonadamente el determinante de 2A32A^3.

Para calcular det(2A3)\det(2A^3), utilizaremos las siguientes propiedades de los determinantes para matrices de dimensión n×nn \times n: 1. det(kA)=kndet(A)\det(kA) = k^n \det(A) 2. det(Am)=(det(A))m\det(A^m) = (\det(A))^m En este caso, la matriz AA es de dimensión 3×33 \times 3, por lo que n=3n=3.

det(2A3)=23det(A3)=8(det(A))3\det(2A^3) = 2^3 \det(A^3) = 8 (\det(A))^3

Sustituyendo el valor dado de det(A)=5\det(A)=5:

det(2A3)=8(5)3=8125=1000\det(2A^3) = 8 \cdot (5)^3 = 8 \cdot 125 = 1000
b) Calcula razonadamente los determinantes 2a132b1/232c1/23\begin{vmatrix} 2a & -1 & 3 \\ 2b & 1/2 & 3 \\ 2c & -1/2 & 3 \end{vmatrix} y abca+4b2c+2a+1b+1c+1\begin{vmatrix} a & b & c \\ a+4 & b-2 & c+2 \\ a+1 & b+1 & c+1 \end{vmatrix}

Primer determinante: 2a132b1/232c1/23\begin{vmatrix} 2a & -1 & 3 \\ 2b & 1/2 & 3 \\ 2c & -1/2 & 3 \end{vmatrix} Aplicaremos las propiedades de los determinantes que indican que si una columna (o fila) se multiplica por un escalar kk, el determinante se multiplica por kk, y que se puede extraer un factor común de una columna (o fila).

2a132b1/232c1/23=2a13b1/23c1/23\begin{vmatrix} 2a & -1 & 3 \\ 2b & 1/2 & 3 \\ 2c & -1/2 & 3 \end{vmatrix} = 2 \begin{vmatrix} a & -1 & 3 \\ b & 1/2 & 3 \\ c & -1/2 & 3 \end{vmatrix}

Ahora, extraemos el factor 33 de la tercera columna:

23a11b1/21c1/21=6a11b1/21c1/212 \cdot 3 \begin{vmatrix} a & -1 & 1 \\ b & 1/2 & 1 \\ c & -1/2 & 1 \end{vmatrix} = 6 \begin{vmatrix} a & -1 & 1 \\ b & 1/2 & 1 \\ c & -1/2 & 1 \end{vmatrix}

Comparamos este determinante con el original de AA. La segunda columna del determinante actual es (11/21/2)\begin{pmatrix} -1 \\ 1/2 \\ -1/2 \end{pmatrix}. Esta columna es 12-\frac{1}{2} veces la segunda columna de AA, que es (211)\begin{pmatrix} 2 \\ -1 \\ 1 \end{pmatrix}. Por lo tanto, podemos extraer el factor 12-\frac{1}{2} de la segunda columna.

6(12)a21b11c11=3det(A)6 \cdot \left(-\frac{1}{2}\right) \begin{vmatrix} a & 2 & 1 \\ b & -1 & 1 \\ c & 1 & 1 \end{vmatrix} = -3 \det(A)

Sustituyendo det(A)=5\det(A)=5:

35=15-3 \cdot 5 = -15

Segundo determinante: abca+4b2c+2a+1b+1c+1\begin{vmatrix} a & b & c \\ a+4 & b-2 & c+2 \\ a+1 & b+1 & c+1 \end{vmatrix} En este caso, usaremos la propiedad de los determinantes que establece que si a una fila se le suma una combinación lineal de otras filas, el valor del determinante no cambia. También recordamos que det(AT)=det(A)\det(A^T) = \det(A).Primero, restamos la primera fila (R1R_1) a la segunda fila (R2R_2) y a la tercera fila (R3R_3). Es decir, realizamos las operaciones R2R2R1R_2 \rightarrow R_2 - R_1 y R3R3R1R_3 \rightarrow R_3 - R_1.

abca+4b2c+2a+1b+1c+1=abc(a+4)a(b2)b(c+2)c(a+1)a(b+1)b(c+1)c\begin{vmatrix} a & b & c \\ a+4 & b-2 & c+2 \\ a+1 & b+1 & c+1 \end{vmatrix} = \begin{vmatrix} a & b & c \\ (a+4)-a & (b-2)-b & (c+2)-c \\ (a+1)-a & (b+1)-b & (c+1)-c \end{vmatrix}
=abc422111= \begin{vmatrix} a & b & c \\ 4 & -2 & 2 \\ 1 & 1 & 1 \end{vmatrix}

Ahora, observemos que la segunda fila (4,2,2)(4, -2, 2) es 22 veces la segunda fila de ATA^T, que es (2,1,1)(2, -1, 1). La primera y tercera filas coinciden con las de ATA^T. Podemos extraer el factor 22 de la segunda fila.

2abc2111112 \begin{vmatrix} a & b & c \\ 2 & -1 & 1 \\ 1 & 1 & 1 \end{vmatrix}

El determinante restante es det(AT)\det(A^T). Como det(AT)=det(A)=5\det(A^T) = \det(A) = 5, sustituimos este valor.

2det(AT)=2det(A)=25=102 \cdot \det(A^T) = 2 \cdot \det(A) = 2 \cdot 5 = 10