Resolución de Sistemas de Ecuaciones Lineales

Determinando el tipo de solución

Cuando te enfrentas a un sistema de ecuaciones lineales, tu primer paso es calcular el determinante de la matriz de coeficientes. Este determinante te dirá si el sistema tiene solución única o no.

En el ejemplo del examen de julio, tienes que encontrar para qué valores de "a" el determinante es cero. Esto se hace calculando el determinante y resolviendo la ecuación resultante: a³ + a² - a - 1 = 0.

Usando el método de Ruffini con los divisores ±1, encuentras que a = 1 y a = -1 hacen que el determinante sea cero. Por tanto, para a ≠ 1 y a ≠ -1, el sistema tiene solución única (es un sistema compatible determinado).

💡 Truco: Si el determinante ≠ 0, tienes solución única garantizada. ¡Es así de simple!

Clasificación de sistemas según Rouché-Frobenius

Aquí tienes las tres situaciones posibles que te puedes encontrar en cualquier examen. El teorema de Rouché-Frobenius es tu mejor amigo para clasificar sistemas.

Sistema Compatible Determinado (S.C.D.): Cuando Rg(A) = Rg$A*$ = número de incógnitas. Esto significa que tienes una solución única y el determinante es diferente de cero.

Sistema Compatible Indeterminado (S.C.I.): Cuando Rg(A) = Rg$A*$ ≠ número de incógnitas. En este caso tienes infinitas soluciones porque hay menos ecuaciones independientes que incógnitas.

Sistema Incompatible (S.I.): Cuando Rg(A) ≠ Rg$A*$. No existe solución porque las ecuaciones se contradicen entre sí.

⚠️ Recuerda: Siempre compara los rangos de A y A* para saber qué tipo de sistema tienes.

Resolviendo sistemas con Gauss

Cuando el determinante es cero, necesitas usar el método de Gauss para encontrar las soluciones. Este método te permite transformar el sistema en otro equivalente más fácil de resolver.

Para a = 0 en el ejemplo, sustituyes el valor en las ecuaciones y aplicas operaciones elementales entre filas. El objetivo es conseguir una matriz triangular superior con ceros debajo de la diagonal principal.

Tras las operaciones de Gauss, obtienes que z = -1, y = 1, x = 2. Puedes verificar tu respuesta sustituyendo estos valores en las ecuaciones originales.

El truco está en hacer las operaciones de fila correctas: F₁ - F₂, F₁ - F₃, y así sucesivamente hasta conseguir la forma triangular que necesitas.

✅ Consejo: Siempre verifica tu solución sustituyendo en las ecuaciones originales.

Infinitas soluciones vs ninguna solución

Los valores críticos a = 1 y a = -1 determinan comportamientos muy diferentes del sistema. Cuando sustituyes estos valores y aplicas Gauss, puedes ver claramente qué ocurre.

Para a = 1: Al hacer Gauss obtienes Rg(A) = 2 pero Rg$A*$ = 3. Como los rangos son diferentes, el sistema es incompatible (no tiene solución). Esto sucede porque aparece una fila tipo "0 0 0 | -2", lo que es imposible.

Para a = -1: Tras las operaciones de Gauss consigues Rg(A) = Rg$A*$ = 2. Como hay 3 incógnitas pero solo 2 ecuaciones independientes, el sistema es compatible indeterminado con infinitas soluciones.

La clave está en contar correctamente las filas no nulas después de hacer Gauss y comparar los rangos según Rouché-Frobenius.

🎯 Importante: Una fila de la forma "0 0 0 | número≠0" indica sistema incompatible.

Sistemas que nunca tienen solución única

En el examen de septiembre aparece un caso especial: un sistema que nunca tiene solución única, independientemente del valor del parámetro. Esto ocurre cuando el determinante siempre es cero.

Al calcular el determinante obtienes que es igual a 0 para cualquier valor de "a". Esto significa que el sistema nunca será compatible determinado, solo puede ser compatible indeterminado o incompatible.

Para determinar cuándo tiene infinitas soluciones, aplicas Gauss y estudias cuándo Rg(A) = Rg$A*$. En este caso, encuentras que para a = 2 el sistema es compatible indeterminado, mientras que para a ≠ 2 es incompatible.

Este tipo de ejercicios demuestra la importancia de analizar el determinante primero, ya que te ahorra tiempo al saber que nunca tendrás solución única.

🔍 Observación: Algunos sistemas están diseñados para nunca tener solución única, ¡fíjate bien en el enunciado!