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Matemáticas · DESDE CERO

Sistemas de tres incógnitas y regla de Cramer

Eliminar variables, calcular determinantes y distinguir solución única de casos singulares.

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Qué vas a comprender

Las ideas, paso a paso

Desde cero: determinante y Cramer 2×2

Una solución de un sistema satisface simultáneamente todas sus ecuaciones. Para ax + by = e y cx + dy = f, el determinante de coeficientes es D = ad − bc. Si D es distinto de cero, existe una solución única.

La regla de Cramer reemplaza una columna de coeficientes por los términos independientes conservando la otra. Para x: Dₓ = ed − bf. Para y: Dᵧ = af − ec. Entonces x = Dₓ/D e y = Dᵧ/D. El orden de las columnas y de las filas debe mantenerse. Si D = 0 no se puede dividir; hay que analizar si hay infinitas soluciones o ninguna.

Eliminar hasta un sistema triangular

En un sistema lineal de tres incógnitas, puedes intercambiar ecuaciones, multiplicar una ecuación por una constante no nula o sumar a una ecuación un múltiplo de otra. Estas operaciones conservan el conjunto de soluciones.

La eliminación busca una ecuación con tres incógnitas, otra con dos y una con una: es la forma triangular. Se resuelve desde abajo y se sustituyen los valores hacia arriba. Si aparece 0 = c con c no nulo, hay contradicción y no existe solución. Una fila 0 = 0 es redundante; en un sistema de tres ecuaciones y tres incógnitas lineales, debes revisar las demás filas y las variables libres.

Cramer 3×3 y verificación

Para una matriz de tres filas (a,b,c), (d,e,f), (g,h,i), el determinante es D = a(ei − fh) − b(di − fg) + c(dh − eg). La letra i aquí es un coeficiente real de la matriz, no la unidad imaginaria. Se calculan tres determinantes 2×2 y se alternan los signos +,−,+.

Cramer se extiende a tres incógnitas: Dₓ, Dᵧ y D_z reemplazan respectivamente las columnas de x, y y z por la columna de términos independientes. Si D ≠ 0, x = Dₓ/D, y = Dᵧ/D y z = D_z/D. Una matriz diagonal tiene determinante igual al producto de su diagonal.

Si D = 0, hay que volver a la eliminación: las ecuaciones x + y = 1 y 2x + 2y = 2 son dependientes y tienen infinitas soluciones; si el segundo término independiente fuese 3 serían incompatibles. En todos los casos la sustitución en las ecuaciones originales sirve como control.

Ejemplos resueltos

Sigue el razonamiento

En 2x + y = 5 y x − y = 1: D = 2(−1) − 1·1 = −3. Dₓ = 5(−1) − 1·1 = −6. Dᵧ = 2·1 − 5·1 = −3.

Así x = 2 e y = 1. Sustituyendo: 2·2 + 1 = 5 y 2 − 1 = 1; ambas ecuaciones se cumplen.

Sigue el razonamiento

En x + y + z = 6; 2x − y + z = 3; x + 2y − z = 2, resta dos veces la primera ecuación a la segunda: −3y − z = −9. Resta la primera a la tercera: y − 2z = −4.

Suma a −3y − z = −9 tres veces y − 2z = −4: −7z = −21, así z = 3. Después y = 2 y x = 1. Comprueba los tres valores en las tres ecuaciones originales.

Ejercicios de opción múltiple

Resuelve primero. Después abre la explicación para comparar tu razonamiento. Son ejercicios originales de práctica, con cuatro alternativas y una respuesta correcta.

1. Para las filas de coeficientes (3,2) y (1,4), ¿cuál es el determinante?

  1. 10
  2. 14
  3. −10
  4. 5
Ver respuesta y solución paso a paso

A. 10

  1. D = 3·4 − 2·1 = 12 − 2 = 10.

Por qué sí o por qué no

A. 3·4 − 2·1 = 10.

B. Se sumaron los productos diagonales.

C. Se invirtió el orden de la resta.

D. Se restaron productos que no forman diagonales.

2. En x + y + z = 6 y 2x + 3y − z = 4, ¿qué resulta de restar dos veces la primera ecuación a la segunda?

  1. y − 3z = −8
  2. y + z = −8
  3. 4x + 5y + z = 16
  4. y − 3z = 2
Ver respuesta y solución paso a paso

A. y − 3z = −8

  1. (2x + 3y − z) − 2(x + y + z) = 4 − 12: y − 3z = −8.

Por qué sí o por qué no

A. Los coeficientes de x se cancelan y 4 − 12 = −8.

B. −z − 2z da −3z.

C. Se sumó en vez de restar.

D. También debe operarse el lado derecho.

3. ¿Cuál es el determinante de la matriz con filas (2,0,0), (0,3,0), (0,0,4)?

  1. 9
  2. 24
  3. 0
  4. −24
Ver respuesta y solución paso a paso

B. 24

  1. D = 2(3·4 − 0) − 0 + 0 = 24.

Por qué sí o por qué no

A. Se sumaron en vez de multiplicar los elementos diagonales.

B. Es una matriz diagonal: 2·3·4.

C. Los ceros fuera de la diagonal no anulan su producto.

D. No hay intercambio de filas que cambie el signo.

Fuentes para estudiar y verificar

Completar los 24 pasos y las 12 preguntas →

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