Álgebra Lineal / Reducción de Filas y Formas Escalonadas
Un sistema de ecuaciones lineales se puede resolver reduciendo su matriz aumentada a una forma escalonada reducida.
Una matriz se puede cambiar a su forma escalón de fila reducida, o fila reducida a su forma escalón de fila reducida usando las operaciones de fila elementales. Estos son:
- Intercambiar una fila de la matriz con otra de la matriz.
- Multiplique una fila de la matriz por una constante escalar distinta de cero.
- Reemplace una fila por una fila más una constante por otra fila de la matriz.
Por ejemplo, dado el siguiente sistema lineal con la matriz aumentada correspondiente:
3 x 2 − 6 x 3 + 6 x 4 + 4 x 5 = − 5 {\displaystyle 3x_{2}-6x_{3}+6x_{4}+4x_{5}=-5}
3 x 1 − 7 x 2 + 8 x 3 − 5 x 4 + 8 x 5 = 9 {\displaystyle 3x_{1}-7x_{2}+8x_{3}-5x_{4}+8x_{5}=9}
3 x 1 − 9 x 2 + 12 x 3 − 9 x 4 + 6 x 5 = 15 {\displaystyle 3x_{1}-9x_{2}+12x_{3}-9x_{4}+6x_{5}=15}
{\displaystyle {\begin{bmatrix}0&&&&&&&&&&&&&&&15\end{bmatrix}}}
To solve este sistema, la matriz tiene que ser reducida en forma escalonada reducida.
Paso 1: Cambie la fila 1 y la fila 3. Todos los ceros a la izquierda están ahora por debajo de entradas a la izquierda distintas de cero.
{\displaystyle {\begin{bmatrix}3&&&&&&&&&&&&&&&-5\end{bmatrix}}}
Step 2: Establezca la fila 2 en la fila 2 más (-1) por la fila 1. En otras palabras, reste la fila 1 de la fila 2. Esto eliminará la primera entrada de la fila 2.
{\displaystyle {\begin{bmatrix}3&&&&&&&&&&&&&&&-5\end{bmatrix}}}
Step 3: Multiply row 2 by 3 and row 3 by 2. This will eliminate the first entry of row 3.
{\displaystyle {\begin{bmatrix}3&&&&&&&&&&&&&&&-10\end{bmatrix}}}
Paso 4: Establezca la fila 3 en la fila 3 más (-1) por la fila 2. En otras palabras, reste la fila 2 de la fila 3. Esto eliminará la segunda entrada de la fila 3.
{\displaystyle {\begin{bmatrix}3&&&&&&&&&&&&&&&8\end{bmatrix}}}
Step 5: Multiplique cada fila por el recíproco de su primer valor distinto de cero. Esto hará que cada fila comience con un 1.
{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&&&&&&&&&&&&&&&4\end{bmatrix}}}
The matrix is ahora en forma escalonada de fila: Todas las filas distintas de cero están por encima de cualquier fila de todos los ceros (no hay filas cero), cada entrada principal de una fila está en una columna a la derecha de la entrada principal de la fila por encima de ella y todas las entradas de una columna por debajo de una entrada principal son ceros.
Como se puede y se mostrará más adelante, de esta forma se puede observar que el sistema tiene infinitas soluciones. Para obtener esas soluciones, la matriz se reduce aún más en forma escalonada reducida.
Paso 6: Establezca la fila 2 a la fila 2 más (-1) por la fila 3 y la fila 1 a la fila 1 más (-2) por la fila 3. Esto eliminará las entradas por encima de la entrada inicial de la fila 3.
{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&&&&&&&&&&&&&&&4\end{bmatrix}}}
Step 7: Establezca la fila 1 en la fila 1 más 3 veces la fila 2. Esto elimina la entrada por encima de la entrada principal de la fila 2.
{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&&&&&&&&&&&&&&&4\end{bmatrix}}}
This is a forma escalonada reducida, ya que la entrada inicial en cada fila distinta de cero es 1 y cada 1 inicial es la única entrada distinta de cero en su columna.
Desde aquí se puede leer la solución del sistema:
x 1 − 2 x 3 + 3 x 4 = − 24 {\displaystyle x_{1}-2x_{3}+3x_{4}=-24}
x 2 − 2 x 3 + 2 x 4 = − 7 {\displaystyle x_{2}-2x_{3}+2x_{4}=-7}
x 5 = 4 {\displaystyle x_{5}=4}
Those equations can be solved for x 1 {\displaystyle x_{1}}
, x 2 {\displaystyle x_{2}}
and x 5 {\displaystyle x_{5}}