FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
UNIVERSIDAD NACIONAL DE FORMOSA
Practicante: GARCIA SALINAS, Celestino R.
Unidad N°3: Matrices/ Operaciones
Profesora Curricular: DIAZ, Estela
Profesor Orientador: Esp-Prof. MORA, Jorge
Asignatura : Matemática I
Carreras: Técnico en Laboratorio de Análisis Clínicos
Licenciatura en Bromatología
El gráfico siguiente representa las rutas que conectan entre ellas a las distintas localidades con sus respectivas distancias. Completa la tabla teniendo en cuenta la menor distancia entre dos localidades. Menor distancia A B C D E A 0 km 120 km 195 km 140 km 50 km B 120 km 0 km 125 km 70 km 130 km C 195 km 125 km 0 km 55 km 145 km D 140 km 70 km 55 km 0 km 90 km E 50 km 130 km 145 km 90 km 0 km
Unidad N°3: Matrices/ Operaciones
130 km 120 km 90 km 50 km 55 km 70 km A B E C D
La matriz que representa la situación es:
A=
Comparen la matriz hallada con la matriz B presentada a continuación y determinen las similitudes y diferencias entre ambas matrices.
Se observa que los valores de los elementos de la cuarta fila de la matriz B son el doble del valor de los elementos de la cuarta fila de la matriz A. Es decir que la matriz B es una matriz equivalente a la matriz A que resulta de aplicar una operación elemental sobre la matriz A.
A=
B=
2. 𝐹
4𝑒𝑛 𝐹
4En símbolos: A ~ B
OPERACIONES ELEMENTALES SOBRE UNA MATRIZ
1) Intercambiar o permutar dos líneas paralelas entre sí.
2) Multiplicar una línea por un número distinto de cero y sumarla a otra.
3) Multiplicar o dividir una línea por un escalar no nulo.
Para recordar:
Sea 𝐴 = [𝑎𝑖𝑗]𝑚𝑥𝑛 , las operaciones elementales que pueden realizarse sobre ella son:
Equivalencia de matrices
Sean 𝐴 𝜖 𝐾𝑚𝑥𝑛 y 𝐵 𝜖 𝐾𝑚𝑥𝑛. Se dice que 𝐴 es equivalente a 𝐵, sí y sólo si 𝐵 se obtiene efectuando un número finito de operaciones elementales sobre A.
𝒇: 𝑿 → 𝑲/ 𝒇( 𝒊, 𝒋 ) = 𝒂𝒊𝒋 = 𝑴= [𝒂𝒊𝒋]𝒎𝒙𝒏
Matrices Rectangulares ( Si 𝒎 ≠ 𝒏 )
Matriz rectangular horizontal
Matriz rectangular vertical
Matrices Cuadradas (Si 𝒎 = 𝒏 ) Superior Inferior Escalar Identidad Triangular Diagonal Matriz simétrica Matriz antisimétrica Matrices especiales Matriz Nula Matriz opuesta Matriz traspuesta
OPERACIONES ENTRE MATRICES
Adición de matrices
Se llama suma de estas matrices a la matriz 𝑺 / 𝑺 𝝐 𝑲𝒎𝒙𝒏, cuyos elementos se obtienen sumando
los elementos correspondientes de las matrices A, B ... K.
En símbolos:
𝑆 = 𝑠𝑖𝑗 𝑚𝑥𝑛 = 𝒂𝒊𝒋 𝒎𝒙𝒏 + 𝒃𝒊𝒋 𝒎𝒙𝒏 + . . . . + 𝒌𝒊𝒋 𝒎𝒙𝒏 , 𝒅𝒐𝒏𝒅𝒆 𝒔𝒊𝒋 = 𝒂𝒊𝒋+ 𝒃𝒊𝒋+. . . +𝒌𝒊𝒋 Dadas las siguientes matrices, todas pertenecientes a 𝐾𝑚𝑥𝑛
𝑨 = [𝒂𝒊𝒋]𝒎𝒙𝒏 , 𝑩 = [𝒃𝒊𝒋]𝒎𝒙𝒏, .... , 𝑲 = [𝒌𝒊𝒋]𝒎𝒙𝒏
Por ejemplo: Si A= −3 2 1 3 0 6 ; B= 1 3 0 −1 −1 2 y C= −2 −3 4 5 3 5 pertenecen a 𝐾3𝑥2 Donde S= −4 2 5 7 2 13
∊
𝐾3𝑥2 𝐴 + 𝐵 + 𝐶 = −3 2 1 3 0 6 + 1 3 0 −1 −1 2 + −2 −3 4 5 3 5 = = −4 2 5 7 2 13 = 𝑆 S =Propiedades de la adición de matrices
Dadas las matrices 𝐴 = [𝑎𝑖𝑗]𝑚𝑥𝑛 , 𝐵 = [𝑏𝑖𝑗]𝑚𝑥𝑛 y 𝐶 = [𝑐𝑖𝑗]𝑚𝑥𝑛 se cumplen las siguientes propiedades:
1) Propiedad de cierre o clausura: 𝑠𝑖 𝐴 = [𝑎𝑖𝑗]𝑚𝑥𝑛 ∧ 𝐵 = [𝑏𝑖𝑗]𝑚𝑥𝑛⇒ 𝐴 + 𝐵 = 𝑆 ∧ 𝑆 𝜖 𝐾𝑚𝑥𝑛
2) Propiedad asociativa: (𝑨 + 𝑩) + 𝑪 = 𝑨 + (𝑩 + 𝑪)
3) Existencia elemento neutro:∃ 𝑵 = 𝟎 / 𝑨 + 𝟎 = 𝟎 + 𝑨 = 𝑨 ; ∀ 𝑨 𝝐 𝑲𝒎𝒙𝒏
4) Existencia del inverso aditivo:∀ 𝑨 𝝐 𝑲𝒎𝒙𝒏, ∃(−𝑨) 𝝐 𝑲𝒎𝒙𝒏/ (−𝑨) + 𝑨 = 𝑨 + (−𝑨) = 𝟎
Diferencia de Matrices
Sean
𝐴 = [𝑎𝑖𝑗]𝑚𝑥𝑛 y 𝐵 = [𝑏𝑖𝑗]𝑚𝑥𝑛se define la diferencia 𝐴 − 𝐵 como la matriz 𝐷 = [𝑑𝑖𝑗]𝑚𝑥𝑛 cuyas componentes se obtienen sumando a los elementos de la matriz 𝐴 los elementos correspondientes de la matriz opuesta de 𝐵.En símbolos:
)
𝐷 = 𝐴 − 𝐵 = 𝐴 + (−𝐵
; donde cada elemento de 𝐷 𝑒𝑠 𝑑𝑖𝑗 = 𝑎𝑖𝑗 +(−𝑏𝑖𝑗) Ejemplo: Sean 𝑄 = 3 1 1 3 y R = 2 3 −2 5 pertenecientes a 𝐾 2𝑥2 ; −R = −2 −3 2 −5 perteneciente a 𝐾 2𝑥2 𝑄 − 𝑅 = 𝑄 + −𝑅 = 3 1 1 3 − 2 3 −2 5 = 3 1 1 3 + −2 −3 2 −5 = 3 + (−2) 1 + (−3) 1 + 2 3 + (−5) = 1 −2 3 −2 Entonces 𝑄 − 𝑅 = 1 −2 3 −2Multiplicación de una matriz por un escalar
Sean la matriz 𝐴 = [𝑎𝑖𝑗]𝑚𝑥𝑛 y un escalar 𝜆 cualquiera perteneciente a un cuerpo 𝐾.
El producto del escalar 𝜆 𝜖 𝐾 por la matriz 𝐴 𝑑𝑒 𝑐𝑙𝑎𝑠𝑒 𝑚𝑥𝑛 es otra matriz 𝐵 𝑑𝑒 𝑐𝑙𝑎𝑠𝑒 𝑚𝑥𝑛 definida
del siguiente modo: 𝐵 = 𝜆 . 𝐴 = 𝜆 . [𝑎𝑖𝑗]𝑚𝑥𝑛 = [𝑏𝑖𝑗]𝑚𝑥𝑛 ; donde cada elemento 𝑏𝑖𝑗de 𝐵 se obtiene multiplicando por 𝜆 cada uno de los elementos 𝑎𝑖𝑗 de la matriz A.
En símbolos:
𝜆 . 𝐴 = 𝜆 . [𝑎
𝑖𝑗]
𝑚𝑥𝑛= [𝜆 . 𝑎
𝑖𝑗]
𝑚𝑥𝑛= [𝑏
𝑖𝑗]
𝑚𝑥𝑛= 𝐵 ;
𝑏
𝑖𝑗= 𝜆 . 𝑎
𝑖𝑗Ejemplo:
Ejercicio N°5 , c) de la guía de trabajos prácticos
= 3 9 −3 12 15 3/2 9 −12 −9 = 3. 𝐴 = 3. 1 3 −1 4 5 1/2 3 −4 −3 = 𝐵
Observación
En general, dados los conjuntos no vacíos 𝐴 y 𝐵. Se llama ley de composición externa a toda función ∗: 𝐴 𝑥 𝐵 → 𝐵 ó ∗: 𝐴 𝑥 𝐵 → 𝐴.
En símbolos:
∗ 𝑒𝑠 𝑙𝑒𝑦 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎 ⇔ ∗: 𝐴 𝑥 𝐵 → 𝐵 ∨ ∗: 𝐴 𝑥 𝐵 → 𝐴
Es decir, que una ley de composición externa es una función que le hace corresponder su imagen a cada par del producto cartesiano en uno de los dos conjuntos.
Mediante esta función la imagen del par (𝛼; 𝑎) 𝑠𝑒 𝑒𝑠𝑐𝑟𝑖𝑏𝑒 𝛼 ∗ 𝑎 , donde 𝛼 𝜖 𝐴, 𝑎 𝜖 𝐵 𝑦 𝛼 ∗ 𝑎 𝜖 𝐵 .
En particular, considerando los conjuntos 𝑹 y 𝑹𝒎𝒙𝒏 se define el producto de un escalar
𝝀 𝝐 𝑹 por una matriz 𝑨 𝝐 𝑹𝒎𝒙𝒏 como la función
.
: 𝑹 𝒙 𝑹𝒎𝒙𝒏 → 𝑹𝒎𝒙𝒏 tal que la imagen delPropiedades
Sean 𝐴 𝜖 𝐾𝑚𝑥𝑛 y 𝐵 𝜖 𝐾𝑚𝑥𝑛, 𝜆 𝜖 𝑅 y 𝜇 𝜖 𝑅
1) Ley de composición externa: 𝒔𝒊 𝝀 𝝐 𝑹 ∧ 𝑨 𝝐 𝑲𝒎𝒙𝒏 ⇒ 𝝀 . 𝑨 𝝐 𝐾𝑚𝑥𝑛. 2) Propiedad asociativa del producto de escalares por una matriz:
(𝝀 . 𝝁) . 𝑨 = 𝝀 . (𝝁 . 𝑨) ; ∀ 𝝀 , 𝝁 𝝐 𝑹 ; ∀ 𝑨 𝝐 𝐾𝑚𝑥𝑛
3) Propiedad distributiva del producto de un escalar respecto de la suma de matrices:
𝝀 . (𝑨 + 𝑩) = 𝝀 . 𝑨 + 𝝀 . 𝑩 ; ∀ 𝝀 𝝐 𝑹; ∀ 𝑨, 𝑩 𝝐 𝑲𝒎𝒙𝒏
4) Propiedad distributiva del producto de una matriz respecto de la suma de escalares:
(𝝀 + 𝝁) . 𝑨 = 𝝀 . 𝑨 + 𝝁 . 𝑨 ; ∀ 𝝀 , 𝝁 𝝐 𝑹 ; ∀ 𝑨 𝝐 𝐾𝑚𝑥𝑛
5) Existencia del elemento neutro del producto de un escalar por una matriz:
Casos especiales
• 𝑺𝒊 𝝀 = 0 ⇒ 𝝀 . 𝑨 = 0 . 𝑨 = 𝑁 ; ∀ 𝑨 𝝐 𝐾
𝑚𝑥𝑛; 𝑁 𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑧 𝑛𝑢𝑙𝑎
• 𝑺𝒊 𝝀 = 1 ⇒ 𝝀 . 𝑨 = 1 . 𝑨 = 𝐴 ; ∀ 𝑨 𝝐 𝐾𝑚𝑥𝑛 • 𝑺𝒊 𝝀 = −1 ⇒ 𝝀 . 𝑨 = −1 . 𝑨 = −𝐴 ; ∀ 𝑨 𝝐 𝐾𝑚𝑥𝑛 • 𝑺𝒊 𝑨 = 𝑵 ⇒ 𝝀 . 𝑨 = 𝝀 . 𝑵 = 𝑵 ; ∀ 𝝀 𝝐 𝑹 ; 𝑵 𝝐 𝐾𝑚𝑥𝑛 • 𝑺𝒊 𝑨 = 𝑰 ⇒ 𝝀 . 𝑨 = 𝝀 . 𝑰 = 𝑩 ; 𝑩 𝒎𝒂𝒕𝒓𝒊𝒛 𝒆𝒔𝒄𝒂𝒍𝒂𝒓 ∀ 𝝀 ≠ 1 ∧ 𝝀 ≠ 0 𝒆𝒏 𝑹 Si 𝐴 = 2 5 10 4 y 𝝀 = 0 ⇒ 𝝀 . 𝐴 = 0 . 2 5 10 4 = 0.2 0.5 0.10 0.4 = 0 0 0 0 =N Si 𝐴 = 2 5 10 4 y 𝝀 = 1 ⇒ 𝝀 . 𝐴 = 1. 2 5 10 4 = 1.2 1.5 1.10 1.4 = 2 5 10 4 = 𝐴 Si 𝐴 = 2 5 10 4 y 𝝀 = −1 ⇒ 𝝀 . 𝐴 = (−1). 2 5 10 4 = (−1). 2 (−1). 5 (−1). 10 (−1). 4 = −2 −5 −10 −4 = −𝐴 Si 𝐴 = 𝑵 = 0 0 0 0 ⇒ 𝝀 . 𝐴 = 𝝀 . 0 0 0 0 = 𝝀 . 0 𝝀 .0 𝝀 .0 𝝀 .0 = 0 0 0 0 = 𝑵 Si 𝐴 = 𝑰 = 1 0 0 1 y 𝝀 = 7 ⇒ 𝝀 . 𝐴 = 7 . 1 0 0 1 = 7 . 1 7 . 0 7 .0 7 . 1 = 7 0 0 7 = 𝐵Multiplicación de matrices
Sean las matrices 𝐴 𝜖 𝐾𝑚𝑥𝑝 y 𝐵 𝜖 𝐾𝑝𝑥𝑛.
Llamamos producto de las matrices 𝑨 y 𝑩, en ese orden, a la matriz 𝑪 cuyo elemento genérico 𝒄𝒊𝒋 es la suma de los productos de los elementos de la fila 𝒊 de 𝑨, por los correspondientes elementos de la columna𝒋 de 𝑩.
En símbolos:
𝐴 . 𝐵 = 𝐶 donde 𝑐
𝑖𝑗= 𝑎
𝑖1. 𝑏
1𝑗+ 𝑎
𝑖2. 𝑏
2𝑗+. . . +𝑎
𝑖𝑝. 𝑏
𝑝𝑗 Es decir:De acuerdo con la definición, para que dos matrices se puedan multiplicar, el número de columnas de la primera debe ser igual al número de filas de la segunda.
Por ejemplo:
Sean A= 𝑎𝑎11 𝑎12 𝑎13
21 𝑎22 𝑎23 𝑦 B= de clase 2x3 y 3x2 respectivamente
Para realizar el producto 𝑨 . 𝑩 se disponen las matrices de la siguiente forma y se realiza el producto
𝑎11 𝑎12 𝑎13
𝑎21 𝑎22 𝑎23 𝑎𝑎11. 𝑏11 + 𝑎12. 𝑏21+𝑎13. 𝑏31 𝑎11. 𝑏12 + 𝑎12. 𝑏22 + 𝑎13. 𝑏32
21. 𝑏11 + 𝑎22. 𝑏21 + 𝑎23. 𝑏31 𝑎21. 𝑏12 + 𝑎22. 𝑏22 + 𝑎23. 𝑏32
Es decir, colocando:
La matriz 𝑨 en el tercer cuadrante. La matriz 𝑩 en el primer cuadrante.
𝐵 =
1 2 3 4
1 0 1 −2
0 −1 −1 1
entonces A.B es: 𝑆𝑖 𝐴 = 1 0 −1 1 2 −2 y Por ejemplo 1 0 −1 1 2 −2 1 2 3 4 1 0 1 −2 0 −1 −1 1 1.1 + 0.1 + −1 . 0 1.2 + 0.0 + (−1)(−1) 1.3 + 0.1 + (−1)(−1) 1.4 + 0. −2 + −1 . 1 1.1 + 2.1 + −2 . 0 1.2 + 2.0 + (−2)(−1) 1.3 + 2.1 + (−2)(−1) 1.4 + 2. −2 + −2 1 = = 1 3 4 3 3 4 7 −2 Por lo tanto 1 2 3 4 1 0 1 −2 0 −1 −1 1 = 𝐴. 𝐵 = 1 0 −1 1 2 −2 . 1 3 4 3 3 4 7 −2
Propiedades
1) No conmutativa: 𝑨 . 𝑩 ≠ 𝑩 . 𝑨
Ejemplo:
Distributiva a izquierda respecto a la adición
𝑨. 𝑩 + 𝑪 = 𝑨 . 𝑩 + 𝑨 . 𝑪 ; 𝑐𝑖𝑗= σ𝑘=1𝑝 𝑎𝑖𝑘. (𝑏𝑘𝑗 + 𝑒𝑘𝑗) = σ𝑘=1𝑝 𝑎𝑖𝑘. 𝑏𝑘𝑗 + σ𝑘=1𝑝 𝑎𝑖𝑘. 𝑑𝑘𝑗 Por lo tanto 𝑨 . 𝑩 ≠ 𝑩 . 𝑨
Ejemplo:
3) Distributiva a derecha respecto a la adición:( 𝑩 + 𝑪 ) . 𝑨 = 𝑩 . 𝑨 + 𝑪 . 𝑨
4) Asociativa:(𝑨 . 𝑩) . 𝑪 = 𝑨 . ( 𝑩 . 𝑪 ) Ejemplo:
Si
5) 𝑺𝒊 𝑨 . 𝑩 = 𝟎 𝒏𝒐 𝒊𝒎𝒑𝒍𝒊𝒄𝒂 𝒒𝒖𝒆 𝑨 = 𝟎 ó 𝑩 = 𝟎 Ejemplo:
Donde el producto de dos matrices distintas de la matriz nula tienen por resultado la matriz nula.
6) 𝑨 . 𝑩 = 𝑨. 𝑪 𝒏𝒐 𝒊𝒎𝒑𝒍𝒊𝒄𝒂 𝒒𝒖𝒆 𝑩 = 𝑪 Sean A = 1 1 1 1 , B = 1 2 3 4 y C = 3 4 1 2 Ejemplo 𝐴 . 𝐵 = 1 1 1 1 . 1 2 3 4 = 4 6 4 6 𝐴 . 𝐶 = 1 1 1 1 . 3 4 1 2 = 4 6 4 6
8) (𝑨 . 𝑩)𝒕= 𝑩𝒕 . 𝑨𝒕 Sean 𝐴 = 1 2 3 4 5 6 y 𝐵 = 1 1 0 0 1 −1 1 2 1 𝐴 . 𝐵 = 1 2 3 4 5 6 . 1 1 0 0 1 −1 1 2 1 = 4 9 1 10 21 1 (𝑨 . 𝑩) 𝒕= 49 1021 1 1 y
Por otro lado;
𝑩𝒕 . 𝑨𝒕 = 1 0 1 1 1 2 0 −1 1 . 1 4 2 5 3 6 = 4 10 9 21 1 1 Con lo que se verifica (𝑨 . 𝑩)𝒕= 𝑩𝒕 . 𝑨𝒕
𝑨𝒕 = 1 4 2 5 3 6 y 𝑩𝒕 = 1 0 1 1 1 2 0 −1 1 7) 𝑨. 𝑩= ഥ𝑨 . ഥ𝑩
Casos especiales
• El producto de un vector fila por un vector columna, es un número.
• El producto de una matriz por un vector columna, es un vector columna.
• El producto de un vector fila por una matriz, es un vector fila.
• El producto de un vector columna por un vector fila, es una matriz. 𝑠𝑖 𝐴 = 1 2 𝑦 𝐵 = 3 4
⇒
𝐴. 𝐵 = 1 2 . 34 = 1.3 + 2.4 = 3 + 8 = 11 𝑠𝑖 𝐴 = 1 2 3 4 y B = 5 6 𝐴. 𝐵 = 1 23 4 . 56 = 1.5 + 2.6 3.5 + 4.6 = 5 + 1215 + 24 = 17 39⇒
𝑠𝑖 𝐴 = 1 2 𝑦 𝐶 = 1 2 3 1 𝐴. 𝐵 = 1 2 . 1 23 1 = 1.1 + 2.3 1.2 + 2.1 = 7 4 𝑠𝑖 𝐴 = 1 2 𝑦 𝐵 = 3 4 𝐵. 𝐴 = 3 4 . 1 2 = 3.1 3.2 4.1 4.2 = 3 6 4 8⇒
⇒
Dadas las matrices 𝐴 , 𝐵 𝑦 𝐶 y el número real 𝜆 = 4. Indicar cuáles de las siguientes operaciones se pueden realizar, si es posible resuelva y en caso contrario fundamente su respuesta.
a) 𝐴 + 𝐶 b) 𝐵 + 𝐴 c) 𝐴 . 𝐵 d)𝐵 . 𝐶 e)4 . 𝐴 – 4 . 𝐶 Resolución
a) No es posible porque el orden de la matriz 𝐴 es distinto al orden de la matriz 𝐶 b)Es posible porque las matrices 𝐵 𝑦 𝐴 son del mismo orden
c) A .B es posible porque el número de columnas de 𝐴 es igual al número de filas de 𝐵.
d) No se puede realizar porque el número de columnas de la matriz 𝐵 no es igual al número de filas de 𝐶.
e) Los productos 4 . 𝐴 y 4. 𝐶 se pueden realizar pero no es posible realizar la diferencia por ser las matrices de órdenes distintos. Por lo tanto 4. 𝐴 – 4. 𝐶 no es posible de realizar.
Ejercicio N°23 de la Guía de trabajos prácticos.
Una empresa que extrae petróleo debe transportar el crudo a cuatro refinerías ubicadas en diferentes puntos del país.
La cantidad de crudo en metros cúbicos que debe transportar son 1000 a la primera refinería,
1550 a la segunda, 4580 a la tercera y 2350 a la cuarta. Los costos del transporte por metro
cúbico a cada una de las refinerías son, en pesos, 140 para la primera refinería, 230 para la segunda, 110 para la tercera y 230 para la cuarta.
¿Qué operación se debe realizar para obtener el costo total de transporte de la empresa? ¿Cuál es dicho costo?
Resolución
Podemos obtener las matrices:
Para obtener el costo total de transporte se debe realizar una multiplicación de matrices, pero como tenemos las matrices, no se puede realizar el producto porque el número de columnas de la matriz 𝑷 no es igual al número de filas de la matriz 𝑪𝒑. Por lo tanto vamos a multiplicar por la traspuesta de 𝑪𝒑 ,es decir, por 𝑪𝒕𝒑, cuyo orden es 4 x 1.
P= 1000 1550 4580 2350 Matriz de las cantidades en 𝑚3; de orden 1x4 𝐶𝑝= 140 230 110 230 Matriz de los precios por 𝑚3; de orden 1x4
De esta forma se puede realizar el producto 𝑷 . 𝑪𝒕𝒑y obtener la matriz 𝑪𝑻 de orden 1 x 1 o el
número que representa el costo total de transporte.
Entonces la traspuesta de 𝐶𝑝 es:
Y el producto 𝑷 . 𝑪𝒕𝒑 = 𝑪𝑻 es:
Entonces 𝐶𝑇 =1540800.
Por lo tanto el costo total de transporte es de $ 1540800 Observación
Al mismo resultado se llega considerado directamente a la matriz de los precios por metro cubico como un vector columna.