Autor Tema: Teorema de Rouché-Frobenius y su corolario

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25 Noviembre, 2024, 08:52 pm
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Alexi

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Hola a todos, estoy estudiando ´algebra lineal y me surgieron dudas sobre el Teorema de Rouché-Frobenius y su corolario. Entiendo que este teorema establece las condiciones para la existencia de soluciones en un sistema linealde ecuaciones. En particular, si se tiene un sistema \( Ax = b \), con \( A\in \Bbb R_{m\times n} \), el teorema afirma que:

El sistema tiene solución si y solo si \( rg(A) = rg([A|b]) \), donde \( rg(A) \) es el rango de la matriz de coeficientes y \( rg([A|b]) \) es el rangode la matriz ampliada.

Por otro lado, el corolario indica que si \( rg(A) = r, \) entonces:
1. Si \( r = n \), el sistema tiene una única solución.
2. Si \( r < n \), el sistema tiene infinitas soluciones (con \( n−r \) grados de libertad).
Mi pregunta es:
• ¿Cómo se realiza una demostración clara y didáctica de este teorema y su corolario?
• ¿Hay algún ejemplo práctico que pueda ayudar a comprender mejor su aplicación?

Agradezco cualquier explicación o referencia que puedan compartir.

¡Gracias de antemano!

Bienvenido al foro.

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25 Noviembre, 2024, 09:02 pm
Respuesta #1

ani_pascual

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Hola:
Necesito ayuda con el siguiente archivo adjunto
Bienvenido al foro; es conveniente echar un vistazo a las reglas del foro y tener en cuenta lo que se dice acerca del uso del \( LaTeX \)
Echaremos una mirada a tu pregunta adjunta  ;D
Saludos

25 Noviembre, 2024, 09:47 pm
Respuesta #2

ani_pascual

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Hola:

Hola a todos, estoy estudiando ´algebra lineal y me surgieron dudas sobre el Teorema de Rouché-Frobenius y su corolario. Entiendo que este teorema establece las condiciones para la existencia de soluciones en un sistema linealde ecuaciones. En particular, si se tiene un sistema \( Ax = b \), con \( A\in \Bbb R_{m\times n} \), el teorema afirma que:

El sistema tiene solución si y solo si \( rg(A) = rg([A|b]) \), donde \( rg(A) \) es el rango de la matriz de coeficientes y \( rg([A|b]) \) es el rangode la matriz ampliada.
...
Respecto al teorema...  ;)
Sea \( AX=B \) un sistema de \( m \) ecuaciones lineales con \( n \) incógnitas. Veamos que el sistema es compatible (tiene solución) si y solo si \( rg(A)=rg(A|B) \).
\( ``\Longrightarrow "\\ \)
Si tiene solución , existe un vector \( v=(v_1,\ldots,v_n)^t \) tal que
\( Av=B\Longrightarrow \left(\begin{array}{ccc}a_{11}&\cdots &a_{1n}\\\vdots & \ddots & \vdots\\a_{m1}&\cdots &a_{mn}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}v_1\\\vdots \\v_n\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}b_1\\\vdots\\b_m\end{array}\right)\Longleftrightarrow v_1\left(\begin{array}{c}a_{11}\\\vdots\\a_{m1}\end{array}\right)+\cdots +v_n\left(\begin{array}{c}a_{1n}\\\vdots\\a_{mn}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}b_1\\\vdots \\b_m\end{array}\right) \). Así el vector \( B \) pertenece al espacio vectorial generado por los vectores columna de \( A \), con lo que \( rg(A)=rg(A|B) \).
El recíproco es análogo:
\( ``\Longleftarrow " \)
Si es \( rg(A)=rg(A|B) \), el vector \( B \) pertenece al espacio vectorial generado por los vectores columna de \( A \), con lo que existen escalares \( \lambda_1,\ldots,\lambda_n \) tales que
\( \lambda_1\left(\begin{array}{c}a_{11}\\\vdots\\a_{m1}\end{array}\right)+\cdots +\lambda_n\left(\begin{array}{c}a_{1n}\\\vdots\\a_{mn}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}b_1\\\vdots \\b_m\end{array}\right) \) de donde el sistema es compatible, ya que  \( (\lambda_1,\ldots,\lambda_n)^t \) es una solución del sistema.
Saludos

26 Noviembre, 2024, 09:13 am
Respuesta #3

Luis Fuentes

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Hola

 Para la segunda parte ten en cuenta que \( rango(A)=rango(A|b)=r \), existen \( r \) ecuaciones que son independiente y todas las demás son combinación lineal de ellas y por tanto pueden eliminarse obteniendo un sistema con las mismas soluciones. Sean \( A'x=b' \) ese sistema con las ecuaciones dependientes eliminadas.

 Ahora si el \( rango(A)=rango(A')=r \) existen \( r \) columnas de \( A \) independientes, o lo que es lo mismo un menor \( r\times r \) de determinante no nulo. Si en las ecuaciones pasamos los términos de las  columnas que NO pertenecen a ese menor, y que dependen de \( n-r \) variables al lado derecho tenemos un nuevos sistema:

\( A''x=b-c \)

(donde \( c \) depende de \( n-r \) variables), con \( det(A'')\neq 0 \). Por tanto \( A'' \) es inversible y

\( x=A''^{-1}(b-c) \).

Saludos.