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ALG: Ejercicios de repaso

Posted on 17 de diciembre de 2025

Ejercicio: Sea la matriz \(A=\begin{bmatrix}4 & 2 & 0 & 0\\ 3 & 3 & 0 & 0\\ 0 & 0 & 2 & 5\\ 0 & 0 & 0 & 2\end{bmatrix}\) y v el autovector unitario asociado a su mayor autovalor. ¿Cuál es la distancia de v a [1,3,6,9]?


Ejercicio: Sea la matriz \(A=\begin{bmatrix}4 & 1 & 0 & 1\\ 2 & 3 & 0 & 1\\ -2 & 1 & 2 & -3\\ 2 & -1 & 0 & 5\end{bmatrix}.\) Cuál de los siguientes vectores pertenece al ortogonal del subespacio propio del autovalor \(\lambda\), tal que \(m_a(\lambda)=2\):

A.)[2,1,0,1] B.)[3,0,2,1] C.)[-1,1,2,0]


Ejercicio: Sea la matriz \[A=\begin{bmatrix}4 & 1 & 0 & 1\\ 2 & 3 & 0 & 1\\ -2 & 1 & 2 & -3\\
2 & -1 & 0 & 5\end{bmatrix}.\] Cuál es la norma de la proyección de [1,3,6,9] sobre el ortogonal del subespacio propio del menor autovalor \(\lambda\), tal que \(m_a(\lambda)=1\).


Ejercicio: Dada la matriz \[A=\begin{bmatrix}4 & 1 & 0 & 1\\ 2 & 3 & 0 & 1\\ -2 & 1 & 2 & -3\\
2 & -1 & 0 & 5\end{bmatrix},\] ¿cuál es la norma de su polinomio característico?.

(%i2) A:matrix([4,1,0,1],[2,3,0,1],[−2,1,2,−3],[2,−1,0,5]);
p:rat(determinant(A−x·ident(4)));

\[\begin{bmatrix}4 & 1 & 0 & 1\\2 & 3 & 0 & 1\\-2 & 1 & 2 & -3\\2 & -1 & 0 & 5\end{bmatrix}\]

\[{{x}^{4}}-14 {{x}^{3}}+68 {{x}^{2}}-136 x+96\]

Una vez obtenido el polinomio característico, determinamos su norma. Recordemos que el polinomio característico pertenece al espacio vectorial \(\mathbb{R}_4[x]\), y en él definimos el producto escalar habitual como \[\int_0^1p(x)q(x)\ dx\] para \(p(x),q(x)\in\mathbb{R}_4[x]\). Por tanto, la norma que buscamos será:

(%i4) fpprintprec:4$
float(sqrt(integrate(p^2,x,0,1)));

\[52.79\]


Ejercicio: Sea el subespacio vectorial de \(S\subset\mathbb{R}^5\) generado por los vectores \(\vec{u}\)(-11,-3,3,5,-1), \(\vec{v}\)(7,2,-2,-3,1) y \(\vec{w}\)(-9,-2,2,5,1) y \(\vec{x}\)(0,-1,1,-2,0). ¿Cuál es la \(\textbf{dim}(S^\perp)\)?


Ejercicio: Sea \(S=\{[[3a+2b,-2a-b],[b,a]]\in \mathcal{M}_2(\mathbb{R})\}\). ¿Cuál es la \(\|\textbf{proy}_S([[-1,0],[2,1]])\|\)?


Ejemplo: Sea \(\pi:\{(x,y,z,t)\in\mathbb{R}^4;\ 2x+3y-z=0,\ y+2z-t=0\}\). Determinar la norma de la proyección de [0,2,1,-1] sobre \(S^\bot\).


Ejemplo: Sea \(S=\{[[3a+2b,-2a-b+c],[b+2c,a-c]]\in \mathcal{M}_2(\mathbb{R})\}\), \(A\) y \(B\) las proyecciones sobre \(S\) y su ortogonal, respectivamente, de la matriz [[-1,0],[2,1]], ¿cuál es el valor \(\|AB\|\)?


Ejercicio: Sea \[A=\begin{bmatrix}-1 & 4 & 3\\ 1 & -2 & 0\\ 1 & -2 & 2\\ 1 & 0 & 1\end{bmatrix}.\] Si \(v:[-1,2,3]\), \(u:[-1,2,3,4]\) y \(L\) es la pseudoinversa de A, ¿cuánto es \(v.L.u^t\)?

(%i1) A:matrix([−1,4,3],[1,−2,0],[1,−2,2],[1,0,1]);

\[\operatorname{ }\begin{bmatrix}-1 & 4 & 3\\1 & -2 & 0\\1 & -2 & 2\\1 & 0 & 1\end{bmatrix}\]

(%i2) if (rank(A)=3) then (
       print(«tiene pseudoinversa por la izquierda»),
       L:invert(transpose(A).A).transpose(A),
       print(L)
)else(print(«no tiene pseudoinversa por la izquierda»))$

\[\]\[\mbox{tiene pseudoinversa por la izquierda}\]\[\begin{bmatrix}-\frac{1}{12} & \frac{1}{4} & -\frac{5}{12} & \frac{13}{12}\\\frac{1}{12} & 0 & -\frac{1}{3} & \frac{5}{12}\\\frac{1}{6} & 0 & \frac{1}{3} & -\frac{1}{6}\end{bmatrix}» «\]

(%i5) v:[−1,2,3]$
u:[−1,2,3,4]$
v.L.transpose(u);

\[-2\]


Ejercicio: Sea \[A=\begin{bmatrix}1 & 1\\
1 & 0\end{bmatrix}=QR\] la factorización QR de la matriz \(A\) y \(u:[2,1]\), ¿cuánto es \(u.Q.u^t\)?

Para resolver el ejercicio vamos a utilizar el Método de Gram-Schmidt:

Sean \(\mathbf{a}_1\) y \(\mathbf{a}_2\) las columnas de \(A\):
\[ \mathbf{a}_1 = \begin{bmatrix} 1 \\ 1 \end{bmatrix}, \quad \mathbf{a}_2 = \begin{bmatrix} 1 \\ 0 \end{bmatrix} \]

Paso 1: Aplicar el proceso de Gram-Schmidt para obtener las columnas ortogonales \(\mathbf{v}_1\) y \(\mathbf{v}_2\).

1. Vector \(\mathbf{v}_1\):
\[ \mathbf{v}_1 = \mathbf{a}_1 = \begin{bmatrix} 1 \\ 1 \end{bmatrix} \]

2. Vector \(\mathbf{v}_2\):
\[ \mathbf{v}_2 = \mathbf{a}_2 – \text{proy}_{\mathbf{v}_1} \mathbf{a}_2 = \mathbf{a}_2 – \frac{\mathbf{a}_2 \cdot \mathbf{v}_1}{\|\mathbf{v}_1\|^2} \mathbf{v}_1 \]
Calculamos los términos:

  • \(\mathbf{a}_2 \cdot \mathbf{v}_1 = (1)(1) + (0)(1) = 1\)
  • \(\|\mathbf{v}_1\|^2 = 1^2 + 1^2 = 2\)

Sustituimos:
\[ \mathbf{v}_2 = \begin{bmatrix} 1 \\ 0 \end{bmatrix} – \frac{1}{2} \begin{bmatrix} 1 \\ 1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1 – 1/2 \\ 0 – 1/2 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1/2 \\ -1/2 \end{bmatrix} \]

Paso 2: Normalizar los vectores \(\mathbf{v}_1\) y \(\mathbf{v}_2\) para formar la matriz \(Q\).

1. Vector \(\mathbf{q}_1\):
\[ \|\mathbf{v}_1\| = \sqrt{2} \]
\[ \mathbf{q}_1 = \frac{\mathbf{v}_1}{\|\mathbf{v}_1\|} = \frac{1}{\sqrt{2}} \begin{bmatrix} 1 \\ 1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1/\sqrt{2} \\ 1/\sqrt{2} \end{bmatrix} \]

2. Vector \(\mathbf{q}_2\):
\[ \|\mathbf{v}_2\| = \sqrt{(1/2)^2 + (-1/2)^2} = \sqrt{1/4 + 1/4} = \sqrt{1/2} = \frac{1}{\sqrt{2}} \]
\[ \mathbf{q}_2 = \frac{\mathbf{v}_2}{\|\mathbf{v}_2\|} = \sqrt{2} \begin{bmatrix} 1/2 \\ -1/2 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} \sqrt{2}/2 \\ -\sqrt{2}/2 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1/\sqrt{2} \\ -1/\sqrt{2} \end{bmatrix} \]

La matriz ortogonal \(Q\) es:
\[ Q = \begin{bmatrix} \mathbf{q}_1 & \mathbf{q}_2 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1/\sqrt{2} & 1/\sqrt{2} \\ 1/\sqrt{2} & -1/\sqrt{2} \end{bmatrix} \]

Paso 3: Calcular la matriz triangular superior \(R\).

La matriz \(R\) se calcula como \(R = Q^T A\):
\[ R = Q^T A = \begin{bmatrix} 1/\sqrt{2} & 1/\sqrt{2} \\ 1/\sqrt{2} & -1/\sqrt{2} \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 1 & 1 \\ 1 & 0 \end{bmatrix} \]

Los elementos de \(R\) son:

  • \(r_{11} = \mathbf{q}_1 \cdot \mathbf{a}_1 = 1/\sqrt{2} + 1/\sqrt{2} = 2/\sqrt{2} = \sqrt{2}\)
  • \(r_{12} = \mathbf{q}_1 \cdot \mathbf{a}_2 = 1/\sqrt{2} + 0 = 1/\sqrt{2}\)
  • \(r_{21} = \mathbf{q}_2 \cdot \mathbf{a}_1 = 1/\sqrt{2} – 1/\sqrt{2} = 0\)
  • \(r_{22} = \mathbf{q}_2 \cdot \mathbf{a}_2 = 1/\sqrt{2} – 0 = 1/\sqrt{2}\)

La matriz triangular superior \(R\) es:
\[ R = \begin{bmatrix} \sqrt{2} & 1/\sqrt{2} \\ 0 & 1/\sqrt{2} \end{bmatrix} \]

Para terminar
\[[2,1]\begin{bmatrix} 1/\sqrt{2} & 1/\sqrt{2} \\ 1/\sqrt{2} & -1/\sqrt{2} \end{bmatrix}.[2,1]^t=\frac{7}{\sqrt{2}}\approx 4.9497\]


 

Ejercicio: Sea la matriz \(A=\begin{bmatrix}-4 & 0\\-4 & -7\end{bmatrix}\), ¿cuál es el valor de \(\log(\|A^9\|)\)

  • 18.01
  • 22.54
  • 31.48


C.)

(%i2) A:matrix([−4,0],[−4,−7]);
factor(determinant(A−x·ident(2)));

\[\begin{bmatrix}-4 & 0\\-4 & -7\end{bmatrix}\]

\[\left( x+4\right) \, \left( x+7\right) \]

(%i11) X:matrix([x],[y])$  
eq:(A−(−7)·ident(2)).X$
s:linsolve([eq[1,1],eq[2,1]],[x,y])$
v:[ev([x,y],[ev(s,[%rnum_list[1]=1])])]$
eq:(A−(−4)·ident(2)).X$
s:linsolve([eq[1,1],eq[2,1]],[x,y])$
v:append(v,[ev([x,y],[ev(s,[%rnum_list[1]=1])])])$
D:transpose(matrix([−7,0],[0,−4]));
P:transpose(matrix(v[1],v[2]));

\[\]\[solve: dependent equations eliminated: (2)\]\[solve: dependent equations eliminated: (1)\]

\[\begin{bmatrix}-7 & 0\\0 & -4\end{bmatrix}\]

\[\begin{bmatrix}0 & -\frac{3}{4}\\1 & 1\end{bmatrix}\]

Calcular la potencia 9 será

(%i12) A9:P.(D^^9).invert(P);

\[\begin{bmatrix}-262144 & 0\\-53455284 & -40353607\end{bmatrix}\]

Ahora la norma y su logaritmo

(%i15) fpprintprec:4$
sqrt(mat_trace(transpose(A9).A9)),numer;
log(%);

\[6.697\cdot {{10}^{7}}\]

\[18.01\]

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