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Capitolo 4Sistemi lineari
Esercizi svolti
Tutorato di geometria e algebra lineare
Marco Robutti
5 Ottobre 2017
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IntroduzioneGli esercizi di questo capitolo riguardano i seguenti argomenti:
• Dato un sistema lineare, riscriverlo in forma matriciale (vedi esercizio ).
• Dato un sistema lineare, determinare se il sistema è risolubile e, se larisposta è affermativa, determinare l’insieme delle soluzioni (vedi esercizi, , e ).
• Dati due vettori, determinare le equazioni cartesiane del sottospazio ge-nerato dalla loro combinazione lineare (vedi esercizio ).
• Esercizio di riepilogo in cui è presente un sistema lineare dipendente daun parametro reale k (vedi esercizio ).
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Esercizio 1Dato il sistema lineare:
3x+ y + 2z = 03y + z = 3x+ 2y + z − 3t = 1
2
riscriverlo in forma matriciale.
SoluzionePer riscrivere il sistema in forma matriciale, basta ricordarsi che in tale formaappare come:
AX = B
dove A è la matrice le cui colonne non sono nient’altro che costituite dai coeffi-cienti che stanno davanti alle incognite, mentre B è il vettore dei termini noti,cioè le cui entrate sono rappresentate dai termini che stanno dopo il segnouguale. Quindi possiamo scrivere in questo caso:
3 1 2 00 3 1 01 2 1 −3
xyzt
=
03
1/2
Come si può notare, la matrice A ha un numero di righe pari al numero diequazioni che costituiscono il sistema e un numero di colonne pari al numero diincognite del sistema.
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Esercizio 2Dato il sistema:
3x− 3y − z = 32x+ z = 0x+ y + z = −1
determinare se il sistema è risolubile e, se la risposta è positiva, determinarnel’insieme delle soluzioni.
SoluzioneInnanzitutto riscriviamo il sistema in forma matriciale:
AX = B
3 −3 −12 0 11 1 1
xyz
=
30−1
Per determinare se il sistema è risolubile, dobbiamo affidarci al teorema diRouché-Capelli; pertanto dobbiamo determinare qual è la matrice completa delsistema:
A =
3 −3 −1 32 0 1 01 1 1 −1
e quindi verificare che rg (A) = rg
(A). Per fare ciò, dobbiamo utilizzare la
regola degli orlati di Kronecker. In questo caso, siccome la matrice A è unamatrice quadrata, conviene determinare prima il rango della matrice A piuttostoche della matrice A. Se invece fosse stata A ad essere quadrata, allora conveniva
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calcolare prima il suo rango. In ogni caso, applicando Kronecker otteniamo:
|∆1| =∣∣∣∣2 01 1
∣∣∣∣ = 2 6= 0 =⇒ rg (A) ≥ 2
=
∣∣∣∣∣∣3 −3 −12 0 11 1 1
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣∣∣5 −3 −10 0 1−1 1 1
∣∣∣∣∣∣= −1
∣∣∣∣ 5 −3−1 1
∣∣∣∣= − (5− 3)
= −2 6= 0
Possiamo concludere che rg (A) = 3 .Per calcolare il rango di A, non è necessario utilizzare il metodo di Kronecker,in quanto il vettore dei termini noti è sicuramente linearmente dipendente allecolonne della matrice A. Queste ultime infatti sono tre vettori linearmente indi-pendenti in R3, ovvero sono una base per R3: ne consegue quindi che qualsiasivettore appartenente a R3 può essere scritto come combinazione lineare dei vet-tori di tale base.Possiamo pertanto conlcudere che:
rg(A)
= rg (A) = 3,
e che pertanto, per il teorema di Rouché-Capelli, il sistema ammette soluzioni.Per trovare l’insieme delle soluzioni del sistema, notiamo subito che rg
(A)
=rg (A) = 3 = n, cioè il rango delle matrici A e A è pari al numero delle in-cognite del sistema. Come sappiamo (o dovremmo sapere) dalla teoria, in casicome questo si ha che la soluzione del sistema è univoca, e può essere utilizzatasfruttando il metodo di Cramer (sebbene in questo caso sarebbe più comodorisolverlo usando il metodo classico...). Se indichiamo con:
X0 =
x0y0z0
,
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la soluzione univoca del sistema, allora per il metodo di Cramer abbiamo che:
x0 = |∆1||A|
y0 = |∆2||A|
z0 = |∆3||A|
|∆1| =
∣∣∣∣∣∣3 −3 −10 0 1−1 1 1
∣∣∣∣∣∣= −
∣∣∣∣ 3 −3−1 1
∣∣∣∣= − (3− 3)
= 0
|∆2| =
∣∣∣∣∣∣3 3 −12 0 11 −1 1
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣∣∣5 3 −10 0 1−1 −1 1
∣∣∣∣∣∣= −
∣∣∣∣ 5 3−1 −1
∣∣∣∣= − (−5 + 3)
= 2
6
|∆3| =
∣∣∣∣∣∣3 −3 32 0 01 1 −1
∣∣∣∣∣∣= 0
|A| =
∣∣∣∣∣∣3 −3 −12 0 11 1 1
∣∣∣∣∣∣= −2
Quindi:
x0 = 0
y0 = 2−2 = −1
z0 = 0
e la soluzione del sistema è:
X0 =
0−10
Come accennato in precedenza, in questo caso conveniva risolvere il sistema conil metodo classico, imparato alle scuole superiori; noi lo abbiamo risolto con ilmetodo di Cramer per questioni di natura puramente didattica.
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Esercizio 3Dato il sistema:
x+ 2y + 3z + t = 0x+ z − t = 02x− y + z − 3t = 0
determinare se il sistema è risolubile e, se la risposta è positiva, determinarnel’insieme delle soluzioni.
SoluzioneInnanzitutto riscriviamo il sistema in forma matriciale:
AX = B
1 2 3 11 0 1 −12 −1 1 −3
xyzt
=
000
Per il primo teorema di struttura, la soluzione a questo sistema lineare, che èomogeneo, è data da:
ker (A) ={X ∈ R4 | AX = 03
},
dim (ker (A)) = dim(R4)− rg (A)
dim (ker (A)) = dim(R4)− rg (A)
In questo caso non è nemmeno necessario sfruttare il teorema di Rouché-Capelli,in quanto il sistema è omogeneo e quindi ammette sempre almeno una soluzione(che può anche essere la soluzione banale 04). Pertanto, abbiamo che:
|∆1| =∣∣∣∣1 02 −1
∣∣∣∣ = −1 6= 0 =⇒ rg (A) ≥ 2
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|∆11| =
∣∣∣∣∣∣1 2 31 0 12 −1 1
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣∣∣5 0 51 0 12 −1 1
∣∣∣∣∣∣= −1
∣∣∣∣5 51 1
∣∣∣∣= 0
|∆12| =
∣∣∣∣∣∣1 2 11 0 −12 −1 −3
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣∣∣5 0 −51 0 −12 −1 −3
∣∣∣∣∣∣= −1
∣∣∣∣5 −51 −1
∣∣∣∣= 0
Quindi rg (A) = 2, pertanto:
dim (ker (A)) = dim(R4)− rg (A)
= 4− 2 = 2
Le equazioni cartesiane di ker (A) non sono date nient’altro che dalle righe li-nearmente indipendenti del sistema (cioè della matrice completa A che in questocaso è uguale a A). Infatti, ricordando la formula:
dim (V ) = dim (Rn)− n° equazioni cartesiane di V ,
possiamo facilmente ricavare che:
n° equazioni cartesiane di V = dim (Rn)− dim (V )= 2− 2 = 2
Quindi, scegliendo come righe linearmente indipendenti quelle contenenti la
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sottomatrice ∆1, che sappiamo avere determinante non nullo, abbiamo che:{x+ z − t = 02x− y + z − 3t = 0
Possiamo anche ottenere una descrizione parametrica dell’insieme ker (A) a par-tire dalla sua descrizione in equazioni cartesiane. Basta infatti fare come vistonel capitolo 1, ovvero basta aggiungere dei parametri (due in questo caso):
x+ z − t = 02x− y + z − 3t = 0x = α
t = βα+ z − β = 02α− y + z − 3β = 0x = α
t = βz = −α+ β
y = 2α+ z − 3βx = α
t = βz = −α+ β
y = 2α− α+ β − 3βx = α
t = βz = −α+ β
y = α− 2βx = α
t = β
Quindi possiamo scrivere:
ker (A) :
xyzt
= α
11−10
+ β
0−211
, α, β ∈ R
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Esercizio 4Dato il sistema:
x+ 2y + 3z + t = 2x+ z − t = 02x− y + z − 3t = −1
determinare se il sistema è risolubile e, se la risposta è positiva, determinarnel’insieme delle soluzioni.
SoluzioneInnanzitutto riscriviamo il sistema in forma matriciale:
AX = B
1 2 3 11 0 1 −12 −1 1 −3
xyzt
=
20−1
Per il primo teorema di struttura, la soluzione a questo sistema lineare, che è nonomogeneo, è data da una varietà lineare, cioè da una traslazione del sottospazioker (A):
V = X0 + ker (A) ,
dove X0 è una delle soluzioni del sistema e:
ker (A) ={X ∈ R4 | AX = 03
},
dim (ker (A)) = dim(R4)− rg (A)
In questo caso è nemmeno necessario sfruttare il teorema di Rouché-Capelli,in quanto il sistema è non omogeneo e quindi non è detto che ammetta unasoluzione. Pertanto, abbiamo che:
|∆1| =∣∣∣∣1 02 −1
∣∣∣∣ = −1 6= 0 =⇒ rg (A) ≥ 2
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|∆11| =
∣∣∣∣∣∣1 2 31 0 12 −1 1
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣∣∣5 0 51 0 12 −1 1
∣∣∣∣∣∣= −1
∣∣∣∣5 51 1
∣∣∣∣= 0
|∆12| =
∣∣∣∣∣∣1 2 11 0 −12 −1 −3
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣∣∣5 0 −51 0 −12 −1 −3
∣∣∣∣∣∣= −1
∣∣∣∣5 −51 −1
∣∣∣∣= 0
Quindi rg (A) = 2. Per quanto riguarda la matrice A, i calcoli sono molto simili,essendo tale matrice uguale alla matrice A se non per il fatto che possiede unacolonna in più a quest’ultima. Quindi:
|∆1| =∣∣∣∣1 02 −1
∣∣∣∣ = −1 6= 0 =⇒ rg (A) ≥ 2
12
|∆11| =
∣∣∣∣∣∣1 2 31 0 12 −1 1
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣∣∣5 0 51 0 12 −1 1
∣∣∣∣∣∣= −1
∣∣∣∣5 51 1
∣∣∣∣= 0
|∆12| =
∣∣∣∣∣∣1 2 11 0 −12 −1 −3
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣∣∣5 0 −51 0 −12 −1 −3
∣∣∣∣∣∣= −1
∣∣∣∣5 −51 −1
∣∣∣∣= 0
|∆13| =
∣∣∣∣∣∣1 2 21 0 02 −1 −1
∣∣∣∣∣∣= −1
∣∣∣∣ 2 2−1 −1
∣∣∣∣= 0
Quindi possiamo concludere che rg (A) = rg(A)
= 2, e quindi che il sistemalineare è risolubile. Abbiamo che, per l’insieme delle soluzioni:
dim (V) = dim (ker (A)) = dim(R4)− rg (A)
= 4− 2 = 2
Le equazioni cartesiane di V non sono date nient’altro che dalle righe linearmenteindipendenti del sistema (cioè della matrice completa A). Quindi, scegliendo
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come righe linearmente indipendenti quelle contenenti la sottomatrice ∆1, chesappiamo avere determinante non nullo, abbiamo che:{
x+ z − t = 02x− y + z − 3t = −1
Possiamo anche ottenere una descrizione parametrica dell’insieme ker (A) a par-tire dalla sua descrizione in equazioni cartesiane. Basta infatti fare come vistonel capitolo 1, ovvero basta aggiungere dei parametri (due in questo caso):
x+ z − t = 02x− y + z − 3t = −1x = α
t = βα+ z − β = 02α− y + z − 3β = −1x = α
t = βz = −α+ β
y = 1 + 2α+ z − 3βx = α
t = βz = −α+ β
y = 1 + 2α− α+ β − 3βx = α
t = βz = −α+ β
y = 1 + α− 2βx = α
t = β
Quindi possiamo scrivere:
ker (A) :
xyzt
=
0100
+ α
11−10
+ β
0−211
, α, β ∈ R
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Esercizio 5Dato il sistema:
x− y − 2t = 1x+ z − t = 22x+ y + 3z − t = 5
determinare se il sistema è risolubile e, se la risposta è positiva, determinarnel’insieme delle soluzioni.
SoluzioneInnanzitutto riscriviamo il sistema in forma matriciale:
AX = B
1 −1 0 −21 0 1 −12 1 3 −1
xyzt
=
125
Per determinare se il sistema è risolubile dobbiamo verificare, come afferma ilteorema di Rouché-Capelli, che rg (A) = rg
(A). Quindi, partendo con il voler
determinare rg (A):
|∆1| =∣∣∣∣1 02 1
∣∣∣∣ = 1 6= 0 =⇒ rg (A) ≥ 2
|∆11| =
∣∣∣∣∣∣1 −1 01 0 12 1 3
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣∣∣0 −1 01 0 13 1 3
∣∣∣∣∣∣= 1
∣∣∣∣1 13 3
∣∣∣∣= 0
|∆12| =
∣∣∣∣∣∣1 −1 −21 0 −12 1 −1
∣∣∣∣∣∣= 0
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Per la regola di Kronecker possiamo concludere che rg (A) = 2. Verifichiamopertanto il rango di A:
A =
1 −1 0 −2 11 0 1 −1 22 1 3 −1 5
|∆1| =∣∣∣∣1 02 1
∣∣∣∣ = 1 6= 0 =⇒ rg(A)≥ 2
|∆11| =
∣∣∣∣∣∣1 −1 01 0 12 1 3
∣∣∣∣∣∣ = 0
|∆12| =
∣∣∣∣∣∣1 −1 −21 0 −12 1 −1
∣∣∣∣∣∣ = 0
|∆13| =
∣∣∣∣∣∣1 −1 11 0 22 1 5
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣∣∣3 0 61 0 22 1 5
∣∣∣∣∣∣= −
∣∣∣∣3 61 2
∣∣∣∣= 0
Possiamo concludere che rg (A) = rg(A)
= 2. Quindi il sistema è risolubile.Detta V ⊂ Rn la varietà lineare che rappresenta l’insieme delle soluzioni delsistema, ricordando la formula:
dim (V) = dim (Rn)− rg (A) ,
possiamo facilmente ottenere:
dim (V) = 4− 2 = 2
Inoltre, ricordando la formula:
dim (V) = dim (Rn)− n° equazioni cartesiane di V,
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possiamo facilmente ricavare che:
n° equazioni cartesiane di V = dim (Rn)− dim (V)= 2− 2 = 2
Ne consegue quindi che, come si poteva già prevedere una volta trovato rg (A),solo due righe del sistema sono linearmente indipendenti e quindi indispensa-bili per descriverlo: le equazioni cartesiane del sottospazio sono quindi dateda queste due righe. Per comodità scegliamo le due righe che contengono lasottomatrice ∆1, il cui determinante sappiamo essere non nullo. Quindi:{
x+ z − t = 22x+ y + 3z − t = 5
Possiamo anche ottenere una descrizione parametrica dell’insieme V a partiredalla sua descrizione in equazioni cartesiane. Basta infatti fare come visto nelcapitolo 1, ovvero basta aggiungere due parametri:
x+ z − t = 22x+ y + 3z − t = 5x = α
z = βα+ β − t = 22α+ y + 3β − t = 5x = α
z = βt = α+ β − 2y = −2α− 3β + t+ 5x = α
z = βt = α+ β − 2y = −2α− 3β + α+ β − 2 + 5x = α
z = βt = α+ β − 2y = −α− 2β + 3x = α
z = β
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Quindi possiamo scrivere:
V :
xyzt
=
030−2
+ α
1−101
+ β
0−211
, α, β ∈ R
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Esercizio 6Dati i vettori:
v1 =
1−100
, v2 =
1010
,
determinare le equazioni cartesiane del sottospazio Span (v1,v2).
SoluzioneInnanzitutto dobbiamo creare la matrice A le cui colonne sono formate dai duevettori scelti seguiti dal vettore contenente delle generiche coordinate di R4,ovvero:
A =
1 1 x−1 0 y0 1 z0 0 t
Se indichiamo con V il sottospazio generato dai due vettori, cioè V = Span (v1,v2),allora possiamo affermare che tale sottospazio è caratterizzato dal fatto che i duevettori sono linearmente indipendenti. Questo, sulla matrice A, si riduce a volerdire che deve avere rg (A) = 2. Quindi, imponendo tale condizione attraversola regola degli orlati di Kronecker abbiamo che:
|∆1| =∣∣∣∣ 1 1−1 0
∣∣∣∣ = 1 6= 0 =⇒ rg (A) ≥ 2
|∆11| = 0∣∣∣∣∣∣1 1 x−1 0 y0 1 z
∣∣∣∣∣∣ = 0
∣∣∣∣∣∣1 0 (x− z)−1 0 y0 1 z
∣∣∣∣∣∣ = 0
−∣∣∣∣ 1 x− z−1 y
∣∣∣∣ = 0
−y − x+ z = 0
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|∆12| = 0∣∣∣∣∣∣1 1 x−1 0 y0 0 t
∣∣∣∣∣∣ = 0
t
∣∣∣∣ 1 1−1 0
∣∣∣∣ = 0
t = 0
Quindi il sottospazio V = Span (v1,v2) è determinato dalle seguenti equazionicartesiane:
V :{x+ y − z = 0t = 0
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Esercizio 7 (Prova d’esame dell’8/02/2013, eser-cizio n° 2)Si consideri il seguente sistema lineare, dipendente dal parametro k:
(2 + k) y + z + (1 + k) t = 5 + 2k(5 + 2k)x+ y − 2z − (1 + k) t = −2(4 + k)x+ 2y − z + (1 + k) t = − (3 + k)
si determini:
1. il rango della matrice dei coefficienti A al variare di k;
2. per quali valori di k il sistema ammette soluzioni;
3. per quali valori di k lo spazio delle soluzioni ha dimensione 1;
4. la soluzione generale del sistema per k = 0.
SoluzionePunto (1)
Innanzitutto dobbiamo riscrivere il sistema in forma matriciale:
AX = B
0 (2 + k) 1 (1 + k)(5 + 2k) 1 −2 − (1 + k)(4 + k) 2 −1 (1 + k)
xyzt
=
5 + 2k−2
3 + k
,
quindi determiniamo il rango della matrice A al variare di k. Per fare ciò,prendiamo una sottomatrice a caso (ma non troppo: possibilmente una in cui cisiano meno parametri possibili) di dimensione massima possibile e imponiamo
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che il suo determinante sia nullo. Nel nostro caso imponiamo che:∣∣∣∣∣∣(2 + k) 1 (1 + k)
1 −2 − (1 + k)2 −1 (1 + k)
∣∣∣∣∣∣ = 0
∣∣∣∣∣∣(3 + k) −1 0
1 −2 − (1 + k)3 −3 0
∣∣∣∣∣∣ = 0
(1 + k)∣∣∣∣(3 + k) −1
3 −3
∣∣∣∣ = 0
(1 + k) (−9− 3k + 3) = 0
3 (1 + k) (2 + k) = 0k1 = −1
k2 = −2
Quindi siamo sicuri che per k 6= −1 ∧ k 6= −2, rg (A) = 3. Dobbiamo oracontrollare ad uno ad uno cosa accade per tali valori.
Per k = −1
In tal caso otteniamo:
A =
0 1 1 03 1 −2 03 2 −1 0
22
Applicando la regola degli orlati di Kronecker abbiamo che:
|∆1| =∣∣∣∣0 13 1
∣∣∣∣ = −3 6= 0 =⇒ rg (A) ≥ 2
|∆11| =
∣∣∣∣∣∣0 1 13 1 −23 2 −1
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣∣∣0 0 13 3 −23 3 −1
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣3 33 3
∣∣∣∣= 0
Senza nemmeno prendere in considerazione l’altro orlato (che contiene il vettorenullo e quindi ha per forza di cose determinante nullo) possiamo affermare cheper k = −1, rg (A) = 2.
Per k = −2
In tal caso otteniamo:
A =
0 0 1 −11 1 −2 12 2 −1 −1
Applicando la regola degli orlati di Kronecker abbiamo che:
|∆1| =∣∣∣∣−2 1−1 −1
∣∣∣∣ = 3 6= 0 =⇒ rg (A) ≥ 2
|∆11| =
∣∣∣∣∣∣0 1 −11 −2 12 −1 −1
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣∣∣0 0 −11 −1 12 −2 −1
∣∣∣∣∣∣= −
∣∣∣∣1 −12 −2
∣∣∣∣= 1 6= 0
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Senza nemmeno prendere in considerazione l’altro orlato (che contiene il vettorenullo e quindi ha per forza di cose determinante nullo) possiamo affermare cheper k = −2, rg (A) = 2.Riassumiamo i risultati appena ottenuti nella seguente tabella:
k rg (A)−1 2−2 2
qualsiasi altro valore 3
Punto (2)
La matrice completa del sistema è data da:
A =
0 (2 + k) 1 (1 + k) (5 + 2k)(5 + 2k) 1 −2 − (1 + k) −2(4 + k) 2 −1 (1 + k) − (3 + k)
Dal punto precedente abbiamo già tutto quello che ci serve: sappiamo infattiche per per k 6= −1 ∧ k 6= −2, rg
(A)
= 3, in quanto sia A che A contengono lastessa sottomatrice 3× 3 avente determinante non nullo.C’è da verificare cosa accade per i casi k = −1 ∧ k = −2.
Per k = −1In tal caso abbiamo che:
A =
0 1 1 0 33 1 −2 0 −23 2 −1 0 −2
,
pertanto, ripetendo una parte di calcoli già svolta in precedenza per la matrice
24
A:
|∆1| =∣∣∣∣0 13 1
∣∣∣∣ = −3 6= 0 =⇒ rg (A) ≥ 2
|∆11| =
∣∣∣∣∣∣0 1 13 1 −23 2 −1
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣∣∣0 0 13 3 −23 3 −1
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣3 33 3
∣∣∣∣= 0
|∆12| =
∣∣∣∣∣∣0 1 33 1 −23 2 −2
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣∣∣0 1 03 1 −53 2 −8
∣∣∣∣∣∣= −
∣∣∣∣3 −53 −8
∣∣∣∣= 9 6= 0
Possiamo quindi concludere che per k = −1, rg(A)
= 3 6= rg (A) e che quindiil sistema lineare non ammette soluzioni.
Per k = −2
In tal caso abbiamo che:
A =
0 0 1 −1 11 1 −2 1 −22 2 −1 −1 −1
,
pertanto, ripetendo una parte di calcoli già svolta in precedenza per la matrice
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A:
|∆1| =∣∣∣∣−2 1−1 −1
∣∣∣∣ = 3 6= 0 =⇒ rg (A) ≥ 2
|∆11| =
∣∣∣∣∣∣0 1 −11 −2 12 −1 −1
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣∣∣0 0 −11 −1 12 −2 −1
∣∣∣∣∣∣= −
∣∣∣∣1 −12 −2
∣∣∣∣= 0
|∆12| =
∣∣∣∣∣∣1 −1 1−2 1 −2−1 −1 −1
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣∣∣0 −1 0−1 1 −1−2 −1 −2
∣∣∣∣∣∣=
∣∣∣∣−1 −1−2 −2
∣∣∣∣= 0
Possiamo quindi concludere che per k = −2, rg(A)
= 2 = rg (A) e che quindiil sistema lineare ammette soluzioni.Riassumendo quindi abbiamo che:
k rg (A) rg(A)
−1 2 3−2 2 2
qualsiasi altro valore 3 3
Quindi il sistema è risolubile ∀k ∈ R, k 6= −1.
Punto (3)
La dimensione dell’insieme delle soluzioni del sistema, che sia quest’ultimo unavarietà lineare V o più semplicemente ker (A), è sempre data dalla formula:
dim (ker (A)) = dim (V) = Rn − rg (A) ,
26
pertanto nel nostro caso:
k rg (A) rg(A)
dim (ker(A) = dim (V)−2 2 2 4− 2 = 2
qualsiasi altro valore 3 3 4− 3 = 1
Quindi, ∀k 6= −1 ∧ k 6= −2, dim (V) = dim (ker (A)) = 1.
Punto (4)
In tal caso possiamo scrivere il sistema nel modo seguente:
0 2 1 15 1 −2 −14 2 −1 1
xyzt
=
5−2−3
,
2y + z + t = 55x+ y − 2z − t = −24x+ 2y − z + t = −3t = 5− z − 2y5x+ y − 2z − 5 + z + 2y = −24x+ 2y − z + 5− z − 2y = −3t = 5− z − 2y5x+ 3y − z = 34x− 2z = −8t = 5− z − 2y5x+ 3y − z = 3z = 4 + 2xt = 5− z − 2y5x+ 3y − 4− 2x = 3z = 4 + 2xt = 5− z − 2yy = 7
3 − xz = 1 + 2x
27
Ponendo x = α otteniamo:t = 5− z − 2yy = 7
3 − αz = 4 + 2αx = αt = 5− 4− 2α− 14
3 + 2αy = 7
3 − αz = 4 + 2αx = αt = − 11
3y = 7
3 − αz = 4 + 2αx = α
Quindi, per k = 0 l’insieme delle soluzioni del sistema è dato da:
V :
xyzt
=
0
7/34
−11/3
+ α
1−120
, α ∈ R
28