Sr Examen
sqrt3*x^2+10y-2xy-16sqrt3=0 forma canónica
El profesor se sorprenderá mucho al ver tu solución correcta😉
Solución
Ha introducido
[src]
___ ___ 2 - 16*\/ 3 + 10*y + \/ 3 *x - 2*x*y = 0
$$\sqrt{3} x^{2} - 2 x y + 10 y - 16 \sqrt{3} = 0$$
sqrt(3)*x^2 - 2*x*y + 10*y - 16*sqrt(3) = 0
Solución detallada
Se da la ecuación de la línea de 2-o orden:
$$\sqrt{3} x^{2} - 2 x y + 10 y - 16 \sqrt{3} = 0$$
Esta ecuación tiene la forma:
$$a_{11} x^{2} + 2 a_{12} x y + 2 a_{13} x + a_{22} y^{2} + 2 a_{23} y + a_{33} = 0$$
donde
$$a_{11} = \sqrt{3}$$
$$a_{12} = -1$$
$$a_{13} = 0$$
$$a_{22} = 0$$
$$a_{23} = 5$$
$$a_{33} = - 16 \sqrt{3}$$
Calculemos el determinante
$$\Delta = \left|\begin{matrix}a_{11} & a_{12}\\a_{12} & a_{22}\end{matrix}\right|$$
o, sustituimos
$$\Delta = \left|\begin{matrix}\sqrt{3} & -1\\-1 & 0\end{matrix}\right|$$
$$\Delta = -1$$
Como
$$\Delta$$
no es igual a 0, entonces
hallamos el centro de coordenadas canónicas. Para eso resolvemos el sistema de ecuaciones
$$a_{11} x_{0} + a_{12} y_{0} + a_{13} = 0$$
$$a_{12} x_{0} + a_{22} y_{0} + a_{23} = 0$$
sustituimos coeficientes
$$\sqrt{3} x_{0} - y_{0} = 0$$
$$5 - x_{0} = 0$$
entonces
$$x_{0} = 5$$
$$y_{0} = 5 \sqrt{3}$$
Así pasamos a la ecuación en el sistema de coordenadas O'x'y'
$$a'_{33} + a_{11} x'^{2} + 2 a_{12} x' y' + a_{22} y'^{2} = 0$$
donde
$$a'_{33} = a_{13} x_{0} + a_{23} y_{0} + a_{33}$$
o
$$a'_{33} = 5 y_{0} - 16 \sqrt{3}$$
$$a'_{33} = 9 \sqrt{3}$$
entonces la ecuación se transformará en
$$\sqrt{3} x'^{2} - 2 x' y' + 9 \sqrt{3} = 0$$
Hacemos el giro del sistema de coordenadas obtenido al ángulo de φ
$$x' = \tilde x \cos{\left(\phi \right)} - \tilde y \sin{\left(\phi \right)}$$
$$y' = \tilde x \sin{\left(\phi \right)} + \tilde y \cos{\left(\phi \right)}$$
φ - se define de la fórmula
$$\cot{\left(2 \phi \right)} = \frac{a_{11} - a_{22}}{2 a_{12}}$$
sustituimos coeficientes
$$\cot{\left(2 \phi \right)} = - \frac{\sqrt{3}}{2}$$
entonces
$$\phi = - \frac{\operatorname{acot}{\left(\frac{\sqrt{3}}{2} \right)}}{2}$$
$$\sin{\left(2 \phi \right)} = - \frac{2 \sqrt{7}}{7}$$
$$\cos{\left(2 \phi \right)} = \frac{\sqrt{21}}{7}$$
$$\cos{\left(\phi \right)} = \sqrt{\frac{\cos{\left(2 \phi \right)}}{2} + \frac{1}{2}}$$
$$\sin{\left(\phi \right)} = \sqrt{1 - \cos^{2}{\left(\phi \right)}}$$
$$\cos{\left(\phi \right)} = \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}}$$
$$\sin{\left(\phi \right)} = - \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}}$$
sustituimos coeficientes
$$x' = \tilde x \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}} + \tilde y \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}}$$
$$y' = - \tilde x \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}} + \tilde y \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}}$$
entonces la ecuación se transformará de
$$\sqrt{3} x'^{2} - 2 x' y' + 9 \sqrt{3} = 0$$
en
$$- 2 \left(- \tilde x \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}} + \tilde y \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}}\right) \left(\tilde x \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}} + \tilde y \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}}\right) + \sqrt{3} \left(\tilde x \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}} + \tilde y \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}}\right)^{2} + 9 \sqrt{3} = 0$$
simplificamos
$$\frac{3 \sqrt{7} \tilde x^{2}}{14} + 2 \tilde x^{2} \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}} \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}} + \frac{\sqrt{3} \tilde x^{2}}{2} - \frac{2 \sqrt{21} \tilde x \tilde y}{7} + 2 \sqrt{3} \tilde x \tilde y \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}} \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}} - 2 \tilde y^{2} \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}} \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}} - \frac{3 \sqrt{7} \tilde y^{2}}{14} + \frac{\sqrt{3} \tilde y^{2}}{2} + 9 \sqrt{3} = 0$$
$$\frac{\sqrt{3} \tilde x^{2}}{2} + \frac{\sqrt{7} \tilde x^{2}}{2} - \frac{\sqrt{7} \tilde y^{2}}{2} + \frac{\sqrt{3} \tilde y^{2}}{2} + 9 \sqrt{3} = 0$$
Esta ecuación es una hipérbola
$$\frac{\tilde x^{2}}{9 \sqrt{3} \frac{1}{\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{7}}{2}}} - \frac{\tilde y^{2}}{9 \sqrt{3} \frac{1}{- \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{7}}{2}}} = -1$$
- está reducida a la forma canónica
Centro de las coordenadas canónicas en el punto O
Base de las coordenadas canónicas
$$\vec e_1 = \left( \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}}, \ - \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}}\right)$$
$$\vec e_2 = \left( \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}}, \ \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}}\right)$$
$$\sqrt{3} x^{2} - 2 x y + 10 y - 16 \sqrt{3} = 0$$
Esta ecuación tiene la forma:
$$a_{11} x^{2} + 2 a_{12} x y + 2 a_{13} x + a_{22} y^{2} + 2 a_{23} y + a_{33} = 0$$
donde
$$a_{11} = \sqrt{3}$$
$$a_{12} = -1$$
$$a_{13} = 0$$
$$a_{22} = 0$$
$$a_{23} = 5$$
$$a_{33} = - 16 \sqrt{3}$$
Calculemos el determinante
$$\Delta = \left|\begin{matrix}a_{11} & a_{12}\\a_{12} & a_{22}\end{matrix}\right|$$
o, sustituimos
$$\Delta = \left|\begin{matrix}\sqrt{3} & -1\\-1 & 0\end{matrix}\right|$$
$$\Delta = -1$$
Como
$$\Delta$$
no es igual a 0, entonces
hallamos el centro de coordenadas canónicas. Para eso resolvemos el sistema de ecuaciones
$$a_{11} x_{0} + a_{12} y_{0} + a_{13} = 0$$
$$a_{12} x_{0} + a_{22} y_{0} + a_{23} = 0$$
sustituimos coeficientes
$$\sqrt{3} x_{0} - y_{0} = 0$$
$$5 - x_{0} = 0$$
entonces
$$x_{0} = 5$$
$$y_{0} = 5 \sqrt{3}$$
Así pasamos a la ecuación en el sistema de coordenadas O'x'y'
$$a'_{33} + a_{11} x'^{2} + 2 a_{12} x' y' + a_{22} y'^{2} = 0$$
donde
$$a'_{33} = a_{13} x_{0} + a_{23} y_{0} + a_{33}$$
o
$$a'_{33} = 5 y_{0} - 16 \sqrt{3}$$
$$a'_{33} = 9 \sqrt{3}$$
entonces la ecuación se transformará en
$$\sqrt{3} x'^{2} - 2 x' y' + 9 \sqrt{3} = 0$$
Hacemos el giro del sistema de coordenadas obtenido al ángulo de φ
$$x' = \tilde x \cos{\left(\phi \right)} - \tilde y \sin{\left(\phi \right)}$$
$$y' = \tilde x \sin{\left(\phi \right)} + \tilde y \cos{\left(\phi \right)}$$
φ - se define de la fórmula
$$\cot{\left(2 \phi \right)} = \frac{a_{11} - a_{22}}{2 a_{12}}$$
sustituimos coeficientes
$$\cot{\left(2 \phi \right)} = - \frac{\sqrt{3}}{2}$$
entonces
$$\phi = - \frac{\operatorname{acot}{\left(\frac{\sqrt{3}}{2} \right)}}{2}$$
$$\sin{\left(2 \phi \right)} = - \frac{2 \sqrt{7}}{7}$$
$$\cos{\left(2 \phi \right)} = \frac{\sqrt{21}}{7}$$
$$\cos{\left(\phi \right)} = \sqrt{\frac{\cos{\left(2 \phi \right)}}{2} + \frac{1}{2}}$$
$$\sin{\left(\phi \right)} = \sqrt{1 - \cos^{2}{\left(\phi \right)}}$$
$$\cos{\left(\phi \right)} = \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}}$$
$$\sin{\left(\phi \right)} = - \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}}$$
sustituimos coeficientes
$$x' = \tilde x \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}} + \tilde y \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}}$$
$$y' = - \tilde x \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}} + \tilde y \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}}$$
entonces la ecuación se transformará de
$$\sqrt{3} x'^{2} - 2 x' y' + 9 \sqrt{3} = 0$$
en
$$- 2 \left(- \tilde x \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}} + \tilde y \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}}\right) \left(\tilde x \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}} + \tilde y \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}}\right) + \sqrt{3} \left(\tilde x \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}} + \tilde y \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}}\right)^{2} + 9 \sqrt{3} = 0$$
simplificamos
$$\frac{3 \sqrt{7} \tilde x^{2}}{14} + 2 \tilde x^{2} \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}} \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}} + \frac{\sqrt{3} \tilde x^{2}}{2} - \frac{2 \sqrt{21} \tilde x \tilde y}{7} + 2 \sqrt{3} \tilde x \tilde y \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}} \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}} - 2 \tilde y^{2} \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}} \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}} - \frac{3 \sqrt{7} \tilde y^{2}}{14} + \frac{\sqrt{3} \tilde y^{2}}{2} + 9 \sqrt{3} = 0$$
$$\frac{\sqrt{3} \tilde x^{2}}{2} + \frac{\sqrt{7} \tilde x^{2}}{2} - \frac{\sqrt{7} \tilde y^{2}}{2} + \frac{\sqrt{3} \tilde y^{2}}{2} + 9 \sqrt{3} = 0$$
Esta ecuación es una hipérbola
$$\frac{\tilde x^{2}}{9 \sqrt{3} \frac{1}{\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{7}}{2}}} - \frac{\tilde y^{2}}{9 \sqrt{3} \frac{1}{- \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{7}}{2}}} = -1$$
- está reducida a la forma canónica
Centro de las coordenadas canónicas en el punto O
___ (5, 5*\/ 3 )
Base de las coordenadas canónicas
$$\vec e_1 = \left( \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}}, \ - \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}}\right)$$
$$\vec e_2 = \left( \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{21}}{14}}, \ \sqrt{\frac{\sqrt{21}}{14} + \frac{1}{2}}\right)$$
Método de invariantes
Se da la ecuación de la línea de 2-o orden:
$$\sqrt{3} x^{2} - 2 x y + 10 y - 16 \sqrt{3} = 0$$
Esta ecuación tiene la forma:
$$a_{11} x^{2} + 2 a_{12} x y + 2 a_{13} x + a_{22} y^{2} + 2 a_{23} y + a_{33} = 0$$
donde
$$a_{11} = \sqrt{3}$$
$$a_{12} = -1$$
$$a_{13} = 0$$
$$a_{22} = 0$$
$$a_{23} = 5$$
$$a_{33} = - 16 \sqrt{3}$$
Las invariantes de esta ecuación al transformar las coordenadas son los determinantes:
$$I_{1} = a_{11} + a_{22}$$
$$I_{3} = \left|\begin{matrix}a_{11} & a_{12} & a_{13}\\a_{12} & a_{22} & a_{23}\\a_{13} & a_{23} & a_{33}\end{matrix}\right|$$
$$I{\left(\lambda \right)} = \left|\begin{matrix}a_{11} - \lambda & a_{12}\\a_{12} & a_{22} - \lambda\end{matrix}\right|$$
sustituimos coeficientes
$$I_{1} = \sqrt{3}$$
$$I_{3} = \left|\begin{matrix}\sqrt{3} & -1 & 0\\-1 & 0 & 5\\0 & 5 & - 16 \sqrt{3}\end{matrix}\right|$$
$$I{\left(\lambda \right)} = \left|\begin{matrix}- \lambda + \sqrt{3} & -1\\-1 & - \lambda\end{matrix}\right|$$
$$I_{1} = \sqrt{3}$$
$$I_{2} = -1$$
$$I_{3} = - 9 \sqrt{3}$$
$$I{\left(\lambda \right)} = \lambda^{2} - \sqrt{3} \lambda - 1$$
$$K_{2} = -73$$
Como
$$I_{2} < 0 \wedge I_{3} \neq 0$$
entonces por razón de tipos de rectas:
esta ecuación tiene el tipo : hipérbola
Formulamos la ecuación característica para nuestra línea:
$$- I_{1} \lambda + I_{2} + \lambda^{2} = 0$$
o
$$\lambda^{2} - \sqrt{3} \lambda - 1 = 0$$
$$\lambda_{1} = - \frac{\sqrt{7}}{2} + \frac{\sqrt{3}}{2}$$
$$\lambda_{2} = \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{7}}{2}$$
entonces la forma canónica de la ecuación será
$$\tilde x^{2} \lambda_{1} + \tilde y^{2} \lambda_{2} + \frac{I_{3}}{I_{2}} = 0$$
o
$$\tilde x^{2} \left(- \frac{\sqrt{7}}{2} + \frac{\sqrt{3}}{2}\right) + \tilde y^{2} \left(\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{7}}{2}\right) + 9 \sqrt{3} = 0$$
$$\frac{\tilde x^{2}}{9 \sqrt{3} \frac{1}{- \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{7}}{2}}} - \frac{\tilde y^{2}}{9 \sqrt{3} \frac{1}{\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{7}}{2}}} = 1$$
- está reducida a la forma canónica
$$\sqrt{3} x^{2} - 2 x y + 10 y - 16 \sqrt{3} = 0$$
Esta ecuación tiene la forma:
$$a_{11} x^{2} + 2 a_{12} x y + 2 a_{13} x + a_{22} y^{2} + 2 a_{23} y + a_{33} = 0$$
donde
$$a_{11} = \sqrt{3}$$
$$a_{12} = -1$$
$$a_{13} = 0$$
$$a_{22} = 0$$
$$a_{23} = 5$$
$$a_{33} = - 16 \sqrt{3}$$
Las invariantes de esta ecuación al transformar las coordenadas son los determinantes:
$$I_{1} = a_{11} + a_{22}$$
|a11 a12|
I2 = | |
|a12 a22|$$I_{3} = \left|\begin{matrix}a_{11} & a_{12} & a_{13}\\a_{12} & a_{22} & a_{23}\\a_{13} & a_{23} & a_{33}\end{matrix}\right|$$
$$I{\left(\lambda \right)} = \left|\begin{matrix}a_{11} - \lambda & a_{12}\\a_{12} & a_{22} - \lambda\end{matrix}\right|$$
|a11 a13| |a22 a23|
K2 = | | + | |
|a13 a33| |a23 a33|sustituimos coeficientes
$$I_{1} = \sqrt{3}$$
| ___ |
|\/ 3 -1|
I2 = | |
| -1 0 |
$$I_{3} = \left|\begin{matrix}\sqrt{3} & -1 & 0\\-1 & 0 & 5\\0 & 5 & - 16 \sqrt{3}\end{matrix}\right|$$
$$I{\left(\lambda \right)} = \left|\begin{matrix}- \lambda + \sqrt{3} & -1\\-1 & - \lambda\end{matrix}\right|$$
| ___ | |0 5 |
|\/ 3 0 | | |
K2 = | | + | ___|
| ___| |5 -16*\/ 3 |
| 0 -16*\/ 3 | $$I_{1} = \sqrt{3}$$
$$I_{2} = -1$$
$$I_{3} = - 9 \sqrt{3}$$
$$I{\left(\lambda \right)} = \lambda^{2} - \sqrt{3} \lambda - 1$$
$$K_{2} = -73$$
Como
$$I_{2} < 0 \wedge I_{3} \neq 0$$
entonces por razón de tipos de rectas:
esta ecuación tiene el tipo : hipérbola
Formulamos la ecuación característica para nuestra línea:
$$- I_{1} \lambda + I_{2} + \lambda^{2} = 0$$
o
$$\lambda^{2} - \sqrt{3} \lambda - 1 = 0$$
$$\lambda_{1} = - \frac{\sqrt{7}}{2} + \frac{\sqrt{3}}{2}$$
$$\lambda_{2} = \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{7}}{2}$$
entonces la forma canónica de la ecuación será
$$\tilde x^{2} \lambda_{1} + \tilde y^{2} \lambda_{2} + \frac{I_{3}}{I_{2}} = 0$$
o
$$\tilde x^{2} \left(- \frac{\sqrt{7}}{2} + \frac{\sqrt{3}}{2}\right) + \tilde y^{2} \left(\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{7}}{2}\right) + 9 \sqrt{3} = 0$$
$$\frac{\tilde x^{2}}{9 \sqrt{3} \frac{1}{- \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{7}}{2}}} - \frac{\tilde y^{2}}{9 \sqrt{3} \frac{1}{\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{7}}{2}}} = 1$$
- está reducida a la forma canónica