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Forma canónica/ (2)x^2+(-2)xy+(2)y^2+(-2)x+(-2)y+1=0

(2)x^2+(-2)xy+(2)y^2+(-2)x+(-2)y+1=0 forma canónica

El profesor se sorprenderá mucho al ver tu solución correcta😉

v

Gráfico:

x: [, ]
y: [, ]
z: [, ]

Calidad:

 (Cantidad de puntos en el eje)

Tipo de trazado:

Solución

Ha introducido [src] 
                   2      2            
1 - 2*x - 2*y + 2*x  + 2*y  - 2*x*y = 0
2x2−2xy−2x+2y2−2y+1=02 x^{2} - 2 x y - 2 x + 2 y^{2} - 2 y + 1 = 0 
2*x^2 - 2*x*y - 2*x + 2*y^2 - 2*y + 1 = 0
Solución detallada
Se da la ecuación de la línea de 2-o orden:
2x2−2xy−2x+2y2−2y+1=02 x^{2} - 2 x y - 2 x + 2 y^{2} - 2 y + 1 = 0
Esta ecuación tiene la forma:
a11x2+2a12xy+2a13x+a22y2+2a23y+a33=0a_{11} x^{2} + 2 a_{12} x y + 2 a_{13} x + a_{22} y^{2} + 2 a_{23} y + a_{33} = 0
donde
a11=2a_{11} = 2
a12=−1a_{12} = -1
a13=−1a_{13} = -1
a22=2a_{22} = 2
a23=−1a_{23} = -1
a33=1a_{33} = 1
Calculemos el determinante
Δ=∣a11a12a12a22∣\Delta = \left|\begin{matrix}a_{11} & a_{12}\\a_{12} & a_{22}\end{matrix}\right|
o, sustituimos
Δ=∣2−1−12∣\Delta = \left|\begin{matrix}2 & -1\\-1 & 2\end{matrix}\right|
Δ=3\Delta = 3
Como
Δ\Delta
no es igual a 0, entonces
hallamos el centro de coordenadas canónicas. Para eso resolvemos el sistema de ecuaciones
a11x0+a12y0+a13=0a_{11} x_{0} + a_{12} y_{0} + a_{13} = 0
a12x0+a22y0+a23=0a_{12} x_{0} + a_{22} y_{0} + a_{23} = 0
sustituimos coeficientes
2x0−y0−1=02 x_{0} - y_{0} - 1 = 0
−x0+2y0−1=0- x_{0} + 2 y_{0} - 1 = 0
entonces
x0=1x_{0} = 1
y0=1y_{0} = 1
Así pasamos a la ecuación en el sistema de coordenadas O'x'y'
a33′+a11x′2+2a12x′y′+a22y′2=0a'_{33} + a_{11} x'^{2} + 2 a_{12} x' y' + a_{22} y'^{2} = 0
donde
a33′=a13x0+a23y0+a33a'_{33} = a_{13} x_{0} + a_{23} y_{0} + a_{33}
o
a33′=−x0−y0+1a'_{33} = - x_{0} - y_{0} + 1
a33′=−1a'_{33} = -1
entonces la ecuación se transformará en
2x′2−2x′y′+2y′2−1=02 x'^{2} - 2 x' y' + 2 y'^{2} - 1 = 0
Hacemos el giro del sistema de coordenadas obtenido al ángulo de φ
x′=x~cos⁡(ϕ)−y~sin⁡(ϕ)x' = \tilde x \cos{\left(\phi \right)} - \tilde y \sin{\left(\phi \right)}
y′=x~sin⁡(ϕ)+y~cos⁡(ϕ)y' = \tilde x \sin{\left(\phi \right)} + \tilde y \cos{\left(\phi \right)}
φ - se define de la fórmula
cot⁡(2ϕ)=a11−a222a12\cot{\left(2 \phi \right)} = \frac{a_{11} - a_{22}}{2 a_{12}}
sustituimos coeficientes
cot⁡(2ϕ)=0\cot{\left(2 \phi \right)} = 0
entonces
ϕ=π4\phi = \frac{\pi}{4}
sin⁡(2ϕ)=1\sin{\left(2 \phi \right)} = 1
cos⁡(2ϕ)=0\cos{\left(2 \phi \right)} = 0
cos⁡(ϕ)=cos⁡(2ϕ)2+12\cos{\left(\phi \right)} = \sqrt{\frac{\cos{\left(2 \phi \right)}}{2} + \frac{1}{2}}
sin⁡(ϕ)=1−cos⁡2(ϕ)\sin{\left(\phi \right)} = \sqrt{1 - \cos^{2}{\left(\phi \right)}}
cos⁡(ϕ)=22\cos{\left(\phi \right)} = \frac{\sqrt{2}}{2}
sin⁡(ϕ)=22\sin{\left(\phi \right)} = \frac{\sqrt{2}}{2}
sustituimos coeficientes
x′=2x~2−2y~2x' = \frac{\sqrt{2} \tilde x}{2} - \frac{\sqrt{2} \tilde y}{2}
y′=2x~2+2y~2y' = \frac{\sqrt{2} \tilde x}{2} + \frac{\sqrt{2} \tilde y}{2}
entonces la ecuación se transformará de
2x′2−2x′y′+2y′2−1=02 x'^{2} - 2 x' y' + 2 y'^{2} - 1 = 0
en
2(2x~2−2y~2)2−2(2x~2−2y~2)(2x~2+2y~2)+2(2x~2+2y~2)2−1=02 \left(\frac{\sqrt{2} \tilde x}{2} - \frac{\sqrt{2} \tilde y}{2}\right)^{2} - 2 \left(\frac{\sqrt{2} \tilde x}{2} - \frac{\sqrt{2} \tilde y}{2}\right) \left(\frac{\sqrt{2} \tilde x}{2} + \frac{\sqrt{2} \tilde y}{2}\right) + 2 \left(\frac{\sqrt{2} \tilde x}{2} + \frac{\sqrt{2} \tilde y}{2}\right)^{2} - 1 = 0
simplificamos
x~2+3y~2−1=0\tilde x^{2} + 3 \tilde y^{2} - 1 = 0
Esta ecuación es una elipsis
x~2(1−1)2+y~2(1331)2=1\frac{\tilde x^{2}}{\left(1^{-1}\right)^{2}} + \frac{\tilde y^{2}}{\left(\frac{\frac{1}{3} \sqrt{3}}{1}\right)^{2}} = 1
- está reducida a la forma canónica
Centro de las coordenadas canónicas en el punto O
(1, 1)

Base de las coordenadas canónicas
e⃗1=(22, 22)\vec e_1 = \left( \frac{\sqrt{2}}{2}, \ \frac{\sqrt{2}}{2}\right)
e⃗2=(−22, 22)\vec e_2 = \left( - \frac{\sqrt{2}}{2}, \ \frac{\sqrt{2}}{2}\right)
Método de invariantes
Se da la ecuación de la línea de 2-o orden:
2x2−2xy−2x+2y2−2y+1=02 x^{2} - 2 x y - 2 x + 2 y^{2} - 2 y + 1 = 0
Esta ecuación tiene la forma:
a11x2+2a12xy+2a13x+a22y2+2a23y+a33=0a_{11} x^{2} + 2 a_{12} x y + 2 a_{13} x + a_{22} y^{2} + 2 a_{23} y + a_{33} = 0
donde
a11=2a_{11} = 2
a12=−1a_{12} = -1
a13=−1a_{13} = -1
a22=2a_{22} = 2
a23=−1a_{23} = -1
a33=1a_{33} = 1
Las invariantes de esta ecuación al transformar las coordenadas son los determinantes:
I1=a11+a22I_{1} = a_{11} + a_{22}
     |a11  a12|
I2 = |        |
     |a12  a22|

I3=∣a11a12a13a12a22a23a13a23a33∣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(λ)=∣a11−λa12a12a22−λ∣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
I1=4I_{1} = 4
     |2   -1|
I2 = |      |
     |-1  2 |

I3=∣2−1−1−12−1−1−11∣I_{3} = \left|\begin{matrix}2 & -1 & -1\\-1 & 2 & -1\\-1 & -1 & 1\end{matrix}\right|
I(λ)=∣2−λ−1−12−λ∣I{\left(\lambda \right)} = \left|\begin{matrix}2 - \lambda & -1\\-1 & 2 - \lambda\end{matrix}\right|
     |2   -1|   |2   -1|
K2 = |      | + |      |
     |-1  1 |   |-1  1 |

I1=4I_{1} = 4
I2=3I_{2} = 3
I3=−3I_{3} = -3
I(λ)=λ2−4λ+3I{\left(\lambda \right)} = \lambda^{2} - 4 \lambda + 3
K2=2K_{2} = 2
Como
I2>0∧I1I3<0I_{2} > 0 \wedge I_{1} I_{3} < 0
entonces por razón de tipos de rectas:
esta ecuación tiene el tipo : elipsis
Formulamos la ecuación característica para nuestra línea:
−I1λ+I2+λ2=0- I_{1} \lambda + I_{2} + \lambda^{2} = 0
o
λ2−4λ+3=0\lambda^{2} - 4 \lambda + 3 = 0
λ1=3\lambda_{1} = 3
λ2=1\lambda_{2} = 1
entonces la forma canónica de la ecuación será
x~2λ1+y~2λ2+I3I2=0\tilde x^{2} \lambda_{1} + \tilde y^{2} \lambda_{2} + \frac{I_{3}}{I_{2}} = 0
o
3x~2+y~2−1=03 \tilde x^{2} + \tilde y^{2} - 1 = 0
x~2(1331)2+y~2(1−1)2=1\frac{\tilde x^{2}}{\left(\frac{\frac{1}{3} \sqrt{3}}{1}\right)^{2}} + \frac{\tilde y^{2}}{\left(1^{-1}\right)^{2}} = 1
- está reducida a la forma canónica
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