Sr Examen

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4x^2+y^2+2z^2+4xy+2sqrt(5)x-4sqrt(5)y-4z-18=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      2         ___         ___            
-18 + y  - 4*z + 2*z  + 4*x  - 4*y*\/ 5  + 2*x*\/ 5  + 4*x*y = 0
$$4 x^{2} + 4 x y + 2 \sqrt{5} x + y^{2} - 4 \sqrt{5} y + 2 z^{2} - 4 z - 18 = 0$$
4*x^2 + 4*x*y + 2*sqrt(5)*x + y^2 - 4*sqrt(5)*y + 2*z^2 - 4*z - 18 = 0
Método de invariantes
Se da la ecuación de superficie de 2 grado:
$$4 x^{2} + 4 x y + 2 \sqrt{5} x + y^{2} - 4 \sqrt{5} y + 2 z^{2} - 4 z - 18 = 0$$
Esta ecuación tiene la forma:
$$a_{11} x^{2} + 2 a_{12} x y + 2 a_{13} x z + 2 a_{14} x + a_{22} y^{2} + 2 a_{23} y z + 2 a_{24} y + a_{33} z^{2} + 2 a_{34} z + a_{44} = 0$$
donde
$$a_{11} = 4$$
$$a_{12} = 2$$
$$a_{13} = 0$$
$$a_{14} = \sqrt{5}$$
$$a_{22} = 1$$
$$a_{23} = 0$$
$$a_{24} = - 2 \sqrt{5}$$
$$a_{33} = 2$$
$$a_{34} = -2$$
$$a_{44} = -18$$
Las invariantes de esta ecuación al transformar las coordenadas son los determinantes:
$$I_{1} = a_{11} + a_{22} + a_{33}$$
     |a11  a12|   |a22  a23|   |a11  a13|
I2 = |        | + |        | + |        |
     |a12  a22|   |a23  a33|   |a13  a33|

$$I_{3} = \left|\begin{matrix}a_{11} & a_{12} & a_{13}\\a_{12} & a_{22} & a_{23}\\a_{13} & a_{23} & a_{33}\end{matrix}\right|$$
$$I_{4} = \left|\begin{matrix}a_{11} & a_{12} & a_{13} & a_{14}\\a_{12} & a_{22} & a_{23} & a_{24}\\a_{13} & a_{23} & a_{33} & a_{34}\\a_{14} & a_{24} & a_{34} & a_{44}\end{matrix}\right|$$
$$I{\left(\lambda \right)} = \left|\begin{matrix}a_{11} - \lambda & a_{12} & a_{13}\\a_{12} & a_{22} - \lambda & a_{23}\\a_{13} & a_{23} & a_{33} - \lambda\end{matrix}\right|$$
     |a11  a14|   |a22  a24|   |a33  a34|
K2 = |        | + |        | + |        |
     |a14  a44|   |a24  a44|   |a34  a44|

     |a11  a12  a14|   |a22  a23  a24|   |a11  a13  a14|
     |             |   |             |   |             |
K3 = |a12  a22  a24| + |a23  a33  a34| + |a13  a33  a34|
     |             |   |             |   |             |
     |a14  a24  a44|   |a24  a34  a44|   |a14  a34  a44|

sustituimos coeficientes
$$I_{1} = 7$$
     |4  2|   |1  0|   |4  0|
I2 = |    | + |    | + |    |
     |2  1|   |0  2|   |0  2|

$$I_{3} = \left|\begin{matrix}4 & 2 & 0\\2 & 1 & 0\\0 & 0 & 2\end{matrix}\right|$$
$$I_{4} = \left|\begin{matrix}4 & 2 & 0 & \sqrt{5}\\2 & 1 & 0 & - 2 \sqrt{5}\\0 & 0 & 2 & -2\\\sqrt{5} & - 2 \sqrt{5} & -2 & -18\end{matrix}\right|$$
$$I{\left(\lambda \right)} = \left|\begin{matrix}4 - \lambda & 2 & 0\\2 & 1 - \lambda & 0\\0 & 0 & 2 - \lambda\end{matrix}\right|$$
     |         ___|   |               ___|            
     |  4    \/ 5 |   |   1      -2*\/ 5 |   |2   -2 |
K2 = |            | + |                  | + |       |
     |  ___       |   |     ___          |   |-2  -18|
     |\/ 5    -18 |   |-2*\/ 5     -18   |            

     |                    ___  |                                                
     |  4       2       \/ 5   |   |                   ___|   |             ___|
     |                         |   |   1      0   -2*\/ 5 |   |  4    0   \/ 5 |
     |                      ___|   |                      |   |                |
K3 = |  2       1      -2*\/ 5 | + |   0      2      -2   | + |  0    2    -2  |
     |                         |   |                      |   |                |
     |  ___       ___          |   |     ___              |   |  ___           |
     |\/ 5   -2*\/ 5     -18   |   |-2*\/ 5   -2    -18   |   |\/ 5   -2   -18 |
                                                     

$$I_{1} = 7$$
$$I_{2} = 10$$
$$I_{3} = 0$$
$$I_{4} = -250$$
$$I{\left(\lambda \right)} = - \lambda^{3} + 7 \lambda^{2} - 10 \lambda$$
$$K_{2} = -155$$
$$K_{3} = -375$$
Como
$$I_{3} = 0 \wedge I_{2} \neq 0 \wedge I_{4} \neq 0$$
entonces por razón de tipos de rectas:
hay que
Formulamos la ecuación característica para nuestra superficie:
$$- I_{1} \lambda^{2} + I_{2} \lambda - I_{3} + \lambda^{3} = 0$$
o
$$\lambda^{3} - 7 \lambda^{2} + 10 \lambda = 0$$
$$\lambda_{1} = 5$$
$$\lambda_{2} = 2$$
$$\lambda_{3} = 0$$
entonces la forma canónica de la ecuación será
$$\tilde z 2 \sqrt{\frac{\left(-1\right) I_{4}}{I_{2}}} + \left(\tilde x^{2} \lambda_{1} + \tilde y^{2} \lambda_{2}\right) = 0$$
y
$$- \tilde z 2 \sqrt{\frac{\left(-1\right) I_{4}}{I_{2}}} + \left(\tilde x^{2} \lambda_{1} + \tilde y^{2} \lambda_{2}\right) = 0$$
$$5 \tilde x^{2} + 2 \tilde y^{2} + 10 \tilde z = 0$$
y
$$5 \tilde x^{2} + 2 \tilde y^{2} - 10 \tilde z = 0$$
$$2 \tilde z + \left(\frac{\tilde x^{2}}{1} + \frac{\tilde y^{2}}{\frac{5}{2}}\right) = 0$$
y
$$- 2 \tilde z + \left(\frac{\tilde x^{2}}{1} + \frac{\tilde y^{2}}{\frac{5}{2}}\right) = 0$$
es la ecuación para el tipo paraboloide elíptico
- está reducida a la forma canónica