Sr Examen

xx+3yy-2xy 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            
x  + 3*y  - 2*x*y = 0
x22xy+3y2=0x^{2} - 2 x y + 3 y^{2} = 0
x^2 - 2*x*y + 3*y^2 = 0
Solución detallada
Se da la ecuación de la línea de 2-o orden:
x22xy+3y2=0x^{2} - 2 x y + 3 y^{2} = 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=1a_{11} = 1
a12=1a_{12} = -1
a13=0a_{13} = 0
a22=3a_{22} = 3
a23=0a_{23} = 0
a33=0a_{33} = 0
Calculemos el determinante
Δ=a11a12a12a22\Delta = \left|\begin{matrix}a_{11} & a_{12}\\a_{12} & a_{22}\end{matrix}\right|
o, sustituimos
Δ=1113\Delta = \left|\begin{matrix}1 & -1\\-1 & 3\end{matrix}\right|
Δ=2\Delta = 2
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
x0y0=0x_{0} - y_{0} = 0
x0+3y0=0- x_{0} + 3 y_{0} = 0
entonces
x0=0x_{0} = 0
y0=0y_{0} = 0
Así pasamos a la ecuación en el sistema de coordenadas O'x'y'
a33+a11x2+2a12xy+a22y2=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=0a'_{33} = 0
a33=0a'_{33} = 0
entonces la ecuación se transformará en
x22xy+3y2=0x'^{2} - 2 x' y' + 3 y'^{2} = 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)=a11a222a12\cot{\left(2 \phi \right)} = \frac{a_{11} - a_{22}}{2 a_{12}}
sustituimos coeficientes
cot(2ϕ)=1\cot{\left(2 \phi \right)} = 1
entonces
ϕ=π8\phi = \frac{\pi}{8}
sin(2ϕ)=22\sin{\left(2 \phi \right)} = \frac{\sqrt{2}}{2}
cos(2ϕ)=22\cos{\left(2 \phi \right)} = \frac{\sqrt{2}}{2}
cos(ϕ)=cos(2ϕ)2+12\cos{\left(\phi \right)} = \sqrt{\frac{\cos{\left(2 \phi \right)}}{2} + \frac{1}{2}}
sin(ϕ)=1cos2(ϕ)\sin{\left(\phi \right)} = \sqrt{1 - \cos^{2}{\left(\phi \right)}}
cos(ϕ)=24+12\cos{\left(\phi \right)} = \sqrt{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{1}{2}}
sin(ϕ)=1224\sin{\left(\phi \right)} = \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{2}}{4}}
sustituimos coeficientes
x=x~24+12y~1224x' = \tilde x \sqrt{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{1}{2}} - \tilde y \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{2}}{4}}
y=x~1224+y~24+12y' = \tilde x \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{2}}{4}} + \tilde y \sqrt{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{1}{2}}
entonces la ecuación se transformará de
x22xy+3y2=0x'^{2} - 2 x' y' + 3 y'^{2} = 0
en
3(x~1224+y~24+12)22(x~1224+y~24+12)(x~24+12y~1224)+(x~24+12y~1224)2=03 \left(\tilde x \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{2}}{4}} + \tilde y \sqrt{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{1}{2}}\right)^{2} - 2 \left(\tilde x \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{2}}{4}} + \tilde y \sqrt{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{1}{2}}\right) \left(\tilde x \sqrt{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{1}{2}} - \tilde y \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{2}}{4}}\right) + \left(\tilde x \sqrt{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{1}{2}} - \tilde y \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{2}}{4}}\right)^{2} = 0
simplificamos
2x~222x~2122424+12+2x~22x~y~+4x~y~122424+12+2y~22+2y~2122424+12+2y~2=0- \frac{\sqrt{2} \tilde x^{2}}{2} - 2 \tilde x^{2} \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{2}}{4}} \sqrt{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{1}{2}} + 2 \tilde x^{2} - \sqrt{2} \tilde x \tilde y + 4 \tilde x \tilde y \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{2}}{4}} \sqrt{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{1}{2}} + \frac{\sqrt{2} \tilde y^{2}}{2} + 2 \tilde y^{2} \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{2}}{4}} \sqrt{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{1}{2}} + 2 \tilde y^{2} = 0
2x~2+2x~2+2y~2+2y~2=0- \sqrt{2} \tilde x^{2} + 2 \tilde x^{2} + \sqrt{2} \tilde y^{2} + 2 \tilde y^{2} = 0
Esta ecuación es una elipsis degenerada
x~2(122)2+y~2(12+2)2=0\frac{\tilde x^{2}}{\left(\frac{1}{\sqrt{2 - \sqrt{2}}}\right)^{2}} + \frac{\tilde y^{2}}{\left(\frac{1}{\sqrt{\sqrt{2} + 2}}\right)^{2}} = 0
- está reducida a la forma canónica
Centro de las coordenadas canónicas en el punto O
(0, 0)

Base de las coordenadas canónicas
e1=(24+12, 1224)\vec e_1 = \left( \sqrt{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{1}{2}}, \ \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{2}}{4}}\right)
e2=(1224, 24+12)\vec e_2 = \left( - \sqrt{\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{2}}{4}}, \ \sqrt{\frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{1}{2}}\right)
Método de invariantes
Se da la ecuación de la línea de 2-o orden:
x22xy+3y2=0x^{2} - 2 x y + 3 y^{2} = 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=1a_{11} = 1
a12=1a_{12} = -1
a13=0a_{13} = 0
a22=3a_{22} = 3
a23=0a_{23} = 0
a33=0a_{33} = 0
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=a11a12a13a12a22a23a13a23a33I_{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)=a11λa12a12a22λI{\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
     |1   -1|
I2 = |      |
     |-1  3 |

I3=110130000I_{3} = \left|\begin{matrix}1 & -1 & 0\\-1 & 3 & 0\\0 & 0 & 0\end{matrix}\right|
I(λ)=1λ113λI{\left(\lambda \right)} = \left|\begin{matrix}1 - \lambda & -1\\-1 & 3 - \lambda\end{matrix}\right|
     |1  0|   |3  0|
K2 = |    | + |    |
     |0  0|   |0  0|

I1=4I_{1} = 4
I2=2I_{2} = 2
I3=0I_{3} = 0
I(λ)=λ24λ+2I{\left(\lambda \right)} = \lambda^{2} - 4 \lambda + 2
K2=0K_{2} = 0
Como
I3=0I2>0I_{3} = 0 \wedge I_{2} > 0
entonces por razón de tipos de rectas:
esta ecuación tiene el tipo : elipsis degenerada
Formulamos la ecuación característica para nuestra línea:
I1λ+I2+λ2=0- I_{1} \lambda + I_{2} + \lambda^{2} = 0
o
λ24λ+2=0\lambda^{2} - 4 \lambda + 2 = 0
λ1=22\lambda_{1} = 2 - \sqrt{2}
λ2=2+2\lambda_{2} = \sqrt{2} + 2
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
x~2(22)+y~2(2+2)=0\tilde x^{2} \left(2 - \sqrt{2}\right) + \tilde y^{2} \left(\sqrt{2} + 2\right) = 0
x~2(122)2+y~2(12+2)2=0\frac{\tilde x^{2}}{\left(\frac{1}{\sqrt{2 - \sqrt{2}}}\right)^{2}} + \frac{\tilde y^{2}}{\left(\frac{1}{\sqrt{\sqrt{2} + 2}}\right)^{2}} = 0
- está reducida a la forma canónica