Regla de Cramer

Los determinantes son de gran utilidad para resolver sistemas de ecuaciones lineales, cuando usamos la Regla de Cramer.

add

Regla de Cramer

Determinantes

Los determinantes son de gran utilidad para resolver sistemas de ecuaciones lineales, - es decir para encontrar soluciones simultáneas a varias ecuaciones- además, su interpretación geométrica permite calcular, áreas y volúmenes de algunas figuras geométricas en el plano o en el espacio.

El determinante es un número real asociado a una matriz cuadrada -que tiene el mismo número de renglones que de columnas-, si la matriz es de $2 \times 2$ -dos renglones y dos columnas- decimos que es un determinante de orden $2$, y en general el determinante de una matriz de $n \times n$ se llama determinante de orden $n$.

Para la resolución de sistemas de ecuaciones, usamos determinantes al aplicar la Regla de Cramer -publicada en 1750 por Gabriel Cramer (Ginebra, 1704-1752)- que describe explícitamente las soluciones de un sistema de $n$ ecuaciones con $n$ incógnitas, en términos de los valores de $n+1$ determinantes asociados al sistema.

Veremos cómo se calcula un determinante de orden $2$ y en qué consiste la Regla de Cramer. Observa la siguiente matriz de $2 \times 2$:

$$ A= \left(\begin{array}{ccc} 3 & 2\\ 8 & -1 \end{array}\right) $$

Hay varias maneras de denotar el determinante de $A$, las más comunes son: $|A|$, $det (A)$, $\Delta A$ y $\left|\begin{array}{ccc} 3 & 2\\ 8 & -1 \end{array}\right|$. Estas son las que podrás encontrarte en algún libro de álgebra. Observa que la última, es muy parecida a la forma en que se expresa la matriz $A$ pero no las confundas.

Mientras que $\left(\begin{array}{ccc} 3 & 2\\ 8 & -1 \end{array}\right)$ es una matriz de $2 \times 2$, su determinante $\left|\begin{array}{ccc} 3 & 2\\ 8 & -1 \end{array}\right|$ es un número real.

En esta ocasión usaremos las dos últimas notaciones indicadas. Esta es la regla para obtener el valor del determinante de $A$:

$$\left|\begin{array}{ccc} \textcolor[rgb]{0,0,1}{3} & \textcolor[rgb]{1,0,0}{2}\\ \textcolor[rgb]{1,0,0}{8} & \textcolor[rgb]{0,0,1}{-1}\\ \end{array}\right|= (\textcolor[rgb]{0,0,1}{3})(\textcolor[rgb]{0,0,1}{-1}) - (\textcolor[rgb]{1,0,0}{ 8})(\textcolor[rgb]{1,0,0}{2})=-3-16=-19$$

Observa que lo que hicimos fue multiplicar los elementos de las diagonales de la matriz $A$ y restarlos. En general, si $B$ es una matriz de $2 \times 2$ cualquiera, se define $\Delta B$ como:

$$ B= \left(\begin{array}{ccc} \textcolor[rgb]{0,0,1}{a} & \textcolor[rgb]{1,0,0}{b}\\ \textcolor[rgb]{1,0,0}{c} & \textcolor[rgb]{0,0,1}{d} \end{array}\right) \Rightarrow \Delta B= \textcolor[rgb]{0,0,1}{a}\textcolor[rgb]{0,0,1}{d}-\textcolor[rgb]{1,0,0}{c}\textcolor[rgb]{1,0,0}{b} $$

Regla de Cramer

Supongamos que tenemos el siguiente sistema de $2$ ecuaciones con $2$ incógnitas, $x$, $y:$

$$ \begin{array}{ccccc} 4x & - & 2y & = & 10\\ -x & + & 3y & = & -5\\ \end{array} $$

Este sistema tiene asociadas varias matrices a las que deberemos calcular el determinante para obtener el valor de las incógnitas. La primera de ellas es la matriz asociada al sistema que se forma con los coeficientes de las incógnitas así: $$\left(\begin{array}{ccc} 4 & -2\\ -1 & 3 \end{array}\right)$$ El determinante de esta matriz, denotado como $\Delta$, se llama determinante del sistema. Para poder aplicar la Regla de Cramer, debemos verificar primero que el determinante del sistema no sea cero. Si fuera cero no podríamos usar la Regla de Cramer para resolverlo. Veamos cuál es el valor de $\Delta$:

$$\left|\begin{array}{ccc} 4 & -2\\ -1 & 3 \end{array}\right| =(4)(3)-(-2)(-1)=12-2=10 \neq 0$$

Como $\Delta \neq 0$, podemos seguir adelante con la Regla de Cramer.

Los números que están del lado dercho del signo igual en cada ecuación, se llaman términos independientes. Para encontrar el valor de la incógnita $x$ vamos a calcular el determinante de otra matriz. Partiendo de la matriz asociada, sustituiremos los coeficientes de $x$ -los que están en la primera columna- por los términos independientes. A este determinante lo llamamos $\Delta_x$:

$$\Delta_x=\left|\begin{array}{ccc} 10 & -2\\ -5 & 3 \end{array}\right|=(10)(3)-(-5)(-2)=30-10=20$$

Ahora para obtener el valor de $y$ calculamos el determinante de la matriz obtenida de la asociada al cambiar la segunda columna -que corresponde a los coeficientes de $y$- por los términos independientes. Este determinante se denota $\Delta_y$:

$$\Delta_y=\left|\begin{array}{ccc} 4 & 10\\ -1 & -5 \end{array}\right|=(4)(-5)-(-1)(10)=-20-(-10)=-100$$

Finalmente, obtendremos los valores de las incógnitas, haciendo los siguientes cocientes: $$x = \frac{\Delta_x}{\Delta}=\frac{20}{10}=2$$ $$y = \frac{\Delta_y}{\Delta}=\frac{-10}{10}=-1$$ Aquí se hace evidente la razón por la cual $\Delta$ debe ser distinto de cero, pues de otra forma no podrían realizarse estos cocientes.

Entonces, para este sistema, las soluciones que satisfacen simultáneamente a las dos ecuaciones, son$x=2, y=-1.$

Autoevaluación

Usa la Regla de Cramer -cuando sea posible- para resolver los sistemas siguientes. Arrastra la respuesta correcta para cada uno:

No aplica
x = -1 / 6
y = -1 / 3
x = 0
y = -4
No aplica
x = 1 / 2
y = -1 / 3

1.- $$ \begin{array}{ccccc} 2x & - & 4y & = & 1\\ -6x & + & 3y & = & 0 \end{array} $$

2.- $$ \begin{array}{ccccc} 3x & - & 2y & = & 4\\ -x & + & \frac{2}{3}y & = & \frac{-4}{3} \end{array} $$

3.- $$ \begin{array}{ccccc} \frac{1}{2}x & - & 2y & = & 8\\ \frac{3}{4}x & - & y & = & 4 \end{array} $$

4.- $$ \begin{array}{ccccc} x & - & y & = & 1\\ -x & + & y & = & -5 \end{array} $$