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MAPLE 10 PARA MATEMÁTICAS BÁSICAS




Autores:

Coronado Ramírez Semei Leopoldo

Gualajara Estrada Víctor Hugo

Sandoval Bravo Salvador




                                         1
Producción académica de los miembros del

  Cuerpo Académico “Crecimiento Económico y

Cambio Tecnológico -UDG CA 468” en coordinación

         con la Maestría en Economía y

    el Departamento de Métodos Cuantitativos




                                                  2
Prólogo




Hoy en día es muy importante contar con diversas habilidades en el uso de herramientas

computacionales que faciliten el procesamiento y el análisis de información para la toma

de decisiones en cualquiera que sea la actividad productiva que desarrollemos.



Maple 10 es una herramienta computacional tecnológicamente avanzada, que incorpora

algoritmos simbólicos propios reconocidos en todo el mundo. Asimismo, Maple incorpora

desde su versión 6 los prestigiosos resolvedores numéricos proporcionados por su socio

Numerical Algorithms Group (NAG).



Además, Maple está compuesto por un ambiente ideal que cubre todos los aspectos

matemáticos necesarios para el desarrollo de actividades en áreas como ingeniería,

economía, finanzas e investigación. Maple incorpora herramientas suficientemente

flexibles para ajustarse a todas las necesidades de cálculo: desde la resolución de

sistemas de ecuaciones diferenciales, hasta el modelado de complejos problemas en el

ámbito económico. Maple es la herramienta que mejor se adecua a cualquier

requerimiento para cálculo técnico.



El presente texto es una excelente opción para todo estudiante que quiera iniciarse en el

uso de Maple 10, cada una de las secciones está claramente detallada y lleva de la mano

al lector a través de los ejemplos que introducen los conceptos matemáticos y el uso de




                                                                                       3
los comandos de Maple, además, el libro incluye una serie de prácticas que permitirán la

aplicación del conocimiento adquirido.

Las habilidades que los alumnos puedan adquirir en el uso de herramientas que

disminuyan tiempo de procesamiento y análisis, que reduzcan costos y eleven la

productividad, harán la diferencia competitiva entre profesionales que sean capaces de

alcanzar el éxito en sus actividades productivas.




                                                        Dra. Maria Elena Meda Campaña

                                                         Profesor e Investigador Titular A

                                          Miembro del Sistema Nacional de Investigadores




                                                                                        4
Índice temático




Introducción.............................................................................................. 8



Necesidades del sistema......................................................................... 11



Comandos más utilizados en Maple....................................................... 12



Introducción al entorno de Maple........................................................... 16



Laboratorio 1. Conjuntos ....................................................................... 24

                        Relación de pertenencia

                        Operaciones con conjuntos

                        Relación de inclusión

                        Conjunto potencia

                        Práctica



Laboratorio 2. Operaciones aritméticas y variables............................. 31

                            Operaciones aritméticas

                            Sustitución de valores en expresiones

                             algebraicas




                                                                                                               5
Práctica



Laboratorio 3. Expresiones algebraicas................................................ 38

                          Uso del comando eval

                          Uso del comando expand

                          Uso de comando eval y expand

                          Uso del comando factor

                          Uso del comando simplify

                          Práctica.



Laboratorio 4. Gráficas........................................................................... 47

                      Gráficas

                      Gráfica de puntos

                      Práctica



Laboratorio 5. Ecuaciones....................................................................... 60

                      Manipulación de un sistema de igualación.

                      Utilizando el comando fsolve para encontrar las

                      soluciones aproximadas

                      Solución de ecuaciones con literales

                      Solución de sistemas de ecuaciones lineales

                      usando el comando solve.




                                                                                                        6
Solución de un sistema con infinito numero de

                      soluciones

                      Práctica.



Laboratorio 6. Matrices............................................................................ 77

                      Matrices

                      Operaciones con matrices

                               Suma y resta

                               Multiplicación

                               Potencia de una matriz.

                               Transpuesta de una matriz

                               Determinante de una matriz

                               Inversa de una matriz

                               Sistemas de ecuaciones

                      Práctica



Bibliografía…………………………………………………………………….. 101



Índice de gráficas…………………………………………………………….. 102



Índice analítico de comandos.……………………………………………… 103




                                                                                                         7
Introducción



La necesidad de realizar cálculos algebraicos, de obtener una precisión casi

infinita, de manejar o tratar con expresiones exactas suelen ser una tarea ardua y

en ocasiones fastidiosa para quienes deban realizarla. De igual forma, la

oportunidad de trazar gráficas de funciones en dos y tres dimensiones, de poder

observar su imagen desde distintos puntos de vista suele ser un gran reto;

igualmente que el tratar con animaciones y otras variantes gráficas. Desde hace

algunos años las calculadoras graficadoras y los sistemas algebraicos de

computación surgieron para aliviar esta enorme tarea teniendo una gran

aceptación en el ámbito académico, tanto en la investigación, como en la

docencia. Por lo cual actualmente, podemos hablar de la calculadoras

graficadoras HP 49G o Voyage 200 de Hewlertt Packard y Texas Instruments

respectivamente, de la misma forma, podemos mencionar sistemas algebraicos de

computación como el Matlab, Mathematica o Maple.



Maple es un programa desarrollado desde 1980 por el grupo de Cálculo Simbólico

de la Universidad de Waterloo (Ontario, Canadá). Su nombre viene de las

palabras en inglés “Mathematical Pleasure”. Maple es capaz de desarrollar una

amplia gama de problemas, mediante el uso de comandos predeterminados.

También posee un lenguaje de programación para que el usuario pueda

desarrollar sus propias funciones y programas.




                                                                                 8
El objetivo del presente libro es lograr llegar al usuario de éstas operaciones

matemáticas mediante un sencillo texto lo suficientemente claro como para

impulsar y motivar la adaptación del principiante en el entorno de Maple. Se usará

la mayoría de los comandos tradicionales para el álgebra y la graficación,

empleando sólo los parámetros básicos en estas áreas; teniendo el conocimiento

que existen más parámetros a utilizar en otras áreas. Se tiene como herramienta

matemática los contenidos del curso de Matemáticas I que se imparten en el

Centro Universitario de Ciencias Económico Administrativas de la Universidad de

Guadalajara (U de G). Por lo cual se supondrá que el lector de este libro conoce

los temas que esta asignatura contiene.



Para lograrlo, se presentan en 6 secciones o tópicos desde un nivel elemental

hasta cubrir algunos aspectos particulares de teoría de matrices. Cada sección es

presentada con claridad apropiada a cada idea, con ejemplos claros y concretos

que, mas allá de ilustrar el contenido de lo tratado, atraen la atención y curiosidad

del lector interesado en dominar el entorno de este programa, se termina cada

sección con una pequeña práctica, donde se resumen en un número breve de

ejercicios el contenido más importante de cada sección. Asimismo, se incluyen

ejercicios de mayor grado de dificultad señalados con asterisco.



El trabajo se estructura de la siguiente forma: Laboratorio 1, donde se exponen los

concepto elementales de la teoría de conjuntos; Laboratorio 2, que aborda las



                                                                                   9
operaciones con expresiones algebraicas; Laboratorio 3, donde se tratan temas

relacionados con expresiones algebraicas y funciones; Laboratorio 4, dedicado

especialmente al desarrollo y construcción de gráficas en el entorno Maple;

Laboratorio 5, se tratan los temas relativos a sistemas de ecuaciones y comandos

para la obtención de soluciones aproximadas; y finalmente, Laboratorio 6, contiene

temas básicos de teoría de matrices tratados con Maple.



Esperamos que este material sirva para despertar en el alumno el interés por

aprender más sobre apoyos tecnológicos que existen en el área de Métodos

Cuantitativos para el área económica administrativa.




Los Autores



CUCEA. Departamento de Métodos Cuantitativos. UDG Diciembre de 2006




                                                                               10
Necesidades del sistema



Para operar Maple 10 convenientemente, de manera que se puedan explotar de la manera

más eficiente todas sus características y posibilidades, se requiere que el equipo cuente con

los requerimientos necesarios, tanto de software como de hardware, mismos que se listan a

continuación.

Windows®

Versión                               CPU*                              Mínimo          RAM           Disco Duro

                                                                        RAM             Recomendado

Windows             NT            4
                                      Intel Pentium III 650 MHz +       64 MB           512 MB        400 MB
(with Service Pack 5)

Windows 98                            Intel Pentium III 650 MHz +       64 MB           128 MB        400 MB

Windows ME                            Intel Pentium III 650 MHz +       64 MB           128 MB        400 MB

Windows 2000 Professional             Intel Pentium III 650 MHz +       128 MB          512 MB        400 MB

Windows 2000 Server                   Intel Pentium III 650 MHz +       256 MB          512 MB        400 MB

Windows XP Pro                        Intel Pentium III 650 MHz +       128 MB          512 MB        400 MB

Windows XP Home                       Intel Pentium III 650 MHz +       128 MB          512 MB        400 MB

Windows 2003 Server                   Intel Pentium III 650 MHz +       256 MB          512 MB        400 MB

• CD-ROM driver (instalación para el CD).

• 16-bit color a 800 por 600 (o mayor) resolución recomendada.

• TCP/IP interno para conexiones habilitadas.

• Disponible para Windows 98 y Windows ME

Algunas características de la interfase no están disponibles en el Classic Worksheet.

La instalación del programa esta recomendado al menos que algunos requerimientos puedan limitar su funcionamiento en

algunas características del programa.

Para configuraciones con mínimos requerimientos del sistema, la Interface Classic Worksheet es la más recomendada.




                                                                                                                   11
Comandos más utilizados en Maple.



in                   Operador de pertenencia para conjuntos.

evalb (exprb)        Evalúa una expresión booleana.

union (c1,c2)        Operador de unión para conjuntos.

intersection (c1,c2) Operador de intersección para conjuntos.

minus (c1,c2)        Operador de diferencia para conjuntos.

subset (c1,c2)       Operador de subconjuntos.

powerset (c1)        Calcula el conjunto potencia de un conjunto, requiere el

                     comando with (combinat).

nops (c1)            Obtiene la cardinalidad de un conjunto.

restart              Limpia la memoria de Maple para todas las definiciones.

unassign ('var')     Limpia una variable nombrada var=variable.

unapply (expr)       Retorna un operador de una expresión en forma de función.

with ( )             Trae funciones adicionales que se encuentran en la biblioteca

                     de Maple.

numer ( )            Selecciona el numerador de una fracción.

denom ( )            Selecciona el denominador de una fracción.

ifactor (n)          Da la factorización de números primos para un entero dado.

lhs (eqn)            Selecciona el lado izquierdo de una ecuación.

rhs (eqn)            Selecciona el lado derecho de una ecuación.

rationalize (expr)   Racionaliza el denominador de una expresión.




                                                                                  12
simplify (expr)    Simplifica una expresión.

expand (expr)      Expande la expresión dada.

eval (expr,x=v)    Evalúa las expresiones en un punto donde x=v.

evalf (expr)       Evalúa numéricamente una expresión dando por default 10

                   dígitos.

evalf (expr,n)     Evalúa numéricamente una expresión dando el número de

                   dígitos que se requieran.

factor (expr)      Factoriza una expresión.

fsolve (eqn)       Encuentra numéricamente (por aproximación) la solución de

                   una ecuación, cuando se le da el valor de x.

subs (x= v,expr)   Sustituye el valor de una variable en la variable independiente

                   de la expresión.

solve (eqn)        Encuentra la solución exacta de una ecuación incluyendo

                   ecuaciones con letras y sistemas lineales.

plot ( )           Grafica funciones definidas por expresiones algebraicas,

                   grafica más de una expresión a la vez, grafica puntos,

                   ecuaciones paramétricas, etc.

display ( )        Combina graficas de funciones y puntos ( requiere el comando

                   with (plots)).

implicitplot ( )   Grafica funciones definidas implícitamente

Matrix ([])        Es el comando para crear una matriz.

DeleteRow (M,#)    Elimina una fila de una matriz, donde M es la matriz y # es el

                   número de fila a eliminar.



                                                                                13
DeleteColumn (M,#) Elimina una columna de una matriz, donde M es la matriz y #·

                     es el número de columna.

RowOperation (M,α,#) Multiplica una fila de una matriz por un escalar, donde M es

                     la matriz, α, es un escalar y # es el número de la fila.

RowOperation (M,[ ]) Hace el intercambio de filas en una matriz, donde M es la

                     matriz.

ColumnOperation (M,α,#) Multiplica una columna por un escalar, donde M es la

                     matriz, α, es el escalar y # el número de columna.

ColumnOperation (M,[ ]) Hace el intercambio de columnas en una matriz, donde M

                     es la matriz.

MatrixAdd ( )        Suma dos matrices.

Multiply ( )         Multiplica dos matrices.

ScalarMultiply ( )   Multiplica una matriz por un escalar.

MatrixScalarMultiply ( ) Multiplica una matriz por un escalar.

Transpose ( )        Transpone una matriz.

Determinant ( )      Calcula el determinante de una matriz.

MatrixInverse ( )    Calcula la matriz inversa.

ReducedRowEchelonForm (<|>) Resuelve un sistema de ecuaciones por el

                     método de Gaussiano.

GenerateEquations ( ,[ ]) Convierte una matriz en un sistema de ecuaciones.

GenerateMatrix ( ) Convierte un sistema de ecuaciones en un sistema matricial.

LinearSolve ( )      Resuelve el sistema que está hecho en matrices.




                                                                                14
Constantes Matemáticas



Pi                    Cuidado: No debes utilizar pi si no Pi con P mayúscula.

exp (1)      e

I           -1



Otras funciones matemáticas

sqrt (x)     x

abs (x)     x

exp (x)     ex

ln (x)     Logaritmo natural.

log (x) Logaritmo natural igual que ln(x).

log [n](x) Logaritmo base n.

sin (x), cos (x), tan (x), cot (x), sec (x), csc (x) Funciones trigonométricas.

arcsin (x), arccos (x), arctan (x) Funciones trigonométricas inversas.




                                                                                  15
Introducción al entorno de Maple




Ventana de Maple

A continuación se presenta la ventana de Maple, describiendo brevemente sus

elementos.




                                                                         16
Inserta
Abre un archivo                                                     Amplia
                                  expresiones
   existente          Imprime                                       ventanas
                                 matemáticas no
                      archivos                                      abiertas
                                  ejecutables     Crea una línea
                                                  de Comando




                                                                         Separador de
                                                                            texto
                                                       Detiene un
                            Crea una línea de           proceso
                            texto




Abre un archivo
                                       Encapsula
    nuevo      Guarda                 una sección o
              archivos                 subsección              Ir al
                                                          hipervínculo
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                                                                                        17
Hoja de trabajo



Crear una nueva línea de comando

Utilizar: CTRL+J

Dar click al icono

Use el Menu: Insert / Execution Group > After Cursor



Crear una línea de texto

Utilizar CTRL+T

Dar Click al icono

Usar el Menu: Insert / Text Input



Uso de un Semicolon vs. Colon

Al finalizar una línea de comandos matemáticos, se debe utilizar (;) el cual es

llamado semicolon. Si requiere utilizar más de una línea de comandos

matemáticos, debe utilizar el colon(:).



¿Cómo remover las salidas de una hoja de trabajo?

Use el Menu: Edit / Remove Output > From Worksheet



¿Cómo expandir o colapsar una sección?

Use el Menu: View / Expand All Sections (or Collapse All Sections)




                                                                            18
Parar el proceso de output de lenguaje matemático:

Para parar un proceso utilice el icono



Crear un Nuevo archive/Guardar un archivo/Abrir un archivo existente e

imprimir

Use el Menu: File / New , Open , Save , Save As, Print, o en su caso CTRL+ P

o dar click a los iconos de abrir un archivo ya existente   , un nuevo archivo    ,

para guardar      y para imprimir    .



¿Cómo cortar, copiar o pegar?


Use la barra de herramientas de click al icono de cortar       , copiar    y pegar

   .

También puede cortar, copiar o cortar seleccionando el párrafo o la línea de

trabajo matemático.



Uso de la ayuda

Puede dar click en la barra de herramientas a la palabra Help o en su defecto

escriba la palabra que requiere buscar en comandos matemáticos y de CTRL+ F1.

Por ejemplo factor luego CTRL+ F1 y se desplegará            la ayuda sobre esté

comando.




                                                                                 19
Auto-Guardar

De click en la barra de herramientas al comando Options y busque Autosave y

seleccione el intervalo que requiera para guardar sus archivos.



Ver las Paletas

Dar click en el menú de View y dar click en Palettes y dar click Show All

Palettes; se desplegarán todas la paletas del Maple.



Insertar expresiones matemáticas no ejecutables


De click al icono   y escriba las expresiones matemáticas no ejecutables o texto.



Deshacer la última expresión

De click al icono   y entonces deshaga la última operación.



Rehacer la última expresión

De click al icono   y entonces rehace la última operación.



Insertar secciones o subsecciones

De click en la barra de herramientas a Insert, luego de click a Section o

Subsection.



Aumento del Zoom



                                                                               20
Dar click al icono        para ver al 100%, click al icono      para ver al 150% y dar

click al icono      para ver al 200%.



Encapsular secciones o subsecciones

Remueve la sección o subsección encapsulada con el icono               , encapsula una

sección o subsección con el icono        .



Uso de separador de texto o lenguaje matemático

Puede utilizar el icono       para ver las separaciones.



Ir a los hipervínculos anteriores o posteriores

Para ir a un hipervínculo anterior de click al icono         , para ir a un hipervínculo

posterior de click al icono     .



Organización de ventanas

De click al icono      éste automático ampliará las ventanas abiertas.



Se revisaran a continuación una serie de ejemplos ilustrados de algunos de los

comandos más usados en Maple, organizados en hojas de trabajo. Se presentan

entornos de hojas de trabajo preparadas con secuencias de comandos listas para

ejecutarse.




                                                                                     21
Ejecución de comandos

Para ejecutar comandos en una hoja de cálculo de Maple:

Capturar el comando o la operación a realizar, terminando la instrucción con “;”,

para posteriormente presionar ENTER.

 1+1;

 limit(x–7,x=3);



Ejecución en grupo

La ejecución en grupo son elementos fundamentales que se realizan en la hoja de

cálculo del Maple. Para avanzar dentro de un grupo de un renglón a otro sin que

se ejecute algún comando será mediante presionando SHIFT+ENTER, por

ejemplo;

 solve(a*x^2=4,{x});

> subs(a=16,a*x^2=4);



Interactuar con el procesador de cálculo en Maple

Cuando se introducen datos en Maple, se debe terminar la expresión con un

“punto y coma” (;) o con “ dos puntos” (:);

Por ejemplo, para realizar el siguiente cálculo empleando un comando aritmético

común

 ifactor(77777777777);




                                                                              22
Para suprimir la salida de cálculos muy grandes, se colocaran los dos puntos al

término de la expresión

 10000!:



Referenciar cálculos

En algunas ocasiones, se requiere referenciar una expresión en Maple o utilizar

alguna expresión ya escrita en el Maple en comandos anteriores existe dos formas

de realizar esto:

Asignando expresiones, por ejemplo;

 LaExpresion:=x^2+2*x–3;

 factor (LaExpresion);

El símbolo “%” permite el rápido acceso de salidas de cálculos previos, por

ejemplo;

 x^2+2*x–3;

 function(%);



Organización del Maple

La Librería de Maple esta dividida en dos grandes grupos: la librería principal y los

paquetes. Los paquetes contienen grupos de comandos con cálculos relacionados

a una misma área. Para acceder a las rutinas de los paquete se puede hacer de la

siguiente forma (por ejemplo, para acceder a algún comando del paquete

LinearAlgebra).




                                                                                  23
with (LinearAlgebra):




                        24
Laboratorio 1. Conjuntos




En este laboratorio aprenderá a realizar las operaciones básicas con conjuntos, a

saber: unión, intersección, complemento, diferencia; además aprenderá a calificar

de falso o verdadero las relaciones de pertenencia entre conjuntos.




Relación de pertenencia

Para determinar si un elemento pertenece a un conjunto utilizamos el comando in,

de la siguiente manera,

> 1 in {0,1,3};

1       { 0, 1, 3 }

Para evaluar como falso (false) o verdadero (true) una expresión booleana

utilizamos el comando evalb(%), en el que el símbolo % considera el paso anterior

calculado, escribimos entonces,

> evalb(%);

true

De la misma forma para un caso falso, por ejemplo,

> 7 in {8,9,0};

7       { 0, 8, 9 }

> evalb(%);

false




                                                                              25
Operaciones con conjuntos

Para poder explicar el            de operaciones binarias entre conjuntos, definimos

primeramente 2 conjuntos A y B, además del conjunto universo U. Para declarar

un conjunto utilizamos el nombre del conjunto, seguido de " := ", a continuación

abrimos llaves, anotando los elementos de dicho conjunto y cerrando llaves, como

se describe a continuación,

> U:={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};

U := { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 }

> A:={0,1,2,3};

A := { 0, 1, 2, 3 }

> B:={0,2,4,6};

B := { 0, 2, 4, 6 }

Para obtener la unión de A con B, utilizamos el comando union y escribimos,

> A union B;

{ 0, 1, 2, 3, 4, 6 }

Utilizaremos en lo sucesivo, por cuestiones didácticas el comando " ' ", que

encerrando una expresión retrasa la ejecución de un comando hasta una siguiente

ejecución, al mismo tiempo que se escribe en lenguaje matemático tal comando,

generalmente se utiliza para hacer más descriptivo un cálculo, por ejemplo,

> ''A union B'':%=eval(%);

A      B { 0, 1, 2, 3, 4, 6 }




                                                                                 26
Lo anterior es claramente mucho más sencillo de leer e interpretar.

Por otro lado, Si queremos calcular la intersección de A con B, utilizamos el

comando intersect, del modo siguiente,

> ''A intersect B'':%=eval(%);

A    B { 0, 2 }

También podemos efectuar operaciones entre más de dos conjuntos, por ejemplo,

> ''A union B union {8,9}'':%=eval(%);

(A     B)      { 8, 9 } { 0, 1, 2, 3, 4, 6, 8, 9 }

> ''A intersect B intersect {2,6,7}'':%=eval(%);

(A     B)      { 2, 6, 7 } { 2 }

Los elementos de los conjuntos pueden ser incluso palabras o letras individuales,

por ejemplo,

> C:={oaxaca, federal,chiapas,guerrero};

C := { guerrero, oaxaca, federal, chiapas}

> E:={sonora, nayarit, tijuana, oaxaca};

E := { oaxaca, sonora, nayarit, tijuana}

Si calculamos nuevamente la unión e intersección con estos dos nuevos

conjuntos, entonces,

> ''C union E'':%=eval(%);

C     E { guerrero, oaxaca, federal, chiapas sonora, nayarit, tijuana}
                                           ,

> ''C intersect E'':%=eval(%);

C     E { oaxaca}




                                                                              27
Asimismo, podemos, obtener la diferencia entre conjuntos, utilizando el comando

minus, por ejemplo,

''A minus B'':%=eval(%);

A  B { 1, 3 }

> ''C minus E'':%=eval(%);

C  E { guerrero, federal, chiapas}

Note que el símbolo para la diferencia de conjuntos, Maple lo designa con una

diagonal invertida.

También podemos calcular el complemento de un conjunto en relación a su

universo, recordando que A'=U-A, para obtener A' y B' lo hacemos de la siguiente

manera,

> ''U minus A'':%=eval(%);

U  A { 4, 5, 6, 7, 8, 9 }

> ''U minus B'':%=eval(%);

U  B { 1, 3, 5, 7, 8, 9 }




Relación de inclusión

Además, podemos calificar de falso y verdadero la relación de inclusión entre

conjuntos, utilizando el comando subset, por ejemplo,

> '{5} subset {3,5,0}';

{5}       { 0, 3, 5 }

> evalb(%);



                                                                             28
true

> '{8,9} subset {1,2,3,4,5,6,7,8,0}';

{ 8, 9 }     { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 }



> evalb(%);

false




Conjunto potencia

Para generar todos los subconjuntos de un conjunto, es decir el conjunto potencia,

activamos primeramente la librería combinat, que incluye el comando que genera

el conjunto potencia, como a continuación se describe,

> with(combinat);

[ Chi, bell, binomial, cartprod, character, choose, composition conjpart, decodepart,
                                                                ,
    encodepart, fibonacci, firstpart, graycode, inttovec, lastpart, multinomial nextpart,
                                                                              ,
    numbcomb numbcomp numbpart, numbperm partition permute, powerset,
                 ,           ,                      ,         ,
    prevpart, randcomb, randpart, randperm, setpartition stirling1 stirling2 subsets,
                                                            ,        ,        ,
    vectoint]

Ahora, si podemos construir el conjunto potencia, utilizamos para tal efecto el

comando powerset, por ejemplo, si queremos obtener el conjunto potencia de

{a,b,c} escribimos,

> conpot:=powerset({a,b,c});

conpot := { { }, { a, c, b }, { c, b }, { b }, { a, b }, { a }, { c }, { a, c } }




                                                                                        29
La cardinalidad del conjunto „conpot‟ se calcula con el comando nops, de la

siguiente manera

> nops(conpot);

8

Si deseamos obtener el quinto elemento del conjunto potencia, escribimos la

variable que contiene el conjunto potencia y entre corchetes el número del

conjunto deseado tal y como aparece en la enumeración de 'conpot',

> conpot[5];

{ a, b }




Práctica




    1. Defina por enumeración los siguientes conjuntos U              números dígitos ,

           A       números primos menores que 10 ,   B   números pares menores que 10 ,

           C       números impares menores que 10 . Nota: Se utilizarán los conjuntos

       definidos anteriormente en los ejercicios siguientes.

    2. Califique de falso o verdadero los siguientes: 2 A , 7 C .

    3. Determine los siguientes conjuntos:

       a) A         B

       b) B         C

               A     B C
       c)



                                                                                    30
d) B '

   e) B A

4. Obtenga el valor de verdad de

   a) 2,7       A

   b) A     B

5. Calcule el conjunto potencia de A, y la cardinalidad del mismo.

6. (*)Con los conjuntos definidos anteriormente verificar que se cumplen la ley

   distributiva (incisos a y b) y las leyes de De Morgan (incisos c y d):

   a) A     (B C)    A B       A C

   b) A     (B C)    A B       A C

   c) A     B ' A' B '

   d) A     B ' A' B '




                                                                            31
Laboratorio 2. Operaciones aritméticas y variables




En este laboratorio aprenderá a resolver expresiones aritméticas, nombrar

variables, sustitución de variables, uso del comando evalf, el comando unassign,

entre otros.




Operaciones aritméticas

Cálculos numéricos

> 7+4;

 11

> 16*78963598;

  1263417568

> 146^78;

  65996780678918288882321420951850915711065483639179945
       375049806322604923950238423746220894239544965562
       567065493517507948972652557288423323945356491453
       91160408523340251136

> 2/5+8/7-5/4;

  41
  140




                                                                             32
El resultado anterior se da en una expresión de quebrado, si requiere conocer el

resultado numérico, tendrá que utilizar el comando evalf(%): El símbolo %

considera el paso anterior calculado.

> evalf(%);

 0.2928571429

Puede utilizar toda la expresión para evaluarla numéricamente, en lugar del

símbolo %.

> evalf(2/5+8/7-5/4);

 0.2928571429

A continuación nombraremos a una expresión por una variable

> k:=2/5+8/7-5/4;

         41
 k :=
         140

Entonces puede sustituir la variable k en el comando evalf

> evalf(k);

 0.2928571429

Ahora para obtener la raíz cuadrada de cualquier número, se requiere utilizar el

comando sqrt()

> sqrt(31);

    31




                                                                             33
El resultado que se obtiene es expresado en forma de raíz; si se requiere la

expresión numérica puede utilizar nuevamente el comando evalf(%)

> evalf(%);

  5.567764363

Para el símbolo     debe teclear Pi

> 5*Pi;

  5p

Por lo que respecta a la expresión exponencial, ex , debemos escribirla de la

siguiente manera:

> exp(x);

ex

Si hacemos algún cálculo diferente del exponente x, por ejemplo e2 , debemos

escribir:

> exp(2);

e2

Para expresiones que involucren valor absoluto, por ejemplo, x , escriba de la

siguiente manera:

> abs(x);

     x

Si requiere hacer algún cálculo numérico en valor absoluto,   10 ; escriba :

> abs(-10);



                                                                               34
10

En lo que respecta al logaritmo natural, ln x , escríbalo de la siguiente forma:

> log(x);

 ln x

Si necesita de algún cálculo numérico, como el siguiente, evalf (log(20)) , hágalo de

la siguiente manera:

> evalf(log(20));

  2.995732274

Para expresar un logaritmo en cualquier otra base, por ejemplo, evalf (log4 340 ,

> evalf(log[4](340));

  4.204695468

Si requiere descomponer un número en sus números primos, puede utilizar el

comando ifactor, de la siguiente forma:

> ifactor(435432654343563425);

       2
   5        17417306173742537

Si quiere construir una secuencia de números, se debe utilizar el comando seq.

¿Cuales son los resultados de la expresión x2 2x 1 dando valores en el dominio

desde -10 hasta 10?

> seq(k^2+2*k+1,k=-10...10);




                                                                                    35
81, 64, 49, 36, 25, 16, 9, 4, 1, 0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81,
    100, 121

Otro ejemplo es : x 1 , dominio desde 1 hasta 10

> seq(sqrt(k-1),k=1...10);

 0, 1,    2,    3 , 2,   5,   6,   7, 2   2, 3

Si requiere conocer los resultados de las raíces deberá utilizar nuevamente el

comando evalf(%)

> evalf(%);

 0., 1., 1.414213562 1.732050808 2., 2.236067977
                    ,           ,               ,
     2.449489743 2.645751311 2.828427124 3.
                 ,           ,            ,




Sustitución de valores en expresiones algebraicas


                                               2x3
Se tiene la siguiente expresión 2x5 3x4              x2 1, y se requiere evaluarla
                                                3

cuando x=2; a continuación el procedimiento que debe hacerse para evaluar la

expresión antes mencionada en el valor de x:

Nombre a x=2;

> x:=2;

 x :=2

Nombre la expresión con alguna letra, por ejemplo z, y obtendrá el resultado final

cuando x=2




                                                                               36
> z:=2*x^5-3*x^4+2/3*x^3+x^2+1;

         79
  z :=
          3

Si requiere sustituir otro valor de x, tendrá que utilizar el comando

unassign(„variable‟),

> unassign('x');

> x:=0;

  x :=0

> z:=2*x^5-3*x^4+2/3*x^3+x^2+1;

  z :=1

Para cambiar todas las variables hechas, utilice el comando, restart y

automáticamente borrará toda la memoria del programa Maple.

> restart;



Práctica

   1. Calcule siguiente expresión numérica 3732:

   2. Calcule la raíz de   6789 con 15 dígitos:

                                                         5     34
   3. De el resultado numérico de la siguiente expresión 10

   4. Descomponga          en    sus     factores    el       siguiente   número

         49132748923749732047120397




                                                                              37
5. Evalúe   la   siguiente   expresión    cuando     x 4       en   x3 2x2 x 10 ,

   posteriormente utilizando el comando unassign evalúe en x         3.

6. (*)Determine cual de los siguientes números de la sucesión no es primo: 31,

   331, 3331, 33331, 333331, 3333331, 33333331, 333333331.

                                  4
7. (*)Demuestre que la ecuación w        x4   y4   z 4 , tiene una solución cuando

   w 2682440 x 15365639 y 18796760 y z
            ,         ,                            20615673.




                                                                               38
Laboratorio 3. Expresiones Algebraicas




En esté laboratorio aprenderá a manejar algunos aspectos algebraicos, por

ejemplo, utilizará el comando eval para evaluar expresiones, el comando expand

para multiplicación de binomios, otros comandos a utilizar son el comando factor el

cual factorizará expresiones algebraicas, el comando simplify el cual simplificará

expresiones; así como también el comando rationalize          el cual es útil para

racionalizar expresiones.



Uso del comando eval

Antes de iniciar limpie las variables de Maple con el comando restart

> restart;

Nombre la siguiente expresión 3x3 2x 1 por la letra h

> h:=3*x^3-2*x+1;

 h :=3 x3 K 2 x C 1

Evalúe h cuando x 2 ,

> eval(h,x=2);

21

En su caso pudo haber sustituido directamente la expresión en el comando eval,

> eval(3*x^3-2*x+1,x=2);




                                                                                 39
21

                                             x y
Evalúe la siguiente expresión implícita z            cuando x 2, y 3
                                            2x 3 y 2

> z:= (x+y)/(2*x+3*y^2);

            xC y
 z :=
          2 x C 3 y2

Cuando se tiene una expresión, donde deben evaluarse dos variables o más, es

necesario utilizar corchetes, para los valores de las variables a evaluar

> eval(z,[x=2,y=3]);

      5
     31

El resultado obtenido es en fracción, si se requiere el valor en decimales, debe

utilizar el comando evalf y el símbolo %

> evalf(%);

0.1612903226

También puede utilizar este comando para comprobar una ecuación. Por ejemplo,

x2 2x 1 0 , cuando x 2

> ecuacion1:=x^2-2*x+1 = 0;

  ecuacion1:=x2 K 2 x C 1 = 0

> eval(ecuacion1,x=2);

 1=0

La solución a la ecuación es cuando x 1



                                                                             40
> eval(ecuacion1,x=1);

  0=0



Uso del comando expand

Realice la siguiente la siguiente multiplicación, nombrándola por la letra m

                3         2
 2x 1 3x 1          x 1

> m:=(2*x+1)*(3*x+1)^3*(x+1)^2;

                                3          2
  m := 2 x C 1          3xC 1       xC 1

> expand(m);

  54 x6 C 189 x5 C 261 x4 C 182 x3 C 68 x2 C 13 x C 1

                                       5
Desarrolle el siguiente binomio x 1

> d:=(x+1)^5;

                    5
  d := x C 1

> expand(d);

  x5 C 5 x4 C 10 x3 C 10 x2 C 5 x C 1



Uso de los comandos eval y expand

En está subsección se combinarán el uso de los dos comandos. En lugar de

sustituir valores de x, se sustituirán expresiones




                                                                          41
Evaluar la siguiente expresión r : x3 2x2   x 2 cuando x x 1

> r:=x^3-2*x^2+x-2;

 r :=x3 K 2 x2 C x K 2

> f:=eval(r,x=x+1);

               3              2
 f := x C 1        K 2 xC 1       C xK 1

> expand(f);

 x3 C x2 K 2



Uso del comando factor

Factorizar la siguiente expresión x2 4x 4

> q:=x^2-4*x+4;

 q :=x2 K 4 x C 4

> factor(q);

          2
   xK 2

O en su caso puede sustituir toda la expresión en el comando factor:

> factor(x^2-4*x+4);

          2
   xK 2

Factorizar x4 5x2 4

> factor(x^4-5*x^2+4);




                                                                       42
xK 1        xK 2   xC 2      xC 1

Factorizar 108a6 180a5 45a4 45a3 18a2

> s:=108*a^6-180*a^5+45*a^4+45*a^3-18*a^2;

 s :=108 a6 K 180 a5 C 45 a4 C 45 a3 K 18 a2

> factor(s);

 9 a2 a K 1       2 aC 1      2 aK 1    3 aK 2

También puede factorizar expresiones racionales. Por ejemplo, factorizar

3x2 2x 8
   x 2

> e:=(3*x^2+2*x-8)/(x+2);

      3 x2 C 2 x K 8
 e :=
           xC 2

> factor(e);

 3xK 4

Puede usar el comando factor para factorizar el numerador y denominador de una

                                   y 4 y3 y 1
expresión racional. Por ejemplo,
                                       y2 1

> j:=(y^4-y^3-y+1)/(y^2-1);

        y4 K y3 K y C 1
 j :=
             y2 K 1

> factor(numer(j));



                                                                           43
y2 C y C 1        yK 1   2


> factor(denom(j));

   yK 1       yC 1



Uso del comando simplify

                                              1
Simplifique la siguiente expresión:
                                                  1
                                      1
                                                      1
                                          1
                                                  x 1

> r:=1/(1+1/(1+1/(x+1)));

                 1
  r :=
                     1
         1C
                      1
              1C
                     xC 1

> simplify(r);

   xC 2
  2xC 3

             z 2 z 2
Simplifique: z 2 z 2
                z 2
              1
                z 2

> restart;

> t:=((z+2)/(z-2)-(z-2)/(z+2))/(1+(z+2)/(z-2));




                                                          44
zC 2   zK 2
            K
       zK 2   zC 2
  t :=
            zC 2
        1C
            zK 2

> simplify(t);

      4
     zC 2



Uso del comando rationalize

El comando rationalize elimina los radicales del denominador en expresiones

numéricas o algebraicas, por ejemplo,

> (sqrt(5)-sqrt(3))/(sqrt(5)+sqrt(3));
    ( 1/2 )       ( 1/2 )
5             3
    ( 1/2 )       ( 1/2 )
5             3

> rationalize(%);

1 ( 1/2 ) ( 1/2 ) 2
  (5      3 )
2

Si utilizamos expresiones algebraicas tenemos,

> (sqrt(5)-sqrt(3))/(sqrt(5)+sqrt(3));

          5K                3
          5C                3

> rationalize(%);




                                                                         45
1                         2
           5K       3
  2

Ahora, utilizando expresiones algebraicas, construimos los siguientes ejemplos,

> (x-2)/(sqrt(x)-1);

      xK 2
      x K 1

> rationalize(%);

      xK 2     1C           x
             xK 1

> x/(-5+sqrt(2));

      x
  $5 C       2

> rationalize(%);

       1
  $      x 5C           2
      23



Práctica

                                      2
   1. Nombre la siguiente expresión 2x 3x por la letra f, y evalúe para x 2
                   2  3
   2. Evalúe 8x 12x 5x , cuando x 2

   3. Nombre la siguiente expresión      6x 3x2 por la letra v y evalúe cuando

        x 3u 2 de su resultado sin factorizar




                                                                                  46
6
                                      3x 2
4. Realice la siguiente operación:

                                  3   2 2
5. Evalúe la siguiente expresión x y x y              x y2 , cuando: x 2 y y   3

                                                            2
                                        x 1           x 1
6. Realice la siguiente operación

                                         x x2 1
7. Multiplique la siguiente expresión

                                         4
8. Factorice la siguiente expresión 81 c
                                     3  3   2 2
9. Factorice la siguiente expresión a 4b 4ab a b

                                        w   3
                                       w 3 w 3
                                        1   1
10. Simplifique la siguiente expresión w 3 w 3

                                           3
11. Racionalice la siguiente expresión 3          2

12. (*)Simplifique

              c                c 2 cd
      c d3        c d   c d3 x 1
                                         c d
      z 12        z 1     z2 1

13. (*)Demostrar que

                           2
         2            b          b2
    ax       bx c a x          c
                      2a         4a




                                                                                   47
Laboratorio 4. Gráficas




En está sección aprenderá a graficar diferentes expresiones de una variable, así

como también buscar puntos en el plano cartesiano, al mismo tiempo combinar

diferentes estructuras para graficar.

Antes de iniciar está sección debemos ejecutar el ayudante de Maple, el comando

with(plots), junto con el comando restart.




Gráficas

> restart;with(plots):

Warning, the name changecoords has been redefined



Usando el comando plot para graficar, grafique x2 40x 80 con un dominio de

  10...10

> plot(x^2-40*x+80,x=-10...10);




                                                                             48
Gráfica 1


Grafica la expresión anterior ahora con un dominio de    ,   ;

> plot(x^2-40*x+80,x=-infinity...infinity);




Gráfica 2



Grafica la siguiente expresión x3 3x 8 con dominio de [-1...7]

> plot(x^3-3*x+8,x=-1..7);




                                                                 49
Gráfica 3



La expresión anterior ahora con un dominio de [-10...10]

> plot(x^3-3*x+8,x=-10..10);




Gráfica 4



También puede usted seleccionar el rango de su interés.

> plot(x^3-3*x+8,x=0..10,y=0..10);




                                                           50
Gráfica 5



Puede buscar puntos sobre la gráfica, dando un click sobre el gráfico, observe

como se activa en la barra de herramientas de Maple, las herramientas para

gráficos. De click a cada uno de ellos y observe lo que sucede con el gráfico.

                                         x2 1
Grafique la siguiente expresión racional      con dominio de [1/2..4]
                                           x

> plot((x^2+1)/x,x=1/2...4);




Gráfica 6



> restart;with(plots):




                                                                                 51
Warning, the name changecoords has been redefined

> A:=(x^2+1)/x;

         x2 C 1
  A :=
            x

> plot(A,x=-10..10);




Gráfica 7



> plot(A,x=-5..5,y=-5..5);




Gráfica 8



> plot(abs(x),x=-10..10);



                                                    52
Gráfica 9



> plot(2^x,x=0..10);




Gráfica 10



> plot(2*ln(x+1),x=0..10);




                             53
Gráfica 11



> plot(sqrt(x),x=0..10);




Gráfica 12



Ahora se graficarán dos funciones en un sólo plano: las gráficas de x 2 y de x .

Para graficar las dos funciones tendrán que introducir las dos expresiones entre

corchetes.

> restart;with(plots):

Warning, the name changecoords has been redefined




                                                                             54
> plot([x^2,x],x=-5..5,y=-5..5);




Gráfica 13



Además puede cambiar el color de las gráficas a los de su preferencia de acuerdo

a los colores de Maple.

aquamarine          black          blue       navy       coral        cyan

brown               gold           green      gray       khaki        magenta

maroon              orange         pink       plum       red          sienna

tan                 turquoise      violet     wheat      white        yellow



> plot([x^2,x],x=-5..5,y=-5..5,color=[pink,navy]);




                                                                               55
Gráfica 14



Grafique x 2 y también 4 x

> plot([x+2,4-x],x=0...4,y=0..4);




Gráfica 15



Gráfica de puntos

Grafique el punto (-5,6). Para ello tendrá que introducir el punto entre corchetes,

mencionando el estilo de gráfico que requiere, el cual es de punto.

> plot([[-5,6]],style=point);




                                                                                56
Gráfica 16



Grafique los siguientes puntos (-5,5),(0,4),(5,-5)

> plot([[-5,-5],[0,4],[5,-5]],style=point);




Gráfica 17



Ahora una los puntos anteriores por líneas

> plot([[-5,-5],[0,4],[5,-5]],style=line);




                                                     57
Gráfica 18



Igualmente puede escoger el tipo de punto que requiera de acuerdo a los que

maneja el Maple( diamond, circle, cross por default)

> plot([[1,3],[-8,5],[-1,0],[9,2]],style=point,color=navy,symbol=diamond);




Gráfica 19



Para graficar las siguientes expresiones y sus intersecciones use el comando

display.

> figura1 := plot([-3*x+5,9-x^2],x=-3..5,color=[green,red]):

> figura2 := plot([[-1,8],[4,-7]],style=point,color=blue,symbol=circle):



                                                                             58
> display([figura1,figura2]);




Gráfica 20



De igual forma puede utilizar un grupo de ecuaciones a graficar sin usar el

semicolon, solo con las teclas SHIFT+ENTER.

> figura1 := plot([-3*x+5,9-x^2],x=-3..5,color=[green,red]):

figura2 := plot([[-1,8],[4,-7]],style=point,color=blue,symbol=circle):

display([figura1,figura2]);




Gráfica 21




                                                                         59
Práctica

                                         3
   1. Grafique la siguiente expresión 1 x con dominio de [-10..10].

   2. Grafique la expresión anterior estableciendo el dominio y el rango,

      Rango=[-5..5].

                                             3   2             x                 5...5
   3. Grafique las siguientes expresiones 1 x , x ,2x 1 cuando                           ,

      y     5...5
                    el color para la primera expresión: blue, para la segunda: pink y

      la tercera: black.

                                             3   2             x                 5...5
   4. Grafique las siguientes expresiones 1 x , x ,2x 1 cuando                           ,

      y     5...5
                    el color para la primera expresión: blue, para la segunda: pink y

                                                                   0,1       0.45,0.15
      la tercera: black. También grafique las intersecciones             ,               ,

       0.75,0.60
                    , utilizando el comando display.

   5. (*)Construya y grafique una función polinomial de grado 5, con 4 raíces

      enteras en el intervalo     5,5




                                                                                     60
Laboratorio 5. Ecuaciones




En esté laboratorio aprenderá el comando solve, él cual es utilizado para encontrar

las soluciones exactas de ecuaciones, en su momento utilizar gráficos para

encontrar soluciones aproximadas, al mismo tiempo utilizando el comando fsolve,

él cual da soluciones aproximadas.



Antes de iniciar utilice los comandos siguientes

> restart;with(plots):

Warning, the name changecoords has been redefined




Manipulación de un sistema de igualación.


Nombre siguiente sistema de igualación por ecu1, ecu1: x x 1      2x x 1

> ecu1:=x*(x+1)=2*x*(x-1);

 ecu1 :=x x C 1 = 2 x x K 1

Obtenga la expresión del lado derecho:

> rhs(ecu1);

 2x xK 1

Extraiga la expresión del lado izquierdo

> lhs(ecu1);



                                                                                61
x xC 1

Ahora reste ambas expresiones, nombrándolas ecu2

> ecu2:=lhs(ecu1)-rhs(ecu1)=0;

 ecu2 :=x x C 1 K 2 x x K 1 = 0

Luego encuentre la solución para ecu2=0

> solve(ecu2,x);

 0, 3

Utilizando N[1], le devolverá la solución 1, utilizando N[2], dará como resultado la

solución 2 de ecu2.

> N:=solve(ecu2,x);

 N :=0, 3

> N[1];


 0


> N[2];


 3


Finalmente sustituya los valores para comprobar si ecu2=0

> eval(ecu2,x=N[1]);




                                                                                 62
0=0

> eval(ecu2,x=N[2]);

 0=0

Ahora se resolverá una ecuación, la cual no tiene una solución exacta

Empezaremos por nombrar la ecuación ecu1, ecu1: 3x3 24x2       x 4

>restart;

> ecu1:=3*x^3-24*x^2+x+4;

 ecu1 :=3 x3 K 24 x2 C x C 4

Se observa que la solución tiene números imaginarios, entonces encontremos una

solución aproximada, de la siguiente manera, utilizando el comando evalf()

> sol1:=solve(ecu1,x);



        1                     1/3                21
 sol1:=     482C I 17723          C                   1/3
        3                               482C I 17723
        8    1                      1/3
    C ,$         482C I 17723           K
        3    6
               21                 8
                        1/3
                              C
     2 482C I 17723               3
        1         1                      1/3
    C     I 3       482C I 17723             K
        2         3
              21
                      1/3
                            ,
      482C I 17723
      1                   1/3                  21
    $     482C I 17723         K                     1/3
      6                             2 482C I 17723
        8    1
    C     K     I 3
        3    2
      1                    1/3                 21
          482C I 17723          K                   1/3
      3                              482C I 17723



                                                                             63
Finalmente se convertirá la sol1 en un vector normal para quitar los números

imaginarios, utilizando el comando fnormal()

> p:=fnormal([sol1]);


          1
 p :=
          3
                                2/3                                                    1/3
         482C I        17723          C 63 C 8 482C I                     17723
                                                          1/3
                                                                                             ,
                               482C I         17723
     1                     1                                                     2/3
                                      1/3
                                              $ 482C I              17723              K 63
     6   482C I 17723
                                        1/3
     C 16 482C I 17723
                                            2/3                           1
     C I       3   482C I       17723             K 63 I          3 ,
                                                                          6
                       1                                                   2/3
                                1/3
                                        $ 482C I              17723              K 63
      482C I 17723
                                        1/3                                                  2/3
     C 16 482C I 17723                        K I     3       482C I           17723

     C 63 I        3


A continuación se ha convertido la sol1 en un vector normal. Ahora

simplificaremos el vector. Finalmente encontremos la solución aproximada

> j:=simplify(p);

                    1           1                                   8
 j := 2       7 cos    arctan                 17723           C       ,
                    3          482                                  3
                  1           1
     $    7 cos      arctan                 17723
                  3          482
          8               1                  1
     C       K 7 sin        arctan                  17723                 3,
          3               3                 482
                  1           1                                 8
     $    7 cos      arctan                 17723         C
                  3          482                                3
                   1           1
     C      7 sin     arctan                17723               3
                   3          482




                                                                                                   64
>solucion:=evalf(j);

 solucion:= 7.936835481 K .3795022885 0.4426668085
                       ,             ,

Puede utilizar el comando fsolve() para encontrar directamente la solución de

manera aproximada. Sin embargo, no es muy recomendable aplicar directamente

el comando fsolve, ya que en ocasiones la solución que se arroja es cero o da una

única solución, por lo cual debemos graficar para encontrar los valores donde la

ecuación se hace cero y buscar las aproximaciones. Es recomendable utilizar el

comando fsolve, en ecuaciones no polinómicas, exponenciales o combinación de

diferentes ecuaciones.

> fsolve(ecu1);

 K .3795022887 0.4426668082 7.936835480
              ,           ,

Podemos utilizar también el comando solve para resolver desigualdades de la

misma manera que para solucionar ecuaciones, por ejemplo,

> restart;

> solve(4*x+7<-3*x+9,x);

                           2
 RealRange $N , Open
                           7

Cuya solución en este caso es el intervalo abierto de números reales desde

menos infinito hasta 2/7

Alternativamente se define la desigualdad y se resuelve,

> desig1:=(5*x-2)/4>=-3*x+16;




                                                                              65
5x   33
 desig1:=$3 x%          K
                     4     2

> solve(desig1,x);

                66
 RealRange         ,N
                17

De igual manera se solucionan las desigualdades de orden superior, definamos y

resolvamos la siguiente desigualdad,

> desig2:=(-3*x^2-4*x+7<=-4*x^2+x+13);

 desig2:=$3 x2 K 4 x%$4 x2 C x C 6

> solve(desig2,x);

 RealRange$1, 6

Utilizando el comando fsolve para encontrar las soluciones aproximadas

> restart;with(plots);

Warning, the name changecoords has been redefined


  Interactive animate, animate3d animatecurve arrow,
              ,                         ,                  ,
    changecoords complexplot complexplot3d conformal,
                      ,             ,                   ,
    conformal3d contourplot contourplot3d coordplot
                    ,           ,                   ,           ,
    coordplot3d cylinderplot densityplot display display3d
                   ,           ,               ,            ,        ,
    fieldplot fieldplot3d gradplot gradplot3d graphplot3d
             ,             ,            ,             ,             ,
    implicitplot implicitplot3d inequal interactive
                 ,                ,          ,                ,
    interactiveparams listcontplot listcontplot3d listdensityplot
                         ,               ,                  ,             ,
    listplot listplot3d loglogplot logplot, matrixplot, multiple
           ,            ,             ,                                ,
    odeplot, pareto, plotcompare pointplot pointplot3d
                                      ,           ,             ,
    polarplot polygonplot polygonplot3d polyhedra_supported
               ,             ,                  ,                        ,
    polyhedraplot replot, rootlocus semilogplot setoptions
                      ,                    ,              ,         ,
    setoptions3d spacecurve sparsematrixplot sphereplot
                    ,          ,                        ,         ,
    surfdata, textplot, textplot3d, tubeplot



                                                                              66
El comando fsolve, ayudará encontrar soluciones aproximadas de ecuaciones. Sin

embargo se observará como devuelve soluciones cero, lo cuál indica que se

tendrá que graficar para encontrar una solución o soluciones aproximadas.

Nombra la siguiente ecuación ecu1: 3x3 24x2       x 4 (Es el último ejemplo de la

sección anterior)

> ecu1:=x^3-24*x^2+x+4=0;

 ecu1 :=x3 K 24 x2 C x C 4 = 0

Ahora utilice el comando fsolve para encontrar la solución:

> fsolve(ecu1,x);

 K .3850267687 0.4337509254 23.95127584
              ,           ,

Devuelve las mismas tres soluciones encontradas en la sección anterior.

A continuación observaremos las soluciones que arroja el comando fsolve de éste

problema:

Nombra la siguiente ecuación por ecu2,

> ecu2:=x^3+1-exp(x)=0;

 ecu2 :=x3 C 1 K e x = 0

Utilice el comando fsolve, para encontrar la solución:

> fsolve(ecu2,x);

  0.




                                                                              67
EL resultado que arroja es cero, lo cual es una solución real. Pero en realidad no

es la solución única, luego entonces debe graficar para darse cuenta cuantas

veces la gráfica corta el eje x:

> plot(x^3+1-exp(x),x=-3...5,y=-5..15);




Gráfica 22



De acuerdo a la gráfica se hacen cuatro cortes, entonces hay cuatro soluciones,

de hecho una de ellas es cero, la cual nos arrojó la solución anterior al usar el

comando fsolve. Ahora encontrará las soluciones aproximadas dando dominios al

comando fsolve; por ejemplo, la primera parte que corta al eje x está entre

  1, 0.3 , aplique el comando fsolve para encontrar la solución en ese dominio

restringido.

> fsolve(ecu2,x=-2..-0.3);

  K .8251554697

Ahora encontramos ese valor, resuelva así para encontrar los otros dos valores:

> fsolve(ecu2,x=1..2);




                                                                                  68
1.545007279

> fsolve(ecu2,x=4..5);

  4.567036837

De esta forma se tienen las cuatro soluciones de la ecuación.

A continuación se resolverán dos ecuaciones, las cuales se intersectan, por lo cual

se encontrará por graficación y con el comando fsolve, las intersección entre las

graficas y el eje x

Nombre las dos siguientes ecuaciones por y1:     20 x2 y y2:    10 3x

> y1:=-20+x^2;

  y1 :=$20 C x2

> y2:=-10-3*x;

  y2 :=$10K 3 x

Graficando las dos ecuaciones:

> plot([y1,y2],x=-10..10);




Gráfica 23




                                                                                69
Si se da un click en la gráfica se puede observar de manera aproximada que las

intersecciones entre las graficas son (-5.04,5.50) y (1.89,-15.08); así como

también las intersecciones con el eje x son (-4.67,0) y (4.67,0); también la recta

corta al eje x en (-3.22,0).

A continuación calcule de manera exacta tales puntos de intersección con el

comando fsolve, igualando primeramente las ecuaciones:

> ecuacion:=y1=y2;

  ecuacion:=$20 C x2 = $10 K 3 x

Después encuentre la solución con el comando fsolve:

> sol1_x:=fsolve(y1=y2,x=-5.5..-4.8);

  sol1_x:=K 5.000000000

> sol2_x:=fsolve(y1=y2,x=0..5.5);

  sol2_x:=2.000000000

Finalmente encuentre el valor de y, con el comando eval:

> sol1_y:=eval(y1,x=sol1_x);

  sol1_y:=5.00000000

> sol2_y:=eval(y1,x=sol2_x);

  sol2_y:=K 16.00000000

Así que las intersecciones de las gráficas son: (-5,5) y (2,-16).




                                                                               70
Ahora se encontrará los valores cuando se hacen cero las ecuaciones:

> sol3_x:=fsolve(y1=0,x);

  sol3_x:=K 4.472135955 4.472135955
                      ,

> sol4_x:=fsolve(y2=0,x);

  sol4_x:=K 3.333333333

> sol3_x[1];

  K 4.472135955

> sol3_x[2];

  4.472135955

> sol5_y:=eval(y1,x=sol3_x[1]);

  sol5_y:=0.

> sol6_y:=eval(y1,x=sol3_x[2]);

  sol6_y:=0.

> sol7_y:=eval(y2,x=sol4_x);

  sol7_y:=K 1. 10-9

Los puntos que cruzan al eje x son: (-4.47,0),(4.47,0) y (-3.33,-1.10-9).

Solución de ecuaciones con literales

> restart;




                                                                            71
u
Despeje u de la siguiente expresión: s
                                           au v

Primeramente nombre la expresión por alguna letra.

> z:=s = u/(a*u+v);

              u
 z :=s =
           a uC v

Utilice el comando solve para despejar u

> u=solve(z,u);

          sv
 u=$
        s aK 1

Enseguida resuelve para a

> a=solve(z,a);

        svK u
 a=$
         su

Ahora resuelve para v

> v=solve(z,v);

        u s aK 1
 v =$
            s

Solución de sistemas de ecuaciones lineales, usando el comando solve

> restart;with(plots):

Warning, the name changecoords has been redefined




                                                                       72
A continuación se resolverá un sistema de ecuaciones lineales, los cuales son las

siguientes: x y 3, x y      1;   se    observa   cómo       las   funciones   están

implícitamente, aún así se encontrará su solución, usando el comando solve:

> ecu1:=x+y=3;

 ecu1 :=x C y = 3

> ecu2:=x-y=-1;

 ecu2:=x K y = $1

Para encontrar la solución tendrá que introducir ecu1 y ecu2 entre llaves en el

comando solve

> solucion:=solve({ecu1,ecu2});

 solucion:= y = 2, x = 1

Enseguida despejaremos para el valor de y

> y1:=solve(ecu1,y);

 y1 :=$x C 3

> y2:=solve(ecu2,y);

 y2 :=x C 1

A continuación se graficarán las ecuaciones anteriores, indicando el punto de

intersección; utilizando el comando display

> grafico1:=plot([y1,y2],x=0..5,y=0..5,color=[red,blue]):

> grafico2:=plot([[1,2]],style=point,color=green,symbol=circle):




                                                                                73
> display([grafico1,grafico2]);




Gráfica 24



También se puede graficar como si fueran funciones implícitas, utilizando el

comando implicitplot (en esté comando no puede utilizar la sentencia color, para

especificar el color de los gráficos)

> implicitplot({ecu1,ecu2},x=0..5,y=0..5);




Gráfica 25



Ahora se resolverá un sistema de tres ecuaciones con tres incógnitas;

> restart;

Nombra las tres siguientes ecuaciones




                                                                             74
2x y z 3
  x 2 y 2z 1               .      :
 x y 3z 6

> ecu1:=2*x+y+z = 3;ecu2:=-x+2*y+2*z = 1;ecu3:=x-y-3*z = -6;

 ecu1 :=2 x C y C z = 3

 ecu2:=$x C 2 y C 2 z = 1

 ecu3:=x K y K 3 z = $6

> sol:=solve({ecu1,ecu2,ecu3});

 sol:= z = 3, x = 1, y = $2

> eval(ecu1,sol);

 3=3

> eval(ecu2,sol);

 1=1

> eval(ecu3,sol);

 $6 = $6



Sistemas de ecuaciones simultáneas con un número infinito de soluciones

> restart;

Nombra las siguientes dos ecuaciones:

> ecu1:=x-3*z=-3;ecu2:=2*x-5*y-z=-2;



                                                                          75
ecu1:=x K 3 z = $3

 ecu2:=2 x K 5 y K z = $2

> sol:=solve({ecu1,ecu2});

               4           3
 sol := z =      C y, x = $ C 3 y, y = y
               5           5

Nos indica que y puede tomar cualquier valor arbitrario.




Práctica


   1. Declare ec1 3x 5 17 , ec2            6x 25 12 , construya ec3 ec1 ec2 y

      resuelva ec3
                            2
   2. Resuelva la ecuación x 9x 20 0

   3. Compruebe para la segunda solución

   4. Encuentre las raíces de la función

                              22
       ec7     ex 3x3 x2 x
                              21

   5. Grafique y encuentre las coordenadas de la intersección de las curvas

       eq1 x2 x 2
       eq2 x 1

   6. Despeje x y u de la expresión

             3x2 u
       y
                z




                                                                           76
7. Resuelva el siguiente sistema de ecuaciones simultáneas (y grafique

   implícitamente)

   4x 3 y 17
    2x y 1

8. Obtenga el intervalo de números reales que satisfagan la siguiente

   desigualdad

   5 5x 6
   7 8x 3

9. (*)Encuentre y grafique una función polinomial de grado 4, con 3 raíces

   racionales en el intervalo 0,1 .

10. (*)Encuentre y grafique las coordenadas de los 4 puntos de intersección de

   las curvas definidas por:

   x2       y2   9
        2
   4x       25y 2    100




                                                                           77
Laboratorio 6. Matrices




Para efectuar operaciones con matrices se necesita la biblioteca de matrices, para

ello se utiliza el comando with(LinearAlgebra); recuerde que puede utilizar dos

puntos al final o punto y coma (;) para ver todos los comando que tiene el Maple

para operaciones con matrices.

Luego entonces llamaremos la biblioteca del Maple y borraremos la memoria.

> restart;with(LinearAlgebra);

[ &x, Add, Adjoint BackwardSubstituteBandMatrix Basis, BezoutMatrix
                    ,                           ,                 ,                          ,
    BidiagonalFormBilinearForm CharacteristicMatrixCharacteristicPolynomial
                         ,                 ,                             ,                                ,
    Column, ColumnDimensionColumnOperationColumnSpace CompanionMatrix
                                       ,                        ,                 ,                       ,
    ConditionNumberConstantMatrix ConstantVector Copy, CreatePermutation
                           ,                    ,                    ,                                ,
    CrossProduct DeleteColumn DeleteRow Determinant Diagonal DiagonalMatrix
                     ,                   ,                ,                ,            ,                   ,
    Dimension DimensionsDotProduct, EigenConditionNumbersEigenvalues
               ,                     ,                                              ,             ,
    Eigenvectors Equal, ForwardSubstituteFrobeniusForm GaussianElimination
                   ,                                    ,                    ,                         ,
    GenerateEquationsGenerateMatrix GetResultDataTypeGetResultShape
                             ,                    ,                           ,                 ,
    GivensRotationMatrixGramSchmidt HankelMatrix HermiteForm
                                   ,               ,                   ,                   ,
    HermitianTransposeHessenbergForm HilbertMatrix HouseholderMatrix
                                ,                     ,                  ,                       ,
    IdentityMatrix IntersectionBasisIsDefinite IsOrthogonal IsSimilar IsUnitary
                       ,                     ,              ,                   ,            ,          ,
    JordanBlockMatrix JordanForm LA_Main LUDecompositionLeastSquares
                              ,               ,             ,                         ,             ,
    LinearSolve Map, Map2, MatrixAdd MatrixExponentialMatrixFunction
                 ,                                ,                          ,                 ,
    MatrixInverse MatrixMatrixMultiplyMatrixNorm MatrixPower
                      ,                             ,               ,                   ,
    MatrixScalarMultiplyMatrixVectorMultiplyMinimalPolynomialMinor, Modular,
                                  ,                           ,                          ,




                                                                                                           78
Multiply, NoUserValue Norm, Normalize NullSpace, OuterProductMatrix
                           ,                ,                          ,
    Permanent, Pivot, PopovForm QRDecompositionRandomMatrix RandomVector
                                 ,                ,             ,              ,
    Rank, RationalCanonicalFormReducedRowEchelonFormRow, RowDimension
                                 ,                         ,               ,
    RowOperation RowSpace ScalarMatrix ScalarMultiply ScalarVector,
                 ,           ,            ,              ,
    SchurForm, SingularValues SmithForm SubMatrix SubVector, SumBasis
                               ,          ,          ,                ,
    SylvesterMatrix ToeplitzMatrix Trace, Transpose TridiagonalFormUnitVector
                   ,               ,               ,              ,          ,
    VandermondeMatrixVectorAdd, VectorAngle, VectorMatrixMultiplyVectorNorm,
                       ,                                           ,
    VectorScalarMultiply ZeroMatrix ZeroVector, Zip]
                         ,           ,



Los comandos que fueron desplegados anteriormente son todos los comandos

que pueden utilizarse en operaciones con matrices.




Creación de una matriz

Para crear una matriz se puede hacer de diferentes formas, por filas o columnas.

Se debe nombrar la matriz para posteriormente utilizarla en operaciones

algebraicas.

Creación de una matriz por filas:

> a:=<<2|3|4>,<5|0|1>,<8|3|1>>;

       2 3     4
 a := 5 0      1
       8 3     1

Construcción de una matriz por columnas:

> b:=<<2,5,8>|<1,6,9>|<0,6,1>>;




                                                                               79
2 1     0
  b := 5 6      6
        8 9     1

También puede crear una matriz utilizando el comando Matrix

> c:=Matrix([[1,9,0],[1,5,3],[2,7,0]]);

       1 9      0
  c := 1 5      3
       2 7      0

Del mismo modo se pueden utilizar las paletas del Maple para crear una matriz, el

cual se encuentra en el menú de View que está en la barra de herramientas,

donde puede escoger la dimensión de la matriz a trabajar:




                                                                              80
Eliminación de filas y columnas de una matriz

Para eliminar una fila de una matriz se utiliza el comando DeleteRow (M,#); donde

M= es la matriz y # la fila que se quiere eliminar

> a;

   2 3     4
   5 0     1
   8 3     1

> DeleteRow(a,1);

   5 0     1
   8 3     1

> DeleteRow(a,3);

   2 3     4
   5 0     1

> DeleteRow(a,2);

   2 3     4
   8 3     1

Para eliminar columnas se debe utilizar el comando DeleteColumn(M,#); donde M

es la matriz y # es el número de la columna que se quiere eliminar:

> a;




                                                                              81
2 3     4
   5 0     1
   8 3     1

> DeleteColumn(a,1);

   3 4
   0 1
   3 1

> DeleteColumn(a,2);

   2 4
   5 1
   8 1

> DeleteColumn(a,3);

   2 3
   5 0
   8 3



Aumento de filas y columnas de una matriz

Para aumentar una fila a una matriz se hace el siguiente procedimiento:

> b;




                                                                          82
2 1      0
   5 6      6
   8 9      1

Establezca y nombre la fila a aumentar en la matriz b:

> h:=<<1|2|3>>;

 h := 1 2         3

Introduzca la fila dentro de la matriz b y nómbrela con otro nombre

> z:=<b,h>;

        2 1     0
        5 6     6
 z :=
        8 9     1
        1 2     3

A continuación se aumentará una columna a la matriz z; establezca y nombre la

columna que va añadir:

> n:=<1,9,0,2>;

        1
        9
 n :=
        0
        2

Añade n a z y nómbrela con otro nombre:

> q:=<z|n>;




                                                                          83
2 1     0   1
         5 6     6   9
  q :=
         8 9     1   0
         1 2     3   2




Cambio de una fila o columna por un múltiplo escalar

Primeramente crearemos una matriz

> a;

   2 3       4
   5 0       1
   8 3       1

Ahora se multiplicará la fila 3 por el escalar 2; para ello se utilizará el comando

RowOperation(M,F,E), donde M, es la matriz; F, es el número de fila y E es el

escalar a multiplicar.

> RowOperation(a,3,2);

   2     3   4
   5     0   1
   16 6      2

> RowOperation(a,2,5);




                                                                                84
2    3       4
   25 0         5
   8    3       1

> RowOperation(a,1,-3);

   K 6 K 9 K 12
    5       0        1
    8       3        1

Finalmente          se   hará   para   las   columnas,   solo   que   el   comando   es

ColumnOperation(M,F,E), donde M, es la matriz; F, es el número de columna y E

es el escalar a multiplicar.

> ColumnOperation(a,1,2);

   4    3       4
   10 0         1
   16 3         1

> ColumnOperation(a,2,-3);

   2 K9 4
   5    0       1
   8 K9 1

> ColumnOperation(a,3,0);

   2 3          0
   5 0          0
   8 3          0



                                                                                     85
Intercambio de filas y columnas

Para hacer un intercambio de filas o columnas se utiliza el comando

RowOperation para filas y, ColumnOperation para columnas.

Primeramente cambiaremos la fila 1 por la 3 de la matriz a:

> a;

   2 3       4
   5 0       1
   8 3       1

> RowOperation(a,[1,3]);

   8 3       1
   5 0       1
   2 3       4

Si observa el intercambio de filas se hace entre corchetes. Ahora se cambiara la

fila 2 por la 3:

> RowOperation(a,[2,3]);

   2 3       4
   8 3       1
   5 0       1

A continuación se hará el intercambio entre columnas.

Se cambiara la columna 1 por la 3.

> ColumnOperation(a,[1,3]);




                                                                             86
4 3         2
   1 0         5
   1 3         8

Se observa que el intercambio de columnas se hace entre corchetes al igual que

el de filas.

> ColumnOperation(a,[2,1]);

   3 2         4
   0 5         1
   3 8         1



Extracción de un valor de la matriz o de una submatriz

Para extraer un valor de una matriz se debe hacer donde hay la intersección de

filas con columna y ese valor será extraído, por ejemplo,

Extraer el valor cero del matriz a:

> a;

   2 3         4
   5 0         1
   8 3         1

> a[2,2];


  0




                                                                            87
Se nombra primeramente la matriz y entre corchetes la intersección ya que el cero

está en la fila 2 columna 2.

Ahora se extraerá el número 8 de la matriz a:

> a[3,1];


  8


Luego el número 4:

> a[1,3];


  4


                                         2 3
A continuación para extraer la matriz        se debe mencionar que se requiere
                                         5 0

desde la fila 1 hasta la fila 2 y desde la columna1 hasta la columna 2

> a[1..2,1..2];

   2 3
   5 0

                                   2 3 4
Si se requiere extraer la matriz         se debe mencionar desde la fila1 hasta
                                   5 0 1

la fila 2 y desde la columna 1 hasta la columna 3

> a[1..2,1..3];




                                                                              88
2 3        4
   5 0        1

                          3 4
Para extraer la matriz        se debe mencionar desde la fila 1 hasta la fila 2 y
                          0 1

desde la columna 2 hasta la columna 3

> a[1..2,2..3];

   3 4
   0 1




Operaciones con matrices

Antes de iniciar con operaciones básicas de matrices, suma, resta, multiplicación y

potencia de una matriz, determinante de una matriz, matriz inversa, entre otras;

debemos reiniciar el programa y llamar la biblioteca de álgebra lineal.

> restart;with(LinearAlgebra):

Se establecen dos matrices nombrándolas:

> A:=Matrix([[ 4,5,7],[0,1,-2],[-1,3,5 ]]);B:=Matrix([[1,9,0],[3,-5,7],[1,0,-1]]);

          4       5   7
  A := 0          1 K2
        K1 3          5




                                                                                     89
1       9       0
  B := 3 K 5             7
         1       0    K1



Suma y resta

Para la suma de matrices simplemente se utiliza el operador de la suma (+).

> A+B;

   5 14          7
   3 K4 5
   0     3       4

En otro caso puede utilizar el comando MatrixAdd de la siguiente forma:

> MatrixAdd(A,B);

   5 14          7
   3 K4 5
   0     3       4

En lo que se refiere a la resta de matrices se utiliza el operador de la resta (-);

> A-B;

    3    K4          7
   K3        6       K9
   K2        3       6




                                                                                      90
Multiplicación

En el caso de la multiplicación de matrices el programa Maple no utiliza el

operador (*) para la multiplicación, si no el punto (.); crearemos otra matriz para

hacer la multiplicación con más de dos matrices.

> C:=Matrix([[1,6,-1],[2,0,-2],[-3,5,7]]);

           1   6 K1
  C := 2       0 K2
         K3 5         7

> A.B;

   26    11    28
   1     K5      9
   13 K 24 16

> A.B.C;

   K 36 296 148
   K 36 51       72
   K 83 158 147

Para hacer la multiplicación por un escalar, es necesario utilizar el operador (*):

> 2*A;

    8    10 14
    0      2 K4
   K2 6        10

> 2*A.B.(3*C);




                                                                                      91
K 216 1776 888
   K 216 306 432
   K 498 948 882

También puede utilizar el comando Multiply, solo para multiplicar dos matrices:

> Multiply(A,B);

   26     11    28
   1    K5      9
   13 K 24 16

> Multiply(A,C);

   K7      59        35
    8     K 10 K 16
   K 10    19        30

Además de la opción de multiplicar un matriz por un escalar, se puede utilizar el

comando ScalarMultiply o MatrixScalarMultiply

> ScalarMultiply(A,2);

    8     10 14
    0     2 K4
   K2 6        10

> MatrixScalarMultiply(A,2);

    8     10 14
    0     2 K4
   K2 6        10



                                                                                  92
Potencia de una matriz

Para aplicar una potencia a una matriz, simplemente eleva la matriz a la potencia

que se requiere:

> A;

       4     5       7
       0     1 K2
   K1 3              5

> A^2;

       9     46      53
       2    K 5 K 12
  K 9 13             12

> A^5;

  K 1777 1036 K 1069
       442           607        1000
   K 163 K 2605 K 2940

> A^3;

   K 17 250 236
       20    K 31 K 36
   K 48          4       K 29




                                                                              93
Transpuesta de una matriz

La transpuesta de una matriz es simplemente el intercambio de filas por columnas

o viceversa; para ello debe utilizar el comando Transpose.

> A;

       4   5       7
       0   1 K2
     K1 3          5

>Transpose(A);


 4     0   K1
 5     1       3
 7 K2          5


Determinante de una matriz

Para calcular el determinante de un matriz debe utilizar el comando Determinant

> A;

       4   5       7
       0   1 K2
     K1 3          5

> Determinant(A);

61

> B;




                                                                                  94
1       9       0
     3 K5            7
     1       0   K1

> Determinant(B);

95



Inversa de una matriz

En cuanto al cálculo de la inversa de una matriz existen dos formas. La primera

elevando la matriz a la -1 y la segunda utilizando el comando MatrixInverse.

> A;

         4       5        7
         0       1 K2
     K1 3                 5

> A^(-1);

     11          K4           K 17
     61          61            61
      2              27       8
     61              61       61
      1          K 17         4
     61           61          61

> MatrixInverse(A);




                                                                               95
11       K4     K 17
    61       61      61
     2       27     8
    61       61     61
     1       K 17   4
    61        61    61




Sistemas de Ecuaciones

Antes de iniciar se debe empezar con el comando restart; with(LinearAlgebra):

> restart;with(LinearAlgebra):

Se tiene un sistema de ecuaciones de dos por dos:

> 2*x+5*y=4;8*x+3*y=7;

  2xC 5y=4

  8xC 3y=7

Introduzcamos el sistema a una matriz:

> A:=Matrix([[2,5],[8,3]]);

         2 5
  A :=
         8 3

> b:=Matrix([[4],[7]]);

         4
  b :=
         7




                                                                                96
Ahora se resolverá el sistema por el método de eliminación Gaussiana, conocido

como sistema escalonado; para ello se debe utilizar ReducedRowEchelonForm

> c:=ReducedRowEchelonForm(<A|b>);

                  23
         1 0
                  34
  c :=
                  9
         0 1
                  17

El resultado para x=23/34, y=9/17.Convertiremos los resultados de la matriz a

ecuación, utilizando el comando GenerateEquations

> GenerateEquations(c,[x,y]);

         23      9
   x=       , y=
         34      17

También se puede convertir una matriz a un sistema de ecuaciones con el mismo

comando anterior, por ejemplo:

> q:=Matrix([[1,-5,-4],[1,0,5],[9,-2,1]]);

         1 K5 K4
  q := 1     0    5
         9 K2     1

> t:=Matrix([[0],[0],[0]]);

         0
  t := 0
         0




                                                                            97
Se tiene la matriz q que es la de coeficientes y la matriz t que es el de resultados,

convertiremos las matrices a un sistema de ecuaciones de tres por tres.

> k:=GenerateEquations(q,[x,y,z],<0,0,0>);

  k := x K 5 y K 4 z = 0, x C 5 z = 0, 9 x K 2 y C z = 0

> var:=[x,y,z];

  var := x, y, z

> GenerateMatrix(k,var);

   1 K5 K4         0
   1   0     5 , 0
   9 K2      1     0

> GenerateMatrix(k,var,augmented=true);

   1 K5 K4 0
   1   0     5     0
   9 K2      1     0

Ahora se resolverá el sistema con el comando LinearSolve

> LinearSolve(%);

   0
   0
   0




                                                                                  98
Práctica

   1. Construya la siguiente matriz

                1    7    9
        A:      0     1    3
                4    3    0

             a) Elimine la fila 3 de la matriz A

             b) Elimine la columna 3 de la matriz A

                                                h: 3 2 5
             c) Aumente la siguiente matriz                  en la matriz A y nombra la

                nueva matriz por la letra z.

                                                     2
                                                     12
                                                j:
                                                     1
             d) Aumente la siguiente matriz
                                                     3 a la matriz z y nómbrela q.

             e) Multiplique la fila 3 de q por 2.

             f) Multiplique la columna 3 de q por -1/3.

             g) Intercambie la columna 2 por la columna 1 de q.

             h) Intercambie la fila 1 por la 3 de q; nómbrela w.

             i) Extraiga el valor -3 de w

                                   1 7
             j) Extraiga la matriz 3 2      de w.

   2. Construya las siguientes matrices

           7    2      1       3 2 1       15         4 10
   A:      3    0     4 B:     7 10 11 C : 7           8 1
            1    6     9        5 7 0       0          5 0



                                                                                     99
y efectúe las siguientes operaciones:

        a) a) A+B+C,

        b) b) AB,

        c) c) (AB)C,

        d) d) CA,

        e) e ) A-BC.

        f) Transponga la matriz C y nómbrala Ct

        g) Calcule el determinante de Ct

        h) Calcule la matriz inversa de Ct

3. Construya el siguiente sistema :

   8x 12 y 72
   9x 12 y 21

4. Introduzca el sistema anterior en una matriz, resuélvalo por el método de

   eliminación Gaussiana y convierta el resultado en una ecuación.

5. Convierta las siguientes matrices en ecuaciones y resuelva el sistema

   usando el comando LinearSolve;

         1    1     3       5
   A:    2    1     4 B:    8
         1   1      1       1

6. (*)Sean

                                         9   2
          3 6          4    1   8
   A           ,B                  ,C   11    4
           2 7         6   5     5
                                        8    12

        a) Verifique que A(BC)    ( AB)C



                                                                        100
T   T
b) Calcule 2 AC

                T      1 T
c) Calcule 4 CB
                             1
d) Calcule A
            3
                   BC T




                                 101
Bibliografía




  1. Garvan Frank .“The maple book”, ed. Chapman & Hall/crc, Estados Unidos:

     2002.

  2. Heck André . Introduction to Maple. Third edition, Ed. Springer, USA 2000.

  3. Rafter A. John, Abell L: Martha, Braselton P. James, “Statistics with maple”,

     Academic Press, USA 2003.

  4. www.maplesoft.com




                                                                              102
Índice de gráficas



Gráfica 1 ......................................................................................................................... 49
Gráfica 2 ......................................................................................................................... 49
Gráfica 3 ......................................................................................................................... 50
Gráfica 4 ......................................................................................................................... 50
Gráfica 5 ......................................................................................................................... 51
Gráfica 6 ......................................................................................................................... 51
Gráfica 7 ......................................................................................................................... 52
Gráfica 8 ......................................................................................................................... 52
Gráfica 9 ......................................................................................................................... 53
Gráfica 10....................................................................................................................... 53
Gráfica 11....................................................................................................................... 54
Gráfica 12....................................................................................................................... 54
Gráfica 13....................................................................................................................... 55
Gráfica 14....................................................................................................................... 56
Gráfica 15....................................................................................................................... 56
Gráfica 16....................................................................................................................... 57
Gráfica 17....................................................................................................................... 57
Gráfica 18....................................................................................................................... 58
Gráfica 19....................................................................................................................... 58
Gráfica 20....................................................................................................................... 59
Gráfica 21....................................................................................................................... 59
Gráfica 22....................................................................................................................... 68
Gráfica 23....................................................................................................................... 69
Gráfica 24....................................................................................................................... 74
Gráfica 25....................................................................................................................... 74




                                                                                                                                103
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Maple 10 para matemáticas básicas

  • 1. MAPLE 10 PARA MATEMÁTICAS BÁSICAS Autores: Coronado Ramírez Semei Leopoldo Gualajara Estrada Víctor Hugo Sandoval Bravo Salvador 1
  • 2. Producción académica de los miembros del Cuerpo Académico “Crecimiento Económico y Cambio Tecnológico -UDG CA 468” en coordinación con la Maestría en Economía y el Departamento de Métodos Cuantitativos 2
  • 3. Prólogo Hoy en día es muy importante contar con diversas habilidades en el uso de herramientas computacionales que faciliten el procesamiento y el análisis de información para la toma de decisiones en cualquiera que sea la actividad productiva que desarrollemos. Maple 10 es una herramienta computacional tecnológicamente avanzada, que incorpora algoritmos simbólicos propios reconocidos en todo el mundo. Asimismo, Maple incorpora desde su versión 6 los prestigiosos resolvedores numéricos proporcionados por su socio Numerical Algorithms Group (NAG). Además, Maple está compuesto por un ambiente ideal que cubre todos los aspectos matemáticos necesarios para el desarrollo de actividades en áreas como ingeniería, economía, finanzas e investigación. Maple incorpora herramientas suficientemente flexibles para ajustarse a todas las necesidades de cálculo: desde la resolución de sistemas de ecuaciones diferenciales, hasta el modelado de complejos problemas en el ámbito económico. Maple es la herramienta que mejor se adecua a cualquier requerimiento para cálculo técnico. El presente texto es una excelente opción para todo estudiante que quiera iniciarse en el uso de Maple 10, cada una de las secciones está claramente detallada y lleva de la mano al lector a través de los ejemplos que introducen los conceptos matemáticos y el uso de 3
  • 4. los comandos de Maple, además, el libro incluye una serie de prácticas que permitirán la aplicación del conocimiento adquirido. Las habilidades que los alumnos puedan adquirir en el uso de herramientas que disminuyan tiempo de procesamiento y análisis, que reduzcan costos y eleven la productividad, harán la diferencia competitiva entre profesionales que sean capaces de alcanzar el éxito en sus actividades productivas. Dra. Maria Elena Meda Campaña Profesor e Investigador Titular A Miembro del Sistema Nacional de Investigadores 4
  • 5. Índice temático Introducción.............................................................................................. 8 Necesidades del sistema......................................................................... 11 Comandos más utilizados en Maple....................................................... 12 Introducción al entorno de Maple........................................................... 16 Laboratorio 1. Conjuntos ....................................................................... 24 Relación de pertenencia Operaciones con conjuntos Relación de inclusión Conjunto potencia Práctica Laboratorio 2. Operaciones aritméticas y variables............................. 31 Operaciones aritméticas Sustitución de valores en expresiones algebraicas 5
  • 6. Práctica Laboratorio 3. Expresiones algebraicas................................................ 38 Uso del comando eval Uso del comando expand Uso de comando eval y expand Uso del comando factor Uso del comando simplify Práctica. Laboratorio 4. Gráficas........................................................................... 47 Gráficas Gráfica de puntos Práctica Laboratorio 5. Ecuaciones....................................................................... 60 Manipulación de un sistema de igualación. Utilizando el comando fsolve para encontrar las soluciones aproximadas Solución de ecuaciones con literales Solución de sistemas de ecuaciones lineales usando el comando solve. 6
  • 7. Solución de un sistema con infinito numero de soluciones Práctica. Laboratorio 6. Matrices............................................................................ 77 Matrices Operaciones con matrices Suma y resta Multiplicación Potencia de una matriz. Transpuesta de una matriz Determinante de una matriz Inversa de una matriz Sistemas de ecuaciones Práctica Bibliografía…………………………………………………………………….. 101 Índice de gráficas…………………………………………………………….. 102 Índice analítico de comandos.……………………………………………… 103 7
  • 8. Introducción La necesidad de realizar cálculos algebraicos, de obtener una precisión casi infinita, de manejar o tratar con expresiones exactas suelen ser una tarea ardua y en ocasiones fastidiosa para quienes deban realizarla. De igual forma, la oportunidad de trazar gráficas de funciones en dos y tres dimensiones, de poder observar su imagen desde distintos puntos de vista suele ser un gran reto; igualmente que el tratar con animaciones y otras variantes gráficas. Desde hace algunos años las calculadoras graficadoras y los sistemas algebraicos de computación surgieron para aliviar esta enorme tarea teniendo una gran aceptación en el ámbito académico, tanto en la investigación, como en la docencia. Por lo cual actualmente, podemos hablar de la calculadoras graficadoras HP 49G o Voyage 200 de Hewlertt Packard y Texas Instruments respectivamente, de la misma forma, podemos mencionar sistemas algebraicos de computación como el Matlab, Mathematica o Maple. Maple es un programa desarrollado desde 1980 por el grupo de Cálculo Simbólico de la Universidad de Waterloo (Ontario, Canadá). Su nombre viene de las palabras en inglés “Mathematical Pleasure”. Maple es capaz de desarrollar una amplia gama de problemas, mediante el uso de comandos predeterminados. También posee un lenguaje de programación para que el usuario pueda desarrollar sus propias funciones y programas. 8
  • 9. El objetivo del presente libro es lograr llegar al usuario de éstas operaciones matemáticas mediante un sencillo texto lo suficientemente claro como para impulsar y motivar la adaptación del principiante en el entorno de Maple. Se usará la mayoría de los comandos tradicionales para el álgebra y la graficación, empleando sólo los parámetros básicos en estas áreas; teniendo el conocimiento que existen más parámetros a utilizar en otras áreas. Se tiene como herramienta matemática los contenidos del curso de Matemáticas I que se imparten en el Centro Universitario de Ciencias Económico Administrativas de la Universidad de Guadalajara (U de G). Por lo cual se supondrá que el lector de este libro conoce los temas que esta asignatura contiene. Para lograrlo, se presentan en 6 secciones o tópicos desde un nivel elemental hasta cubrir algunos aspectos particulares de teoría de matrices. Cada sección es presentada con claridad apropiada a cada idea, con ejemplos claros y concretos que, mas allá de ilustrar el contenido de lo tratado, atraen la atención y curiosidad del lector interesado en dominar el entorno de este programa, se termina cada sección con una pequeña práctica, donde se resumen en un número breve de ejercicios el contenido más importante de cada sección. Asimismo, se incluyen ejercicios de mayor grado de dificultad señalados con asterisco. El trabajo se estructura de la siguiente forma: Laboratorio 1, donde se exponen los concepto elementales de la teoría de conjuntos; Laboratorio 2, que aborda las 9
  • 10. operaciones con expresiones algebraicas; Laboratorio 3, donde se tratan temas relacionados con expresiones algebraicas y funciones; Laboratorio 4, dedicado especialmente al desarrollo y construcción de gráficas en el entorno Maple; Laboratorio 5, se tratan los temas relativos a sistemas de ecuaciones y comandos para la obtención de soluciones aproximadas; y finalmente, Laboratorio 6, contiene temas básicos de teoría de matrices tratados con Maple. Esperamos que este material sirva para despertar en el alumno el interés por aprender más sobre apoyos tecnológicos que existen en el área de Métodos Cuantitativos para el área económica administrativa. Los Autores CUCEA. Departamento de Métodos Cuantitativos. UDG Diciembre de 2006 10
  • 11. Necesidades del sistema Para operar Maple 10 convenientemente, de manera que se puedan explotar de la manera más eficiente todas sus características y posibilidades, se requiere que el equipo cuente con los requerimientos necesarios, tanto de software como de hardware, mismos que se listan a continuación. Windows® Versión CPU* Mínimo RAM Disco Duro RAM Recomendado Windows NT 4 Intel Pentium III 650 MHz + 64 MB 512 MB 400 MB (with Service Pack 5) Windows 98 Intel Pentium III 650 MHz + 64 MB 128 MB 400 MB Windows ME Intel Pentium III 650 MHz + 64 MB 128 MB 400 MB Windows 2000 Professional Intel Pentium III 650 MHz + 128 MB 512 MB 400 MB Windows 2000 Server Intel Pentium III 650 MHz + 256 MB 512 MB 400 MB Windows XP Pro Intel Pentium III 650 MHz + 128 MB 512 MB 400 MB Windows XP Home Intel Pentium III 650 MHz + 128 MB 512 MB 400 MB Windows 2003 Server Intel Pentium III 650 MHz + 256 MB 512 MB 400 MB • CD-ROM driver (instalación para el CD). • 16-bit color a 800 por 600 (o mayor) resolución recomendada. • TCP/IP interno para conexiones habilitadas. • Disponible para Windows 98 y Windows ME Algunas características de la interfase no están disponibles en el Classic Worksheet. La instalación del programa esta recomendado al menos que algunos requerimientos puedan limitar su funcionamiento en algunas características del programa. Para configuraciones con mínimos requerimientos del sistema, la Interface Classic Worksheet es la más recomendada. 11
  • 12. Comandos más utilizados en Maple. in Operador de pertenencia para conjuntos. evalb (exprb) Evalúa una expresión booleana. union (c1,c2) Operador de unión para conjuntos. intersection (c1,c2) Operador de intersección para conjuntos. minus (c1,c2) Operador de diferencia para conjuntos. subset (c1,c2) Operador de subconjuntos. powerset (c1) Calcula el conjunto potencia de un conjunto, requiere el comando with (combinat). nops (c1) Obtiene la cardinalidad de un conjunto. restart Limpia la memoria de Maple para todas las definiciones. unassign ('var') Limpia una variable nombrada var=variable. unapply (expr) Retorna un operador de una expresión en forma de función. with ( ) Trae funciones adicionales que se encuentran en la biblioteca de Maple. numer ( ) Selecciona el numerador de una fracción. denom ( ) Selecciona el denominador de una fracción. ifactor (n) Da la factorización de números primos para un entero dado. lhs (eqn) Selecciona el lado izquierdo de una ecuación. rhs (eqn) Selecciona el lado derecho de una ecuación. rationalize (expr) Racionaliza el denominador de una expresión. 12
  • 13. simplify (expr) Simplifica una expresión. expand (expr) Expande la expresión dada. eval (expr,x=v) Evalúa las expresiones en un punto donde x=v. evalf (expr) Evalúa numéricamente una expresión dando por default 10 dígitos. evalf (expr,n) Evalúa numéricamente una expresión dando el número de dígitos que se requieran. factor (expr) Factoriza una expresión. fsolve (eqn) Encuentra numéricamente (por aproximación) la solución de una ecuación, cuando se le da el valor de x. subs (x= v,expr) Sustituye el valor de una variable en la variable independiente de la expresión. solve (eqn) Encuentra la solución exacta de una ecuación incluyendo ecuaciones con letras y sistemas lineales. plot ( ) Grafica funciones definidas por expresiones algebraicas, grafica más de una expresión a la vez, grafica puntos, ecuaciones paramétricas, etc. display ( ) Combina graficas de funciones y puntos ( requiere el comando with (plots)). implicitplot ( ) Grafica funciones definidas implícitamente Matrix ([]) Es el comando para crear una matriz. DeleteRow (M,#) Elimina una fila de una matriz, donde M es la matriz y # es el número de fila a eliminar. 13
  • 14. DeleteColumn (M,#) Elimina una columna de una matriz, donde M es la matriz y #· es el número de columna. RowOperation (M,α,#) Multiplica una fila de una matriz por un escalar, donde M es la matriz, α, es un escalar y # es el número de la fila. RowOperation (M,[ ]) Hace el intercambio de filas en una matriz, donde M es la matriz. ColumnOperation (M,α,#) Multiplica una columna por un escalar, donde M es la matriz, α, es el escalar y # el número de columna. ColumnOperation (M,[ ]) Hace el intercambio de columnas en una matriz, donde M es la matriz. MatrixAdd ( ) Suma dos matrices. Multiply ( ) Multiplica dos matrices. ScalarMultiply ( ) Multiplica una matriz por un escalar. MatrixScalarMultiply ( ) Multiplica una matriz por un escalar. Transpose ( ) Transpone una matriz. Determinant ( ) Calcula el determinante de una matriz. MatrixInverse ( ) Calcula la matriz inversa. ReducedRowEchelonForm (<|>) Resuelve un sistema de ecuaciones por el método de Gaussiano. GenerateEquations ( ,[ ]) Convierte una matriz en un sistema de ecuaciones. GenerateMatrix ( ) Convierte un sistema de ecuaciones en un sistema matricial. LinearSolve ( ) Resuelve el sistema que está hecho en matrices. 14
  • 15. Constantes Matemáticas Pi Cuidado: No debes utilizar pi si no Pi con P mayúscula. exp (1) e I -1 Otras funciones matemáticas sqrt (x) x abs (x) x exp (x) ex ln (x) Logaritmo natural. log (x) Logaritmo natural igual que ln(x). log [n](x) Logaritmo base n. sin (x), cos (x), tan (x), cot (x), sec (x), csc (x) Funciones trigonométricas. arcsin (x), arccos (x), arctan (x) Funciones trigonométricas inversas. 15
  • 16. Introducción al entorno de Maple Ventana de Maple A continuación se presenta la ventana de Maple, describiendo brevemente sus elementos. 16
  • 17. Inserta Abre un archivo Amplia expresiones existente Imprime ventanas matemáticas no archivos abiertas ejecutables Crea una línea de Comando Separador de texto Detiene un Crea una línea de proceso texto Abre un archivo Encapsula nuevo Guarda una sección o archivos subsección Ir al hipervínculo siguiente Copiar la selección en el Remover la sección o portapapeles Aumento del subsección Ir al Zoom hipervínculo Pegar anterior 17
  • 18. Hoja de trabajo Crear una nueva línea de comando Utilizar: CTRL+J Dar click al icono Use el Menu: Insert / Execution Group > After Cursor Crear una línea de texto Utilizar CTRL+T Dar Click al icono Usar el Menu: Insert / Text Input Uso de un Semicolon vs. Colon Al finalizar una línea de comandos matemáticos, se debe utilizar (;) el cual es llamado semicolon. Si requiere utilizar más de una línea de comandos matemáticos, debe utilizar el colon(:). ¿Cómo remover las salidas de una hoja de trabajo? Use el Menu: Edit / Remove Output > From Worksheet ¿Cómo expandir o colapsar una sección? Use el Menu: View / Expand All Sections (or Collapse All Sections) 18
  • 19. Parar el proceso de output de lenguaje matemático: Para parar un proceso utilice el icono Crear un Nuevo archive/Guardar un archivo/Abrir un archivo existente e imprimir Use el Menu: File / New , Open , Save , Save As, Print, o en su caso CTRL+ P o dar click a los iconos de abrir un archivo ya existente , un nuevo archivo , para guardar y para imprimir . ¿Cómo cortar, copiar o pegar? Use la barra de herramientas de click al icono de cortar , copiar y pegar . También puede cortar, copiar o cortar seleccionando el párrafo o la línea de trabajo matemático. Uso de la ayuda Puede dar click en la barra de herramientas a la palabra Help o en su defecto escriba la palabra que requiere buscar en comandos matemáticos y de CTRL+ F1. Por ejemplo factor luego CTRL+ F1 y se desplegará la ayuda sobre esté comando. 19
  • 20. Auto-Guardar De click en la barra de herramientas al comando Options y busque Autosave y seleccione el intervalo que requiera para guardar sus archivos. Ver las Paletas Dar click en el menú de View y dar click en Palettes y dar click Show All Palettes; se desplegarán todas la paletas del Maple. Insertar expresiones matemáticas no ejecutables De click al icono y escriba las expresiones matemáticas no ejecutables o texto. Deshacer la última expresión De click al icono y entonces deshaga la última operación. Rehacer la última expresión De click al icono y entonces rehace la última operación. Insertar secciones o subsecciones De click en la barra de herramientas a Insert, luego de click a Section o Subsection. Aumento del Zoom 20
  • 21. Dar click al icono para ver al 100%, click al icono para ver al 150% y dar click al icono para ver al 200%. Encapsular secciones o subsecciones Remueve la sección o subsección encapsulada con el icono , encapsula una sección o subsección con el icono . Uso de separador de texto o lenguaje matemático Puede utilizar el icono para ver las separaciones. Ir a los hipervínculos anteriores o posteriores Para ir a un hipervínculo anterior de click al icono , para ir a un hipervínculo posterior de click al icono . Organización de ventanas De click al icono éste automático ampliará las ventanas abiertas. Se revisaran a continuación una serie de ejemplos ilustrados de algunos de los comandos más usados en Maple, organizados en hojas de trabajo. Se presentan entornos de hojas de trabajo preparadas con secuencias de comandos listas para ejecutarse. 21
  • 22. Ejecución de comandos Para ejecutar comandos en una hoja de cálculo de Maple: Capturar el comando o la operación a realizar, terminando la instrucción con “;”, para posteriormente presionar ENTER. 1+1; limit(x–7,x=3); Ejecución en grupo La ejecución en grupo son elementos fundamentales que se realizan en la hoja de cálculo del Maple. Para avanzar dentro de un grupo de un renglón a otro sin que se ejecute algún comando será mediante presionando SHIFT+ENTER, por ejemplo; solve(a*x^2=4,{x}); > subs(a=16,a*x^2=4); Interactuar con el procesador de cálculo en Maple Cuando se introducen datos en Maple, se debe terminar la expresión con un “punto y coma” (;) o con “ dos puntos” (:); Por ejemplo, para realizar el siguiente cálculo empleando un comando aritmético común ifactor(77777777777); 22
  • 23. Para suprimir la salida de cálculos muy grandes, se colocaran los dos puntos al término de la expresión 10000!: Referenciar cálculos En algunas ocasiones, se requiere referenciar una expresión en Maple o utilizar alguna expresión ya escrita en el Maple en comandos anteriores existe dos formas de realizar esto: Asignando expresiones, por ejemplo; LaExpresion:=x^2+2*x–3; factor (LaExpresion); El símbolo “%” permite el rápido acceso de salidas de cálculos previos, por ejemplo; x^2+2*x–3; function(%); Organización del Maple La Librería de Maple esta dividida en dos grandes grupos: la librería principal y los paquetes. Los paquetes contienen grupos de comandos con cálculos relacionados a una misma área. Para acceder a las rutinas de los paquete se puede hacer de la siguiente forma (por ejemplo, para acceder a algún comando del paquete LinearAlgebra). 23
  • 25. Laboratorio 1. Conjuntos En este laboratorio aprenderá a realizar las operaciones básicas con conjuntos, a saber: unión, intersección, complemento, diferencia; además aprenderá a calificar de falso o verdadero las relaciones de pertenencia entre conjuntos. Relación de pertenencia Para determinar si un elemento pertenece a un conjunto utilizamos el comando in, de la siguiente manera, > 1 in {0,1,3}; 1 { 0, 1, 3 } Para evaluar como falso (false) o verdadero (true) una expresión booleana utilizamos el comando evalb(%), en el que el símbolo % considera el paso anterior calculado, escribimos entonces, > evalb(%); true De la misma forma para un caso falso, por ejemplo, > 7 in {8,9,0}; 7 { 0, 8, 9 } > evalb(%); false 25
  • 26. Operaciones con conjuntos Para poder explicar el de operaciones binarias entre conjuntos, definimos primeramente 2 conjuntos A y B, además del conjunto universo U. Para declarar un conjunto utilizamos el nombre del conjunto, seguido de " := ", a continuación abrimos llaves, anotando los elementos de dicho conjunto y cerrando llaves, como se describe a continuación, > U:={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}; U := { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 } > A:={0,1,2,3}; A := { 0, 1, 2, 3 } > B:={0,2,4,6}; B := { 0, 2, 4, 6 } Para obtener la unión de A con B, utilizamos el comando union y escribimos, > A union B; { 0, 1, 2, 3, 4, 6 } Utilizaremos en lo sucesivo, por cuestiones didácticas el comando " ' ", que encerrando una expresión retrasa la ejecución de un comando hasta una siguiente ejecución, al mismo tiempo que se escribe en lenguaje matemático tal comando, generalmente se utiliza para hacer más descriptivo un cálculo, por ejemplo, > ''A union B'':%=eval(%); A B { 0, 1, 2, 3, 4, 6 } 26
  • 27. Lo anterior es claramente mucho más sencillo de leer e interpretar. Por otro lado, Si queremos calcular la intersección de A con B, utilizamos el comando intersect, del modo siguiente, > ''A intersect B'':%=eval(%); A B { 0, 2 } También podemos efectuar operaciones entre más de dos conjuntos, por ejemplo, > ''A union B union {8,9}'':%=eval(%); (A B) { 8, 9 } { 0, 1, 2, 3, 4, 6, 8, 9 } > ''A intersect B intersect {2,6,7}'':%=eval(%); (A B) { 2, 6, 7 } { 2 } Los elementos de los conjuntos pueden ser incluso palabras o letras individuales, por ejemplo, > C:={oaxaca, federal,chiapas,guerrero}; C := { guerrero, oaxaca, federal, chiapas} > E:={sonora, nayarit, tijuana, oaxaca}; E := { oaxaca, sonora, nayarit, tijuana} Si calculamos nuevamente la unión e intersección con estos dos nuevos conjuntos, entonces, > ''C union E'':%=eval(%); C E { guerrero, oaxaca, federal, chiapas sonora, nayarit, tijuana} , > ''C intersect E'':%=eval(%); C E { oaxaca} 27
  • 28. Asimismo, podemos, obtener la diferencia entre conjuntos, utilizando el comando minus, por ejemplo, ''A minus B'':%=eval(%); A B { 1, 3 } > ''C minus E'':%=eval(%); C E { guerrero, federal, chiapas} Note que el símbolo para la diferencia de conjuntos, Maple lo designa con una diagonal invertida. También podemos calcular el complemento de un conjunto en relación a su universo, recordando que A'=U-A, para obtener A' y B' lo hacemos de la siguiente manera, > ''U minus A'':%=eval(%); U A { 4, 5, 6, 7, 8, 9 } > ''U minus B'':%=eval(%); U B { 1, 3, 5, 7, 8, 9 } Relación de inclusión Además, podemos calificar de falso y verdadero la relación de inclusión entre conjuntos, utilizando el comando subset, por ejemplo, > '{5} subset {3,5,0}'; {5} { 0, 3, 5 } > evalb(%); 28
  • 29. true > '{8,9} subset {1,2,3,4,5,6,7,8,0}'; { 8, 9 } { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 } > evalb(%); false Conjunto potencia Para generar todos los subconjuntos de un conjunto, es decir el conjunto potencia, activamos primeramente la librería combinat, que incluye el comando que genera el conjunto potencia, como a continuación se describe, > with(combinat); [ Chi, bell, binomial, cartprod, character, choose, composition conjpart, decodepart, , encodepart, fibonacci, firstpart, graycode, inttovec, lastpart, multinomial nextpart, , numbcomb numbcomp numbpart, numbperm partition permute, powerset, , , , , prevpart, randcomb, randpart, randperm, setpartition stirling1 stirling2 subsets, , , , vectoint] Ahora, si podemos construir el conjunto potencia, utilizamos para tal efecto el comando powerset, por ejemplo, si queremos obtener el conjunto potencia de {a,b,c} escribimos, > conpot:=powerset({a,b,c}); conpot := { { }, { a, c, b }, { c, b }, { b }, { a, b }, { a }, { c }, { a, c } } 29
  • 30. La cardinalidad del conjunto „conpot‟ se calcula con el comando nops, de la siguiente manera > nops(conpot); 8 Si deseamos obtener el quinto elemento del conjunto potencia, escribimos la variable que contiene el conjunto potencia y entre corchetes el número del conjunto deseado tal y como aparece en la enumeración de 'conpot', > conpot[5]; { a, b } Práctica 1. Defina por enumeración los siguientes conjuntos U números dígitos , A números primos menores que 10 , B números pares menores que 10 , C números impares menores que 10 . Nota: Se utilizarán los conjuntos definidos anteriormente en los ejercicios siguientes. 2. Califique de falso o verdadero los siguientes: 2 A , 7 C . 3. Determine los siguientes conjuntos: a) A B b) B C A B C c) 30
  • 31. d) B ' e) B A 4. Obtenga el valor de verdad de a) 2,7 A b) A B 5. Calcule el conjunto potencia de A, y la cardinalidad del mismo. 6. (*)Con los conjuntos definidos anteriormente verificar que se cumplen la ley distributiva (incisos a y b) y las leyes de De Morgan (incisos c y d): a) A (B C) A B A C b) A (B C) A B A C c) A B ' A' B ' d) A B ' A' B ' 31
  • 32. Laboratorio 2. Operaciones aritméticas y variables En este laboratorio aprenderá a resolver expresiones aritméticas, nombrar variables, sustitución de variables, uso del comando evalf, el comando unassign, entre otros. Operaciones aritméticas Cálculos numéricos > 7+4; 11 > 16*78963598; 1263417568 > 146^78; 65996780678918288882321420951850915711065483639179945 375049806322604923950238423746220894239544965562 567065493517507948972652557288423323945356491453 91160408523340251136 > 2/5+8/7-5/4; 41 140 32
  • 33. El resultado anterior se da en una expresión de quebrado, si requiere conocer el resultado numérico, tendrá que utilizar el comando evalf(%): El símbolo % considera el paso anterior calculado. > evalf(%); 0.2928571429 Puede utilizar toda la expresión para evaluarla numéricamente, en lugar del símbolo %. > evalf(2/5+8/7-5/4); 0.2928571429 A continuación nombraremos a una expresión por una variable > k:=2/5+8/7-5/4; 41 k := 140 Entonces puede sustituir la variable k en el comando evalf > evalf(k); 0.2928571429 Ahora para obtener la raíz cuadrada de cualquier número, se requiere utilizar el comando sqrt() > sqrt(31); 31 33
  • 34. El resultado que se obtiene es expresado en forma de raíz; si se requiere la expresión numérica puede utilizar nuevamente el comando evalf(%) > evalf(%); 5.567764363 Para el símbolo debe teclear Pi > 5*Pi; 5p Por lo que respecta a la expresión exponencial, ex , debemos escribirla de la siguiente manera: > exp(x); ex Si hacemos algún cálculo diferente del exponente x, por ejemplo e2 , debemos escribir: > exp(2); e2 Para expresiones que involucren valor absoluto, por ejemplo, x , escriba de la siguiente manera: > abs(x); x Si requiere hacer algún cálculo numérico en valor absoluto, 10 ; escriba : > abs(-10); 34
  • 35. 10 En lo que respecta al logaritmo natural, ln x , escríbalo de la siguiente forma: > log(x); ln x Si necesita de algún cálculo numérico, como el siguiente, evalf (log(20)) , hágalo de la siguiente manera: > evalf(log(20)); 2.995732274 Para expresar un logaritmo en cualquier otra base, por ejemplo, evalf (log4 340 , > evalf(log[4](340)); 4.204695468 Si requiere descomponer un número en sus números primos, puede utilizar el comando ifactor, de la siguiente forma: > ifactor(435432654343563425); 2 5 17417306173742537 Si quiere construir una secuencia de números, se debe utilizar el comando seq. ¿Cuales son los resultados de la expresión x2 2x 1 dando valores en el dominio desde -10 hasta 10? > seq(k^2+2*k+1,k=-10...10); 35
  • 36. 81, 64, 49, 36, 25, 16, 9, 4, 1, 0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100, 121 Otro ejemplo es : x 1 , dominio desde 1 hasta 10 > seq(sqrt(k-1),k=1...10); 0, 1, 2, 3 , 2, 5, 6, 7, 2 2, 3 Si requiere conocer los resultados de las raíces deberá utilizar nuevamente el comando evalf(%) > evalf(%); 0., 1., 1.414213562 1.732050808 2., 2.236067977 , , , 2.449489743 2.645751311 2.828427124 3. , , , Sustitución de valores en expresiones algebraicas 2x3 Se tiene la siguiente expresión 2x5 3x4 x2 1, y se requiere evaluarla 3 cuando x=2; a continuación el procedimiento que debe hacerse para evaluar la expresión antes mencionada en el valor de x: Nombre a x=2; > x:=2; x :=2 Nombre la expresión con alguna letra, por ejemplo z, y obtendrá el resultado final cuando x=2 36
  • 37. > z:=2*x^5-3*x^4+2/3*x^3+x^2+1; 79 z := 3 Si requiere sustituir otro valor de x, tendrá que utilizar el comando unassign(„variable‟), > unassign('x'); > x:=0; x :=0 > z:=2*x^5-3*x^4+2/3*x^3+x^2+1; z :=1 Para cambiar todas las variables hechas, utilice el comando, restart y automáticamente borrará toda la memoria del programa Maple. > restart; Práctica 1. Calcule siguiente expresión numérica 3732: 2. Calcule la raíz de 6789 con 15 dígitos: 5 34 3. De el resultado numérico de la siguiente expresión 10 4. Descomponga en sus factores el siguiente número 49132748923749732047120397 37
  • 38. 5. Evalúe la siguiente expresión cuando x 4 en x3 2x2 x 10 , posteriormente utilizando el comando unassign evalúe en x 3. 6. (*)Determine cual de los siguientes números de la sucesión no es primo: 31, 331, 3331, 33331, 333331, 3333331, 33333331, 333333331. 4 7. (*)Demuestre que la ecuación w x4 y4 z 4 , tiene una solución cuando w 2682440 x 15365639 y 18796760 y z , , 20615673. 38
  • 39. Laboratorio 3. Expresiones Algebraicas En esté laboratorio aprenderá a manejar algunos aspectos algebraicos, por ejemplo, utilizará el comando eval para evaluar expresiones, el comando expand para multiplicación de binomios, otros comandos a utilizar son el comando factor el cual factorizará expresiones algebraicas, el comando simplify el cual simplificará expresiones; así como también el comando rationalize el cual es útil para racionalizar expresiones. Uso del comando eval Antes de iniciar limpie las variables de Maple con el comando restart > restart; Nombre la siguiente expresión 3x3 2x 1 por la letra h > h:=3*x^3-2*x+1; h :=3 x3 K 2 x C 1 Evalúe h cuando x 2 , > eval(h,x=2); 21 En su caso pudo haber sustituido directamente la expresión en el comando eval, > eval(3*x^3-2*x+1,x=2); 39
  • 40. 21 x y Evalúe la siguiente expresión implícita z cuando x 2, y 3 2x 3 y 2 > z:= (x+y)/(2*x+3*y^2); xC y z := 2 x C 3 y2 Cuando se tiene una expresión, donde deben evaluarse dos variables o más, es necesario utilizar corchetes, para los valores de las variables a evaluar > eval(z,[x=2,y=3]); 5 31 El resultado obtenido es en fracción, si se requiere el valor en decimales, debe utilizar el comando evalf y el símbolo % > evalf(%); 0.1612903226 También puede utilizar este comando para comprobar una ecuación. Por ejemplo, x2 2x 1 0 , cuando x 2 > ecuacion1:=x^2-2*x+1 = 0; ecuacion1:=x2 K 2 x C 1 = 0 > eval(ecuacion1,x=2); 1=0 La solución a la ecuación es cuando x 1 40
  • 41. > eval(ecuacion1,x=1); 0=0 Uso del comando expand Realice la siguiente la siguiente multiplicación, nombrándola por la letra m 3 2 2x 1 3x 1 x 1 > m:=(2*x+1)*(3*x+1)^3*(x+1)^2; 3 2 m := 2 x C 1 3xC 1 xC 1 > expand(m); 54 x6 C 189 x5 C 261 x4 C 182 x3 C 68 x2 C 13 x C 1 5 Desarrolle el siguiente binomio x 1 > d:=(x+1)^5; 5 d := x C 1 > expand(d); x5 C 5 x4 C 10 x3 C 10 x2 C 5 x C 1 Uso de los comandos eval y expand En está subsección se combinarán el uso de los dos comandos. En lugar de sustituir valores de x, se sustituirán expresiones 41
  • 42. Evaluar la siguiente expresión r : x3 2x2 x 2 cuando x x 1 > r:=x^3-2*x^2+x-2; r :=x3 K 2 x2 C x K 2 > f:=eval(r,x=x+1); 3 2 f := x C 1 K 2 xC 1 C xK 1 > expand(f); x3 C x2 K 2 Uso del comando factor Factorizar la siguiente expresión x2 4x 4 > q:=x^2-4*x+4; q :=x2 K 4 x C 4 > factor(q); 2 xK 2 O en su caso puede sustituir toda la expresión en el comando factor: > factor(x^2-4*x+4); 2 xK 2 Factorizar x4 5x2 4 > factor(x^4-5*x^2+4); 42
  • 43. xK 1 xK 2 xC 2 xC 1 Factorizar 108a6 180a5 45a4 45a3 18a2 > s:=108*a^6-180*a^5+45*a^4+45*a^3-18*a^2; s :=108 a6 K 180 a5 C 45 a4 C 45 a3 K 18 a2 > factor(s); 9 a2 a K 1 2 aC 1 2 aK 1 3 aK 2 También puede factorizar expresiones racionales. Por ejemplo, factorizar 3x2 2x 8 x 2 > e:=(3*x^2+2*x-8)/(x+2); 3 x2 C 2 x K 8 e := xC 2 > factor(e); 3xK 4 Puede usar el comando factor para factorizar el numerador y denominador de una y 4 y3 y 1 expresión racional. Por ejemplo, y2 1 > j:=(y^4-y^3-y+1)/(y^2-1); y4 K y3 K y C 1 j := y2 K 1 > factor(numer(j)); 43
  • 44. y2 C y C 1 yK 1 2 > factor(denom(j)); yK 1 yC 1 Uso del comando simplify 1 Simplifique la siguiente expresión: 1 1 1 1 x 1 > r:=1/(1+1/(1+1/(x+1))); 1 r := 1 1C 1 1C xC 1 > simplify(r); xC 2 2xC 3 z 2 z 2 Simplifique: z 2 z 2 z 2 1 z 2 > restart; > t:=((z+2)/(z-2)-(z-2)/(z+2))/(1+(z+2)/(z-2)); 44
  • 45. zC 2 zK 2 K zK 2 zC 2 t := zC 2 1C zK 2 > simplify(t); 4 zC 2 Uso del comando rationalize El comando rationalize elimina los radicales del denominador en expresiones numéricas o algebraicas, por ejemplo, > (sqrt(5)-sqrt(3))/(sqrt(5)+sqrt(3)); ( 1/2 ) ( 1/2 ) 5 3 ( 1/2 ) ( 1/2 ) 5 3 > rationalize(%); 1 ( 1/2 ) ( 1/2 ) 2 (5 3 ) 2 Si utilizamos expresiones algebraicas tenemos, > (sqrt(5)-sqrt(3))/(sqrt(5)+sqrt(3)); 5K 3 5C 3 > rationalize(%); 45
  • 46. 1 2 5K 3 2 Ahora, utilizando expresiones algebraicas, construimos los siguientes ejemplos, > (x-2)/(sqrt(x)-1); xK 2 x K 1 > rationalize(%); xK 2 1C x xK 1 > x/(-5+sqrt(2)); x $5 C 2 > rationalize(%); 1 $ x 5C 2 23 Práctica 2 1. Nombre la siguiente expresión 2x 3x por la letra f, y evalúe para x 2 2 3 2. Evalúe 8x 12x 5x , cuando x 2 3. Nombre la siguiente expresión 6x 3x2 por la letra v y evalúe cuando x 3u 2 de su resultado sin factorizar 46
  • 47. 6 3x 2 4. Realice la siguiente operación: 3 2 2 5. Evalúe la siguiente expresión x y x y x y2 , cuando: x 2 y y 3 2 x 1 x 1 6. Realice la siguiente operación x x2 1 7. Multiplique la siguiente expresión 4 8. Factorice la siguiente expresión 81 c 3 3 2 2 9. Factorice la siguiente expresión a 4b 4ab a b w 3 w 3 w 3 1 1 10. Simplifique la siguiente expresión w 3 w 3 3 11. Racionalice la siguiente expresión 3 2 12. (*)Simplifique c c 2 cd c d3 c d c d3 x 1 c d z 12 z 1 z2 1 13. (*)Demostrar que 2 2 b b2 ax bx c a x c 2a 4a 47
  • 48. Laboratorio 4. Gráficas En está sección aprenderá a graficar diferentes expresiones de una variable, así como también buscar puntos en el plano cartesiano, al mismo tiempo combinar diferentes estructuras para graficar. Antes de iniciar está sección debemos ejecutar el ayudante de Maple, el comando with(plots), junto con el comando restart. Gráficas > restart;with(plots): Warning, the name changecoords has been redefined Usando el comando plot para graficar, grafique x2 40x 80 con un dominio de 10...10 > plot(x^2-40*x+80,x=-10...10); 48
  • 49. Gráfica 1 Grafica la expresión anterior ahora con un dominio de , ; > plot(x^2-40*x+80,x=-infinity...infinity); Gráfica 2 Grafica la siguiente expresión x3 3x 8 con dominio de [-1...7] > plot(x^3-3*x+8,x=-1..7); 49
  • 50. Gráfica 3 La expresión anterior ahora con un dominio de [-10...10] > plot(x^3-3*x+8,x=-10..10); Gráfica 4 También puede usted seleccionar el rango de su interés. > plot(x^3-3*x+8,x=0..10,y=0..10); 50
  • 51. Gráfica 5 Puede buscar puntos sobre la gráfica, dando un click sobre el gráfico, observe como se activa en la barra de herramientas de Maple, las herramientas para gráficos. De click a cada uno de ellos y observe lo que sucede con el gráfico. x2 1 Grafique la siguiente expresión racional con dominio de [1/2..4] x > plot((x^2+1)/x,x=1/2...4); Gráfica 6 > restart;with(plots): 51
  • 52. Warning, the name changecoords has been redefined > A:=(x^2+1)/x; x2 C 1 A := x > plot(A,x=-10..10); Gráfica 7 > plot(A,x=-5..5,y=-5..5); Gráfica 8 > plot(abs(x),x=-10..10); 52
  • 53. Gráfica 9 > plot(2^x,x=0..10); Gráfica 10 > plot(2*ln(x+1),x=0..10); 53
  • 54. Gráfica 11 > plot(sqrt(x),x=0..10); Gráfica 12 Ahora se graficarán dos funciones en un sólo plano: las gráficas de x 2 y de x . Para graficar las dos funciones tendrán que introducir las dos expresiones entre corchetes. > restart;with(plots): Warning, the name changecoords has been redefined 54
  • 55. > plot([x^2,x],x=-5..5,y=-5..5); Gráfica 13 Además puede cambiar el color de las gráficas a los de su preferencia de acuerdo a los colores de Maple. aquamarine black blue navy coral cyan brown gold green gray khaki magenta maroon orange pink plum red sienna tan turquoise violet wheat white yellow > plot([x^2,x],x=-5..5,y=-5..5,color=[pink,navy]); 55
  • 56. Gráfica 14 Grafique x 2 y también 4 x > plot([x+2,4-x],x=0...4,y=0..4); Gráfica 15 Gráfica de puntos Grafique el punto (-5,6). Para ello tendrá que introducir el punto entre corchetes, mencionando el estilo de gráfico que requiere, el cual es de punto. > plot([[-5,6]],style=point); 56
  • 57. Gráfica 16 Grafique los siguientes puntos (-5,5),(0,4),(5,-5) > plot([[-5,-5],[0,4],[5,-5]],style=point); Gráfica 17 Ahora una los puntos anteriores por líneas > plot([[-5,-5],[0,4],[5,-5]],style=line); 57
  • 58. Gráfica 18 Igualmente puede escoger el tipo de punto que requiera de acuerdo a los que maneja el Maple( diamond, circle, cross por default) > plot([[1,3],[-8,5],[-1,0],[9,2]],style=point,color=navy,symbol=diamond); Gráfica 19 Para graficar las siguientes expresiones y sus intersecciones use el comando display. > figura1 := plot([-3*x+5,9-x^2],x=-3..5,color=[green,red]): > figura2 := plot([[-1,8],[4,-7]],style=point,color=blue,symbol=circle): 58
  • 59. > display([figura1,figura2]); Gráfica 20 De igual forma puede utilizar un grupo de ecuaciones a graficar sin usar el semicolon, solo con las teclas SHIFT+ENTER. > figura1 := plot([-3*x+5,9-x^2],x=-3..5,color=[green,red]): figura2 := plot([[-1,8],[4,-7]],style=point,color=blue,symbol=circle): display([figura1,figura2]); Gráfica 21 59
  • 60. Práctica 3 1. Grafique la siguiente expresión 1 x con dominio de [-10..10]. 2. Grafique la expresión anterior estableciendo el dominio y el rango, Rango=[-5..5]. 3 2 x 5...5 3. Grafique las siguientes expresiones 1 x , x ,2x 1 cuando , y 5...5 el color para la primera expresión: blue, para la segunda: pink y la tercera: black. 3 2 x 5...5 4. Grafique las siguientes expresiones 1 x , x ,2x 1 cuando , y 5...5 el color para la primera expresión: blue, para la segunda: pink y 0,1 0.45,0.15 la tercera: black. También grafique las intersecciones , , 0.75,0.60 , utilizando el comando display. 5. (*)Construya y grafique una función polinomial de grado 5, con 4 raíces enteras en el intervalo 5,5 60
  • 61. Laboratorio 5. Ecuaciones En esté laboratorio aprenderá el comando solve, él cual es utilizado para encontrar las soluciones exactas de ecuaciones, en su momento utilizar gráficos para encontrar soluciones aproximadas, al mismo tiempo utilizando el comando fsolve, él cual da soluciones aproximadas. Antes de iniciar utilice los comandos siguientes > restart;with(plots): Warning, the name changecoords has been redefined Manipulación de un sistema de igualación. Nombre siguiente sistema de igualación por ecu1, ecu1: x x 1 2x x 1 > ecu1:=x*(x+1)=2*x*(x-1); ecu1 :=x x C 1 = 2 x x K 1 Obtenga la expresión del lado derecho: > rhs(ecu1); 2x xK 1 Extraiga la expresión del lado izquierdo > lhs(ecu1); 61
  • 62. x xC 1 Ahora reste ambas expresiones, nombrándolas ecu2 > ecu2:=lhs(ecu1)-rhs(ecu1)=0; ecu2 :=x x C 1 K 2 x x K 1 = 0 Luego encuentre la solución para ecu2=0 > solve(ecu2,x); 0, 3 Utilizando N[1], le devolverá la solución 1, utilizando N[2], dará como resultado la solución 2 de ecu2. > N:=solve(ecu2,x); N :=0, 3 > N[1]; 0 > N[2]; 3 Finalmente sustituya los valores para comprobar si ecu2=0 > eval(ecu2,x=N[1]); 62
  • 63. 0=0 > eval(ecu2,x=N[2]); 0=0 Ahora se resolverá una ecuación, la cual no tiene una solución exacta Empezaremos por nombrar la ecuación ecu1, ecu1: 3x3 24x2 x 4 >restart; > ecu1:=3*x^3-24*x^2+x+4; ecu1 :=3 x3 K 24 x2 C x C 4 Se observa que la solución tiene números imaginarios, entonces encontremos una solución aproximada, de la siguiente manera, utilizando el comando evalf() > sol1:=solve(ecu1,x); 1 1/3 21 sol1:= 482C I 17723 C 1/3 3 482C I 17723 8 1 1/3 C ,$ 482C I 17723 K 3 6 21 8 1/3 C 2 482C I 17723 3 1 1 1/3 C I 3 482C I 17723 K 2 3 21 1/3 , 482C I 17723 1 1/3 21 $ 482C I 17723 K 1/3 6 2 482C I 17723 8 1 C K I 3 3 2 1 1/3 21 482C I 17723 K 1/3 3 482C I 17723 63
  • 64. Finalmente se convertirá la sol1 en un vector normal para quitar los números imaginarios, utilizando el comando fnormal() > p:=fnormal([sol1]); 1 p := 3 2/3 1/3 482C I 17723 C 63 C 8 482C I 17723 1/3 , 482C I 17723 1 1 2/3 1/3 $ 482C I 17723 K 63 6 482C I 17723 1/3 C 16 482C I 17723 2/3 1 C I 3 482C I 17723 K 63 I 3 , 6 1 2/3 1/3 $ 482C I 17723 K 63 482C I 17723 1/3 2/3 C 16 482C I 17723 K I 3 482C I 17723 C 63 I 3 A continuación se ha convertido la sol1 en un vector normal. Ahora simplificaremos el vector. Finalmente encontremos la solución aproximada > j:=simplify(p); 1 1 8 j := 2 7 cos arctan 17723 C , 3 482 3 1 1 $ 7 cos arctan 17723 3 482 8 1 1 C K 7 sin arctan 17723 3, 3 3 482 1 1 8 $ 7 cos arctan 17723 C 3 482 3 1 1 C 7 sin arctan 17723 3 3 482 64
  • 65. >solucion:=evalf(j); solucion:= 7.936835481 K .3795022885 0.4426668085 , , Puede utilizar el comando fsolve() para encontrar directamente la solución de manera aproximada. Sin embargo, no es muy recomendable aplicar directamente el comando fsolve, ya que en ocasiones la solución que se arroja es cero o da una única solución, por lo cual debemos graficar para encontrar los valores donde la ecuación se hace cero y buscar las aproximaciones. Es recomendable utilizar el comando fsolve, en ecuaciones no polinómicas, exponenciales o combinación de diferentes ecuaciones. > fsolve(ecu1); K .3795022887 0.4426668082 7.936835480 , , Podemos utilizar también el comando solve para resolver desigualdades de la misma manera que para solucionar ecuaciones, por ejemplo, > restart; > solve(4*x+7<-3*x+9,x); 2 RealRange $N , Open 7 Cuya solución en este caso es el intervalo abierto de números reales desde menos infinito hasta 2/7 Alternativamente se define la desigualdad y se resuelve, > desig1:=(5*x-2)/4>=-3*x+16; 65
  • 66. 5x 33 desig1:=$3 x% K 4 2 > solve(desig1,x); 66 RealRange ,N 17 De igual manera se solucionan las desigualdades de orden superior, definamos y resolvamos la siguiente desigualdad, > desig2:=(-3*x^2-4*x+7<=-4*x^2+x+13); desig2:=$3 x2 K 4 x%$4 x2 C x C 6 > solve(desig2,x); RealRange$1, 6 Utilizando el comando fsolve para encontrar las soluciones aproximadas > restart;with(plots); Warning, the name changecoords has been redefined Interactive animate, animate3d animatecurve arrow, , , , changecoords complexplot complexplot3d conformal, , , , conformal3d contourplot contourplot3d coordplot , , , , coordplot3d cylinderplot densityplot display display3d , , , , , fieldplot fieldplot3d gradplot gradplot3d graphplot3d , , , , , implicitplot implicitplot3d inequal interactive , , , , interactiveparams listcontplot listcontplot3d listdensityplot , , , , listplot listplot3d loglogplot logplot, matrixplot, multiple , , , , odeplot, pareto, plotcompare pointplot pointplot3d , , , polarplot polygonplot polygonplot3d polyhedra_supported , , , , polyhedraplot replot, rootlocus semilogplot setoptions , , , , setoptions3d spacecurve sparsematrixplot sphereplot , , , , surfdata, textplot, textplot3d, tubeplot 66
  • 67. El comando fsolve, ayudará encontrar soluciones aproximadas de ecuaciones. Sin embargo se observará como devuelve soluciones cero, lo cuál indica que se tendrá que graficar para encontrar una solución o soluciones aproximadas. Nombra la siguiente ecuación ecu1: 3x3 24x2 x 4 (Es el último ejemplo de la sección anterior) > ecu1:=x^3-24*x^2+x+4=0; ecu1 :=x3 K 24 x2 C x C 4 = 0 Ahora utilice el comando fsolve para encontrar la solución: > fsolve(ecu1,x); K .3850267687 0.4337509254 23.95127584 , , Devuelve las mismas tres soluciones encontradas en la sección anterior. A continuación observaremos las soluciones que arroja el comando fsolve de éste problema: Nombra la siguiente ecuación por ecu2, > ecu2:=x^3+1-exp(x)=0; ecu2 :=x3 C 1 K e x = 0 Utilice el comando fsolve, para encontrar la solución: > fsolve(ecu2,x); 0. 67
  • 68. EL resultado que arroja es cero, lo cual es una solución real. Pero en realidad no es la solución única, luego entonces debe graficar para darse cuenta cuantas veces la gráfica corta el eje x: > plot(x^3+1-exp(x),x=-3...5,y=-5..15); Gráfica 22 De acuerdo a la gráfica se hacen cuatro cortes, entonces hay cuatro soluciones, de hecho una de ellas es cero, la cual nos arrojó la solución anterior al usar el comando fsolve. Ahora encontrará las soluciones aproximadas dando dominios al comando fsolve; por ejemplo, la primera parte que corta al eje x está entre 1, 0.3 , aplique el comando fsolve para encontrar la solución en ese dominio restringido. > fsolve(ecu2,x=-2..-0.3); K .8251554697 Ahora encontramos ese valor, resuelva así para encontrar los otros dos valores: > fsolve(ecu2,x=1..2); 68
  • 69. 1.545007279 > fsolve(ecu2,x=4..5); 4.567036837 De esta forma se tienen las cuatro soluciones de la ecuación. A continuación se resolverán dos ecuaciones, las cuales se intersectan, por lo cual se encontrará por graficación y con el comando fsolve, las intersección entre las graficas y el eje x Nombre las dos siguientes ecuaciones por y1: 20 x2 y y2: 10 3x > y1:=-20+x^2; y1 :=$20 C x2 > y2:=-10-3*x; y2 :=$10K 3 x Graficando las dos ecuaciones: > plot([y1,y2],x=-10..10); Gráfica 23 69
  • 70. Si se da un click en la gráfica se puede observar de manera aproximada que las intersecciones entre las graficas son (-5.04,5.50) y (1.89,-15.08); así como también las intersecciones con el eje x son (-4.67,0) y (4.67,0); también la recta corta al eje x en (-3.22,0). A continuación calcule de manera exacta tales puntos de intersección con el comando fsolve, igualando primeramente las ecuaciones: > ecuacion:=y1=y2; ecuacion:=$20 C x2 = $10 K 3 x Después encuentre la solución con el comando fsolve: > sol1_x:=fsolve(y1=y2,x=-5.5..-4.8); sol1_x:=K 5.000000000 > sol2_x:=fsolve(y1=y2,x=0..5.5); sol2_x:=2.000000000 Finalmente encuentre el valor de y, con el comando eval: > sol1_y:=eval(y1,x=sol1_x); sol1_y:=5.00000000 > sol2_y:=eval(y1,x=sol2_x); sol2_y:=K 16.00000000 Así que las intersecciones de las gráficas son: (-5,5) y (2,-16). 70
  • 71. Ahora se encontrará los valores cuando se hacen cero las ecuaciones: > sol3_x:=fsolve(y1=0,x); sol3_x:=K 4.472135955 4.472135955 , > sol4_x:=fsolve(y2=0,x); sol4_x:=K 3.333333333 > sol3_x[1]; K 4.472135955 > sol3_x[2]; 4.472135955 > sol5_y:=eval(y1,x=sol3_x[1]); sol5_y:=0. > sol6_y:=eval(y1,x=sol3_x[2]); sol6_y:=0. > sol7_y:=eval(y2,x=sol4_x); sol7_y:=K 1. 10-9 Los puntos que cruzan al eje x son: (-4.47,0),(4.47,0) y (-3.33,-1.10-9). Solución de ecuaciones con literales > restart; 71
  • 72. u Despeje u de la siguiente expresión: s au v Primeramente nombre la expresión por alguna letra. > z:=s = u/(a*u+v); u z :=s = a uC v Utilice el comando solve para despejar u > u=solve(z,u); sv u=$ s aK 1 Enseguida resuelve para a > a=solve(z,a); svK u a=$ su Ahora resuelve para v > v=solve(z,v); u s aK 1 v =$ s Solución de sistemas de ecuaciones lineales, usando el comando solve > restart;with(plots): Warning, the name changecoords has been redefined 72
  • 73. A continuación se resolverá un sistema de ecuaciones lineales, los cuales son las siguientes: x y 3, x y 1; se observa cómo las funciones están implícitamente, aún así se encontrará su solución, usando el comando solve: > ecu1:=x+y=3; ecu1 :=x C y = 3 > ecu2:=x-y=-1; ecu2:=x K y = $1 Para encontrar la solución tendrá que introducir ecu1 y ecu2 entre llaves en el comando solve > solucion:=solve({ecu1,ecu2}); solucion:= y = 2, x = 1 Enseguida despejaremos para el valor de y > y1:=solve(ecu1,y); y1 :=$x C 3 > y2:=solve(ecu2,y); y2 :=x C 1 A continuación se graficarán las ecuaciones anteriores, indicando el punto de intersección; utilizando el comando display > grafico1:=plot([y1,y2],x=0..5,y=0..5,color=[red,blue]): > grafico2:=plot([[1,2]],style=point,color=green,symbol=circle): 73
  • 74. > display([grafico1,grafico2]); Gráfica 24 También se puede graficar como si fueran funciones implícitas, utilizando el comando implicitplot (en esté comando no puede utilizar la sentencia color, para especificar el color de los gráficos) > implicitplot({ecu1,ecu2},x=0..5,y=0..5); Gráfica 25 Ahora se resolverá un sistema de tres ecuaciones con tres incógnitas; > restart; Nombra las tres siguientes ecuaciones 74
  • 75. 2x y z 3 x 2 y 2z 1 . : x y 3z 6 > ecu1:=2*x+y+z = 3;ecu2:=-x+2*y+2*z = 1;ecu3:=x-y-3*z = -6; ecu1 :=2 x C y C z = 3 ecu2:=$x C 2 y C 2 z = 1 ecu3:=x K y K 3 z = $6 > sol:=solve({ecu1,ecu2,ecu3}); sol:= z = 3, x = 1, y = $2 > eval(ecu1,sol); 3=3 > eval(ecu2,sol); 1=1 > eval(ecu3,sol); $6 = $6 Sistemas de ecuaciones simultáneas con un número infinito de soluciones > restart; Nombra las siguientes dos ecuaciones: > ecu1:=x-3*z=-3;ecu2:=2*x-5*y-z=-2; 75
  • 76. ecu1:=x K 3 z = $3 ecu2:=2 x K 5 y K z = $2 > sol:=solve({ecu1,ecu2}); 4 3 sol := z = C y, x = $ C 3 y, y = y 5 5 Nos indica que y puede tomar cualquier valor arbitrario. Práctica 1. Declare ec1 3x 5 17 , ec2 6x 25 12 , construya ec3 ec1 ec2 y resuelva ec3 2 2. Resuelva la ecuación x 9x 20 0 3. Compruebe para la segunda solución 4. Encuentre las raíces de la función 22 ec7 ex 3x3 x2 x 21 5. Grafique y encuentre las coordenadas de la intersección de las curvas eq1 x2 x 2 eq2 x 1 6. Despeje x y u de la expresión 3x2 u y z 76
  • 77. 7. Resuelva el siguiente sistema de ecuaciones simultáneas (y grafique implícitamente) 4x 3 y 17 2x y 1 8. Obtenga el intervalo de números reales que satisfagan la siguiente desigualdad 5 5x 6 7 8x 3 9. (*)Encuentre y grafique una función polinomial de grado 4, con 3 raíces racionales en el intervalo 0,1 . 10. (*)Encuentre y grafique las coordenadas de los 4 puntos de intersección de las curvas definidas por: x2 y2 9 2 4x 25y 2 100 77
  • 78. Laboratorio 6. Matrices Para efectuar operaciones con matrices se necesita la biblioteca de matrices, para ello se utiliza el comando with(LinearAlgebra); recuerde que puede utilizar dos puntos al final o punto y coma (;) para ver todos los comando que tiene el Maple para operaciones con matrices. Luego entonces llamaremos la biblioteca del Maple y borraremos la memoria. > restart;with(LinearAlgebra); [ &x, Add, Adjoint BackwardSubstituteBandMatrix Basis, BezoutMatrix , , , , BidiagonalFormBilinearForm CharacteristicMatrixCharacteristicPolynomial , , , , Column, ColumnDimensionColumnOperationColumnSpace CompanionMatrix , , , , ConditionNumberConstantMatrix ConstantVector Copy, CreatePermutation , , , , CrossProduct DeleteColumn DeleteRow Determinant Diagonal DiagonalMatrix , , , , , , Dimension DimensionsDotProduct, EigenConditionNumbersEigenvalues , , , , Eigenvectors Equal, ForwardSubstituteFrobeniusForm GaussianElimination , , , , GenerateEquationsGenerateMatrix GetResultDataTypeGetResultShape , , , , GivensRotationMatrixGramSchmidt HankelMatrix HermiteForm , , , , HermitianTransposeHessenbergForm HilbertMatrix HouseholderMatrix , , , , IdentityMatrix IntersectionBasisIsDefinite IsOrthogonal IsSimilar IsUnitary , , , , , , JordanBlockMatrix JordanForm LA_Main LUDecompositionLeastSquares , , , , , LinearSolve Map, Map2, MatrixAdd MatrixExponentialMatrixFunction , , , , MatrixInverse MatrixMatrixMultiplyMatrixNorm MatrixPower , , , , MatrixScalarMultiplyMatrixVectorMultiplyMinimalPolynomialMinor, Modular, , , , 78
  • 79. Multiply, NoUserValue Norm, Normalize NullSpace, OuterProductMatrix , , , Permanent, Pivot, PopovForm QRDecompositionRandomMatrix RandomVector , , , , Rank, RationalCanonicalFormReducedRowEchelonFormRow, RowDimension , , , RowOperation RowSpace ScalarMatrix ScalarMultiply ScalarVector, , , , , SchurForm, SingularValues SmithForm SubMatrix SubVector, SumBasis , , , , SylvesterMatrix ToeplitzMatrix Trace, Transpose TridiagonalFormUnitVector , , , , , VandermondeMatrixVectorAdd, VectorAngle, VectorMatrixMultiplyVectorNorm, , , VectorScalarMultiply ZeroMatrix ZeroVector, Zip] , , Los comandos que fueron desplegados anteriormente son todos los comandos que pueden utilizarse en operaciones con matrices. Creación de una matriz Para crear una matriz se puede hacer de diferentes formas, por filas o columnas. Se debe nombrar la matriz para posteriormente utilizarla en operaciones algebraicas. Creación de una matriz por filas: > a:=<<2|3|4>,<5|0|1>,<8|3|1>>; 2 3 4 a := 5 0 1 8 3 1 Construcción de una matriz por columnas: > b:=<<2,5,8>|<1,6,9>|<0,6,1>>; 79
  • 80. 2 1 0 b := 5 6 6 8 9 1 También puede crear una matriz utilizando el comando Matrix > c:=Matrix([[1,9,0],[1,5,3],[2,7,0]]); 1 9 0 c := 1 5 3 2 7 0 Del mismo modo se pueden utilizar las paletas del Maple para crear una matriz, el cual se encuentra en el menú de View que está en la barra de herramientas, donde puede escoger la dimensión de la matriz a trabajar: 80
  • 81. Eliminación de filas y columnas de una matriz Para eliminar una fila de una matriz se utiliza el comando DeleteRow (M,#); donde M= es la matriz y # la fila que se quiere eliminar > a; 2 3 4 5 0 1 8 3 1 > DeleteRow(a,1); 5 0 1 8 3 1 > DeleteRow(a,3); 2 3 4 5 0 1 > DeleteRow(a,2); 2 3 4 8 3 1 Para eliminar columnas se debe utilizar el comando DeleteColumn(M,#); donde M es la matriz y # es el número de la columna que se quiere eliminar: > a; 81
  • 82. 2 3 4 5 0 1 8 3 1 > DeleteColumn(a,1); 3 4 0 1 3 1 > DeleteColumn(a,2); 2 4 5 1 8 1 > DeleteColumn(a,3); 2 3 5 0 8 3 Aumento de filas y columnas de una matriz Para aumentar una fila a una matriz se hace el siguiente procedimiento: > b; 82
  • 83. 2 1 0 5 6 6 8 9 1 Establezca y nombre la fila a aumentar en la matriz b: > h:=<<1|2|3>>; h := 1 2 3 Introduzca la fila dentro de la matriz b y nómbrela con otro nombre > z:=<b,h>; 2 1 0 5 6 6 z := 8 9 1 1 2 3 A continuación se aumentará una columna a la matriz z; establezca y nombre la columna que va añadir: > n:=<1,9,0,2>; 1 9 n := 0 2 Añade n a z y nómbrela con otro nombre: > q:=<z|n>; 83
  • 84. 2 1 0 1 5 6 6 9 q := 8 9 1 0 1 2 3 2 Cambio de una fila o columna por un múltiplo escalar Primeramente crearemos una matriz > a; 2 3 4 5 0 1 8 3 1 Ahora se multiplicará la fila 3 por el escalar 2; para ello se utilizará el comando RowOperation(M,F,E), donde M, es la matriz; F, es el número de fila y E es el escalar a multiplicar. > RowOperation(a,3,2); 2 3 4 5 0 1 16 6 2 > RowOperation(a,2,5); 84
  • 85. 2 3 4 25 0 5 8 3 1 > RowOperation(a,1,-3); K 6 K 9 K 12 5 0 1 8 3 1 Finalmente se hará para las columnas, solo que el comando es ColumnOperation(M,F,E), donde M, es la matriz; F, es el número de columna y E es el escalar a multiplicar. > ColumnOperation(a,1,2); 4 3 4 10 0 1 16 3 1 > ColumnOperation(a,2,-3); 2 K9 4 5 0 1 8 K9 1 > ColumnOperation(a,3,0); 2 3 0 5 0 0 8 3 0 85
  • 86. Intercambio de filas y columnas Para hacer un intercambio de filas o columnas se utiliza el comando RowOperation para filas y, ColumnOperation para columnas. Primeramente cambiaremos la fila 1 por la 3 de la matriz a: > a; 2 3 4 5 0 1 8 3 1 > RowOperation(a,[1,3]); 8 3 1 5 0 1 2 3 4 Si observa el intercambio de filas se hace entre corchetes. Ahora se cambiara la fila 2 por la 3: > RowOperation(a,[2,3]); 2 3 4 8 3 1 5 0 1 A continuación se hará el intercambio entre columnas. Se cambiara la columna 1 por la 3. > ColumnOperation(a,[1,3]); 86
  • 87. 4 3 2 1 0 5 1 3 8 Se observa que el intercambio de columnas se hace entre corchetes al igual que el de filas. > ColumnOperation(a,[2,1]); 3 2 4 0 5 1 3 8 1 Extracción de un valor de la matriz o de una submatriz Para extraer un valor de una matriz se debe hacer donde hay la intersección de filas con columna y ese valor será extraído, por ejemplo, Extraer el valor cero del matriz a: > a; 2 3 4 5 0 1 8 3 1 > a[2,2]; 0 87
  • 88. Se nombra primeramente la matriz y entre corchetes la intersección ya que el cero está en la fila 2 columna 2. Ahora se extraerá el número 8 de la matriz a: > a[3,1]; 8 Luego el número 4: > a[1,3]; 4 2 3 A continuación para extraer la matriz se debe mencionar que se requiere 5 0 desde la fila 1 hasta la fila 2 y desde la columna1 hasta la columna 2 > a[1..2,1..2]; 2 3 5 0 2 3 4 Si se requiere extraer la matriz se debe mencionar desde la fila1 hasta 5 0 1 la fila 2 y desde la columna 1 hasta la columna 3 > a[1..2,1..3]; 88
  • 89. 2 3 4 5 0 1 3 4 Para extraer la matriz se debe mencionar desde la fila 1 hasta la fila 2 y 0 1 desde la columna 2 hasta la columna 3 > a[1..2,2..3]; 3 4 0 1 Operaciones con matrices Antes de iniciar con operaciones básicas de matrices, suma, resta, multiplicación y potencia de una matriz, determinante de una matriz, matriz inversa, entre otras; debemos reiniciar el programa y llamar la biblioteca de álgebra lineal. > restart;with(LinearAlgebra): Se establecen dos matrices nombrándolas: > A:=Matrix([[ 4,5,7],[0,1,-2],[-1,3,5 ]]);B:=Matrix([[1,9,0],[3,-5,7],[1,0,-1]]); 4 5 7 A := 0 1 K2 K1 3 5 89
  • 90. 1 9 0 B := 3 K 5 7 1 0 K1 Suma y resta Para la suma de matrices simplemente se utiliza el operador de la suma (+). > A+B; 5 14 7 3 K4 5 0 3 4 En otro caso puede utilizar el comando MatrixAdd de la siguiente forma: > MatrixAdd(A,B); 5 14 7 3 K4 5 0 3 4 En lo que se refiere a la resta de matrices se utiliza el operador de la resta (-); > A-B; 3 K4 7 K3 6 K9 K2 3 6 90
  • 91. Multiplicación En el caso de la multiplicación de matrices el programa Maple no utiliza el operador (*) para la multiplicación, si no el punto (.); crearemos otra matriz para hacer la multiplicación con más de dos matrices. > C:=Matrix([[1,6,-1],[2,0,-2],[-3,5,7]]); 1 6 K1 C := 2 0 K2 K3 5 7 > A.B; 26 11 28 1 K5 9 13 K 24 16 > A.B.C; K 36 296 148 K 36 51 72 K 83 158 147 Para hacer la multiplicación por un escalar, es necesario utilizar el operador (*): > 2*A; 8 10 14 0 2 K4 K2 6 10 > 2*A.B.(3*C); 91
  • 92. K 216 1776 888 K 216 306 432 K 498 948 882 También puede utilizar el comando Multiply, solo para multiplicar dos matrices: > Multiply(A,B); 26 11 28 1 K5 9 13 K 24 16 > Multiply(A,C); K7 59 35 8 K 10 K 16 K 10 19 30 Además de la opción de multiplicar un matriz por un escalar, se puede utilizar el comando ScalarMultiply o MatrixScalarMultiply > ScalarMultiply(A,2); 8 10 14 0 2 K4 K2 6 10 > MatrixScalarMultiply(A,2); 8 10 14 0 2 K4 K2 6 10 92
  • 93. Potencia de una matriz Para aplicar una potencia a una matriz, simplemente eleva la matriz a la potencia que se requiere: > A; 4 5 7 0 1 K2 K1 3 5 > A^2; 9 46 53 2 K 5 K 12 K 9 13 12 > A^5; K 1777 1036 K 1069 442 607 1000 K 163 K 2605 K 2940 > A^3; K 17 250 236 20 K 31 K 36 K 48 4 K 29 93
  • 94. Transpuesta de una matriz La transpuesta de una matriz es simplemente el intercambio de filas por columnas o viceversa; para ello debe utilizar el comando Transpose. > A; 4 5 7 0 1 K2 K1 3 5 >Transpose(A); 4 0 K1 5 1 3 7 K2 5 Determinante de una matriz Para calcular el determinante de un matriz debe utilizar el comando Determinant > A; 4 5 7 0 1 K2 K1 3 5 > Determinant(A); 61 > B; 94
  • 95. 1 9 0 3 K5 7 1 0 K1 > Determinant(B); 95 Inversa de una matriz En cuanto al cálculo de la inversa de una matriz existen dos formas. La primera elevando la matriz a la -1 y la segunda utilizando el comando MatrixInverse. > A; 4 5 7 0 1 K2 K1 3 5 > A^(-1); 11 K4 K 17 61 61 61 2 27 8 61 61 61 1 K 17 4 61 61 61 > MatrixInverse(A); 95
  • 96. 11 K4 K 17 61 61 61 2 27 8 61 61 61 1 K 17 4 61 61 61 Sistemas de Ecuaciones Antes de iniciar se debe empezar con el comando restart; with(LinearAlgebra): > restart;with(LinearAlgebra): Se tiene un sistema de ecuaciones de dos por dos: > 2*x+5*y=4;8*x+3*y=7; 2xC 5y=4 8xC 3y=7 Introduzcamos el sistema a una matriz: > A:=Matrix([[2,5],[8,3]]); 2 5 A := 8 3 > b:=Matrix([[4],[7]]); 4 b := 7 96
  • 97. Ahora se resolverá el sistema por el método de eliminación Gaussiana, conocido como sistema escalonado; para ello se debe utilizar ReducedRowEchelonForm > c:=ReducedRowEchelonForm(<A|b>); 23 1 0 34 c := 9 0 1 17 El resultado para x=23/34, y=9/17.Convertiremos los resultados de la matriz a ecuación, utilizando el comando GenerateEquations > GenerateEquations(c,[x,y]); 23 9 x= , y= 34 17 También se puede convertir una matriz a un sistema de ecuaciones con el mismo comando anterior, por ejemplo: > q:=Matrix([[1,-5,-4],[1,0,5],[9,-2,1]]); 1 K5 K4 q := 1 0 5 9 K2 1 > t:=Matrix([[0],[0],[0]]); 0 t := 0 0 97
  • 98. Se tiene la matriz q que es la de coeficientes y la matriz t que es el de resultados, convertiremos las matrices a un sistema de ecuaciones de tres por tres. > k:=GenerateEquations(q,[x,y,z],<0,0,0>); k := x K 5 y K 4 z = 0, x C 5 z = 0, 9 x K 2 y C z = 0 > var:=[x,y,z]; var := x, y, z > GenerateMatrix(k,var); 1 K5 K4 0 1 0 5 , 0 9 K2 1 0 > GenerateMatrix(k,var,augmented=true); 1 K5 K4 0 1 0 5 0 9 K2 1 0 Ahora se resolverá el sistema con el comando LinearSolve > LinearSolve(%); 0 0 0 98
  • 99. Práctica 1. Construya la siguiente matriz 1 7 9 A: 0 1 3 4 3 0 a) Elimine la fila 3 de la matriz A b) Elimine la columna 3 de la matriz A h: 3 2 5 c) Aumente la siguiente matriz en la matriz A y nombra la nueva matriz por la letra z. 2 12 j: 1 d) Aumente la siguiente matriz 3 a la matriz z y nómbrela q. e) Multiplique la fila 3 de q por 2. f) Multiplique la columna 3 de q por -1/3. g) Intercambie la columna 2 por la columna 1 de q. h) Intercambie la fila 1 por la 3 de q; nómbrela w. i) Extraiga el valor -3 de w 1 7 j) Extraiga la matriz 3 2 de w. 2. Construya las siguientes matrices 7 2 1 3 2 1 15 4 10 A: 3 0 4 B: 7 10 11 C : 7 8 1 1 6 9 5 7 0 0 5 0 99
  • 100. y efectúe las siguientes operaciones: a) a) A+B+C, b) b) AB, c) c) (AB)C, d) d) CA, e) e ) A-BC. f) Transponga la matriz C y nómbrala Ct g) Calcule el determinante de Ct h) Calcule la matriz inversa de Ct 3. Construya el siguiente sistema : 8x 12 y 72 9x 12 y 21 4. Introduzca el sistema anterior en una matriz, resuélvalo por el método de eliminación Gaussiana y convierta el resultado en una ecuación. 5. Convierta las siguientes matrices en ecuaciones y resuelva el sistema usando el comando LinearSolve; 1 1 3 5 A: 2 1 4 B: 8 1 1 1 1 6. (*)Sean 9 2 3 6 4 1 8 A ,B ,C 11 4 2 7 6 5 5 8 12 a) Verifique que A(BC) ( AB)C 100
  • 101. T T b) Calcule 2 AC T 1 T c) Calcule 4 CB 1 d) Calcule A 3 BC T 101
  • 102. Bibliografía 1. Garvan Frank .“The maple book”, ed. Chapman & Hall/crc, Estados Unidos: 2002. 2. Heck André . Introduction to Maple. Third edition, Ed. Springer, USA 2000. 3. Rafter A. John, Abell L: Martha, Braselton P. James, “Statistics with maple”, Academic Press, USA 2003. 4. www.maplesoft.com 102
  • 103. Índice de gráficas Gráfica 1 ......................................................................................................................... 49 Gráfica 2 ......................................................................................................................... 49 Gráfica 3 ......................................................................................................................... 50 Gráfica 4 ......................................................................................................................... 50 Gráfica 5 ......................................................................................................................... 51 Gráfica 6 ......................................................................................................................... 51 Gráfica 7 ......................................................................................................................... 52 Gráfica 8 ......................................................................................................................... 52 Gráfica 9 ......................................................................................................................... 53 Gráfica 10....................................................................................................................... 53 Gráfica 11....................................................................................................................... 54 Gráfica 12....................................................................................................................... 54 Gráfica 13....................................................................................................................... 55 Gráfica 14....................................................................................................................... 56 Gráfica 15....................................................................................................................... 56 Gráfica 16....................................................................................................................... 57 Gráfica 17....................................................................................................................... 57 Gráfica 18....................................................................................................................... 58 Gráfica 19....................................................................................................................... 58 Gráfica 20....................................................................................................................... 59 Gráfica 21....................................................................................................................... 59 Gráfica 22....................................................................................................................... 68 Gráfica 23....................................................................................................................... 69 Gráfica 24....................................................................................................................... 74 Gráfica 25....................................................................................................................... 74 103