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martes, 6 de febrero de 2024

Un caso de un sistema de ecuaciones no lineales y su resolución

En este artículo voy a resolver el siguiente sistema de ecuaciones no lineales: \left\{\begin{matrix}x^2-y=1 \\-x+y^2=1\end{matrix}\right.

Enumero las ecuaciones para referirme a ellas en la explicación de los pasos de resolución:

\left\{\begin{matrix}x^2-y=1 & (1)\\-x+y^2=1 & (2)\end{matrix}\right.
Restando miembro a miembro (2) de (1),
  x^2-y^2-y+x=0
    (x-y)(x+y)+(x-y)=0
      (x-y)\left((x+y)+1\right)=0 \Leftrightarrow \left\{\begin{matrix}x-y=0 \Rightarrow x=y & (3) \\ x+y+1=0 \Rightarrow x+y=-1 & (4)\end{matrix}\right.
Sumando miembro a miembro (2) y (1),
  (x^2+y^2)-(x+y)=2
    \left((x+y)^2-2xy\right)-(x+y)=2 \quad (5)

De (3) y (5) se obtiene:
  \left((2x)^2-2x^2\right)-2x=2
    4x^2-2x^2-2x=2
      2x^2-2x-2=0
        x^2-x-1=0 \Rightarrow x=\dfrac{-(-1)\pm\sqrt{(-1)^2-4\cdot 1 \cdot (-1)}}{2\cdot 1}=\dfrac{1\pm\sqrt{5}}{2}
Sacamos pues de ahí dos pares (x,y) de la solución: \left(\dfrac{1+\sqrt{5}}{2},\dfrac{1+\sqrt{5}}{2}\right) y \left(\dfrac{1-\sqrt{5}}{2},\dfrac{1-\sqrt{5}}{2}\right)

Por otra parte, de (4) y (5) llegamos a:
  \left((-1)^2-2xy\right)-(-1)=2
    1-2xy+1=2
      2-2xy=2
        -2xy=0
          xy=0 \quad (6)
Ahora bien, como x+y+1=0 (ecuación (4)), multiplicando por x en cada miembro, podemos escribirla de la forma x^2+xy+x=0, pero teniendo en cuenta (6) se tiene que x^2+x=0, esto es,
  x\,(x+1)=0 \Leftrightarrow \left\{\begin{matrix}x=0 \overset{(4)}{\Rightarrow} 0+y=-1 \Rightarrow y=-1 \\ x+1=0 \Rightarrow x=-1 \overset{(4)}{\Rightarrow} -1+y=-1 \Rightarrow y=0 \end{matrix}\right.
Así que, de ahí, aparecen otros dos pares más (x,y) de la solución: \left(0,-1\right) y \left(-1,0\right). \diamond

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