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Inicio · Parte 02 — Álgebra y funciones

045 — Sistemas de ecuaciones 2x2

basico clase 5 de 20 4 horas demostración system_2x2

Un sistema 2×2 tiene solución única si y solo si su determinante es no nulo.

Fórmulas

det = a₁b₂ − a₂b₁
x = (c₁b₂ − c₂b₁)/det,   y = (a₁c₂ − a₂c₁)/det

Desarrollo

Un sistema de dos ecuaciones lineales con dos incógnitas admite tres lecturas geométricas: dos rectas que se cortan en un punto (solución única), dos rectas paralelas (sin solución) o dos rectas coincidentes (infinitas soluciones). El determinante distingue los casos: si es no nulo, las rectas tienen pendientes distintas y se cortan.

La regla de Cramer da las soluciones como cocientes de determinantes. Es elegante y útil para 2×2, pero no escala: para n×n requiere calcular n+1 determinantes, con un coste factorial si se hace por la definición. La parte 05 introduce la eliminación de Gauss, que resuelve el mismo problema en O(n³) y es lo que usan las bibliotecas reales.

El determinante no solo dice si hay solución: dice cuán bien condicionado está el problema. Un determinante muy cercano a cero significa rectas casi paralelas, y entonces una perturbación mínima de los coeficientes mueve mucho el punto de corte. Es el número de condición de la clase 035 aplicado a sistemas, y en la parte 06 se medirá correctamente con los valores singulares.

La verificación sigue siendo la misma: sustituir la solución en ambas ecuaciones y comprobar los residuos. Con dos ecuaciones es barato; con doscientas es la única forma de saber si el solver hizo su trabajo.

Ejemplo trabajado

Resolver el sistema 2x + 3y = 12, 4x − y = 10.

det = 2·(−1) − 4·3 = −2 − 12 = −14 ≠ 0   → solución única

x = (12·(−1) − 10·3) / (−14) = (−12 − 30)/(−14) = 3
y = (2·10 − 4·12)   / (−14) = (20 − 48)/(−14)   = 2

Verificación:
  2·3 + 3·2 = 6 + 6 = 12    ✓
  4·3 − 1·2 = 12 − 2 = 10   ✓

Si el determinante hubiera sido 0, habría que distinguir entre sistema incompatible (rectas paralelas) y compatible indeterminado (rectas coincidentes).

Qué calcula el laboratorio

Sistema 2x2 por determinantes (regla de Cramer) y verificación.

python classes/part-02-algebra-y-funciones/045-sistemas-de-ecuaciones-2x2/lab.py
compmath run 045

Salidas del laboratorio (7)

Muestra de la ejecución real

{
  "sistema": [
    "2x + 3y = 12",
    "4x - y = 10"
  ],
  "determinante": -14.0,
  "x": 3.0,
  "y": 2.0,
  "verificacion_1": 12.0,
  "verificacion_2": 10.0
}

Errores comunes

Dónde se usa

Es el caso 2×2 del problema central de la parte 05. Cualquier ajuste lineal, sistema de equilibrio o intersección geométrica se reduce a esto en dimensión baja.

Idea rectora de la parte

Componer funciones es la operación que después llamaremos «capa» en una red neuronal.

Error a evitar

Aplicar log a valores no positivos sin declarar el dominio.

Conexión con IA

Una red neuronal es una composición de funciones parametrizadas. La sigmoide, la softmax y la log-verosimilitud son álgebra de exponenciales y logaritmos.

Bibliografía de la clase

Archivos de la clase