Práctico Oposiciones Matemáticas Navarra 2018

En esta entrada encontrarás resueltos los problemas del práctico de las oposiciones de Matemáticas de la Comunidad Foral de Navarra de 2018.

Son un total de cuatro problemas ninguno de ellos difícil. Cuando los leí en un primer momento, me pareció que dos eran asequibles y con los otros dos podía encontrar al menos una forma de enfrentarme a ellos. De todas formas no es lo mismo intentar resolverlos en casita con un café, aire acondicionado y todo el tiempo del mundo que en una oposición con 40 grados y treinta minutos por problema.

Problema 1

El primero es de espacios vectoriales, concretamente de la suma de dos subespacios y de su intersección. No tuve la sensación de dificultad al leerlo. Aparentemente se trataba de trabajar con rangos de matrices, con sistemas de ecuaciones lineales y de encontrar bases de subespacios. Una complicación algo mayor que la que podemos encontrarnos en la EBAU, pero nada fuera de lo normal.

Si quieres profundizar en el tema de espacios vectoriales puedes hacerlo en el enlace:

Tema 12. Espacios vectoriales. Variedades lineales. Aplicaciones entre espacios vectoriales. Teorema de isomorfía

Dados los siguientes subespacios vectoriales S_1 y S_1 de \mathbb{R}^4:

S_1=<(1,1,-2,1),(0,1,-1,2),(2,-1,-1,-4)> S_2=\{(x,y,z,t)\in\mathbb{R}^4:3x+az=0;\;\;x-2y-2t=0\}

Hallar a para que S_1+S_2 sea distinto de \mathbb{R}^4. En este caso, obtener la dimensión y una base de S_1\cap S_2.

Problema 2

En el problema 2 se trataba de resolver una ecuación de grado 4. Lo primero que pensé era que el problema me iba a resultar difícil porque no recordaba las fórmulas de Ferrari para resolver una ecuación de este tipo. Lo bueno es que enseguida descubrí que no eran necesarias. El paso previo era efectuar un cambio de variable que simplificara la ecuación eliminando el término de grado 3, y al hacerlo la ecuación que resulta es simplemente una bicuadrática.

Puedes leer algo sobre el tema de ecuaciones algebraicas en el enlace:

Tema 14. Ecuaciones. Resolución de ecuaciones. Aproximación numérica de raíces.

Dada la ecuación x^4+4x^3-2x^2-12x+k=0, con k\in\mathbb{R}. Se pide:

a) Discutir las soluciones de la ecuación en función de los valores del parámetro k.

b) Resolver la ecuación si k=-27.

Problema 3

El tercer problema es de envolventes. La característica principal de esta curva es que tiene buenas propiedades de tangencia con cada línea de la familia de la cual es la envolvente. Esta idea se concreta en un sistema de ecuaciones.

Demostrar que la astroide de ecuación x^{2/3}+y^{2/3}=L^{2/3} es la envolvente de la familia de segmentos móviles de longitud constante L, cuyos extremos se apoyan en los ejes de coordenadas.

Problema 4

El cuarto y último problema es de estadística. Nos dicen que la llegada del número de piezas por minuto a una máquina sigue una distribución de Poisson y nos formulan una pregunta sobre probabilidad condicionada. Además nos dan otra variable que indica el tiempo que transcurre entre la llegada de dos piezas pidiéndonos en este caso la función de distribución. Ninguna de las cuestiones era difícil, aunque en mi opinión la primera no estaba bien planteada.

El número de piezas por minuto que llegan a una máquina en una industria automovilística es una variable aleatoria X que sigue una distribución de Poisson de parámetro \lambda. Y el tiempo, en minutos, que transcurre entre las llegadas de un par de piezas, es una variable aleatoria T cuya función de densidad es:

f(t)=\left\{\begin{array}{ccc}
\lambda^2te^{-\lambda t}&\text{si}&t\geq 0\\
0&\text{si}&t<0
\end{array}
\right.

Suponiendo que \lambda=3 en ambas variables aleatorias. Se pide:

a) Si en un período de 120 segundos ya han llegado al menos 3 piezas, ¿cuál es la probabilidad de que en ese período lleguen como mucho 2 piezas más?

b) Obtener la función de distribución de probabilidad acumulada de T, y utilizarla para calcular la probabilidad de que transcurran menos de 90 segundos entre las llegadas de un par de piezas.

Tema 16. Sistemas de ecuaciones lineales. Teorema de Rouché. Regla de Cramer. Método de Gauss-Jordan

Las primeras referencias de la existencia de los sistemas de ecuaciones lineales datan incluso de la matemática en Babilonia. No obstante, el problema original, o más concretamente el método de eliminación de incógnitas, proviene de la antigua china. En el tratado Nueve capítulos sobre el Arte Matemático, de los siglos II y I a. C. aparece reflejado:

«Hay tres clases de granos; tres gavillas de primera clase, dos de la segunda clase y una de la tercera hacen 39 medidas; dos de la primera, tres de la segunda y una de la tercera hacen 34 medidas; y una de la primera, dos de la segunda y tres de la tercera hacen 26 medidas. ¿Cuántas medidas de granos están contenidas en una gavilla de cada clase?»

Gauss-Jordan o Fang-Cheng

Lógicamente, además del problema encontramos un procedimiento para su resolución conocido como la regla Fang-Cheng. Dicha regla es la que llamamos de Gauss-Jordan o también eliminación gaussiana. El porqué lo conocemos con el nombre de Gauss o de Gauss-Jordan se debe a que fueron ambos los que lo aplicarón de forma habitual en la resolución del problema de los mínimos cuadrados.

Aunque el procedimiento era considerado relativamente trivial, con la llegada de los ordenadores se volvió casi imprescindible. La regla de Cramer, de la que hablaremos en líneas posteriores, suponía otra forma de resolver un sistema, pero no simplificaba los cálculos. El hecho es que de forma general, los métodos de resolución se complicaban casi exponencialmente cuando aumentaba el número de incógnitas y ecuaciones. En 1946 Alan Turing (1912-1954) tardó dos semanas en resolver un sistema de 18 ecuaciones con 18 incógnitas. Aún con ello, el número de operaciones requerido en la resolución de un sistema era obstensiblemente inferior utilizando la eliminación gaussiana, que con los determinantes de Cramer. Esto provocó que con la llegada de la informática comenzara a ser el más utilizado.

Cramer y Maclaurin

Pero volvamos a Cramer. Actualmente se conoce como la Regla de Cramer a un método de resolución de sistemas de ecuaciones lineales utilizando determinantes. Es curioso que dicha regla no se deba a Gabriel Cramer (1708-1752), sino a Colin Maclaurin (1698-1746). Ésta se publicó en 1748, dos años después de su fallecimiento; y dos años antes también de que lo hiciera Cramer en su Introducción al análisis de curvas algebraicas. La razón del porqué ha llegado hasta nuestros días con el sobrenombre de Cramer se debe a la notación utilizada por éste, más clara y concisa que la de Maclaurin. De todas formas, ni Cramer ni Maclaurin hablaban de determinantes en su desarrollo, ni tan siquiera un poco más tarde Bézout, quien en un trabajo presentado en 1779, Teoría general de las ecuaciones algebraicas, daba un método para resolver sistemas de n ecuaciones con n incógnitas muy similar al de Cramer y Maclaurin.

Rouché y Frobenius

El avance en su resolución vino con el álgebra abstracta, con las matrices y los determinantes. La introducción del rango de una matriz permitió dar unas condiciones necesarias y suficientes para que un sistema tuviera solución. En 1875 Eugène Rouché, matemático francés del siglo XIX, publicó un artículo donde enunciaba el teorema que hoy conocemos como el de Rouché-Frobenius. Curiosamente ese mismo año otro matemático francés publicaba un resultado similar; y también en Italia, Alfredo Capelli daba una variación de la misma idea. Hasta tal punto llegan a aparecer publicaciones, que en Francia al teorema de Roché-Frobenius se le conoce como el teorema de Rouché-Fontené; en Italia como el de Rouché-Capelli; y en Alemania y en otros países (debido a que Leopold Kronecker utilizó los resultados de Capelli para dar una demostración alternativa), como el de Kronecher-Capelli. En España es el matemático Julio Rey Pastor el que le da el nombre de teorema de Rouché-Frobenius.

El desarrollo del tema al completo puedes encontrarlo en amazon, en formato kindle o en formato papel como prefieras. También aquí puedes encontrar la relación de los temas que he publicado hasta ahora; y en el siguiente enlace puedes descargarte las primeras páginas:

Tema 16. Discusión y resolución de sistemas de ecuaciones lineales. Teorema de Rouché. Regla de Cramer. Método de Gauss-Jordan.