Ii MATU • Algebra

MATU_SIS_ECU_060

Solving Problems in Algebra and Trigonometry Litvinenko Mordkovich

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Enunciado

Resuelve el sistema de ecuaciones:
$$ \begin{cases} 5x^2 - 6xy + 5y^2 = 29 \quad \text{(1)} \\ 7x^2 - 8xy + 7y^2 = 43 \quad \text{(2)} \end{cases} $$

Solución Paso a Paso

1. Cambio de variable:
Dada la estructura simétrica del sistema, definimos:
$$ u = x^2 + y^2 \quad \text{y} \quad v = xy $$
El sistema se transforma en un sistema lineal de dos variables:
$$ \begin{cases} 5u - 6v = 29 \quad \text{(3)} \\ 7u - 8v = 43 \quad \text{(4)} \end{cases} $$

2. Resolución del sistema lineal:
Multiplicamos la ecuación (3) por 4 y la ecuación (4) por $-3$ para eliminar $v$:
$$ \begin{cases} 20u - 24v = 116 \\ -21u + 24v = -129 \end{cases} $$
Sumando ambas ecuaciones:
$$ -u = -13 \implies u = 13 $$
Sustituimos $u = 13$ en la ecuación (3):
$$ 5(13) - 6v = 29 \implies 65 - 6v = 29 \implies 6v = 36 \implies v = 6 $$

3. Cálculo de $x$ e $y$:
Ahora tenemos:
$$ \begin{cases} x^2 + y^2 = 13 \\ xy = 6 \end{cases} $$
Utilizamos productos notables para hallar la suma y diferencia de las incógnitas:
  • $(x+y)^2 = (x^2 + y^2) + 2xy = 13 + 2(6) = 25 \implies x+y = \pm 5$
  • $(x-y)^2 = (x^2 + y^2) - 2xy = 13 - 2(6) = 1 \implies x-y = \pm 1$


Resolviendo para cada combinación:
  • Si $x+y=5$ y $x-y=1$, entonces $x=3, y=2$.
  • Si $x+y=5$ y $x-y=-1$, entonces $x=2, y=3$.
  • Si $x+y=-5$ y $x-y=1$, entonces $x=-2, y=-3$.
  • Si $x+y=-5$ y $x-y=-1$, entonces $x=-3, y=-2$.


Conclusión:
El conjunto solución es:
$$ \boxed{(3, 2), (2, 3), (-2, -3), (-3, -2)} $$

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