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1.- Resolver el sistema lineal discreto a coeficientes constantes siguiente: x1(k + 1) = x1(k) x2(k + 1) = x1(k) + x2(k) x3(k + 1) = x2(k) + x3(k) ...

1.- Resolver el sistema lineal discreto a coeficientes constantes siguiente:
x1(k + 1) = x1(k)
x2(k + 1) = x1(k) + x2(k)
x3(k + 1) = x2(k) + x3(k)
x4(k + 1) = −x1(k)− x2(k) + x4(k)
 .
Solución:
Escribamos este sistema de ecuaciones en forma matricial:
x1(k + 1)
x2(k + 1)
x3(k + 1)
x4(k + 1)
 =

1 0 0 0
1 1 0 0
0 1 1 0
−1 −1 0 1


x1(k)
x2(k)
x3(k)
x4(k)
 .
El sistema queda escrito en la forma
x(k + 1) = Ax(k),
por lo que es un sistema de ecuaciones lineal discreto a coeficientes constantes y
homogéneo.
El conjunto de soluciones será por tanto
x1(k)
x2(k)
x3(k)
x4(k)
 = Ak

x1(0)
x2(0)
x3(0)
x4(0)
 .
Calculemos pues la potencia k-ésima de la matriz A.
Para ello observamos que la matriz A descompone en suma de dos matrices que
conmutan:
A = I +B =

1 0 0 0
0 1 0 0
0 0 1 0
0 0 0 1
+

0 0 0 0
1 0 0 0
0 1 0 0
−1 −1 0 0



Essa pergunta também está no material:

Herramientas algenbra lineal (64)
3 pág.

Álgebra Vetorial e Geometria Analítica ExatasExatas

Respostas

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O sistema linear discreto de coeficientes constantes apresentado é: x1(k + 1) = x1(k) x2(k + 1) = x1(k) + x2(k) x3(k + 1) = x2(k) + x3(k) x4(k + 1) = -x1(k) - x2(k) + x4(k) Podemos escrever esse sistema de equações na forma matricial: [x1(k + 1)] [1 0 0 0] [x1(k)] [x2(k + 1)] = [1 1 0 0] * [x2(k)] [x3(k + 1)] [0 1 1 0] [x3(k)] [x4(k + 1)] [-1 -1 0 1] [x4(k)] O sistema pode ser representado como x(k + 1) = Ax(k), onde A é a matriz de coeficientes constantes e homogêneos. Para encontrar a solução, podemos calcular a potência k-ésima da matriz A. Para isso, podemos decompor a matriz A em uma soma de duas matrizes que comutam: A = I + B = [1 0 0 0] + [0 0 0 0] [0 1 0 0] + [1 0 0 0] [0 0 1 0] + [0 1 0 0] [0 0 0 1] + [-1 -1 0 0] Agora, podemos calcular a potência k-ésima da matriz A, A^k, e a solução será dada por: [x1(k)] [1 0 0 0]^k [x1(0)] [x2(k)] = [1 1 0 0]^k * [x2(0)] [x3(k)] [0 1 1 0]^k [x3(0)] [x4(k)] [-1 -1 0 1]^k [x4(0)] Espero ter ajudado! Se tiver mais alguma dúvida, é só perguntar.

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