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Encuentra los parámetros \( a \) y \( b \) de la cónica \[ -9 x^{2}-20 x y-13 y^{2}+6=0 \] scribe las respuestas redondeando a dos decimale \[ a=\square, b=\square \]

Ask by Chavez Floyd. in Mexico
Mar 13,2025

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\( a = 2.74 \), \( b = 0.53 \)

Solution

Consideremos la cónica dada \[ -9x^2 - 20xy - 13y^2 + 6 = 0. \] Multiplicamos la ecuación por \(-1\) para obtener una forma más estándar: \[ 9x^2 + 20xy + 13y^2 = 6. \] Se trata de una elipse con término cruzado, la cual se puede eliminar mediante una rotación de coordenadas. El proceso consiste en diagonalizar el cuadrático asociado, es decir, estudiar la forma cuadrática \[ Q(x,y) = 9x^2 + 20xy + 13y^2. \] Esta forma se puede escribir como \[ \begin{pmatrix} x & y \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 9 & 10 \\ 10 & 13 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix}. \] El siguiente paso es hallar los valores propios (eigenvalores) de la matriz \[ M = \begin{pmatrix} 9 & 10 \\ 10 & 13 \end{pmatrix}. \] Los valores propios \(\lambda\) se obtienen de la ecuación característica: \[ \det(M - \lambda I) = 0. \] Es decir, \[ \begin{vmatrix} 9-\lambda & 10 \\ 10 & 13-\lambda \end{vmatrix} = (9-\lambda)(13-\lambda) - 10^2 = 0. \] Calculemos: \[ (9-\lambda)(13-\lambda) - 100 = \lambda^2 - (9+13)\lambda + (9\cdot13 - 100) = \lambda^2 - 22\lambda + (117 - 100) = \lambda^2 - 22\lambda + 17 = 0. \] La solución de esta ecuación cuadrática es: \[ \lambda = \frac{22 \pm \sqrt{22^2 - 4\cdot1\cdot17}}{2} = \frac{22 \pm \sqrt{484 - 68}}{2} = \frac{22 \pm \sqrt{416}}{2}. \] Observamos que \[ \sqrt{416} = \sqrt{16\cdot26} = 4\sqrt{26}. \] Entonces, \[ \lambda = \frac{22 \pm 4\sqrt{26}}{2} = 11 \pm 2\sqrt{26}. \] Denotamos: \[ \lambda_1 = 11 - 2\sqrt{26} \quad \text{y} \quad \lambda_2 = 11 + 2\sqrt{26}. \] Como \(2\sqrt{26} \approx 10.20\), se tiene: \[ \lambda_1 \approx 11 - 10.20 = 0.80 \quad \text{y} \quad \lambda_2 \approx 11 + 10.20 = 21.20. \] Mediante una rotación se transforma la ecuación a la forma canónica: \[ \lambda_1 u^2 + \lambda_2 v^2 = 6. \] Dividiendo ambos lados por 6 obtenemos \[ \frac{u^2}{\dfrac{6}{\lambda_1}} + \frac{v^2}{\dfrac{6}{\lambda_2}} = 1. \] En esta forma, los semiejes de la elipse están dados por \[ a = \sqrt{\frac{6}{\lambda_{\min}}} \quad \text{y} \quad b = \sqrt{\frac{6}{\lambda_{\max}}}, \] donde \(a\) es el semieje mayor (asociado al valor propio menor) y \(b\) es el semieje menor. Usando los valores hallados: \[ a = \sqrt{\frac{6}{11 - 2\sqrt{26}}}, \quad b = \sqrt{\frac{6}{11 + 2\sqrt{26}}}. \] Procedamos a aproximar numéricamente. Para \(a\): \[ 11 - 2\sqrt{26} \approx 11 - 10.20 = 0.80, \quad \frac{6}{0.80} \approx 7.50, \quad a \approx \sqrt{7.50} \approx 2.74. \] Para \(b\): \[ 11 + 2\sqrt{26} \approx 11 + 10.20 = 21.20, \quad \frac{6}{21.20} \approx 0.28, \quad b \approx \sqrt{0.28} \approx 0.53. \] Por lo tanto, redondeando a dos decimales tenemos: \[ a = 2.74, \quad b = 0.53. \]

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Bonus Knowledge

Para encontrar los parámetros \( a \) y \( b \) de la cónica dada por la ecuación \( -9 x^{2}-20 x y-13 y^{2}+6=0 \), primero reescribimos la ecuación en la forma estándar atrapando los términos cuadráticos. Si reorganizamos, tenemos: \[ -9 x^{2} - 20 xy - 13 y^{2} = -6. \] Multiplicamos toda la ecuación por -1 para facilitar el análisis: \[ 9 x^{2} + 20 xy + 13 y^{2} = 6. \] Describiendo los coeficientes de la forma general de una cónica \( Ax^2 + Bxy + Cy^2 + Dx + Ey + F = 0 \) tenemos: - \( A = 9 \) - \( B = 20 \) - \( C = 13 \) Calculamos el discriminante \( D = B^2 - 4AC \): \[ D = 20^2 - 4 \cdot 9 \cdot 13 = 400 - 468 = -68. \] Como \( D < 0 \), sabemos que esta es una cónica elíptica. Para encontrar los parámetros \( a \) y \( b \), primero identificamos que: - \( a = \sqrt{\frac{F}{A}} \) - \( b = \sqrt{\frac{F}{C}} \) Sustituyendo los valores encontramos \( F = -6 \) (lo pasamos a positivo para obtener la raíz): Para encontrarlos, primero reescribimos los términos en sus raíces: 1. \( a = \sqrt{\frac{6}{9}} = \sqrt{\frac{2}{3}} \approx 0.82 \) (dos decimales). 2. \( b = \sqrt{\frac{6}{13}} \approx 0.50 \) (dos decimales). Por lo tanto, los valores son: \[ a \approx 0.82, \quad b \approx 0.50. \]

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