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Resolución de un conjunto de ecuaciones que contienen sumas de logaritmos

Estoy tratando de resolver un conjunto de $J+1$ ecuaciones para variables $x,y_1,\ldots,y_J$ . Las ecuaciones son las siguientes: \begin{align*} \sum_j\sum_i\frac{1}{a_{ij}}\log\left(\frac{a_{ij}}{x+y_j}\right)&=MN\\ \left(N-\sum_i\frac{1}{a_{ij}}\log\left(\frac{a_{ij}}{x+y_j}\right)\right)y_j&=0,\,\,j=1,\ldots,J \end{align*} donde cada $a_{ij}>0$ y $x>0, y_j\ge0$ . Los logaritmos son de base $e$ . Obsérvese que no podemos dividir el segundo conjunto de ecuaciones por $y_j$ porque algunos pueden ser cero. He intentado reordenar las ecuaciones utilizando $\log\left(\frac{a_{ij}}{x+y_j}\right) = \log(a_{ij}) - \log(x+y_j)$ pero no parece ayudar. ¿Alguna idea?


Intento:

Utilizando las propiedades de las funciones logarítmicas y exponenciales, he conseguido escribir las ecuaciones como \begin{align*} \prod_j\prod_i\left(\frac{a_{ij}}{{x+y_j}}\right)^{1/a_{ij}}&=\exp(MN)\\ \prod_i\left(\frac{a_{ij}}{{x+y_j}}\right)^{y_j/a_{ij}}&=\exp(Ny_j),\,\,j=1,\ldots,J \end{align*} Esto parece más bonito, pero no parece llevar a ninguna parte.

Un enfoque alternativo:

Basándose en los comentarios de N74, al definir $z_j = \log(x+y_j)$ alternativamente, podemos escribir las ecuaciones como \begin{align*} \sum_j\sum_i\left[\frac{\log(a_{ij})}{a_{ij}}-\frac{z_j}{a_{ij}}\right]&=MN\\ \left(N-\sum_i\left[\frac{\log(a_{ij})}{a_{ij}}-\frac{z_j}{a_{ij}}\right]\right)(\exp(z_j)-x)&=0 \end{align*} Definición de $A = N-\sum_i\frac{\log(a_{ij})}{a_{ij}}$ , $B = \sum_j\sum_i\frac{\log(a_{ij})}{a_{ij}}-MN$ y $c_j=\sum_i\frac{1}{a_{ij}}>0$ tenemos \begin{align*} \sum_jc_jz_j &= B\\ (A+c_jz_j)(\exp(z_j)-x)&=0,\,\,j=1,\ldots,J \end{align*} Aquí es donde tengo problemas.

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N74 Puntos 770

Utilizando su definitio $$z_j = \log(x+y_j)$$ $$A = N-\sum_i\frac{\log(a_{ij})}{a_{ij}}$$ $$B = \sum_j\sum_i\frac{\log(a_{ij})}{a_{ij}}-MN$$ $$c_j=\sum_i\frac{1}{a_{ij}}>0,$$ que queremos resolver: $$\begin{align*} \sum_jc_jz_j &= B\\ (A+c_jz_j)(\exp(z_j)-x)&=0,\,\,j=1,\ldots,J \end{align*}.$$ Para hacer nulo un producto necesitamos que uno de los factores sea nulo, por lo que tenemos una solución cuando $z_j=\log x$ y otra solución para $z_j=-{A\over c_j}$ para cada $j$ en $[1,J]$ .

Analicemos algunas soluciones.

  1. Todos $y_j$ son nulas: En este caso $z_j=\log x$ así que $$\sum_jc_j\log x = B$$ $$x=\exp {B \over \sum_jc_j}$$

  2. Sólo $y_{j^*}$ no es nulo: En este caso $z_j=\log x$ para $j\neq j_*$ y $c_{j^*}z_{j^*}=-A$ así que $$\sum_{j\neq j^*}c_j\log x = B+A$$ $$x=\exp {B+A \over \sum_{j\neq {j^*}}c_j}$$ $$y_{j^*}=\exp {-A \over c_{j^*}}-x$$

  3. Todos $y_j$ no son nulos: En este caso $c_jz_j = -A$ por lo que la primera ecuación se convierte en $$-JA=B.$$ Esta ecuación no depende de las incógnitas, por lo que el sistema o es imposible ( ${B\neq -JA}$ ), o indeterminado ( $x$ no puede fijarse).

Obviamente puedes encontrar todas las demás soluciones simplemente fijando cuántos $y_j$ no son nulos.

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