Método de Eliminación
El método de eliminación resuelve un sistema de ecuaciones sumando o restando ecuaciones para cancelar una variable, y luego resolviendo para la variable restante.
Definition
El método de eliminación resuelve un sistema sumando o restando las ecuaciones, después de multiplicarlas por constantes si es necesario, de modo que los coeficientes de una variable se vuelvan opuestos y se cancelen, dejando una sola ecuación en una variable para resolver, y luego sustituyendo hacia atrás para hallar la otra. Funciona mejor cuando los coeficientes son enteros y una variable es fácil de eliminar; cuando los coeficientes no se cancelan directamente, multiplica primero una o ambas ecuaciones para que los coeficientes objetivo coincidan con signos opuestos. La eliminación es la base algorítmica de la eliminación gaussiana para resolver $Ax = b$: cada paso corresponde a una operación elemental de fila sobre la matriz aumentada $[A|b]$, reemplazando la fila $i$ por la fila $i + c \cdot (\text{row } j)$, reduciendo $A$ a la forma escalonada por filas de modo que la sustitución hacia atrás produzca la solución; la descomposición LU formaliza este proceso para lograr eficiencia computacional.
Example
Para $x + y = 8$ y $x - y = 2$, al sumar se obtiene $2x = 10$, así que $x = 5$ y $y = 3$. Para $3x + 2y = 16$ y $5x - 2y = 0$, al sumar se obtiene $8x = 16$, así que $x = 2$ y $y = 5$. En forma matricial, el sistema $[[2,1],[4,3]][[x],[y]] = [[5],[11]]$ elimina $x$ mediante la fila $2 - 2 \cdot (\text{row } 1)$, dando $[[2,1],[0,1]][[x],[y]] = [[5],[1]]$, así que $y = 1$ y $x = 2$ por sustitución hacia atrás.
Key Insight
La eliminación es como cancelar opuestos: si una ecuación tiene $+y$ y otra tiene $-y$, desaparecen al sumarlas, dejando una variable para resolver. La eliminación gaussiana, la forma general de esta idea, se ejecuta en tiempo $O(n^3)$ para $n$ ecuaciones; para los grandes sistemas dispersos comunes en las simulaciones de física, algoritmos especializados como el gradiente conjugado explotan la estructura para ejecutarse mucho más rápido.