Consideremos el caso: 1) a = 0.
0 -2 1 -1
3 0 0 0
4 -1 1 0
A la fila 2 la multiplicamos por 1/3:
0 -2 1 -1
1 0 0 0
4 -1 1 0
A la fila 3 le restamos el cuádruple de la fila 2:
0 -2 1 -1
1 0 0 0
0 -1 1 0
A la fila 1 le restamos el doble de la fila 3:
0 0 -1 -1
1 0 0 0
0 -1 1 0
A la fila 3 le sumamos la fila 1:
0 0 -1 -1
1 0 0 0
0 -1 0 -1
Luego, concluimos que en este caso, el rango de la matriz es 3, para a = 0.
Consideremos ahora el caso: 2) a ≠ 0. Tenemos la matriz:
a -2 1 -1
3 a 0 2a
4 -1 1 a
Observa que tenemos tres filas y cuatro columnas, por lo que el rango puede ser a lo sumo igual a 3.
Planteamos el determinante de orden 3 formado por los tres primeros elementos de las filas (están remarcados), desarrollas y queda:
D3 = a2 - 4a + 3, factorizamos y queda:
D3 = (a - 1)(a - 3), luego tenemos tres casos:
1) D3 ≠ 0, que corresponde a: a ≠ 1 y a ≠ 3, y el rango de la matriz es 3.
2) D3 = 0, que nos conduce a dos opciones: 2a) a = 1, y 2b) a = 3 (para los que el rango de la matriz será menor que 3), que estudiamos por separado:
2a) Reemplazamos y la matriz queda:
1 -2 1 -1
3 1 0 2
4 -1 1 1
Observa que la fila 3 es igual a la suma de la fila 1 con la fila 2, luego, tomamos el determinante formado por los dos primeros elementos de las dos primeras filas. lo desarrollas y queda:
D2 = 1 + 6 = 7 ≠ 0, por lo que tenemos que el rango de la matriz es 2.
2b) Reemplazamos y la matriz queda:
3 -2 1 -1
3 3 0 6
4 -1 1 3
A la fila 2 la multiplicamos por 1/3 y queda:
3 -2 1 -1
1 1 0 2
4 -1 1 3
Observa que la fila 3 es la suma de la fila 1 con la fila 2, luego tomamos el determinante formado por los dos primeros elementos de las dos primeras filas, lo desarrollas y queda:
D '2 = 3 + 2 = 5 ≠ 0, por lo que tenemos que el rango de la matriz es 2.
Espero haberte ayudado.
: