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Professores: Glauber Marcio Silveira Pereira Erica Boizan Batista Matrizes e Determinantes Unidade 1. Matrizes 1.1 Definição e tipos especiais de matrizes TÓPICOS Definição do conceito de Matriz Matrizes especiais Notação Uma Matriz com m linhas e n colunas é na verdade uma forma de representar uma tabela retangular com elementos distribuídos em m linhas e n colunas, como podemos ver na representação ao lado. As matrizes são muitas vezes delimitadas por parênteses ou colchetes, e seus elementos podem ser números, funções etc. Neste curso trataremos especificamente de matrizes cujos elementos são números reais. jan fev mar abr mai jun 10 10 14 8 7 11 21 15 12 9 14 10 5 14 7 11 9 12 10 10 14 8 7 11 21 15 12 9 14 10 5 14 7 11 9 12 Matrizes Fonte: Autoria própria Notação Matriz linha é toda matriz que possui apenas uma linha. No exemplo acima a matriz A é uma matriz linha de ordem 1x5. Há matrizes que recebem nomes especiais, geralmente como consequência de seu formato ou por causa de seus elementos. Matriz coluna é toda matriz que possui apenas uma coluna. No exemplo ao lado a matriz B é uma matriz coluna de ordem 4x1. Tipos de Matrizes Matriz nula é toda matriz cujos elementos são todos iguais a zero. Matriz quadrada Dizemos que uma matriz é quadrada se a quantidade de suas linhas coincide com a quantidade de colunas que ela possui. No exemplo ao lado a matriz A é uma matriz quadrada, pois possui 3 linhas e 3 colunas. Além disso, toda matriz quadrada possui duas diagonais: 1- diagonal principal 2- diagonal secundária Matriz diagonal Dizemos que uma matriz quadrada é diagonal se todos os elementos fora da diagonal principal são zero. No exemplo ao lado a matriz D é uma matriz diagonal. Obs.: Os elementos da diagonal principal podem ou não ser zero, como vemos no exemplo ao lado. Matriz identidade Matriz triangular Dizemos que uma matriz quadrada é triangular superior se todos os elementos abaixo da diagonal principal são zero. Analogamente, dizemos que uma matriz quadrada é triangular inferior se todos os elementos acima da diagonal principal são zero. Obs.: A matriz identidade é uma matriz que é triangular superior e inferior ao mesmo tempo. Matriz transposta Matriz A transposta Matriz simétrica Matriz anti-simétrica Matrizes e Determinantes Matrizes: Definição e Propriedades Resumo da apresentação Apresentamos aqui as noções iniciais relacionadas ao conceito de Matrizes e principais tipos de Matrizes. CRÉDITOS Autor Autores Glauber Marcio Silveira Pereira Graduado em Matemática Mestre em Bioestatística Doutor em Estatística Erica Boizan Batista Graduada em Matemática Mestre em Matemática Doutora em Matemática REFERÊNCIAS ANTON, H. A.; BUSBY, R. Álgebra Linear contemporânea. Porto Alegre: Bookman, 2006. 610p BOLDRINI, J. L.; COSTA, S.I.R.; RIBEIRO, V.L.F.F., WETZLER, H.G. Álgebra Linear. 3.ed. São Paulo: Harbra, 1986. 412p. STEINBRUCH, A.; WINTERLE, P. Introdução à Álgebra Linear. 2.ed. São Paulo: Makron, 1990. 246p. O material Matrizes e Determinantes – Matrizes: definição e tipos especiais de matrizes de Glauber Márcio Silveira Pereira e Erica Boizan Batista está licenciado com uma Licença Creative Commons Atribuição- NãoComercial 4.0 Internacional. http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ Professores: Glauber Marcio Silveira Pereira Erica Boizan Batista Matrizes e Determinantes Unidade 1. Matrizes 1.2 Operações com Matrizes TÓPICOS Adição de Matrizes Multiplicação por escalar Multiplicação de Matrizes Igualdade de Matrizes Operações básicas entre matrizes Assim como é possível realizar operações com números reais também podemos definir operações entre matrizes. Em particular, como estamos trabalhando com matrizes cujos elementos são números reais essas operações serão muito semelhantes às operações que já conhecemos como operações básicas. Fonte: Imagem disponível no site Pixabay https://pixabay.com/pt/photos/cor-escola-n%C3%BA meros-cubos-4503279/; Autor(a): na_photos https://pixabay.com/pt/photos/cor-escola-n%C3%BAmeros-cubos-4503279/ https://pixabay.com/pt/photos/cor-escola-n%C3%BAmeros-cubos-4503279/ Igualdade de Matrizes Exemplo: Adição de Matrizes Exemplo: Dadas duas matrizes A, B e O de mesma ordem, onde O representa a matriz formada apenas por elementos nulos, então temos as seguintes propriedades: i) A + B = B + A (comutatividade) ii) A + (B + C) = (A + B) + C (associatividade) iii) A + O = O + A = A (elemento neutro) iv) A + (-A) = O = (-A) + A (elemento oposto) Propriedades Exemplo: Multiplicação por escalar Propriedades: Exemplo: Multiplicação de Matrizes Exemplo: Exemplo: Propriedades Exemplo: Propriedades Exemplo: Propriedades Exemplo: Propriedades Exemplo: Propriedades Resumo das Propriedades de Multiplicação de Matrizes Matriz Inversa Exemplo: Pois, e Matriz Inversa Exemplo: Observação Nem toda matriz quadrada é invertível! Matrizes e Determinantes Operações Matriciais Resumo da apresentação Nesta apresentação abordamos as principais operações matriciais e suas propriedades. CRÉDITOS Autor Autores Glauber Marcio Silveira Pereira Graduado em Matemática Mestre em Bioestatística Doutor em Estatística Erica Boizan Batista Graduada em Matemática Mestre em Matemática Doutora em Matemática REFERÊNCIAS ANTON, H. A.; BUSBY, R. Álgebra Linear contemporânea. Porto Alegre: Bookman, 2006. 610p BOLDRINI, J. L.; COSTA, S.I.R.; RIBEIRO, V.L.F.F., WETZLER, H.G. Álgebra Linear. 3.ed. São Paulo: Harbra, 1986. 412p. STEINBRUCH, A.; WINTERLE, P. Introdução à Álgebra Linear. 2.ed. São Paulo: Makron, 1990. 246p. O material Matrizes e Determinantes – Operações com matrizes de Glauber Márcio Silveira Pereira e Erica Boizan Batista está licenciado com uma Licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial 4.0 Internacional. http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ Professores: Glauber Marcio Silveira Pereira Erica Boizan Batista Matrizes e Determinantes Unidade 2. Determinantes 2.1 Conceito e propriedades operatórias TÓPICOS O conceito de determinantes Propriedades dos Determinantes Teorema de Laplace Definição: A toda matriz quadrada associa-se um número, denominado determinante da matriz, que é obtido por meio de operações entre os elementos da matriz. A teoria dos determinantes teve origem em meados do século XVII, e seu uso no Ocidente começou dez anos depois em um trabalho de Leibniz sobre sistemas lineares, onde ele estabeleceu a condição de compatibilidade de um sistema de três equações a duas incógnitas em termos do determinante de ordem 3, formado pelos coeficientes e pelos termos independentes. Determinantes Determinantes da matriz de 1ª ordem: O determinante da matriz quadrada de 1ª ordem é igual ao próprio elemento da matriz . Cálculo de determinantes Ex: det( 3 ) = 3 Ex: 3 = 3 Ambas as notações são utilizadas Determinantes da matriz de 2ª ordem: O determinante da matriz quadrada de 1ª ordem é igual ao próprio elemento da matriz . Cálculo de determinantes Ex: 1 2 0 −1 = 1 ⋅ −1 − (0 ⋅ 2) = −1 Determinantes da matriz de 3ª ordem (Regra de Sarrus): 1) Ao lado direito da matriz copiam-se as duas primeiras colunas. 2) Multiplicam-se os elementos da diagonal principal e, na mesma direção da diagonal principal, multiplicam-se os elementos das outras duas filas à sua direita. 3) Multiplicam-se os elementos da diagonal secundária e, na mesma direção, os elementos das outras duas filas à sua direita. 4) O determinante da matriz é a subtração dos produtos obtidos em 2 e 3. Cálculo de determinantes Determinantes da matriz de 3ª ordem (Regra de Sarrus): Cálculo de determinantes Ex: 1 −1 0 0 3 2 1 1 1 1 −1 0 3 1 1 = 1∙3∙1 + 0∙1∙0 + −1 ∙2∙1 −[1∙3∙1+( − 1)∙2∙1+0∙1∙0]= − 1 Menor principal Considere 𝐴 = 1 2 −1 3 2 1 0 1 0 , Então: 𝐴11 = 2 1 1 0 , 𝐴12 = 3 1 0 0 , 𝐴13 = 3 2 0 1 𝐴21 = 2 −1 1 0 , 𝐴22 = 1 −1 0 0 , 𝐴23 = 1 2 0 1 𝐴31 = 2 −1 2 1 , 𝐴32 = 1 −1 3 1 , 𝐴33 = 1 2 3 2 Seja 𝐴 uma matriz quadrada de ordem 𝑛 ≥ 2. Chama-se o menor principal 𝐴ij associado a um elemento 𝑎𝑖𝑗 de 𝐴, a matriz obtida da matriz 𝐴 quando se eliminam a linha e a coluna em que se encontram o elemento 𝑎𝑖𝑗 . Teorema de Laplace Ex: Considere a matriz A, tomando a terceira linha temos: 𝐴 = 1 2 −1 3 2 1 0 1 0 O determinante de uma matriz 𝐴, de ordem 𝑛 ≥ 2, é a soma dos produtos dos elementos de uma fila qualquer (linha ou coluna) pelos determinantes das seus respectivos menores principais multiplicados por -1 elevado à soma de seus índices, ou seja, (−1)𝑖+𝑗 ⋅ |𝐴𝑖𝑗 |. 1 2 −1 3 2 1 0 1 0 = 0 ⋅ −1 3+1 ⋅ |𝐴31 +1 ⋅ −1 3+2 ⋅ 𝐴32 + 0 ⋅ −1 3+3 ⋅ |𝐴33 = −4 Propriedades dos Determinantes 1) Fila nula: Se todos os elementos de uma fila de uma matriz 𝐴 forem nulos, então det 𝐴 = 0 . Ex: 1 3 1 2 1 2 3 3 3 2 0 0 0 0 0 1 2 3 −1 5 3 7 2 −2 1 = 0 1 0 1 2 1 2 0 3 3 2 1 0 2 9 −1 1 0 3 −1 5 3 0 2 −2 1 = 0 Propriedades dos Determinantes 2) Filas Paralelas Iguais ou Proporcionais: Se duas filas paralelas de uma matriz A forem iguais ou proporcionais, então det 𝐴 = 0 . Ex: 1 1 1 1 1 1 1 3 1 = 0 ⅇ 1 2 1 1 2 2 1 2 3 = 0 Propriedades dos Determinantes 3) Matriz Transposta: O determinante de uma matriz é igual ao de sua transposta. Ex: 1 1 −1 −1 2 1 1 3 0 = 3 ⅇ 1 −1 1 1 2 3 −1 1 0 = 0 Propriedades dos Determinantes 4) Teorema de Binet: Se 𝐴 e 𝐵 são matrizes quadradas de mesma ordem 𝑛, então det 𝐴. 𝐵 = det 𝐴 det 𝐵 . 𝐴 = 1 0 1 2 , 𝐵 = 3 1 −1 0 ⅇ 𝐴 ∙ 𝐵 = 1 0 1 2 ∙ 3 1 −1 0 = 3 1 −1 1 1 0 1 2 = 2 , 3 1 −1 0 = 1 ⅇ 3 1 −3 1 = 2 Então: Propriedades dos Determinantes 5) Matriz triangular: O determinante de uma matriz triangular é igual ao produto dos elementos da diagonal principal. Ex: 1 1 −1 0 2 −1 0 0 3 = 6 ⅇ −2 0 0 1 1 0 −1 1 2 = −4 6) Troca de Filas Paralelas: Se trocarmos de posição duas filas paralelas de uma matriz 𝑀, obteremos uma outra matriz 𝑀´, tal que det𝑀´ = −det𝑀 . 1 1 −1 1 2 −1 −1 2 3 = 2 ⅇ 1 1 −1 2 1 −1 2 −1 3 = −2 Propriedades dos Determinantes Ex: 7) Produto de uma Fila por uma Constante: Se todos os elementos de uma fila de uma matriz forem multiplicados por um mesmo número real 𝑘, o determinante da matriz assim obtida fica multiplicado por 𝑘. Obs.: Se uma matriz 𝐴, de ordem 𝑛, e 𝑘 um número real, temos det 𝑘𝐴 = 𝑘𝑛 det 𝐴. 1 1 −1 1 2 −1 −1 2 3 = 2 ⅇ 3 ∙ 1 1 −1 3 ∙ 1 2 −1 3 ∙ (−1) −2 3 = 3 ∙ 2 = 6 Propriedades dos Determinantes Ex: 8) Determinante da Matriz Inversa: Seja 𝐴 uma matriz e 𝐴−1 sua inversa, então det 𝐴−1 = 1 det 𝐴 . 1 1 −1 1 2 −1 −1 2 3 = 2 ⅇ 4 −5 2 1 2 −1 1 0 2 −3 2 1 2 = 1 2 𝐴−1 𝐴 Propriedades dos Determinantes Uma matriz é invertível se, e somente se, seu determinante é diferente de zero. 9) Adição de Determinantes: Um determinante pode ser decomposto na soma de outros determinantes. Para isso decompomos uma das colunas em uma soma, e mantemos fixas as demais colunas. 1 0 −1 1 2 −1 −1 1 3 + 1 1 −1 1 0 −1 −1 1 3 = 1 1 −1 1 2 −1 −1 2 3 = 2 Propriedades dos Determinantes Propriedades dos Determinantes 10) Teorema de Jacobi: Adicionando-se a uma fila de uma matriz 𝐴 , de ordem 𝑛, uma outra fila paralela, previamente multiplicada por uma constante, obteremos uma nova matriz 𝑀′ , tal que det𝑀′ = det𝑀 . 1 3 −1 1 5 −1 −1 −2 3 = 1 1 −1 1 2 −1 −1 2 3 3x Matrizes e Determinantes Determinantes: Definição e Propriedades Resumo da apresentação Apresentamos aqui as noções iniciais relacionadas a determinantes e algumas de suas principais propriedades. CRÉDITOS Autor Autores Glauber Marcio Silveira Pereira Graduado em Matemática Mestre em Bioestatística Doutor em Estatística Erica Boizan Batista Graduada em Matemática Mestre em Matemática Doutora em Matemática REFERÊNCIAS ANTON, H. A.; BUSBY, R. Álgebra Linear contemporânea. Porto Alegre: Bookman, 2006. 610p BOLDRINI, J. L.; COSTA, S.I.R.; RIBEIRO, V.L.F.F., WETZLER, H.G. Álgebra Linear. 3.ed. São Paulo: Harbra, 1986. 412p. STEINBRUCH, A.; WINTERLE, P. Introdução à Álgebra Linear. 2.ed. São Paulo: Makron, 1990. 246p. O material Matrizes e Determinantes – Determinantes: conceito e propriedades operatórias de Glauber Márcio Silveira Pereira e Erica Boizan Batista está licenciado com uma Licença Creative Commons Atribuição- NãoComercial 4.0 Internacional. http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ Professores: Glauber Marcio Silveira Pereira Erica Boizan Batista Matrizes e Determinantes Unidade 2. Determinantes 2.2 Aplicações TÓPICOS Aplicação em Sistemas Lineares Aplicação na Criptografia Aplicação no Controle de Tráfego Aplicação na Computação Gráfica Os estudos sobre as matrizes vêm desde o século XIX e trazem uma nova experiência ao campo da matemática. As matrizes possuem grande aplicabilidade em nosso dia a dia, mesmo sem percebermos, o sistema matricial está envolvido nas mais diversas áreas, dentre elas estão a informática, a computação gráfica, a engenharia civil, engenharia de produção, dentre tantos outros exemplos. Introdução Representação matricial: Considere um sistema de equações lineares com m equações e n incógnitas. Sistemas Lineares 𝑎11. 𝑥1 + 𝑎12. 𝑥2 +⋯+ 𝑎1𝑛. 𝑥𝑛 = 𝑏1 𝑎21. 𝑥1 + 𝑎22. 𝑥2 +⋯+ 𝑎2𝑛. 𝑥𝑛 = 𝑏2 ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ 𝑎𝑚1. 𝑥1 + 𝑎𝑚2. 𝑥2 +⋯+ 𝑎𝑚𝑛. 𝑥𝑛 = 𝑏𝑚 𝐴 = 𝑎11 𝑎12 ⋯ 𝑎1𝑛 𝑎21 𝑎22 ⋯ 𝑎2𝑛 ⋮ ⋮ ⋮ 𝑎𝑚1 𝑎𝑚2 ⋯ 𝑎𝑚𝑛 , Podemos reescrever este sistema como uma equação de matrizes da forma 𝐴 ∙ 𝑋 = 𝐵, onde 𝑋 = 𝑥1 𝑥2 ⋮ 𝑥𝑛 𝐵 = 𝑏1 𝑏2 ⋮ 𝑏𝑚 e Este método é empregado para resolver um sistema linear em que o número de equações é igual ao número de incógnitas. Para isso considere um sistema com n equações e n incógnitas, então a matriz A formada pelos coeficientes 𝑎𝑖𝑗 do sistema é uma matriz quadrada. Se det(𝐴) ≠ 0 temos pelo método de Cramer que 𝑥1 é dado por: Método de Cramer 𝑥1 = Δ11𝑏1+. . . +Δ𝑛1𝑏𝑛 det 𝐴 = 𝑏1 𝑎12 … 𝑎1𝑛 ⋮ ⋮ ⋮ 𝑏𝑛 𝑎𝑛2 … 𝑎𝑛𝑛 𝑎11 𝑎12 … 𝑎1𝑛 ⋮ ⋮ ⋮ 𝑎𝑛1 𝑎𝑛2 … 𝑎𝑛𝑛 = Δ1 Δ Para encontrar 𝑥𝑖 basta substituir a 𝑖-ésima coluna da matriz A pelos números 𝑏1, 𝑏2, … , 𝑏𝑛. Exemplo 2𝑥 − 3𝑦 + 7𝑧 = 1 𝑥 + 3𝑧 = 5 2𝑦 − 𝑧 = 0 ⇒ 𝐴 = 2 −3 7 1 0 3 0 2 −1 e 𝐵 = 1 5 0 Note que det 𝐴 = −1 ≠ 0, logo podemos aplicar o método de Cramer, então: 𝑥 = 1 −3 7 5 0 3 0 2 −1 det 𝐴 = −49 , 𝑦 = 2 1 7 1 5 3 0 0 −1 det 𝐴 = −9 𝑒 𝑧 = 2 −3 1 1 0 5 0 2 0 det 𝐴 = 18 Considere um cruzamento de duas ruas de mão dupla, com três conjuntos de semáforo controlando o fluxo de automóveis nos pontos A, B e C, e o tempo em que os semáforos ficam ao mesmo tempo abertos é indicado pelas matrizes 𝑆1, 𝑆2 𝑒 𝑆3 conforme a sequência em que aparecem. Controle de tráfego Fonte: Imagem do site Pixabay https://pixabay.com/pt/photos/tr%C3%AAs-%C3%B4nibus-cidade-aldeia-de- %C3%B4nibus-2701353/ https://pixabay.com/pt/photos/tr%C3%AAs-%C3%B4nibus-cidade-aldeia-de-%C3%B4nibus-2701353/ https://pixabay.com/pt/photos/tr%C3%AAs-%C3%B4nibus-cidade-aldeia-de-%C3%B4nibus-2701353/ https://pixabay.com/pt/photos/tr%C3%AAs-%C3%B4nibus-cidade-aldeia-de-%C3%B4nibus-2701353/ https://pixabay.com/pt/photos/tr%C3%AAs-%C3%B4nibus-cidade-aldeia-de-%C3%B4nibus-2701353/ https://pixabay.com/pt/photos/tr%C3%AAs-%C3%B4nibus-cidade-aldeia-de-%C3%B4nibus-2701353/ https://pixabay.com/pt/photos/tr%C3%AAs-%C3%B4nibus-cidade-aldeia-de-%C3%B4nibus-2701353/ https://pixabay.com/pt/photos/tr%C3%AAs-%C3%B4nibus-cidade-aldeia-de-%C3%B4nibus-2701353/ https://pixabay.com/pt/photos/tr%C3%AAs-%C3%B4nibus-cidade-aldeia-de-%C3%B4nibus-2701353/ https://pixabay.com/pt/photos/tr%C3%AAs-%C3%B4nibus-cidade-aldeia-de-%C3%B4nibus-2701353/ https://pixabay.com/pt/photos/tr%C3%AAs-%C3%B4nibus-cidade-aldeia-de-%C3%B4nibus-2701353/ https://pixabay.com/pt/photos/tr%C3%AAs-%C3%B4nibus-cidade-aldeia-de-%C3%B4nibus-2701353/ https://pixabay.com/pt/photos/tr%C3%AAs-%C3%B4nibus-cidade-aldeia-de-%C3%B4nibus-2701353/ https://pixabay.com/pt/photos/tr%C3%AAs-%C3%B4nibus-cidade-aldeia-de-%C3%B4nibus-2701353/ 𝑆1 = 0 1 1 1 0 0 0 0 0 ⇒ A De B C Para A B C 𝑆2 = 0 0 0 1/2 0 1/2 0 1/2 0 ⇒ A B C Para A B C 𝑆3 = 0 0 1/2 0 0 0 1/2 1/2 0 ⇒ A B C Para A B C Ficam abertos os semáforos de A para B, de B para C e de C para A durante 1 minuto. Ficam abertos os semáforos de B para A, de B para C e de C para B durante 1/2 minuto. Ficam abertos os semáforos de C para A, de C para B e de A para C durante 1 minuto. De De Controle de tráfego 𝑀 = 𝑆1 + 𝑆2 + 𝑆3 = 0 1 1 + 1/2 1 + 1/2 0 1/2 1/2 1 0 Então, somando as matrizes 𝑆1 , 𝑆2 e 𝑆3 obtemos uma matriz que indica no tempo de 2 minutos quanto tempo cada semáforo permaneceu aberto. Se multiplicarmos a matriz M por 30, obteremos o tempo em minutos em que cada semáfora fica aberto durante 1 hora. 𝑁 = 30 ∙ 0 1 1 + 1 2 1 + 1 2 0 1 2 1 2 1 0 = 0 30 45 45 0 15 15 30 0 Controle de tráfego Por fim, supondo que nessas ruas passam 20 carros por minuto cada vez que os semáforos abrem, se multiplicarmos a matriz N por 20 obteremos a quantidade máxima de carros que passam nesse cruzamento no período de hora. 20 ∙ 𝑁 = 0 600 900 900 0 300 300 600 0 A criptografia é o estudo dos princípios e técnicas pelas quais a informação pode ser transformada da sua forma original para outra ilegível, de forma que possa ser conhecida apenas por seu destinatário. Uma forma bastante interessante de ensinar matrizes inversas e multiplicação de matrizes é utilizando a criptografia. Vamos utilizar um método bastante simples que envolve matrizes inversas. Sejam A e B, tal que B é a matriz inversa de A. Criptografia Fonte: Imagem do site Pixabay https://pixabay.com/pt/photos/pirataria-cyber-hacker-crime-2964100/ https://pixabay.com/pt/photos/pirataria-cyber-hacker-crime-2964100/ https://pixabay.com/pt/photos/pirataria-cyber-hacker-crime-2964100/ https://pixabay.com/pt/photos/pirataria-cyber-hacker-crime-2964100/ https://pixabay.com/pt/photos/pirataria-cyber-hacker-crime-2964100/ https://pixabay.com/pt/photos/pirataria-cyber-hacker-crime-2964100/ https://pixabay.com/pt/photos/pirataria-cyber-hacker-crime-2964100/ https://pixabay.com/pt/photos/pirataria-cyber-hacker-crime-2964100/ https://pixabay.com/pt/photos/pirataria-cyber-hacker-crime-2964100/ https://pixabay.com/pt/photos/pirataria-cyber-hacker-crime-2964100/ Controle de tráfego Considere A e B duas matrizes quadradas, tal que B é a matriz inversa de A. 𝐴 = 1 0 −1 2 𝑒 𝐵 = 1 0 1 2 1 2 Vamos utilizar essas duas matrizes como ‘chaves’ para codificar e decodificar a mensagem. O remetente vai usar a matriz A para codificar a mensagem e o destinatário vai usar a matriz B para decodificar a mensagem. Para codificar uma mensagem o primeiro passo é convertê-la da forma alfabética para uma forma numérica. Controle de tráfego Considere a tabela abaixo: A B C D E F G H I J 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 K L M N O P Q R S T 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 U V W X Y Z . ! * 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 O remetente e o destinatário devem conhecer essa tabela alfa-numérica e também pode fazê-la usando outras correspondências entre números e letras. Controle de tráfego Vamos codificar a seguinte mensagem: MATRIZES E DETERMINANTES. Para isso vamos fazer a correspondência entre as letras e os números usando a tabela dada: M A T R I Z E S E D E T E R M I N A N T E S 13 1 20 18 9 26 5 19 30 5 30 4 5 20 5 18 13 9 14 1 14 20 5 19 Como temos a matriz decodificadora A de ordem 2, vamos colocar a sequência de números dispostos em uma matriz de duas linhas. Se o número de elementos da mensagem for impar, podemos acrescentar um caractere vazio pois não vai alterar a mensagem. M = 13 1 20 18 9 26 5 19 30 5 30 4 5 20 5 18 13 9 14 1 14 20 5 19 Controle de tráfego Para codificar a mensagem , multiplicamos a matriz A por M , tal que N =AxM. Assim, N = AxM = 1 0 −1 2 ⨯ 13 1 20 18 9 26 5 19 30 5 30 4 5 20 5 18 13 9 14 1 14 20 5 19 N= 13 1 20 18 9 26 5 19 30 5 30 4 −3 39 −10 18 17 −8 23 −17 −2 35 −20 34 Quando a mensagem codificada chegar ao destinatário, ele usará a matriz B decodificadora para ler a mensagem. Sabendo que BxN= (BxA)xM = IxM = M. No nosso exemplo: BxN = 13 1 20 18 9 26 5 19 30 5 30 4 5 20 5 18 13 9 14 1 14 20 5 19 = M Representar um objeto em várias posições no espaço é fundamental para a Computação Gráfica. A possibilidade de realizar diversas transformações (rotacionar, encolher, esticar etc.) é importante em diversas aplicações da computação gráfica e as matrizes são ferramentas que possibilitam isso através das chamadas operações ou transformações de corpos rígidos. Computação Gráfica Fonte: Imagem do site Pixabay https://pixabay.com/pt/illustrations/fractais-plano-de-fundo- matem%C3%A1tica-1800242/ https://pixabay.com/pt/illustrations/fractais-plano-de-fundo-matem%C3%A1tica-1800242/ https://pixabay.com/pt/illustrations/fractais-plano-de-fundo-matem%C3%A1tica-1800242/ https://pixabay.com/pt/illustrations/fractais-plano-de-fundo-matem%C3%A1tica-1800242/ https://pixabay.com/pt/illustrations/fractais-plano-de-fundo-matem%C3%A1tica-1800242/ https://pixabay.com/pt/illustrations/fractais-plano-de-fundo-matem%C3%A1tica-1800242/ https://pixabay.com/pt/illustrations/fractais-plano-de-fundo-matem%C3%A1tica-1800242/ https://pixabay.com/pt/illustrations/fractais-plano-de-fundo-matem%C3%A1tica-1800242/ https://pixabay.com/pt/illustrations/fractais-plano-de-fundo-matem%C3%A1tica-1800242/ https://pixabay.com/pt/illustrations/fractais-plano-de-fundo-matem%C3%A1tica-1800242/ https://pixabay.com/pt/illustrations/fractais-plano-de-fundo-matem%C3%A1tica-1800242/ https://pixabay.com/pt/illustrations/fractais-plano-de-fundo-matem%C3%A1tica-1800242/ Translação A Translação é a operação que equivale a movimentar o objeto sem alterar a sua forma. Quando dizemos que um objeto foi transladado, quer dizer que cada um de seus pontos foi alterado de mesma forma, alterando o seu local no plano, como vemos na imagem ao lado. Note que a figura da esquerda foi translada “movida” de acordo com a direção e tamanho do vetor u indicado na figura da direita. Fonte: Autoria própria Translação Se o vetor que queremos usar para fazer a translação de uma figura do plano é do tipo 𝑢 = 𝑢1, 𝑢2 então precisamos tomar cada um dos pontos (𝑥, 𝑦) da figura e fazer uma simples operação de soma, como vemos abaixo: Os novos pontos (𝑥′, 𝑦′) são os pontos da nova figura obtida, ou seja, da figura depois de transladada. 𝑥′ = 𝑥 + 𝑢1 𝑦′ = 𝑦 + 𝑢2 ⇒ 𝑥′ 𝑦′ = 𝑥 𝑦 + 𝑢1 𝑢2 Escala Escalonar um objeto significa mudar as dimensões desse objeto, ou seja, alterar seu tamanho. A transformação de escala é realizada através da operação de multiplicação em cada uma das coordenadas dos pontos do objeto pelo fator de escala, que nada mais é que um número real 𝛼1 que multiplica a primeira coordenada e 𝛼2 que multiplica a segunda coordenada. Para obter os pontos 𝑥′, 𝑦′ da nova figura escalonada basta multiplica cada um dos pontos 𝑥, 𝑦 da figura original pela matriz acima. 𝑥 𝑦 𝛼1 0 0 𝛼2 = 𝑥′ 𝑦′ Fonte: Autoria própria Reflexão A operação Reflexão aplicada a um objeto tem um efeito semelhante ao de usar um espelho para criar um novo objeto. No caso de uma reflexão 2D, o espelho pode ser considerado sobre o eixo vertical ou horizontal, como mostrado na figura abaixo: Para obter os pontos 𝑥′, 𝑦′ da nova figura refletida com relação ao eixo vertical basta multiplicar cada um dos pontos 𝑥, 𝑦 da figura original pela matriz acima. 𝑥 𝑦 −1 0 0 1 = 𝑥′ 𝑦′ Fonte: Autoria própria Rotação A rotação é a operação que gira um objeto em torno de um ponto, como pode-se ver na figura. Se um ponto de coordenada (𝑥, 𝑦), a uma distância r>0 da origem tem suas coordenadas definidas por 𝑥 = 𝑟 ∙ cos 𝜑 , 𝑦 = 𝑟 ∙ 𝑠𝑒𝑛 𝜑 . Rotacionado de um ângulo θ em torno da origem, suas coordenadas passam a ser dadas por: Fonte: Autoria própria. 𝑥 𝑦 cos (θ) sen (θ) −sen (θ) cos (θ) = 𝑥′ 𝑦′ Matrizes e Determinantes Aplicações Resumo da apresentação Apresentamos aqui algumas aplicações de matrizes e determinantes que podem ser observadas no dia a dia. Autor CRÉDITOS Autores Glauber Marcio Silveira Pereira Graduado em Matemática Mestre em Bioestatística Doutor em Estatística Erica Boizan Batista Graduada em Matemática Mestre em Matemática Doutora em Matemática REFERÊNCIAS ANTON, H. A.; BUSBY, R. Álgebra Linear contemporânea. Porto Alegre: Bookman, 2006. 610p SMOLE, K. S.; DINIZ, M.I. Matemática – Ensino Médio. Vol. 1. ed. 9. São Paulo: Saraiva Didáticos, 2019. 304p. FIARRESGA, V. M. C. Criptografia e Matemática .2010. 161 f. Dissertação (Mestrado em matemática) – Faculdade de ciências da Universidade de Lisboa. Setembro 2010. O material Matrizes e Determinantes – Aplicações de Glauber Márcio Silveira Pereira e Erica Boizan Batista está licenciado com uma Licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial 4.0 Internacional. http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ 28/10/2022 10:50 Questionário: Revisão da tentativa https://cursos.poca.ufscar.br/mod/quiz/review.php?attempt=625828&cmid=3547 1/7 Página inicial Meus cursos Matrizes_Determinantes Atividade Questionário Iniciado em sexta-feira, 30 set 2022, 15:04 Estado Finalizada Concluída em sexta-feira, 30 set 2022, 15:08 Tempo empregado 3 minutos 30 segundos Avaliar 10,00 de um máximo de 10,00(100%) Questão 1 Correto Atingiu 1,00 de 1,00 Considere as matrizes A e B, assinale a alternativa que apresenta a matriz onde I é a matriz identidade de ordem 2. e Escolha uma opção: 2 A = [ ]1 0 2 1 B = [ ]−1 0 −2 −1 [ ]−1 0 −4 −1 [ ]1 0 0 1 [ ]1 0 2 1 [ ]1 0 0 0 Sua resposta está correta. https://cursos.poca.ufscar.br/ https://cursos.poca.ufscar.br/course/view.php?id=87§ion=0 https://cursos.poca.ufscar.br/course/view.php?id=87§ion=3 https://cursos.poca.ufscar.br/mod/quiz/view.php?id=3547 28/10/2022 10:50 Questionário: Revisão da tentativa https://cursos.poca.ufscar.br/mod/quiz/review.php?attempt=625828&cmid=3547 2/7 Questão 2 Correto Atingiu 1,00 de 1,00 Questão 3 Correto Atingiu 1,00 de 1,00 Considere as matrizes A e B, qual é a matriz resultante de A+2B? e Escolha uma opção: A = ⎡ ⎣ ⎢ 1 1 0 2 2 1 −1 1 0 ⎤ ⎦ ⎥ B = ⎡ ⎣ ⎢ 1 0 0 2 −1 1 −1 1 0 ⎤ ⎦ ⎥ ⎡ ⎣ ⎢ 2 1 0 4 1 2 −2 2 0 ⎤ ⎦ ⎥ ⎡ ⎣ ⎢ 3 1 0 6 0 3 −3 3 0 ⎤ ⎦ ⎥ ⎡ ⎣ ⎢ 0 1 3 0 3 6 1 0 0 ⎤ ⎦ ⎥ ⎡ ⎣ ⎢ 1 3 0 2 2 1 −1 1 0 ⎤ ⎦ ⎥ Sua resposta está correta. Qual das alternativas apresenta uma matriz invertível? Escolha uma opção: ⎡ ⎣ ⎢ 3 1 0 6 0 3 −3 −1 0 ⎤ ⎦ ⎥ ⎡ ⎣ ⎢ −1 1 0 6 0 3 −3 3 0 ⎤ ⎦ ⎥ ⎡ ⎣ ⎢ 3 1 0 6 0 3 −3 3 0 ⎤ ⎦ ⎥ ⎡ ⎣ ⎢ 3 1 0 0 0 0 −3 3 0 ⎤ ⎦ ⎥ Sua resposta está correta. 28/10/2022 10:50 Questionário: Revisão da tentativa https://cursos.poca.ufscar.br/mod/quiz/review.php?attempt=625828&cmid=3547 3/7 Questão 4 Correto Atingiu 1,00 de 1,00 Questão 5 Correto Atingiu 1,00 de 1,00 Se A e B são matrizes quadradas de ordem 2, com det(A)=2 e det(B)=3, então qual é o resultado de ? Escolha uma opção: -6 3 6 2 Sua resposta está correta. Qual das alternativas apresenta uma matriz triangular superior? Escolha uma opção: A = ⎡ ⎣ ⎢ 1 0 0 2 2 0 −1 1 0 ⎤ ⎦ ⎥ A = ⎡ ⎣ ⎢ 1 3 30 27 21 1 −11 1 10 ⎤ ⎦ ⎥ A = ⎡ ⎣ ⎢ 1 3 0 0 2 1 0 0 0 ⎤ ⎦ ⎥ A = ⎡ ⎣ ⎢ 1 30 0 30 22 11 0 11 0 ⎤ ⎦ ⎥ Sua resposta está correta. 28/10/2022 10:50 Questionário: Revisão da tentativa https://cursos.poca.ufscar.br/mod/quiz/review.php?attempt=625828&cmid=3547 4/7 Questão 6 Correto Atingiu 1,00 de 1,00 Questão 7 Correto Atingiu 1,00 de 1,00 Considere a matriz . Essa matriz é do tipo: Escolha uma opção: Linha Simétrica Coluna Diagonal A = ⎡ ⎣ ⎢ 1 30 0 30 22 11 0 11 0 ⎤ ⎦ ⎥ Sua resposta está correta. Considere os determinantes e Então qual é o valor do determinante abaixo? Escolha uma opção: 8 6 -5 5 = 2 ∣ ∣ ∣ ∣ x y z 2 2 1 z y x ∣ ∣ ∣ ∣ = 3 ∣ ∣ ∣ ∣ x y z 2 0 −1 z y x ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ ∣ x y z 4 2 0 z y x ∣ ∣ ∣ ∣ Sua resposta está correta. 28/10/2022 10:50 Questionário: Revisão da tentativa https://cursos.poca.ufscar.br/mod/quiz/review.php?attempt=625828&cmid=3547 5/7 Questão 8 Correto Atingiu 1,00 de 1,00 Questão 9 Correto Atingiu 1,00 de 1,00 Considere uma matriz com ordem 1x3, então essa matriz é do tipo: Escolha uma opção: Coluna Linha Simétrica Diagonal Sua resposta está correta. Qual o valor do seguinte determinante? Escolha uma opção: 0 -1 1 2 A = ∣ ∣ ∣ ∣ 1 0 0 −2 2 −1 −1 1 0 ∣ ∣ ∣ ∣ Sua resposta está correta. 28/10/2022 10:50 Questionário: Revisão da tentativa https://cursos.poca.ufscar.br/mod/quiz/review.php?attempt=625828&cmid=3547 6/7 Questão 10 Correto Atingiu 1,00 de 1,00 Qual das alternativas apresenta uma matriz identidade? Escolha uma opção: A = ⎡ ⎣ ⎢ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ⎤ ⎦ ⎥ A = ⎡ ⎣ ⎢ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ⎤ ⎦ ⎥ A = ⎡ ⎣ ⎢ 0 0 1 0 1 0 1 0 0 ⎤ ⎦ ⎥ A = ⎡ ⎣ ⎢ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ⎤ ⎦ ⎥ Sua resposta está correta. Atividade anterior ◄ 2.2 Aplicações Seguir para... Próxima atividade Pesquisa de Satisfação ► Manter contato Secretaria Geral de Educação a Distância http://www.sead.ufscar.br contato@poca.ufscar.br Resumo de retenção de dados https://cursos.poca.ufscar.br/mod/resource/view.php?id=3692&forceview=1 https://cursos.poca.ufscar.br/mod/feedback/view.php?id=3549&forceview=1 http://www.sead.ufscar.br/ mailto:contato@poca.ufscar.br https://cursos.poca.ufscar.br/admin/tool/dataprivacy/summary.php 28/10/2022 10:50 Questionário: Revisão da tentativa https://cursos.poca.ufscar.br/mod/quiz/review.php?attempt=625828&cmid=3547 7/7 Obter o aplicativo para dispositivos móveis https://download.moodle.org/mobile?version=2021051708&lang=pt_br&iosappid=633359593&androidappid=com.moodle.moodlemobile
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