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1MATEMÁTICA 1. Definição de matriz Chama-se matriz de ordem m x n (lê-se “m por n”) a uma tabela de m . n nú meros reais, dispostos em m linhas e n colunas. Representa-se por A ou Am×n. Seja a matriz A de ordem 2 x 3: O elemento m, situado na 1a. linha e na 1a. coluna, pode ser representado pelo símbolo a11. Lê-se a índice um um ou simplesmente a um um. O elemento n, situado na 1a. linha e 2a. coluna, pode ser representado pelo símbolo a12. Lê-se a índice um dois ou simplesmente a um dois. O elemento p, situado na 1a. linha e 3a. coluna, pode ser representado pelo símbolo a13. Lê-se a índice um três ou simplesmente a um três. De modo análogo, x é o elemento a21, y é o ele mento a22 e z é o elemento a23. Assim sendo, uma matriz A, de ordem 2 x 3, pode ser assim representada: �a11a21 a12 a22 a13 a23 �A =oua11a21 a12 a22 a13 a23 A =ou�a11a21 a12 a22 a13 a23 �A = A = � mx ny pz � Matrizes – Determinantes – Sistemas Lineares Módulos 1 – Matrizes 2 – Multiplicação de matrizes 3 – Propriedades 4 – Determinantes 5 – Determinante nulo 6 – Determinante se altera 7 – Determinante não se altera 8 – Abaixamento da ordem 9 – Regra de Chió e Teorema de Binet 10 – Inversão de matrizes, cálculo de um elemento da inversa e propriedades 11 – Inversão de matrizes, cálculo de um elemento da inversa e propriedades 12 – Sistemas lineares – Regra de Cramer 13 – Escalonamento 14 – Escalonamento 15 – Substituição, eliminação e exercícios complementares 16 – Substituição, eliminação e exercícios complementares 1 Palavras-chave: Matrizes • Tabelas • Linhas • Colunas C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 1 2 MATEMÁTICA De modo geral, representando por aij o elemento da linha de ordem i e da coluna de ordem j, podemos representar a matriz A de ordem m x n como se segue: ou simplesmente A = (aij)mxn Observações • Ao apresentarmos uma matriz como “tabela”, es - ta mos dando uma noção intuitiva de matriz. Formal men - te, matriz é uma função que a cada par (i; j) associa o número real aij. • Linha de uma matriz é uma ênupla de elementos com o mesmo primeiro índice. Exemplo: a segunda linha da matriz A é (a21, a22, a23, … a2n). • Coluna de uma matriz é uma ênupla de elemen - tos com o mesmo segundo índice. Exemplo: a segunda coluna da matriz A é (a12, a22, a32, … am2). • Fila de uma matriz significa linha ou coluna indis - tin tamente. • A matriz Amxn é chamada: Retangular ⇔ m � n Quadrada ⇔ m = n Matriz Linha ⇔ m = 1 Matriz Coluna ⇔ n = 1 Exemplo Matriz Retangular: A = Matriz Quadrada: B = Matriz Linha: C = [1 2 6 7] 1 linha 2. Matriz nula Matriz nula é aquela que tem todos os elementos iguais a zero. É representada pelo símbolo Omxn. Exemplo O3×2 = 3. Matriz unidade ou matriz identidade A matriz A = (aij)nxn é chamada matriz unidade ou identidade de ordem n e é representada por In, se e somente se: ⇔ ∀i, j ∈ { 1, 2, 3, ..., n} Matriz identidade de ordem 3: I3 = 4. Matriz oposta A matriz oposta de A = (aij)mxn é a matriz – A = (– aij)mxn. 5. Matriz transposta A matriz transposta da matriz A = (aij)mxn é a matriz At = (bji)nxm, tal que bji = aij, ∀i ∈ {1, 2, 3, ..., m}, ∀j ∈ {1, 2, 3, ..., n} • Obter a transposta é trocar, ordena damente, linhas por colunas •• A transposta da transposta de A é a própria matriz A 6. Igualdade de matrizes Duas matrizes, A e B, de mesma ordem, são iguais se, e somente se, todos os elementos correspondentes forem dois a dois iguais. Se A = (aij)mxn e B = (bij)mxn, então cada elemento aij de A é igual ao correspondente elemento bij de B. Sim bolicamente: para ∀i ∈ {1, 2, 3, ..., m} e ∀j ∈ {1, 2, 3, ..., n} � 243 1 5 6 � �10 0 0 1 0 0 0 1 � 1 0 0 … 0 0 1 0 … 0 In = � 0 0 1 … 0 � ......................…… 0 0 0 … 1 aij = 1 ⇔ i = j �aij = 0 ⇔ i � j 0 0 0 0 0 0 2 linhas 2 colunas� 1 4 3 6� � � 3 linhas 2 colunas a11 a21 � am1 a12 a22 � am2 a13 a23 � am3 … … � … a1n a2n � amn A = B ⇔ aij = bij C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 2 3MATEMÁTICA 7. Adição de matrizes Dadas duas matrizes de mesma ordem, A = (aij)mxn e B = (bij)mxn, define-se soma de A com B como sendo a matriz C = (cij)mxn, tal que cada elemento de C é a so ma dos elementos correspondentes de A e B. Sim boli camente: para ∀i ∈ {1, 2, 3, ..., m} e ∀j ∈ {1, 2, 3, ..., n} 8. Subtração de matrizes Dadas duas matrizes, A e B, de mesma ordem, define-se diferença entre A e B como sendo a soma de A com a oposta de B. Simbolicamente: 9. Multiplicação de número real por matriz Dada a matriz A = (aij)mxn e o número real α, define-se o produto de α por A como sendo a matriz B= (bij)mxn tal que cada elemento bij de B é igual ao produto do número α pelo correspondente elemento da matriz A. Simbolicamente: para ∀i ∈ {1, 2, 3, ..., m} e ∀j ∈ {1, 2, 3, ..., n} Exemplo: B = α . A ⇔ b ij = α . a ij A – B = A + (– B) �312 9 0 21 – 9�=� 1 4 3 0 7 – 3�3 . C = A + B ⇔ cij = aij + bij � (UNICAMP-MODELO ENEM) – Em uma matriz, chamam-se elementos internos aqueles que não pertencem à primeira nem à última linha ou coluna. O número de elementos internos em uma matriz com 5 linhas e 6 colunas é igual a a) 12. b) 15. c) 16. d) 20. Resolução Uma matriz com 5 linhas e 6 colunas possui 5x6 = 30 ele mentos, conforme exemplo a seguir: Para obtermos os elementos internos devemos excluir a primeira e última linhas, e a primeira e última colunas, resultando uma nova matriz com 3 linhas, 4 colunas e, portanto, 12 elementos. Resposta: A � (PUC) – Da equação matricial + = , resulta: a) x = y = z = t = 1 b) x = 1, y = 2, z = t = 0 c) x = 1, y = 1, z = 3, t = 2 d) x = 2, y = 0, z = 2, t = 3 e) x = , y = 2, z = 0, t = – 2 Resolução + = ⇔ ⇔ Resposta: A � (PUC) – Se A = , B = e C = então a matriz X, de ordem 2, tal que = + C é igual a: a) b) c) d) e) Resolução I) = + C ⇔ 3X – 3A = 2B + 2X + 6C ⇔ ⇔ X = 3A + 2B + 6C II) Para as matrizes A, B e C dadas no enunciado, tem-se: X = 3 . + 2 . + 6 . = = + + = Resposta: B M =� a11 a21 a31 a41 a51 a12 a22 a32 a42 a52 a13 a23 a33 a43 a53 a14 a24 a34 a44 a54 a15 a25 a35 a45 a55 a16 a26 a36 a46 a56 � 3 ––– 2 � x1 1 2 � � 2 0 y –1 � � 3 z 2 t � � x + 2 = 3 1 + y = 2 1 + 0 = z 2 – 1 = t � x = 1 y = 1 z = 1 t = 1 X – A–––––– 2 B + X –––––– 3 X – A –––––– 2 B + X –––––– 3 � 23 1 –1 � � –1 1 2 0 � � 4 2 –1 1 � � 69 3 –3 � � –2 2 4 0 � � 24 12 –6 6 � � 28 23 1 3 � � x1 1 2 � � 2 0 y –1 � � 3 z 2 t � � 23 1 –1 � � –1 1 2 0 � � 4 2 –1 1 � � 2824 1 3� � 28 23 1 3� � 28 25 1 3� � 2830 1 3� � 28 22 1 3� Exercícios Resolvidos C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 3 4 MATEMÁTICA Questões de � a �. Sendo a matriz A = (aij)3x2 definida por aij = 2i + j, pede-se: � Escrever a matriz A. RESOLUÇÃO: A = = = � Escrever a matriz oposta de A. RESOLUÇÃO: – A = � Escrever a matriz transposta de A. RESOLUÇÃO: At = Obs.: Note que obter a transposta é trocar, ordenadamente, linhas por colunas. � Dadas as matrizes A = e B = , ob te - nha a matriz X = 3A + B. RESOLUÇÃO: X = 3A + B ⇒ X = 3 . + ⇔ ⇔ X = + ⇔ X = � 3–4 –1 1 � � 9– 12 – 3 3 � �56 1 9�� 3 – 4 –1 1� � 56 1 9 � � 56 1 9 � � 14 – 6 –2 12 � 34 5 6 7 8� � � – 3 – 5 – 7 – 4 – 6 – 8 � a11 a21 a31 a12 a22 a32 � � � 2.1 + 1 2.2 + 1 2.3 + 1 2.1 + 2 2.2 + 2 2.3 + 2 � � 3 5 7 4 6 8 � Exercícios Propostos C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 4 5MATEMÁTICA � (UERJ – MODELO ENEM) – A temperatura corporal de um paciente foi medida, em graus Celsius, três vezes ao dia, durante cinco dias. Cada elemento aij da matriz abaixo corres - ponde à temperatura observada no instante i do dia j. Determine a) o instante e o dia em que o paciente apresentou a maior temperatura; b) a temperatura média do paciente no terceiro dia de observação. RESOLUÇÃO: a) A maior temperatura é dada pelo elemento a24(40,5 °C) da matriz e ocorreu no instante 2 do dia 4. b) As temperaturas do terceiro dia são a13 = 38,6, a23 = 37,2 e a33 = 36,1. A média, em graus Celsius, é: = = = 37,3 � (MODELO ENEM) – Uma loja guarda as camisas que estão à venda em uma prateleira que permite separá-las em tamanho (pequeno, médio e grande) e cor (verde, azul, branca e preta), conforme a figura seguinte: Para controlar o es to que, a lo ja utiliza uma matriz A = (aij)3×4 em que (i; j) indi ca a po sição em que as camisas se encon tram na prateleira e aij indica a quan tidade de camisas daquela cor e ta - manho correspon den te. Assim, por exemplo, a23 = 5 significa que existem cinco camisas brancas de tamanho médio. Quan - do A = , pode-se dizer que a) existem 7 camisas verdes médias. b) existem 18 camisas médias. c) existem quantidades iguais de camisas azuis e pretas. d) estão em falta camisas azuis grandes. e) há mais camisas grandes que pequenas. RESOLUÇÃO: Conforme a matriz, têm-se: 1 camisa verde média, 1 + 6 + 5 + 8 = 20 camisas médias, 7 + 6 + 2 = 15 camisas azuis, 3 + 8 + 4 = 15 camisas pretas, 2 + 7 + 4 + 3 = 16 camisas pequenas e 9 + 2 + 0 + 4 = 15 camisas grandes. Resposta: C � 35,636,1 35,5 36,4 37,0 35,7 38,6 37,2 36,1 38,0 40,5 37,0 36,0 40,4 39,2 � 111,9 –––––– 3 38,6 + 37,2 + 36,1 –––––––––––––––––– 3 a13 + a23 + a33 ––––––––––––––– 3 � 2 1 9 7 6 2 4 5 0 3 8 4 � C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 5 6 MATEMÁTICA 1. Definição O produto da matriz A = (aik)mxp pela matriz B = (bkj)pxn é a matriz C = (cij)mxn tal que cada elemento cij de C é igual à soma dos produtos dos elementos da i-ésima linha de A pelos correspondentes elementos da j-ésima coluna de B. Simbolicamente 2. Existência da matriz produto a) A matriz produto A . B existe se, e somente se, o número de colunas da matriz A for igual ao número de linhas da matriz B; b) Existindo, a matriz produto A . B tem o mesmo número de linhas da matriz A e o mesmo número de colunas da matriz B; c) A existência de A. B não implica a existência de B . A. Note que, sendo A = (aik)2x7 e B = (bkj)7x5, temos: a) A matriz produto A . B existe, pois o número de colunas de A (sete) é igual ao número de linhas de B (sete); b) A matriz produto C = A . B é de ordem 2x5, pois a matriz A possui duas linhas e a matriz B possui 5 colunas. c) Não existe a matriz produto D = B . A, pois o nú - mero de colunas de B (cinco) é diferente do número de linhas de A (dois). C = A . B � cij = ai1 . b1j + ai2 . b2j + ai3 . b3j + ... + aip . bpj � Dadas as matrizes A = 2x3 e B = 3x3 , obter a matriz A.B. Resolução • O elemento c11 da matriz produto A . B é obtido utilizando a primeira linha de A e a primeira coluna de B e é igual a 7, pois: • O elemento c12 da matriz produto A . B é obtido utilizando a primeira linha de A e a segunda coluna de B e é igual a 3, pois: • O elemento c13 da matriz produto A . B é obtido utilizando a primeira linha de A e a terceira coluna de B e é igual a 9, pois: 1 3 2( ) . 21 1 ( ) = 1.2 + 3.1 + 2.1( ) = 7( ) � 2 1 3 1 0 2 1 1 0 ��1 3 2 2 1 1 � 1 3 2( ) . 10 1 ( ) = 1.1 + 3.0 + 2.1( ) = 7 3( )7 1 3 2( ) . 32 0 ( ) = 1.3 + 3.2 + 2.0( ) = 7 3 9( )7 3 2 Palavras-chave: Multiplicação de matrizes • Produto • Linha por coluna Exercícios Resolvidos C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 6 7MATEMÁTICA • O elemento c21 da matriz produto A . B é obtido utilizando a segunda linha de A e a primeira coluna de B e é igual a 6, pois: • O elemento c22 da matriz produto A . B é obtido utilizando a segunda linha de A e a segunda coluna de B e é igual a 3, pois: • O elemento c23 da matriz produto A . B é obtido utilizando a segunda linha de A e a terceira coluna de B e é igual a 8, pois: Assim sendo, A . B = . = 2 1 1 ( ) . 10 1 ( ) = 2.1 + 1.0 + 1.1 ( ) = 7 3 9( )7 3 9 6 36 2 1 1 ( ) . 21 1 ( ) = 2.2 + 1.1 + 1.1 ( ) = 7 3 9( )7 3 9 6 2 1 1 ( ) . 32 0 ( ) = 2.3 + 1.2 + 1.0 ( ) = 7 3 9( )7 3 9 6 3 86 3 �76 33 98��2 1 31 0 2 1 1 0 ��12 31 21� � (UFRJ – MODELO ENEM) – Uma fábrica de guarda-roupas utiliza três tipos de fechaduras (dourada, prateada e bronzeada) para guarda-rou - pas de mogno e cerejeira, nos modelos básico, luxo e requinte. A tabela 1 mostra a produção de móveis durante o mês de outubro de 2005, e a tabela 2, a quantidade de fechaduras utilizadas em cada tipo de armário no mesmo mês. Tabela 1: Produção de armários em outubro de 2005 Tabela 2: Fechaduras usadas em outubro de 2005 A quantidade de fechaduras usadas nos armários do modelo requinte nesse mês foi de a) 170 b) 192 c) 120 d) 218 e) 188 Resolução A matriz A = 2× 3 representa a tabela 1, a matriz B = 3×2 representa a tabela 2 e a matriz C = B. A representa a quantidade de fechaduras usadas em cada modelo. C = . = Assim, No modelo requinte, foram usadas 100 + 72 + 46 = 218 fechaduras. Resposta: D MODELO MADEIRA BÁSICO LUXO REQUINTE Mogno 3 5 4 Cerejeira 4 3 5 MADEIRA TIPO MOGNO CEREJEIRA Dourada 10 12 Prateada 8 8 Bronzeada 4 6 � �34 5 3 4 5� � 10 8 4 12 8 6 � 78 56 36 86 64 38 100 72 46�� 3 4 5 3 4 5�� 10 8 4 12 8 6� Fechaduras por modelo Tipo Básico luxo Requinte Dourada 78 86 100 Prateada 56 64 72 Bronzeada 36 38 46 C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 7 8 MATEMÁTICA � Dadas as matrizes A = e B = , obter A.B. RESOLUÇÃO: A.B = . = � Sendo A = , e B = , obter, se possível, A . B e B . A RESOLUÇÃO: I) A . B = . = II) B.A não existe � (UNESP) – Uma fábrica produz dois tipos de peças, P1 e P2. Essas peças são vendidas a duas empresas, E1 e E2. O lucro obtido pela fábrica com a venda de cada peça P1 é R$ 3,00 e de cada peça P2 é R$ 2,00. A matriz abaixo fornece a quantidade de peças P1 e P2 vendidas a cada uma das empresas E1 e E2 no mês de novembro. A matriz , onde x e y representam os lucros, em reais, obtidos pela fábrica, no referido mês, com a venda das peças às empresas E1 e E2, respectiva mente, é a) b) c) d) e) RESOLUÇÃO: A matriz , onde x e y representam os lucros, em reais, obtidos pela fábrica, é o resultado do produto entre as matrizes e , onde corresponde aos lucros, em reais, com a venda de cada peça P1 e P2, respectivamente. Logo: = . = Resposta: C� 3– 2 1 1 5 – 3 � � 2 3 – 4 – 1 1 2 1 2 5 � � –1111 8–3 30–15 � � 3– 2 1 1 5 – 3 � � 2 3 – 4 – 1 1 2 1 2 5 � � 23 1 4 � 1 1 5 2 3 7 12 23 � 23 1 4 � � 1 1 5 2 � � � � � E1 E2 � P1 20 15 P2 8 12 � � xy � � 3520 � � 90 48 � � 76 69 � � 84 61 � � 28 27 � � xy � � 2015 8 12 � � 3 2 � � 3 2 � � xy � � 20 15 8 12 � � 3 2 � � 76 69 � Exercícios Propostos C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 8 9MATEMÁTICA � Um aluno registrou as notas bimestrais de algumas de suas disciplinas numa tabela. Ele observou que as entradasnuméricas da tabela formavam uma matriz 4x4, e que poderia calcular as médias anuais dessas disciplinas usando produto de matrizes. Todas as provas possuíam o mesmo peso, e a tabela que ele conseguiu é mostrada a seguir Para obter essas médias, ele multiplicou a matriz obtida a partir da tabela por a) b) RESOLUÇÃO: Ele multiplicou a matriz obtida a partir da tabela pela matriz da alternativa E, pois Resposta: E . 1o. bimestre 2o. bimestre 3o. bimestre 4o. bimestre Matemática 5,9 6,2 4,5 5,5 Português 6,6 7,1 6,5 8,4 Geografia 8,6 6,8 7,8 9,0 História 6,2 5,6 5,9 7,7 � 1––2 1 –– 2 1 –– 2 1 –– 2 � � 1 –– 4 1 –– 4 1 –– 4 1 –– 4 � 1–– 2 1–– 2 1–– 2 1–– 2 �� � 1–– 4 1–– 4 1–– 4 1–– 4 �e)d)c) � 1111 � �=� 1 –– 4 1 –– 4 1 –– 4 1 –– 4 �.�5,96,68,66,2 6,27,16,85,6 4,56,57,85,9 5,58,49,07,7� � 5,9 + 6,2 + 4,5 + 5,5 –––––––––––––––––– 4 6,6 + 7,1 + 6,5 + 8,4 –––––––––––––––––– 4 8,6 + 6,8 + 7,8 + 9,0 –––––––––––––––––– 4 6,2 + 5,6 + 5,9 + 7,7 –––––––––––––––––– 4 C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 9 10 MATEMÁTICA 1. Comutativa A multiplicação de matrizes não é comutativa, ou seja: as matrizes AB e BA não são obrigatoriamente iguais. Existem, portanto, matrizes A e B tais que AB � BA. 2. Anulamento do produto Na multiplicação de matrizes, não vale a “lei do anulamento do produto”, ou seja: o produto de duas matrizes pode ser nulo mesmo que ambas sejam não nulas. Existem, portanto, matrizes A e B tais que A � 0, B � 0 e AB = 0. 3. Cancelamento Na multiplicação de matrizes, não vale a “lei do cancelamento”, ou seja: na igualdade AB = AC não se pode “cancelar” A e concluir que B = C. Existem, portanto, matrizes A, B e C tais que AB = AC e B � C. 4. Propriedades da transposta Se A e B forem matrizes conformes para a operação indicada e k é um número real, então: a) A = B ⇔ At = Bt b) (At)t = A c) (A + B)t = At + Bt d) (kA)t = k . At e) (AB)t = Bt . At � Dadas as matrizes A = , B= e C= , determine: a) AB b) BA c) AC d) CA Resolução a) A . B = . = = b) B . A = . = = c) A . C = . = = d) C . A = . = = Observe que A.B ≠ B.A e A.C = C.A. Conclui-se que o produto entre matrizes não é comutativo, ou seja, diferentemente do que ocorre com o produto de números reais, podemos ter A.B e B.A com A.B ≠ B.A. Respostas: a) A.B = b) B.A = c) A.C = d) C.A = � Considere as matrizes A = e B = determine A.B e B.A. Resolução A.B = . = = = B.A = . = = = Observe que, diferentemente do que ocorre com o produto de números reais, temos A.B=O sendo A ≠ O e B ≠ O, em que O é a matriz nula. � 12 01 � � 20 11 � � 20 02 � � 12 01 � � 20 11 � �1.2 + 0.02.2 + 1.0 1.1 + 0.12.1 + 1.1� � 24 13 � � 20 11 � � 12 01 � �2.1 + 1.20.1 + 1.2 2.0 + 1.10.0 + 1.1� � 42 11 �1.2 + 0.02.2 + 1.0 1.0 + 0.22.0 + 1.2� � 24 02 � � 20 02 � � 12 01 � �2.1 + 0.20.1 + 2.2 2.0 + 0.10.0 + 2.1� � 24 13 � � 42 11 � � 24 02 � � 24 02 � � 11 11 � � 1–1 1–1 � � 11 11 � � 1–1 1–1 � �1.1 + 1.(– 1)1.1 + 1.(– 1) 1.1 + 1.(– 1)1.1 + 1.(– 1)� � 00 00 � � 1–1 1–1 � � 11 11 � �1.1 + 1.1(– 1).1 + (– 1).1 1.1 + 1.1 (– 1).1 + (– 1).1 � � 2 – 2 2 – 2 � � � 12 01 � � 20 02 � � 24 02 � 3 Palavras-chave: Propriedades • Comutativa • Anulamento de produto • Cancelamento Exercícios Resolvidos C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 10 11MATEMÁTICA Enunciado para questões �, � e �. Sendo A = , B = e C = , obter: � A . B e B . A RESOLUÇÃO: A . B = B . A = Conclusão: A multiplicação de matrizes não é comutativa, ou seja, A.B e B.A nem sempre são iguais. � Sejam A = , B = e C = , obtenha a matriz X = C . (A + B). RESOLUÇÃO: I) A + B = II) X = C(A + B) = Sr. Professor, comente com o aluno que também poderíamos calcular C.A, C.B e soma-las, pois com matrizes é válida a propriedade distributiva C(A + B) = C.A + C.B � Considere as matrizes A = e B = e determine A . B. RESOLUÇÃO: A . B = . = Conclusão: Existem matrizes A e B, tais que A � 0, B � 0 e A . B = 0. � (UNICAMP) – Sejam a e b números reais tais que a matriz A = satisfaz a equação A2 = aA + bI, em que I é a matriz identidade de ordem 2. Logo, o produto ab é igual a a) −2. b) −1. c) 1. d) 2. RESOLUÇÃO: Sendo A = , temos: A2 = A . A = . = aA + bI = a + b = Como A2 = aA + bI resulta: ⇒ e a . b = 2 . (–1) = – 2 Resposta: A �21 3 – 4�� 1 3 – 2 5�� 2 – 2 1 3� �57 1 19�=� 1 3 – 2 5�.� 2 – 2 1 3� �6– 4 – 5 18�=� 2 – 2 1 3�.� 1 3 – 2 5� �– 21 – 6 3�� 1 2 2 4� �00 0 0�� – 2 1 – 6 3�� 1 2 2 4� � 21 3 4 � � 5 7 6 0 � � 3 2 1 5 � � 21 3 4 � . � 5 7 6 0 � = � 7 8 9 4 � � 32 1 5 � . � 7 8 9 4 � = � 29 54 31 38 � � 10 2 1 � � 1 0 2 1 � � 1 0 2 1 � � 10 2 1 � � 1 0 4 1 � � 10 2 1 � � 1 0 0 1 � � a + b0 2a a + b � � a + b = 12a = 4 � a = 2b = – 1 Exercícios Propostos C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 11 12 MATEMÁTICA 1. Conceito Submetendo os elementos de uma matriz quadra - da (tabela de números) a operações (mediante uma definição), obtém-se como resultado um número que é chamado determinante dessa matriz. a) Matriz é tabela de números reais. b) Determinante é um número real. c) Só se define deter minante se a matriz for qua drada. O determinante da matriz é indicado por: 2. Como calcular a) Matriz de Ordem 1: A = (a11) ⇒ det A = a11 b) Matriz de Ordem 2 c) Matriz de Ordem 3 Neste caso, podemos usar um dispositivo prático (Regra de Sarrus), que consiste em: I) Repetir as duas pri mei ras colunas ao lado na ter - ceira colu na: II) Obter os produtos a11 . a22 . a33, a12 . a23 . a31 e a13 . a21 . a32 III) Obter os produtos a13 . a22 . a31, a11 . a23 . a32 e a12 . a21 . a33 � a11 a21 . . an1 a12 a22 . . an2 a13 a23 . . . … … … … … a1n a2n . . ann �M = � a11 a21 . . an1 a12 a22 . . an2 a13 a23 . . an3 … … … … … a1n a2n . . ann �det M ou det a11 a21 . . an1 a12 a22 . . an2 a13 a23 . . . … … … … … a1n a2n . . ann ou a11 a12 a11 a12 A = � �⇒ det A = = a11.a22 –a12.a21a21 a22 a21 a22 � � a a a a a a a a a a a a a a 2221 11 12 31 32 23 13 21 11 31 22 12 32 aa 3333 a a a a a a a a a a a a a a a 2221 11 12 31 32 23 13 33 21 11 31 22 12 32 IV) Obter o det A fazendo a diferença entre a soma das parcelas do item (II) e a soma das parcelas do item (III). det A = a 11 . a 22 . a 33 + a 12 . a 23 . a 31 + a 13 . a 21 . a 32 – a 13 . a 22 . a 31 – a 11 . a 23 . a 32 – a 12 . a 21 . a 33 4 Palavras-chave: Determinantes • Matriz quadrada • Determinante é número • Matriz é tabela C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 12 13MATEMÁTICA � Sendo A = , obter det A RESOLUÇÃO: det(A) = = 8 . 2 – 5 . 1 = 11 � Calcular = RESOLUÇÃO: = 4 – 8 + 3 – 6 – 2 + 8 = – 1 � (MODELO ENEM) – Em determinada cidade, o valor V, em reais, pago por uma corrida de táxi é uma função da distância x percorrida, em km. Sendo V(x) = det A, onde det A é o determinante da matriz A = , calcule o valor pago, em reais, por uma corrida de 9 km. RESOLUÇÃO: O valor pago, em reais, por uma corrida de 9 km é V(9) = Resposta: 32 reais �85 1 2� 8 5 1 2 1 1 2 – 2 1 1 3 2 4 1 1 2 – 2 1 1 3 2 4 � 35 –1x � � 35 – 19 � � Calcular o determinante da matriz A = Resolução = 1 . 2 . 3 + 2 . 0 . 1 + 1 . 2 . 3 – 1 . 2 . 1 – 3 . 0 . 1 – 3 . 2 . 2 = = 6 + 0 + 6 – 2 – 0 – 12 = – 2 Resposta: det A = – 2 � Calcular o determinante da matriz A = Resolução det A = = 2 . 7 –5 . 3 = –1 Resposta: det A = –1 � Sendo A = e B = , calcular det (Bt . A). Resolução I) Bt . A = . = II) det(Bt . A) = –2.5 – 0.17 = –10 2 3 5 7 �23 57� 1 2 1 1 2 2 2 0 2 2 1 3 3 1 3 = �� � � � � det A = � 1 2 1 2 2 3 1 0 3 � � 1 0 – 1 1 2 4 � � 1 2 3 1 0 1 � � 11 2 0 3 1 � � 1 0 –1 1 2 4 � � – 20 175 � Exercícios Resolvidos Exercícios Propostos C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 13 14 MATEMÁTICA � (UNESP-adaptado – MODELO ENEM) – Foi realizada uma pesquisa, num bairro de determinada cidade, com um grupo de 500 crianças de 3 a 12 anos de idade. Para esse grupo, em função da idade x da criança, concluiu-se que o peso médio p(x), em quilo gramas, era dado pelo determinante da matriz A, em que A = Com base na fórmula p(x) = det A, podemos concluir que o peso médio de uma criança de 5 anos é, em kg, igual a: a) 18 b) 19 c) 20 d) 21 e) 22 RESOLUÇÃO p(x) = det A = 1 . 0 . + 3 . 2 . 1 + 0 . (– 1) . (– x) – – 1 . 0 . 0 – 1 . (– x) . 2 – (– 1) . 3 . = = 0 + 6 + 0 – 0 + 2x + 2 = 2x + 8 Para x = 5, temos p(5) = 2 . 5 + 8 = 18 Resposta: A 5. (UNICAMP) – Considere a matriz M = , onde a e b são números reais distintos. Podemos afirmar que a) a matriz M não é invertível. b) o determinante de M é igual a a2 – b2. c) a matriz M é igual à sua transposta. d) o determinante de M é positivo. RESOLUÇÃO: Para a ∈ � e b ∈ �, tem-se: det M = = 1 + a2 + b2 – 1 – ab – ab = = a2 – 2ab + b2 = (a – b)2 > 0, pois a � b Resposta: D � 1 – 1 1 3 0 – x 2 0 2 –– 3 � 2 ––– 3 2 ––– 3 � 1 b 1 a 1 b 1 a 1 � � 1b 1 a 1 b 1 a 1 � C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 14 15MATEMÁTICA 1. Fila nula O determinante de uma matriz quadrada se anula quando a matriz possui uma fila nula. Exemplo De fato: 2. Filas paralelas iguais O determinante de uma matriz quadrada se anula quando a matriz possui duas filas paralelas iguais. Exemplo De fato: 3. Filas paralelas proporcionais O determinante de uma matriz quadrada se anula quando a matriz possui duas filas paralelas propor - cio nais. Exemplo De fato: 4. Fila combinação linear O determinante de uma matriz quadrada se anula quando a matriz possui uma fila que é combinação linear das demais filas paralelas. Exemplo De fato: = 0 2 0 7 2 0 3 0 3 3 0 5 0 1 5 0 – 0 – 0 – 0 + 0 + 0 + 0 = 0 1 5 2 1 5 3 4 4 3 4 1 5 2 1 5 – 8 – 20 – 30 + 8 + 20 + 30 = 0 5 2 3 5 2 15 6 9 15 6 1 5 2 1 5 – 18 – 225 – 60 + 60 + 18 + 225 = 0 1 1 2 1 1 3 1 0 3 1 5 3 4 5 3 – 10 – 0 – 12 + 4 + 0 + 18 2 3 5 0 0 0 7 3 1 = 0, pois a segunda coluna é nula. 1 3 1 5 4 5 2 4 2 = 0, pois a primeira linha é igual à terceira (L1 = L3). 5 15 1 2 6 5 3 9 2 = 0, pois a segunda linha é propor cional à primeira (L2 = 3.L1). 1 3 5 1 1 3 2 0 4 = 0, pois a terceira linha é com bina ção linear das duas primeiras (L3 = 2 . L1 + 1 . L2). 5 Palavras-chave: Determinante nulo • Proporcionais • Combinação linear C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 15 16 MATEMÁTICA � (MODELO ENEM) – Nove candidatos a uma vaga de esta giário foram dis tri buídos em uma sala de espera, como repre sen tado a seguir: A tabela que representa essa distribuição pode ser chamada de matriz e se substituirmos o nome de cada um desses can dida tos pelo número que representa a posição ocupada, em nosso alfabeto, pela letra com a qual se inicia o nome, obteremos uma nova matriz. O determinante dessa nova matriz é igual a: a) – 2 b) – 1 c) 0 d) 1 e) 2 Resolução A matriz obtida, substituindo cada um dos nomes pelo número que indica a posição, em nosso alfabeto, ocupada pela primeira letra do respectivo nome é: e o seu determinante é = 0, pois a terceira linha é combinação linear das outras duas linhas. Ela é igual à soma da primeira linha com a segunda linha. Resposta: C � Resolver, em �, a equação: = 0 Resolução ⇔ 15 + 2x + (– 8) – 2 – (– 3x) – 40 = 0 ⇔ 5x – 35 = 0 ⇔ x = 7 Resposta: V = {7} Observação: Para x = 7, o determinante é zero, pois a terceira linha é combinação linear das outras duas. De fato: 3a. linha = 1 . (2a. linha) – 1 . (1a. linha) 3 2 2 3 2 4 1 x 4 1 1 –1 5 1 –1 = 0 ⇔ �� � � � � 3 4 1 2 1 –1 2 x 5 � Alberto Carlos Daniele Bruno Denise Fernanda André Alvaro Barone � � 1 3 4 2 4 6 1 1 2 � 1 3 4 2 4 6 1 1 2 Nas questões de � a �, “calcular” os determinantes. � = 0, pois a 3a. linha é nula Observações: Se todos os ele mentos de uma fila de uma matriz quadrada M forem nulos, então det (M) = 0. � = 0, pois a 1a. e a 3a. coluna são iguais Observações: Se uma matriz quadrada M possui duas filas para - lelas iguais, então det (M) = 0. � = 0, pois a 1a. e a 2a. coluna são proporcionais (C1 = 2 . C2) Observações: Se uma matriz quadrada M possui duas filas para - lelas proporcionais, então det (M) = 0 2 6 0 7 9 0 9 1 0 a b c 2 5 1 a b c 2 6 10 1 3 5 5 1 2 Exercícios Propostos Exercícios Propostos C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 16 17MATEMÁTICA � = 0, pois a 3a. linha é uma com - binação linear (L3 = L1 + L2) Observações: Se uma fila de uma matriz quadrada M é com - binação linear das demais filas paralelas, então det (M) = 0. � O valor de x que satisfaz a equação = 0 é a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 RESOLUÇÃO: = 0 ⇔ 11x – 33 = 0 ⇔ x = 3 Observe que para x = 3, C3 = C1 + C2. Resposta: C � (MODELO ENEM) – A operação � entre números reais é definida como x�y = x + y. Sendo assim, o determinante da matriz quadrada de ordem três é igual a a) 0 b) 1 c) 2 d) 3 e) 4 RESOLUÇÃO: I) = = = II) = 0, pois L3 = 2L1 Resposta: A 1 � 2 7 � 3 2 � 4 0 � 3 1 � 5 1 � 5 – 1 � 5 3 � 6 3 � 5� � � 1 � 27 � 3 2 � 4 0 � 3 1 � 5 1 � 5 – 1 � 5 3 � 6 3 � 5 � � 1 + 27 + 3 2 + 4 0 + 3 1 + 5 1 + 5 – 1 + 5 3 + 6 3 + 5 � � 3 10 6 3 6 6 4 9 8 � 3 10 6 3 6 6 4 9 8 1 – 2 – 2 4 3 5 5 1 x 1 – 2 – 2 4 3 5 5 1 x 1 a 1 + a 5 b 5 + b 7 c 7 + c C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 17 18 MATEMÁTICA 1. Trocando filas paralelas O determinante de uma matriz quadrada muda de sinal, quando duas filas paralelas trocam entre si de posição. Exemplo Trocando entre si as duas últimas co lu nas, por exemplo, obtêm-se 2. Multiplicando uma fila por α O determinante de uma matriz quadrada fica multiplicado por α, quando os elementos de uma fila são mul - tiplicados por α. Exemplo Multiplicando os elementos da primeira linha por 3, por exemplo, têm-se: e De fato: 3. Multiplicando a matriz por α O determinante de uma matriz quadrada de ordem n fica multiplicado por αn, quando a matriz é multiplicada por α. Exemplo Multiplicando todos os elementos dessa matriz, por exemplo, por 2, obtém-se 1 1 1 2 1 3 3 2 0 = 4 3 1 1 6 1 3 9 2 0 = 3 . 1 1 1 2 1 3 3 2 0 = 12 3 6 9 3 6 1 1 2 1 1 1 3 0 1 3 – 9 – 18 – 0 + 0 + 12 + 27 = 12 1 2 3 1 2 1 1 2 1 1 1 3 0 1 3 – 3 – 6 – 0 + 0 + 4 + 9 = 4 2 3 1 2 3 5 0 2 5 0 = 7 e 1 1 0 11 – 0 – 4 – 0 + 0 + 6 + 5 2 1 3 2 1 5 2 0 5 2 = – 7 1 0 1 1 0 – 6 – 0 – 5 + 4 + 0 + 0 ⇒ det (2M) = 23 . det M = 8 . (– 4) = – 32� 2 4 2 2 6 8 – 2 0 2 �2M = = – 4 1 2 1 1 3 4 – 1 0 1 ⇒ det M =�12 1 1 3 4 – 1 0 1�M = 6 Palavras-chave: Determinante se altera • Troca de filas • Multiplicação de filas C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 18 19MATEMÁTICA � Calcular o valor de , sabendo-se que = – 17. Resolução Para calcularmos o valor de , é importante que ob servemos que os elementos da segunda coluna são múltiplos de 3 e portanto, podemos colocar o 3 em evidência. Dessa forma, resulta = 3 . Agora, devemos observar que trocando as duas primeiras colu nas, desse novo deter minante, de posição entre si, obteremos o deter - minante cujo resultado é igual a – 17. Não podemos es quecer que ao trocar duas linhas ou duas colu nas de posição entre si, o sinal do determinan te é alterado. Assim, temos: = 3 . = – 3 . = (– 3) . (– 17) = 51 Resposta: 51 � Calcular o determinante da matriz , sabendo-se que = k Resolução = 2 . 3 . = – 6 . = = + 6 . = – 6 . = – 6k Resposta: = – 6k 1 2 3 2 x 4 5 8 2 2 x 4 3 6 9 5 8 2 2 x 4 1 2 3 5 8 2 2n y b 6m 3x 3a 2p z c a m x b n y c p z m a x n b y p c z n y b m x a p z c 2n y b 6m 3x 3a 2p z c a m x b n y c p z �2ny b 6m 3x 3a 2p z c � 2 x 4 1 2 3 5 8 2 2 x 4 3 6 9 5 8 2 2 x 4 3 6 9 5 8 2 1 2 3 2 x 4 5 8 2 2 x 4 3 6 9 5 8 2 m x a n y b p z c Considere as matrizes A = , B = , C = , D = e resolva as questões de 1 a 3. � Calcular det(A) e det(B). RESOLUÇÃO: det(A) = 3.2 – 5.1 = 1 det(B) = 5.1 – 3.2 = –1 Observação: Comparando os determinantes da matriz A e da matriz B, verifica mos que o determinante de uma matriz qua dra da muda de sinal quando trocamos duas filas paralelas de posição entre si. �915 3 6�� 9 5 3 2�� 1 2 3 5�� 3 5 1 2� De fato: 2 2 –2 2 2 4 6 0 4 6 = 2 8 2 2 8 det (2M) = = + 24 – 0 – 16 + 24 + 0 – 64 = – 32 1 1 –1 1 1 2 3 0 2 3 1 4 1 1 4 = + 3 – 0 – 2 + 3 + 0 – 8 = – 4 det M = = Exercícios Propostos Exercícios Resolvidos C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 19 20 MATEMÁTICA � Obter det(C). RESOLUÇÃO: det(C) = 9.2 – 5.3 = 3 Observação: Os elementos da primeira linha da matriz C são iguais aos correspondentes elementos da primeira linha de A, mul tiplicados por 3. Por este motivo, det(C) = 3 . det A. � Calcular o determinante da matriz D. RESOLUÇÃO: det(D) = 9.6 – 15.3 = 9 Observação: A matriz D = 3A, enquanto det D = 32 . det A, pois A e D são matrizes de ordem 2. � Se = – 12, então vale: a) – 4 b) – c) d) 4 e) 12 RESOLUÇÃO: = 3 . = 3 . (– 1) . = –12 Então, = 4 Resposta: D � Considere as matrizes: A = � �, B = � � e C = � � Se o determinante da matriz A é α � 0, então det B + det C é igual a: a) α b) 5α c) 15α d) 130α e) 625α RESOLUÇÃO: I) det B = 5 . det A = 5α II) det C = 53 . det A = 125α III)det B + det C = 5α + 125α = 130α Resposta: D 1 6 x 2 9 y 3 12 z x 2 1 y 3 2 z 4 3 4 ––– 3 4 ––– 3 1 6 x 2 9 y 3 12 z x 2 1 y 3 2 z 4 3 x 2 1 y 3 2 z 4 3 x 2 1 y 3 2 z 4 3 a d g b e h c f i 5a d g 5b e h 5c f i 5a 5d 5g 5b 5e 5h 5c 5f 5i C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 20 21MATEMÁTICA 1. Trocando linhas por colunas O determinante de uma matriz quadrada A não se altera quando trocamos ordenadamente as linhas pelas colunas. Simbolicamente Exemplo De fato: 2. Somando uma combinação linear Se a uma fila de uma matriz quadrada M somarmos uma combinação linear de filas paralelas, obteremos uma nova matriz N tal que det N = det M (Teorema de Jacobi). Exemplos: 1) e 2) De fato: = 35 – 2 1 3 1 1 4 5 3 1 ⇒ det M = det Mt = – 2 1 5 – 2 1 1 1 3 1 1 = 35 3 4 1 3 4 – 15 + 24 – 1 – 2 + 9 + 20 det M = – 15 + 24 – 1 – 2 + 20 + 9 – 2 1 3 – 2 1 1 1 4 1 1 = 35 5 3 1 5 3 det Mt = M = � – 2 1 3 1 1 4 5 3 1 � det A = det At 1 2 – 3 – 2 1 4 – 3 12 4 1 + 2 . 1 + 3 .(– 2) 5 + 2 . 2 + 3 . 1 – 2 + 2.(– 3) + 3 . 4 = 1 2 – 3 – 2 1 4 = 1 2 – 3 – 2 1 4 1 5 – 2 2 7 1 6 = 43 + (–7) . 6 6 51 + (–7) . 7 7 = 51 7 43 6 – 9 – 48 + 16 + 4 + 72 – 24 1 –2 –3 1 – 2 2 1 12 2 1 = 11 –3 4 4 –3 4 + 3 – 20 – 8 – 2 + 30 + 8 1 – 2 1 1 – 2 2 1 5 2 1 = 11 – 3 4 – 2 – 3 4 De fato: 51 7 43 6 = 306 – 301 = 5 2 7 1 6 = 12 – 7 = 5 7 Palavras-chave: Determinante não se altera • Transposta • Teorema de Jacobi C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 21 22 MATEMÁTICA � Considere a matriz A = . Calcule det(A) e det(At), sendo At a matriz transposta de A, ou seja, a matriz que se obtém trocan do, ordenadamente, em A, as linhas pelas colunas. Resolução det(A) = = 2 + 12 + 0 – 2 – 0 – 0 = 12 det(At) = = 2 + 12 + 0 – 2 – 0 – 0 = 12 Observe que det(A) = det(At) Resposta: det(A) = det(At) = 12 � Sejam A = e B = = A matriz B, portanto, foi obtida de A, somando-se aos ele men tos da 3a. coluna uma combinação linear das outras colunas. Cal cular det(A), det(B) e observe que, apesar de A � B, temos det(A) = det(B). Resolução det(A) = = 1 + 4 + 0 – 4 – 0 – 0 = 1 det(B) = = 5 + 16 + 0 – 20 – 0 – 0 = 1 � O valor do determinante é: a) 0 b) 2 c) – 2 d) 1 e) 572 Resolução I) multiplicar a 1a. linha por (– 17) e somar na 2a. linha. II) multiplicar a 1a. linha por (5) e somar na 3a. linha. Resposta: B 1 – 2 1 0 2 – 6 1 0 1 1 0 1 – 2 2 0 1 – 6 1 � 1 0 1 – 2 2 0 1 – 6 1 � � 1 0 2 2 1 0 2 1 1 � � 1 0 2 2 1 0 2 + 2 . 1 + 3 . 2 1 + 2 . 0 + 3 . 1 1 + 2 . 2 + 3 . 0 � � 1 0 2 2 1 0 10 4 5 � 1 0 2 2 1 0 2 1 1 1 0 2 2 1 0 10 4 5 1 17 – 5 3 52 – 16 – 2 – 33 11 1 17 – 5 3 52 –16 – 2 – 33 11 = 1 0 0 3 1 –1 –2 1 1 = 2 � Calcular os determinantes de A = e de At (transposta de A). RESOLUÇÃO: det A = = – 7 – (– 6) = – 1 det(At) = = – 7 – (– 6) = – 1 Observação: Comparando os determinantes de A e de At, verifi - camos que o determinante de uma matriz A não se altera quando trocamos ordenamente as linhas pelas colunas. Simbolicamente, det A = det At. � Calcule e compare os determinantes das matrizes A = e B = RESOLUÇÃO: Sr. Professor, utilize este exercício para apresentar o Teorema de Jacobi. Mostre que, multiplicando a primeira coluna por a e somando-a com a segunda, o determinante não se altera. I) det A = = 4.7 – 6.2 = 16 II) det B = = = 4(7 + 6a) – 6(2 + 4a) = 28 + 24a – 12 – 24a = 16 Observe que det A = det B. �73 – 2 – 1� �73 – 2– 1� �7– 2 3– 1� � 46 2 7 � � 46 27 � � 46 � 2 + 4a 7 + 6a � �46 2 + 4a7 + 6a Exercícios Resolvidos Exercícios Propostos C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 22 23MATEMÁTICA � (MODELO ENEM) – Um professor dividiu os alunos de uma sala de aulaem dois grupos. Ao primeiro grupo, solicitou o valor do determi nan te da matriz A = . Já ao segundo grupo, pediu o valor do determinante da matriz B = . Após alguns minutos, os dois grupos apresentaram os resul - tados obtidos e observaram que os determinantes eram iguais. O professor então comentou que o que eles haviam observado era apenas uma propriedade matemática relacionada à teoria de matrizes e determinantes. Segundo ela, quando trocamos or denadamente as linhas de uma matriz quadrada A pelas colunas, obtemos uma nova matriz chamada de transposta de A, representada por At, cujo determinante é igual ao deter - minante da matriz original. Sendo A uma matriz quadrada de ordem n, podemos con - siderar que essa propriedade pode ser expressa matemati ca - mente pela sentença: a) det(A) = – det(A) b) det(A) = c) det(A) = d) det(At) = det(A) e) det(At) = – det(A) RESOLUÇÃO: Dada uma matriz A, quadrada de ordem n, ao trocarmos ordena - damente as linhas pelas colunas, obtemos uma nova matriz chamada de transposta de A e representada por At. O que o professor tentou mostrar para os alunos é que duas matrizes transpostas possuem determinantes iguais. Matematicamente, det(A) = det(At). Resposta: D � O valor do determinante é: a) – 563 b) – 363 c) – 1 d) 1 e) 363 RESOLUÇÃO: Resposta: B � Prove que para quaisquer valores de a e b o determinante a seguir é sempre nulo RESOLUÇÃO: pois a última coluna é a soma das outras duas colunas. Resposta: demonstração 1 –––––– det(A) 1 ––––––– det(At) � 2 0 0 0 0 4 3 0 1 2 6 1 0 2 1 3 4 3 1 5 8 2 0 3 1 � � 2 4 6 3 8 0 3 1 4 2 0 0 0 3 0 0 1 2 1 3 0 2 1 5 1 � 120 240 361 121 245 365 122 247 367 120 240 361 121 245 365 122 247 367 120 240 361 = = x(–2) x(–3) x(–1) + + + 1 5 4 2 7 6 = 120 0 1 1 3 1 2 3 0 = 3 – 6 – 360 = – 363 1 1 1 a + 3 a – 4 a + 5 2b + 4 2b – 3 2b + 6 x(–a) x(–2b) + + a + 3 a – 4 a + 5 2b + 4 2b – 3 2b + 6 1 1 1 = = 0, 1 1 1 3 – 4 5 4 –3 6 C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 23 24 MATEMÁTICA 1. Menor complementar O menor complementar Dij, do elemento aij da matriz quadrada M, é o determinante que se obtém de M, eliminando-se dela a linha “i” e a coluna “j”. 2. Cofator ou complemento algébrico O cofator do elemento aij da matriz quadrada M é Aij = (–1) i+j. Dij, em que Dij é o menor complementar de aij. 3. Teorema de Laplace Simbolicamente: Se M = , então ou O Teorema de Laplace permite calcular o deter mi nan - te de uma matriz de ordem n como sendo a soma de n determinantes de ordem n – 1. Permite, pois, abaixar a ordem. det M = ai1 . Ai1 + ai2 . Ai2 + … + aij . Aij + … + ain . Ain det M = a1j . A1j + a2j . A2j + …+ aij . Aij + …+ anj . Anj � a11 . ai1 . an1 a12 . ai2 . an2 … … … a1j . aij . anj … … … a1n . ain . ann � O determinante de qualquer matriz qua drada M de ordem n é igual à soma dos produtos dos elementos de uma fila pelos seus respec tivos cofatores. � Calcular o menor complementar e o cofa tor do elemento a23 da matriz M = Resolução Na matriz M = , temos a23 = 3 e, portanto, D23 = = 2 – 5 = – 3 A23 = (– 1) 2 + 3 . D23 = (– 1) 5 . = (– 1) . (– 3) = 3 Resposta: D23 = – 3; A23 = 3 � Calcular os cofatores dos elementos a13 e a33 da matriz M = Resolução Na matriz M = , temos a13 = 2 e a33 = – 1 Logo: A13 = (–1) 1 + 3 . = 1 . (8 – 8) = 0 A33 = (–1) 3 + 3 . = 1 . (8 – 20) = – 12 Resposta: A13 = 0; A33 = – 12 � Calcular o determinante da matriz M = aplicado o Teorema de Laplace e utilizando a 3a. coluna. Resolução De acordo com os exercícios 1 e 2, temos A13 = 0; A23 = 3; A33 = –12. Assim sendo, pelo Teorema de Laplace, temos: det M = a13 . A13 + a23 . A23 + a33 . A33 = = 2 . 0 + 3 . 3 + (– 1) . (– 12) = 9 + 12 = 21 Resposta: det M = 21 � 1 4 1 5 8 2 2 3 – 1 � 1 4 5 8 4 1 8 2 � � 1 4 1 5 8 2 2 3 – 1 � 1 4 1 5 8 2 2 3 – 1 � 1 1 5 2 1 1 5 2 � � 1 4 1 5 8 2 2 3 – 1 � 1 4 1 5 8 2 2 3 –1 � 8 Palavras-chave: Abaixamento da ordem • Cofator • Teorema de Laplace Exercícios Resolvidos C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 24 25MATEMÁTICA � Dada a matriz M = , pedem-se: a) os cofatores dos elementos da 1a. linha de M. b) o valor de det M utilizando o Teorema de Laplace na primei - ra linha de M. RESOLUÇÃO: a) A11 = (–1) 2 . = 3 A12 = (–1) 3 . = 3 A13 = (–1) 4 . = – 6 b) det M = a11 . A11 + a12 . A12 + a13 . A13 det M = 1 . 3 + 2 . 3 + 1 . (– 6) = 3 Obs.: Atenção professor: se julgar conveniente, calcule pela Regra de Sarrus, confirmando o resultado. � Dada a matriz M = , pedem-se: a) O cofator do elemento a14. b) O valor de det(M). RESOLUÇÃO: a) A14 = (–1) 5 . = – 1(15 + 4 + 2 + 3 + 2 – 20) = – 6 b) det M = a14A14 + a24A24 + a34A34 + a44A44 det M = (– 3).(– 6) + 0 . A24 + 0 . A34 + 0 . A44 det M = 18 –1 2 1 2 –3 2 1 1 5 � 3 – 1 2 1 4 2 – 3 2 2 1 1 5 – 3 0 0 0 � 1 3 3 2 1 –1 1 2 1 = 1 + 12 – 3 – 3 + 2 – 6 = 3 3 3 1 – 1 3 3 2 1 1 –1 2 1 � 133 2 1 – 1 1 2 1 � Exercícios Propostos C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 25 26 MATEMÁTICA � (MODELO ENEM) – Um professor dividiu os alunos de uma sala de aula em dois grupos. Ao primeiro grupo, solicitou o valor do determi nan te da matriz A = . Já ao segundo grupo, pediu o valor do determinante da matriz B = . Após alguns minutos, os dois grupos apresentaram os resul - tados obtidos e observaram que os determinantes eram iguais. O professor então comentou que o que eles haviam observado era apenas uma propriedade matemática relacionada à teoria de matrizes e determinantes. Segundo ela, quando trocamos or denadamente as linhas de uma matriz quadrada A pelas colunas, obtemos uma nova matriz chamada de transposta de A, representada por At, cujo determinante é igual ao deter - minante da matriz original. O valor encontrado por cada um dos dois grupos é igual a: a) – 24 b) 12 c) 24 d) 25 e) 28 RESOLUÇÃO: De acordo com o Teorema de Laplace, temos: det(A) = = 2 . = = 2 . (– 3) . = (– 6) . (– 4) = 24 Resposta: C � 2 0 0 0 0 4 3 0 1 2 6 1 0 2 1 3 4 3 1 5 8 2 0 3 1 � � 2 4 6 3 8 0 3 1 4 2 0 0 0 3 0 0 1 2 1 3 0 2 1 5 1 � 3 0 1 2 1 0 2 1 4 3 1 5 2 0 3 1 2 0 0 0 0 4 3 0 1 2 6 1 0 2 1 3 4 3 1 5 8 2 0 3 1 3 1 2 1 2 1 2 3 1 C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 26 27MATEMÁTICA 1. Regra de Chió A Regra de Chió permite abaixar em uma unidade a ordem de uma matriz quadrada M sem alterar o valor do seu determinante. Só pode ser utilizada se a matriz M possuir um elemento igual a 1. Consiste em a) Eliminar de M a linha e a coluna que contém o elemento aij = 1. b) De cada um dos ele mentos restantes, subtrair o produto dos elementos correspondentes na linha e na coluna eliminadas. c) Calcular o determinante da matriz assim obtida e multiplicar o resultado por (–1)i + j. Observação Torna-se mais cômodo utilizar o elemento igual a 1 que se encontre num dos “cantos” da matriz, isto é, a11 ou a1n ou an1 ou ann. 2. Teorema de Binet Para calcular o determinante do produto de duas ma trizes quadradas e de mesma ordem A e B, podemos, portanto: a) obter o produto A . B das duas matrizes e, em seguida, calcular o determinante dessa matriz; b) calcular, separadamente, os determinantes de A e de B e, em seguida, multiplicar os dois valores obtidos (Teorema de Binet). 1 a b c x m n p y q r s z t u v 1 x y z a m – a . x . . b n – b . x . . c p – c . x . . Se A e B são matrizes quadradas de mes ma ordem, então det (A.B) = det A . det B m – a . x q – a . yt – a . z n – b . x r – b . y u – b . z p – c . x s – c . y v – c . z . (–1)i + j 1 a b c x m – a . x n – b . x p – c . x y q – a . y r – b . y s – c . y z t – a . z u – b . z v – c . z 9 Palavras-chave:Regra de Chió e Teorema de Binet • Abaixar ordem • Determinante do produto C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 27 28 MATEMÁTICA � Calcular, pela Regra de Chió, o determinante da matriz M = Resolução O único elemento de M que é igual a 1 é o a43, que dificulta o cálculo pela Regra de Chió. Um recurso é transformar a11 = 3 em a11 = 1 fazendo, pelo Teorema de Jacobi, (1a. coluna) – (3a. coluna). Assim sendo: det M = = = = = = . (– 1)1 + 1 = 1 . (– 33) = – 33 Resposta: det M = – 33 Observação Outro recurso para transformar a11 = 3 em a11 = 1 é trocar a 1a. linha com a 4a. linha e em seguida a 1a. coluna com a 3a. coluna. � Calcular o determinante de A . B, sendo A = e B = Resolução Primeiro Processo A . B = . = det (AB) = = 162 – 19 = 143 Segundo Processo det (AB) = det A . det B = . = = (8 + 3) . (15 – 2) = 11 . 13 = 143 Resposta: det (AB) = 143 � (MODELO ENEM) – Dezesseis candidatos a uma vaga de es ta - giário foram distribuídos em uma sala de espera, como represen tado a seguir: � � A tabela que representa essa distribuição pode ser chamada de matriz e se substituirmos o nome de cada um desses candidatos pelo número que representa a posição ocupada, em nosso alfabeto, pela letra com a qual se inicia o nome, obte remos uma nova matriz. O determinante dessa nova matriz é igual a: a) – 192 b) – 119 c) 0 d) 119 e) 192 Resolução O determinante da matriz obtida, substituindo cada um dos no mes pelo número que indica a posição, em nosso alfabeto, ocupa da pela primeira letra do respectivo nome é: = (– 1)1+1 . = – 192 Resposta: A 5 1 2 3 2 3 –1 4 9 19 1 18 �919 1 18�� 5 1 2 3�� 2 3 –1 4� �51 2 3�� 2 3 –1 4� 3 – 6 – 1 2 – 7 – 1 – 1 2 4 1 0 2 1 4 3 2 3 2 2 – 3 1 0 – 1 2 4 3 2 – 1 2 4 3 2 3 2 2 – 3 1 0 – 1 2 4 � 3 2 –1 2 4 3 2 3 2 2 –3 1 0 –1 2 4 1 0 2 1 4 3 – 4 . 0 2 – 4 . 2 3 – 4 . 1 2 2 – 2 . 0 – 3 – 2 . 2 1 – 2 . 1 0 – 1 – 0 . 0 2 – 0 . 2 4 – 0 . 1 � Alberto Carlos Daniele Álvaro Bruno Denise Daniel Benedito André Márcia Barone Estela Geraldo Deise Carla Antônio 1 3 4 1 2 4 4 2 1 13 2 5 7 4 3 1 – 2 – 4 0 10 – 2 4 – 17 – 25 – 6 � O determinante da matriz M = é igual a: a) – 2 b) 5 c) 55 d) 30 e) 40 RESOLUÇÃO: det M = = (–1)1+1 . = = = – 2 Resposta: A � 1 7 10 5 36 52 – 2 – 12 – 18� 36 – 35 52 – 50 –12 + 14 –18 + 20 1 7 10 5 36 52 –2 –12 –18 1 2 2 2 Exercícios Resolvidos Exercícios Propostos C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 28 29MATEMÁTICA � Calcular o determinante da matriz M = utilizando a Regra de Chió. RESOLUÇÃO: det M = = (–1) 2+1 . = = – = – (–1)1+1 . = – 1 � (FUVEST) = a) 2 b) – 2 c) 0 d) 1 e) 1131 RESOLUÇÃO: = = = �1� = 1 Resposta: D � Sejam as matrizes A = e B = Calcule: a) det A b) det B c) A . B d) det (A . B) e) A + B f) det (A + B) RESOLUÇÃO: a) det A = 5 – (– 3) = 8 b) det B = 4 – (– 1) = 5 c) A . B = . = d) det (A . B) = 55 – 15 = 40 = det A . det B Observação: Se A e B são matrizes quadradas de mesma ordem, então det(AB) = det A . det B (Teorema de Binet) e) A + B = + = f) det (A + B) = 21 – 0 = 21 � det A + det B � 1–1 3 5 � � 2 1 –1 2 � � 1 –1 3 5 � � 2 1 –1 2 � � 5 3 5 11 � � 1 –1 3 5 � � 2 1 –1 2 � � 3 0 2 7 � 2 1 1 3 5 2 4 8 6 2 4 7 9 4 3 9 � 5 – 4 4 – 2 8 – 6 6 – 4 4 – 2 7 – 6 9 – 8 3 – 4 9 – 12 2 1 1 3 5 2 4 8 6 2 4 7 9 4 3 9 – 2 – 3 – 3 – 5 1 2 2 2 2 1 1 – 1 – 3 � 1 1 1 1 1 2 2 2 1 2 3 3 1 2 3 4 1 1 1 1 1 2 2 2 1 2 3 3 1 2 3 4 1 1 1 1 2 2 1 2 3 1 1 1 2 C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 29 30 MATEMÁTICA 1. Definição As matrizes A e B (quadradas e de ordem n) são inversas se, e somente se, A . B = B . A = In, em que In é a matriz identidade de ordem n. Indicaremos a inversa de M por M–1. 2. Existência Existe a inversa de M se, e somente se, det M � 0. Neste caso, diz-se que M é inversível ou M é não sin gular. Se det M = 0, então M é não inversível ou M é sin - gular. 3. Como obter a matriz inversa Exemplo: Obter a inversa da matriz M = . 1o. Modo: Usando a definição Resolução: Se M–1 = , por definição de inversa, decorre que: Este modo não é prá tico, pois se recai em n siste - mas de n equações e n incógnitas. 2 .o Modo: Regra Prática a) Calcular o determinante de M: det M = = 12 – 11 = 1 b) Obter a matriz M’ chamada matriz dos cofato - res, substituindo cada elemento de M pelo respectivo co fator. c) Obter a matriz M –– , chamada matriz adjunta de M, sendo M –– = (M’)t d) Obter M–1, que é a inversa de M, multiplicando M –– por ––––––1 . det M 4. Como obter um elemento de M–1 Se M é uma matriz inversível e bij um dos elemen - tos de M–1, então: sendo aji um elemento de M. 5. Propriedades Se A e B são duas matrizes quadradas, inversíveis e de mesma ordem, valem as seguintes propriedades: (A–1)–1 = A A = B ⇔ A–1 = B–1 (At) –1 = (A–1)t (A . B)–1 = B –1 . A–1 1 det(A–1) = ––––––– det A cofator de aji bi j = ––––––––––––––– det M � 3 – 11 – 1 4 �= � M –1 = 1 –––––– . — M ⇒ det M 1 ⇒ M –1 = –– . 1 � 3 – 11 – 1 4 � — M = � 3– 1 – 11 4 � t = � 3– 11 – 1 4 � M’ = � A11A21 A12 A22 � = � 3– 1 – 11 4 � � 4 11 1 3 3 – 11 – 1 4�⇔⇔ ⇔ �10 0 1� x z y w� �xz y w� �411 1 3� M–1 = x = 3 y = – 1 z = – 11 w = 4 � 4x + z = 1 11x + 3z = 0 4y + w = 0 11y + 3w = 1 �⇔ ⇔�10 0 1�=� 4y + w 11y + 3w 4x + z 11x + 3z� ⇔=.�411 1 3� 10 e 11 Palavras-chave:Inversão de matrizes, cálculo de um elemento da inversa e propriedades • Existência • Inverso multiplicativo • Identidade C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 30 31MATEMÁTICA � Obter o elemento da segunda linha e terceira coluna da in versa da matriz: M = Resolução a) det M = = – 21 b) A32 = (– 1) 3 + 2 . = – (1 – 15) = 14 c) b23 = = = = Resposta: � Determinar a sabendo-se que é a matriz inversa de . Resolução Se as matrizes são inversas uma da outra, então: . = ⇔ ⇔ = ⇔ ⇔ a = – 1 Resposta: a = – 1 � (FGV) – Dada a matriz B = e sabendo que a matriz A–1 = é a matriz inversa da matriz A, podemos concluir que a matriz X, que satisfaz a equação matricial AX = B, tem como soma de seus elementos o número a) 14 b) 13 c) 15 d) 12 e) 16 Resolução 1) A . X = B ⇔ A–1 . A . X = A–1 . B ⇔ X = A–1 . B ⇒ ⇒ X = . = 2) A soma dos elementos da matriz X = é 10 + 3 = 13 Resposta: B 2a + 2 = 0� 5a + 6 = 11 0� �0 11 2a + 2� �0 5a + 6 1 0� �0 1 3 a� �– 5 22 1� �5 3 3 a� �– 5 2 2 1� �5 3 2 – ––– 3 2 – ––– 3 14 –––––– – 21 A32 –––––––– det M cofator de a32 –––––––––––––––– det M 1 3 5 1 1 2 3 5 –1 1 0 4 7 1 2 3 �5 – 1 1� 0 4 7 3 – 4 � � 25 –1 3 � � 25 –13 � � 3– 4 � � 103 � � 103 � � � Determine a inversa da matriz A = RESOLUÇÃO: Sendo A–1 = ,temos: A . A–1 = . = Assim e ⇒ e A matriz inversa é, portanto, A–1 = Poder-se-ia calcular a inversa da matriz quadrada de ordem 2, da seguinte forma: Seja A = , então A–1 = = , logo A–1 = , tal método é uma consequência direta da regra prática que será desenvolvida nos exercícios subsequentes. �25 1 3� �xz y w� �10 0 1�� x z y w�� 2 5 1 3� 2x + z = 1 5x + 3z = 0� � 2y + w = 0 5y + 3w = 1 � x = 3 z = – 5 � y = – 1 w = 2 � 3– 5 – 1 2 � � ac b d � –––––––––––det A � d –c –b a � ––––––––––– 3.2 – 5.1 � 3 – 5 –1 2 � � 3– 5 –1 2 � Exercícios Resolvidos – Módulos 10 e 11 Exercícios Propostos – Módulo 10 C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 31 32 MATEMÁTICA � Dada a matriz M = , calcular a) o determinante de M; RESOLUÇÃO: det M = = 10 – 2 – 6 = 2 b) a matriz dos cofatores de M; RESOLUÇÃO: ⇔ M’ = c) a matriz adjunta de M; RESOLUÇÃO: M — = (M’)t = d) a matriz inversa de M. RESOLUÇÃO: M–1 = . M — = � Determine o valor x ∈ � para que a matriz M = não admita inversa. RESOLUÇÃO: Se M é matriz quadrada e não existe M–1, temos: = 0 ⇔ – 6x + 6 = 0 ⇔ x = 1 �13 –1 1 –– 2 4 –1 1 – –– 2 – 3 1 1 –––––– det M � 2 6 –2 1 8 – 2 –1 –6 2 � � � 2 1 – 1 6 8 –6 –2 –2 2 � + – + – + – + – + 1 1 3 5 0 2 3 5 0 2 1 1 0 1 1 5 2 2 1 5 2 2 0 1 0 1 1 3 2 0 1 3 2 0 0 1 � �M’ = ⇔ � x0–1 234 432 � x 0 –1 2 3 4 4 3 2 �20 2 0 1 1 1 3 5 � 2 0 2 0 1 1 1 3 5 � Dada a matriz M = , calcular o ele men - to b13 da matriz inversa de M. RESOLUÇÃO: I) = 6 + 5 – 4 = 7 II) b13 = = = Resposta: �251 3 0 1 1 2 0� 2 5 1 3 0 1 1 2 0 6 ––– 7 3 1 + � � 0 2 –––––––––– 7 A31 –––––– det M 6 ––– 7 Exercícios Propostos – Módulo 11 C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 32 33MATEMÁTICA � O determinante da inversa da matriz A = é: a) 1 b) c) d) 3 e) 4 RESOLUÇÃO: I) det A = = 4 II) det A–1 = = Resposta: C Sendo A e B matrizes inversíveis de mesma ordem, resolva as equações � e �. � AX = B RESOLUÇÃO: AX = B ⇔ A–1 . A . X = A–1 . B ⇔ I . X = A– 1 . B ⇔ X = A–1 . B � XA = B RESOLUÇÃO: XA = B ⇔ X . A . A–1 = B . A–1 ⇔ X . I = B . A–1 ⇔ X = B . A–1 � (MODELO ENEM) – A teoria de matrizes e determinantes encontra grande aplicação na resolução de sistemas lineares. E ao que tudo indica, segundo documentos históricos, sua criação remonta a um artigo de 1855, assinado pelo inglês Arthur Cayley (1821-1895). Nesse artigo, Cayley utiliza as matrizes para facilitar o estudo das transformações dadas por equações lineares. Para ele, a resolução de sistemas lineares estaria facilitada com o uso da teoria de matrizes. A ideia era transformar um sistema linear em uma equação matricial equivalente cuja resolução forneceria a solução do sistema. Em notação atual, teríamos, por exemplo, ⇔ . = Representando por A, X e B, respectivamente, as matrizes , e , resulta a equação matricial A.X = B cuja solução é X = A–1.B, em que A–1 é a matriz inversa de A. Considere a matriz A = e a sua inversa A–1 = Com base no texto, e seguindo as orientações de Cayley, pode mos concluir que o par (x, y), solução do sistema , é tal que x + y é igual a: a) 6 b) 8 c) 10 d) 12 e) 14 RESOLUÇÃO: ⇔ . = ⇔ ⇔ = . ⇔ = ⇔ ⇔ ⇒ x + y = – 2 + 8 = 6 Resposta: A 1 –––––– det A 1 ––– 4 1 2 1 0 3 5 3 4 1 1 –– 2 � 121 0 3 5 3 4 1 � �x = – 2y = 8 � xy � � 3 – 5 – 1 2 � � 4 14 � � x y � � – 2 8 � �2x + y = 45x + 3y = 14 � 2 5 1 3 � � x y � � 4 14 � �2x + y = 45x + 3y = 14 � 25 1 3 � � 3 –5 –1 2 � � 25 1 3 � � x y � � 4 14 � �2x + y = 45x + 3y = 14 � 2 5 1 3 � � x y � � 4 14 � 1 –– 4 C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 33 34 MATEMÁTICA 1. Sistemas lineares Sistemas de equações, como e , constituídos apenas por equações do 1o. grau nas incógnitas x, y ou z são chamados sistemas lineares. Observe que não são lineares os sistemas e , pois, em cada um, nem todas as equações são do 1o. grau. Podemos dizer então que sistema linear (S) é todo conjunto de m (m � 2) equações em n incógnitas x1, x2, …, xn, que se denota da seguinte forma: , em que os reais aij são os coeficientes de xj e b1, b2, …, bm são constantes. Se b1 = b2 = … = bm = 0, o sistema linear é dito homogêneo. 2. Solução de um sistema As soluções dos sistemas com duas incógnitas são pares ordenados da forma (α 1 , α 2 ), com três incógnitas são ternos ordenados da forma (α 1 , α 2 , α 3 ), com quatro incógnitas são quadras ordenadas da forma (α 1 , α 2 , α 3 , α 4 ), e assim por dian te. A ênupla (α 1 , α 2 , …, α n ) é uma solução do sistema linear (S) se ela é solução de cada uma das n equações de (S). 3. Classificação de um sistema quanto ao número de soluções a) Um sistema linear é POSSÍVEL (ou compatível) se admite pelo menos uma solução. b) Um sistema linear é IMPOSSÍVEL (ou incom - patível) se não admite solução alguma. c) Um sistema linear é possível e DETERMINADO se admite uma única solução. d) Um sistema linear é possível e INDETER MI - NADO se admite infinitas soluções. Portanto, quanto ao número de soluções, podemos classificar os sistemas lineares da seguinte forma: 4. Exemplos a) O sistema é possível e determinado. A única solução é o par ordenado (2; 1). b) O sistema é possível e indeter - minado, pois apresenta in finitas soluções. São todos os pa res ordenados do tipo (k; 4 – k). Algumas dessas soluções são: (1; 3), (2; 2), (3; 1), (4; 0), … etc. c) O sistema é impossível, pois não exis- te par ordenado (x; y) que torne as duas sentenças ver - dadeiras “simultaneamente”. Em outras palavras: não existem 2 números reais x e y cuja soma é 4 e 5 “simul - taneamente”. 5. Matrizes de um sistema a) Matriz incompleta A matriz incompleta, representada por M.I., associa - da a um sistema, é a matriz cujos elementos são, or de - nadamente, os coeficientes das incógnitas. Se M.I. é quadrada, diz-se que o seu determinante é o determinante do sistema (D). b) Matriz completa A matriz completa, representada por M.C., asso cia - da a um sistema, é a matriz que, além dos elementos de M.I., possui mais uma coluna constituída pelos se gun - dos membros de cada equação do sistema. No sistema linear a seguir, as matrizes incompleta e completa são: a11 . x1 + a12 . x2 + ... + a1n . xn = b1 a21 . x1 + a22 . x2 + ... + a2n . xn = b2 ... am1 . x1 + am2 . x2 + ... + amn . xn = bm �x 2 + y = 1 x – 3y = 0 � x + 2y = 1 x . y = 8 �4x – y + z = 32x + y + 3z = 7 �3x + 2y = 15x – y = 2 �x + y = 4x + y = 5 �x + y = 42x + 2y = 8 �x + 3y = 5x + y = 3 Sistema Possível e Determinado (SPD): uma só solução Sistema Possível e Indeterminado (SPI): infinitas soluções Sistema Impossível (SI): nenhuma solução 12 Palavras-chave:Sistemas Lineares – Regra de Cramer • Coeficientes • Determinantes C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 34 35MATEMÁTICA No sistema linear (S) por exem- plo, temos: 6. Sistema normal Um sistema linear de n equações e n incógnitas é normal se o determinante D do sistema for diferente de zero. Teorema de Cramer Regra de Cramer Dado um sistema normal nas variáveis x 1 , x 2 , x 3 , …, x n , demonstra-se que: na qual ressaltamos que a) D é o determinante do sistema; b) Dj é o determinante da matriz que se obtém da ma triz incompleta, trocando-se sua j-ésima coluna por b 1 , b 2 , …, b n . D1 x1 = –––– D D2x2 = –––– D D1 x3 = –––– D � Dn xn = –––– D Todo sistema normal é possível e deter mi nado e a úni ca solução pode ser obtida pela Regra de Cramer. �2x + 3y – 4z = 5x + 2y + z = – 1 x – 3y + 2z = 7 M.I.= � 2 1 1 3 2 – 3 – 4 1 2 � M.C. = � 2 1 1 3 2 – 3 – 4 1 2 5 – 1 7 � � Resolver o sistema pela Regra de Cramer. Resolução a) O sistema é normal e pode ser resolvido pela Regra de Cramer, pois D = = 9 – 2 = 7 ⇒ D � 0 b) Dx = = 27 – 13 = 14 ⇒ x = = = 2 c) Dy = = 39 – 18 = 21 ⇒ y = = = 3 Resposta: (2;3) � Resolver o sistema pela Regra de Cramer. Resolução a) O sistema é normal e pode ser resolvido pe la Regra de Cramer, pois D = = – 7 ⇒ D � 0 b) Dx = = – 7 ⇒ x = = = 1 c) Dy = = –14 ⇒ y = = = 2 d) Dz = = – 21 ⇒ z = = = 3 Resposta: (1; 2; 3) –21 —— –7 Dz —– D 1 2 1 2 – 1 1 2 3 6 –14 —— –7 Dy —– D 1 2 1 2 3 6 – 1 1 1 –7 ––– –7 Dx—– D 2 3 6 2 – 1 1 – 1 1 1 1 2 1 2 – 1 1 – 1 1 1 x + 2y – z = 2 �2x – y + z = 3x + y + z = 6 21 –— 7 Dy —– D 3 2 9 13 14 —– 7 Dx ––– D 9 13 1 3 3 2 1 3 3x + y = 9� 2x + 3y = 13 Exercícios Resolvidos C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 35 36 MATEMÁTICA � Considere o sistema . Pedem-se: a) a matriz incompleta do sistema; RESOLUÇÃO: M.I. = b) o determinante do sistema; RESOLUÇÃO: D = = 1 + 4 = 5 ≠ 0 (S.P.D.) c) resolver o sistema pela “Regra de Cramer”. RESOLUÇÃO: I) x = = = = 3 II) y = = = = 1 V = {(3; 1)} � Resolver o sistema pela “Regra de Cramer”. RESOLUÇÃO: O sistema é normal e pode ser resolvido pela Regra de Cramer, pois D = = – 7 � 0 (S.P.D.) Dx = = – 7 ⇒ x = = = 1 Dy = = – 14 ⇒ y = = = 2 Dz = = – 21 ⇒ z = = = 3 V = {(1; 2; 3)} � (INSPER-MODELO ENEM) – Três amigos foram a uma papelaria para comprar material escolar. As quantidades adquiridas de cada produto e o total pago por cada um deles são mostrados na tabela. Os preços unitários, em reais, de um caderno, de uma caneta e de um lápis, são, respectivamente, x, y e z. Dessa forma, das igualdades envolvendo matrizes fornecidas a seguir, a única que relaciona corretamente esses preços unitários com os dados da tabela é a) [x y z] . = [96 105 79]. b) . = . c) . [x y z] = [96 105 79]. d) . = . e) . = . RESOLUÇÃO: O sistema que permite resolver a questão é Resposta: D 1 2 1 2 – 1 1 2 3 6 Dz –––– D 2 3 6 2 – 1 1 – 1 1 1 Dx –––– D 1 2 1 2 – 1 1 – 1 1 1 � x + 2y – z = 2 2x – y + z = 3 x + y + z = 6 1 2 –2 1 1 –2� � 7 1 –––––––––– 5 Dx ––– D 15 ––– 5 Dy ––– D 1 1� � 2 7 –––––––––– 5 5 ––– 5 – 7 –––– – 7 1 2 1 2 3 6 – 1 1 1 Dy –––– D – 14 –––– – 7 – 21 –––– – 7 Amigo Quantidades compradas de Total pago (R$) cadernos canetas lápis Júlia 5 5 3 96,00 Bruno 6 3 3 105,00 Felipe 4 5 2 79,00 � 5 6 4 5 3 5 3 3 2 � � x y z � � 5 6 4 5 3 5 3 3 2 � � 96 105 79 � � 5 6 4 5 3 5 3 3 2 � � 5 6 4 5 3 5 3 3 2 � � x y z � � 96 105 79 � � x y z � � 96 105 79 � � 5 6 4 5 3 5 3 3 2 � 5x + 5y + 3z = 96 5x + 5y + 3z 96 � 6x + 3y + 3z = 105 ⇔ � 6x + 3y + 3z � = � 105�⇔ 4x + 5y + 2z = 79 4x + 5y + 2z 79 5 5 3 x 96 ⇔ � 6 3 3 � . � y� = � 105� 4 5 2 z 79 x – 2y = 1 2x + y = 7� �12 – 2 1� Exercícios Propostos C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 36 37MATEMÁTICA Dizemos que o sistema está escalonado, pois o coeficiente de x na 2a. equação é zero e os coeficientes de x e y na 3a. equação são iguais a zero. É fácil resolver este sistema, pois: Logo: V = {(8; 1; 3)} Se o sistema não estiver escalonado, podemos trans - formá-lo em um outro, escalonado, que tenha a mes ma solução, ou seja, “equivalente” ao primeiro. Exemplo Resolver o sistema por escalo - namento. Primeiro Passo: Repetir a 1a. equação e “eliminar” a variável x das demais. Para tanto, fazemos: a) (Segunda Equação) – 2 . (Primeira Equação) b) (Terceira Equação) – 3 . (Primeira Equação) Segundo Passo: Repetir as duas primeiras equa - ções e “eliminar” a variável y da 3a. equação. Para tanto, basta fazermos: (Terceira Equação) – 2 . (Segunda Equação) Resolvendo, agora, o sistema por substituição, ob - têm-se z = 1, y = –1 e x = 8. Portanto, o conjunto ver da - de do sistema é V = {(8; –1; 1)}. Importante Para escalonar um sistema e trans formá-lo em outro sistema, equivalente (que apresenta a mesma solução) e mais simples, podemos a) trocar de posição duas equações; b) multiplicar qualquer equação por um número real diferente de zero; c) multiplicar uma equação por um número real dife - rente de zero e adicioná-la à outra equação. x + 2y – z = 7 x + 2y – z = 7 � y + 4z = 13 ⇔ � y + 4z = 13 ⇔ 3z = 9 z = 3 x + 2y – z = 7 x + 2y – z = 7 ⇔ � y + 4 . 3 = 13 ⇔ � y = 1 ⇔ z = 3 z = 3 x + 2 . 1 – 3 = 7 x = 8 ⇔ � y = 1 ⇔ � y = 1 z = 3 z = 3 �x + 2y + z = 72x + 5y – 3z = 8 3x + 8y – 5z = 11 x + 2y + z = 7 � y – 5z = – 6 3x + 8y – 5z = 11 x + 2y + z = 7 � y – 5z = – 6 2y – 8z = – 10 x + 2y + z = 7 � y – 5z = – 6 2z = 2 x + 2y – z = 7 � y + 4z = 13 3z = 9 � (UNICAMP) – Considere o sistema linear nas variáveis reais x, y, z e w. Logo, a soma x + y + z + w é igual a a) – 2. b) 0. c) 6. d) 8. Resolução Somando as três equações, resulta x + w = 6. Como y + z = 2, então: (x + w) + (y + z) = 6 + 2 = 8 Portanto, x + y + z + w = 8 Resposta: D � (PUCCAMP – MODELO ENEM) – Se o convidarem para saborear um belo cozido português, certamente a última coisa que experimen - tará entre as iguarias do prato será a batata, pois ao ser colocada na boca sempre parecerá mais quente. ... Mas será que ela está sempre mais quente, uma vez que todos os componentes do prato foram cozidos juntos e saíram ao mesmo tempo da panela? Sabemos que, ao entrarem em contato, objetos com temperaturas diferentes tendem a trocar calor até ficarem com a mesma temperatura. Parece estranho, x – y = 1, y + z = 2, w – z = 3. � 13 e 14 Palavras-chave: Escalonamento • Eliminar incógnitas • Sistemas equivalentes Exercícios Resolvidos – Módulos 13 e 14 C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 37 38 MATEMÁTICA � Resolver o sistema: RESOLUÇÃO: I) 5z = 5 ⇔ z = 1 II) y – 2z = – 1 ⇒ y – 2 = – 1 ⇔ y = 1 III) x + y + z = 3 ⇒ x + 1 + 1 = 3 ⇔ x = 1 V = {(1; 1; 1)} (S.P.D.) � Aplicando o método do escalonamento, resolver o sis tema: RESOLUÇÃO: x + y + z = 3 .(– 2) .(1) ⇔� 2x – y + 3z = 4 + – x + 5y – 4z = 0 + x + y + z = 3 ⇔ � – 3y + z = – 2 .(2) ⇔ 6y – 3z = 3 + ⇔ ⇔ V = {(1; 1; 1)} (S.P.D.) x + y + z = 3 y – 2z = – 1 5z = 5 � x + y + z = 3 2x – y + 3z = 4 – x + 5y – 4z = 0 � x = 1 y = 1 z = 1 � x + y + z = 3 – 3y + z = – 2 – z = – 1 � não? Uma coisa é certa: ao comer o cozido, a chance de você queimar a boca com a batata é muito maior do que com o pedaço de carne. Comprove isso no próximo cozido que tiver oportunidade de comer. (Aníbal Figueiredo. Física – um outro lado – calor e temperatura. São Paulo. FTD, 1997.) De acordo com uma receita da vovó, entre os ingredientes usados no preparo de um belo cozido português, incluem-sex gramas de batatas, y gramas de cebolas e z gramas de linguiça portuguesa, totalizando 1450 gramas. Sabendo-se que z e x, nesta ordem, estão entre si na razão 2/3 e que o dobro de y, acrescido de 100, é igual à soma de x e z, é correto afirmar que compõem essa receita: a) 450 g de cebolas. b) 480 g de batatas. c) 480 g de cebolas. d) 500 g de linguiça. e) 750 g de batatas. Resolução A partir dos dados contidos no enunciado, temos: ⇔ Multiplicando a primeira equação por (2) e adicionado-a à terceira, temos: Adicionado a segunda equação à terceira, temos: ⇔ Resposta: A � (UERJ) – A ilustração abaixo mostra seis cartões numerados organizados em três linhas. Em cada linha, os números estão dispostos em ordem crescente, da esquerda para a direita. Em cada cartão, está registrado um número exatamente igual à diferença positiva dos números registrados nos dois cartões que estão imediatamente abaixo dele. Por exemplo, os cartões 1 e Z estão imediatamente abaixo do cartão X. Determine os valores de X, Y e Z. Resolução ⇔ ⇔ ⇔ ⇔ ⇔ Resposta: x = 5, y = 9 e z = 6 � x + y + z =1450 z 2 –– = –– x 3 2y + 100= x + z � x + y + z = 1450 2x – 3z = 0 x – 2y + z = 100 � x + y + z = 1450 2x – 3z = 0 3x + 3z = 3000 � x + y + z =1450 2x – 3z = 0 5x = 3000 � y = 450 z = 400 x = 600 � x = z – 1 y = 15 – z 4 = y – x � x – z = – 1 y + z = 15 – x + y = 4 � x – z = – 1 y + z = 15 y– z = 3 � x – z = – 1 y + z = 15 y = 9 � x = 5 z = 6 y = 9 Exercícios Propostos – Módulo 13 C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 38 39MATEMÁTICA � (UNICAMP-MODELO ENEM) – As companhias aéreas costumam estabelecer um limite de peso para a bagagem de cada passageiro, cobrando uma taxa por quilograma de excesso de peso. Quando dois passageiros com partilham a bagagem, seus limites são considerados em conjunto. Em um determinado voo, tanto um casal como um senhor que viajava sozinho transportaram 60 kg de bagagem e foram obrigados a pagar pelo excesso de peso. O valor que o senhor pagou correspondeu a 3,5 vezes o valor pago pelo casal. Para determinar o peso excedente das bagagens do casal (x) e do senhor que viajava sozinho (y), bem como o limite de peso que um passageiro pode transportar sem pagar qualquer taxa (z), pode-se resolver o seguinte sistema linear: a) b) c) d) RESOLUÇÃO: ⇔ Resposta: A � (MODELO ENEM) – Para uma festinha, foram encomen - dados 90 refri gerantes, 230 salgados e 120 doces. Os convidados foram divididos em 3 faixas: crianças, senhores e senhoras. Cada criança deverá consumir exata mente 2 refri - gerantes, 8 salgados e 4 doces; cada senhor deve rá consumir exatamente 3 refrigerantes, 5 salgados e 3 do ces; cada se - nhora deverá consumir exatamente 3 refrige rantes, 6 salgados e 3 doces. Qual deverá ser o total de convidados para que não sobrem e nem faltem refrigerantes, salgados e doces? a) 25 b) 35 c) 45 d) 55 e) 65 RESOLUÇÃO: Sendo x, y e z, respectivamente, o número de crianças, de senho - res e de senhoras convidados para a festa, temos: I) Os refrigerantes a serem consumidos são 2 para cada criança, 3 para cada senhor e 3 para cada senhora. Dessa forma, resulta 2x + 3y + 3z = 90. II) Os salgados a serem consumidos são 8 para cada criança, 5 para cada senhor e 6 para cada senhora. Assim, temos 8x + 5y + 6z = 230. III)Os doces a serem consumidos são 4 para cada criança, 3 para cada senhor e 3 para cada senhora. Equacionando, temos 4x + 3y + 3z = 120. O sistema formado pelas três equações é: Multiplicando a primeira equação por (– 2) e adicionando-a à segunda, temos: Multiplicando a primeira equação por (– 1) e adicionando-a à terceira, resulta ⇔ ⇒ x + y + z = 35 Resposta: B 2x + 3y + 3z = 90 8x + 5y + 6z = 230 4x + 3y + 3z = 120 � 2x + 3y + 3z = 90 4x – y = 50 4x + 3y + 3z = 120 � z = 10 y = 10 x = 15 � 2x + 3y + 3z = 90 4x – y = 50 2x = 30 � � x + 2z = 60 y + z = 60 3,5x – y = 0 � x + z = 60 y + 2z = 60 3,5x – y = 0 � x + 2z = 60 y + z = 60 3,5x + y = 0 � x + z = 60 y + 2z = 60 3,5x + y = 0 � 60 – 2z = x60 – z = y y = 3,5x � x + 2z = 60y + z = 60 3,5x – y = 0 C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 39 40 MATEMÁTICA Exercícios Propostos – Módulo 14 Nos exercícios de � a �, resolva e classifique os sistemas, aplicando o método do escalonamento: � RESOLUÇÃO: x + y + z = 2 .(1) .(–1) � – x + 2y + z = – 1 + ⇔ x – y – 3z = – 4 + x + y + z = 2 ⇔ � 3y + 2z = 1 .(2) ⇔ – 2y – 4z = – 6 + ⇔ ⇔ V = {(1; –1; 2)} O sistema apresenta uma única solução, portanto, trata-se de um Sistema Possível e Determinado (S.P.D.). � RESOLUÇÃO: .(–1) .(–2) + + ⇔ ⇔ .(– 1) ⇔ + A terceira equação é falsa para ∀z ∈ � ⇒ V = Ø O sistema não apresenta solução, portanto, trata-se de um Sis - tema Impossível (S.I.). � x + y + z = 2 – x + 2y + z = – 1 x – y – 3z = – 4 � x = 1 y = – 1 z = 2 � x + 2y + 3z = 5 x + 3y + 2z = 6 2x + 5y + 5z = 10 � x + 2y + 3z = 5 x + 3y + 2z = 6 2x + 5y + 5z = 10 � x + 2y + 3z = 5 y – z = 1 y – z = 0 � x + 2y + 3z = 5 y – z = 1 0z = –1 x + y + z = 2 � 3y + 2z = 1 4y = – 4 C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 40 41MATEMÁTICA � RESOLUÇÃO: (– 1) (–1) + ⇔ + ⇔ .(1) ⇔ + ⇔ A terceira equação é verdadeira para ∀z ∈ �. Abandonando a última equação e fazendo z = α, com α ∈ �, temos: ⇔ com α ∈ � ⇒ V = {(3 – 5α; α + 1; α)}, α ∈ � O sistema apresenta infinitas soluções, portanto, trata-se de um Sistema Possível e Indeterminado (S.P.I.). � (UNICAMP) – Sabendo que k é um número real, considere o sistema linear nas variáveis reais x e y, É correto afirmar que esse sistema a) tem solução para todo k. b) não tem solução única para nenhum k. c) não tem solução se k = 1. d) tem infinitas soluções se k ≠ 1. RESOLUÇÃO: Escalonando o sistema, temos: (–1) ⇔ Se k ≠ 1, então o sistema será possível e determinado, pois 1 – k ≠ 0. Se k = 1, então o sistema será possível e indeterminado, pois Oy = 0. Do que foi visto, é correto afirmar que tem solução para todo k. Resposta: A � x + 2y + 3z = 5 x + 3y + 2z = 6 x + y + 4z = 4 � x + 2y + 3z = 5 x + 3y + 2z = 6 x + y + 4z = 4 � x + 2y + 3z = 5 y – z = 1 – y + z = – 1 � x + 2y + 3z = 5 y – z = 1 0z = 0 � x + 2y = 5 – 3α y = α + 1 � x = 3 – 5α y = α + 1 � x + ky = 1 x + y = k � x + ky = 1x + y = k � x + ky = 1 (1 – k)y = k – 1 C1_2ASERIE_VERMELHO_MAT_ROSE_2021 29/10/2020 08:28 Página 41 42 MATEMÁTICA Os métodos de resolução de sistemas lineares (Cramer e Escalonamento) apresentados anteriormente são bastante úteis e muito utilizados. No entanto, para certos sistemas, é mais simples “eliminar” incógnitas pela “adição” ou “subtração” de duas ou mais equações, ou, ainda, usar o método geral da substituição. Exemplo 1 Resolver, por substituição, o sistema Resolução “Isolando” z na 1a. equação, temos: z = 7 – 2x – y. Substituindo z, na 2a. e na 3a. equação, pela expres - são obtida, resulta: Portanto, z = 7 – 2 . 3 – (–1) ⇒ z = 2 O conjunto verdade do sistema é: V = {(3; –1; 2)} Exemplo 2 Resolver o sistema Resolução A resolução deste sistema, tanto pelo método da substituição, como pelo método do escalonamento, e, também, pela Regra de Cramer, é muito trabalhosa. No entanto, se observarmos as relações existentes entre os coeficientes das incógnitas, podemos resolvê-lo rapidamente. De fato: a) Somando, membro a membro, as duas primeiras equações, obtemos: 8x = 16 ⇔ x = 2 b) Multiplicando a terceira equação por – 1 e soman - do-a com a primeira, temos: 7y = – 21 ⇔ y = – 3 c) Substituindo os valores encontrados na primeira
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