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MATEMÁTICA III 1 DETERMINANTES INTRODUÇÃO ..................................................................................... 2 DETERMINANTE DE MATRIZ DE ORDEM 1 ...................................... 2 DETERMINANTE DE MATRIZ DE ORDEM 2 ...................................... 2 DETERMINANTE DE MATRIZ DE ORDEM 3 ...................................... 3 PROPRIEDADES DOS DETERMINANTES......................................... 8 REGRA DE CHIÓ ............................................................................... 11 MENOR COMPLEMENTAR ............................................................... 15 COFATOR .......................................................................................... 16 TEOREMA DE LAPLACE .................................................................. 16 RESPOSTAS ..................................................................................... 23 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA ........................................................ 23 No final das séries de exercícios podem aparecer sugestões de atividades complementares. Estas sugestões referem-se a exercícios do livro “Matemática” de Manoel Paiva fornecido pelo FNDE e adotado pelo IFMG – Campus Ouro Preto durante o triênio 2015-2017. Todos os exercícios sugeridos nesta apostila se referem ao volume 2. CASSIO VIDIGAL 2 IFMG – CAMPUS OURO PRETO INTRODUÇÃO Toda matriz QUADRADA tem, associada a ela, um numero chamado determinante da matriz obtido por meio de operações que envolvem todos os elementos da matriz. (Dante, 2007). A teoria dos determinantes teve sua origem em meados do século XVII, quando eram estudados processos para resolução de sistemas lineares de equações. Hoje em dia, embora não sejam um instrumento prático para a resolução destes sistemas, os determinantes são utilizados, por exemplo, para sintetizar certas expressões matemáticas complicadas. DETERMINANTE DE MATRIZ DE ORDEM 1 Sendo A uma matriz de ordem 1 determinada por A = [a11], por definição, o determinante de A é igual ao número a11, ou seja, em uma matriz de um único elemento, o determinante associado a ela será o próprio elemento. Dadas as matrizes A = [5] e B = [-2] podemos dizer que det A = 5 e que det B = -2. __________________________ DETERMINANTE DE MATRIZ DE ORDEM 2 No caso de matrizes quadradas de ordem dois, calculamos seu determinante fazendo o produto dos termos da diagonal principal menos o produto dos termos da diagonal secundária., Assim, dada a matriz 2221 1211 aa aa A , indicamos seu determinante por 21212211det aaaaA ou 21212211 2221 1211 aaaa aa aa Ex.1: Encontre o determinante da matriz 53 71 A . Resolução: 162157351 53 71 MATEMÁTICA III 3 DETERMINANTES Ex.2: Determine x de modo que o determinante da matriz 33 2xx B seja igual a 18. Resolução: 2 189 1863 1863 18 33 2 x x xx xx xx Resposta: x = 2 _______________________ DETERMINANTE DE MATRIZ DE ORDEM 3 Consideremos agora a matriz de ordem 3 dada por 333231 232221 131211 aaa aaa aaa M . O determinante de M é o número: 211233113223312213 322113312312332211 333231 232221 131211 det aaaaaaaaa aaaaaaaaa aaa aaa aaa M Afim de que possamos obter tal determinante de forma mais prática, vamos conhecer a regra de Sarrus. a) Repetimos ao lado da matriz, as duas primeiras colunas. b) Os termos precedidos pelo sinal + (mais) são obtidos multiplicando-se os termos da diagonal principal e a seguir multiplicando os termos das diagonais que estão nesta mesma direção. c) Os termos precedidos pelo sinal - (menos) são obtidos multiplicando-se os termos da diagonal secundária e a seguir multiplicando os termos das diagonais que estão nesta mesma direção. d) o determinante é obtido a partir da soma dos 6 valores encontrados. 3231333231 2221232221 1211131211 aaaaa aaaaa aaaaa + + + - - - 3 3 2 2 1 1 a a a 3 1 2 3 1 2 a a a 3 2 2 1 1 3 a a a 3 1 2 2 1 3 a a a 1 1 3 2 2 3 a a a 2 1 1 2 3 3 a a a CASSIO VIDIGAL 4 IFMG – CAMPUS OURO PRETO Calcular o determinante da matriz 351 202 514 B Resolução: 351 202 514 det B 6det B ___________________________ Existe uma outra forma mais prática de memorizar a Regra de Sarrus. Consiste em acompanhar os caminhos indicados a seguir sem a necessidade de repetir as duas primeiras colunas. Apesar de ser um pouco mais rápida, exige bastante atenção. Observe: Os termos precedidos do sinal de + (mais) são obtidos multiplicando-se os elementos segundo as trajetórias indicadas. Já para obter os termos precedidos do sinal de – (menos) devemos seguir estas trajetórias: Observe que o resultado obtido em cada trajetória é exatamente o mesmo daqueles que encontramos em cada “diagonal” na regra vista anteriormente. + + + - - - 51351 02202 14514 0 -40 -6 +0 +2 +50 -40-6+2+50=6 MATEMÁTICA III 5 DETERMINANTES 1) Calcule os determinantes: a) 2 1 2 13 b) 511 713 c) 25 13a 2) Calcule os determinantes: a) yy xx cossen cossen b) xx xx sencos cossen c) 2sen3cos21 cos3sen2 xx xx 3) Calcule os determinantes: a) 4 1 2 1 loglog ba b) 1 22 3 42 mm mmm CASSIO VIDIGAL 6 IFMG – CAMPUS OURO PRETO 4) Determine x tal que: a) 0 1 232 x xx b) 11 1354 22 xx xx 5) Calcular os determinantes 3 x 3 a seguir: a) 110 010 011 b) 152 201 231 c) 245 312 713 MATEMÁTICA III 7 DETERMINANTES 6) Calcular os determinantes: a) 635 1312 1179 b) 0 0 0 ba bc ca c) 453 2 012 nm 7) Determine x tal que: a) 0 113 122 1 x x xx b) 0 11 11 11 x x x c) 0 31 42 21 x x x CASSIO VIDIGAL 8 IFMG – CAMPUS OURO PRETO 8) Determinar x tal que x xx xxx xx 4 23 213 110 21 . ______________________ ATIVIDADES COMPLEMENTARES Pág. 130 – Exercício 04 ______________________ PROPRIEDADES DOS DETERMINANTES P1: Fila de Zeros. Se todos os elementos de uma linha ou coluna de uma matriz quadrada forem iguais a zero, seu determinante será nulo. Ex.1: 0 50 20 Ex.2: 0 000 232 741 P2: Filas Iguais. Se os elementos correspondentes de duas linhas ou duas colunas de uma matriz quadrada forem iguais, seu determinante será igual a zero. Ex.1: 0 1887 2332 5441 2113 pois a 2ª e 3ª colunas são iguais. Ex.2: 0 32 701 32 k k Pois a 1ª e 3ª linhas são iguais. __________________________ P3: Filas Proporcionais. Se uma matriz quadrada possui duas linhas ou duas colunas proporcionais, seu determinante será nulo. Ex.1: 0 264 701 132 Pois a 3ª linha é igual ao produto dos termos da 1ª linha por 2. Ex.2: 0 284 71 pois a 2ª coluna é 7 vezes a primeira. MATEMÁTICA III 9 DETERMINANTES P4: Multiplicação de uma fila por uma constante. Se todos os elementos de uma linha ou uma coluna de uma matriz quadrada são multiplicados por um mesmo número real k então seu determinante fica multiplicado por k. Ex.: 021 235 342 A det A = 55 Multiplicando todos os termos da segunda coluna por 3: 061 295 3122 'A det A’ = 165 Multiplicando todos os termos da 1ª linha de A por 2: 021 235 684 "A det A” = 110. __________________________ P5: Multiplicação de matriz por um número real. Se uma matriz quadrada de ordem n é multiplicada por um número real k, o seu determinante fica multiplicado por kn. Ex.: 13det 54 21 AA 3255det 2520 105 5 AA P6: Determinante da transposta: O determinante de uma matriz quadrada é igual ao determinante de sua transposta. Ex.1: 13det 54 21 AA 13det 52 41 tt AA Ex.2: 55det 021 235 342 BB 55det 023 234 152 tt BB __________________________ P7: Troca de filas paralelas: Se trocarmos de posição duas linhas ou duas colunas de uma matriz quadrada, o determinante da nova matriz obtida é oposto ao determinante da matriz original. Ex.: 021 235 342 A e 021 342 235 B Note que, de A para B foram trocadas de posição a primeira com a segunda linhas. Temos que 55det A e 55det B . CASSIO VIDIGAL 10 IFMG – CAMPUS OURO PRETO P8: Matriz triangular. O determinante de uma matriz triangular é obtido multiplicando-se todos os termos da diagonal principal. Ex.1: 36632det 600 230 342 AA Ex.2: 601345det 1887 0332 0041 0005 B B __________________________ P9: Teorema de Binet. Sendo A e B duas matrizes quadradas de mesma ordem e AB a matriz produto, então o determinante de AB é igual ao determinante de A vezes o determinante de B. Ex.: 13det 54 21 AA 29det 31 29 BB 377det 54 27 ABAB 3772913detdet BA P10: Teorema de Jacobi Seja A uma matriz quadrada. Se multiplicarmos todos os elementos de uma linha ou coluna pelo mesmo número e somarmos os resultados aos elementos correspondentes de outra linha ou coluna, formando uma outra matriz B, então det A = det B. 14det 45 21 AA Vamos multiplicar os termos da primeira linha por 3 e somar aos termos correspondentes da 2ª linha: 14det 28 21 BB . Note que BA detdet . __________________________ P11: Determinante da inversa. Sendo A uma matriz quadrada invertível, e A-1 sua inversa, então 1det 1 det A A . Sendo A e sua inversa A-1 indicadas abaixo, observe seus determinantes já encontrados: 2det 02 11 AA 2 1 det 2 1 1 2 1 0 11 AA MATEMÁTICA III 11 DETERMINANTES Observe que 1det 1 det A A , ou seja, um determinante é o inverso do outro. __________________________ REGRA DE CHIÓ A Regra de Chió consiste em aplicar algumas operações de forma a reduzir “as dimensões” de uma matriz e, assim, facilitar o cálculo do determinante porém ela é muito prática se o elemento a11 for igual a 1. Se tal termo for diferente de 1, aplicamos uma ou mais propriedades (já vistas) afim de tornar a11 = 1. Siga os passos da Regra de Chió e, em seguida, veja sua aplicação no exemplo. 1. Sendo a11 = 1, suprime-se a primeira linha e a primeira coluna. 2. De cada elemento restante, subtrai-se o produto dos dois termos suprimidos, na linha e coluna desse elemento restante. 3. Com os resultados das subtrações, obtém-se uma matriz uma ordem menor que a anterior porém com mesmo determinante. Observe o exemplo a seguir para entender cada passagem. Calcule o determinante da matriz 4322 0214 9631 1021 M . Resolução: Vamos seguir os três passos indicados. 1. 2. 3. CASSIO VIDIGAL 12 IFMG – CAMPUS OURO PRETO A matriz 636 427 1061 tem o mesmo determinante que a matriz 4322 0214 9631 1021 entretanto, por ser uma ordem menor, é mais fácil calcular o determinante e podemos fazê-lo utilizando a regra de Sarrus. 9) Encontre o valor do determinante da matriz 31240 02231 45123 20232 23012 A . (Dica: Use o Teorema de Jacobi multiplicando a segunda coluna por 1 e somando à primeira coluna. Assim, você terá a11 = 1. Depois aplique a regra de Chió. Na matriz obtida, troque de posição a 1ª com a 2ª linha e aplique novamente Chió. Você chegará numa matriz de 3ª ordem e encontrará o determinante pela regra de Sarrus) MATEMÁTICA III 13 DETERMINANTES 10) Determine x na equação 16 2000 302 211 000 x x x 11) Calcule os determinantes a seguir: a) 1200 4314 1521 1312 b) 4321 3321 2221 1111 CASSIO VIDIGAL 14 IFMG – CAMPUS OURO PRETO c) 1100 1300 0032 0021 d) 22310 1514 0003 2312 e) 010 102 111 010 d c b a f) 101 01 01 0011x xx xx MATEMÁTICA III 15 DETERMINANTES MENOR COMPLEMENTAR Sendo A uma matriz quadrada de ordem n 2, denomina-se menor complementar de A pelo elemento aij, o determinante Dij associado a matriz quadrada que se obtém de A ao suprimir a linha i e a coluna j onde está o elemento aij. Esse determinante é chamado de Dij. Sendo a matriz 1010 461 352 A , temos: a) menor complementar de A pelo termo a21: Vamos eliminar a segunda linha e a primeira coluna. Assim, temos que 53... 101 35 21 D b) Menor complementar de A pelo termo a33. 7... 61 52 33 D 12) Calcule o MENOR COMPLEMENTAR de cada um dos 9 termos da matriz 383 510 426 K . CASSIO VIDIGAL 16 IFMG – CAMPUS OURO PRETO COFATOR Sendo A uma matriz quadrada de ordem n 2, denomina-se cofator de um elemento aij o número real ij ji ij DA 1 onde Dij é o menor complementar de A pelo termo aij. Sendo a matriz 1010 461 352 A , temos: a) cofator de A pelo termo a21: 535311 21 12 21 DA (nota: Esta matriz A é a mesma do exemplo da página anterior e 21D já havia sido calculado) b) cofator de A pelo termo a33. 7711 33 33 33 DA 13) Calcule os cofatores de cada um dos 9 termos da matriz 383 510 426 K . TEOREMA DE LAPLACE O determinante associado a uma matriz quadrada A de ordem n 2 é o número que se obtém pela soma dos produtos de cada termo de uma fila qualquer pelos seus respectivos cofatores. Assim, para calcular o determinante de uma matriz quadrada qualquer, devemos escolher uma linha ou coluna, a seguir encontramos cada um de seus cofatores. Multiplicamos cada cofator pelo seu termo correspondente e somamos estes produtos. MATEMÁTICA III 17 DETERMINANTES Acompanhe o exemplo. Sendo 341 025 132 A , podemos calcular Adet a partir dos cofatores de qualquer de suas filas.. Vamos fazer a partir da 1ª linha e a seguir, a partir da 3ª coluna para verificarmos se os resultados obtidos coincidem. 1. A partir da primeira linha temos que 131312121111det AaAaAaA 661 34 02 1 11 11 A 15151 31 05 1 21 12 A 18181 41 25 1 31 13 A Assim, temos que: 1518115362 det 131312121111 AaAaAaA 2. Agora, a partir da terceira coluna: 333323231313det AaAaAaA 18181 41 25 1 31 13 A 551 41 32 1 32 23 A 11111 25 32 1 33 33 A 1511350181 det 333323231313 AaAaAaA Observe que, em ambos os casos, 15det A . Esse valor será encontrado em qualquer fila escolhida e você pode verificar isto. É importante destacar que, nesta segunda escolha, especificamente no produto 2323 Aa não havia necessidade de calcular 23A pois, como 023 a , o produto seria 0 . Devido a isto, quando vamos calcular determinantes usando o teorema de Laplace, é interessante que escolhamos uma fila onde há uma grande quantidade de zeros, assim, reduziremos a quantidade de cálculos. CASSIO VIDIGAL 18 IFMG – CAMPUS OURO PRETO 14) Calcule os determinantes a seguir preferencialmente utilizando o Teorema de Laplace: a) 532 406 123 A b) 431 531 431 B c) 642 321 532 C d) 304 021 153 D MATEMÁTICA III 19 DETERMINANTES e) 350 211 124 E f) 2001 7302 3011 0240 F g) 6230 1251 3124 0132 G CASSIO VIDIGAL 20 IFMG – CAMPUS OURO PRETO h) 43010 22020 25243 13010 01023 H 15) Provar que cdbcaba dcba ccba bbba aaaa MATEMÁTICA III 21 DETERMINANTES 16) Calcule o determinante zyx zyx coscoscos sensensen 111 17) Resolver a equação 0 xaaa axaa aaxa aaax 18) Calcule os determinantes: a) 343125278 492584 7532 1111 CASSIO VIDIGAL 22 IFMG – CAMPUS OURO PRETO b) 222 111 cba cba c) 3333 2222 1111 dcba dcba dcba ___________________ Neste link, você pode acessar um documento com outras informações sobre Determinantes e também sobre nosso próximo conteúdo – Sistemas Lineares http://vidigal.ouropreto.ifmg.edu.br/wp- content/uploads/sites/12/2015/03/Determinantes- e-sistemas-lineares.pdf Com o seu celular, use o qr-code ao lado: MATEMÁTICA III 23 DETERMINANTES RESPOSTAS 1) a) 2 1 b) -12 c) 6a - 5 2) a) yx sen b) 1 c) xx cos3sen46 3) a) b a4 log b) 2m 4) a) 2x ou 2 1 x b) 1x ou 2 1 x 5) a) 1 b) -9 c) -40 6) a) 121 b) 22 cab c) 2684 nm 7) a) 2 1 x b) 0x ou 1x c) 0x ou 2x 8) 3 3 x 9) -559 10) 2 11) a) 28 b) 1 c) -2 d) -75 e) 3d – 3a f) 1 – x 12) D11=-43 D12=15 D13=-3 D21=-26 D22=30 D23=54 D31=14 D32=30 D33=-6 13) A11=-43 A12=-15 A13=-3 A21=26 A22=30 A23=-54 A31=14 A32=-30 A33=-6 14) a) 10det A b) 0det B c) 0det C d) 11det D e) 17det E f) 38det F g) 13det G h) 144det H 15) Demonstração 16) xzzyyx sensensen 17) aaS ,3 18) a) 236 b) abacbc c) abacbcadbdcd REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA DANTE, Luiz Roberto; Matemática, Volume dois. São Paulo, Atica, 2005. IEZZI, Gelson e outros; Matemática, Volume único. São Paulo, Atual, 2002. IEZZI, Gelson e outros; Fundamentos da Matemática Elementar, Volume 4. São Paulo, Atual, 5ª edição, 1977.
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