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Propriedades do determinante Se A e B são matrizes quadradas n× n, então • det(AB) = det(A) det(B) • det(A) = det(At) Observação 1. Como a transposta de uma matriz triangular superior é uma matriz triangular inferior e a diagonal principal da transposta de uma matriz quadrada A é igual à diagonal principal da matriz A, então det(A) = det(At) = a11a22...ann Ou seja, o determinante de uma matriz triangular superior é o produto das entradas da sua diagonal principal. Exemplo 1. Se A = 5 1 2 200 13 0 −2 0 −15 34 0 0 4 517 28 0 0 0 −1 −17 0 0 0 0 3 então det(A) = 5 · (−2) · 4 · (−1) · 3 = 120. Exemplo 2. Sejam A = 1 0 0 0 −1 2 0 0 2 −1 1 0 1 3 0 1 e B = 1 2 −1 1 0 1 4 −5 0 0 3 8 0 0 0 −7 Temos que • detA = 2 (pois A é uma matriz triangular inferior). • detB = −21 (pois B é uma matriz triangular superior). • AB = 1 2 −1 1 −1 0 9 −11 2 3 −3 15 1 5 11 −21 e, portanto, det 1 2 −1 1 −1 0 9 −11 2 3 −3 15 1 5 11 −21 = det(AB) = −42 1 Calculando o determinante à partir do escalonamento de uma matriz O seguinte teorema nos diz o que acontece com o determinante de uma matriz quadrada quando aplicamos operações elementares sobre suas linhas: Teorema 1. Sejam A e B matrizes quadradas n× n. • Se B é obtida de A multiplicando-se uma linha de A por um escalar α, então det(B) = α det(A) • Se B é obtida de A trocando-se a posição de duas linhas de A, então det(B) = − det(A) • Se B é obtida de A somando-se a uma linha de A um múltiplo escalar de outra linha, então det(B) = det(A) Observe que se uma das linhas de uma matriz quadrada A é um múltiplo escalar de outra linha, então detA = 0. De fato, se subtrairmos o múltiplo conveniente de uma dessas linhas na outra, a matriz resultante passa a ter uma linha toda de zeros (e, portanto, seu determinante é zero). Como o determinante da matriz não foi alterado por essa operação elementar, então o determinante de A também é zero. Em particular, se a matri A tiver duas linhas iguais, então detA = 0. Exemplo 3. Calcule o determinante da matriz A = 5 1 2 200 13 0 −2 0 −15 34 0 0 4 517 28 0 0 0 −1 −17 0 −2 0 −15 34 Como a segunda linha e a última linha de A são iguais, então detA = 0. Exemplo 4. Calcule o determinante da matriz A = 5 1 −2 200 −13 0 −2 0 −15 34 0 7 4 517 28 0 −21 53 −1 −17 −10 −2 4 −400 26 Fazendo L5 + 2L1 (o que não altera o determinante da matriz), obtemos A = 5 1 2 200 13 0 −2 0 −15 34 0 7 4 517 28 0 −21 53 −1 −17 0 0 0 0 0 2 Como o determinante de uma matriz triangular superior já é facilmente calculado (pois é a multiplicação das entradas da sua diagonal principal), então (para calcular o determinante de uma matriz utilizando o escalonamento) podemos escalonar a matriz só até obter sua forma escalonada. Ou seja, não precisamos escalonar a matriz até chegar na forma escalonada redu- zida, pois uma matriz na forma apenas escalonada é triangular superior e seu determinante já é simples o suficiente. Exemplo 5. Calcule o determinante da matriz A = 1 0 −2 1 −2 0 1 0 0 −1 1 2 3 4 1 −2 Vamos escalonar a matriz A. Somando duas vezes a primeira linha à segunda linha: 1 0 −2 1 0 0 −3 2 0 −1 1 2 3 4 1 −2 (e o determinante permanece intacto). Subtraindo três vezes a primeira linha da quarta linha: 1 0 −2 1 0 0 −3 2 0 −1 1 2 0 4 7 −5 (e o determinante permanece intacto). Trocando a segunda linha com a terceira: 1 0 −2 1 0 −1 1 2 0 0 −3 2 0 4 7 −5 (o determinante troca de sinal e, portanto, o determinante da matriz acima é − detA). So- mando quatro vezes a segunda linha à quarta linha: 1 0 −2 1 0 −1 1 2 0 0 −3 2 0 0 11 3 (e o determinante da matriz acima continua sendo − detA). Dividindo a terceira linha por −3: 1 0 −2 1 0 −1 1 2 0 0 1 −2 3 0 0 11 3 (o determinante é dividido por −3 e, portanto, o determinante da matriz acima é (− detA) (−3) = detA 3 ). Subtraindo 11 vezes a terceira linha da quarta: 1 0 −2 1 0 −1 1 2 0 0 1 −2 3 0 0 0 31 3 3 (e o determinante da matriz acima continua sendo detA 3 ). Observe que a última matriz é triangular superior e seu determinante é a multiplicação da sua diagonal principal. Logo, detA 3 = det 1 0 −2 1 0 −1 1 2 0 0 1 −2 3 0 0 0 31 3 = −313 e concluímos que detA = −31. Exemplo 6. Calcule o determinante da matriz A = 1 1 2 1 −2 1 2 0 1 −1 1 2 3 4 1 −2 Vamos escalonar a matriz A. Somando duas vezes a primeira linha à segunda linha: 1 1 2 1 0 3 6 2 1 −1 1 2 3 4 1 −2 (e o determinante permanece intacto). Subtraindo a primeira linha da terceira linha: 1 1 2 1 0 3 6 2 0 −2 −1 1 3 4 1 −2 (e o determinante permanece intacto). Subtraindo 3 vezes a primeira linha da quarta linha: 1 1 2 1 0 3 6 2 0 −2 −1 1 0 1 −5 −5 Dividindo a segunda linha por 3: 1 1 2 1 0 1 2 2 3 0 −2 −1 1 0 1 −5 −5 (o determinante é dividido por 3 e, portanto, o determinante da matriz acima é detA 3 ). Somando duas vezes a segunda linha à terceira linha: 1 1 2 1 0 1 2 2 3 0 0 3 7 3 0 1 −5 −5 4 (e o determinante da matriz acima continua sendo detA 3 ). Subtraindo a segunda linha da quarta linha: 1 1 2 1 0 1 2 2 3 0 0 3 7 3 0 0 −7 −17 3 (e o determinante da matriz acima continua sendo detA 3 ). Dividindo a terceira linha por 3: 1 1 2 1 0 1 2 2 3 0 0 1 7 9 0 0 −7 −17 3 (o determinante é dividido por 3 e, portanto, o determinante da matriz acima é detA 9 ). Somando 7 vezes a terceira linha à quarta: 1 1 2 1 0 1 2 2 3 0 0 1 7 9 0 0 0 −2 9 (e o determinante da matriz acima continua sendo detA 9 ). Observe que a última matriz é triangular superior e seu determinante é a multiplicação da sua diagonal principal. Logo, detA 9 = det 1 1 2 1 0 1 2 2 3 0 0 1 7 9 0 0 0 −2 9 = − 2 9 e concluímos que detA = −2. Como a transposta de uma matriz é obtida trocando-se as linhas pelas colunas e como det(At) = detA, então o seguinte resultado vale: Corolário 1. Sejam A e B matrizes quadradas n× n. • Se B é obtida de A multiplicando-se uma coluna de A por um escalar α, então det(B) = α det(A) • Se B é obtida de A trocando-se a posição de duas colunas de A, então det(B) = − det(A) • Se B é obtida de A somando-se a uma coluna de A um múltiplo escalar de outra coluna, então det(B) = det(A) 5 • Se A possui duas colunas iguais, então det(A) = 0. Exemplo 7. Vamos calcular o determinante da matriz A = 2 4 6 −1 1 2 9 7 1 2 −5 1 −3 −6 4 −15 Dividindo a segunda coluna de A por 2: A = 2 2 6 −1 1 1 9 7 1 1 −5 1 −3 −3 4 −15 (o determinante é dividido por 2 e, portanto, o determinante da matriz acima é detA 2 ). Como a matriz acima tem duas colunas iguais, então detA 2 = det 2 2 6 −1 1 1 9 7 1 1 −5 1 −3 −3 4 −15 = 0 Logo, detA = 0. 6
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