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Cálculo Numérico Mauro Noriaki Takeda Aparecido Edilson Morcelli Revisada por Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli (janeiro/2013) APRESENTAÇÃO É com satisfação que a Unisa Digital oferece a você, aluno(a), esta apostila de Cálculo Numérico, par- te integrante de um conjunto de materiais de pesquisa voltado ao aprendizado dinâmico e autônomo que a educação a distância exige. O principal objetivo desta apostila é propiciar aos(às) alunos(as) uma apresentação do conteúdo básico da disciplina. A Unisa Digital oferece outras formas de solidificar seu aprendizado, por meio de recursos multidis- ciplinares, como chats, fóruns, aulas web, material de apoio e e-mail. Para enriquecer o seu aprendizado, você ainda pode contar com a Biblioteca Virtual: www.unisa.br, a Biblioteca Central da Unisa, juntamente às bibliotecas setoriais, que fornecem acervo digital e impresso, bem como acesso a redes de informação e documentação. Nesse contexto, os recursos disponíveis e necessários para apoiá-lo(a) no seu estudo são o suple- mento que a Unisa Digital oferece, tornando seu aprendizado eficiente e prazeroso, concorrendo para uma formação completa, na qual o conteúdo aprendido influencia sua vida profissional e pessoal. A Unisa Digital é assim para você: Universidade a qualquer hora e em qualquer lugar! Unisa Digital SUMÁRIO INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................... 5 1 NOÇÕES BÁSICAS SOBRE ERROS .............................................................................................. 7 1.1 Introdução ..........................................................................................................................................................................7 1.2 Erros ......................................................................................................................................................................................8 1.3 Definição de Erro Absoluto e Erro Relativo ............................................................................................................8 1.4 Conversão de Bases ........................................................................................................................................................9 1.5 Conversão de Número Decimal para Binário .....................................................................................................10 1.6 Erros de Arredondamento ........................................................................................................................................11 1.7 Erros de Truncamento .................................................................................................................................................12 1.8 Resumo do Capítulo ....................................................................................................................................................14 1.9 Atividades Propostas ...................................................................................................................................................14 2 SISTEMAS LINEARES ......................................................................................................................... 15 2.1 Equação Linear ..............................................................................................................................................................15 2.2 Solução de uma Equação Linear.............................................................................................................................16 2.3 Exercício Resolvido ......................................................................................................................................................16 2.4 Sistema de Equações Lineares .................................................................................................................................17 2.5 Classificação dos Sistemas Lineares quanto ao Número de Soluções .....................................................17 2.6 Sistema Linear Homogêneo .....................................................................................................................................18 2.7 Forma Matricial de um Sistema Linear .................................................................................................................19 2.8 Método de Gauss ..........................................................................................................................................................20 2.9 Exercício Resolvido ......................................................................................................................................................20 2.10 Cálculo da Matriz Inversa pelo Método de Gauss .........................................................................................30 2.11 Exercício Resolvido ....................................................................................................................................................30 2.12 Método de Jordan .....................................................................................................................................................35 2.13 Exercício Resolvido ....................................................................................................................................................36 2.14 Método Iterativo .........................................................................................................................................................48 2.15 Método de Jacobi ......................................................................................................................................................49 2.16 Exercício Resolvido ....................................................................................................................................................51 2.17 Resumo do Capítulo .................................................................................................................................................58 2.18 Atividades Propostas ................................................................................................................................................58 3 ZERO DA FUNÇÃO .............................................................................................................................. 61 3.1 Introdução .......................................................................................................................................................................61 3.2 Isolamento de Raízes ...................................................................................................................................................62 3.3 Método Gráfico ..............................................................................................................................................................62 3.4 Exercício Resolvido ......................................................................................................................................................63 3.5 Refinamento ...................................................................................................................................................................64 3.6 Método da Bisseção .....................................................................................................................................................64 3.7 Exercício Resolvido ......................................................................................................................................................65 3.8 Método de Newton-Raphson ..................................................................................................................................73 3.9 Exercício Resolvido ......................................................................................................................................................753.10 Resumo do Capítulo .................................................................................................................................................78 3.11 Atividades Propostas ................................................................................................................................................78 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................................... 79 RESPOSTAS COMENTADAS DAS ATIVIDADES PROPOSTAS ..................................... 81 REFERÊNCIAS ............................................................................................................................................. 93 Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 5 INTRODUÇÃO Caro(a) aluno(a), Esta apostila destina-se a estudantes de graduação para os cursos de Engenharia Ambiental, Enge- nharia de Produção ou afins, para o acompanhamento do conteúdo de Cálculo Numérico, nos cursos a distância. Nela, você lerá a respeito de assuntos referentes a noções básicas sobre erros, zeros reais de equa- ções algébricas e transcendentes, e resolução de sistemas de equações lineares. Com o intuito de simplificar a exposição dos tópicos abordados, procurou-se, por meio de uma lin- guagem simples, clara e direta, expor o conteúdo de forma sucinta e objetiva. Em todos os capítulos, são apresentadas questões resolvidas, para auxiliar na compreensão do conteúdo teórico e orientar a resolu- ção das atividades propostas. Para complementar a teoria e auxiliar na fixação do conteúdo apresentado, são propostas, ao final de cada tópico abordado, várias atividades com grau de dificuldade crescente. Espera-se que você tenha facilidade na compreensão do texto apresentado, bem como na realiza- ção das atividades propostas. Finalmente, desejamos que faça um excelente módulo, estude bastante e aprofunde seu conheci- mento consultando as referências indicadas no final da apostila. Mauro Noriaki Takeda Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 7 Caro(a) aluno(a), Você já deve ter percebido que, ao efetuar cálculos para a solução de um mesmo problema, os resultados obtidos, às vezes, diferem entre si. Já parou para pensar sobre o assunto? É sobre esse assunto e outros que vamos tratar agora, fazendo uso do cálculo numérico. O cálculo numérico oferece alguns métodos numéricos para a obtenção de soluções aproxi- madas de problemas que surgem nas mais diver- sas áreas. Trata-se do desenvolvimento dos mé- todos operacionais para a resolução aproximada de problemas que podem ser representados por um modelo matemático. Além disso, estuda pro- cessos numéricos (algoritmos) para a solução de problemas, com a implementação desses algorit- mos em computadores, visando à maior rapidez na execução do algoritmo. Com a popularização dos computadores a um custo baixo e com alta capacidade de pro- cessamento, praticamente todas as atividades de Engenharia têm utilizado cada vez mais os méto- dos e técnicas computacionais na resolução de problemas reais. Esses métodos são aplicados na resolução de problemas que não têm solução analítica ou exata e precisam ser resolvidos nu- mericamente. Os fenômenos que ocorrem na natureza podem ser descritos por meio de modelos mate- máticos. NOÇÕES BÁSICAS SOBRE ERROS1 1.1 Introdução DicionárioDicionário Solução analítica: resultado de um problema ou de uma equação por meio da análise matemática. Fenômeno Físico Modelo Matemático Solução Modelo Computacional Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 8 Ao tentar obter a solução para um problema por meio de um modelo matemático, incorremos em erros na fase de modelagem e de resolução. Na fase de modelagem, geralmente, o erro decor- re da simplificação do fenômeno, que não tem uma descrição completa, ao criar o modelo ma- temático para descrever o fenômeno. Na fase de resolução, decorre da necessidade da utilização de instrumentos de cálculo que necessitam, em algumas situações, de aproximações, como, por exemplo, o valor de π a ser utilizado: 3,14; 3,1415 ou 3,14159265358979323846264338327. Esses er- ros tendem a se propagar ao longo da resolução do problema e determinam o erro no resultado final obtido. Esse conceito de propagação de erros é muito importante, pois, além de determinar o erro no resultado final obtido, também indica a sensibilidade de um determinado método numé- rico. 1.2 Erros 1.3 Definição de Erro Absoluto e Erro Relativo Erro Absoluto É o módulo da diferença entre um valor verdadeiro de um número e seu valor aproximado. erro absoluto = |valor verdadeiro - valor aproximado| aproximadoverdadeiroxA xxE -= Representando xxverdadeiro = e xxaproximado = , podemos escrever o erro absoluto como: xxE xA -= Erro Relativo O erro relativo é o erro absoluto dividido pelo valor verdadeiro: x E E xAxR = Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 9 x xx E xR - = Frequentemente, o erro relativo é expresso também como erro percentual, chamado taxa de erro. Para isso, basta multiplicar o erro relativo por 100: erro percentual = erro relativo x 100 100EpercentualErro xR ⋅= 100 x xx percentualErro ⋅ - = 1.4 Conversão de Bases No nosso dia a dia, utilizamos o sistema de numeração decimal, que é adotado em todas as operações matemáticas. Esse sistema, como o nome sugere, é de base 10, podendo todos os múltiplos e submúltiplos ser expressos como uma combinação linear de potências de 10. Exemplos: 2 1 0125 100 20 5 1 10 2 10 5 10= + + = ⋅ + ⋅ + ⋅ 1 0 1 0 1 2 2 2 2 25 2 10 5 10 2 10 5 100,25 2 10 5 10 100 10 10 10 - -⋅ + ⋅ ⋅ ⋅= = = + = ⋅ + ⋅ 0 15, 2 5 0,2 5 10 2 10-= + = ⋅ + ⋅ Apesar de utilizarmos o sistema de numera- ção decimal no cotidiano, esse tipo de representa- ção numérica é inadequado para a representação da informação em calculadoras ou computado- res. Um número é representado, internamente, na máquina de calcular ou no computador, por meio do sistema binário, ou seja, na base 2, por meio dos algarismos 0 e 1. Uma sequência de impulsos elétricos indica dois estados: desligado – tensão baixa (0) – ou ligado – tensão alta (1). Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 10 Para transformar um número inteiro na base decimal em um número binário, devemos aplicar o método das divisões sucessivas, que consiste em dividir o número por 2, a seguir divide-se o quociente obtido por 2 e assim sucessivamente, até que o último quociente encontrado seja igual 1.5 Conversão de Número Decimal para Binário a 1. O número binário inteiro será, então, forma- do pela concatenação do último quociente com os restos das divisões lidos no sentido inverso ao que foram obtidos. Iremos utilizar os índices 10 e 2 para indicar a base em que está representado o número: Para transformar um número fracionário na base 10 em base 2, aplicamos o método das mul- tiplicações sucessivas. Ele consiste nas seguintes etapas: a) multiplicamos o número fracionário por 2; b) desse resultado, a parte inteira é o pri- meiro dígito do número fracionário na base 2 e a parte fracionária é nova- mente multiplicada por 2. O processo repete-se até que a parte fracionária do último produto seja igual a zero.� �� 0,12510 = 0,0012 ��� �������������� Atenção Nem todos os números reais na base decimal podem ser representados no sistema binário. Saiba mais Nas calculadoras e nos computadores, quando não é possível representar na base binária o número real inserido, utiliza-seo número real mais próximo que se consegue representar. 1.6 Erros de Arredondamento Como vimos, nem todos os números reais têm representação no sistema de base 2. Ao utilizar as calculadoras e os computadores, incorremos nos chamados erros de arredondamento. 0, 125 0, 250 0, 500 x 2 x 2 x 2 0, 250 0, 500 1, 000 0, 3 0, 6 0, 2 0, 4 0, 8 0, 6 Os produtos começam a se repetir. x 2 x 2 x 2 x 2 X 2 x 2 0, 6 1, 2 0, 4 0, 8 1, 6 1, 2 � ��� ������������� �� � Apesar de utilizarmos o sistema de numeração decimal no cotidiano, esse tipo de representação numérica é inadequado para a representação da informação em calculadoras ou computadores. Um número é representado, internamente, na máquina de calcular ou no computador, por meio do sistema binário, ou seja, na base 2, por meio dos algarismos 0 e 1. Uma sequência de impulsos elétricos indica dois estados: desligado – tensão baixa (0) – ou ligado – tensão alta (1). 1.5 Conversão de Número Decimal para Binário Para transformar um número inteiro na base decimal em um número binário, devemos aplicar o método das divisões sucessivas, que consiste em dividir o número por 2, a seguir divide-se o quociente obtido por 2 e assim sucessivamente, até que o último quociente encontrado seja igual a 1. O número binário inteiro será, então, formado pela concatenação do último quociente com os restos das divisões lidos no sentido inverso ao que foram obtidos. Iremos utilizar os índices 10 e 2 para indicar a base em que está representado o número: ��� ������ Para transformar um número fracionário na base 10 em base 2, aplicamos o método das multiplicações sucessivas. Ele consiste nas seguintes etapas: a) multiplicamos o número fracionário por 2; b) desse resultado, a parte inteira é o primeiro dígito do número fracionário na base 2 e a parte fracionária é novamente multiplicada por 2. O processo repete-se até que a parte fracionária do último produto seja igual a zero. 12 2 6 2 2 0 3 0 1 1 Base 2 Base 10 Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 11 Como vimos, nem todos os números reais têm representação no sistema de base 2. Ao utilizar as calculadoras e os computadores, incorremos nos chamados erros de arredondamento. De maneira geral, podemos representar um número x em qualquer base β por: exp31 2 2 3 t t d dd dx β β β β β = ± + + + ⋅ Em que: di são números inteiros contidos no intervalo 0 ≤ di ≤ β - 1, com i = 1, 2, ..., t; exp é o expoente de β e assume valores entre LI ≤ exp ≤ LS, sendo LI e LS os limites inferior e superior, respectivamente, para a variação do expoente; 31 2 2 3 t t d dd d β β β β + + + é chamada mantissa, sendo a parte do número que representa seus dígitos significativos; é chamada mantissa, sendo a parte do número que representa seus dígitos significativos; t é o número de dígitos do sistema de representação, também chamado precisão da máquina. Quando representamos um número dessa forma, a mantissa é um número entre 0 e 1, e dizemos que os números estão normalizados. Por exemplo, no sistema decimal, temos β = 10; desse modo, pode- mos escrever: 3 3 10 2 3 1 2 5125 10 0,125 10 10 10 10 mantissa mantissa = + + ⋅ = ⋅ AtençãoAtenção Nem todos os números reais na base decimal po- dem ser representados no sistema binário. Saiba maisSaiba mais Nas calculadoras e nos computadores, quando não é possível representar na base binária o número real inserido, utiliza-se o número real mais próximo que se consegue representar. 1.6 Erros de Arredondamento Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 12 No sistema binário, temos β = 2; desse modo, podemos escrever: 4 4 10 2 2 3 4 1 1 0 012 1100 0,1100 2 2 2 2 2 2 mantissa = = ⋅ = + + + ⋅ 1.7 Erros de Truncamento O erro de truncamento é um erro proveniente da utilização de processos que, na teoria, são infini- tos ou muito grandes para a determinação de um valor, sendo truncados devido ao método de aproxi- mação empregado para o cálculo de uma função exata. Esses processos infinitos aparecem muito em funções matemáticas, como exponenciação, logarit- mos e funções trigonométricas. A função seno pode ser calculada pela série: ( ) 3 5 7 3! 5! 7! x x xsen x x= - + - + A função ex pode ser calculada pela série: 2 3 0 1 2! 3! ! i x i x x xe x i ∞ - = + + + + = ∑ A função ln(1+x) pode ser calculada pela série: AtençãoAtenção Truncar um número na casa di é desconsiderar as casas di+j, com (j = 1, 2, ..., ∞). Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 13 Exemplo Calcule o valor numérico de e (número de Euler), empregando a série truncada de 4ª ordem. Resolução: Neste caso, o expoente x deve ser igual a 1; portanto, temos: 2 3 4 1 2! 3! 4! x x x xe x= + + + + 2 3 4 1 1 1 11 1 2! 3! 4! e = + + + + 1 1 11 1 2 6 24 e = + + + + 1 1 0,5 0,166667 0,041667e = + + + + 2,708334e = O valor exato do número de Euler com sete algarismos significativos é igual a 2,718282; portanto, o erro de truncamento será: erro absoluto = |valor verdadeiro - valor aproximado| xA E x x= - 2,718282 2,708334 xA E = - 0,009948 xA E = Ou em erro percentual: 100 x x Erro percentual x - = ⋅ 0,009948 100 2,718282 Erro percentual = ⋅ 0,003660 100Erro percentual = ⋅ 0,3660 %Erro percentual = Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 14 O limite para diminuir o erro de truncamento é até chegar à ordem do erro de arredondamento. A partir daí, não tem sentido continuar a diminuir o erro de truncamento, pois o erro de arredondamento será predominante. Os objetos de nosso estudo, neste capítulo, são os erros de arredondamento e de truncamento. AtençãoAtenção Eliminar os erros na resolução de problemas por meio de métodos numéricos é praticamente im- possível, mas o que pode ser feito é minimizar os efeitos da propagação desses erros. 1.8 Resumo do Capítulo Caro(a) aluno(a), Neste capítulo, estudamos noções básicas sobre erros, conversão de bases, tipos de erro que ocor- rem e de que maneira eles afetam os resultados numéricos por meio da sua propagação, iniciando pelo tratamento dos erros, definição de erro absoluto e erro relativo, conversão de bases, conversão de nú- mero decimal para binário, erros de arredondamento, erros de truncamento, além de exemplos comen- tados. 1. Converta 5910 para a base 2. 2. Determine o valor de x na igualdade 0,187510 = x2. 3. Determine o valor de x na igualdade 11000112 = x10. 4. Escreva o número decimal 36,189 como uma combinação linear de potências de 10. 5. Represente o número 31,41510 na base β = 10. 6. Calcule o valor numérico de 6 sen π , empregando a série ( ) 3 5 7 3! 5! 7! x x xsen x x= - + - + , truncada de 2ª ordem. 1.9 Atividades Propostas Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 15 Caro(a) aluno(a), Você já ouviu falar em equação linear? Toda equação da forma a11x1 + a12x2 + a13x3 + ... + a1nxn = b1 é denominada equação linear, na qual: x1, x2, x3, ..., xn são as incógnitas; a11, a12, a13, ..., a1n são os coeficientes; b1 é o termo independente. Você deve ficar atento(a), pois, numa equação linear, os expoentes das incógnitas são todos iguais a 1 e cada termo da equação tem uma única incógnita, ou seja, equações do tipo: 2x1 – 3x2 + 7x3 = 17; 4x – 2y + z + 3t = 9. Equações que apresentam termos daforma 21x , x .y, x não são lineares, ou seja, equações do tipo: 21 22 3 10x x- = 2x ∙ y + z – t = 3. SISTEMAS LINEARES2 2.1 Equação Linear ; Saiba maisSaiba mais Quando o termo independente b1 é igual a zero, a equação linear é chamada equação linear homogê- nea, ou seja, equações do tipo: • 3x – 2y = 0; • 2x1 + x2 – 5x3 = 0. Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 16 Agora, vamos analisar a solução de uma equação linear. Você deve prestar muita atenção em cada passo que vamos dar agora. A ênupla (α1, α2, α3, ..., αn) é uma solução da equação linear a n incógnitas, a11x1 + a12x2 + a13x3 + ... + a1nxn = b1, se, colocados, respectivamente, no lugar das incógnitas x1, x2, x3, ..., xn, ou seja, a11α1 + a12α2 + a13α3 + ... + a1nαn = b1, tornar a sentença verdadeira. 2.2 Solução de uma Equação Linear 1. Dada a equação linear 2x1 – 3x2 + 7x3 = 17, encontre uma de suas soluções. Resolução: Atribuindo valores arbitrários a x1 e x2, obtém-se o valor de x3. Atribuindo os valores x1 = 1 e x2 = 2, determina-se o valor de x3. DicionárioDicionário Ênupla: conjunto que contém n quantidades, com n inteiro. 2.3 Exercício Resolvido� �� Atribuindo valores arbitrários a x1 e x2, obtém-se o valor de x3. Atribuindo os valores x1 = 1 e x2 = 2, determina-se o valor de x3. ��[����� � �� ��[��� � �� ����[� � �� ��[� � ���[� �[� Portanto, uma solução é a tripla ordenada (1, 2, 3). 2.4 Sistema de Equações Lineares Agora, vamos, juntos, definir um sistema de equações lineares. Denomina-se sistema de equações lineares ou sistema linear um conjunto de duas ou mais equações lineares, ou seja, formado apenas por equações do tipo a11x1 + a12x2 + a13x3 + ... + a1nxn = b1, na qual Q������� D��D�D�D " IR são os coeficientes e Q��� [��[�[�[ " são as incógnitas. Um sistema linear de n equações a n incógnitas é representado da seguinte maneira: Portanto, uma solução é a tripla ordenada (1, 2, 3). Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 17 Agora, vamos, juntos, definir um sistema de equações lineares. Denomina-se sistema de equações lineares ou sistema linear um conjunto de duas ou mais equações lineares, ou seja, formado apenas por 2.4 Sistema de Equações Lineares equações do tipo a11x1 + a12x2 + a13x3 + ... + a1nxn = b1, na qual a11, a12, a13, ..., a1n ∈ IR são os coeficientes e x1, x2, x3, ..., xn são as incógnitas. Um sistema linear de n equações a n incóg- nitas é representado da seguinte maneira: 11 1 12 2 13 3 1 1 21 1 22 2 23 3 2 2 31 1 32 2 33 3 3 3 1 1 2 2 3 3 n n n n n n n n n nn n n a x a x a x a x b a x a x a x a x b S a x a x a x a x b a x a x a x a x b + + + + = + + + + = + + + + = + + + + = Ou: 1 , 1, 2, 3, , n ij j i j S a x b i n = = ⋅ = =∑ Se uma ênupla ordenada de números reais (α1, α2, α3, ..., αn) tornar verdadeiras todas as equa- ções do sistema linear de n incógnitas, ela é uma solução do sistema linear. Professor, agora eu já sei o que é uma ênupla! Agora entendi! Resolver um sistema linear significa determinar o conjunto de todas as soluções desse sistema. 2.5 Classificação dos Sistemas Lineares quanto ao Número de Soluções Agora, estamos diante de um grande desa- fio. Como classificar um sistema linear quanto ao número de soluções? Um sistema linear pode ser classificado, quanto ao número de soluções, em compatível (ou possível) e incompatível (ou impos- sível). Um sistema linear compatível (ou possível), quando tem uma única solução, é chamado siste- ma compatível e determinando (ou sistema possí- vel e determinado). No sistema linear 3 1 x y x y + = - = - , pode-se observar, no gráfico, que há ponto de interseção das retas, que corresponde a uma única solução do sistema, ou seja, o par ordenado (1, 2).� �� Um sistema linear compatível (ou possível), quando tem várias soluções, é chamado sistema compatível e indeterminando (ou sistema possível e indeterminado). No sistema linear °¯°® � � �\�[� �\[ , pode-se observar, no gráfico, que as retas são coincidentes e que há infinitos pontos de interseção, que correspondem às várias soluções do sistema. Um sistema linear é incompatível (ou impossível) quando não tem solução, ou seja, não há uma ênupla ordenada de números reais (α1, α2, α3, ..., αn) que torne verdadeiras todas as equações do sistema linear simultaneamente. No sistema linear °¯°® � � �\[ �\[ , pode-se observar, no gráfico, que as retas são paralelas entre si; portanto, não há pontos de interseção entre elas, ou seja, o sistema linear é incompatível. ��� �� ���� [�\����� [�±�\� ����[���\� ��� �� �� [�\��� �[���\� ����Ł���[����\� ���� Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 18 Um sistema linear compatível (ou possível), quando tem várias soluções, é chamado sistema compatível e indeterminando (ou sistema possível e indeterminado). No sistema linear 3 2 2 6 x y x y + = + = , pode-se observar, no gráfico, que as retas são coincidentes e que há infi- nitos pontos de interseção, que correspondem às várias soluções do sistema. � �� Um sistema linear compatível (ou possível), quando tem várias soluções, é chamado sistema compatível e indeterminando (ou sistema possível e indeterminado). No sistema linear °¯°® � � �\�[� �\[ , pode-se observar, no gráfico, que as retas são coincidentes e que há infinitos pontos de interseção, que correspondem às várias soluções do sistema. Um sistema linear é incompatível (ou impossível) quando não tem solução, ou seja, não há uma ênupla ordenada de números reais (α1, α2, α3, ..., αn) que torne verdadeiras todas as equações do sistema linear simultaneamente. No sistema linear °¯°® � � �\[ �\[ , pode-se observar, no gráfico, que as retas são paralelas entre si; portanto, não há pontos de interseção entre elas, ou seja, o sistema linear é incompatível. ��� �� ���� [�\����� [�±�\� ����[���\� ��� �� �� [�\��� �[���\� ����Ł���[����\� ���� AtençãoAtenção Um sistema linear pode ser classificado, quan- to ao número de soluções, em compatível e de- terminando (ou sistema possível e determinado), compatível e indeterminando (ou sistema possível e indeterminado) e incompatível (ou impossível). � �� Atenção Um sistema linear pode ser classificado, quanto ao número de soluções, em compatível e determinando (ou sistema possível e determinado), compatível e indeterminando (ou sistema possível e indeterminado) e incompatível (ou impossível). 2.6 Sistema Linear Homogêneo Você já ouviu falar em sistema linear homogêneo? Um sistema linear é dito homogêneo quando bi = 0, ou seja, os termos independentes de todas as equações são iguais a zero. °°°¯°°°® ���� ���� ���� ���� �[D[D[D[D �[D[D[D[D �[D[D[D[D �[D[D[D[D6 QQQ��Q��Q��Q QQ���������� QQ���������� QQ���������� "# """ Todo sistema linear homogêneo é compatível, pois admite como solução a ênupla (0, 0, 0, ..., 0), que é chamada solução trivial. Se o sistema linear homogêneo admitir �� �� [�\��� �[���\� �����[���\� ������ Um sistema linear é incompatível (ou impos- sível) quando não tem solução, ou seja, não há uma ênupla ordenada de números reais (α1, α2, α3, ..., αn) que torne verdadeiras todas as equações do sistema linear simultaneamente. No sistema li- near 3 2 x y x y + = + = , pode-se observar, no gráfico, que as retas são paralelas entre si; portanto, não há pontos de interseção entre elas, ou seja, o sistemalinear é incompatível. 2.6 Sistema Linear Homogêneo Você já ouviu falar em sistema linear ho- mogêneo? Um sistema linear é dito homogêneo quando bi = 0, ou seja, os termos independentes de todas as equações são iguais a zero. 11 1 12 2 13 3 1 21 1 22 2 23 3 2 31 1 32 2 33 3 3 1 1 2 2 3 3 0 0 0 0 n n n n n n n n n nn n a x a x a x a x a x a x a x a x S a x a x a x a x a x a x a x a x + + + + = + + + + = + + + + = + + + + = Todo sistema linear homogêneo é compa- tível, pois admite como solução a ênupla (0, 0, 0, ..., 0), que é chamada solução trivial. Se o sistema linear homogêneo admitir outra solução na qual as incógnitas não sejam todas nulas, a solução é denominada solução não trivial. Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 19 Agora, você deve prestar muita atenção quanto à forma de escrever um sistema linear na forma matricial. Sabemos que você já está preparado(a) para esse desafio. Para facilitar o en- tendimento, vamos partir de um sistema linear de m equações e n incógnitas: 2.7 Forma Matricial de um Sistema Linear 11 1 12 2 13 3 1 1 21 1 22 2 23 3 2 2 31 1 32 2 33 3 3 3 1 1 2 2 3 3 n n n n n n m m m mn n n a x a x a x a x b a x a x a x a x b S a x a x a x a x b a x a x a x a x b + + + + = + + + + = + + + + = + + + + = � �� Efetuando o produto da matriz constituída pelos coeficientes das incógnitas (ou matriz dos coeficientes) pela matriz coluna constituída pelas incógnitas e igualando o resultado com a matriz coluna constituída pelos termos independentes, obtém-se o sistema inicial S. O sistema °¯°® � � �\�[� �\�[� pode ser representado, na forma matricial, por meio da igualdade: N N WHVLQGHSHQGHQWHUPRVGRVYHWRULQFyJQLWDVGDVYHWRUHVFRHILFLHQWGRVPDWUL] ��\[�� �� »»¼º««¬ª »»¼º««¬ª»»¼º««¬ª � 2.8 Método de Gauss Você já deve ter estudado vários métodos de resolução de sistemas lineares, como o método da adição, o método da substituição e a regra de Cramer. Dando continuidade a esse assunto, serão abordados outros métodos de resolução de sistema linear normal de n equações a n incógnitas, com n ≥ 2. Iniciaremos falando do método de triangulação de Gauss. Este método consiste em transformar o sistema linear original em um sistema linear triangular, com matriz dos coeficientes triangulares superiores que seja equivalente ao sistema dado, isto é, que tenha a mesma solução, mediante permutações e combinações lineares de linhas. Para transformar o sistema dado num sistema triangular equivalente, usam-se operações que não alteram a solução de um sistema linear, tais como: multiplicar ou dividir todos os elementos de uma equação por um número diferente de zero; permutar duas equações; � �� outra solução na qual as incógnitas não sejam todas nulas, a solução é denominada solução não trivial. 2.7 Forma Matricial de um Sistema Linear Agora, você deve prestar muita atenção quanto à forma de escrever um sistema linear na forma matricial. Sabemos que você já está preparado(a) para esse desafio. Para facilitar o entendimento, vamos partir de um sistema linear de m equações e n incógnitas: °°°¯°°°® ���� ���� ���� ���� QQPQ��P��P��P �QQ���������� �QQ���������� �QQ���������� E[D[D[D[D E[D[D[D[D E[D[D[D[D E[D[D[D[D6 "# """ Um sistema linear de m equações e n incógnitas pode ser representado utilizando matrizes por meio da seguinte igualdade: �# �#���� ���� � " ### "" WHVLQGHSHQGHQWHUPRVSHORV DFRQVWLWXtGFROXQDPDWUL]Q��LQFyJQLWDVSHODV DFRQVWLWXtGFROXQDPDWUL] Q��LQFyJQLWDVGDVHVFRHILFLHQW SHORVDFRQVWLWXtGPDWUL] PQ�P�P Q����� Q����� EEE[[[DDD DDD DDD »»»»»¼º«««««¬ª »»»»»¼º«««««¬ª»»»»»¼º«««««¬ª Um sistema linear de m equações e n incóg- nitas pode ser representado utilizando matrizes por meio da seguinte igualdade: Efetuando o produto da matriz constituída pelos coeficientes das incógnitas (ou matriz dos coeficientes) pela matriz coluna constituída pelas incógnitas e igualando o resultado com a matriz coluna constituída pelos termos independentes, obtém-se o sistema inicial S. O sistema 2 3 6 4 5 7 x y x y + = + = pode ser represen- tado, na forma matricial, por meio da igualdade: Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 20 Você já deve ter estudado vários métodos de resolução de sistemas lineares, como o méto- do da adição, o método da substituição e a regra de Cramer. Dando continuidade a esse assunto, serão abordados outros métodos de resolução de sistema linear normal de n equações a n incógni- tas, com n ≥ 2. Iniciaremos falando do método de triangu- lação de Gauss. Este método consiste em trans- formar o sistema linear original em um sistema linear triangular, com matriz dos coeficientes triangulares superiores que seja equivalente ao sistema dado, isto é, que tenha a mesma solução, mediante permutações e combinações lineares de linhas. Para transformar o sistema dado num sis- tema triangular equivalente, usam-se operações que não alteram a solução de um sistema linear, tais como: multiplicar ou dividir todos os elemen- tos de uma equação por um número di- ferente de zero; permutar duas equações; substituir uma equação pela soma al- gébrica dela com um múltiplo de outra qualquer do sistema. 2.8 Método de Gauss 2.9 Exercício Resolvido 1. Resolva, pelo método de Gauss, o sistema linear: Resolução: Representam-se os elementos da matriz dos coeficientes e da matriz dos termos independentes no dispositivo prático a seguir, que torna mais compacta a triangulação da matriz dos coeficientes. Os coeficientes e o termo independente da equação 1 estão dispostos na linha 1 (L1); os da equação 2, na linha 2 (L2); e os da equação 3, na linha 3 (L3). Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 2 3 4 4 3 2 1 x y z x y z x y z + - = - + = - + = Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 21 Escolhe-se o elemento a11 da matriz dos coeficientes como pivô (2). Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 Em seguida, calcula-se o multiplicador m1, que será -=1m . 21 11 a a , que é utilizado para eliminar a incógnita x na equação 2, ou seja, tornar o coeficiente de x nulo (igual a zero). Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 Para eliminar a incógnita x na equação 2, fazendo o coeficiente de x igual a zero, deve-se substituir a equação 2 (L2) por outra equação transformada ( ) ' 2L , obtida por meio da seguinte combinação linear: multiplica-se m1 pela equação 1 (linha pivotal) e soma-se a equação 2, ou seja, ' 2 1 1 2L m L L= ⋅ + . Para obter ' 2L , deve-se efetuar o seguinte procedimento: Copia-se a primeira equação L1 abaixo da última equação do sistema L3. Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 L1 2 3 -1 4 2 2 4m1 -=-= 2 2 4m1 -=-= Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 22 Em seguida, calcula-se o novo coeficiente ' 21a , efetuando m1.a11 + a21, ou seja, ' 21 2 2 4a = - ⋅ + , ob- tendo ' 21 0a = , e coloca-se o valor obtido no lugar do respectivo coeficiente na equação transformada ' 2L . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 Em seguida, calcula-se o novo coeficiente' 22a , efetuando m1.a12 + a22, ou seja, ( ) ' 22 2 3 3a = - ⋅ + - , obtendo ' 22 9a = - , e coloca-se o valor obtido no lugar do respectivo coeficiente na equação transfor- mada ' 2L . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 Em seguida, calcula-se o novo coeficiente '23a , efetuando m1.a13 + a23, ou seja, ( ) ' 23 2 1 1a = - ⋅ - + obtendo '23 3a = , e coloca-se o valor obtido no lugar do respectivo coeficiente na equação transformada ' 2L . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 2 2 4m1 -=-= 2 2 4m1 -=-= Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 23 Em seguida, calcula-se o novo termo independente '2b , efetuando m1.b1 + b2, ou seja, 242b'2 +⋅-= , obtendo 6b ' 2 -= , e coloca-se o valor obtido no lugar do respectivo termo indepen- dente na equação transformada '2L . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 -6 Após obter a nova equação '2L transformada, é necessário obter a nova equação ' 3L transformada, devendo o coeficiente da incógnita x ser igual a zero também, como na equação '2L . Para obter a equa- ção 3 transformada, deve-se calcular um novo multiplicador m2, que será 312 11 am a = - . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 -6 Para eliminar a incógnita x na equação 3, fazendo o coeficiente de x igual a zero, deve-se substituir a equação 3 (L3) por outra equação transformada ( )'3L , obtida por meio da seguinte combinação linear: multiplica-se m2 pela equação 1 (linha pivotal) e soma-se a equação 3, ou seja, 312 ' 3 LLmL +⋅= . Para obter '3L , deve-se efetuar o seguinte procedimento: Calcula-se o novo coeficiente '31a , efetuando m2.a11 + a31, ou seja, ' 31 0,5 2 1a = - ⋅ + , obtendo ' 31 0a = , e coloca-se o valor obtido no lugar do respectivo coeficiente na equação transformada '3L . 2 2 4m1 -=-= 5,0 2 1m2 -=-= Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 24 Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 -6 ' 3L 0 Em seguida, calcula-se o novo coeficiente '32a , efetuando m1.a12 + a32, ou seja, ( ) ' 32 0,5 3 1a = - ⋅ + - obtendo '32 2,5a = - , e coloca-se o valor obtido no lugar do respectivo coeficiente na equação transfor- mada '3L . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 -6 ' 3L 0 -2,5 Em seguida, calcula-se o novo coeficiente '33a , efetuando m1.a13 + a33, ou seja, ( ) ' 33 0,5 1 1a = - ⋅ - + obtendo '33 1,5a = , e coloca-se o valor obtido no lugar do respectivo coeficiente na equação transfor- mada '3L . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 -6 ' 3L 0 -2,5 1,5 5,0 2 1m2 -=-= 5,0 2 1m2 -=-= 5,0 2 1m2 -=-= Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 25 Em seguida, calcula-se o novo termo independente '3b , efetuando m2.b1 + b3, ou seja, 145,0b'3 +⋅-= , obtendo 1b ' 3 -= , e coloca-se o valor obtido no lugar do respectivo termo inde- pendente na equação transformada '3L . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 -6 ' 3L 0 -2,5 1,5 -1 Após obter a nova equação '3L transformada, é necessário eliminar a incógnita y na equação ' 3L , fazendo o coeficiente de y igual a zero. Escolhe-se um novo pivô, sendo ele o elemento ' 22a (-9) da equa- ção '2L . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 -6 ' 3L 0 -2,5 1,5 -1 5,0 2 1m2 -=-= Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 26 Em seguida, calcula-se o multiplicador '1m , que será -= ' 1m . 32 22 ' ' a a , utilizado para eliminar a incóg- nita y na equação '3L , ou seja, tornar o coeficiente de y nulo (igual a zero). Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 -6 ' 3L 0 -2,5 1,5 -1 Para eliminar a incógnita y na equação '3L , fazendo o coeficiente de y igual a zero, deve-se substi- tuir a equação '3L por outra equação transformada ( )''3L , obtida por meio da seguinte combinação linear: multiplica-se '1m pela linha ' 2L (linha pivotal) e soma-se a linha 3, ou seja, ' 3 ' 2 ' 1 '' 3 LLmL +⋅= . Para obter '3L , deve-se efetuar o seguinte procedimento: Copiam-se a primeira equação L1 e a segunda equação transformada ' 2L abaixo da última equação ' 3L do dispositivo. Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 -6 ' 3L 0 -2,5 1,5 -1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 -6 ( ) ( ) 277778,09 5,2m'1 -=- - -= ( ) ( ) 277778,09 5,2m'1 -=- - -= Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 27 Em seguida, calcula-se o novo coeficiente ''31a , efetuando ' ' ' 1 21 31m a a⋅ + , ou seja, '' 31 0, 277778 0 0a = - ⋅ + , obtendo '' 31 0a = , e coloca-se o valor obtido no lugar do respectivo coefi- ciente na equação transformada ''3L . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 -6 ' 3L 0 -2,5 1,5 -1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 -6 '' 3L 0 Em seguida, calcula-se o novo coeficiente ''32a , efetuando ' ' ' 1 22 32m a a⋅ + , ou seja, ( ) ( )''32 0, 277778 9 2,5a = - ⋅ - + - , obtendo ''32 0a = , e coloca-se o valor obtido no lugar do respectivo coeficiente na equação transformada ''3L . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 -6 ' 3L 0 -2,5 1,5 -1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 -6 '' 3L 0 0 ( ) ( ) 277778,09 5,2m'1 -=- - -= ( ) ( ) 277778,09 5,2m'1 -=- - -= Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 28 Em seguida, calcula-se o novo coeficiente ''33a , efetuando ' ' ' 1 23 33m a a⋅ + , ou seja, '' 33 0, 277778 3 1,5a = - ⋅ + , obtendo '' 33 0,666667a = , e coloca-se o valor obtido no lugar do respecti- vo coeficiente na equação transformada ''3L . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 -6 ' 3L 0 -2,5 1,5 -1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 -6 '' 3L 0 0 0,666667 Em seguida, calcula-se o novo termo independente ''3b , efetuando ' 3 ' 2 ' 1 bbm +⋅ , ou seja, ( ) ( )16277778,0b ''3 -+-⋅-= , obtendo 666667,0b ''3 = , e coloca-se o valor obtido no lugar do respectivo termo independente na equação transformada ''3L . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 4 L2 4 -3 1 2 L3 1 -1 1 1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 -6 ' 3L 0 -2,5 1,5 -1 L1 2 3 -1 4 ' 2L 0 -9 3 -6 '' 3L 0 0 0,666667 0,666667( ) ( ) 277778,09 5,2m'1 -=- - -= ( ) ( ) 277778,09 5,2m'1 -=- - -= Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 29 O sistema triangular obtido após as transformações elementares tem como equações as linhas L1, ' 2L , e '' 3L , ou seja: 2 3 4 9 3 6 0,666667 0,666667 x y z y z z + - = - + = - = , que é equivalente ao sistema dado. A partir da equação 3 ( ''3L ), determina-se o valor de z, isto é: 0,666667z = 0,666667 666667,0 666667,0z = z = 1 Resolvendo por substituição retroativa o valor de z = 1 na equação 2 ( '2L ), obtém-se o valor de y. 9y + 3z = 6 9y + 3.1 = 6 9y = 6 –3 9y = 9 y = 1 Substituindo os valores de y = 1 e z = 1 na equação 1 (L1), obtém-se o valor de x. 2x + 3y – z = 4 2x + 3.1 – 1 = 4 2x = 4 – 2 2x = 2 x = 1 A solução do sistema linear dado é [ ]1 1 1 tX = . AtençãoAtenção • Evite arredondamentos na fase de eliminação (por exemplo: multiplicador) se os resultados não forem exatos. Utilize, pelo menos, seis casas decimais, como no exercício resolvido anteriormente, diminuindo os efeitos de arredondamento na fase de eliminação e na fase de substituições retroativas, que podem levar a resultados in- corretos; • Caso o elemento a ser escolhido como pivô seja igual a zero, faça a permutação (troca) da linha a que pertence o elemento por outra qualquer abaixo dela cujo elemento a ser o pivô seja diferente de zero. Feita a permutação, continua-se normalmente o processo de resolução do sistema linear pelo método de triangulação de Gauss. Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 30 Seja a matriz quadrada não singular de ordem n , sua matriz inversa A-1 pode ser obtida por meio da apli- cação do método de Gauss para sistemas lineares. 2.10 Cálculo da Matriz Inversa pelo Método de Gauss 11 12 1 21 22 2 1 2 n n n n nn a a a a a a A a a a = 2.11 Exercício Resolvido 1. Calcule a matriz inversa da matriz 021 212 201 . Resolução: O dispositivo (tabela) para resolução da matriz inversa aplicando o método de Gauss é semelhante ao utilizado na solução de sistemas lineares. Constrói-se o dispositivo com a matriz que se deseja inverter e, na coluna dos termos independentes, coloca-se a matriz identidade, cuja primeira coluna será chama- da I1; segunda, I2; e terceira; I3. Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes I1 I2 I3 L1 1 0 2 1 0 0 L2 2 1 2 0 1 0 L3 1 2 0 0 0 1 Repete-se a primeira linha abaixo da última linha da matriz (L3). Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes I1 I2 I3 L1 1 0 2 1 0 0 L2 2 1 2 0 1 0 L3 1 2 0 0 0 1 L1 1 0 2 1 0 0 Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 31 Calcula-se o multiplicador m1, que será 21 1 11 am a = - , ou seja, 1 2 1 m = - , 1 2m = - . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes I1 I2 I3 L1 2 1 2m1 -=-= 1 0 2 1 0 0 L2 2 1 2 0 1 0 L3 1 2 0 0 0 1 L1 1 0 2 1 0 0 Para determinar a nova linha 2 ( '2L ), efetua-se 211 ' 2 LLmL +⋅= , conforme visto no item 2.9, obtendo os valores: Substituindo nas respectivas posições, tem-se o dispositivo: Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes I1 I2 I3 L1 2 1 2m1 -=-= 1 0 2 1 0 0 L2 2 1 2 0 1 0 L3 1 2 0 0 0 1 L1 1 0 2 1 0 0 ' 2L 0 1 -2 -2 1 0 � �� Para determinar a nova linha 2 ( �/ ), efetua-se ��� � //P/ � , conforme visto no item 2.9, obtendo os valores: ����D �� �� ����D �� �� ����D �� � �� ����D �� � �� ����D �� �� ����D �� �� Substituindo nas respectivas posições, tem-se o dispositivo: Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes I1 I2 I3 L1 ���P� � � 1 0 2 1 0 0 L2 2 1 2 0 1 0 L3 1 2 0 0 0 1 L1 1 0 2 1 0 0 �/ 0 1 -2 -2 1 0 Calcula-se o multiplicador m2, que será ����� DDP � , ou seja, ��P� � , �P� � . Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 32 Calcula-se o multiplicador m2, que será 31 2 11 am a = - , ou seja, 2 1 1 m = - , 2 1m = - . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes I1 I2 I3 L1 1 0 2 1 0 0 L2 1 1 1m2 -=-= 2 1 2 0 1 0 L3 1 2 0 0 0 1 L1 1 0 2 1 0 0 ' 2L 0 1 -2 -2 1 0 Para determinar a nova linha 3 ( '3L ), efetua-se 312 ' 3 LLmL +⋅= , conforme visto no item 2.9, obtendo os valores: Substituindo nas respectivas posições, tem-se o dispositivo: Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes I1 I2 I3 L1 1 0 2 1 0 0 L2 1 1 1m2 -=-= 2 1 2 0 1 0 L3 1 2 0 0 0 1 L1 1 0 2 1 0 0 ' 2L 0 1 -2 -2 1 0 ' 3L 0 2 -2 -1 0 1 � �� Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes I1 I2 I3 L1 1 0 2 1 0 0 L2 ���P� � � 2 1 2 0 1 0 L3 1 2 0 0 0 1 L1 1 0 2 1 0 0 �/ 0 1 -2 -2 1 0 Para determinar a nova linha 3 ( �/ ), efetua-se ��� � //P/ � , conforme visto no item 2.9, obtendo os valores: ����D �� �� ����D �� �� ����D �� � �� ����D �� � �� ����D �� �� ����D �� �� Substituindo nas respectivas posições, tem-se o dispositivo: Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes I1 I2 I3 L1 1 0 2 1 0 0 L2 ���P� � � 2 1 2 0 1 0 L3 1 2 0 0 0 1 L1 1 0 2 1 0 0 �/ 0 1 -2 -2 1 0 �/ 0 2 -2 -1 0 1 Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 33 Repetem-se as linhas L1 e ' 2L abaixo da linha ' 3L . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes I1 I2 I3 L1 1 0 2 1 0 0 L2 2 1 2 0 1 0 L3 1 2 0 0 0 1 L1 1 0 2 1 0 0 ' 2L 0 1 -2 -2 1 0 ' 3L 0 2 -2 -1 0 1 L1 1 0 2 1 0 0 ' 2L 0 1 -2 -2 1 0 Calcula-se o multiplicador '1m , que será ' ' 32 1 ' 22 am a = - , ou seja, '1 2 1 m = - , '1 2m = - . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes I1 I2 I3 L1 1 0 2 1 0 0 L2 2 1 2 0 1 0 L3 1 2 0 0 0 1 L1 1 0 2 1 0 0 ' 2L 2 1 2m'1 -=-= 0 1 -2 -2 1 0 ' 3L 0 2 -2 -1 0 1 L1 1 0 2 1 0 0 ' 2L 0 1 -2 -2 1 0 Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 34 Para determinar a nova linha 3 ( ''3L ), efetua-se ' 3 ' 2 ' 1 '' 3 LLmL +⋅= , conforme visto no item 2.9, obtendo os valores: Substituindo nas respectivas posições, tem-se o dispositivo: Monta-se o sistema triangular equivalente a AX = I1, ou seja, os termos independentes pertencem à coluna I1 da linha correspondente, e determinam-se os valores de x1, x2 e x3, isto é: � �� Para determinar a nova linha 3 ( �/ ), efetua-se � � � � //P/ � , conforme visto no item 2.9, obtendo os valores: ����D �� �� ����D �� �� � � � � ����D �� ���� � � � � ����D �� ���� ����D �� � �� ����D �� �� Substituindo nas respectivas posições, tem-se o dispositivo: Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes I1 I2 I3 L1 1 0 2 1 0 0 L2 2 1 2 0 1 0 L3 1 2 0 0 0 1 L1 1 0 2 1 0 0 �/ ���P � � � 0 1 -2 -2 1 0 �/ 0 2 -2 -1 0 1 L1 1 0 2 1 0 0 �/ 0 1 -2 -2 1 0 �/ 0 0 2 3 -2 1 Monta-se o sistema triangular equivalente a AX = I1, ou seja, os termos independentes pertencem à coluna I1 da linha correspondente, e determinam-se os valores de x1, x2 e x3, isto é: � �� Para determinar a nova linha 3 ( �/ ), efetua-se � � � � //P/ � , conforme visto no item 2.9, obtendo os valores: ����D �� �� ����D �� �� � � � � ����D �� ���� � � � � ����D �� ���� ����D �� � �� ����D �� �� Substituindo nas respectivas posições, tem-se o dispositivo: Linha Multiplicador Matriz doscoeficientes I1 I2 I3 L1 1 0 2 1 0 0 L2 2 1 2 0 1 0 L3 1 2 0 0 0 1 L1 1 0 2 1 0 0 �/ ���P � � � 0 1 -2 -2 1 0 �/ 0 2 -2 -1 0 1 L1 1 0 2 1 0 0 �/ 0 1 -2 -2 1 0 �/ 0 0 2 3 -2 1 Monta-se o sistema triangular equivalente a AX = I1, ou seja, os termos independentes pertencem à coluna I1 da linha correspondente, e determinam-se os valores de x1, x2 e x3, isto é: � ��°°¯°°® � � �� �[� �[�[ �[�[�[ ��� ��� Efetuando as substituições retroativas, obtêm-se os valores: x1 = 2, x2 = 1 e x3 = 1,5. Monta-se o sistema triangular equivalente a AY = I2, ou seja, os termos independentes pertencem à coluna I2 da linha correspondente, e determinam-se os valores de y1, y2 e y3, isto é: °°¯°°® � � �� �\� �\�\ �\�\�\ ��� ��� Efetuando as substituições retroativas, obtêm-se os valores: y1 = 2, y2 = 1 e y3 = 1. Monta-se o sistema triangular equivalente a AZ = I3, ou seja, os termos independentes pertencem à coluna I3 da linha correspondente, e determinam-se os valores de z1, z2 e z3, isto é: °°¯°°® � �� �]� �]�] �]�]�] ��� ��� Efetuando as substituições retroativas, obtêm-se os valores: z1 = 1, z2 = 1 e z3 = 0,5. A matriz inversa de A é dada por: »»»»¼º««««¬ª � ��� ��� ���� ]\[ ]\[ ]\[$ Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 35 Efetuando as substituições retroativas, obtêm-se os valores: x1 = 2, x2 = 1 e x3 = 1,5. Monta-se o sistema triangular equivalente a AY = I2, ou seja, os termos independentes pertencem à coluna I2 da linha correspondente, e determinam-se os valores de y1, y2 e y3, isto é: Efetuando as substituições retroativas, obtêm-se os valores: y1 = 2, y2 = 1 e y3 = 1. Monta-se o sistema triangular equivalente a AZ = I3, ou seja, os termos independentes pertencem à coluna I3 da linha correspondente, e determinam-se os valores de z1, z2 e z3, isto é: Efetuando as substituições retroativas, obtêm-se os valores: z1 = 1, z2 = 1 e z3 = 0,5. A matriz inversa de A é dada por: Portanto, a matriz inversa da matriz A dada no problema é: � ��°°¯°°® � � �� �[� �[�[ �[�[�[ ��� ��� Efetuando as substituições retroativas, obtêm-se os valores: x1 = 2, x2 = 1 e x3 = 1,5. Monta-se o sistema triangular equivalente a AY = I2, ou seja, os termos independentes pertencem à coluna I2 da linha correspondente, e determinam-se os valores de y1, y2 e y3, isto é: °°¯°°® � � �� �\� �\�\ �\�\�\ ��� ��� Efetuando as substituições retroativas, obtêm-se os valores: y1 = 2, y2 = 1 e y3 = 1. Monta-se o sistema triangular equivalente a AZ = I3, ou seja, os termos independentes pertencem à coluna I3 da linha correspondente, e determinam-se os valores de z1, z2 e z3, isto é: °°¯°°® � �� �]� �]�] �]�]�] ��� ��� Efetuando as substituições retroativas, obtêm-se os valores: z1 = 1, z2 = 1 e z3 = 0,5. A matriz inversa de A é dada por: »»»»¼º««««¬ª � ��� ��� ���� ]\[ ]\[ ]\[$ � ��°°¯°°® � � �� �[� �[�[ �[�[�[ ��� ��� Efetuando as substituições retroativas, obtêm-se os valores: x1 = 2, x2 = 1 e x3 = 1,5. Monta-se o sistema triangular equivalente a AY = I2, ou seja, os termos independentes pertencem à coluna I2 da linha correspondente, e determinam-se os valores de y1, y2 e y3, isto é: °°¯°°® � � �� �\� �\�\ �\�\�\ ��� ��� Efetuando as substituições retroativas, obtêm-se os valores: y1 = 2, y2 = 1 e y3 = 1. Monta-se o sistema triangular equivalente a AZ = I3, ou seja, os termos independentes pertencem à coluna I3 da linha correspondente, e determinam-se os valores de z1, z2 e z3, isto é: °°¯°°® � �� �]� �]�] �]�]�] ��� ��� Efetuando as substituições retroativas, obtêm-se os valores: z1 = 1, z2 = 1 e z3 = 0,5. A matriz inversa de A é dada por: »»»»¼º««««¬ª � ��� ��� ���� ]\[ ]\[ ]\[$ � ��°°¯°°® � � �� �[� �[�[ �[�[�[ ��� ��� Efetuando as substituições retroativas, obtêm-se os valores: x1 = 2, x2 = 1 e x3 = 1,5. Monta-se o sistema triangular equivalente a AY = I2, ou seja, os termos independentes pertencem à coluna I2 da linha correspondente, e determinam-se os valores de y1, y2 e y3, isto é: °°¯°°® � � �� �\� �\�\ �\�\�\ ��� ��� Efetuando as substituições retroativas, obtêm-se os valores: y1 = 2, y2 = 1 e y3 = 1. Monta-se o sistema triangular equivalente a AZ = I3, ou seja, os termos independentes pertencem à coluna I3 da linha correspondente, e determinam-se os valores de z1, z2 e z3, isto é: °°¯°°® � �� �]� �]�] �]�]�] ��� ��� Efetuando as substituições retroativas, obtêm-se os valores: z1 = 1, z2 = 1 e z3 = 0,5. A matriz inversa de A é dada por: »»»»¼º««««¬ª � ��� ��� ���� ]\[ ]\[ ]\[$ � �� Portanto, a matriz inversa da matriz A dada no problema é: »»»»¼º««««¬ª �� �� � ������� ��� ���$ � 2.12 Método de Jordan Você aprendeu a resolver um sistema linear pelo método de Gauss. Agora, vamos utilizar o método de Jordan para a resolução de um sistema linear. Resolver um sistema linear utilizando o método de Jordan consiste em efetuar transformações elementares sobre as equações do sistema linear dado, de modo a obter um sistema diagonal equivalente. Saiba mais Você, aluno(a), deve observar que um sistema diagonal é aquele em que os coeficientes das equações formam a matriz diagonal, que é a matriz quadrada em que todos os elementos que não estão na diagonal principal são nulos, ou seja, matrizes do tipo: ¸¸¸¹·¨¨¨©§� ��� ��� ���) »»»»¼º««««¬ª ���� ���� ���� ����* 2.13 Exercício Resolvido 1. Resolva o sistema linear °°¯°°® � �� �� �� �[[�[� �[�[�[� �[[�[� ��� ��� ��� pelo método de Jordan. Resolução: 2.12 Método de Jordan Você aprendeu a resolver um sistema linear pelo método de Gauss. Agora, vamos utilizar o método de Jordan para a resolução de um siste- ma linear. Resolver um sistema linear utilizando o mé- todo de Jordan consiste em efetuar transforma- ções elementares sobre as equações do sistema linear dado, de modo a obter um sistema diago- nal equivalente. Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 36 1. Resolva o sistema linear 1 2 3 1 2 3 1 2 3 2 3 5 4 4 3 3 2 3 1 x x x x x x x x x + - = + - = - + = - pelo método de Jordan. Resolução: Representam-se os elementos da matriz dos coeficientes e da matriz dos termos independentes no dispositivo prático a seguir, de modo análogo ao utilizado no método de Gauss. Saiba maisSaiba mais Você, aluno(a), deve observar que um sistema diago- nal é aquele em que os coeficientes das equações for- mam a matriz diagonal, que é a matriz quadrada em que todos os elementos que não estão na diagonal principal são nulos, ou seja, matrizes do tipo: - = 300 020 005 F = 4000 0300 0000 0002 G 2.13 Exercício Resolvido� �� Representam-se os elementos da matriz dos coeficientes e da matriz dos termos independentes no dispositivo prático a seguir, de modo análogo ao utilizado no método de Gauss. Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 Repete-se a linha L1 abaixo da linha L3, que será chamada �/ . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 �/ 2 3 -1 5 Escolhe-se como pivô o elemento a11 da matriz dos coeficientes. Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 �/ 2 3 -1 5 � ��Representam-se os elementos da matriz dos coeficientes e da matriz dos termos independentes no dispositivo prático a seguir, de modo análogo ao utilizado no método de Gauss. Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 Repete-se a linha L1 abaixo da linha L3, que será chamada �/ . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 �/ 2 3 -1 5 Escolhe-se como pivô o elemento a11 da matriz dos coeficientes. Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 �/ 2 3 -1 5 � �� Representam-se os elementos da matriz dos coeficientes e da matriz dos termos independentes no dispositivo prático a seguir, de modo análogo ao utilizado no método de Gauss. Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 Repete-se a linha L1 abaixo da linha L3, que será chamada �/ . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 �/ 2 3 -1 5 Escolhe-se como pivô o elemento a11 da matriz dos coeficientes. Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 �/ 2 3 -1 5 Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 37 A seguir, determina-se o multiplicador m1 para tornar o coeficiente a21 da incógnita x1 nula, ou seja, 21 1 11 4 2 2 am a = - = - = - . � �� Representam-se os elementos da matriz dos coeficientes e da matriz dos termos independentes no dispositivo prático a seguir, de modo análogo ao utilizado no método de Gauss. Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 Repete-se a linha L1 abaixo da linha L3, que será chamada �/ . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 �/ 2 3 -1 5 Escolhe-se como pivô o elemento a11 da matriz dos coeficientes. Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 �/ 2 3 -1 5 � �� Representam-se os elementos da matriz dos coeficientes e da matriz dos termos independentes no dispositivo prático a seguir, de modo análogo ao utilizado no método de Gauss. Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 Repete-se a linha L1 abaixo da linha L3, que será chamada �/ . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 �/ 2 3 -1 5 Escolhe-se como pivô o elemento a11 da matriz dos coeficientes. Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 �/ 2 3 -1 5 � �� A seguir, determina-se o multiplicador m1 para tornar o coeficiente a21 da incógnita x1 nula, ou seja, ���DDP ����� � � � . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 ���DDP ����� � � � 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 �/ 2 3 -1 5 A seguir, efetua-se a transformação, de modo análogo ao utilizado no método de Gauss: multiplica-se m1 pela linha L1 (linha pivotal) e soma-se a linha L2, obtendo a linha �/ transformada, ��� � //P/ � . Os novos coeficientes da linha �/ serão: ������D �� �� �� ������D �� � �� �� � � ������D �� � � ��� �������E � � �� �� Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 ���DDP ����� � � � 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 �/ 2 3 -1 5 �/ 0 -2 -1 -7 A seguir, efetua-se a transformação, de modo análogo ao utilizado no método de Gauss: multiplica-se m1 pela linha L1 (linha pivotal) e soma-se a linha L2, obtendo a linha ' 2L transformada, 211 ' 2 LLmL +⋅= . Os novos coeficientes da linha '2L serão: ' 21 2 2 4 4 4 0a = - ⋅ + = - + = ' 22 2 3 4 6 4 2a = - ⋅ + = - + = - ( )'23 2 1 3 2 3 1a = - ⋅ - - = - = - ' 2 2 5 3 10 3 7b = - ⋅ + = - + = - Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 38 Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 2 4 a a m 11 21 1 -=-=-= 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 ' 1L 2 3 -1 5 ' 2L 0 -2 -1 -7 A seguir, determina-se o multiplicador m2 para tornar o coeficiente a31 da incógnita x1 nula, ou seja, 31 2 11 2 1 2 am a = - = - = - . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 1 2 2 a a m 11 31 2 -=-=-= 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 ' 1L 2 3 -1 5 ' 2L 0 -2 -1 -7 A seguir, multiplica-se m2 pela linha L1 (linha pivotal) e soma-se a linha L3, obtendo a linha ' 3L trans- formada, 311 ' 3 LLmL +⋅= . Os novos coeficientes da linha '3L serão: ' 31 1 2 2 2 2 0a = - ⋅ + = - + = ( )'32 1 3 3 3 3 6a = - ⋅ + - = - - = - ( )'33 1 1 1 1 1 2a = - ⋅ - + = + = ( )'3 1 5 1 5 1 6b = - ⋅ + - = - - = - Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 39 Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 31 2 11 2 1 2 am a = - = - = - 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 ' 1L 2 3 -1 5 ' 2L 0 -2 -1 -7 ' 3L 0 -6 2 -6 Escolhe-se como novo pivô o elemento '22a da matriz dos coeficientes, formado pelas linhas ' 1L , '2L e ' 3L . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 ' 1L 2 3 -1 5 ' 2L 0 -2 -1 -7 ' 3L 0 -6 2 -6 Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 40 A seguir, determina-se o multiplicador '1m para tornar o coeficiente ' 12a da incógnita x2 nula, ou seja, ( ) ' ' 12 1 ' 22 3 1,5 2 am a = - = - = - . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 ' 1L ( ) ' ' 12 1 ' 22 3 1,5 2 am a = - = - = - 2 3 -1 5 ' 2L 0 -2 -1 -7 ' 3L 0 -6 2 -6 A seguir, efetua-se a transformação, de modo análogo ao utilizado no método de Gauss: multi- plica-se '1m pela linha ' 2L (linha pivotal) e soma-se a linha ' 1L , obtendo a linha '' 1L transformada, ' 1 ' 2 ' 1 '' 1 LLmL +⋅= . Os novos coeficientes da linha ''1L serão: '' 11 1,5 0 2 0 2 2a = ⋅ + = + = ( )''12 1,5 2 3 3 3 0a = ⋅ - + = - + = ( ) ( )''13 1,5 1 1 1,5 1 2,5a = ⋅ - + - = - - = - ( )''1 1,5 7 5 10,5 5 5,5b = ⋅ - + = - + = - Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 41 Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 ' 1L ( ) ' ' 12 1 ' 22 3 1,5 2 am a = - = - = - 2 3 -1 5 ' 2L 0 -2 -1 -7 ' 3L 0 -6 2 -6 '' 1L 2 0 -2,5 -5,5 A seguir, repete-se a linha '2L (linha do pivô) abaixo da linha '' 1L , que será chamada linha '' 2L . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 ' 1L ( ) ' ' 12 1 ' 22 3 1,5 2 am a = - = - =- 2 3 -1 5 ' 2L 0 -2 -1 -7 ' 3L 0 -6 2 -6 '' 1L 2 0 -2,5 -5,5 '' 2L 0 -2 -1 -7 Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 42 A seguir, determina-se o multiplicador '2m para tornar o coeficiente ' 32a da incógnita x2 nula, ou seja, ( ) ( ) ' ' 32 2 ' 22 6 3 2 am a - = - = - = - - . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 ' 1L 2 3 -1 5 ' 2L ( ) ( ) ' ' 32 2 ' 22 6 3 2 am a - = - = - = - - 0 -2 -1 -7 ' 3L 0 -6 2 -6 '' 1L 2 0 -2,5 -5,5 '' 2L 0 -2 -1 -7 A seguir, multiplica-se '2m pela linha ' 2L (linha pivotal) e soma-se a linha ' 3L , obtendo a linha '' 3L transformada, '3 ' 2 ' 1 '' 3 LLmL +⋅= . Os novos coeficientes da linha ''3L serão: '' 31 3 0 0 0 0 0a = - ⋅ + = + = ( ) ( )''32 3 2 6 6 6 0a = - ⋅ - + - = - = ( )''33 3 1 2 3 2 5a = - ⋅ - + = + = ( ) ( )''3 3 7 6 21 6 15b = - ⋅ - + - = - = Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 43 Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 ' 1L 2 3 -1 5 ' 2L ( ) ( ) ' ' 32 2 ' 22 6 3 2 am a - = - = - = - - 0 -2 -1 -7 ' 3L 0 -6 2 -6 '' 1L 2 0 -2,5 -5,5 '' 2L 0 -2 -1 -7 '' 3L 0 0 5 15 Escolhe-se como novo pivô o elemento ''33a da matriz dos coeficientes, formado pelas linhas ''1L , '' 2L e '' 3L . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 ' 1L 2 3 -1 5 ' 2L 0 -2 -1 -7 ' 3L 0 -6 2 -6 '' 1L 2 0 -2,5 -5,5 '' 2L 0 -2 -1 -7 '' 3L 0 0 5 15 Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 44 A seguir, determina-se o multiplicador ''1m para tornar o coeficiente '' 13a da incógnita x3 nula, ou seja, ( )'''' 13 1 '' 33 2,5 0,5 5 am a - = - = - = . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 ' 1L 2 3 -1 5 ' 2L 0 -2 -1 -7 ' 3L 0 -6 2 -6 '' 1L ( )'''' 13 1 '' 33 2,5 0,5 5 am a - = - = - = 2 0 -2,5 -5,5 '' 2L 0 -2 -1 -7 '' 3L 0 0 5 15 A seguir, multiplica-se ''1m pela linha '' 3L (linha do pivô) e soma-se a linha '' 1L , obtendo a linha ''' 1L transformada, ''1 '' 3 '' 1 ''' 1 LLmL +⋅= . Os novos coeficientes da linha '''1L serão: ''' 11 0,5 0 2 0 2 2a = ⋅ + = + = ''' 12 0,5 0 0 0 0 0a = ⋅ + = + = ( )'''13 0,5 5 2,5 2,5 2,5 0a = ⋅ + - = - = ( )'''1 0,5 15 5,5 7,5 5,5 2b = ⋅ + - = - = Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 45 Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 ' 1L 2 3 -1 5 ' 2L 0 -2 -1 -7 ' 3L 0 -6 2 -6 '' 1L ( )'''' 13 1 '' 33 2,5 0,5 5 am a - = - = - = 2 0 -2,5 -5,5 '' 2L 0 -2 -1 -7 '' 3L 0 0 5 15 ''' 1L 2 0 0 2 A seguir, determina-se o multiplicador ''2m para tornar o coeficiente '' 23a da incógnita x3 nula, ou seja, ( )'''' 23 2 '' 33 1 0,2 5 am a - = - = - = . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 ' 1L 2 3 -1 5 ' 2L 0 -2 -1 -7 ' 3L 0 -6 2 -6 '' 1L 2 0 -2,5 -5,5 '' 2L ( )'''' 23 2 '' 33 1 0,2 5 am a - = - = - = 0 -2 -1 -7 '' 3L 0 0 5 15 ''' 1L 2 0 0 2 Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 46 A seguir, multiplica-se ''2m pela linha '' 3L (linha do pivô) e soma-se a linha '' 2L , obtendo a linha ''' 2L transformada, ''2 '' 3 '' 2 ''' 2 LLmL +⋅= . Os novos coeficientes da linha '''2L serão: ''' 21 0, 2 0 0 0 0 0a = ⋅ + = + = ( )'''22 0, 2 0 2 0 2 2a = ⋅ + - = - = - ( )'''23 0, 2 5 1 1 1 0a = ⋅ + - = - = ( )'''2 0, 2 15 7 3 7 4b = ⋅ + - = - = - Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 ' 1L 2 3 -1 5 ' 2L 0 -2 -1 -7 ' 3L 0 -6 2 -6 '' 1L 2 0 -2,5 -5,5 '' 2L ( )'''' 23 2 '' 33 1 0,2 5 am a - = - = - = 0 -2 -1 -7 '' 3L 0 0 5 15 ''' 1L 2 0 0 2 ''' 2L 0 -2 0 -4 Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 47 A seguir, repete-se a linha ''3L (linha do pivô) abaixo da linha ''' 2L , que será chamada linha ''' 3L . Linha Multiplicador Matriz dos coeficientes Termos independentes L1 2 3 -1 5 L2 4 4 -3 3 L3 2 -3 1 -1 ' 1L 2 3 -1 5 ' 2L 0 -2 -1 -7 ' 3L 0 -6 2 -6 '' 1L 2 0 -2,5 -5,5 '' 2L 0 -2 -1 -7 '' 3L 0 0 5 15 ''' 1L 2 0 0 2 ''' 2L 0 -2 0 -4 ''' 3L 0 0 5 15 O sistema equivalente ao sistema dado, obtido após as transformações elementares, tem como equações as linhas '''1L , ''' 2L e ''' 3L ; portanto: Da equação obtida por meio da linha '''1L , temos: 2x2 1 = 2 2x1 = 1x1 = 1 2 3 1 2 3 1 2 3 2 0 0 2 0 2 0 4 0 0 5 15 x x x x x x x x x + + = - + = - + + = Mauro Noriaki Takeda e Aparecido Edilson Morcelli Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 48 Da equação obtida por meio da linha '''2L , temos: 4x2 2 -=- 2 4x2 - - = 2x2 = Da equação obtida por meio da linha '''3L , temos: 35 15x = 3 15 5 x = 3 3x = A solução do sistema linear dado é t 321X = . 2.14 Método Iterativo A solução X de um sistema linear pode ser obtida utilizando um método iterativo, que con- siste em calcular uma sequência X(1), X(2), X(3), ..., X(k), de aproximação de X, sendo dada uma aproxima- ção inicial X(0). Esse método é vantajoso para sistema linear esparso, ou seja, quando a matriz dos coeficientes possui uma grande quantidade de elementos nu- los (zeros). O processo iterativo possui uma proprieda- de muito importante, que é a “autocorreção”, isto é, um erro cometido durante os cálculos não influi no resultado final, uma vez que a aproximação er- rada é tomada como um novo componente do vetor inicial. O método iterativo propõe que, partindo de X(0) (vetor de aproximação inicial tomado arbi- trariamente), construam-se consecutivamente os vetores: DicionárioDicionário Iterativo: é o procedimento que se baseia no uso ou aplicação da iteração, que é a resolução de um problema por meio de um algoritmo ou de uma equação, mediante uma sequência finita de ope- rações, em que o objeto de cada uma é o resulta- do da que a precede. AtençãoAtenção O método iterativo só é vantajoso para sistema linear esparso, ou seja, quando a matriz dos coefi- cientes possui uma grande quantidade de zeros. Cálculo Numérico Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 49 ( ) ( )1 0X FX G= + (primeira aproximação) ( ) ( )2 1X FX G= + (segunda aproximação) = + (k-ésima aproximação) De modo geral, a aproximação (k + 1) é calculada por ( ) ( )1k kX FX G+ = + , em que: com k = 0, 1, 2, ... O processo iterativo é repetido até que um dos critérios de parada seja satisfeito: ( ) ( ) ε≤-+ ≤≤ k i 1k i ni1 xxmáx , ε é a tolerância e determina a precisão das soluções; k > M, M é o número máximo de iterações a serem efetuadas. � �� Atenção O método iterativo só é vantajoso para sistema linear esparso, ou seja, quando a matriz dos coeficientes possui uma grande quantidade de zeros. O processo iterativo
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