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Matrizes Conceitos básicos, representações e aplicações. Operações envolvendo matrizes. Matrizes Exemplo: . Agora você deve resolver as atividades! Em uma escola a professora pediu para os alunos coletarem os preços de um eletrodoméstico durante 3 meses em 4 lojas diferentes da cidade, para poderem fazer um trabalho com os dados coletados . Os resultados encontrados pelos alunos foram organizados na tabela a seguir: M 1 M 2 M 3 L 1 232,26 234,00 233,21 L 2 224,20 226,10 230,12 L 3 241,00 237,18 239,26 L 4 221,90 224,25 223,19 Cada valor localizado na linha i e na co luna j dessa tabela é o preço d o eletrodoméstico na loja L no mês M. Desta forma, encontramos os preços desejados a partir das coordenadas da tabela, como linha e coluna. As tabelas podem ser utilizadas em várias situações diferentes. Em Matemática, chamaremos de matriz as tabelas de elementos organizados em linhas e colunas. Dizemos que uma matriz 𝒎×𝒏 tem m linhas e n colunas e representaremos entre parênteses ou colchetes. Ex.: 𝐴= 67 −40 2−1 ൩ 3×2 𝐵= ቆ −90 1 4 ξ 25−7,2 ቇ 2×3 Os elementos de uma matriz são indicados através de sua posição (linha e coluna) dentro da matriz e geralmente são representados por letras minúsculas. Ex.: Na matriz A acima, o número 6 está na 1ª linha e 1ª coluna. Por isso dizemos que 𝑎 11 =6 Na matriz B acima temos que 𝑏 23 =−7,2 e 𝑏 12 =0. Uma rede comercial é formada por cinco lojas, numeradas de 1 a 5. A matriz abaixo mostra o faturamento, em reais, de cada loja nos quatro primeiros dias do mês. 𝐴= ۉ ۈ ۇ 195020301800 150018201740 301028002700 1950 1680 3050 250024202300 180020202040 2680 1950 ی ۋ ۊ Cada elemento 𝑎 𝑖𝑗 dessa matriz é o faturamento da loja i no dia j. a) Qual o faturamento da loja 3 no dia 2? b) Qual foi o faturamento total dessa rede de lojas no dia 3? c) Qual o faturamento da loja 1 nos quatro dias? Algumas matrizes podem ser definidas através de fórmula s, usando a forma genérica e a posição dos elementos. Ex.: 𝐴= ൫ 𝑎 𝑖𝑗 ൯ 2×3 ,𝑡𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑒 𝑎 𝑖𝑗 =𝑖+𝑗 𝐴= ቀ 𝑎 11 𝑎 12 𝑎 13 𝑎 21 𝑎 22 𝑎 23 ቁ 𝑎 11 =1+1=2 𝑎 12 =1+2=3 𝑎 13 =1+3=4 𝑎 21 =2+1=3 𝑎 22 =2+2=4 𝑎 23 =2+3=5 𝑨=ቀ 𝟐𝟑𝟒 𝟑𝟒𝟓 ቁ 𝐵= ൫ 𝑏 𝑖𝑗 ൯ 2×2 ,𝑡𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑒 ,𝑏 𝑖𝑗 =2𝑖−𝑗 𝐵= ൬ 𝑏 11 𝑏 12 𝑏 21 𝑏 22 ൰ 𝑏 11 =2∙1−1=1 𝑏 12 =2∙1−2=0 𝑏 21 =2∙2−1=3 𝑏 22 =2∙2−2=2 𝑩=ቀ 𝟏𝟎 𝟑𝟐 ቁ TIPOS DE MATRIZES 1) MATRIZ LINHA: matriz no formato 1×𝑛, ou seja, formada por uma única linha; 2) MATRIZ COLUNA: matriz no formato 𝑛×1, ou seja, formada por uma única coluna; 3) MATRIZ NULA: matriz em que todos os elementos são iguais a zero; 4) MATRIZ TRANSPOSTA: dada uma matriz qualquer, s e transformamos suas linhas em colunas (trocando de lugar), teremos uma matriz transposta; 5) MATRIZ OPOSTA: também chamado OPOSTO de uma matriz. Dada uma matriz qualquer , matriz oposta será aquela cujos elementos têm sinal oposto aos da matriz original; 6) MATRIZ QUADRADA: matriz em que o número de linhas é igual ao de colunas; 7) MATRIZ IDENTIDADE: matriz quadrada em que os elementos da diagonal principal são todos iguais a 1, enquanto os outros elementos são zero. Segue a fórmula 𝑰= ൫ 𝒂 𝒊𝒋 ൯ 𝒎×𝒎 ,𝒕𝒒 𝒂 𝒊𝒋 = ൜ 𝟎,𝒔𝒆 𝒊≠𝒋 𝟏,𝒔𝒆 𝒊=𝒋 Ex.: 𝐴= ቀ 10 01 ቁ 𝐵= 100 010 001 ൩ IGUALDADE DE MATRIZES Duas matrizes serão iguais se satisfizerem duas condições: 1. Possuírem a mesma ordem (o mesmo tamanho); 2. Elementos correspondentes de cada matriz iguais, um a um ሺ 𝑎 11 =𝑏 11 ; 𝑎 12 = 𝑏 12 ;𝑒𝑡𝑐… ሻ , ou seja, comparar os termos da primeira matriz que ocupam o mesmo lugar que ele na outra matriz. Algumas situações envolvendo igualdade entre matrizes acabam gerando equações que precisamos resolver para encontrar os valores dos elementos que formam a matriz. Observem o exemplo a seguir: Dada as matrizes A=ቂ 5ab+c 2a−b−4 ቃ e B=ቂ −20−9 3c+2d ቃ, qual deverá ser o valor das incógnitas a, b, c e d para que tenhamos 𝐀=𝐁? 1) ADIÇÃO E SUBTRAÇÃO : essas operações só podem ser feitas entre matrizes que possuem a mesma ordem. Cada elemento será somado (ou subtraído) com o seu correspondente na outra matriz (eleme ntos que ocupam a mesma posição), atentando para os sinais e possíveis regras de sinais que sejam necessárias. Ex.: 𝐴= ቀ −325 1−812 ቁ 𝐵= ቀ 4−59 −1120−7 ቁ 𝐴+𝐵= ቀ −325 1−812 ቁ + ቀ 4−59 −1120−7 ቁ = ቀ −3+42−55+9 1−11−8+2012−7 ቁ = ቀ 1−314 −10125 ቁ 𝐴−𝐵= ቀ −325 1−812 ቁ − ቀ 4−59 −1120−7 ቁ = ൬ −3−4𝟐− ሺ −𝟓 ሻ 5−9 𝟏− ሺ −𝟏𝟏 ሻ −8−20𝟏𝟐− ሺ −𝟕 ሻ ൰ = = ቀ −3−4𝟐+𝟓5−9 𝟏+𝟏𝟏−8−20𝟏𝟐+𝟕 ቁ = ቀ −77−4 12−2819 ቁ Para a adição de matrizes valem todas as propriedades de adição existentes para os núm eros reais, ou seja, Comutativa, Associativa, Elemento Neutro (Matriz Nula), Elemento Oposto. 1) MULTIPLICAÇÃO DE UMA MATRIZ POR UM NÚMERO REAL: dada uma matriz qualquer, ela pode ser multiplicada por um número real qualquer. Nes se caso, o número irá multiplicar todos os elementos que compõe essa matriz. Ex.: 𝐴= ቀ −325 1−812 ቁ 𝐵= ቀ 4−59 −1120−7 ቁ 3∙𝐴=3∙ ቀ −325 1−812 ቁ = ቀ −9615 3−2436 ቁ −2∙𝐵=−2∙ ቀ 4−59 −1120−7 ቁ = ቀ −810−18 22−4014 ቁ Em algumas situações po dem aparecer expressões envolvendo matrizes, onde é necessária a realização de adições, subtrações e multiplicações por escalares (números reais). Ex.: 5𝐴−3𝐵=5∙ ቀ −325 1−812 ቁ −3∙ ቀ 4−59 −1120−7 ቁ = = ቀ −151025 5−4060 ቁ − ቀ 12−1527 −3360−21 ቁ = ቀ −2725−2 38−10081 ቁ 1) MULTIPLICAÇÃO DE MATRIZES: dada duas matrizes, só será possível efetuar a operação de multiplicação quando o número de colunas da primeira matriz for igual ao número de linhas da segunda. A operação consiste em multiplicar cada linha da primeira matriz pelas colunas da segunda, elemento por elemento, somando -se os produtos encontrados, que darão origem aos elementos da matriz produto, que terá o número de linhas da primeira matriz e o número de colunas da segunda. Ex.: 𝑀= ൭ 2−3 15 −1−2 ൱ 3×2 𝑁= ቀ 0−43 26−7 ቁ 2×3 𝑀∙𝑁= ቌ 2∙0−3∙22∙ ሺ −4 ሻ −3∙62∙3−3∙ ሺ −7 ሻ 1∙0+5∙21∙ ሺ −4 ሻ +5∙61∙3+5∙ ሺ −7 ሻ −1∙0−2∙2−1∙ ሺ −4 ሻ −2∙6−1∙3−2∙ ሺ −7 ሻ ቍ 3×3 = ൭ −6−2627 1026−32 −4−811 ൱ Para a multiplicação de matrizes valem apenas algumas das propriedade s de multiplicação existentes para os números reais, sendo elas, Associativa, Elemento Neutro (Matriz Identidade) e Distributiva (à esquerda e à direita) . A propriedade Comutativa da multiplicação de números ( a ordem dos fatores não altera o produto) não é válida para a multiplicação de matrizes. Vamos tomar o exemplo anterior e inverter a ordem das matrizes, para ver como fica o resultado. 𝑀= ൭ 2−3 15 −1−2 ൱ 3×2 𝑁= ቀ 0−43 26−7 ቁ 2×3 𝑁∙𝑀= ൬ 0∙2−4∙1+3∙(−1)0∙ ሺ −3 ሻ −4∙5+3∙(−2) 2∙2+6∙1−7∙(−1)2∙ ሺ −3 ሻ +6∙5−7∙(−2) ൰ 2×2 = ቀ −7−26 1738 ቁ
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