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Universidade Federal do Recôncavo da Bahia
16 de fevereiro de 2021
Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento
Sistemas Lineares
Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
Sistemas Lineares
Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial
Definição
Um sistema linear é um conjunto de equações lineares:
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Sistemas Lineares
Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial
Definição
Um sistema linear é um conjunto de equações lineares:









a11x1 + a12x2 + . . . + a1nxn = b1
a21x1 + a22x2 + . . . + a2nxn = b2
.
.
.
am1x1 + am2x2 + . . . + amnxn = bm
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Sistemas Lineares
Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial
Definição
Se considerarmos
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Sistemas Lineares
Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial
Definição
Se considerarmos X =
[
x1 x2 . . . xn
]t
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Sistemas Lineares
Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial
Definição
Se considerarmos X =
[
x1 x2 . . . xn
]t
, B =
[
b1 b2 . . . bm
]t
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Sistemas Lineares
Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial
Definição
Se considerarmos X =
[
x1 x2 . . . xn
]t
, B =
[
b1 b2 . . . bm
]t
e
A =





a11 a12 . . . a1n
a21 a22 . . . a2n
.
.
.
.
.
.
...
.
.
.
am1 am2 . . . amn





,
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Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial
Definição
podemos representar o sistema por
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Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial
Definição
podemos representar o sistema por
Am×nXn×1 = Bm×1.
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Sistemas Lineares
Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial
Definição
podemos representar o sistema por
Am×nXn×1 = Bm×1.
A matriz A é chamada matriz dos coeficientes, a X matriz das variáveis e B a matriz
dos termos independentes.
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Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial
Example
O sistema
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Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial
Example
O sistema {
2x − 3y = −5
x + y = 5
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Sistemas Lineares
Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial
Example
O sistema {
2x − 3y = −5
x + y = 5
é linear e pode ser escrito como:
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Sistemas Lineares
Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial
Example
O sistema {
2x − 3y = −5
x + y = 5
é linear e pode ser escrito como:
[
2 −3
1 1
]
·
[
x
y
]
=
[
−5
5
]
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Sistemas Lineares
Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial
São exemplos de sistemas não lineares:
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Sistemas Lineares
Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial
São exemplos de sistemas não lineares:
(a)



x2
1 −
√
x2 = 0
3x1 −
1
x2
= −1
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Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial
São exemplos de sistemas não lineares:
(a)



x2
1 −
√
x2 = 0
3x1 −
1
x2
= −1
(b)




∂f
∂x
(x0, y0)
∂f
∂y
(x0, y0)



 =

 2x
−1
2
√
y
3 2x−3


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Sistemas Lineares
Solução de um Sistema Linear
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Sistemas Lineares
Solução de um Sistema Linear
Definition
Um vetor X̄ é uma solução de um sistema linear quando satisfaz todas as equações que
compõem este sistema.
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Sistemas Lineares
Solução de um Sistema Linear
Definition
Um vetor X̄ é uma solução de um sistema linear quando satisfaz todas as equações que
compõem este sistema.
Example
O vetor
[
2 3
]t
é solução do sistema
{
2x − 3y = −5
x + y = 5
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Sistemas Lineares
Solução de um Sistema Linear
Definition
Um vetor X̄ é uma solução de um sistema linear quando satisfaz todas as equações que
compõem este sistema.
Example
O vetor
[
2 3
]t
é solução do sistema
{
2x − 3y = −5
x + y = 5
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Sistemas Lineares
Classificação de um sistema linear
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Sistemas Lineares
Classificação de um sistema linear
Consideremos a aplicação
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Sistemas Lineares
Classificação de um sistema linear
Consideremos a aplicação
S : Rn → Rm
X 7→ AX
, A ∈ Rm×n
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Sistemas Lineares
Classificação de um sistema linear
Consideremos a aplicação
S : Rn → Rm
X 7→ AX
, A ∈ Rm×n
Definição de alguns conjuntos associados à aplicação S
O conjunto:
{B ∈ Rm; ∃ X ∈ Rn, B = AX} é chamado imagem da aplicação S e é denotado
por Im(S).
{X ∈ Rn; AX = 0} é chamado núcleo (ou espaço nulo) de S e é denotado por
N(S) ou ker(S);
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Classificação de um sistema linear
Consideremos a aplicação
S : Rn → Rm
X 7→ AX
, A ∈ Rm×n
Definição de alguns conjuntos associados à aplicação S
O conjunto:
{B ∈ Rm; ∃ X ∈ Rn, B = AX} é chamado imagem da aplicação S e é denotado
por Im(S).
{X ∈ Rn; AX = 0} é chamado núcleo (ou espaço nulo) de S e é denotado por
N(S) ou ker(S);
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Classificação de um sistema linear
Consideremos a aplicação
S : Rn → Rm
X 7→ AX
, A ∈ Rm×n
Definição de alguns conjuntos associados à aplicação S
O conjunto:
{B ∈ Rm; ∃ X ∈ Rn, B = AX} é chamado imagem da aplicação S e é denotado
por Im(S).
{X ∈ Rn; AX = 0} é chamado núcleo (ou espaço nulo) de S e é denotado por
N(S) ou ker(S);
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Sistemas Lineares
Classificação de um sistema linear
Sabemos, da Álgebra Linear, que a dimensão de um espaço vetorial V (dim(V)) é igual
a quantidade de vetores da base (conjunto de vetores linearmente independentes que
gera o espaço V). Como iremos trabalhar com sistemas lineares, lembremos que:
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Sistemas Lineares
Classificação de um sistema linear
Sabemos, da Álgebra Linear, que a dimensão de um espaço vetorial V (dim(V)) é igual
a quantidade de vetores da base (conjunto de vetores linearmente independentes que
gera o espaço V). Como iremos trabalhar com sistemas lineares, lembremos que:
O posto e a nulidade de S
o posto de S é a dimensão da imagem (posto(S) = dim(Im(S))).
a nulidade de S é a dimensão do núcleo de S.
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Classificação de um sistema linear
Sabemos, da Álgebra Linear, que a dimensão de um espaço vetorial V (dim(V)) é igual
a quantidade de vetores da base (conjunto de vetores linearmente independentes que
gera o espaço V). Como iremos trabalhar com sistemas lineares, lembremos que:
O posto e a nulidade de S
o posto de S é a dimensão da imagem (posto(S) = dim(Im(S))).
a nulidade de S é a dimensão do núcleo de S.
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Classificação de um sistema linear
Sabemos, da Álgebra Linear, que a dimensão de um espaço vetorial V (dim(V)) é igual
a quantidade de vetores da base (conjunto de vetores linearmente independentes que
gera o espaço V). Como iremos trabalhar com sistemas lineares, lembremos que:
O posto e a nulidade de S
o posto de S é a dimensão da imagem (posto(S) = dim(Im(S))).
Esta dimensão pode ser determinada pela quantidade de linhas não nulas de A′, a
matriz obtida por um processo de escalonamento da matriz A;
a nulidade de S é a dimensão do núcleo de S.
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Classificação de um sistema linear
Sabemos, da Álgebra Linear, que a dimensão de um espaço vetorial V (dim(V)) é igual
a quantidade de vetores da base (conjunto de vetores linearmente independentes que
gera o espaço V). Como iremos trabalhar com sistemas lineares, lembremos que:
O posto e a nulidade de S
o posto de S é a dimensão da imagem (posto(S) = dim(Im(S))).
Esta dimensão pode ser determinada pela quantidade de linhas não nulas de A′, a
matriz obtida por um processo de escalonamento da matriz A;
a nulidade de S é a dimensão do núcleo de S.
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Classificação de um sistema linear
Sabemos, da Álgebra Linear, que a dimensão de um espaço vetorial V (dim(V)) é igual
a quantidade de vetores da base (conjunto de vetores linearmente independentes que
gera o espaço V). Como iremos trabalhar com sistemas lineares, lembremos que:
O posto e a nulidade de S
o posto de S é a dimensão da imagem (posto(S) = dim(Im(S))).
Esta dimensão pode ser determinada pela quantidade de linhas não nulas de A′, a
matriz obtida por um processo de escalonamento da matriz A;
a nulidade de S é a dimensão do núcleo de S.
Esta dimensão pode ser determinada pela quantidade de linhas nulas de A′, a
matriz obtida por um processo de escalonamento da matriz A.
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Sistemas Lineares
Classificação de um sistema linear
Podemos entender um sistema linear
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Sistemas Lineares
Classificação de um sistema linear
Podemos entender um sistema linear
Am×nXn×1 = Bm×1,
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Sistemas Lineares
Classificação de um sistema linear
Podemos entender um sistema linear
Am×nXn×1 = Bm×1,
de m equações lineares com n incógnitas, portanto, como sendo um conjunto de
equações que determinam o subconjunto do domínio de S, também conhecido como a
solução do sistema linear, que está associado a um vetor B ∈ Rm, B = AX.
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Sistemas Lineares
Classificação de um sistema linear
Podemos entender um sistema linear
Am×nXn×1 = Bm×1,
de m equações lineares com n incógnitas, portanto, como sendo um conjunto de
equações que determinam o subconjunto do domínio de S, também conhecido como a
solução do sistema linear, que está associado a um vetor B ∈ Rm, B = AX.
Aqui, como o nosso objetivo é o de definir métodos para a obtenção deste conjunto
estaremos interessados em sistemas com solução única.
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Classificação de um sistema linear
Podemos entender um sistema linear
Am×nXn×1 = Bm×1,
de m equações lineares com n incógnitas, portanto, como sendo um conjunto de
equações que determinam o subconjunto do domínio de S, também conhecido como a
solução do sistema linear, que está associado a um vetor B ∈ Rm, B = AX.
Aqui, como o nosso objetivo é o de definir métodos para a obtenção deste conjunto
estaremos interessados em sistemas com solução única.
Portanto, devemos nos preocupar com a existência e a unicidade da solução deste
sistema. O resultado que trata dessa questão é Teorema de Rouche-Capelli.
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Sistemas Lineares
Classificação de um sistema linear
O sistema linear quando possui conjunto solução
unitário, dizemos que é um sistema possível e determinado;
infinito, dizemos que é um sistema possível e indeterminado;
vazio, dizemos que é um sistema impossível.
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Classificação de um sistema linear
O sistema linear quando possui conjunto solução
unitário, dizemos que é um sistema possível e determinado;
infinito, dizemos que é um sistema possível e indeterminado;
vazio, dizemos que é um sistema impossível.
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Classificação de um sistema linear
O sistema linear quando possui conjunto solução
unitário, dizemos que é um sistema possível e determinado;
infinito, dizemos que é um sistema possível e indeterminado;
vazio, dizemos que é um sistema impossível.
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Classificação de um sistema linear
O sistema linear quando possui conjunto solução
unitário, dizemos que é um sistema possível e determinado;
infinito, dizemos que é um sistema possível e indeterminado;
vazio, dizemos que é um sistema impossível.
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Sistemas Lineares
Classificação de um sistema linear
O sistema linear quando possui conjunto solução
unitário, dizemos que é um sistema possível e determinado;
infinito, dizemos que é um sistema possível e indeterminado;
vazio, dizemos que é um sistema impossível.
Seja Am×nX = B um sistema de equações lineares, dim(Im(A)) = δ e min{m, n} = ν.
A classificação do sistema linear segue conforme tabela abaixo:
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Sistemas Lineares
Classificação de um sistema linear
O sistema linear quando possui conjunto solução
unitário, dizemos que é um sistema possível e determinado;
infinito, dizemos que é um sistema possível e indeterminado;
vazio, dizemos que é um sistema impossível.
Seja Am×nX = B um sistema de equações lineares, dim(Im(A)) = δ e min{m, n} = ν.
A classificação do sistema linear segue conforme tabela abaixo:
Am×n m = n m < n m > n
B ∈ Im(A) e δ = ν det indet única
B 6∈ Im(A) e δ = ν det indet imp
B ∈ Im(A) e δ < ν indet indet indet
B 6∈ Im(A) e ν < ν imp imp imp
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Sistemas Lineares
Exemplos
1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é
possível determinado.
2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o
sistema é possível indeterminado.
3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o
sistema é impossível.
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Sistemas Lineares
Exemplos
Daremos exemplos de sistemas lineares
Am×n · X = B,
relacionando a matriz dos coeficientes e os tipos de solução do sistema linear.
1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é
possível determinado.
2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o
sistema é possível indeterminado.
3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o
sistema é impossível.
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Exemplos
1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é
possível determinado.
2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o
sistema é possível indeterminado.
3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o
sistema é impossível.
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Exemplos
1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é
possível determinado.
Example
Classifique o sistema {
2x1 − x2 = 3
3x1 + 4x2 = 10
2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o
sistema é possível indeterminado.
3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o
sistema é impossível.
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Exemplos
1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é
possível determinado.
Example
Classifique o sistema {
2x1 − x2 = 3
3x1 + 4x2 = 10
Observe que o sistema possui número de equações lineares igual ao número de
incógnitas (m = n) e como a matriz A dos coeficientes possuem colunas que são
linearmente independentes, temos que dim(Im(A)) = 2, o que o torna um sistema
possível e determinado. De fato, o sistema possui como solução o vetor X = (2 1)t.
2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o
sistema é possível indeterminado.
3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o
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Exemplos
1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é
possível determinado.
Example
Classifique o sistema {
2x1 − x2 = 3
3x1 + 4x2 = 10
Observe que o sistema possui número de equações lineares igual ao número de
incógnitas (m = n) e como a matriz A dos coeficientes possuem colunas que são
linearmente independentes, temos que dim(Im(A)) = 2, o que o torna um sistema
possível e determinado. De fato, o sistema possui como solução o vetor X = (2 1)t.
Observe que a solução neste caso é um único ponto intersecção entre o gráfico das
retas.
2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o
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Sistemas Lineares
Exemplos
1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é
possível determinado.
2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o
sistema é possível indeterminado.
3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o
sistema é impossível.
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Exemplos
1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é
possível determinado.
2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o
sistema é possível indeterminado.
Example
Classifique o sistema: {
2x1 − 4x2 = 6
3x1 − 6x2 = 9
3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o
sistema é impossível.
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Exemplos
1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é
possível determinado.
2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o
sistema é possível indeterminado.
Example
Classifique o sistema: {
2x1 − 4x2 = 6
3x1 − 6x2 = 9
Observe que o sistema possui duas equações lineares e duas incógnitas (m = n),
porém, a matriz A dos coeficientes possuem colunas que são linearmente dependentes.
3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o
sistema é impossível.
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Exemplos
1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é
possível determinado.
2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o
sistema é possível indeterminado.
Example
Classifique o sistema: {
2x1 − 4x2 = 6
3x1 − 6x2 = 9
Observe que o sistema possui duas equações lineares e duas incógnitas (m = n),
porém, a matriz A dos coeficientes possuem colunas que são linearmente dependentes.
Assim, dim(Im(A)) = 1. Como B ∈ Im(A), o sistema é possível e indeterminado.
Observe que o gráfico das retas coincidem.
3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o
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Sistemas Lineares
Exemplos
1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é
possível determinado.
2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o
sistema é possível indeterminado.
3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o
sistema é impossível.
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Exemplos
1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é
possível determinado.
2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o
sistema é possível indeterminado.
3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o
sistema é impossível.
Example
Classifique o sistema {
2x1 − 4x2 = 3
3x1 − 6x2 = 5
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Sistemas Lineares
Exemplos
1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é
possível determinado.
2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o
sistema é possível indeterminado.
3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o
sistema é impossível.
Example
Classifique o sistema {
2x1 − 4x2 = 3
3x1 − 6x2 = 5
Como visto anteriormente, o sistema possui duas equações lineares, duas incógnitas e
dim(Im(A)) = 1. Como B 6∈ Im(A), o sistema é incompatível.
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Sistemas Lineares
Classificação de Sistemas Lineares Quadrados
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Sistemas Lineares
Classificação de Sistemas Lineares Quadrados
Definition
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Sistemas Lineares
Classificação de Sistemas Lineares Quadrados
Definition
Dizemos que uma matriz quadrada A é inversível ou não singular quando existe uma
matriz B tal que
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Sistemas Lineares
Classificação de Sistemas Lineares Quadrados
Definition
Dizemos que uma matriz quadrada A é inversível ou não singular quando existe uma
matriz B tal que
AB = BA = I.
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Sistemas Lineares
Classificação de Sistemas Lineares Quadrados
Definition
Dizemos que uma matriz quadrada A é inversível ou não singular quando existe uma
matriz B tal que
AB = BA = I.
A matriz B é chamada de inversa de A e é denotada por A−1.
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Sistemas Lineares
Classificação de Sistemas Lineares Quadrados
Definition
Dizemos que uma matriz quadrada A é inversível ou não singular quando existe uma
matriz B tal que
AB = BA = I.
A matriz B é chamada de inversa de A e é denotada por A−1.
Theorem
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Sistemas Lineares
Classificação de Sistemas Lineares Quadrados
Definition
Dizemos que uma matriz quadrada A é inversível ou não singular quando existe uma
matriz B tal que
AB = BA = I.
A matriz B é chamada de inversa de A e é denotada por A−1.
Theorem
Seja AX = B um sistema linear com n equações e n variáveis. As seguintes afirmações
são equivalentes:
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Sistemas Lineares
Classificação de Sistemas Lineares Quadrados
Definition
Dizemos que uma matriz quadrada A é inversível ou não singular quando existe uma
matriz B tal que
AB = BA = I.
A matriz B é chamada de inversa de A e é denotada por A−1.
Theorem
Seja AX = B um sistema linear com n equações e n variáveis. As seguintes afirmações
são equivalentes:
A é inversível;
o sistema AX = B possui única solução, para toda matriz Bn×1.
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Classificação de Sistemas Lineares Quadrados
Definition
Dizemos que uma matriz quadrada A é inversível ou não singular quando existe uma
matriz B tal que
AB = BA = I.
A matriz B é chamada de inversa de A e é denotada por A−1.
Theorem
Seja AX = B um sistema linear com n equações e n variáveis. As seguintes afirmações
são equivalentes:
A é inversível;
o sistema AX = B possui única solução, para toda matriz Bn×1.
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Sistemas Lineares
Classificação de Sistemas Lineares Quadrados
Definition
Dizemos que uma matriz quadrada A é inversível ou não singular quando existe uma
matriz B tal que
AB = BA = I.
A matriz B é chamada de inversa de A e é denotada por A−1.
Theorem
Seja AX = B um sistema linear com n equações e n variáveis. As seguintes afirmações
são equivalentes:
A é inversível;
o sistema AX = B possui única solução, para toda matriz Bn×1.
6 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Uma reta no plano é um conjunto {(x, y) ∈ R2 : ax + by = c} onde a, b e c são
constantes reais.
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Uma reta no plano é um conjunto {(x, y) ∈ R2 : ax + by = c} onde a, b e c são
constantes reais.
Consideremos o sistema linear:
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Uma reta no plano é um conjunto {(x, y) ∈ R2 : ax + by = c} onde a, b e c são
constantes reais.
Consideremos o sistema linear:
{
a1x + b1y = c1
a2x + b2y = c2.
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Uma reta no plano é um conjunto {(x, y) ∈ R2 : ax + by = c} onde a, b e c são
constantes reais.
Consideremos o sistema linear:
{
a1x + b1y = c1
a2x + b2y = c2.
constituído pelas retas r1 : a1x + b1y = c1 e r2 : a2x + b2y = c2.
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Uma reta no plano é um conjunto {(x, y) ∈ R2 : ax + by = c} onde a, b e c são
constantes reais.
Consideremos o sistema linear:
{
a1x + b1y = c1
a2x + b2y = c2.
constituído pelas retas r1 : a1x + b1y = c1 e r2 : a2x + b2y = c2.
Resolver este sistema significa encontrar um vetor
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Uma reta no plano é um conjunto {(x, y) ∈ R2 : ax + by = c} onde a, b e c são
constantes reais.
Consideremos o sistema linear:
{
a1x + b1y = c1
a2x + b2y = c2.
constituído pelas retas r1 : a1x + b1y = c1 e r2 : a2x + b2y = c2.
Resolver este sistema significa encontrar um vetor
[
x̄ ȳ
]t
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Uma reta no plano é um conjunto {(x, y) ∈ R2 : ax + by = c} onde a, b e c são
constantes reais.
Consideremos o sistema linear:
{
a1x + b1y = c1
a2x + b2y = c2.
constituído pelas retas r1 : a1x + b1y = c1 e r2 : a2x + b2y = c2.
Resolver este sistema significa encontrar um vetor
[
x̄ ȳ
]t
satisfazendo simultaneamente suas equações.
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Uma reta no plano é um conjunto {(x, y) ∈ R2 : ax + by = c} onde a, b e c são
constantes reais.
Consideremos o sistema linear:
{
a1x + b1y = c1
a2x + b2y = c2.
constituído pelas retas r1 : a1x + b1y = c1 e r2 : a2x + b2y = c2.
Resolver este sistema significa encontrar um vetor
[
x̄ ȳ
]t
satisfazendo simultaneamente suas equações.
Geometricamente, isto significa determinar, caso exista, o ponto de interseção entre as
retas r1 e r2, ou seja, P = r1 ∩ r2 = (x̄, ȳ).
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Observe que:
Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução;
Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções.
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Observe que:
Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução;
Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções.
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Observe que:
Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução;
Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções.
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Observe que:
Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução;
Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções.
Se r1||r2 ou r1 ≡ r2, as retas r1 e r2 possuem o mesmo coeficiente angular:
a1
b1
=
a2
b2
,
ou seja, a1b2 − a2b1 = 0.
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Observe que:
Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução;
Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções.
Se r1||r2 ou r1 ≡ r2, as retas r1 e r2 possuem o mesmo coeficiente angular:
a1
b1
=
a2
b2
,
ou seja, a1b2 − a2b1 = 0.
Observe que
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Observe que:
Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução;
Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções.
Se r1||r2 ou r1 ≡ r2, as retas r1 e r2 possuem o mesmo coeficiente angular:
a1
b1
=
a2
b2
,
ou seja, a1b2 − a2b1 = 0.
Observe que
det
([
a1 b1
a2 b2
])
= 0
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Observe que:
Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução;
Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções.
Se r1||r2 ou r1 ≡ r2, as retas r1 e r2 possuem o mesmo coeficiente angular:
a1
b1
=
a2
b2
,
ou seja, a1b2 − a2b1 = 0.
Observe que
det
([
a1 b1
a2 b2
])
= 0 ⇔
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Observe que:
Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução;
Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções.
Se r1||r2 ou r1 ≡ r2, as retas r1 e r2 possuem o mesmo coeficiente angular:
a1
b1
=
a2
b2
,
ou seja, a1b2 − a2b1 = 0.
Observe que
det
([
a1 b1
a2 b2
])
= 0 ⇔ det
([
a1 b1
0 b2 − a2
a1
b1
])
= 0
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Observe que:
Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução;
Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções.
Se r1||r2 ou r1 ≡ r2, as retas r1 e r2 possuem o mesmo coeficiente angular:
a1
b1
=
a2
b2
,
ou seja, a1b2 − a2b1 = 0.
Observe que
det
([
a1 b1
a2 b2
])
= 0 ⇔ det
([
a1 b1
0 b2 − a2
a1
b1
])
= 0 ⇔
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Observe que:
Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução;
Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções.
Se r1||r2 ou r1 ≡ r2, as retas r1 e r2 possuem o mesmo coeficiente angular:
a1
b1
=
a2
b2
,
ou seja, a1b2 − a2b1 = 0.
Observe que
det
([
a1 b1
a2 b2
])
= 0 ⇔ det
([
a1 b1
0 b2 − a2
a1
b1
])
= 0 ⇔ a1b2 − a2b1 = 0.
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2
Observe que:
Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução;
Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções.
Se r1||r2 ou r1 ≡ r2, as retas r1 e r2 possuem o mesmo coeficiente angular:
a1
b1
=
a2
b2
,
ou seja, a1b2 − a2b1 = 0.
Observe que
det
([
a1 b1
a2 b2
])
= 0 ⇔ det
([
a1 b1
0 b2 − a2
a1
b1
])
= 0 ⇔ a1b2 − a2b1 = 0.
Assim, a singularidade da matriz dos coeficientes A, reflete geometricamente em um
paralelismo ou em uma coincidência das retas r1 e r2.
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3
Planos no R3 são conjuntos de pontos do tipo {(x, y, z) ∈ R3 : ax + by + cz = d} onde
a, b, c e d são constantes reais.
8 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3
Planos no R3 são conjuntos de pontos do tipo {(x, y, z) ∈ R3 : ax + by + cz = d} onde
a, b, c e d são constantes reais.
Considere os planos π1 : a1x + b1y + c1z = d1, π2 : a2x + b2y + c2z = d2 e
π3 : a3x + b3y + c3z = d3.
8 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3
Planos no R3 são conjuntos de pontos do tipo {(x, y, z) ∈ R3 : ax + by + cz = d} onde
a, b, c e d são constantes reais.
Considere os planos π1 : a1x + b1y + c1z = d1, π2 : a2x + b2y + c2z = d2 e
π3 : a3x + b3y + c3z = d3.
Seja o sistema constituído pelas equações destes planos:
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3
Planos no R3 são conjuntos de pontos do tipo {(x, y, z) ∈ R3 : ax + by + cz = d} onde
a, b, c e d são constantes reais.
Considere os planos π1 : a1x + b1y + c1z = d1, π2 : a2x + b2y + c2z = d2 e
π3 : a3x + b3y + c3z = d3.
Seja o sistema constituído pelas equações destes planos:



a1x + b1y + c1z = d1
a2x + b2y + c2z = d2
a3x + b3y + c3z = d3
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3
Planos no R3 são conjuntos de pontos do tipo {(x, y, z) ∈ R3 : ax + by + cz = d} onde
a, b, c e d são constantes reais.
Considere os planos π1 : a1x + b1y + c1z = d1, π2 : a2x + b2y + c2z = d2 e
π3 : a3x + b3y + c3z = d3.
Seja o sistema constituído pelas equações destes planos:



a1x + b1y + c1z = d1
a2x + b2y + c2z = d2
a3x + b3y + c3z = d3
Note que se a matriz dos coeficientes A possui vetores LI, a interseção de dois planos
quaisquer deste sistema, digamos
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3
Planos no R3 são conjuntos de pontos do tipo {(x, y, z) ∈ R3 : ax + by + cz = d} onde
a, b, c e d são constantes reais.
Considere os planos π1 : a1x + b1y + c1z = d1, π2 : a2x + b2y + c2z = d2 e
π3 : a3x + b3y + c3z = d3.
Seja o sistema constituído pelas equações destes planos:



a1x + b1y + c1z = d1
a2x + b2y + c2z = d2
a3x + b3y + c3z = d3
Note que se a matriz dos coeficientes A possui vetores LI, a interseção de dois planos
quaisquer deste sistema, digamos
r = π1 ∩ π2 = {(x, y, z) ∈ R3
: a1x + b1y + c1z = d1 e a2x + b2y + c2z = d2}
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3
Planos no R3 são conjuntos de pontos do tipo {(x, y, z) ∈ R3 : ax + by + cz = d} onde
a, b, c e d são constantes reais.
Considere os planos π1 : a1x + b1y + c1z = d1, π2 : a2x + b2y + c2z = d2 e
π3 : a3x + b3y + c3z = d3.
Seja o sistema constituído pelas equações destes planos:



a1x + b1y + c1z = d1
a2x + b2y + c2z = d2
a3x + b3y + c3z = d3
Note que se a matriz dos coeficientes A possui vetores LI, a interseção de dois planos
quaisquer deste sistema, digamos
r = π1 ∩ π2 = {(x, y, z) ∈ R3
: a1x + b1y + c1z = d1 e a2x + b2y + c2z = d2}
representa uma reta em R3.
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3
Assim, a solução
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3
Assim, a solução X̄ =
[
x̄ ȳ z̄
]t
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3
Assim, a solução X̄ =
[
x̄ ȳ z̄
]t
do sistema é dada pela intersecção da reta r com o
plano π3.
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3
Assim, a solução X̄ =
[
x̄ ȳ z̄
]t
do sistema é dada pela intersecção da reta r com o
plano π3.
Observe que, se
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3
Assim, a solução X̄ =
[
x̄ ȳ z̄
]t
do sistema é dada pela intersecção da reta r com o
plano π3.
Observe que, se
det(A) = det




a1 b1 c1
a2 b2 c2
a3 b3 c3



 = 0
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3
Assim, a solução X̄ =
[
x̄ ȳ z̄
]t
do sistema é dada pela intersecção da reta r com o
plano π3.
Observe que, se
det(A) = det




a1 b1 c1
a2 b2 c2
a3 b3 c3



 = 0
geometricamente, teremos que r||π3 ou r ⊂ π3.
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Sistemas Lineares
Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3
Assim, a solução X̄ =
[
x̄ ȳ z̄
]t
do sistema é dada pela intersecção da reta r com o
plano π3.
Observe que, se
det(A) = det




a1 b1 c1
a2 b2 c2
a3 b3 c3



 = 0
geometricamente, teremos que r||π3 ou r ⊂ π3.
Se det(A) 6= 0, então existe uma única solução P = (x̄; ȳ; z̄) para o sistema linear e
P = r ∩ π3.
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Sistemas Lineares
Métodos para a Solução de Sistemas Lineares
9 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
Sistemas Lineares
Métodos para a Solução de Sistemas Lineares
Vimos, no estudo de zeros de funções, que métodos numéricos são ferramentas
utilizadas para a determinação de uma solução aproximada para o problema em
questão.
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Sistemas Lineares
Métodos para a Solução de Sistemas Lineares
Vimos, no estudo de zeros de funções, que métodos numéricos são ferramentas
utilizadas para a determinação de uma solução aproximada para o problema em
questão.
Geralmente, estes são apropriados para determinarmos a solução aproximada de
problemas que tenham uma única solução.
9 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
Sistemas Lineares
Métodos para a Solução de Sistemas Lineares
Vimos, no estudo de zeros de funções, que métodos numéricos são ferramentas
utilizadas para a determinação de uma solução aproximada para o problema em
questão.
Geralmente, estes são apropriados para determinarmos a solução aproximada de
problemas que tenham uma única solução.
De modo análogo, nos concentraremos, portanto, em sistemas lineares onde a
quantidade de variáveis é igual a de equações e cuja solução é única, ou seja, aqueles
para os quais temos o determinante de A não nulo.
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Sistemas Lineares
Métodos para a Solução de Sistemas Lineares
Vimos, no estudo de zeros de funções, que métodos numéricos são ferramentas
utilizadas para a determinação de uma solução aproximada para o problema em
questão.
Geralmente, estes são apropriados para determinarmos a solução aproximada de
problemas que tenham uma única solução.
De modo análogo, nos concentraremos, portanto, em sistemas lineares onde a
quantidade de variáveis é igual a de equações e cuja solução é única, ou seja, aqueles
para os quais temos o determinante de A não nulo.
Os métodos de resolução de um sistema linear são classificados em dois grandes
grupos:
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Sistemas Lineares
Métodos para a Solução de Sistemas Lineares
Vimos, no estudo de zeros de funções, que métodos numéricos são ferramentas
utilizadas para a determinação de uma solução aproximada para o problema em
questão.
Geralmente, estes são apropriados para determinarmos a solução aproximada de
problemas que tenham uma única solução.
De modo análogo, nos concentraremos, portanto, em sistemas lineares onde a
quantidade de variáveis é igual a de equações e cuja solução é única, ou seja, aqueles
para os quais temos o determinante de A não nulo.
Os métodos de resolução de um sistema linear são classificados em dois grandes
grupos:
— Métodos diretos: são aqueles que forneceriam a solução exata, não fossem os erros
de arredondamento, com um número finito de operações.
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Sistemas Lineares
Métodos para a Solução de Sistemas Lineares
Vimos, no estudo de zeros de funções, que métodos numéricos são ferramentas
utilizadas para a determinação de uma solução aproximada para o problema em
questão.
Geralmente, estes são apropriados para determinarmos a solução aproximada de
problemas que tenham uma única solução.
De modo análogo, nos concentraremos, portanto, em sistemas lineares onde a
quantidade de variáveis é igual a de equações e cuja solução é única, ou seja, aqueles
para os quais temos o determinante de A não nulo.
Os métodos de resolução de um sistema linear são classificados em dois grandes
grupos:
— Métodos diretos: são aqueles que forneceriam a solução exata, não fossem os erros
de arredondamento, com um número finito de operações.
— Métodos iterativos: são aqueles que permitem obter a solução aproximada de um
sistema com uma dada precisão através de um processo infinito convergente.
Estudaremos neste capítulo os métodos exatos e os iterativos.
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Sistemas Lineares
REFERÊNCIAS
1 NASCIMENTO, P. H. R. Notas de Aulas: Cálculo Numérico I. Cruz das Almas:
UFRB, 2021.
2 RUGGIERO, M. A. G.; LOPES, V. L. da R. Cálculo Numérico - Aspectos
Teóricos e Computacionais, 2ª edição, Editora Pearson, 1997.
3 CUNHA, F. G. M; CASTRO, J. K. S. Licenciatura em Matemática: Cálculo
Numérico. Fortaleza: UAB/IFCE, 2010.
10 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
Sistemas Lineares
FIM
Votos e agradecimentos
Desejo que esta apresentação aguce sua curiosidade e faça com que você se aprofunde
mais!
Sucesso!
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Sistemas Lineares e Representação Matricial

  • 1. Cálculo Numérico I Universidade Federal do Recôncavo da Bahia 16 de fevereiro de 2021 Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento
  • 2. Sistemas Lineares Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial 2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 3. Sistemas Lineares Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial Definição Um sistema linear é um conjunto de equações lineares: 2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 4. Sistemas Lineares Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial Definição Um sistema linear é um conjunto de equações lineares:          a11x1 + a12x2 + . . . + a1nxn = b1 a21x1 + a22x2 + . . . + a2nxn = b2 . . . am1x1 + am2x2 + . . . + amnxn = bm 2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 5. Sistemas Lineares Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial Definição Se considerarmos 2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 6. Sistemas Lineares Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial Definição Se considerarmos X = [ x1 x2 . . . xn ]t 2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 7. Sistemas Lineares Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial Definição Se considerarmos X = [ x1 x2 . . . xn ]t , B = [ b1 b2 . . . bm ]t 2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 8. Sistemas Lineares Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial Definição Se considerarmos X = [ x1 x2 . . . xn ]t , B = [ b1 b2 . . . bm ]t e A =      a11 a12 . . . a1n a21 a22 . . . a2n . . . . . . ... . . . am1 am2 . . . amn      , 2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 9. Sistemas Lineares Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial Definição podemos representar o sistema por 2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 10. Sistemas Lineares Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial Definição podemos representar o sistema por Am×nXn×1 = Bm×1. 2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 11. Sistemas Lineares Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial Definição podemos representar o sistema por Am×nXn×1 = Bm×1. A matriz A é chamada matriz dos coeficientes, a X matriz das variáveis e B a matriz dos termos independentes. 2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 12. Sistemas Lineares Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial Example O sistema 2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 13. Sistemas Lineares Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial Example O sistema { 2x − 3y = −5 x + y = 5 2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 14. Sistemas Lineares Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial Example O sistema { 2x − 3y = −5 x + y = 5 é linear e pode ser escrito como: 2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 15. Sistemas Lineares Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial Example O sistema { 2x − 3y = −5 x + y = 5 é linear e pode ser escrito como: [ 2 −3 1 1 ] · [ x y ] = [ −5 5 ] 2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 16. Sistemas Lineares Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial São exemplos de sistemas não lineares: 2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 17. Sistemas Lineares Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial São exemplos de sistemas não lineares: (a)    x2 1 − √ x2 = 0 3x1 − 1 x2 = −1 2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 18. Sistemas Lineares Definição de um Sistema Linear e sua representação matricial São exemplos de sistemas não lineares: (a)    x2 1 − √ x2 = 0 3x1 − 1 x2 = −1 (b)     ∂f ∂x (x0, y0) ∂f ∂y (x0, y0)     =   2x −1 2 √ y 3 2x−3   2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 19. Sistemas Lineares Solução de um Sistema Linear 3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 20. Sistemas Lineares Solução de um Sistema Linear Definition Um vetor X̄ é uma solução de um sistema linear quando satisfaz todas as equações que compõem este sistema. 3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 21. Sistemas Lineares Solução de um Sistema Linear Definition Um vetor X̄ é uma solução de um sistema linear quando satisfaz todas as equações que compõem este sistema. Example O vetor [ 2 3 ]t é solução do sistema { 2x − 3y = −5 x + y = 5 3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 22. Sistemas Lineares Solução de um Sistema Linear Definition Um vetor X̄ é uma solução de um sistema linear quando satisfaz todas as equações que compõem este sistema. Example O vetor [ 2 3 ]t é solução do sistema { 2x − 3y = −5 x + y = 5 Verifique! 3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 23. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 24. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear Consideremos a aplicação 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 25. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear Consideremos a aplicação S : Rn → Rm X 7→ AX , A ∈ Rm×n 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 26. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear Consideremos a aplicação S : Rn → Rm X 7→ AX , A ∈ Rm×n Definição de alguns conjuntos associados à aplicação S O conjunto: {B ∈ Rm; ∃ X ∈ Rn, B = AX} é chamado imagem da aplicação S e é denotado por Im(S). {X ∈ Rn; AX = 0} é chamado núcleo (ou espaço nulo) de S e é denotado por N(S) ou ker(S); 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 27. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear Consideremos a aplicação S : Rn → Rm X 7→ AX , A ∈ Rm×n Definição de alguns conjuntos associados à aplicação S O conjunto: {B ∈ Rm; ∃ X ∈ Rn, B = AX} é chamado imagem da aplicação S e é denotado por Im(S). {X ∈ Rn; AX = 0} é chamado núcleo (ou espaço nulo) de S e é denotado por N(S) ou ker(S); 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 28. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear Consideremos a aplicação S : Rn → Rm X 7→ AX , A ∈ Rm×n Definição de alguns conjuntos associados à aplicação S O conjunto: {B ∈ Rm; ∃ X ∈ Rn, B = AX} é chamado imagem da aplicação S e é denotado por Im(S). {X ∈ Rn; AX = 0} é chamado núcleo (ou espaço nulo) de S e é denotado por N(S) ou ker(S); 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 29. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear Sabemos, da Álgebra Linear, que a dimensão de um espaço vetorial V (dim(V)) é igual a quantidade de vetores da base (conjunto de vetores linearmente independentes que gera o espaço V). Como iremos trabalhar com sistemas lineares, lembremos que: 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 30. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear Sabemos, da Álgebra Linear, que a dimensão de um espaço vetorial V (dim(V)) é igual a quantidade de vetores da base (conjunto de vetores linearmente independentes que gera o espaço V). Como iremos trabalhar com sistemas lineares, lembremos que: O posto e a nulidade de S o posto de S é a dimensão da imagem (posto(S) = dim(Im(S))). a nulidade de S é a dimensão do núcleo de S. 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 31. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear Sabemos, da Álgebra Linear, que a dimensão de um espaço vetorial V (dim(V)) é igual a quantidade de vetores da base (conjunto de vetores linearmente independentes que gera o espaço V). Como iremos trabalhar com sistemas lineares, lembremos que: O posto e a nulidade de S o posto de S é a dimensão da imagem (posto(S) = dim(Im(S))). a nulidade de S é a dimensão do núcleo de S. 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 32. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear Sabemos, da Álgebra Linear, que a dimensão de um espaço vetorial V (dim(V)) é igual a quantidade de vetores da base (conjunto de vetores linearmente independentes que gera o espaço V). Como iremos trabalhar com sistemas lineares, lembremos que: O posto e a nulidade de S o posto de S é a dimensão da imagem (posto(S) = dim(Im(S))). Esta dimensão pode ser determinada pela quantidade de linhas não nulas de A′, a matriz obtida por um processo de escalonamento da matriz A; a nulidade de S é a dimensão do núcleo de S. 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 33. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear Sabemos, da Álgebra Linear, que a dimensão de um espaço vetorial V (dim(V)) é igual a quantidade de vetores da base (conjunto de vetores linearmente independentes que gera o espaço V). Como iremos trabalhar com sistemas lineares, lembremos que: O posto e a nulidade de S o posto de S é a dimensão da imagem (posto(S) = dim(Im(S))). Esta dimensão pode ser determinada pela quantidade de linhas não nulas de A′, a matriz obtida por um processo de escalonamento da matriz A; a nulidade de S é a dimensão do núcleo de S. 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 34. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear Sabemos, da Álgebra Linear, que a dimensão de um espaço vetorial V (dim(V)) é igual a quantidade de vetores da base (conjunto de vetores linearmente independentes que gera o espaço V). Como iremos trabalhar com sistemas lineares, lembremos que: O posto e a nulidade de S o posto de S é a dimensão da imagem (posto(S) = dim(Im(S))). Esta dimensão pode ser determinada pela quantidade de linhas não nulas de A′, a matriz obtida por um processo de escalonamento da matriz A; a nulidade de S é a dimensão do núcleo de S. Esta dimensão pode ser determinada pela quantidade de linhas nulas de A′, a matriz obtida por um processo de escalonamento da matriz A. 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 35. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear Podemos entender um sistema linear 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 36. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear Podemos entender um sistema linear Am×nXn×1 = Bm×1, 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 37. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear Podemos entender um sistema linear Am×nXn×1 = Bm×1, de m equações lineares com n incógnitas, portanto, como sendo um conjunto de equações que determinam o subconjunto do domínio de S, também conhecido como a solução do sistema linear, que está associado a um vetor B ∈ Rm, B = AX. 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 38. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear Podemos entender um sistema linear Am×nXn×1 = Bm×1, de m equações lineares com n incógnitas, portanto, como sendo um conjunto de equações que determinam o subconjunto do domínio de S, também conhecido como a solução do sistema linear, que está associado a um vetor B ∈ Rm, B = AX. Aqui, como o nosso objetivo é o de definir métodos para a obtenção deste conjunto estaremos interessados em sistemas com solução única. 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 39. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear Podemos entender um sistema linear Am×nXn×1 = Bm×1, de m equações lineares com n incógnitas, portanto, como sendo um conjunto de equações que determinam o subconjunto do domínio de S, também conhecido como a solução do sistema linear, que está associado a um vetor B ∈ Rm, B = AX. Aqui, como o nosso objetivo é o de definir métodos para a obtenção deste conjunto estaremos interessados em sistemas com solução única. Portanto, devemos nos preocupar com a existência e a unicidade da solução deste sistema. O resultado que trata dessa questão é Teorema de Rouche-Capelli. 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 40. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear O sistema linear quando possui conjunto solução unitário, dizemos que é um sistema possível e determinado; infinito, dizemos que é um sistema possível e indeterminado; vazio, dizemos que é um sistema impossível. 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 41. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear O sistema linear quando possui conjunto solução unitário, dizemos que é um sistema possível e determinado; infinito, dizemos que é um sistema possível e indeterminado; vazio, dizemos que é um sistema impossível. 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 42. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear O sistema linear quando possui conjunto solução unitário, dizemos que é um sistema possível e determinado; infinito, dizemos que é um sistema possível e indeterminado; vazio, dizemos que é um sistema impossível. 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 43. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear O sistema linear quando possui conjunto solução unitário, dizemos que é um sistema possível e determinado; infinito, dizemos que é um sistema possível e indeterminado; vazio, dizemos que é um sistema impossível. 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 44. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear O sistema linear quando possui conjunto solução unitário, dizemos que é um sistema possível e determinado; infinito, dizemos que é um sistema possível e indeterminado; vazio, dizemos que é um sistema impossível. Seja Am×nX = B um sistema de equações lineares, dim(Im(A)) = δ e min{m, n} = ν. A classificação do sistema linear segue conforme tabela abaixo: 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 45. Sistemas Lineares Classificação de um sistema linear O sistema linear quando possui conjunto solução unitário, dizemos que é um sistema possível e determinado; infinito, dizemos que é um sistema possível e indeterminado; vazio, dizemos que é um sistema impossível. Seja Am×nX = B um sistema de equações lineares, dim(Im(A)) = δ e min{m, n} = ν. A classificação do sistema linear segue conforme tabela abaixo: Am×n m = n m < n m > n B ∈ Im(A) e δ = ν det indet única B 6∈ Im(A) e δ = ν det indet imp B ∈ Im(A) e δ < ν indet indet indet B 6∈ Im(A) e ν < ν imp imp imp 4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 46. Sistemas Lineares Exemplos 1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é possível determinado. 2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o sistema é possível indeterminado. 3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o sistema é impossível. 5 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 47. Sistemas Lineares Exemplos Daremos exemplos de sistemas lineares Am×n · X = B, relacionando a matriz dos coeficientes e os tipos de solução do sistema linear. 1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é possível determinado. 2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o sistema é possível indeterminado. 3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o sistema é impossível. 5 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 48. Sistemas Lineares Exemplos 1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é possível determinado. 2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o sistema é possível indeterminado. 3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o sistema é impossível. 5 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 49. Sistemas Lineares Exemplos 1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é possível determinado. Example Classifique o sistema { 2x1 − x2 = 3 3x1 + 4x2 = 10 2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o sistema é possível indeterminado. 3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o sistema é impossível. 5 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 50. Sistemas Lineares Exemplos 1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é possível determinado. Example Classifique o sistema { 2x1 − x2 = 3 3x1 + 4x2 = 10 Observe que o sistema possui número de equações lineares igual ao número de incógnitas (m = n) e como a matriz A dos coeficientes possuem colunas que são linearmente independentes, temos que dim(Im(A)) = 2, o que o torna um sistema possível e determinado. De fato, o sistema possui como solução o vetor X = (2 1)t. 2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o sistema é possível indeterminado. 3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o 5 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 51. Sistemas Lineares Exemplos 1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é possível determinado. Example Classifique o sistema { 2x1 − x2 = 3 3x1 + 4x2 = 10 Observe que o sistema possui número de equações lineares igual ao número de incógnitas (m = n) e como a matriz A dos coeficientes possuem colunas que são linearmente independentes, temos que dim(Im(A)) = 2, o que o torna um sistema possível e determinado. De fato, o sistema possui como solução o vetor X = (2 1)t. Observe que a solução neste caso é um único ponto intersecção entre o gráfico das retas. 2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o 5 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 52. Sistemas Lineares Exemplos 1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é possível determinado. 2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o sistema é possível indeterminado. 3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o sistema é impossível. 5 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 53. Sistemas Lineares Exemplos 1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é possível determinado. 2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o sistema é possível indeterminado. Example Classifique o sistema: { 2x1 − 4x2 = 6 3x1 − 6x2 = 9 3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o sistema é impossível. 5 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 54. Sistemas Lineares Exemplos 1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é possível determinado. 2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o sistema é possível indeterminado. Example Classifique o sistema: { 2x1 − 4x2 = 6 3x1 − 6x2 = 9 Observe que o sistema possui duas equações lineares e duas incógnitas (m = n), porém, a matriz A dos coeficientes possuem colunas que são linearmente dependentes. 3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o sistema é impossível. 5 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 55. Sistemas Lineares Exemplos 1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é possível determinado. 2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o sistema é possível indeterminado. Example Classifique o sistema: { 2x1 − 4x2 = 6 3x1 − 6x2 = 9 Observe que o sistema possui duas equações lineares e duas incógnitas (m = n), porém, a matriz A dos coeficientes possuem colunas que são linearmente dependentes. Assim, dim(Im(A)) = 1. Como B ∈ Im(A), o sistema é possível e indeterminado. Observe que o gráfico das retas coincidem. 3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o 5 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 56. Sistemas Lineares Exemplos 1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é possível determinado. 2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o sistema é possível indeterminado. 3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o sistema é impossível. 5 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 57. Sistemas Lineares Exemplos 1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é possível determinado. 2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o sistema é possível indeterminado. 3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o sistema é impossível. Example Classifique o sistema { 2x1 − 4x2 = 3 3x1 − 6x2 = 5 5 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 58. Sistemas Lineares Exemplos 1 Se a matriz A é quadrada de ordem n e dim(Im(A)) = n, então o sistema é possível determinado. 2 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B ∈ Im(A), então o sistema é possível indeterminado. 3 Se a matriz A é quadrada de ordem n, dim(Im(A)) < n e B 6∈ Im(A), então o sistema é impossível. Example Classifique o sistema { 2x1 − 4x2 = 3 3x1 − 6x2 = 5 Como visto anteriormente, o sistema possui duas equações lineares, duas incógnitas e dim(Im(A)) = 1. Como B 6∈ Im(A), o sistema é incompatível. 5 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 59. Sistemas Lineares Classificação de Sistemas Lineares Quadrados 6 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 60. Sistemas Lineares Classificação de Sistemas Lineares Quadrados Definition 6 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 61. Sistemas Lineares Classificação de Sistemas Lineares Quadrados Definition Dizemos que uma matriz quadrada A é inversível ou não singular quando existe uma matriz B tal que 6 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 62. Sistemas Lineares Classificação de Sistemas Lineares Quadrados Definition Dizemos que uma matriz quadrada A é inversível ou não singular quando existe uma matriz B tal que AB = BA = I. 6 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 63. Sistemas Lineares Classificação de Sistemas Lineares Quadrados Definition Dizemos que uma matriz quadrada A é inversível ou não singular quando existe uma matriz B tal que AB = BA = I. A matriz B é chamada de inversa de A e é denotada por A−1. 6 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 64. Sistemas Lineares Classificação de Sistemas Lineares Quadrados Definition Dizemos que uma matriz quadrada A é inversível ou não singular quando existe uma matriz B tal que AB = BA = I. A matriz B é chamada de inversa de A e é denotada por A−1. Theorem 6 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 65. Sistemas Lineares Classificação de Sistemas Lineares Quadrados Definition Dizemos que uma matriz quadrada A é inversível ou não singular quando existe uma matriz B tal que AB = BA = I. A matriz B é chamada de inversa de A e é denotada por A−1. Theorem Seja AX = B um sistema linear com n equações e n variáveis. As seguintes afirmações são equivalentes: 6 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 66. Sistemas Lineares Classificação de Sistemas Lineares Quadrados Definition Dizemos que uma matriz quadrada A é inversível ou não singular quando existe uma matriz B tal que AB = BA = I. A matriz B é chamada de inversa de A e é denotada por A−1. Theorem Seja AX = B um sistema linear com n equações e n variáveis. As seguintes afirmações são equivalentes: A é inversível; o sistema AX = B possui única solução, para toda matriz Bn×1. 6 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 67. Sistemas Lineares Classificação de Sistemas Lineares Quadrados Definition Dizemos que uma matriz quadrada A é inversível ou não singular quando existe uma matriz B tal que AB = BA = I. A matriz B é chamada de inversa de A e é denotada por A−1. Theorem Seja AX = B um sistema linear com n equações e n variáveis. As seguintes afirmações são equivalentes: A é inversível; o sistema AX = B possui única solução, para toda matriz Bn×1. 6 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 68. Sistemas Lineares Classificação de Sistemas Lineares Quadrados Definition Dizemos que uma matriz quadrada A é inversível ou não singular quando existe uma matriz B tal que AB = BA = I. A matriz B é chamada de inversa de A e é denotada por A−1. Theorem Seja AX = B um sistema linear com n equações e n variáveis. As seguintes afirmações são equivalentes: A é inversível; o sistema AX = B possui única solução, para toda matriz Bn×1. 6 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 69. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 70. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Uma reta no plano é um conjunto {(x, y) ∈ R2 : ax + by = c} onde a, b e c são constantes reais. 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 71. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Uma reta no plano é um conjunto {(x, y) ∈ R2 : ax + by = c} onde a, b e c são constantes reais. Consideremos o sistema linear: 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 72. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Uma reta no plano é um conjunto {(x, y) ∈ R2 : ax + by = c} onde a, b e c são constantes reais. Consideremos o sistema linear: { a1x + b1y = c1 a2x + b2y = c2. 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 73. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Uma reta no plano é um conjunto {(x, y) ∈ R2 : ax + by = c} onde a, b e c são constantes reais. Consideremos o sistema linear: { a1x + b1y = c1 a2x + b2y = c2. constituído pelas retas r1 : a1x + b1y = c1 e r2 : a2x + b2y = c2. 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 74. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Uma reta no plano é um conjunto {(x, y) ∈ R2 : ax + by = c} onde a, b e c são constantes reais. Consideremos o sistema linear: { a1x + b1y = c1 a2x + b2y = c2. constituído pelas retas r1 : a1x + b1y = c1 e r2 : a2x + b2y = c2. Resolver este sistema significa encontrar um vetor 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 75. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Uma reta no plano é um conjunto {(x, y) ∈ R2 : ax + by = c} onde a, b e c são constantes reais. Consideremos o sistema linear: { a1x + b1y = c1 a2x + b2y = c2. constituído pelas retas r1 : a1x + b1y = c1 e r2 : a2x + b2y = c2. Resolver este sistema significa encontrar um vetor [ x̄ ȳ ]t 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 76. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Uma reta no plano é um conjunto {(x, y) ∈ R2 : ax + by = c} onde a, b e c são constantes reais. Consideremos o sistema linear: { a1x + b1y = c1 a2x + b2y = c2. constituído pelas retas r1 : a1x + b1y = c1 e r2 : a2x + b2y = c2. Resolver este sistema significa encontrar um vetor [ x̄ ȳ ]t satisfazendo simultaneamente suas equações. 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 77. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Uma reta no plano é um conjunto {(x, y) ∈ R2 : ax + by = c} onde a, b e c são constantes reais. Consideremos o sistema linear: { a1x + b1y = c1 a2x + b2y = c2. constituído pelas retas r1 : a1x + b1y = c1 e r2 : a2x + b2y = c2. Resolver este sistema significa encontrar um vetor [ x̄ ȳ ]t satisfazendo simultaneamente suas equações. Geometricamente, isto significa determinar, caso exista, o ponto de interseção entre as retas r1 e r2, ou seja, P = r1 ∩ r2 = (x̄, ȳ). 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 78. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Observe que: Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução; Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções. 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 79. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Observe que: Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução; Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções. 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 80. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Observe que: Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução; Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções. 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 81. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Observe que: Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução; Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções. Se r1||r2 ou r1 ≡ r2, as retas r1 e r2 possuem o mesmo coeficiente angular: a1 b1 = a2 b2 , ou seja, a1b2 − a2b1 = 0. 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 82. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Observe que: Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução; Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções. Se r1||r2 ou r1 ≡ r2, as retas r1 e r2 possuem o mesmo coeficiente angular: a1 b1 = a2 b2 , ou seja, a1b2 − a2b1 = 0. Observe que 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 83. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Observe que: Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução; Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções. Se r1||r2 ou r1 ≡ r2, as retas r1 e r2 possuem o mesmo coeficiente angular: a1 b1 = a2 b2 , ou seja, a1b2 − a2b1 = 0. Observe que det ([ a1 b1 a2 b2 ]) = 0 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 84. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Observe que: Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução; Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções. Se r1||r2 ou r1 ≡ r2, as retas r1 e r2 possuem o mesmo coeficiente angular: a1 b1 = a2 b2 , ou seja, a1b2 − a2b1 = 0. Observe que det ([ a1 b1 a2 b2 ]) = 0 ⇔ 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 85. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Observe que: Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução; Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções. Se r1||r2 ou r1 ≡ r2, as retas r1 e r2 possuem o mesmo coeficiente angular: a1 b1 = a2 b2 , ou seja, a1b2 − a2b1 = 0. Observe que det ([ a1 b1 a2 b2 ]) = 0 ⇔ det ([ a1 b1 0 b2 − a2 a1 b1 ]) = 0 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 86. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Observe que: Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução; Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções. Se r1||r2 ou r1 ≡ r2, as retas r1 e r2 possuem o mesmo coeficiente angular: a1 b1 = a2 b2 , ou seja, a1b2 − a2b1 = 0. Observe que det ([ a1 b1 a2 b2 ]) = 0 ⇔ det ([ a1 b1 0 b2 − a2 a1 b1 ]) = 0 ⇔ 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 87. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Observe que: Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução; Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções. Se r1||r2 ou r1 ≡ r2, as retas r1 e r2 possuem o mesmo coeficiente angular: a1 b1 = a2 b2 , ou seja, a1b2 − a2b1 = 0. Observe que det ([ a1 b1 a2 b2 ]) = 0 ⇔ det ([ a1 b1 0 b2 − a2 a1 b1 ]) = 0 ⇔ a1b2 − a2b1 = 0. 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 88. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 2 × 2 Observe que: Se r1 e r2 são duas retas que não se intersectam, o sistema não tem solução; Se r1 e r2 são coincidentes, o sistema possui infinitas soluções. Se r1||r2 ou r1 ≡ r2, as retas r1 e r2 possuem o mesmo coeficiente angular: a1 b1 = a2 b2 , ou seja, a1b2 − a2b1 = 0. Observe que det ([ a1 b1 a2 b2 ]) = 0 ⇔ det ([ a1 b1 0 b2 − a2 a1 b1 ]) = 0 ⇔ a1b2 − a2b1 = 0. Assim, a singularidade da matriz dos coeficientes A, reflete geometricamente em um paralelismo ou em uma coincidência das retas r1 e r2. 7 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 89. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3 8 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 90. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3 Planos no R3 são conjuntos de pontos do tipo {(x, y, z) ∈ R3 : ax + by + cz = d} onde a, b, c e d são constantes reais. 8 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 91. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3 Planos no R3 são conjuntos de pontos do tipo {(x, y, z) ∈ R3 : ax + by + cz = d} onde a, b, c e d são constantes reais. Considere os planos π1 : a1x + b1y + c1z = d1, π2 : a2x + b2y + c2z = d2 e π3 : a3x + b3y + c3z = d3. 8 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 92. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3 Planos no R3 são conjuntos de pontos do tipo {(x, y, z) ∈ R3 : ax + by + cz = d} onde a, b, c e d são constantes reais. Considere os planos π1 : a1x + b1y + c1z = d1, π2 : a2x + b2y + c2z = d2 e π3 : a3x + b3y + c3z = d3. Seja o sistema constituído pelas equações destes planos: 8 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 93. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3 Planos no R3 são conjuntos de pontos do tipo {(x, y, z) ∈ R3 : ax + by + cz = d} onde a, b, c e d são constantes reais. Considere os planos π1 : a1x + b1y + c1z = d1, π2 : a2x + b2y + c2z = d2 e π3 : a3x + b3y + c3z = d3. Seja o sistema constituído pelas equações destes planos:    a1x + b1y + c1z = d1 a2x + b2y + c2z = d2 a3x + b3y + c3z = d3 8 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 94. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3 Planos no R3 são conjuntos de pontos do tipo {(x, y, z) ∈ R3 : ax + by + cz = d} onde a, b, c e d são constantes reais. Considere os planos π1 : a1x + b1y + c1z = d1, π2 : a2x + b2y + c2z = d2 e π3 : a3x + b3y + c3z = d3. Seja o sistema constituído pelas equações destes planos:    a1x + b1y + c1z = d1 a2x + b2y + c2z = d2 a3x + b3y + c3z = d3 Note que se a matriz dos coeficientes A possui vetores LI, a interseção de dois planos quaisquer deste sistema, digamos 8 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 95. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3 Planos no R3 são conjuntos de pontos do tipo {(x, y, z) ∈ R3 : ax + by + cz = d} onde a, b, c e d são constantes reais. Considere os planos π1 : a1x + b1y + c1z = d1, π2 : a2x + b2y + c2z = d2 e π3 : a3x + b3y + c3z = d3. Seja o sistema constituído pelas equações destes planos:    a1x + b1y + c1z = d1 a2x + b2y + c2z = d2 a3x + b3y + c3z = d3 Note que se a matriz dos coeficientes A possui vetores LI, a interseção de dois planos quaisquer deste sistema, digamos r = π1 ∩ π2 = {(x, y, z) ∈ R3 : a1x + b1y + c1z = d1 e a2x + b2y + c2z = d2} 8 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 96. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3 Planos no R3 são conjuntos de pontos do tipo {(x, y, z) ∈ R3 : ax + by + cz = d} onde a, b, c e d são constantes reais. Considere os planos π1 : a1x + b1y + c1z = d1, π2 : a2x + b2y + c2z = d2 e π3 : a3x + b3y + c3z = d3. Seja o sistema constituído pelas equações destes planos:    a1x + b1y + c1z = d1 a2x + b2y + c2z = d2 a3x + b3y + c3z = d3 Note que se a matriz dos coeficientes A possui vetores LI, a interseção de dois planos quaisquer deste sistema, digamos r = π1 ∩ π2 = {(x, y, z) ∈ R3 : a1x + b1y + c1z = d1 e a2x + b2y + c2z = d2} representa uma reta em R3. 8 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 97. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3 Assim, a solução 8 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 98. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3 Assim, a solução X̄ = [ x̄ ȳ z̄ ]t 8 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 99. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3 Assim, a solução X̄ = [ x̄ ȳ z̄ ]t do sistema é dada pela intersecção da reta r com o plano π3. 8 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 100. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3 Assim, a solução X̄ = [ x̄ ȳ z̄ ]t do sistema é dada pela intersecção da reta r com o plano π3. Observe que, se 8 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 101. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3 Assim, a solução X̄ = [ x̄ ȳ z̄ ]t do sistema é dada pela intersecção da reta r com o plano π3. Observe que, se det(A) = det     a1 b1 c1 a2 b2 c2 a3 b3 c3     = 0 8 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 102. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3 Assim, a solução X̄ = [ x̄ ȳ z̄ ]t do sistema é dada pela intersecção da reta r com o plano π3. Observe que, se det(A) = det     a1 b1 c1 a2 b2 c2 a3 b3 c3     = 0 geometricamente, teremos que r||π3 ou r ⊂ π3. 8 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 103. Sistemas Lineares Interpretação Geométrica de Sistemas 3 × 3 Assim, a solução X̄ = [ x̄ ȳ z̄ ]t do sistema é dada pela intersecção da reta r com o plano π3. Observe que, se det(A) = det     a1 b1 c1 a2 b2 c2 a3 b3 c3     = 0 geometricamente, teremos que r||π3 ou r ⊂ π3. Se det(A) 6= 0, então existe uma única solução P = (x̄; ȳ; z̄) para o sistema linear e P = r ∩ π3. 8 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 104. Sistemas Lineares Métodos para a Solução de Sistemas Lineares 9 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 105. Sistemas Lineares Métodos para a Solução de Sistemas Lineares Vimos, no estudo de zeros de funções, que métodos numéricos são ferramentas utilizadas para a determinação de uma solução aproximada para o problema em questão. 9 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 106. Sistemas Lineares Métodos para a Solução de Sistemas Lineares Vimos, no estudo de zeros de funções, que métodos numéricos são ferramentas utilizadas para a determinação de uma solução aproximada para o problema em questão. Geralmente, estes são apropriados para determinarmos a solução aproximada de problemas que tenham uma única solução. 9 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 107. Sistemas Lineares Métodos para a Solução de Sistemas Lineares Vimos, no estudo de zeros de funções, que métodos numéricos são ferramentas utilizadas para a determinação de uma solução aproximada para o problema em questão. Geralmente, estes são apropriados para determinarmos a solução aproximada de problemas que tenham uma única solução. De modo análogo, nos concentraremos, portanto, em sistemas lineares onde a quantidade de variáveis é igual a de equações e cuja solução é única, ou seja, aqueles para os quais temos o determinante de A não nulo. 9 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 108. Sistemas Lineares Métodos para a Solução de Sistemas Lineares Vimos, no estudo de zeros de funções, que métodos numéricos são ferramentas utilizadas para a determinação de uma solução aproximada para o problema em questão. Geralmente, estes são apropriados para determinarmos a solução aproximada de problemas que tenham uma única solução. De modo análogo, nos concentraremos, portanto, em sistemas lineares onde a quantidade de variáveis é igual a de equações e cuja solução é única, ou seja, aqueles para os quais temos o determinante de A não nulo. Os métodos de resolução de um sistema linear são classificados em dois grandes grupos: 9 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 109. Sistemas Lineares Métodos para a Solução de Sistemas Lineares Vimos, no estudo de zeros de funções, que métodos numéricos são ferramentas utilizadas para a determinação de uma solução aproximada para o problema em questão. Geralmente, estes são apropriados para determinarmos a solução aproximada de problemas que tenham uma única solução. De modo análogo, nos concentraremos, portanto, em sistemas lineares onde a quantidade de variáveis é igual a de equações e cuja solução é única, ou seja, aqueles para os quais temos o determinante de A não nulo. Os métodos de resolução de um sistema linear são classificados em dois grandes grupos: — Métodos diretos: são aqueles que forneceriam a solução exata, não fossem os erros de arredondamento, com um número finito de operações. 9 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 110. Sistemas Lineares Métodos para a Solução de Sistemas Lineares Vimos, no estudo de zeros de funções, que métodos numéricos são ferramentas utilizadas para a determinação de uma solução aproximada para o problema em questão. Geralmente, estes são apropriados para determinarmos a solução aproximada de problemas que tenham uma única solução. De modo análogo, nos concentraremos, portanto, em sistemas lineares onde a quantidade de variáveis é igual a de equações e cuja solução é única, ou seja, aqueles para os quais temos o determinante de A não nulo. Os métodos de resolução de um sistema linear são classificados em dois grandes grupos: — Métodos diretos: são aqueles que forneceriam a solução exata, não fossem os erros de arredondamento, com um número finito de operações. — Métodos iterativos: são aqueles que permitem obter a solução aproximada de um sistema com uma dada precisão através de um processo infinito convergente. Estudaremos neste capítulo os métodos exatos e os iterativos. 9 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 111. Sistemas Lineares REFERÊNCIAS 1 NASCIMENTO, P. H. R. Notas de Aulas: Cálculo Numérico I. Cruz das Almas: UFRB, 2021. 2 RUGGIERO, M. A. G.; LOPES, V. L. da R. Cálculo Numérico - Aspectos Teóricos e Computacionais, 2ª edição, Editora Pearson, 1997. 3 CUNHA, F. G. M; CASTRO, J. K. S. Licenciatura em Matemática: Cálculo Numérico. Fortaleza: UAB/IFCE, 2010. 10 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021
  • 112. Sistemas Lineares FIM Votos e agradecimentos Desejo que esta apresentação aguce sua curiosidade e faça com que você se aprofunde mais! Sucesso! 11 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 16 de fevereiro de 2021