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MÓDULO II – PARTE 12                                 MATEMÁTICA
                         Projeto
                        Vestibular                   Matrizes e Sistemas                                   Prof. Bruno Vianna



INTRODUÇÃO À TEORIA DAS MATRIZES                                          2.5) Matriz Quadrada (de ordem n) : é toda matriz do tipo n x
                                                                          n, isto é, é uma matriz que tem o nº de linhas igual ao nº de
1 - Noção de Matriz:                                                      colunas (m = n).
         Dados dois números m e n naturais e não nulos,
chama-se matriz m por n (indica-se m x n) toda tabela M                    2.5.1) Chama-se Diagonal principal     de uma matriz
formada por números reais distribuídos em m linhas e n                    quadrada de ordem n o conjunto dos elementos que tem ( i
colunas.                                                                  =j)

  4 2                                  1                                 2.5.2) Chama-se Diagonal secundária de uma matriz
Ex6 3 é matriz 2 x 2.                  0 é matriz 2 x 1               quadrada de ordem n o conjunto dos elementos que têm
                                                                      (i + j = n + 1)
5 6
4 0 é matriz 3 x 2
                                    [ 3] é matriz 1 x 1
                                                                          Ex:
                                                                                        1 6
1 2 
                                                                                        5 4       quadrada de ordem 2
                                                                                             
2 - Matrizes especiais :                                                        Diag secundária      Diag principal

2.1)Matriz Genérica: Uma matriz M do tipo m x n também
pode ser indicada por : M = (a ij) m x n onde i ∈ {1,2,3,...,m} e j       2.6) Matriz Diagonal: É toda matriz quadrada em que os
∈ {1,2,3,...,n}, onde i ( representa a posição da linha em que            elementos que não pertencem à diagonal principal são iguais
o elemento se encontra) e j (representa a posição da coluna               a zeros.
em que o elemento se encontra).
                                                                          Ex.
                            a 11   a 12    ... a 1n                                        1 0 0 
                           a       a 22    ... a 2 n                    2 0              0 0 0                     0 0
                       M =  21                                          0 1                                        0 0
                            :       :      ...   :                                       0 0 −2                       
                                                                                                 
                           a m1    a m2    ... a mn  m x n

2.2) Matriz Linha: É toda matriz do tipo 1 x n, isto é, é uma             2.7) Matriz Unidade ou IDENTIDADE: É toda matriz quadrada
matriz que tem uma unica linha.                                           de ordem n (indica-se por In) em que os elementos da

      [1   −3 0]1 x 3
                                                                          diagonal principal são iguais a 1 e os demais elementos iguais
Ex.                                                                       a 0.
                                                                          Ex
2.3) Matriz Coluna: É toda matriz do tipo m x 1, isto é, é uma
matriz que tem uma única coluna.                                                                    1 0 0
                                                                               1 0
                                                                                              I 3 = 0 1 0
Ex
                                                                          I2 =                         
           1                                                                 0 1
           0   2x1                                                                                0 0 1
                                                                                                         
            
                                                                          3 - Igualdade de Matrizes:
2.4) Matriz nula: é toda matriz que tem todos os elementos
iguais a zero.
                                                                                 Duas matrizes A = (a ij) m x n e B = (b ij) m x n são iguais
                                                                          quando a ij = b ij para todo i ∈ {1,2,3,...,m} e j ∈ {1,2,3,...,n}.
   0 0
                            0 0
Ex. 0 0                       0 0
       
   0 0 3 x 2                   2x2                                          4 2       4 2 
                                                                        A=    6 3 e B = 6 3 , A = B , pois os
                                                                                              

                                                                          elementos de mesmo índice são iguais a ij = b ij.

                                                                                                                                       2011
                                                                      1
MÓDULO II – PARTE 12                                         MATEMÁTICA
                        Projeto
                       Vestibular                      Matrizes e Sistemas                                             Prof. Bruno Vianna



OPERAÇÕES MATRICIAIS                                                                1         2    2.1       2.2     2       4
                                                                              Ex: 2
                                                                                    −1 0 = 2.( −1) 2.0 = −2 0
1 - ADIÇÃO:                                                                                                  
            Duas matrizes A = (a ij)m x n e B = (b ij)m x n .Chama-se A
+ B a matriz C =(c ij)m x n tal que:                                                     1          
                                                                                        − 2 . ( −1)         1
c ij = a ij + b ij                                                               −1                       2
                                                                              −  4  =  − .4  =
                                                                               1             1                 −2 
                                                                               2   2                       
           4 2  +  3 1 = 4 + 3 2 + 1       7 3                           0 
                                                                                                            0
           6 3 2 1 6 + 2 3 + 1 =                                                     − .0 
Ex :                                                                                         1
                                                 8 4                                                         
                                                                                                               
                                                                                 2
                                                                                                    
                                                                                                     

            1  −3  1 − 3           −2                                 Propriedades:
           −2  +  1  =  −2 + 1 =    −1
                                                                      (i) a . (b . A) = (ab) . A
            0  −5  0 − 5 
                                    −5
                                          
                                                                              (ii) a . (A + B) = a.A + a.B

           2 1 1 impossível                                               (iii) (a + b) . A = a.A + b.A
           1 1 + 2 =
                                                                          (iv) 1. A = A
                                                                              3 - PRODUTO DE MATRIZES:
Propriedades da Adição de Matrizes:
                                                                                          Duas matrizes A = (a ij)m x n e B = (b jk)n x p . Chama-se
(i) é associativa : (A + B) + C = A + (B + C) quaisquer que
                                                                              produto AB a matriz C = (cik)m x p , tal que:
sejam A , B e C do tipo m x n;
                                                                               c ik = a i1 . b 1k + a i2 . b 2k + ... + a in . b nk , ou seja
(ii) é comutativa : A + B = B + A quaisquer que sejam A e B, do
                                                                                         n
tipo m x n.
                                                                              c ik = ∑ a ij . b jk
                                                                                         j=1
(iii) tem elemento neutro : ∃ M | A + M = A qualquer que
seja A do tipo m x n (no caso M seria a matriz nula (vide cap                 para todo i ∈ {1,2,...,m} e todo k ∈ {1,2,..., p}.
1)
                                                                              Observações:
(iv) todo elemento tem simétrico: para todo A do tipo m x n:
                                                                              (i) A definição dada garante a existência do produto AB
∃ A’ | A + A’ = M
                                                                              somente se o número de colunas de A for igual ao número de
Definição : Dada a matriz A = (aij)m x n , chama-se oposta de
                                                                              linhas de B.
                                                                              (ii) A definição dada acima afirma também que o produto AB
A (indica-se –A) a matriz A’ tal que A + A’ = 0.
                                                                              é uma matriz que tem o nº de linhas de A e o nº de colunas
Exemplo:
                                                                              de B, pois C é do tipo m x p.

A= − 1    0           ;    -A=  1   0
                                                                              Exemplos:
   2                             − 2 3
         − 3
                                      
                                                                                                                                        3
Observação : Dadas as matrizes A= (aij)m x n e B= (bij)m x n .A               Dadas as matrizes A = 1 2 3                   e    B = 2 
                                                                                                    0 4 1                             
diferença entre matrizes A e B (A-B) é efetuada através da                                                                            1
soma de A com a oposta de B. Mas a operação poderá ser                                                                                  
feita diretamente com a subtração dos respectivos elementos
                                                                                   1.3 + 2.2 + 3.1 3 + 4 + 3                       10
correspondentes.                                                              AB =                 =          =
                                                                                                 . 
                                                                                   0.3 + 4.2 + 11  0 + 8 + 1
                                                                                                                                       9
                                                                                                                                         2 x1
2 - MULTIPLICAÇÃO POR ESCALAR:
                                                                              B3 x 1 . A 2 x 3 = é impossível. Logo AB≠BA
           Seja A = (a ij)m x n uma matriz e α ∈ R (α é um escalar)
. Chama-se produto αA a matriz
B= (b ij)m x n tal que :                                                      Propriedades do Produto entre Matrizes :
                                                                                   (i)          é associativa : (AB)C = A(BC) quaisquer que
bij = α . a ij                                                                                  sejam A = (a ij)m x n ,B = (b jk)n x p e C = (c ij)m x p .

                                                                                                                                                      2011
                                                                          2
MÓDULO II – PARTE 12                                       MATEMÁTICA
                            Projeto
                           Vestibular                       Matrizes e Sistemas                                         Prof. Bruno Vianna



         (ii)        é distributiva à direita : (A + B)C = AC + BC                02) (UFRJ-99-PNE) - Antônio, Bernardo e Cláudio saíram para
                     quaisquer que sejam A = (a ij)m x n ,B = (b jk)n x p e
                                                                                  tomar chope, de bar em bar, tanto no sábado quanto no
                     C = (c ij)m x p
         (iii)       é distributiva à esquerda : C(A + B) = CA + CB               domingo.
                     quaisquer que sejam A = (a ij)m x n ,B = (b jk)n x p e
                                                                                  As matrizes a seguir resumem quantos chopes cada um
                     C = (c ij)m x p
         (iv)        (kA)B = A(kB) = k(AB) quaisquer que sejam A =                consumiu e como a despesa foi dividida:
                     (a ij)m x n ,B = (b jk)n x p e k∈R.
                                                                                      4 1 4                                   5 5 3
4 - MATRIZ TRASPOSTA:                                                             S =  0 2 0                  e           D = 0 3 0
                                                                                                                                   
                 Seja A = (a ij)m x n uma matriz. Chamamos de                         
                                                                                       3 1 5
                                                                                                                               
                                                                                                                                2 1 3
                                                                                                                                      
                                    t    t
trasponsta de A a matriz A = (a ji)n x m .
                                                                                  S refere-se às despesas de sábado e D às de domingo.
                        1                     4 3                               Cada elemento aij nos dá o número de chopes que i pagou
        1 3 1 2       
Ex: A = 4 1 2 0 A t =  3                    1 −1
                                                   
                                                                                para j, sendo Antônio o número 1, Bernardo o número 2 e
                        1                     2 1
         3 −1 1 5
                                                                              Cláudio o número 3 (aij representa o elemento da linha i,
                        2                     0 5
                                                                                  coluna j de cada matriz).
5 - MATRIZ INVERSA:
                                                                                  Assim, no sábado Antônio pagou 4 chopes que ele próprio
           Seja A uma matriz quadrada de ordem n. Dizemos
        -1                                                  -
que A é a matriz inversa da matriz A, se e somente se: A . A                      bebeu, 1 chope de Bernardo e 4 de Cláudio ( primeira linha
1
  = I, onde I é a matriz identidade.                                              da matriz S).
              2     0    −1
Ex:      A=          , A = ?                                                    a) Quem bebeu mais chope no fim de semana ?
              0     2
                                                                                  b) Quantos chopes Cláudio ficou devendo para Antônio ?
2        0  a     b 1 0     2a 2 b  1 0
0           .
          2  c       = 0 1 → 2c 2d  = 0 1, dai
                  d                     
           1       
                  0
    −1                                                                            03) (AFA-98) Se os elementos da matriz A3x4 são definidos por
A        = 2
                   1
           0                                                                    aij   =    2i   -   j,   então,   o    elemento   b23   da   matriz
                  2
                                                                                        -1    t
EXERCÍCIOS                                                                        B = 2 A.A é

01) (UFRJ) - Uma confecção vai fabricar 3 tipos de roupa
                                                                                  (A) 1
utilizando materiais diferentes. Considere a Matriz A = (a ij) a
seguir, onde a ij representa quantas unidades do material j                       (B) 7
serão empregadas para fabricar roupa do tipo i.                                   (C) 10
                                                                                  (D) 13
    5 0 2
A = 0 1 3
          
    4 2 1 
          

Responda:

a) Quantas unidades do material 3 serão empregadas na
confecção de uma roupa do tipo 2 ?

b) Calcule o total de unidades do material 1 que será
empregado para fabricar cinco roupas do tipo 1, quatro do
tipo 2 e duas roupas do tipo 3:


                                                                                                                                                2011
                                                                              3
MÓDULO II – PARTE 12                            MATEMÁTICA
                       Projeto
                      Vestibular                              Matrizes e Sistemas                            Prof. Bruno Vianna



04) (UFRJ) As faculdades A e B oferecem somente cursos de                   07) (UERJ-2008-2ªfase)
                                                                            Observe parte da tabela do quadro de medalhas dos Jogos
medicina e engenharia. A tabela a seguir apresenta as
                                                                            Pan-americanos do Rio de Janeiro em 2007:
percentagens dos alunos que concluíram seus cursos em
1995, distribuídos segundo sua faculdade e curso:
                    Medicina              Engenharia
   Fac A              40%                    60%
   Fac B              30%                    70%
Sabe-se que esses alunos estão atualmente empregados ou
desempregados, de acordo com os índices da tabela a seguir:
                        Empregado          Desempregado                     Com base na tabela, é possível formar a matriz quadrada A
                                                                            cujos elementos a ij representam o número de medalhas do
     Medicina               70%                 30%
                                                                            tipo j que o país i ganhou, sendo i e j pertencentes ao
    Engenharia              20%                 80%                         conjunto {1, 2, 3}.
A tabela abaixo deve apresentar as percentagens dos alunos                  Para fazer uma outra classificação desses países, são
que concluíram seus cursos em 1995, porém distribuídos por                  atribuídos às medalhas os seguintes valores:
                                                                            – ouro: 3 pontos;
faculdade e situação ocupacional (empregado /                               – prata: 2 pontos;
desempregado):                                                              – bronze: 1 ponto.
                                                                                                               3
                                  Empregado              Desempregado                                          
                                                                            Esses valores compõem a matriz V = 2
      Fac A                           X                       Y                                                
      Fac B                           Z                       W                                               1
                                                                                                               
Determine o valor de W.                                                     Determine, a partir do cálculo do produto AV, o número de
                                                                            pontos totais obtidos pelos três países separadamente.
                                1 1 .
05) (UFRJ-99-PE) - Seja       A=                                                                  0
                                                                                                    
                                                                                                            0 0 0 0
                                                                                                                   
                                0 1                                       08) É dada a matriz     a      0 0 0 0 .
                                                                                                A = 0      a 0 0 0
                 3
a) Determine A = A . A . A
        n                                                                                                         
b) Se A denota o produto de A por A n vezes, determine o                                            0      0 a 0 0
valor do número natural k tal que                                                                                 
                                                                                                    0      0 0 a 0
                                       2
                                               A 5K + A 6 = I
                                                                                           2       3         500
                                  AK       −
                                                                            Calcular A + A + A + ... + A .
onde I é a matriz identidade.
                                                                            09) (ITA-2000) - Sendo x um número real positivo, considere
06) (UFRJ-adptd) Considere as matrizes:                                     as matrizes:

  19941994 19941994      1 − 1                                                              log x log1 / 3 x 2 1
A=                   e B=                                                                A =  1/ 3
                                                                                                0
                                                                                                                     
  19941994 19941995
                    
                                 
                          − 1 1                                                                      − log 3 x 1 
      2                   2
                                                                                                           e
Seja A = A . A       e B =B.B
                                                                                                    0        log1 / 3 x 2 
                                                                                                                          
                      2       2
Logo a matriz C = A – B – (A + B).(A – B), é:                                              B=       1            0        
                                                                                                                          
                                                                                              − 3 log1 / 3 x    −4 

(A)  1 1           (B)  0 1                (C)  0  0                                                                      T
     − 1 − 1           − 1 0                  − 1 − 1                 A soma dos valores de x para os quais (AB) = (AB) é igual a:
                                                     
                                                                            (A) 25 / 3         (B) 28 / 3          (C) 32 / 3
(D)  19941994  19941995                      (E) 1 0
    − 19941994 − 19941995                        0 1                    (D) 27 / 2         (E) 25 / 2
                                                     


                                                                                                                                    2011
                                                                        4
MÓDULO II – PARTE 12                                     MATEMÁTICA
                        Projeto
                       Vestibular                      Matrizes e Sistemas                                      Prof. Bruno Vianna


                                                                                                           +            _        _   _
INTRODUÇÃO À DETERMINANTES                                                              +           +

DETERMINANTE:                                                                                a 11       a 12   a 13 a 11 a 12
        Determinante é uma função que associa matrizes                          det A =
quadradas a números reais segundo regras que discutiremos
                                                                                             a 21       a 22   a 23 a 21 a 22
no decorrer deste módulo.                                                                    a 31       a 32   a 33 a 31 a 32
Determinante de uma Matriz de 1ª ordem
       Toda matriz de ordem 1, possui apenas um                             Exemplos:                           _
elemento. Definimos como determinante de A o próprio                                        + + +                   _        _
elemento:
       Sendo A = [ a 11 ] 1 x 1                                               det A =         1 2 −3 1 2
                                                                                              0 1 −1 0 1
         det A = | a 11 | = a 11
                                                                                              3 0 0 3 0
Sendo Assim: B = [ 4 ] e C = [ -3 ]
                                                                                        9     0 0               0       -6       0
det B = 4 e det C = -3
                                                                            det A = 9 - 6 = 3
Determinante de uma Matriz de 2ª ordem
                                                                            det A = 3
       É o produto dos elementos da diagonal principal
menos o produto dos elementos da diagonal secundária., ou                   Teorema de Binet:
seja:                                             _
                           +
                                                                                                det( A ⋅ B ) = det A ⋅ det B
    a
A =  11
              a 12                 a            a 12 
              a 22 
                            det A =  11
                                                  a 22 
                                                                            Principal consequência :
    a 21                          a 21                                                          A ⋅ A−1 = I
                                                                                                    det( A ⋅ A−1 ) = det I
                           troca o sinal               mantém o sinal
                                                                                                    det A ⋅ det A−1 = 1

                  det A = a 11 . a 22 - a 12 . a 21
                                                                                                                  1
                                    _                                                               det A−1 =
Exemplos:              +                                                                                        det A
                  2 −1
                A=    
                                                                            SISTEMAS LINEARES
                  2 3 
                                                                            Resolução de Sistemas Lineares por :
            (-1) . 2 = -2 =2            2.3=6
                                                                            1) ESCALONAMENTO:


det A = 6 + 2 = 8 >>           det A = 8
                                                                                 x + y + z = 4
                                                                                 
                                                                            Ex :  x − y + z = 2
Determinante de uma Matriz de 3ª ordem (Regra de Sarrus)                         x − y − z = 0
                                                                                 
         - Repete-se as duas primeiras colunas.
         - Fazemos o produto de três elementos fazendo                      Peguemos a matriz dos coeficientes das variáveis se parando-
retas paralelas à diagonal principal.                                       as das soluções:
         - Fazemos o produto de três elementos fazendo
retas paralelas à diagonal secundária.
         - Somamos os resultados de cada produto.

                                                                                                                                         2011
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MÓDULO II – PARTE 12                                            MATEMÁTICA
                    Projeto
                   Vestibular                Matrizes e Sistemas                                              Prof. Bruno Vianna



1 1 1 4                        1 1    1 4
         L2=L2 - L1                           L2=L2 /(-2)       REGRA DE CRAMER:
1 −1 1 2                        0 −2 0 −2 
1 −1 −1 0L3=L3 - L1
                                0 −2 −2 −4 
                                                L3=L3 /(-2)       x + y + z = 4
                                                                    
                                                                    x − y + z = 2
                                                                    x − y − z = 0
1 1 1 4          1 0 1 3          1 0 0 2                     
       L1=L1 - L2       L1=L1 - L3        
0 1 0 1          0 1 0 1          0 1 0 1                     Determinante Principal: (D)
0 1 1 2L3=L3 - L20 0 1 1
                                  0 0 1 1 
                                                                          1       1    1
                                                                    D = 1 −1 1 = 4
Portanto x=2 , y =1 e z=1 .. S = (2,1,1)
                                                                        1 −1 −1

                                                                    Determinantes Secundários (Dx , Dy , Dz)
Se encontrarmos:                                                                4    1    1                       1 4      1
                                                                    D x = 2 −1            1 =8             Dy = 1 2        1 =4
- uma linha “inteira” de zeros
                                                                                0 −1 −1                           1 0 −1
O SISTEMA TEM INFINITAS SOLUÇÕES, LOGO É:                                 1 1 4
                                                                    D z = 1 −1 2 = 4
POSSÍVEL E INDETERMINADO:
                                                                                1 −1 0
    2x + y + z = 4                                                         Dx                Dy                  Dz
                                                                    x=        ,         y=        ,         z=
Ex  3 x − 4 y + z = 2                                                      D                 D                   D
   4 x + 2 y + 2 z = 8
                                                                        8                     4                    4
                                                                     x=      =2          y=      = 1,        z ==     =1
 2 1 1 4                 2 1 1 4         2 1 1 4                   4                     4                    4
                                                               S = ( 2 ,1,1)
 3 − 4 1 2               3 − 4 1 2       3 − 4 1 2
4 2 2 8
                         2 1 1 4
                                          0 0 0 0
                                                                  EXERCÍCIOS
S =∞
Se encontrarmos:                                                    10) (UERJ-03-1ª fase) Observe a matriz a seguir.

- uma linha com COEFICIENTES iguais a zeros e “Resposta”
diferente de zero

O SISTEMA NÃO TEM SOLUÇÃO, LOGO É:

IMPOSSÍVEL:
                                                                    Resolvendo seu determinante, será obtido o seguinte
                                                                    resultado:
    2x + y + z = 4
   
Ex  3 x − 4 y + z = 2
                                                                                                                               2               3
                                                                    (A) 1                    (B) sen x              (C) sen x            (D) sen x
   4 x + 2 y + 2 z = 2                                                                                  1                              3   0
                                                                                                       
                                                                    11) Se o determinante da matriz A = log x
                                                                                                               2
                                                                                                                                       log x 2 é
                                                                                                                                              
2 1 1 4                 2 1 1 4         2 1 1 4                                                    log x                          4   1
                                                                                                                                       
3 − 4 1 2               3 − 4 1 2       3 − 4 1 2             igual à 1, então o valor de x é:

4 2 2 2
                        2 1 1 1 
                                          0 0 0 − 3
                                                                  (A) 10
                                                                            0
                                                                                             (B) 10
                                                                                                       1
                                                                                                                           (C) 10
                                                                                                                                   2
                                                                           9
                                                                    (D) 10                   (E) zero
S =∅
                                                                                                                                             2011
                                                                6
MÓDULO II – PARTE 12                                  MATEMÁTICA
                           Projeto
                          Vestibular                             Matrizes e Sistemas                                  Prof. Bruno Vianna



12) (UFF – 01 –1ªF) Alessandra, Joana e Sônia vendem                                 16) (UNIRIO) - Considere a seqüência ordenada e crescente
saladas prontas, contendo porções de tomate, pimentão e                              dos números naturais primos (a11 , a21 , a12 , a22) que são,
repolho.                                                                             respectivamente o segundo, o primeiro, o sexto e o quinto
    A matriz M fornece o número de porções de tomate, pimentão                       elementos da referida seqüência, e a matriz A = (aij)2x2. O
    e repolho usadas na composição das saladas:                                      determinante de A é:

                                                                                     (A) 22            (B) 11            (C) 7
                          Tomate     Pimentão Repolho
                                                                                     (D) 0             (E) -7
                        T1                P1           R1 
                                                           Alessandra
                                                                                                                           − 3 0
                                                                                   17) (UFF-99) -Considere a matriz M =     4 5 . Os valores
                   M =  T2                P2           R2 
                                                           Joana
                                                          
                                                                                                                                  
                        T                 P3           R3 
                                                           Sônia                     de k que tornam nulo o determinante da matriz M - kI, sendo
                        3                                 
                                                                                     I a matriz identidade são:
              A matriz N fornece, em real, o custo das saladas:
                                                                                     (A) 0 e 4         (B) 4 e 5         (C) -3 e 5
                                                  Alessandra                         (D) -3 e 4        (E) 0 e 5
                                        Q1 
                                            
                                            
                                   N =  Q 2  Joana                                 18) (UERJ-2011-2ª FASE) Considere a matriz A3 × 3 abaixo:
                                       
                                        Q  Sônia
                                             
                                        3

   Sabendo-se que o determinante de M é não-nulo, obtém-
   se a matriz que fornece, em real, o custo de cada porção
   de tomate, pimentão e repolho, efetuando-se a operação:
                                                                                     Cada elemento desta matriz é expresso pela seguinte relação:
                                             –1                             –1
(A) MN                             (B) NM                          (C) MN
         –1                             –1
(D) M N                            (E) N M
                                                                                     Nessa relação, os arcos θ1, θ2 e θ3 são positivos e menores
                  0 2x                1                                                    π
                                                                                     que       rad
                                                                                           3
13) (Mack-SP)- Se 0 2
                      x
                                      2 = 1 , então o valor de x é:
                  4 2x                3                                              Calcule o valor numérico do determinante da matriz A.


(A) -2                (B) -1                    (C) 0                                                                    3x + 4y − z = 0
                                                                                                                         
(D) 1                 (E) 2                                                          19)(EEAR-1/2) O sistema de equações 2x − y + 3z = 0
                                                                                                                         x + y = 0
                                                                                                                         
14) (UFF-2000-específica) Numa progressão aritmética, de                             (A) não tem solução
                                                        1                            (B) tem infinitas soluções
termo geral an e razão r, tem-se a1 = r =                    .
                                                        2                            (C) tem apenas a solução trivial
                                                                                     (D) tem uma única solução não trivial
                                                        a 5a4 
              Calcule o determinante da matriz          a a  .
                                                         4 12                      20)(RURAL –97) A soma dos números, (x + y + z), que
                                                                                     satisfazem ao sistema é:
                          x y                                                                    x + 2 y − 3z = 29
15) (UFF) - Sendo             = k , o valor da expressão                             (A) 0      
                          z w                                                        (B) 1       x + 3 y + 2z = 4
                                                                                     (C) 2       x − y − 2z = 8
x z z w y                           x                                                           
   −   −                              é:                                             (D) 3
y w x y w                           z                                                (E) 4

(A) 3k           (B) 2k            (C) k            (D) –k        (E) -2k
                                                                                                                                             2011
                                                                                 7
MÓDULO II – PARTE 12                       MATEMÁTICA
                      Projeto
                     Vestibular                  Matrizes e Sistemas                           Prof. Bruno Vianna



21)(EEAR-2001)– Na resolução da equação matricial                24) (UFF-2011-1ªF) A transmissão de mensagens codificadas
1 − 1 0  x  1                                              em tempos de conflitos militares é crucial. Um dos métodos
4 − 1 1 ⋅  y  = 2 , o valor de x + y + z é:                de criptografia mais antigos consiste em permutar os
                                                           símbolos das mensagens. Se os símbolos são números, uma
0 − 3 0   z  0 
                                                           permutação pode ser efetuada usando-se multiplicações por
(A) –2           (B) 1             (C) –1           (D) 0        matrizes de permutação, que são matrizes quadradas que
                                                                 satisfazem as seguintes condições:
22) (AFA-03) As quantidades dos produtos que Elaine, Pedro
e Carla compraram num mercado estão esquematizadas na            · cada coluna possui um único elemento igual a 1 (um) e
tabela que segue                                                 todos os demais elementos são iguais a zero;
                    produto A     produto B      produto C       · cada linha possui um único elemento igual a 1 (um) e todos
      Elaine            1             2              3           os demais elementos são iguais a zero.
      Pedro             3             6              2
      Carla             2             4              1
                                                                                             0 1 0 
Sabendo-se que Pedro gastou R$ 21,00 e Carla R$ 13,00,                                             
                                                                 Por exemplo, a matriz M = 0 0 1 permuta os
pode-se concluir, necessariamente, que                                                             
                                                                                             1 0 0 
                                                                                                   
(A) Elaine gastou R$ 10,00.
(B) o preço do produto C é R$ 3,00.                                                            a 
(C) o preço do produto A é R$ 1,00.                                                             
                                                                 elementos da matriz coluna Q = b ,
(D) o preço do produto B é R$ 3,00.                                                             
                                                                                               c 
                                                                                                
23) (UFF-2010-1ªF)                                                                            b 
                                                                                               
                                                                 transformando-a na matriz P = c pois P = M . Q .
                                                                                               
                                                                                              a 
                                                                                               

                                                                                                         a 
Em computação gráfica, o sistema RGB identifica uma cor a                                                 
                                                                 Pode-se afirmar que a matriz que permuta b ,
partir de três números R, G e B que especificam,                                                          
respectivamente, as quantidades de vermelho (Red), verde                                                 c 
                                                                                                          
(Green) e azul (Blue) que compõem a cor. Outro sistema de
identificação de cores é o NTSC (usado em TV). Nesse                                  c 
sistema, uma cor também é definida por três números: Y
                                                                                       
                                                                 transformando-a em a , é:
(luminância), I (sinal em fase) e Q (quadratura). Os dois
                                                                                       
                                                                                      b 
                                                                                       
sistemas estão relacionados através da seguinte equação
matricial:
 Y  0,299 0,587        0,114   R                              0 0 1                           1 0 0
  I  = 0,596 − 0,274 − 0,322 ⋅ G                                                                    
                                                           (A) 1 0 0                         (B) 0 0 1
                                                                                                          
 Q   0,211 − 0,523 0,312   B 
                                                              0 1 0 
                                                                                                    0 1 0 
                                                                                                            
Se 0 ≤ R ≤ 1 , 0 ≤ G ≤ 1 e 0 ≤ B ≤ 1 , então:
                                                                    0 1 0                           0 0 1 
(A) 0 ≤ Y ≤ 1 , 0 ≤ I ≤ 1 e 0 ≤ Q ≤ 1                               
                                                                 (C) 1 0 0
                                                                                                     
                                                                                                   (D) 0 1 0
                                                                                                             
(B) 0 ≤ Y ≤ 1 , −0,596 ≤ I ≤ 0,596 e −0,523 ≤ Q ≤ 0,523                                                   
(C) 0 ≤ Y ≤ 0,299 , 0 ≤ I ≤ 0,596 e 0 ≤ Q ≤ 0,211                   0 0 1 
                                                                                                    1 0 0
                                                                                                            

(D) 0,114 ≤ Y ≤ 0,587 , −0,322 ≤ I ≤ 0,596 e −0,523 ≤ Q ≤           1 0 0
0,312                                                                     
                                                                 (E) 0 1 0
                                                                          
(E) 0,211 ≤ Y ≤ 0,596 , −0,523 ≤ I ≤ 0,587 e −0,322 ≤ Q ≤           0 0 1 
                                                                          
0,312
                                                                                                                         2011
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                     Projeto
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25) (UERJ-94) - Considere que na resolução do sistema
abaixo, onde cada equação representa um plano do espaço               −2 3 1  1   −2 3 1  2   98
cartesiano tridimensional, um aluno aplicou a regra de                                          
Crammer.                                                              −1 2 1 ⋅  1  =  −1 2 1 .  2  =  98
                                                                                                
 x + 2 y + 3z = 1                                                    −2 3 1  97  −2 3 1  96  98

x + 2 y + 3z = 2
x + 2 y + 3z = 4                                                            Id Ota pensou então em alterar o coeficiente central
                                                                    da matriz , a22 , igual a 2, para um outro valor k.
RESOLUÇÃO DO ALUNO
                                                                             Determine, se possível, os valores de k que fazem o
     1 2 3                         1 2 3                             código funcionar bem.

D=1    2 3 = 0;            Dx =    2 2 3 = 0;                        27) (UNICAMP - 2002) Considere o sistema linear abaixo, no
     1 2 3                         4 2 3                             qual a é um parâmetro real:

     1 1 3                         1 2 1                              ax + y + z = 1
                                                                     
Dy = 1 2 3 = 0;            Dz =    1 2 2 = 0;                         x + ay + z = 2
                                                                      x + y + az = −3
     1 4 3                         1 2 4                             
     Dx 0                 Dy       0    Dz 0
x=     =             y=        =     z=   =                          a) Mostre que para a = 1 o sistema é impossível.
     D   0                D        0    D 0
                                                                     b) Encontre os valores do parâmetro a para os quais o
Conclusão: Sistema POSSÍVEL e INDETERMINADO.                         sistema tem solução única.

A conclusão do aluno está errada. A regra de Cramer pode,
na discussão de sistemas, levar a falsas conclusões. Esse            Gabaritos
sistemas por exemplo, é impossível pois os 3 planos são:
                                                                     01) a) 3 b) 33 02) a) Cláudio b) 2 chopes            03) D
(A) paralelos disdintos
(B) paralelos, sendo apenas dois coincidentes
                                                                     04) 65%              05) a) A3 = 1 3 b) k =2 ou k =3
(C) dois paralelos distintos e o terceiro oblíquo a eles                                                 
                                                                                                      0 1
(D) dois paralelos distintos e o terceiro perpendicular a eles
(E) secante dois a dois, determinando três retas paralelas
                                                                     06) B                07) EUA = 519 Cuba = 288 e Brasil = 309
distintas.
                                                                         0      0   0    0 0
                                                                                            
26) (UFRJ-98-PE)- O agente Id Ota inventou o seguinte código         08)  a   0     0    0 0
                                                                         a2   a     0    0 0
secreto para a transmissão de datas de certos fatos                       3                 
                                                                         a    a2    a    0 0
importantes: o código transforma uma data d - m - a, onde d              a4
é o dia, m é o mês e a representa os dois últimos algarismos                  a3    a2   a 0
                                                                                             
do ano, em uma nova tripla de números                                09) B                10) D                11) D      12) D
d’ - m’ - a’, de acordo com a regra
                                                                     13) A                14) 11               15) A      16) C
 −2 3 1  d   d ′ 
                                                               17) C                18) 0                19) B      20) A
 −1 2 1 ⋅  m =  m ′
                                                               21) C                22) B                23) B      24) A
 −2 3 1  a   a ′ 
                                                                     25) A                26) K < -27 ou K > 33
         O código revelou-se um desastre. De fato, várias
datas originais distintas (d,m,a) correspondem a um mesmo            27) a) Dem           b) a ≠ 1 e a ≠ -2.
código transmitido (d’,m’,a’).
         Por exemplo, as datas 1/1/97 e 2/2/96
correspondem ao mesmo código 98-98-98, pois:
                                                                                                                              2011
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Resolução de algumas questões                                           Questão 27)
                                                                        A- Sendo a = 1, o sistema fica:
Questão 07)
                                                                                                   (-1)
                                                                              x + y + z =1                      x + y + z = 1
                                                                                                    +           
                                                                              x+ y+z =2             +          ∴        0 =1
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                                                                             que é impossível.

                                                                        B-   Para que o sistema tenha solução única, devemos ter
                                                                             a 1 1
                                                                             1 a 1 ≠ 0 ∴ a 3 + 2 − 3a ≠ 0
Questão 18)                                                                  1 1 a
                                                                             ∴ a - a + a - 3a + 2 ≠ 0 ∴ a (a - 1) + (a - 2)(a - 1) ≠ 0
                                                                                3   2    2                  2

                                                                             ∴ (a - 1) ⋅( a + a - 2) ≠ 0
                                                                                           2


                                                                             a - 1 ≠ 0 ∴a ≠ 1
                                                                             e
                                                                             a + a - 2 ≠ 0 ∴ a ≠ 1 e a ≠ -2
                                                                              2

                                                                             Resposta: a ≠ 1 e a ≠ -2.

Questão 26)
O determinante da matriz usada é nulo, o que explica o desastre.
Se (d,m,a) e (d1,m1,a1) são duas datas distintas transformadas
no mesmo código, temos:




ou




                                 para algum n   Z - {0}

Temos as seguintes restrições:




Basta analisarmos n=1, pois este valor determinará os maiores
intervalos para K.
É fácil ver que se                o código não funciona.
Logo devemos ter K < -27 ou K > 33.




                                                                                                                                    2011
                                                                   10

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Introdução à teoria das matrizes

  • 1. MÓDULO II – PARTE 12 MATEMÁTICA Projeto Vestibular Matrizes e Sistemas Prof. Bruno Vianna INTRODUÇÃO À TEORIA DAS MATRIZES 2.5) Matriz Quadrada (de ordem n) : é toda matriz do tipo n x n, isto é, é uma matriz que tem o nº de linhas igual ao nº de 1 - Noção de Matriz: colunas (m = n). Dados dois números m e n naturais e não nulos, chama-se matriz m por n (indica-se m x n) toda tabela M 2.5.1) Chama-se Diagonal principal de uma matriz formada por números reais distribuídos em m linhas e n quadrada de ordem n o conjunto dos elementos que tem ( i colunas. =j) 4 2  1 2.5.2) Chama-se Diagonal secundária de uma matriz Ex6 3 é matriz 2 x 2. 0 é matriz 2 x 1 quadrada de ordem n o conjunto dos elementos que têm     (i + j = n + 1) 5 6 4 0 é matriz 3 x 2 [ 3] é matriz 1 x 1 Ex:   1 6 1 2    5 4 quadrada de ordem 2   2 - Matrizes especiais : Diag secundária Diag principal 2.1)Matriz Genérica: Uma matriz M do tipo m x n também pode ser indicada por : M = (a ij) m x n onde i ∈ {1,2,3,...,m} e j 2.6) Matriz Diagonal: É toda matriz quadrada em que os ∈ {1,2,3,...,n}, onde i ( representa a posição da linha em que elementos que não pertencem à diagonal principal são iguais o elemento se encontra) e j (representa a posição da coluna a zeros. em que o elemento se encontra). Ex.  a 11 a 12 ... a 1n  1 0 0  a a 22 ... a 2 n  2 0 0 0 0  0 0 M =  21  0 1   0 0  : : ... :    0 0 −2       a m1 a m2 ... a mn  m x n 2.2) Matriz Linha: É toda matriz do tipo 1 x n, isto é, é uma 2.7) Matriz Unidade ou IDENTIDADE: É toda matriz quadrada matriz que tem uma unica linha. de ordem n (indica-se por In) em que os elementos da [1 −3 0]1 x 3 diagonal principal são iguais a 1 e os demais elementos iguais Ex. a 0. Ex 2.3) Matriz Coluna: É toda matriz do tipo m x 1, isto é, é uma matriz que tem uma única coluna. 1 0 0 1 0 I 3 = 0 1 0 Ex I2 =     1 0 1 0 2x1 0 0 1     3 - Igualdade de Matrizes: 2.4) Matriz nula: é toda matriz que tem todos os elementos iguais a zero. Duas matrizes A = (a ij) m x n e B = (b ij) m x n são iguais quando a ij = b ij para todo i ∈ {1,2,3,...,m} e j ∈ {1,2,3,...,n}. 0 0   0 0 Ex. 0 0 0 0   0 0 3 x 2  2x2 4 2  4 2    A= 6 3 e B = 6 3 , A = B , pois os     elementos de mesmo índice são iguais a ij = b ij. 2011 1
  • 2. MÓDULO II – PARTE 12 MATEMÁTICA Projeto Vestibular Matrizes e Sistemas Prof. Bruno Vianna OPERAÇÕES MATRICIAIS 1 2  2.1 2.2 2 4 Ex: 2 −1 0 = 2.( −1) 2.0 = −2 0 1 - ADIÇÃO:       Duas matrizes A = (a ij)m x n e B = (b ij)m x n .Chama-se A + B a matriz C =(c ij)m x n tal que:  1  − 2 . ( −1)  1 c ij = a ij + b ij −1   2 −  4  =  − .4  = 1 1  −2  2   2    4 2  +  3 1 = 4 + 3 2 + 1 7 3 0    0 6 3 2 1 6 + 2 3 + 1 = − .0  Ex : 1 8 4              2     1  −3  1 − 3  −2  Propriedades: −2  +  1  =  −2 + 1 =  −1         (i) a . (b . A) = (ab) . A  0  −5  0 − 5         −5   (ii) a . (A + B) = a.A + a.B 2 1 1 impossível (iii) (a + b) . A = a.A + b.A 1 1 + 2 =     (iv) 1. A = A 3 - PRODUTO DE MATRIZES: Propriedades da Adição de Matrizes: Duas matrizes A = (a ij)m x n e B = (b jk)n x p . Chama-se (i) é associativa : (A + B) + C = A + (B + C) quaisquer que produto AB a matriz C = (cik)m x p , tal que: sejam A , B e C do tipo m x n; c ik = a i1 . b 1k + a i2 . b 2k + ... + a in . b nk , ou seja (ii) é comutativa : A + B = B + A quaisquer que sejam A e B, do n tipo m x n. c ik = ∑ a ij . b jk j=1 (iii) tem elemento neutro : ∃ M | A + M = A qualquer que seja A do tipo m x n (no caso M seria a matriz nula (vide cap para todo i ∈ {1,2,...,m} e todo k ∈ {1,2,..., p}. 1) Observações: (iv) todo elemento tem simétrico: para todo A do tipo m x n: (i) A definição dada garante a existência do produto AB ∃ A’ | A + A’ = M somente se o número de colunas de A for igual ao número de Definição : Dada a matriz A = (aij)m x n , chama-se oposta de linhas de B. (ii) A definição dada acima afirma também que o produto AB A (indica-se –A) a matriz A’ tal que A + A’ = 0. é uma matriz que tem o nº de linhas de A e o nº de colunas Exemplo: de B, pois C é do tipo m x p. A= − 1 0 ; -A=  1 0 Exemplos: 2  − 2 3  − 3     3 Observação : Dadas as matrizes A= (aij)m x n e B= (bij)m x n .A Dadas as matrizes A = 1 2 3 e B = 2  0 4 1   diferença entre matrizes A e B (A-B) é efetuada através da    1 soma de A com a oposta de B. Mas a operação poderá ser   feita diretamente com a subtração dos respectivos elementos 1.3 + 2.2 + 3.1 3 + 4 + 3 10 correspondentes. AB =  = = .  0.3 + 4.2 + 11  0 + 8 + 1 9   2 x1 2 - MULTIPLICAÇÃO POR ESCALAR: B3 x 1 . A 2 x 3 = é impossível. Logo AB≠BA Seja A = (a ij)m x n uma matriz e α ∈ R (α é um escalar) . Chama-se produto αA a matriz B= (b ij)m x n tal que : Propriedades do Produto entre Matrizes : (i) é associativa : (AB)C = A(BC) quaisquer que bij = α . a ij sejam A = (a ij)m x n ,B = (b jk)n x p e C = (c ij)m x p . 2011 2
  • 3. MÓDULO II – PARTE 12 MATEMÁTICA Projeto Vestibular Matrizes e Sistemas Prof. Bruno Vianna (ii) é distributiva à direita : (A + B)C = AC + BC 02) (UFRJ-99-PNE) - Antônio, Bernardo e Cláudio saíram para quaisquer que sejam A = (a ij)m x n ,B = (b jk)n x p e tomar chope, de bar em bar, tanto no sábado quanto no C = (c ij)m x p (iii) é distributiva à esquerda : C(A + B) = CA + CB domingo. quaisquer que sejam A = (a ij)m x n ,B = (b jk)n x p e As matrizes a seguir resumem quantos chopes cada um C = (c ij)m x p (iv) (kA)B = A(kB) = k(AB) quaisquer que sejam A = consumiu e como a despesa foi dividida: (a ij)m x n ,B = (b jk)n x p e k∈R. 4 1 4  5 5 3 4 - MATRIZ TRASPOSTA: S =  0 2 0 e D = 0 3 0     Seja A = (a ij)m x n uma matriz. Chamamos de   3 1 5   2 1 3  t t trasponsta de A a matriz A = (a ji)n x m . S refere-se às despesas de sábado e D às de domingo. 1 4 3 Cada elemento aij nos dá o número de chopes que i pagou 1 3 1 2   Ex: A = 4 1 2 0 A t =  3 1 −1    para j, sendo Antônio o número 1, Bernardo o número 2 e 1 2 1  3 −1 1 5     Cláudio o número 3 (aij representa o elemento da linha i, 2 0 5 coluna j de cada matriz). 5 - MATRIZ INVERSA: Assim, no sábado Antônio pagou 4 chopes que ele próprio Seja A uma matriz quadrada de ordem n. Dizemos -1 - que A é a matriz inversa da matriz A, se e somente se: A . A bebeu, 1 chope de Bernardo e 4 de Cláudio ( primeira linha 1 = I, onde I é a matriz identidade. da matriz S). 2 0 −1 Ex: A= , A = ? a) Quem bebeu mais chope no fim de semana ? 0 2 b) Quantos chopes Cláudio ficou devendo para Antônio ? 2 0  a b 1 0 2a 2 b  1 0 0 . 2  c  = 0 1 → 2c 2d  = 0 1, dai    d       1   0 −1 03) (AFA-98) Se os elementos da matriz A3x4 são definidos por A = 2 1 0  aij = 2i - j, então, o elemento b23 da matriz  2 -1 t EXERCÍCIOS B = 2 A.A é 01) (UFRJ) - Uma confecção vai fabricar 3 tipos de roupa (A) 1 utilizando materiais diferentes. Considere a Matriz A = (a ij) a seguir, onde a ij representa quantas unidades do material j (B) 7 serão empregadas para fabricar roupa do tipo i. (C) 10 (D) 13 5 0 2 A = 0 1 3   4 2 1    Responda: a) Quantas unidades do material 3 serão empregadas na confecção de uma roupa do tipo 2 ? b) Calcule o total de unidades do material 1 que será empregado para fabricar cinco roupas do tipo 1, quatro do tipo 2 e duas roupas do tipo 3: 2011 3
  • 4. MÓDULO II – PARTE 12 MATEMÁTICA Projeto Vestibular Matrizes e Sistemas Prof. Bruno Vianna 04) (UFRJ) As faculdades A e B oferecem somente cursos de 07) (UERJ-2008-2ªfase) Observe parte da tabela do quadro de medalhas dos Jogos medicina e engenharia. A tabela a seguir apresenta as Pan-americanos do Rio de Janeiro em 2007: percentagens dos alunos que concluíram seus cursos em 1995, distribuídos segundo sua faculdade e curso: Medicina Engenharia Fac A 40% 60% Fac B 30% 70% Sabe-se que esses alunos estão atualmente empregados ou desempregados, de acordo com os índices da tabela a seguir: Empregado Desempregado Com base na tabela, é possível formar a matriz quadrada A cujos elementos a ij representam o número de medalhas do Medicina 70% 30% tipo j que o país i ganhou, sendo i e j pertencentes ao Engenharia 20% 80% conjunto {1, 2, 3}. A tabela abaixo deve apresentar as percentagens dos alunos Para fazer uma outra classificação desses países, são que concluíram seus cursos em 1995, porém distribuídos por atribuídos às medalhas os seguintes valores: – ouro: 3 pontos; faculdade e situação ocupacional (empregado / – prata: 2 pontos; desempregado): – bronze: 1 ponto.  3 Empregado Desempregado   Esses valores compõem a matriz V = 2 Fac A X Y   Fac B Z W 1   Determine o valor de W. Determine, a partir do cálculo do produto AV, o número de pontos totais obtidos pelos três países separadamente. 1 1 . 05) (UFRJ-99-PE) - Seja A=  0  0 0 0 0  0 1 08) É dada a matriz a 0 0 0 0 . A = 0 a 0 0 0 3 a) Determine A = A . A . A n   b) Se A denota o produto de A por A n vezes, determine o 0 0 a 0 0 valor do número natural k tal que   0 0 0 a 0 2 A 5K + A 6 = I 2 3 500 AK − Calcular A + A + A + ... + A . onde I é a matriz identidade. 09) (ITA-2000) - Sendo x um número real positivo, considere 06) (UFRJ-adptd) Considere as matrizes: as matrizes: 19941994 19941994  1 − 1  log x log1 / 3 x 2 1 A= e B= A =  1/ 3  0  19941994 19941995   − 1 1   − log 3 x 1  2 2 e Seja A = A . A e B =B.B  0 log1 / 3 x 2    2 2 Logo a matriz C = A – B – (A + B).(A – B), é: B= 1 0     − 3 log1 / 3 x −4  (A)  1 1  (B)  0 1  (C)  0 0 T  − 1 − 1 − 1 0 − 1 − 1 A soma dos valores de x para os quais (AB) = (AB) é igual a:       (A) 25 / 3 (B) 28 / 3 (C) 32 / 3 (D)  19941994 19941995  (E) 1 0 − 19941994 − 19941995 0 1  (D) 27 / 2 (E) 25 / 2     2011 4
  • 5. MÓDULO II – PARTE 12 MATEMÁTICA Projeto Vestibular Matrizes e Sistemas Prof. Bruno Vianna + _ _ _ INTRODUÇÃO À DETERMINANTES + + DETERMINANTE: a 11 a 12 a 13 a 11 a 12 Determinante é uma função que associa matrizes det A = quadradas a números reais segundo regras que discutiremos a 21 a 22 a 23 a 21 a 22 no decorrer deste módulo. a 31 a 32 a 33 a 31 a 32 Determinante de uma Matriz de 1ª ordem Toda matriz de ordem 1, possui apenas um Exemplos: _ elemento. Definimos como determinante de A o próprio + + + _ _ elemento: Sendo A = [ a 11 ] 1 x 1 det A = 1 2 −3 1 2 0 1 −1 0 1 det A = | a 11 | = a 11 3 0 0 3 0 Sendo Assim: B = [ 4 ] e C = [ -3 ] 9 0 0 0 -6 0 det B = 4 e det C = -3 det A = 9 - 6 = 3 Determinante de uma Matriz de 2ª ordem det A = 3 É o produto dos elementos da diagonal principal menos o produto dos elementos da diagonal secundária., ou Teorema de Binet: seja: _ + det( A ⋅ B ) = det A ⋅ det B a A =  11 a 12  a a 12  a 22  det A =  11 a 22  Principal consequência : a 21  a 21  A ⋅ A−1 = I det( A ⋅ A−1 ) = det I troca o sinal mantém o sinal det A ⋅ det A−1 = 1 det A = a 11 . a 22 - a 12 . a 21 1 _ det A−1 = Exemplos: + det A 2 −1 A=  SISTEMAS LINEARES 2 3  Resolução de Sistemas Lineares por : (-1) . 2 = -2 =2 2.3=6 1) ESCALONAMENTO: det A = 6 + 2 = 8 >> det A = 8 x + y + z = 4  Ex :  x − y + z = 2 Determinante de uma Matriz de 3ª ordem (Regra de Sarrus) x − y − z = 0  - Repete-se as duas primeiras colunas. - Fazemos o produto de três elementos fazendo Peguemos a matriz dos coeficientes das variáveis se parando- retas paralelas à diagonal principal. as das soluções: - Fazemos o produto de três elementos fazendo retas paralelas à diagonal secundária. - Somamos os resultados de cada produto. 2011 5
  • 6. MÓDULO II – PARTE 12 MATEMÁTICA Projeto Vestibular Matrizes e Sistemas Prof. Bruno Vianna 1 1 1 4  1 1 1 4  L2=L2 - L1   L2=L2 /(-2) REGRA DE CRAMER: 1 −1 1 2   0 −2 0 −2  1 −1 −1 0L3=L3 - L1    0 −2 −2 −4    L3=L3 /(-2) x + y + z = 4  x − y + z = 2 x − y − z = 0 1 1 1 4 1 0 1 3 1 0 0 2    L1=L1 - L2 L1=L1 - L3  0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1  Determinante Principal: (D) 0 1 1 2L3=L3 - L20 0 1 1     0 0 1 1    1 1 1 D = 1 −1 1 = 4 Portanto x=2 , y =1 e z=1 .. S = (2,1,1) 1 −1 −1 Determinantes Secundários (Dx , Dy , Dz) Se encontrarmos: 4 1 1 1 4 1 D x = 2 −1 1 =8 Dy = 1 2 1 =4 - uma linha “inteira” de zeros 0 −1 −1 1 0 −1 O SISTEMA TEM INFINITAS SOLUÇÕES, LOGO É: 1 1 4 D z = 1 −1 2 = 4 POSSÍVEL E INDETERMINADO: 1 −1 0  2x + y + z = 4 Dx Dy Dz  x= , y= , z= Ex  3 x − 4 y + z = 2 D D D 4 x + 2 y + 2 z = 8  8 4 4 x= =2 y= = 1, z == =1  2 1 1 4  2 1 1 4  2 1 1 4 4 4 4       S = ( 2 ,1,1)  3 − 4 1 2  3 − 4 1 2  3 − 4 1 2 4 2 2 8    2 1 1 4   0 0 0 0   EXERCÍCIOS S =∞ Se encontrarmos: 10) (UERJ-03-1ª fase) Observe a matriz a seguir. - uma linha com COEFICIENTES iguais a zeros e “Resposta” diferente de zero O SISTEMA NÃO TEM SOLUÇÃO, LOGO É: IMPOSSÍVEL: Resolvendo seu determinante, será obtido o seguinte resultado:  2x + y + z = 4  Ex  3 x − 4 y + z = 2 2 3 (A) 1 (B) sen x (C) sen x (D) sen x 4 x + 2 y + 2 z = 2  1 3 0   11) Se o determinante da matriz A = log x 2 log x 2 é  2 1 1 4 2 1 1 4 2 1 1 4   log x 4 1         3 − 4 1 2 3 − 4 1 2 3 − 4 1 2  igual à 1, então o valor de x é: 4 2 2 2   2 1 1 1    0 0 0 − 3   (A) 10 0 (B) 10 1 (C) 10 2 9 (D) 10 (E) zero S =∅ 2011 6
  • 7. MÓDULO II – PARTE 12 MATEMÁTICA Projeto Vestibular Matrizes e Sistemas Prof. Bruno Vianna 12) (UFF – 01 –1ªF) Alessandra, Joana e Sônia vendem 16) (UNIRIO) - Considere a seqüência ordenada e crescente saladas prontas, contendo porções de tomate, pimentão e dos números naturais primos (a11 , a21 , a12 , a22) que são, repolho. respectivamente o segundo, o primeiro, o sexto e o quinto A matriz M fornece o número de porções de tomate, pimentão elementos da referida seqüência, e a matriz A = (aij)2x2. O e repolho usadas na composição das saladas: determinante de A é: (A) 22 (B) 11 (C) 7 Tomate Pimentão Repolho (D) 0 (E) -7  T1 P1 R1  Alessandra   − 3 0   17) (UFF-99) -Considere a matriz M =  4 5 . Os valores M =  T2 P2 R2  Joana      T P3 R3  Sônia de k que tornam nulo o determinante da matriz M - kI, sendo  3  I a matriz identidade são: A matriz N fornece, em real, o custo das saladas: (A) 0 e 4 (B) 4 e 5 (C) -3 e 5 Alessandra (D) -3 e 4 (E) 0 e 5  Q1      N =  Q 2  Joana 18) (UERJ-2011-2ª FASE) Considere a matriz A3 × 3 abaixo:   Q  Sônia   3 Sabendo-se que o determinante de M é não-nulo, obtém- se a matriz que fornece, em real, o custo de cada porção de tomate, pimentão e repolho, efetuando-se a operação: Cada elemento desta matriz é expresso pela seguinte relação: –1 –1 (A) MN (B) NM (C) MN –1 –1 (D) M N (E) N M Nessa relação, os arcos θ1, θ2 e θ3 são positivos e menores 0 2x 1 π que rad 3 13) (Mack-SP)- Se 0 2 x 2 = 1 , então o valor de x é: 4 2x 3 Calcule o valor numérico do determinante da matriz A. (A) -2 (B) -1 (C) 0 3x + 4y − z = 0  (D) 1 (E) 2 19)(EEAR-1/2) O sistema de equações 2x − y + 3z = 0 x + y = 0  14) (UFF-2000-específica) Numa progressão aritmética, de (A) não tem solução 1 (B) tem infinitas soluções termo geral an e razão r, tem-se a1 = r = . 2 (C) tem apenas a solução trivial (D) tem uma única solução não trivial a 5a4  Calcule o determinante da matriz a a  .  4 12  20)(RURAL –97) A soma dos números, (x + y + z), que satisfazem ao sistema é: x y  x + 2 y − 3z = 29 15) (UFF) - Sendo = k , o valor da expressão (A) 0  z w (B) 1  x + 3 y + 2z = 4 (C) 2  x − y − 2z = 8 x z z w y x  − − é: (D) 3 y w x y w z (E) 4 (A) 3k (B) 2k (C) k (D) –k (E) -2k 2011 7
  • 8. MÓDULO II – PARTE 12 MATEMÁTICA Projeto Vestibular Matrizes e Sistemas Prof. Bruno Vianna 21)(EEAR-2001)– Na resolução da equação matricial 24) (UFF-2011-1ªF) A transmissão de mensagens codificadas 1 − 1 0  x  1  em tempos de conflitos militares é crucial. Um dos métodos 4 − 1 1 ⋅  y  = 2 , o valor de x + y + z é: de criptografia mais antigos consiste em permutar os       símbolos das mensagens. Se os símbolos são números, uma 0 − 3 0   z  0        permutação pode ser efetuada usando-se multiplicações por (A) –2 (B) 1 (C) –1 (D) 0 matrizes de permutação, que são matrizes quadradas que satisfazem as seguintes condições: 22) (AFA-03) As quantidades dos produtos que Elaine, Pedro e Carla compraram num mercado estão esquematizadas na · cada coluna possui um único elemento igual a 1 (um) e tabela que segue todos os demais elementos são iguais a zero; produto A produto B produto C · cada linha possui um único elemento igual a 1 (um) e todos Elaine 1 2 3 os demais elementos são iguais a zero. Pedro 3 6 2 Carla 2 4 1 0 1 0  Sabendo-se que Pedro gastou R$ 21,00 e Carla R$ 13,00,   Por exemplo, a matriz M = 0 0 1 permuta os pode-se concluir, necessariamente, que   1 0 0    (A) Elaine gastou R$ 10,00. (B) o preço do produto C é R$ 3,00. a  (C) o preço do produto A é R$ 1,00.   elementos da matriz coluna Q = b , (D) o preço do produto B é R$ 3,00.   c    23) (UFF-2010-1ªF) b    transformando-a na matriz P = c pois P = M . Q .   a    a  Em computação gráfica, o sistema RGB identifica uma cor a   Pode-se afirmar que a matriz que permuta b , partir de três números R, G e B que especificam,   respectivamente, as quantidades de vermelho (Red), verde c    (Green) e azul (Blue) que compõem a cor. Outro sistema de identificação de cores é o NTSC (usado em TV). Nesse c  sistema, uma cor também é definida por três números: Y   transformando-a em a , é: (luminância), I (sinal em fase) e Q (quadratura). Os dois   b    sistemas estão relacionados através da seguinte equação matricial: Y  0,299 0,587 0,114   R  0 0 1  1 0 0  I  = 0,596 − 0,274 − 0,322 ⋅ G            (A) 1 0 0 (B) 0 0 1     Q   0,211 − 0,523 0,312   B        0 1 0    0 1 0    Se 0 ≤ R ≤ 1 , 0 ≤ G ≤ 1 e 0 ≤ B ≤ 1 , então: 0 1 0  0 0 1  (A) 0 ≤ Y ≤ 1 , 0 ≤ I ≤ 1 e 0 ≤ Q ≤ 1  (C) 1 0 0   (D) 0 1 0  (B) 0 ≤ Y ≤ 1 , −0,596 ≤ I ≤ 0,596 e −0,523 ≤ Q ≤ 0,523     (C) 0 ≤ Y ≤ 0,299 , 0 ≤ I ≤ 0,596 e 0 ≤ Q ≤ 0,211 0 0 1    1 0 0   (D) 0,114 ≤ Y ≤ 0,587 , −0,322 ≤ I ≤ 0,596 e −0,523 ≤ Q ≤ 1 0 0 0,312   (E) 0 1 0   (E) 0,211 ≤ Y ≤ 0,596 , −0,523 ≤ I ≤ 0,587 e −0,322 ≤ Q ≤ 0 0 1    0,312 2011 8
  • 9. MÓDULO II – PARTE 12 MATEMÁTICA Projeto Vestibular Matrizes e Sistemas Prof. Bruno Vianna 25) (UERJ-94) - Considere que na resolução do sistema abaixo, onde cada equação representa um plano do espaço  −2 3 1  1   −2 3 1  2   98 cartesiano tridimensional, um aluno aplicou a regra de           Crammer.  −1 2 1 ⋅  1  =  −1 2 1 .  2  =  98            x + 2 y + 3z = 1  −2 3 1  97  −2 3 1  96  98  x + 2 y + 3z = 2 x + 2 y + 3z = 4 Id Ota pensou então em alterar o coeficiente central  da matriz , a22 , igual a 2, para um outro valor k. RESOLUÇÃO DO ALUNO Determine, se possível, os valores de k que fazem o 1 2 3 1 2 3 código funcionar bem. D=1 2 3 = 0; Dx = 2 2 3 = 0; 27) (UNICAMP - 2002) Considere o sistema linear abaixo, no 1 2 3 4 2 3 qual a é um parâmetro real: 1 1 3 1 2 1  ax + y + z = 1  Dy = 1 2 3 = 0; Dz = 1 2 2 = 0;  x + ay + z = 2  x + y + az = −3 1 4 3 1 2 4  Dx 0 Dy 0 Dz 0 x= = y= = z= = a) Mostre que para a = 1 o sistema é impossível. D 0 D 0 D 0 b) Encontre os valores do parâmetro a para os quais o Conclusão: Sistema POSSÍVEL e INDETERMINADO. sistema tem solução única. A conclusão do aluno está errada. A regra de Cramer pode, na discussão de sistemas, levar a falsas conclusões. Esse Gabaritos sistemas por exemplo, é impossível pois os 3 planos são: 01) a) 3 b) 33 02) a) Cláudio b) 2 chopes 03) D (A) paralelos disdintos (B) paralelos, sendo apenas dois coincidentes 04) 65% 05) a) A3 = 1 3 b) k =2 ou k =3 (C) dois paralelos distintos e o terceiro oblíquo a eles   0 1 (D) dois paralelos distintos e o terceiro perpendicular a eles (E) secante dois a dois, determinando três retas paralelas 06) B 07) EUA = 519 Cuba = 288 e Brasil = 309 distintas. 0 0 0 0 0   26) (UFRJ-98-PE)- O agente Id Ota inventou o seguinte código 08)  a 0 0 0 0 a2 a 0 0 0 secreto para a transmissão de datas de certos fatos  3  a a2 a 0 0 importantes: o código transforma uma data d - m - a, onde d a4 é o dia, m é o mês e a representa os dois últimos algarismos  a3 a2 a 0  do ano, em uma nova tripla de números 09) B 10) D 11) D 12) D d’ - m’ - a’, de acordo com a regra 13) A 14) 11 15) A 16) C  −2 3 1  d   d ′        17) C 18) 0 19) B 20) A  −1 2 1 ⋅  m =  m ′       21) C 22) B 23) B 24) A  −2 3 1  a   a ′  25) A 26) K < -27 ou K > 33 O código revelou-se um desastre. De fato, várias datas originais distintas (d,m,a) correspondem a um mesmo 27) a) Dem b) a ≠ 1 e a ≠ -2. código transmitido (d’,m’,a’). Por exemplo, as datas 1/1/97 e 2/2/96 correspondem ao mesmo código 98-98-98, pois: 2011 9
  • 10. MÓDULO II – PARTE 12 MATEMÁTICA Projeto Vestibular Matrizes e Sistemas Prof. Bruno Vianna Resolução de algumas questões Questão 27) A- Sendo a = 1, o sistema fica: Questão 07) (-1)  x + y + z =1 x + y + z = 1  +   x+ y+z =2 + ∴ 0 =1  x + y + z = −3  0 = −4   que é impossível. B- Para que o sistema tenha solução única, devemos ter a 1 1 1 a 1 ≠ 0 ∴ a 3 + 2 − 3a ≠ 0 Questão 18) 1 1 a ∴ a - a + a - 3a + 2 ≠ 0 ∴ a (a - 1) + (a - 2)(a - 1) ≠ 0 3 2 2 2 ∴ (a - 1) ⋅( a + a - 2) ≠ 0 2 a - 1 ≠ 0 ∴a ≠ 1 e a + a - 2 ≠ 0 ∴ a ≠ 1 e a ≠ -2 2 Resposta: a ≠ 1 e a ≠ -2. Questão 26) O determinante da matriz usada é nulo, o que explica o desastre. Se (d,m,a) e (d1,m1,a1) são duas datas distintas transformadas no mesmo código, temos: ou para algum n Z - {0} Temos as seguintes restrições: Basta analisarmos n=1, pois este valor determinará os maiores intervalos para K. É fácil ver que se o código não funciona. Logo devemos ter K < -27 ou K > 33. 2011 10