APOSTILA · ÁLGEBRA MATRICIAL E SISTEMAS LINEARES

Conteúdo teórico de Matrizes e Sistemas

Uma trilha completa sobre representação matricial, operações, determinantes, inversas, sistemas lineares, escalonamento, posto, Regra de Cramer e aplicações.

8capítulos
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Como estudar esta apostila

Registre sempre a ordem das matrizes, confira se as dimensões permitem cada operação e escreva as operações elementares usadas no escalonamento. Em sistemas, interprete a última matriz antes de anunciar a resposta: ela revela se há uma, nenhuma ou infinitas soluções.

01
CAPÍTULO 1

Matrizes: representação, ordem e tipos

Uma matriz organiza informações em linhas e colunas. Mais do que uma tabela, ela é uma linguagem para registrar relações, transformações e sistemas de equações.

SÍNTESE DO CAPÍTULO
A=[aij]m×nA=[a_{ij}]_{m\times n}

Matriz de m linhas e n colunas.

aij=f(i,j)a_{ij}=f(i,j)

Elemento determinado por uma lei de formação.

A=B  ⟺  aij=bij para todo i,jA=B\iff a_{ij}=b_{ij}\text{ para todo }i,j

Critério de igualdade de matrizes da mesma ordem.

Ordem, elementos e lei de formação

Uma matriz A de ordem m×n possui m linhas e n colunas. O símbolo aia_{i}ⱼ identifica o elemento localizado na linha i e na coluna j; por isso, a ordem dos índices não pode ser trocada.

Uma lei de formação permite construir a matriz sem listar seus elementos antecipadamente. Para obter aia_{i}ⱼ, substituímos i e j na regra e respeitamos os intervalos 1≤i≤m1\le i\le m e 1≤j≤n1\le j\le n.

A=[aij]m×nA=[a_{ij}]_{m\times n}Matriz de m linhas e n colunas.
aij=f(i,j)a_{ij}=f(i,j)Elemento determinado por uma lei de formação.

Matrizes especiais e igualdade

Matrizes linha e coluna possuem uma única linha ou coluna. Matrizes quadradas têm o mesmo número de linhas e colunas e apresentam diagonais principal e secundária.

As matrizes nula, diagonal, escalar, identidade e triangular possuem estruturas que simplificam cálculos. Duas matrizes são iguais somente quando têm a mesma ordem e elementos correspondentes iguais.

  • Matriz identidade: diagonal principal formada por 1 e demais elementos nulos.
  • Matriz diagonal: todos os elementos fora da diagonal principal são nulos.
  • Matriz triangular: todos os elementos acima ou abaixo da diagonal principal são nulos.
A=B  ⟺  aij=bij para todo i,jA=B\iff a_{ij}=b_{ij}\text{ para todo }i,jCritério de igualdade de matrizes da mesma ordem.
D
VOCABULÁRIO

Definições essenciais

Matriz quadrada

Matriz de ordem n×n, na qual linhas e colunas têm a mesma quantidade.

Diagonal principal

Conjunto dos elementos aiia_{ii} de uma matriz quadrada.

Matriz identidade

Matriz quadrada I com 1 na diagonal principal e 0 nas demais posições.

T
RESULTADOS CENTRAIS

Teoremas e propriedades

Igualdade elemento a elemento

Duas matrizes A e B são iguais se, e somente se, possuem a mesma ordem e aia_{i}ⱼ=bib_{i}ⱼ em toda posição.

1
EXEMPLO RESOLVIDO

Construção pela posição

Construa a matriz A de ordem 2×3 sabendo que aia_{i}ⱼ=3i−2j.

  1. Para i=1i=1, calcule a11=1,a12=−1a_{11}=1, a_{12}=-1 e a13=−3a_{13}=-3.
  2. Para i=2i=2, calcule a21=4,a22=2a_{21}=4, a_{22}=2 e a23=0a_{23}=0.
  3. Organize os valores preservando linhas e colunas.
2
EXEMPLO RESOLVIDO

Parâmetros em matrizes iguais

Se [[x+1,4],[2,y−3]]=[[7,4],[2,5]], determine x e y.

  1. Compare a posição (1,1): x+1=7x+1=7.
  2. Compare a posição (2,2): y−3=5y-3=5.
  3. Resolva as duas equações independentes.
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02
CAPÍTULO 2

Operações matriciais e transposição

As operações com matrizes obedecem a regras de compatibilidade. Somar combina posições correspondentes; multiplicar combina linhas com colunas e representa composição de transformações.

SÍNTESE DO CAPÍTULO
(A+B)ij=aij+bij(A+B)_{ij}=a_{ij}+b_{ij}

Adição de elementos correspondentes.

(kA)ij=k aij(kA)_{ij}=k\,a_{ij}

Produto por escalar.

(AB)ij=∑k=1paikbkj(AB)_{ij}=\sum_{k=1}^{p}a_{ik}b_{kj}

Produto da linha i de A pela coluna j de B.

Adição, subtração e produto por escalar

Somente matrizes de mesma ordem podem ser somadas ou subtraídas. O cálculo é feito elemento a elemento, de modo semelhante à soma de vetores.

Multiplicar A por um número k significa multiplicar cada elemento por k. Essa operação preserva a ordem da matriz e distribui-se sobre a adição.

(A+B)ij=aij+bij(A+B)_{ij}=a_{ij}+b_{ij}Adição de elementos correspondentes.
(kA)ij=k aij(kA)_{ij}=k\,a_{ij}Produto por escalar.

Produto, transposta e propriedades

O produto AB existe quando o número de colunas de A coincide com o número de linhas de B. Se A é m×p e B é p×n, então AB é m×n.

Em geral, AB≠BAAB\ne BA; às vezes um dos produtos nem sequer existe. A transposta Aᵀ troca linhas por colunas e inverte a ordem no produto: (AB)ᵀ=BᵀAᵀ.

(AB)ij=∑k=1paikbkj(AB)_{ij}=\sum_{k=1}^{p}a_{ik}b_{kj}Produto da linha i de A pela coluna j de B.
(AB)T=BTAT(AB)^T=B^TA^TTransposta de um produto.
D
VOCABULÁRIO

Definições essenciais

Matrizes conformáveis

Matrizes cujas dimensões internas permitem o produto.

Matriz transposta

Matriz obtida ao transformar cada linha de A em uma coluna de Aᵀ.

Matriz simétrica

Matriz quadrada que satisfaz Aᵀ=A.

T
RESULTADOS CENTRAIS

Teoremas e propriedades

Associatividade do produto

Quando os produtos estão definidos, (AB)C=A(BC)C=A(BC), embora a comutatividade geralmente não ocorra.

1
EXEMPLO RESOLVIDO

Produto linha por coluna

Calcule AB para A=[[1,2],[−1,3]]A=[[1{,}2],[-1{,}3]] e B=[[4,0],[2,5]]B=[[4{,}0],[2{,}5]].

  1. Primeira linha: 1⋅4+2⋅2=81\cdot 4+2\cdot 2=8 e 1⋅0+2⋅5=101\cdot 0+2\cdot 5=10.
  2. Segunda linha: −1⋅4+3⋅2=2-1\cdot 4+3\cdot 2=2 e−1⋅0+3⋅5=15e -1\cdot 0+3\cdot 5=15.
  3. Monte a matriz 2×2 com os quatro resultados.
2
EXEMPLO RESOLVIDO

Produto não comutativo

Com as mesmas matrizes, compare o elemento (1,1) de AB e BA.

  1. Já foi obtido (AB)₁₁=8.
  2. Calcule (BA)₁₁=4⋅1+0⋅(−1)=44\cdot 1+0\cdot (-1)=4.
  3. Como uma posição correspondente difere, as matrizes não são iguais.
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03
CAPÍTULO 3

Determinantes e suas propriedades

O determinante associa um número a cada matriz quadrada. Esse número detecta perda de dimensão, invertibilidade e unicidade de soluções.

SÍNTESE DO CAPÍTULO
det⁡(abcd)=ad−bc\det\begin{pmatrix}a&b\\c&d\end{pmatrix}=ad-bc

Determinante de ordem 2.

det⁡(A)=∑j=1naijCij\det(A)=\sum_{j=1}^{n}a_{ij}C_{ij}

Expansão por uma linha, com cofatores Cᵢⱼ.

det⁡(AB)=det⁡(A)det⁡(B)\det(AB)=\det(A)\det(B)

Determinante de um produto.

Ordens 2 e 3 e expansão de Laplace

Para uma matriz 2×2, multiplicamos os elementos da diagonal principal e subtraímos o produto da outra diagonal. Para ordens maiores, cofatores permitem reduzir o cálculo a determinantes menores.

Na expansão de Laplace, pode-se escolher qualquer linha ou coluna. A melhor escolha costuma ser aquela com mais zeros, pois os termos correspondentes desaparecem.

det⁡(abcd)=ad−bc\det\begin{pmatrix}a&b\\c&d\end{pmatrix}=ad-bcDeterminante de ordem 2.
det⁡(A)=∑j=1naijCij\det(A)=\sum_{j=1}^{n}a_{ij}C_{ij}Expansão por uma linha, com cofatores Cᵢⱼ.

Efeito das operações sobre linhas

Trocar duas linhas muda o sinal do determinante. Multiplicar uma linha por k multiplica o determinante por k. Somar a uma linha um múltiplo de outra não altera o determinante.

Matrizes triangulares têm determinante igual ao produto dos elementos da diagonal principal. Se duas linhas são proporcionais, o determinante é zero.

det⁡(AB)=det⁡(A)det⁡(B)\det(AB)=\det(A)\det(B)Determinante de um produto.
det⁡(AT)=det⁡(A)\det(A^T)=\det(A)A transposição preserva o determinante.
D
VOCABULÁRIO

Definições essenciais

Menor complementar

Determinante obtido ao remover a linha i e a coluna j associadas a um elemento.

Cofator

Número CiC_{i}ⱼ=(−1)ⁱ⁺ʲMiM_{i}ⱼ usado na expansão de Laplace.

Matriz singular

Matriz quadrada com determinante igual a zero.

T
RESULTADOS CENTRAIS

Teoremas e propriedades

Critério de invertibilidade

Uma matriz quadrada A é inversível se, e somente se, det(A)≠0det(A)\ne 0.

1
EXEMPLO RESOLVIDO

Determinante 3×3 por cofatores

Calcule det(A)det(A) para A=[[2,0,1],[3,−1,2],[0,4,1]]A=[[2{,}0,1],[3,-1{,}2],[0{,}4,1]].

  1. Expanda pela primeira linha: det(A)=2⋅det([[−1,2],[4,1]])+1⋅det([[3,−1],[0,4]])det(A)=2\cdot det([[-1{,}2],[4{,}1]])+1\cdot det([[3,-1],[0{,}4]]).
  2. Calcule os menores: −1−8=−9-1-8=-9 e 12−0=1212-0=12.
  3. Combine: 2·(−9)+12.
2
EXEMPLO RESOLVIDO

Triangularização

Qual é o determinante de [[3,2,−1],[0,5,4],[0,0,−2]]?

  1. Reconheça a matriz triangular superior.
  2. Multiplique os elementos da diagonal principal.
  3. Calcule 3·5·(−2).
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04
CAPÍTULO 4

Matriz inversa e equações matriciais

A inversa desfaz o efeito de uma matriz. Ela permite resolver equações como AX=BAX=B, mas só existe quando A é quadrada e não singular.

SÍNTESE DO CAPÍTULO
A−1=1ad−bc(d−b−ca)A^{-1}=\frac{1}{ad-bc}\begin{pmatrix}d&-b\\-c&a\end{pmatrix}

Inversa de [[a,b],[c,d]], quando ad−bc≠0.

[A∣I]∼[I∣A−1][A\mid I]\sim[I\mid A^{-1}]

Inversão por operações elementares.

AX=B⇒X=A−1BAX=B\Rightarrow X=A^{-1}B

Solução quando A é inversível.

Definição, unicidade e cálculo

A matriz A−1A^{-1} é definida pelas igualdades AA−1A^{-1}=A−1A^{-1}A=IA=I. Quando existe, ela é única.

Para matrizes 2×2 há uma fórmula direta. Em ordens maiores, o método de Gauss-Jordan transforma a matriz aumentada [A∣I]em[I∣\left|I] em [I\right|A−1A^{-1}].

A−1=1ad−bc(d−b−ca)A^{-1}=\frac{1}{ad-bc}\begin{pmatrix}d&-b\\-c&a\end{pmatrix}Inversa de [[a,b],[c,d]], quando ad−bc≠0.
[A∣I]∼[I∣A−1][A\mid I]\sim[I\mid A^{-1}]Inversão por operações elementares.

Equações e propriedades

Se AX=BAX=B e A é inversível, multiplicar ambos os lados à esquerda por A−1A^{-1} fornece X=A−1BX=A^{-1}B. A ordem importa: em XA=BXA=B, multiplica-se à direita.

A inversa de um produto aparece em ordem contrária: (AB)⁻¹=B−1B^{-1}A−1A^{-1}. Isso corresponde a desfazer primeiro a última transformação aplicada.

AX=B⇒X=A−1BAX=B\Rightarrow X=A^{-1}BSolução quando A é inversível.
(AB)−1=B−1A−1(AB)^{-1}=B^{-1}A^{-1}Inversa de um produto.
D
VOCABULÁRIO

Definições essenciais

Matriz inversível

Matriz quadrada que admite uma matriz inversa multiplicativa.

Matriz aumentada

Matriz formada ao justapor blocos, como [A∣I]ou[A∣\left|I] ou [A\right|b].

Gauss-Jordan

Processo de escalonamento até a forma escalonada reduzida.

T
RESULTADOS CENTRAIS

Teoremas e propriedades

Unicidade da inversa

Se B e C satisfazem AB=BA=IAB=BA=I e AC=CA=IAC=CA=I, então B=CB=C.

1
EXEMPLO RESOLVIDO

Inversa de ordem 2

Encontre a inversa de A=[[3,1],[2,1]]A=[[3{,}1],[2{,}1]].

  1. Calcule det(A)=3⋅1−1⋅2=1det(A)=3\cdot 1-1\cdot 2=1.
  2. Troque os elementos da diagonal principal e mude os sinais dos demais.
  3. Divida pelo determinante 1.
2
EXEMPLO RESOLVIDO

Equação matricial

Resolva AX=BAX=B com A=[[2,0],[0,4]] e B=[[6],[20]]B=[[6],[20]].

  1. A−1A^{-1}=[[12,0\frac{1}{2},0],[0,140,\frac{1}{4}]].
  2. Calcule X=A−1BX=A^{-1}B.
  3. Obtenha as entradas 62\frac{6}{2} e 204\frac{20}{4}.
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05
CAPÍTULO 5

Sistemas lineares e classificação

Um sistema linear procura valores que satisfaçam simultaneamente várias equações. Sua solução pode ser um ponto, uma família de pontos ou o conjunto vazio.

SÍNTESE DO CAPÍTULO
AX=bAX=b

Forma matricial de um sistema linear.

[A∣b][A\mid b]

Matriz aumentada do sistema.

AX=0AX=0

Sistema linear homogêneo.

Forma matricial e interpretação geométrica

Todo sistema linear pode ser escrito como AX=bAX=b, em que A reúne os coeficientes, X contém as incógnitas e b contém os termos independentes.

No plano, cada equação linear representa uma reta. Retas secantes dão uma solução; coincidentes, infinitas; paralelas distintas, nenhuma. Em três variáveis, a interpretação usa planos.

AX=bAX=bForma matricial de um sistema linear.
[A∣b][A\mid b]Matriz aumentada do sistema.

SPD, SPI e SI

Um sistema possível determinado (SPD) tem solução única. Um sistema possível indeterminado (SPI) tem infinitas soluções. Um sistema impossível (SI) produz uma contradição.

Sistemas homogêneos têm b=0b=0 e sempre possuem a solução trivial X=0X=0. Eles têm solução única quando não existem variáveis livres e infinitas soluções quando existe ao menos uma.

  • Linha [0 … 0 | c], com c≠0:c\ne 0: sistema impossível.
  • Pivô em toda coluna de variável: nenhuma variável livre.
  • Ao menos uma variável livre e nenhuma contradição: infinitas soluções.
AX=0AX=0Sistema linear homogêneo.
D
VOCABULÁRIO

Definições essenciais

Solução

Tupla ordenada que torna verdadeiras todas as equações do sistema.

Solução trivial

Solução nula X=0X=0 de um sistema homogêneo.

Variável livre

Incógnita que não corresponde a uma coluna de pivô e pode atuar como parâmetro.

T
RESULTADOS CENTRAIS

Teoremas e propriedades

Alternativa para sistemas lineares

Um sistema linear possui exatamente uma das três situações: uma solução, nenhuma solução ou infinitas soluções.

1
EXEMPLO RESOLVIDO

Sistema determinado

Resolva 2x+y=112x+y=11 e x−y=1x-y=1.

  1. Some a segunda equação à primeira: 3x=123x=12.
  2. Obtenha x=4x=4.
  3. Substitua em x−y=1x-y=1 e encontre y.
2
EXEMPLO RESOLVIDO

Sistema impossível

Classifique x+2y=5x+2y=5 e 2x+4y=132x+4y=13.

  1. Multiplicar a primeira equação por 2 produz 2x+4y=102x+4y=10.
  2. A segunda exige 2x+4y=132x+4y=13.
  3. A mesma expressão não pode valer 10 e 13 ao mesmo tempo.
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06
CAPÍTULO 6

Escalonamento, pivôs e posto

Escalonar significa substituir uma matriz por outra equivalente e mais simples. O método de eliminação de Gauss organiza essa redução de forma sistemática.

SÍNTESE DO CAPÍTULO
Li↔LjL_i\leftrightarrow L_j

Troca de duas linhas.

Li←Li+kLjL_i\leftarrow L_i+kL_j

Substituição por uma combinação de linhas.

posto⁡(A)=nuˊmero de pivoˆs\operatorname{posto}(A)=\text{número de pivôs}

Cálculo do posto por escalonamento.

Operações elementares e forma escalonada

Podemos trocar duas linhas, multiplicar uma linha por um número não nulo ou somar a uma linha um múltiplo de outra. Essas operações preservam o conjunto solução do sistema associado.

Em uma matriz escalonada, os pivôs avançam para a direita à medida que descemos as linhas e as linhas nulas ficam abaixo das não nulas.

Li↔LjL_i\leftrightarrow L_jTroca de duas linhas.
Li←Li+kLjL_i\leftarrow L_i+kL_jSubstituição por uma combinação de linhas.

Posto, nulidade e número de soluções

O posto é a quantidade de pivôs de uma forma escalonada. Ele mede quantas equações ou linhas trazem informação independente.

Se posto(A)=(A)=posto([A∣b])posto([A|b]), o sistema é possível. Se esse valor também é igual ao número de incógnitas, a solução é única; se é menor, há variáveis livres.

posto⁡(A)=nuˊmero de pivoˆs\operatorname{posto}(A)=\text{número de pivôs}Cálculo do posto por escalonamento.
posto⁡(A)=posto⁡([A∣b])\operatorname{posto}(A)=\operatorname{posto}([A\mid b])Condição de compatibilidade.
D
VOCABULÁRIO

Definições essenciais

Pivô

Primeiro elemento não nulo de uma linha na forma escalonada.

Posto

Número de pivôs, equivalente ao máximo número de linhas linearmente independentes.

Forma reduzida

Forma escalonada em que cada pivô é 1 e é o único elemento não nulo de sua coluna.

T
RESULTADOS CENTRAIS

Teoremas e propriedades

Critério de Rouché-Capelli

AX=bAX=b é compatível se, e somente se, posto(A)=(A)=posto([A∣b])posto([A|b]).

1
EXEMPLO RESOLVIDO

Eliminação de Gauss

Resolva x+y+z=6,2x−y+z=3x+y+z=6, 2x-y+z=3 e x+2y−z=2x+2y-z=2.

  1. Use L2L_{2}←L2L_{2}−2L1L_{1} e L3L_{3}←L3L_{3}−L1L_{1} para eliminar x.
  2. O sistema reduzido fornece −3y−z=−9-3y-z=-9 e y−2z=−4y-2z=-4.
  3. Resolva as duas últimas equações e substitua na primeira.
2
EXEMPLO RESOLVIDO

Variável livre

Classifique a forma escalonada x+2y−z=4x+2y-z=4 e z=1z=1 em três incógnitas.

  1. Há pivôs nas colunas de x e z.
  2. A coluna de y não tem pivô, então y=ty=t é livre.
  3. Use z=1z=1 e x+2t−1=4x+2t-1=4.
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07
CAPÍTULO 7

Regra de Cramer e sistemas quadrados

Quando o sistema é quadrado e sua matriz de coeficientes tem determinante não nulo, os determinantes também fornecem cada incógnita diretamente.

SÍNTESE DO CAPÍTULO
xi=DiDx_i=\frac{D_i}{D}

Regra de Cramer, válida quando D≠0.

D=det⁡(A)D=\det(A)

Determinante principal do sistema.

Determinantes auxiliares

Na Regra de Cramer, D=det(A)D=det(A). Para obter Dₓ, substitui-se a coluna dos coeficientes de x pela coluna dos termos independentes; o mesmo vale para as demais incógnitas.

O método é elegante para sistemas pequenos e simbólicos. Para sistemas grandes, o escalonamento costuma exigir menos cálculos.

xi=DiDx_i=\frac{D_i}{D}Regra de Cramer, válida quando D≠0.
D=det⁡(A)D=\det(A)Determinante principal do sistema.

Limites e escolha do método

Se D≠0D\ne 0, o sistema quadrado tem solução única e Cramer é aplicável. Se D=0D=0, a regra não decide sozinha entre nenhuma e infinitas soluções.

A estratégia deve considerar o objetivo: Cramer evidencia fórmulas, a inversa resolve vários vetores b com a mesma A, e Gauss é versátil para qualquer dimensão.

  • Use Cramer para poucos cálculos e D≠0D\ne 0.
  • Use A−1A^{-1} quando a mesma matriz A atua sobre vários termos independentes.
  • Use Gauss para classificar e parametrizar sistemas gerais.
D
VOCABULÁRIO

Definições essenciais

Sistema quadrado

Sistema com o mesmo número de equações e incógnitas.

Determinante principal

Determinante D da matriz de coeficientes.

Determinante auxiliar

Determinante DiD_{i} obtido ao substituir uma coluna de A por b.

T
RESULTADOS CENTRAIS

Teoremas e propriedades

Regra de Cramer

Se det(A)≠0det(A)\ne 0, a única solução de AX=b satisfaz xix_{i}=DiD_{i}/D para cada incógnita.

1
EXEMPLO RESOLVIDO

Cramer em duas incógnitas

Resolva 3x+2y=163x+2y=16 e x−y=2x-y=2 pela Regra de Cramer.

  1. D=det([[3,2],[1,−1]])=−5D=det([[3{,}2],[1,-1]])=-5.
  2. Dₓ=det([[16,2],[2,−1]])=−20det([[16{,}2],[2,-1]])=-20 e Dᵧ=det([[3,16],[1,2]])=−10det([[3{,}16],[1{,}2]])=-10.
  3. Calcule x=DxDx=\frac{D_{x}}{D} e y=Dγ/Dy=Dᵧ/D.
2
EXEMPLO RESOLVIDO

Parâmetro e unicidade

Para qual valor de k o sistema kx+y=1kx+y=1 e 2x+4y=32x+4y=3 deixa de ter solução única?

  1. A matriz de coeficientes é [[k,1],[2,4]].
  2. Calcule D=4k−2D=4k-2.
  3. A solução deixa de ser única quando D=0D=0.
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08
CAPÍTULO 8

Modelagem e verificação de resultados

Matrizes condensam dados e relações de muitas áreas: produção, redes, custos, imagens, probabilidades e transformações geométricas.

SÍNTESE DO CAPÍTULO
c=Aqc=Aq

Consumo total c a partir da matriz de recursos A e quantidades q.

(Ak)ij=nuˊmero de percursos de comprimento k(A^k)_{ij}=\text{número de percursos de comprimento }k

Interpretação em uma rede simples.

r=b−AX^r=b-A\hat X

Vetor resíduo de uma solução aproximada.

Modelos de produção e redes

Uma matriz pode registrar consumo de recursos por produto; multiplicá-la por um vetor de quantidades calcula o consumo total. A posição de cada linha e coluna precisa ser documentada para preservar o significado.

Matrizes de adjacência registram conexões de uma rede. Potências dessa matriz ajudam a contar percursos de determinado comprimento.

c=Aqc=AqConsumo total c a partir da matriz de recursos A e quantidades q.
(Ak)ij=nuˊmero de percursos de comprimento k(A^k)_{ij}=\text{número de percursos de comprimento }kInterpretação em uma rede simples.

Checagem, arredondamento e tecnologia

Uma resposta deve ser verificada substituindo-a no sistema original ou calculando o resíduo b−AX. Resultado numericamente pequeno pode decorrer de arredondamento, mas um resíduo grande sinaliza erro.

Planilhas e calculadoras aceleram contas, porém não identificam automaticamente uma modelagem inadequada. Ordem das unidades, compatibilidade dimensional e interpretação continuam sendo responsabilidade de quem resolve.

  • Nomeie linhas, colunas e unidades.
  • Verifique dimensões antes de multiplicar.
  • Substitua a solução no modelo original.
  • Arredonde somente no final quando possível.
r=b−AX^r=b-A\hat XVetor resíduo de uma solução aproximada.
D
VOCABULÁRIO

Definições essenciais

Vetor de dados

Matriz coluna que organiza valores de uma mesma variável ou situação.

Matriz de adjacência

Matriz que registra se pares de vértices de uma rede estão conectados.

Resíduo

Diferença entre o vetor observado b e o vetor previsto AX.

T
RESULTADOS CENTRAIS

Teoremas e propriedades

Compatibilidade dimensional

Se A é m×n e q é n×1, então Aq é m×1 e combina cada linha de A com todas as entradas de q.

1
EXEMPLO RESOLVIDO

Plano de produção

Cada unidade de P usa 2 kg de material A e 1 kg de B; cada unidade de Q usa 3 kg de A e 4 kg de B. Quanto se usa ao produzir 10 P e 5 Q?

  1. Organize A=[[2,3],[1,4]]A=[[2{,}3],[1{,}4]] e q=[[10],[5]]q=[[10],[5]].
  2. Calcule Aq.
  3. Na primeira linha: 2·10+3·5; na segunda: 1·10+4·5.
2
EXEMPLO RESOLVIDO

Verificação por resíduo

Verifique se X=[[2],[1]]X=[[2],[1]] resolve [[3,1],[2,−1]]X=[[7],[3]].

  1. Calcule AX=[[3⋅2+1⋅1],[2⋅2−1⋅1]]AX=[[3\cdot 2+1\cdot 1],[2\cdot 2-1\cdot 1]].
  2. Obtenha [[7],[3]].
  3. Subtraia AX de b.
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DO CONCEITO À APLICAÇÃO

O que observar ao estudar

Objetivo: Modelar duas restrições simultâneas e verificar ambas após resolver o sistema.

Antes de começar: Equações do primeiro grau e substituição.

Uma situação para resolver

Um grupo comprou 8 ingressos: inteiras a R$ 20 e meias a R$ 10. O total foi R$ 120. Quantos ingressos de cada tipo foram comprados?

  1. Se x é o número de inteiras e y o de meias, então x+y=8x+y=8 e 20x+10y=12020x+10y=120.
  2. Divida a segunda equação por 10: 2x+y=122x+y=12. Subtraindo a primeira, resulta x=4x=4.
  3. Na contagem total, y=8−4=4y=8-4=4. Confira o preço: 4⋅20+4⋅10=1204\cdot 20+4\cdot 10=120.

Conclusão: 4 inteiras e 4 meias.

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