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Álgebra Linear NI

Seção 2.8 Exercícios

Exercícios Exercícios

1.

Considere o seguinte sistema.
\begin{equation*} \left\{\begin{array}{ccccccc} x \amp - \amp 2y \amp + \amp z \amp = \amp 7 \\ 2x \amp - \amp y \amp + \amp 4z \amp = \amp 17 \\ 3x \amp - \amp 2y \amp + \amp 2z \amp = \amp 14 \end{array}\right. \end{equation*}
\((x,y,z)=(2,-1,4)\) é solução do sistema?

2.

Reduza as matrizes à forma escada reduzida por linhas
\begin{equation*} A= \left[\begin{array}{rrrr} 1 \amp -2 \amp 3 \amp -1 \\ 2 \amp -1 \amp 2 \amp 3 \\ 3 \amp 1 \amp 2 \amp 3 \end{array}\right], ~~ B= \left[\begin{array}{rrrr} 0 \amp 1 \amp 3 \amp -2 \\ 2 \amp 1 \amp -4 \amp 3 \\ 2 \amp 3 \amp 2 \amp -1 \end{array}\right] ~~ \text{e}~~ C= \left[\begin{array}{ccccccc} 0 \amp 2 \amp 2 \\ 1 \amp 1 \amp 3 \\ 3 \amp -4 \amp 2 \\ 2 \amp -3 \amp 1 \end{array}\right]. \end{equation*}

3.

Para cada uma das matrizes da questão anterior determine seu posto.

4.

Considere o seguinte sistema de equações lineares
\begin{equation*} \left\{\begin{array}{ccccccc} 3x \amp - \amp 5y \amp \amp \amp = \amp 1 \\ 2x \amp \amp \amp + \amp z \amp = \amp 3 \\ 5x \amp + \amp y \amp - \amp z \amp = \amp 0 \end{array}\right. \end{equation*}
  1. Escreva o sistema acima na forma de uma equação matricial;
  2. Exiba a matriz ampliada (ou associada) do sistema;
  3. Reduza a matriz ampliada à sua forma escada reduzida por linhas. Determine o posto e nulidade do sistema;
  4. Escreva o sistema de equações lineares correspondente à matriz obtida no item anterior e resolva este sistema.

5.

Determine \(k\text{,}\) para que o sistema abaixo admita solução.
\begin{equation*} \left\{\begin{array}{ccccccc} -4x \amp + \amp 3y \amp = \amp 2 \\ 5x \amp - \amp 4y \amp = \amp 0 \\ 2x \amp - \amp y \amp = \amp k \end{array}\right. \end{equation*}

6.

Encontre os valores de \(\lambda\) (lambda) para os quais o sistema homogêneo
\begin{equation*} \left\{\begin{array}{ccccccc} 2x \amp - \amp 5y \amp + \amp 2z \amp = \amp 0 \\ x \amp + \amp y \amp + \amp z \amp = \amp 0 \\ 2x \amp \amp \amp + \amp \lambda z\amp = \amp 0 \end{array}\right. \end{equation*}
tenha uma solução diferente da solução trivial (\(x=y=z=0\)).

7.

Como devem ser escolhidos os coeficientes \(a,b\) e \(c\) para que o sistema
\begin{equation*} \left\{\begin{array}{ccccccc} ax \amp + \amp by \amp - \amp 3z \amp = \amp -3 \\ -2x \amp - \amp by \amp + \amp cz \amp = \amp -1 \\ ax \amp + \amp 3y \amp - \amp cz\amp = \amp -3 \end{array}\right. \end{equation*}
tenha como solução \(x=1,~y=-1 ~\mbox{ e } ~z=2\text{?}\)

8.

Determine as condições que devem ser satisfeitas por \(a, b\) e \(c\) para garantir que o sistema de equações
\begin{equation*} \left\{\begin{array}{ccccccc} x \amp + \amp y \amp + \amp z \amp = \amp a \\ x \amp \amp \amp + \amp z \amp = \amp b \\ 2x \amp + \amp y \amp + \amp 3z\amp = \amp c \end{array}\right. \end{equation*}
seja consistente, isto é, admita ao menos uma solução.

9.

Determine todas as soluções do sistema:
\begin{equation*} \left\{\begin{array}{ccccccc} 3x \amp + \amp y \amp + \amp 2z \amp = \amp 0 \\ 2x \amp + \amp y \amp + \amp 3z \amp = \amp 0 \\ x \amp + \amp y \amp + \amp z\amp = \amp 0 \end{array}\right. \end{equation*}

10.

Demonstre que as matrizes
\begin{equation*} \left[\begin{array}{rrr} 2 \amp 0 \amp 0 \\ a \amp -1 \amp 0 \\ b \amp c \amp 3 \end{array}\right] \,\,\,\mbox{e}\,\,\, \left[\begin{array}{rrr} 1 \amp 1 \amp 2 \\ -2 \amp 0 \amp -1 \\ 1 \amp 3 \amp 5 \end{array}\right] \end{equation*}
não são linha equivalentes.

11.

Mostre que existem apenas três tipos de matrizes reduzidas por linhas \(A=\left[\begin{array}{rr} a \amp b \\ c \amp d \\ \end{array}\right],\) tais que \(a+b+c+d=0.\)

12.

Demonstre que a permutação de duas linhas pode ser obtida por um número finito de operações elementares de outros tipos.

13.

Considere o sistema linear homogêneo \(AX=\underline{0}\text{,}\) em que \(A=\left[\begin{array}{rr} a \amp b \\ c \amp d \\ \end{array}\right].\) Determine se as seguintes afirmações são verdadeiras ou falsas:
  1. Se \(a=b=c=d\text{,}\) então todo vetor \(X=(x_1 ,\,x_2 )\) de \(\mathbb{R}^2\) é solução de \(AX=\underline{0};\)
  2. Se \(ad-bc=0\text{,}\) então o sistema \(AX=\underline{0}\) só possui a solução trivial \(x_1 =x_2 =0;\)
  3. Se \(A\neq \underline{0}\) e \(ad-bc=0\text{,}\) então o conjunto das soluções reais de \(AX=\underline{0}\) é uma reta que passa pela origem de \(\mathbb{R}^2.\)

14.

Verificar se os seguintes pontos de \(\mathbb{R}^4\) determinam um hiperplano:
  1. \(P_1 =(2,\,1,\,3,\,0),\,P_2=(1,\,0,\,2,\,5),\,P_3=(1,\,4,\,1,\,2)\) e \(P_4=(0,\,1,\,3,\,2)\text{.}\)
  2. \(P_1=(1,\,0,\,0,\,2),\,P_2=(1,\,3,\,4,\,5),\,P_3=(0,\,2,\,0,\,5)\) e \(P_4=(2,\,1,\,0,\,3)\text{.}\)
Relembrando que um hiperplano em \(\mathbb{R}^4\) é o conjunto de pontos \((z,\,y,\,z,\,w)\in \mathbb{R}^4\) que satisfazem uma equação do tipo
\begin{equation*} ax+by+cz+dw=0. \end{equation*}

15.

Usando o método descrito em sala de aula calcule a inversa de cada uma das matrizes abaixo.
\begin{equation*} \left[\begin{array}{rrrr} 2 \amp 1 \amp 0 \amp 0 \\ 1 \amp 0 \amp -1 \amp 1 \\ 0 \amp 1 \amp 1 \amp 1 \\ -1 \amp 0 \amp 0 \amp 3 \end{array}\right],~ \left[\begin{array}{rrrr} 4 \amp -1 \amp 2 \amp -2 \\ 3 \amp -1 \amp 0 \amp 0 \\ 2 \amp 3 \amp 1 \amp 0 \\ 0 \amp 7 \amp 1 \amp 1 \end{array}\right],~ \left[\begin{array}{rrr} 1 \amp 0 \amp x \\ 1 \amp 1 \amp x^2 \\ 2 \amp 2 \amp x^2 \end{array}\right]~(x\neq 0)~ \mbox{ e } \left[\begin{array}{rr} 1 \amp 2 \\ 3 \amp 4 \\ \end{array}\right]. \end{equation*}

16.

Considere a matriz real \(A=\left[ \begin{array}{rrr} 1 \amp -1 \amp 1\\ 2 \amp 0 \amp 1 \\ 3 \amp 0 \amp 1 \end{array}\right].\) Ache as matrizes elementares \(E_1,, E_2,\ldots,E_s\) tais que \(I=E_s...E_2 E_1 A.\)

17.

Sejam \(A= \left[\begin{array}{rr} 1 \amp -1 \\ 2 \amp 2 \\ 1 \amp 0 \end{array} \right]\) e \(\left[ \begin{array}{rrr} 1 \amp -1 \amp 1 \\ 2 \amp 0 \amp 1 \\ 3 \amp 0 \amp 1 \end{array}\right].\) Demonstre que não existe uma matriz \(C,\,2\times 3,\,\) tal que \(B=AC.\)

18.

Seja \(A\) uma matriz \(n\times n\) linha equaivalente à matriz identidade \(I,\,n\times n.\) Mostre que \(A\) é inversível.

19.

Seja \(A\) uma matriz \(2\times 1\) e \(B\) uma matriz \(1\times 2.\) Demonstre que a matriz \(C=AB\) não pode ser inversível.

20.

Seja \(A\) uma matriz \(n\times n.\) Demonstre as seguintes afirmações:
  1. Se \(A\) é inversível e existe uma matriz \(B,\,n\times n,\) tal que \(AB=\underline{0},\) então \(B=\underline{0}.\)
  2. Se \(A\) não é inversível, existe uma matriz não nula \(B,\,n\times n\) tal que \(AB=\underline{0}.\)