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Álgebra Linear NI

Seção 2.3 Operações Elementares

Definição 2.3.1.

São três as operações elementares sobre as linhas de uma matriz:
  1. Permutação de linhas. Nesta operação, permutam-se a \(i\)-ésima e \(j\)-ésima linhas de uma matriz. Indicaremos esta operação pela notação \(L_i \leftrightarrow L_j\text{,}\) na qual \(L_i\) indica a \(i\)-ésima linha da matriz. Por exemplo,
    \begin{equation*} \begin{bmatrix} 2 \amp 0 \\ 1 \amp 6 \\ -4 \amp 8 \end{bmatrix} \xrightarrow {L_2\leftrightarrow L_3} \begin{bmatrix} 2 \amp 0 \\ -4 \amp 8 \\ 1 \amp 6 \end{bmatrix} \end{equation*}
  2. Multiplicação de linha. Nesta operação, multiplica-se a \(i\)-ésima linha de uma matriz por um número real \(c\text{.}\) Indicaremos esta operação pela notação \(L_i \rightarrow cL_i\text{,}\) na qual \(L_i\) indica a \(i\)-ésima linha da matriz. Por exemplo,
    \begin{equation*} \begin{bmatrix} 2 \amp 0 \\ 1 \amp 6 \\ -4 \amp 8 \end{bmatrix} \xrightarrow{L_3\rightarrow 2L_3} \begin{bmatrix} 2 \amp 0 \\ 1 \amp 6 \\ -8 \amp 16 \end{bmatrix}. \end{equation*}
  3. Adição de linhas. Nesta operação, soma-se à \(i\)-ésima linha de uma matriz a \(j\)-ésima linha multiplicada por um número real \(c\neq 0\text{.}\) Indicaremos esta operação pela notação \(L_i \rightarrow L_i + cL_j\text{,}\) onde \(L_i\) indica a \(i\)-ésima linha da matriz. Por exemplo,
    \begin{equation*} \begin{bmatrix} 2 \amp 0 \\ 1 \amp 6 \\ -4 \amp 8 \end{bmatrix} \xrightarrow{L_1\rightarrow L_1 + 3L_2} \begin{bmatrix} 5 \amp 18 \\ 1 \amp 6 \\ -4 \amp 8 \end{bmatrix}. \end{equation*}

Nota 2.3.2.

É possível associar a cada operação elementar acima uma matriz elementar \(E\) de modo que cada operação elementar sobre as linhas de uma matriz \(A\) corresponde à multiplicação a esquerda de \(A\) por \(E\text{.}\)

Definição 2.3.3.

Matrizes Linha Equivalentes Sejam \(A, B\in\mathcal M_{m\times n}\text{.}\) Dizemos que \(B\) é linha equivalente a \(A\text{,}\) e escrevemos \(B\sim A\text{,}\) se \(B\) for obtida de \(A\) a partir de um número finito de operações elementares sobre as linhas de \(A\text{.}\)

Nota 2.3.4.

Pode-se mostrar que dois sistemas de equações lineares que possuem matrizes ampliadas linha equivalentes são equivalentes.

Exemplo 2.3.5.

Sejam \(A, B\in\mathcal M_{3\times 4}\) dadas por
\begin{equation*} A = \begin{bmatrix} 1 \amp 4 \amp 3 \amp 1\\ 2 \amp 5 \amp 4 \amp 4\\ 1 \amp -3 \amp -2 \amp 5 \end{bmatrix} \quad\text{e}\quad B = \begin{bmatrix} 1 \amp 0 \amp 0 \amp 3\\ 0 \amp 1 \amp 0 \amp -2\\ 0 \amp 0 \amp 1 \amp 2 \end{bmatrix}. \end{equation*}
Mostre que \(B\sim A\text{.}\)