1. Teorema de Jacobi Adicionando-se a uma fila de uma matriz A, de ordem n, uma outra fila paralela, previamente multiplicada por uma constante, obteremos uma nova matriz M´, tal que: det M´ = det M -3 Ex.: 1 0 5 1 3 5 4 2 7 4 10 7 4 11 6 4 1 6 Resumindo: o que estamos dizendo é que é possível facilitar o cálculo de um determinante, provocando o surgimento de ZEROS no meio da expressão por meio da utilização do Teorema de Jacobi. Exemplo: 1 1 1 2 1 1 det 1 2 1 1 1 2 1 1 1 1 1 0 3 1 1 1 det 0 1 2 2 1 3 0 1 0 2 Explicando melhor: 1 1 1 2 1 1 det 1 2 1 1 1 2 1 2 1 1 1 1 1 1 0 3 1 1 1 det 0 1 2 2 1 3 0 1 0 2 Mesmo com essas transformações o valor do determinante não muda, porém com o surgimento dos zeros o processo do cálculo se torna mais simples, conforme veremos mais adiante. 2. O Teorema de Laplace: Menor Complementar • Chama-se menor complementar (ij) de uma matriz A o determinante da matriz que se obtém de A retirando-se a linha i e a coluna j. Representa-se por Dij. • Exemplo: Sendo dada a matriz A, calcule D11, D21, D22. 2 3 1 A 3 2 2 2 0 3 D11 D21 D22 2 2 0 3 3 1 0 6 (eliminamos a linha1 e a coluna1) 3 9 (eliminamos a linha 2 e a coluna1) 2 1 2 3 6 2 4 (eliminamos a linha 2 e a coluna 2) 3. O Teorema de Laplace: Cofator • O cofator Aij de um elemento aij de uma matriz quadrada, é o número que se obtém ao multiplicar a potência (– 1)i+j pelo menor complementar de aij . Aij 1 i j Dij • Exemplo: 2 3 1 Sendo A 3 2 2 calcule A11, A21, A22. 2 0 3 2 2 11 A11 1 D11 1 6 . Veja que A11 D11. 0 3 A21 1 3 1 D21 1 1 9 9. Veja que A 21 D21. 0 3 A22 1 2 1 D22 1 1 6 2 4. Veja que A 22 D22 . 2 3 21 2 2 Exemplo: Sendo dada a matriz A, calcule: D12, A12, D31 e A31. 3 5 2 A 1 8 2 2 2 7 2 1 12 D12 det 3 A12 1 D12 3 2 7 3 5 31 D31 det 34 A31 1 D31 34 8 2 4. Teorema de Laplace O determinante de uma matriz quadrada é igual à soma algébrica dos produtos dos elementos de uma fila (linha ou coluna) pelos respectivos Cofatores. • Para cada linha k: det(A) ak1 Ak1 ak 2 Ak 2 akn Akn • Para cada coluna j: det(A) a1 j A1 j a2 j A2 j anj Anj Observações: • O Teorema de Laplace permite o cálculo do determinante de uma matriz de ordem n através do cálculo de determinantes de ordem n - 1; • Deve-se escolher a linha ou coluna com mais zeros; • Usar primeiro operações elementares sobre linhas para obter uma coluna com mais zeros e só depois o Teorema de Laplace sobre essa coluna. a11 det a21 a 31 a12 a22 a32 det a11 1 11 a13 a23 a11 A11 a12 A12 a13 A13 (pela 1ª linha) a33 a22 a23 a32 a33 a12 1 1 2 a21 a23 a31 a33 a13 1 13 a21 a22 a31 a32 Exemplo: Calcule o determinante abaixo. 1 1 1 2 1 1 det 1 2 1 1 1 2 1 1 1 1 Sugestão: use o teorema de Jacobi para simplificar o cálculo do determimante. 1 1 1 2 1 1 det 1 2 1 1 1 2 1 1 1 1 1 0 3 1 1 1 det 0 1 2 2 1 3 0 1 0 2 Entendendo melhor a aplicação do Teorema de Jacobi: 1 1 1 2 1 1 det 1 2 1 1 1 2 1 1 1 2 1 1 det 1 2 1 1 1 2 1 2 1 1 1 1 1 1 0 3 1 1 1 det 0 1 2 2 1 3 0 1 0 2 1 1 1 1 1 1 1 3 1 0 3 1 1 11 1 1 det 1 2 2 det 0 1 1 2 2 2 3 0 1 3 0 0 2 1 1 3 1 3 1 1 det 1 2 2 1 2 2 3 0 2 3 11 0 4 3 4 18 0 21 5. Regra de Chió A regra de Chió é uma técnica utilizada no cálculo do determinantes de ordem n 2. Dada uma matriz A de ordem n, ao aplicarmos essa regra obteremos uma outra matriz A´ de ordem n – 1, cujo determinante é igual ao de A. 1. Desde que a matriz tenha um elemento igual a 1 (um), eliminamos a linha e a coluna deste elemento. 2. Subtraímos de cada elemento restante o produto dos dois elementos eliminados, que pertenciam à sua linha e à sua coluna. 3. Multiplicamos o determinante obtido por (-1)i representam a linha e a coluna retiradas. 1 3 1 6 5 0 2.3 3 2.( 1) Ex.: 2 0 3 5 7 1 2.3 5 2.( 1) 2 1 5 + j, em que i e j 42 25 -17 Obs: no caso da linha 1 e da coluna 1, não é necessário multiplicar o determinante por (-1)i + j, pois (-1)1 + 1 vai resultar em 1, que é o elemento neutro da multiplicação. Exemplo: Calcular, usando a regra de Chió, o determinante abaixo: 1 3 7 2 4 14 30 6 3 10 20 8 2 5 16 3 2 1 14 4.3 30 4.7 6 4.2 10 3.3 20 3.7 8 3.2 5 2.3 16 2.7 3 2.2 22 2 11 2 2 - - 1 -2 = 2 - 4- 4 + 2- 8 + 2 1 + + + = - 10 Exemplo: Calcular o Determinante abaixo, usando a Regra de Chió. Observe primeiro que o número 1 ocupa a 1ª linha e 3ª coluna, mas como a soma i + j - = 1 + 3 = 4 é par, teremos (-1)i + j positivo. 7 3 1 2 30 14 4 6 20 10 3 8 16 5 2 3 2 1 - - 1 30 7.4 14 3.4 6 4.2 20 7.3 10 3.3 8 3.2 16 7.2 5 3.2 3 2.2 2 2 1 2 2 - = (2 - 4 - 4 + 2 - 8 + 2) 1 + + + = (- 10) = -10 Exemplo: Se o determinante não tiver nenhum elemento unitário podemos dividir uma das filas (linha ou coluna) para obtermos um elemento unitário, mas devemos multiplicar o determinante obtido por este valor para não haver alteração do resultado 3 3 7 2 12 14 30 6 9 10 20 8 6 5 16 3 2 2 1 3 7 2 4 14 30 6 3. 3 10 20 8 2 5 16 3 2 3 . 1 1 2 = 3 . (-10) = -30 1 2 1 6. Matriz de Vandermonde Chamamos matriz de Vandermonde, ou das potências, toda matriz de ordem n 2, em que suas colunas são potências de mesma base, com expoente inteiro, variando de 0 à n – 1 (os elementos de cada coluna formam uma progressão geométrica de primeiro termo igual a 1). Obs.: Os elementos da 2ª linha são chamados elementos característicos da matriz. O determinante da matriz de Vandermonde é igual ao produto de todas as diferenças possíveis entre os elementos característicos e seus antecessores. Ex.: 1 2 1 3 1 5 1 77 4 9 25 49 8 27 125 343 (3 – 2)(5 – 2)(5 – 3)(7 – 2)(7 – 3)(7 – 5) 1.3.2.5.4.2 240 7.O cálculo da Matriz Inversa Usando Determinantes 7.1 - MATRIZ DOS COFATORES (Cof A) Chama-se matriz dos cofatores de uma matriz quadrada A à matriz que se obtem substituindo em A cada elemento pelo seu Cofator. A A A 11 A A' Cof A 21 An1 12 1n A22 A2 n An 2 Ann 7.2 - MATRIZ ADJUNTA (Adj A) Chama-se matriz adjunta de uma matriz quadrada A à matriz que se obtem transpondo a matriz dos cofatores. A11 A t A Cof A 12 A1n An1 An 2 Ann A21 A22 A2 n 7.3 - CÁLCULO DA MATRIZ INVERSA (A-1) Agora que já encontramos a matriz dos cofatores e sua transposta, a matriz adjunta, para determinar a matriz inversa de A basta multiplicar o inverso do determinante de A por essa matriz adjunta: A1 1 A det A Exemplo: 1 2 Calcular a matriz inversa da matriz A 3 4 Solução: Primeiro vamos calcular o cofator 11 A 1 det4 4 11 de cada um dos elementos da 1 2 matriz A: A12 1 det3 3 A21 1 2 1 A22 1 2 2 det2 2 det1 1 Agora vamos escrever a matriz dos cofatores: 4 3 A' Cof A 2 1 Agora vamos escrever a matriz adjunta: 4 2 A AdjA Cof A 3 1 t Agora vamos calcular o determinante de A: 1 2 det A 4 6 2 3 4 E por fim: 1 1 4 2 A A 1 det A 2 3 1 1 2 A 3 2 1 2 1 OBSERVAÇÕES: 1) Uma matriz quadrada A diz-se REGULAR ou NÃO-SINGULAR se det A ≠ 0. 2) Uma matriz quadrada somente é INVERTÍVEL se for regular. 3) Uma matriz quadrada invertível diz-se ORTOGONAL somente se sua transposta dor igual à sua inversa. A é ortogonal A A1 A At I n A1 At