NOTAS DE AULA: DETERMINANTES DEFINIÇÃO Considere uma matriz quadrada de ordem n. Definimos Determinante da matriz A e representamos por det A, o número real que obtemos realizando algumas operações com os elementos desta matriz. Notação det A ou A 1 3 uma matriz de ordem dois. Representamos o 2 4 2 x 2 Exemplo : Seja A determinante desta matriz como det A 1 3 ou 2 4 CÁLCULO DO DETERMINANTE Matriz de 1ª ordem ou do tipo 1x1. Se A a11 então det A = a11. Exemplo1. Seja A = [8], temos det A = 8 Exemplo 2. Seja C = [-5], temos det C = -5 Matriz de 2ª ordem ou do tipo 2x2. Se A é uma matriz de ordem 2, o determinante será obtido calculando-se a diferença entre o produto dos elementos da diagonal principal e o produto dos elementos da diagonal secundária. 1 0 temos: 2 1 2 x 2 Exemplo 1 . Sendo A 3 2 , temos 1 5 2 x 2 Exemplo 2 Sendo C 1 Matriz de 3ª ordem ou do tipo 3x3. Exemplos: Calcule os seguintes determinantes: 1 0 1 a ) A 2 4 6 3 5 3 1 1 1 b )B 2 3 2 4 7 5 Lista de Exercícios 1- Calcule os seguintes determinantes a) 3 1 1 2 b) 2 13 7 11 5 2- Calcule x ,tal que: a) 2x 3x 2 1 x 0 b) x2 2x 4x 5 3 x 1 11 3- Calcule os seguintes determinantes 1 1 0 1 a )0 1 0 3 2 b) - 1 0 - 2 0 1 1 2 5 1 4- Determine x, tal que 1 x a )2 2x 3 x 1 0 x1 1 1 x 1 b) 1 -1 x 0 1 -x 1 2 Regra de Laplace O determinante de uma matriz quadrada A , de ordem igual ou superior a 3 , é igual à soma dos produtos dos elementos de uma linha ou coluna qualquer pelos seus respectivos cofatores. Para utilizarmos esta regra precisamos definir cofatores: Vamos definir alguns conceitos: Menor Complementar: Menor complementar de um elemento a ij da matriz M é o determinante que se obtém de M eliminando a linha e a coluna que contém o elemento a ij . Representa-se por: Dij . Exemplo: Determine o menor complementar D11 , D31 , D32 da matriz M abaixo: 1 0 6 M 2 3 5 4 1 4 Resolução: Temos: D11 3 5 12 5 17 1 4 2 3 D13 2 - 12 10 4 1 D32 1 6 2 5 e 5 12 7 Cofator ou complemento algébrico: Complemento algébrico ou Cofator de um elemento a ij . É o número que se obtém multiplicando-se o menor complementar pelo fator 1 i j C ij 1i j .Dij a 11 Então para a matriz A a 21 a 31 a a 13 C 31 13 1 . 12 a 22 a 23 a 12 a 22 a 32 a 13 a 23 a 33 o cofator C 31 será : 3 Exemplo: Determine o cofator C 11 , C 31 , C 32 da matriz M abaixo: 1 0 6 M 2 3 5 4 1 4 Resolução: Temos: C 11 ( 1 )1 1 . 3 5 ( 1 ) 2 .( 12 5 ) 17 1 4 2 3 C 13 ( 1 )1 3 . ( 1 )4 .(2 - 12) ( 1 ).( 10) 10 4 1 C 32 ( 1 ) 3 2 . 1 6 e ( 1 )5 ( 5 12 ) ( 1 ).( 7 ) 7 2 5 Determinante de M= -17 -10+7 = -20 Agora que definimos cofator podemos calcular um determinante utilizando a regra de Laplace: Exemplo 1 Calcular o seguinte determinante: 2 1 0 3 4 2 1 3 1 5 2 1 0 3 2 6 Resolução: Fixamos a primeira linha. Assim, temos: det A = a11.A11+ a12.A12+ a13.A13+ a14.A14 Calculando cada cofator separadamente: A11 ( 1 ) 1 1 2 1 3 . 5 2 1 17 3 2 6 A12 ( 1 ) 1 2 4 1 3 .1 2 1 44 0 2 6 4 4 2 4 2 3 A14 (1)1 4 . 1 5 A13 ( 1 )1 3 . 1 5 1 111 0 3 0 6 3 1 2 15 2 Assim: det A = a11.A11+ a12.A12+ a13.A13+ a14.A14 det A = 2.17+3.( - 44) -1.(-111) + 0.(-15) detA=34-132+111+0 detA=13 Obs1: Para maior facilidade, aplica-se a Regra de Laplace à fila que apresenta maior números de zeros. Obs2: Esta regra pode ser utilizada para determinantes de ordem maior ou igual a 2. Exemplo 2 Calcule os seguintes determinantes: 2 0 a) 0 0 1 9 0 0 15 5 1 0 60 4 3 2 b) 1 2 3 0 4 0 2 3 5 3 4 3 0 2 1 1 Propriedades dos determinantes A definição de determinantes e o teorema de Laplace nos permite calcular qualquer determinantes, mas com a aplicação de algumas propriedades este cálculo fica simplificado. P1. FILA NULA - Se os elementos de uma fila qualquer de uma matriz A, forem todos nulos, então detA=0 . Exemplos: 1 5 0 a ) A 3 1 0 det A 0 2 7 0 1 - 1 0 0 b)B 3 2 5 7 0 0 3 8 -7 0 - 1 2 det B 0 P2 - FILAS IGUAIS - Se uma matriz quadrada possui duas filas ( linhas ou colunas) paralelas iguais , então det A = 0. 5 2 0 2 A 2 1 2 2 3 2 Exemplos: det A 0 , pois C1 C3 P3. FILAS PARALELAS PROPORCIONAIS -Se uma matriz M de ordem n 2 tem duas filas paralelas formadas por elementos respectivamente proporcionais, então det M = 0 1 2 8 a) A 2 4 3 3 6 2 0 2 1 b) B 3 5 2 0 8 4 Exemplos: det A 0 pois C 2 2.C1 det B 0 pois L 3 4 L1 P4. COMBINAÇÃO LINEAR - Se uma matriz quadrada possui uma linha ( ou coluna) que é combinação linear de outras linhas ( ou colunas) , então o seu determinante é nulo. Exemplos: 8 1 6 det A 0 pois C 3 2.C 1 C 2 a) Seja A 4 5 13 7 2 12 1 2 3 det B 0 pois L L L b) Seja B 4 5 6 3 1 2 7 7 9 P5. MATRIZ TRANSPOSTA - Se A é uma matriz quadrada de ordem n e At é a sua transposta, então detA = detAt Exemplo: 1 2 A 5 3 detA 3 - 10 -7 1 5 At 2 3 detA t 3 10 7 P6. MULTIPLICAÇÃO DE UMA FILA POR UMA CONSTANTE - Se multiplicarmos uma fila qualquer de uma matriz A por um número k 0 , o determinante da nova matriz B, será o det B k .det A produto de k pelo determinante de A . Assim: 1 2 3 5 Exemplo Seja A 1 2 B 6 10 detA 1 se multiplicarmos a linha 2 por 2, temos: detA 2 . Logo det B =2. det A . 6 P7. N: O determinante de uma matriz quadrada A, muda de sinal quando trocamos entre si as posições de duas filas paralelas. 1 5 3 2 Seja A Exemplo: 3 2 1 5 Seja B det A 2 - 15 -13 isto é L1 L2 temos : det B 15 2 13 Exercícios: 1- Calcule os seguintes determinantes, utilizando a regra de Laplace 1 0 1 3 a) 2 3 4 2 0 2 5 1 4 1 0 0 2 4 2 4 b) 0 1 1 0 1 0 2 3 3 0 1 0 c) 3 4 2 1 5 0 -1 -2 0 0 4 0 -1 0 3 3 2- Calcule os determinantes abaixo: a) 1 2 1 0 1 1 2 1 1 1 2 1 1 3 35 3 b) 1 1 3 1 c) 2 6 6 4 2 5 3 3 1 1 1 1 2 -2 2 -1 3 0 5 0 5 3 0 0 2 -1 3 -2 1 2 0 0 d) 2 1 3 0 1 0 3 1 3 4 2 2 3- 7