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Algebra Linear I - Aula 22

1. Potencia de uma matriz.

1 Potencia de uma matriz

Nesta secao, explicaremos como calcular a potencia n-esima de uma matrizdiagonalizavel. Primeiro observe que

D =

a1 0 . . . 00 a2 . . . 0...

.... . .

...0 0 . . . an

k

=

ak

1 0 . . . 00 ak

2 . . . 0...

.... . .

...0 0 . . . ak

n

.

Portanto, se A e diagonalizavel e D e sua forma diagonal, temos

A2 = AA = (PDP−1)(PDP−1) = PD2P−1.

Onde calcular D2 e muito simples.Em geral, e indutivamente,

An = PDnP−1.

Exemplo 1. Calcular A10 onde

A =

0 0 −21 2 11 0 3

.

Resposta: Observe que A e diagonalizavel e que sua forma diagonal e

D =

2 0 00 2 00 0 1

.

Tambem,

P =

−1 0 −20 1 11 0 1

, P−1 =

1 0 −21 1 1−1 0 −1

.

1

Portanto,

A10 = P

210 0 00 210 00 0 1

P−1.

Exercıcio 1. Considere as matrizes

E =

(

0 1−1 0

)

A =

(

1 33 1

)

Defina a matriz C = E A E.

• Calcule E2.

• Encontre a forma diagonal de A.

• Calcule C15.

Resposta: Temos

E2 = E E =

(

0 1−1 0

) (

0 1−1 0

)

=

(

−1 00 −1

)

.

Como a matriz A e simetrica, e diagonalizavel. Escreveremos

A = B D B−1,

onde D e diagonal e B ortogonal. Calculemos agora D e B.O polinomio caraterıstico de A e

p(λ) = λ2 − 2λ − 8

e seus autovalores sao 4 e −2.A forma diagonal de A e

D =

(

4 00 −2

)

.

A matriz B tera por colunas autovetores (unitarios) de A l.i.. O autovetoru = (x, y) associado a 3 verifica −3x + 3y = 0, x = y, u = (1, 1) ou v =

2

(1/√

2, 1/√

2) ja normalizado. O outro autovetor sera perpendicular, ou sejaw = (1/

√2,−1/

√2). A matriz B e

B =

(

1/√

2 1/√

2

1/√

2 −1/√

2

)

.

Finalmente, para calcular C15 observamos que B = Bt = B−1 e escreve-mos

C2 = (E B D B−1 E) (E B D B E) = E B D B−1(−I) B D B E =

= −E B D2 B E.

Tambem temos

C3 = −(E B D2 B−1 E) (E B D B E) = −E B D2 B−1(−I) B D B E =

= E B D3 B E.

Finalmente,

C4 = (E B D3 B−1 E) (E B D B E = E B D3 B−1(−I) B D B E =

= −(E B D4 B E).

Portanto, temos que

C2k = −E B D2k B−1 E, C2k+1 = E B D2k+1 B−1 E

Logo,C15 = E B D15 B−1 E.

Portanto,

C15 =

(

1/√

2 −1/√

2

−1/√

2 −1/√

2

) (

415 00 (−2)15

) (

−1/√

2 1/√

2

1/√

2 1/√

2

)

,

onde a primera e a ultima matriz correspondem aos produtos E B e B E. �

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