13 may - aplicações de matrizes no ensino médio

Upload: crisandy

Post on 06-Jul-2018

215 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    1/70

     

     Aplicações de matrizes no ensino médio

    Silvia da Rocha Izidoro Ferreira 

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    2/70

     

     Aplicações de matrizes no ensino médio 

    Silvia da Rocha Izidoro Ferreira 

    Orientador: Prof. Dr. Sérgio Henrique Monari Soares 

    Dissertação apresentada ao Instituto de CiênciasMatemáticas e de Computação - ICMC-USP, como

    parte dos requisitos para obtenção do título de Mestreem Ciências – Programa de Mestrado Profissional emMatemática. VERSÃO REVISADA 

    USP – São Carlos

    Maio de 2013 

    SERVIÇO DE PÓS-GRADUAÇÃO DO ICMC-USP

    Data de Depósito:

    Assinatura:________________________

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    3/70

     

    Ficha catalográfica preparada pela Seção de Tratamentoda Informação da Biblioteca Prof. Achille Bassi  – ICMC/USP

    Ferreira, Silvia da Rocha Izidoro

    F383a Aplicações de Matrizes no ensino médio / Silvia da

    Rocha Izidoro Ferreira; orientador Sérgio Henrique

    Monari Soares. –- São Carlos, 2013.

    57 p.

    Dissertação (Mestrado – Programa de Pós-Graduação em

    Mestrado Profissional em Matemática em Rede Nacional

    (PROFMAT)) -- Instituto de Ciências Matemáticas e de

    Computação, Universidade de São Paulo, 2013.

    1. Matrizes. 2. Produto de matrizes. 3. Aplicações

    de matrizes. I. Soares, Sérgio Henrique Monari,orient. II. Título. 

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    4/70

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    5/70

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    6/70

       

     

     

     

     

     

     

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    7/70

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    8/70

         

     

     

     

     

     

     

     

     

     

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    9/70

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    10/70

       

     

     

     

     

     

     

     

     

     

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    11/70

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    12/70

         

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    13/70

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    14/70

         

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    15/70

     

     

     

     

     

     

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    16/70

     

       

       

     

     

     

       A = (aik)     B  = (bkj)    n × p     p × q   

     AB

       C  = (cij)  

    cij  = ai1b1 j + · · · + aipb pj,

     

    i = 1, · · ·  , n 

      j = 1, · · ·   , q  

     

     

     

     

     

            {P 1,...,P n}    

     

    (P i, P  j)  

     

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    17/70

     

         

         

     {P 1,...,P n}    P i   →   P  j    P i  

     P  j    (P i, P  j)

     

     P i  →  P  j    P i

     P  j    P i    P  j  

     P i   →   P  j    P  j   →   P i    P i     P  j  

     

    P 1

    P 2

    P 3

    P 4

     

     n

       M   = (mij)

     n

         

     M 

    mij  =

      1,

       P i →  P  j,

    0,

       

    M  =

    0 1 1 0

    0 0 1 1

    1 0 0 1

    1 0 0 0

     

    P 2    P 1  

    P 2    P 4    P 1    P 2  →  P 4  →  P 1  

     P 2    P 1    P 2 →  P 4  

     P 2  → P 4  → P 1  → P 3  

      k  

    k ∈  N  

      P i    P  j

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    18/70

     

       M 

       m

    (k)ij  

    (i, j)  

      M k  

    m(k)ij    k    P i  

     P  j  

     

     k = 1

     

     P i    P  j    mij  

     

    P i    P  j    mij  = m(1)ij    k = 1

     k

     

      (i, j)    M k

     m

    (k)ij  

     k

       P i    P  j

     k + 1

       k + 1

       M 

     

    m(k+1)ij    (i, j)    M 

    k+1  

    M k+1 = M kM   

    m(k+1)ij   = m

    (k)i1   m1 j + m

    (k)i2   m2 j + · · · + m

    (k)in mnj.  

     m

    (k)i1   = 0     m

    (k)i1   = 1    k  

     P i    P 1    P 1    P  j  

     k + 1

       P i    P  j    m

    (k)i1    m1 j    P i

     P  j    k + 1    P 1    P i    P  j  

     P 1    k + 1    m

    (k)i1   m1 j  = 0  

    l = 1, 2, · · ·  , n  

      P i    P  j    P l    k + 1  

     

    m(k)il   mlj

     

     

    k + 1  

     k + 1

       P i    P  j  

     k ∈  N

       A

     

    A =

    0 1 1 1

    1 0 0 0

    0 1 0 10 1 1 0

    .

     P 1  

     P 4  

    A3 =

    2 3 2 2

    1 2 1 1

    1 2 1 2

    1 2 2 1

    .

     

    m(3)14   = 2    P 1    P 4  

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    19/70

     

     

     P i   →  P  j

     P i    P  j  

       

     

     

     P i     P  j    P i   →   P  j     P  j   →   P i  

     

     

     

       

    {P 1, P 2, P 3, P 4}     {P 3, P 4, P 6}.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     S  = (sij)  

     

    sij  =

      1,

       P i ↔  P  j,

    0,

     S 

     

     

     

    S   

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    20/70

     

     

     

     

     

     

     

     

     S 

     

       s3ij     (i, j)    S 

    3  

    P i  

     s3ii = 0 

     

     s3ii  = 0    P i  

     S 

       P i   →   P  j   →   P k   →   P i  

     

      P i   ↔  P  j   ↔  P k   ↔  P i    {P i, P  j, P k}  

     P i

     P i    s

    3ii  = 0  

       

    M  =

    0 1 1 1

    1 0 1 0

    0 1 0 1

    1 0 0 0

    P 1

    P 2

    P 3

    P 4

     M 

     

    S  =

    0 1 0 1

    1 0 1 0

    0 1 0 01 0 0 0

      S 3 =

    0 3 0 2

    3 0 2 0

    0 2 0 12 0 1 0

    .

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    21/70

     

     s311, s

    322, s

    333, s

    344  

     

    M   =

    0 1 0 1 1

    1 0 0 1 0

    1 1 0 1 0

    1 1 0 0 0

    1 0 0 1 0

    .

     

    S  =

    0 1 0 1 1

    1 0 0 1 00 0 0 0 0

    1 1 0 0 0

    1 0 0 0 0

     

    S 3 =

    2 4 0 4 3

    4 2 0 3 10 0 0 0 0

    4 3 0 2 1

    3 1 0 1 0

    .

     

    s311, s322, s

    344    P 1, P 2, P 4  

     

      {P 1, P 2, P 4} 

       

     P i     P  j     P i →  P  j    P  j  → P i  

       n

     

     

     P i  →  P  j    P i    P  j  

     

     

    P 2

    P 1   P 3

    P 3

    P 2

    P 1   P 4

    P 2

    P 1   P 3

    P 5   P 4

      P 1  

    P 1, P 2, P 3    P 1, P 3, P 5  

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    22/70

     

     

     

     

     

       

     

     

     

     P 1

     P i  

     P 1    P i    P 1   →  P i  

     P i  →  P 1  

    P k    P 1  →  P k    P k  →  P i  

     

    P 1  → P k  →  P i    P 1    P i  

    P i →  P k    P i  

     P 1    P i  

     P 1  

     P i →  P 1    P i  

     P 1  

    P 1    P i    P 1  

     

     

     M 

     

    M 2  

    i  

      M   

    P i    i    M 2

     

     P i  

      i    M  + M 2   P i  

     M  + M 2

     

       

     

     P i    i    A =  M  + M 

    2  

    M   

       

    •   A  

      B 

      C  

      D 

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    23/70

     

    •   B    C      E  

    •   C   

      D 

      E  

    •   D  

      B 

    •   E   

      A   D

     

     

     

     

    A

    B C 

    D E 

     M 

     

    M  =

    0 1 1 1 00 0 1 0 1

    0 0 0 1 1

    0 1 0 0 0

    1 0 0 1 0

    A =  M  + M 2 =

    0 1 1 1 0

    0 0 1 0 1

    0 0 0 1 1

    0 1 0 0 01 0 0 1 0

    +

    0 1 1 1 2

    0 0 0 2 1

    1 1 0 1 0

    0 0 1 0 10 2 1 1 0

    =

    0 2 2 2 2

    0 0 1 2 2

    1 1 0 2 1

    0 1 1 0 11 2 1 2 0

     

     ,

       ,

       ,

       ,

     

     

    A − (  

      )

    E  − (  

      )

      C  − (  

      )

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    24/70

     

    D − (    )

     

    A  

      E   

      B 

      C   

      D 

     B

       C 

       E 

     

     E 

     A

     

     B

       C 

     

     B

       C 

     

    E   

      C   

      B  

      B  

      D 

     C 

     

     

     

     

     

     

       a, b

       m

       m >   0

       a

       b

      m  (a ≡  b    m)    m    a − b    a − b    m 

     m

       a

     

    m  

      0, 1, 2, · · ·  , m−1  

      a  

    m

     Z

     

     

     m

     

    [0] =   {x ∈  Z; x ≡  0    m}

    [1] =   {x ∈  Z; x ≡  1    m}

    [m − 1] =   {x ∈  Z; x ≡  m − 1  

      m}.

     [a] = {x ∈  Z; x ≡  a    m}    m  

    a ∈  Z  

      m  

      Zm  

    Zm =  {[0], [1], · · ·  , [m − 1]}.

     a

       m

     

      a    m    a  

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    25/70

     

       m

       a

       R

     

      |a|    m    r    a  

    r =

    R,  

      a ≥  0 

    m − R,    a

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    26/70

     

      Z4  

     [2] = [0]    [2] · [2] = [0]    Z3  

     Zm    Z4    [2]  

     Zm

       

    [a] ∈  Zm    a     m  

     (a, m) = 1.

     

     

    [a]  

      [b]  ∈  Zm    [1] = [a] · [b] = [a · b]

     ab ≡  1

       m

       (a, m) = 1

     (a, m) = 1

       b

       t

       ab − mt = 1  

     

    [1] = [1] + [mt] = [1 + mt] = [a · b] = [a] · [b].

     [a]

       

    3  

      26  

      (3, 26) = 1  

    4  

      26  

      4   26

       2

     

       

    [a]  

    [a]−1  

       

     m

     

     A

       Zm    m    B  

      Zm  

    AB  =  BA =  I ,

     I 

       B

     

     B

       A

       A−1

       2 ×  2   A    Zm    m  

     det(A)

       m

       m

     

     

     A  =

      a b

    c d

     ∈  M 2(Zm)     det(A) =  D   =  ad − bc  ∈  Zm  

     A

       m

       A−1

     

     A

     

    AA−1 = A−1A =  I .

     

    det(A)det(A−1) = det(AA−1) = det(I ) = 1  

      m.

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    27/70

     

     det(A−1)

       m

       det(A)

     (m, D) = 1

       D−1 ∈   Zm  

    DD−1 = 1  

      m.  

    A−1 =

      D−1d   −D−1b

    −D−1c D−1a

    ,

     A

       A

       Zm    m  

     m

       det(A)

       m

     

       A

       Z26    26  

     

    det(A)  

      26  

      2 

      13 

       

    A =

      1 3

    0 1

     D =

       (A) = 1

       D−1 = 1

       26

     

    A−1 = 1

      1   −3

    0 1

    =

      1   −3

    0 1

    =

      1 23

    0 1

     

      26.

     

     

     

     

     

     

     n

       n

     

       

     

     

     

     

     

     

     

     

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    28/70

     

     

     

       

     A

     

     

     

      p1 p2  

     p   =

      p1

     p2

     

      Ap  

      p  

      Ap 

     

     

    2 ×  2  

     3 × 3

       n

     

     n

       n × n

     

       

     

      1 3

    2 1

     

     

        1 3

    2 1

    .

      20

    21

    =

      5

    9

    mod26

      1 3

    2 1

    .

      4

    15

    =

      23

    23

    mod26

      1 3

    2 1

    .

      5

    16

    =

      1

    0

    mod26

      1 3

    2 1

    .

      15

    19

    =

      20

    23

    mod26

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    29/70

     

      1 3

    2 1

    .

      19

    9

    =

      20

    21

    mod26

      1 3

    2 1

    .

      22

    5

    =

      11

    23

    mod26

      1 3

    2 1

    .

      12

    1

    =

      15

    25

    mod26

      1 3

    2 1 .  15

    17 =   14

    21 mod26

      1 3

    2 1

    .

      21

    5

    =

      10

    21

    mod26

      1 3

    2 1

    .

      3

    18

    =

      5

    24

    mod26

      1 3

    2 1 .

      5

    1 =

      8

    11mod26

     

    EIWWAZ TWT U KWOY N U JU EX HK 

       

     

    NMITRMITRCPEQEOA

     

     

     p =

      p1

     p2

     c =  Ap

       p =  A−1c

     

     

    1 4 1 3 9 2 0 1 8 1 3 9 2 0 1 8 3 1 6 5 1 7 5 1 5 1

      p =  A−1c  

     

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    30/70

     

      1 230 1

      1413

    =

      31313

    =

      113

       26

      1 23

    0 1

      9

    20

    =

      469

    20

    =

      1

    20

     

      26

      1 23

    0 1

      18

    13

    =

      317

    13

    =

      5

    13

     

      26

      1 23

    0 1

      9

    20

    =

      469

    20

    =

      1

    20

     

      26

      1 23

    0 1

      18

    3

    =

      87

    3

    =

      9

    3

     

      26

      1 23

    0 1

      16

    5

    =

      131

    5

    =

      1

    5

     

      26

      1 23

    0 1

      17

    5

    =

      132

    5

    =

      2

    5

     

      26

      1 23

    0 1

      15

    1

    =

      38

    1

    =

      12

    1

     

      26

     

    AM AT EM AT IC AE BE LA

       

     

     

     

     

     

     

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    31/70

     

     

     

     •

     

    0   • ∗ ∗ ∗ ∗ ∗

    0 0 0   • ∗ ∗ ∗

    0 0 0 0   • ∗ ∗

    0 0 0 0 0 0   •

    0 0 0 0 0 0 0

     

     Li ↔  L j  

     Li →  kLi  

     Li →  Li + kL j  

     

     

    k

     

    1/k

     

     

       

     

    1   ∗ ∗ ∗ ∗

    0 0 1   ∗ ∗0 0 0 0 1

    1   ∗   0   ∗   0

    0 0 1   ∗   00 0 0 0 1

    .

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    32/70

     

     

       

    x + y + 2z   = 9

    2x + 4y − 3z   = 1

    3x + 6y − 5z   = 0

     A

     

    A =

    1 1 2

    2 4   −3

    3 6   −5

    9

    1

    0

    .

     

    1 1 2

    0 2   −7

    0 3   −11

    9

    −17

    −27

    .

     

      −2 0   −110 2   −70 0   −1

    −35−17

    −3

    .  

    −2 0 0

    0 2 0

    0 0   −1

    −2

    4

    −3

    .

     (−1

    2

    )  

      1

    2

     

     

    1 0 0

    0 1 0

    0 0 1

    1

    2

    3

    .

     

     

    x   = 1,

    y   = 2,

    z   = 3.  

    x = 1, y = 2   z = 3

     

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    33/70

     

       A =

    1 2 3

    2 5 3

    1 0 8

     

     A

     

     I 

       A−1

     

     A

       [A | I ].  

     I 

     

     A−1

     

    [I |A−1] =

    1 2 3

    2 5 3

    1 0 8

    1 0 0

    0 1 0

    0 0 1

    .

     

    1 2 3

    0 1   −3

    0   −2 5

    1 0 0

    −2 1 0

    −1 0 1

    .

     

    1 2 3

    0 1   −3

    0 0   −1

    1 0 0

    −2 1 0

    −5 2 1

    .

     

    1 2 3

    0 1   −3

    0 0 1

    1 0 0

    −2 1 0

    5   −2   −1

    .

     

    1 2 0

    0 1 00 0 1

    −14 6 3

    −2 1 05   −2   −1

    .

     

    1 0 0

    0 1 0

    0 0 1

    −40 16 9

    13   −5   −3

    5   −2   −1

    .

     

    A

    −1

    =

    −40 16 9

    13   −5   −35   −2   −1

    .

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    34/70

     

     

     

       E 

     

     

     

    E   

     

     E 1  =

    1 0 0

    0 0 1

    0 1 0

     E 2  =

    1 0 0

    0 7 0

    0 0 1

     E 3  =

    1 0   −3

    0 1 0

    0 0 1

     

     

     E 

       E −1

     

     

       

    E 1 =

      0 1

    1 0

    , E 2 =

      1 0

    0 5

    , E 3 =

      1 3

    0 1

    .

     A   =

      a11   a12   a13

    a21   a22   a23

       

     

    E 1A =

      a21   a22   a23

    a11   a12   a13

      (L1 ↔  L2)

    E 2A =   a11   a12   a13

    5a21   5a22   5a23   (L2 →  5L2)

    E 3A =

      a11 + 3a12   a12 + 3a22   a13 + 3a23

    a21   a22   a23

      (L1 →  L1 + 3L2)

     E iA    A    E i  

     

     

     

     k

      A    E i  

     

    i  

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    35/70

     

     i

       E i  

     

    A →  E 1A →  E 2E 1A → · · · → E k · · · E 2E 1A,

     

    A →  U A,  

      U   = E k · · · E 2E 1.

     

    A  

      U A =  I   

     U  = A−1

       A   B →   I    A−1 .

     

     

     

     

     

        p1, p2,...,pn  

    c1, c2,...,cn    n  

     

    n × n  

      A  

    P   =

     pT 1

     pT 2 

     

     

     pT n

     n × n

       pT 1 , p

    T 2 ,...,p

    T n  

    C  =

    cT 1

    cT 2 

     

     

    cT n

     n × n    cT 1 , c

    T 2 ,...,c

    T n  

     C 

       I 

       P 

       (A−1)T 

     

     

     P 

       C 

       C  = P AT 

     A

     

     p1, p2,...,pn    C 

     E 1, · · ·  , E k  

     C 

       I 

       E k · · · E 1C  = I     C  = P A

    T   

    E k · · · E 1P AT  = I ,

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    36/70

     

     E k · · · E 1P   = (A

    −1)T   

     C 

       I 

       P 

       (A−1)T 

     A−1

     C 

       I 

     P 

       

    IOSBTGXESPXHOPDE 

     

     

     

     

     

     

     

     

     p1 =

      45

    ↔ c1  =

      915

     p2 =

      1

    18

    ↔ c2 =

      19

    2

    .

     C   =

      cT 1

    cT 2

      =

      9 15

    19 2

       I 

     

     P   =

      pT 1

     pT 2

      =

      4 5

    1 18

     

      (A−1)T   

       9 15

    19 2

    4 51 18

    .

     9−1 = 3

       1 45

    19 2

    12 151 18

    .

     45

       26

     

      1 19

    19 2

    12 151 18

    .

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    37/70

     

      −19  

      1 190   −359

    12 15−227   −267

    .

     26

       1 19

    0 5

    12 157 19

    .

     5−1 = 21

     

      1 190 1 12 1517 9 .

      −19    1 0

    0 1

    −311   −15617 9

    .

     

      1 0

    0 1

    1 0

    17 9 .

     (A−1)T  =

      1 0

    17 9

     

      A−1 =

      1 17

    0 19

     

     

     

     

      1 17

    0 9 .

      9

    15 =

      4

    5    26

      1 17

    0 9

    .

      19

    2

    =

      1

    18

     

      26

      1 17

    0 9

    .

      20

    7

    =

      9

    11

     

      26

      1 17

    0 9

    .

      24

    5

    =

      5

    19

     

      26

      1 17

    0 9

    .

      19

    16

    =

      5

    14

     

      26

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    38/70

     

      1 17

    0 9

    .

      24

    8

    =

      4

    20

     

      26

      1 17

    0 9

    .

      15

    16

    =

      1

    14

     

      26

      1 17

    0 9

    .

      4

    5

    =

      11

    19

     

      26

     

    DEAR IKE SEND T ANKS 

     

     

     

     

     

     

     

       {1, 2,...,k}

     

     i

     

      j

       pij  

      j

       i

       P   = [ pij]  

     

     

     p11   p12   p13

     p21   p22   p23

     p31   p32   p33

     

     p23    3    2    p12  

     2

       1

     

     

     

     

     

     

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    39/70

     

       

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    0, 8 0, 3 0, 2

    0, 1 0, 2 0, 6

    0, 1 0, 5 0, 2

     

     

     

     

      1  

     

     

     

    x =

    x1

    x2

    x3

    ,

     x1    1     x2  

     2

       x3    3

       k

     

     x

       xi  

     

     

     1

        P     xn  

     

    xn+1  =  P xn =  P n+1x0  

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    40/70

     

     

     

    x0 =

    x01x02

    x0k

     

    k  

      x0i  

     i

       i ∈ {1, · · ·  , k}    pij  

      j

       i

     

     k

     

    x1  =

     p11x01 + p12x02 + · · · + p1kx0k

     pk1x01 + pk2x02 + · · · + pkkx0k

    .

     

    x1 =  P x0

     

     n + 1

       k

     

     

    xn+1 =  P xn =  P 2xn−1 =  · · · =  P n+1x0.

     x0

     x1, x2,...,xn,...  

       

    0, 8 0, 3 0, 2

    0, 1 0, 2 0, 60, 1 0, 5 0, 2

     x0   =

    0

    1

    0

    .

     xn   =

    xn1

    xn2

    xn3

      n   ≥   11    x11  

     

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    41/70

     

    n  

    xn1  

    xn2  

    xn3  

     

     

     

     n

     

       

    P   =

      0 1

    1 0

       x0  =

      1

    0

    .

     P 2 = I 

       P 3 = P 

     

    x0  =  x2 =  x4 =  · · · =

      1

    0

       x1 =  x3 =  x5 =  · · · =

      0

    1

    .

     

     

     

       P 

       N  ∈  N    P N   

     

     

          P 

       r × r

       ε

       P 

     x

       r

       M 0     m0  

     x

       M 1     m1  

     xT P 

     

    M 1 ≤  M 0, m1 ≥  m0     M 1 − m1 ≤  (1 − 2ε)(M 0 − m0).

     

     

    x  

    x  

    m0    M 0    xi   ≤   x

    i  

    i   = 1, · · ·  , r    P     xT P   

     

    am0 + (1 − a)M 0 =  M 0 − a(M 0 − m0),

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    42/70

     

     a ≥  ε    xT P     M 0 − ε(M 0 − m0)  

    xi ≤  x

    i    i = 1, · · ·  , r  

    M 1 ≤  M 0 − ε(M 0 − m0).  

      −x  

    −m1 ≤  m0 − ε(−m0 + M 0).  

     

    M 1 − m1 ≤  M 0 − m0 − 2ε(M 0 − m0) = (1 − 2ε)(M 0 − m0).

          P 

       r × r

     

    P n → Q  =

    q 1   q 1   ... q  1

    q 2   q 2   ... q  2 

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    q k   q k   ... q  k

     n →  +∞    q i    q 1 + q 2 + ... + q k  = 1  

     

      P     ε    P     ρ j

      j

       0

       M n     mn  

     ρT  j P 

    n  

    ρT  j P n = ρT  j P 

    n−1P,

     

    M 1 ≥  M 2 ≥  M 3 ≥ · · ·

    m1 ≤  m2 ≤  m3  ≤ · · ·

    M n − mn ≤  (1 − 2ε)(M n−1 − mn−1),    n ≥  1.

     M n     mn

     dn =  M n − mn  

    dn ≤  (1 − 2ε)nd0 = (1 − 2ε)

    n.

     

    limn→+∞

    dn = 0

     M n     mn    ρ

    T  j P 

    n  

      q  j    ρT  j P n

     

     j  

      P n  

     j  

      P n  

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    43/70

     

     q  j    P 

    n  

    Q  

     

    q  =

    q 1

    q 2

    q r

     

    P   

      P n

     P n

     

     

    Q  

      P   

     P 

       N 

       P N 

     ε

     P N 

     

     

    dkN  ≤ (1 − 2ε)k,

       k ≥  1.

     (dn)  

    dn →  0    n →  +∞

     

     q 

       x0    P 

    nx0    q     n → ∞

       P 

       x

     

     

    P nx →

    q 1

    q 2 

     

     

    q k

    = q 

     n →  +∞    q     n  

     

     

     P n → Q    n →  +∞    P nx →  Qx  =  q   

    n →  +∞

     

     q 

       q 

       

       

       q 

       P 

     

     P q  =  q 

     

     

     P P n = P n+1

     P n

     P n+1

      Q    n →  +∞    P Q =  Q  

     

    P q   =   q   

      q   

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    44/70

     

     r

       P r =  r

     P nr   =   r

       n   = 1, 2, 3,...

       n   → ∞  

    q  =  r

     

    (I  − P ) p = 0

     q 

       q 1+· · ·+q k  = 1

       

    0, 2 0, 1 0, 7

    0, 6 0, 4 0, 2

    0, 2 0, 5 0, 1

     

     

     

    I 3    q  =

    x1

    x2

    x3

     (I  − P )q  = 0.

    1 0 0

    0 1 0

    0 0 1

    0, 2 0, 1 0, 7

    0, 6 0, 4 0, 2

    0, 2 0, 5 0, 1

    x1

    x2

    x3

    =

    0

    0

    0

    0, 8   −0, 1   −0, 7

    −0, 6 0, 6   −0, 2

    −0, 2   −0, 5 0, 9

    x1

    x2

    x3

    =

    00

    0

    1 0   −22210 1   −29210 0 0

    x1

     =   2221

    x3

       x

    2 =   29

    21x3

     

    x3 =  s  

    q  =  s

    22212921

    1

     x1 + x2 + x3 = 1   x1  =

      1136     x2  =

      2972    x3  =

      2172  

    q  =

    113629

    722172

    .

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    45/70

     

       

     5

       1

       2

       5

       3

     

     2

       15

       1

       10

       3

     

     3

       10

       1

       5

       2

     

     

    P   =

    90% 15% 10%

    5% 75% 5%

    5% 10% 85%

    =

    0, 9 0, 15 0, 1

    0, 05 0, 75 0, 05

    0, 05 0, 1 0, 85

     I 3    q  =

    x1

    x2

    x3

     (I  − P )q  = 0.  

    1 0 0

    0 1 0

    0 0 1

    0, 9 0, 15 0, 1

    0, 05 0, 75 0, 05

    0, 05 0, 1 0, 85

    x1

    x2

    x3

    =

    0

    0

    0

    0, 1   −0, 15   −0, 1

    −0, 5 0, 25   −0, 05

    −0, 05   −0, 1 0, 15

    x1

    x2

    x3

    =

    0

    0

    0

    1 0   −1370 1   −470 0 0

    x1 =

      137 x3     x2  =

      47x3

     x3 =  s  

    q  =  s.

    13747

    1

     x1 + x2 + x3 = 1   x1 =

      1324     x2 =

      424    x3  =

      724

      54, 2    1    16, 7  

     

      29, 1  

      3

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    46/70

     

     

     

     

     

     

       A

       n × n    λ    A  

    Ax  =  λx  

      x  

      x  

     A

       λ

     

        A   =   5   −2

    4   −1

       λ   = 3    A  

     x =

      1

    1

     

      x =

      0

    0

       Ax =

      5   −2

    4   −1

      1

    1

    =

      3

    3

    = 3

      1

    1

    = 3x

     

     A

       λ = 3

     

     

    n × n  

      λ  

      A  

    Ax =  λx  

      x = 0

     I 

       A

     

     

    (λI  − A)x = 0    x = 0.

     

    |λI  − A| = 0.

       A =

      5   −2

    4   −1

     

      λI −A =

      λ − 5 2−4   λ + 1

       |λI −A| = (λ−5)(λ+1)+8 = (λ−3)(λ−1)

     λ1   = 3     λ2   = 1    A    λ1   = 3    

     λ2   = 1  

     

    λ2I  − A =

      λ2 − 5 2

    −4   λ2 + 1

    =

      −4 2

    −4 2

     (λ2I  − A)x   = 0    x   =   t

      1/2

    1

     

      t  

     x

       λ2    x  =  t

      1/2

    1

     

      t  = 0  

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    47/70

     

     t  = 2

       x  =

      1

    2

     

      λ2    λ1   = 3  

     

    x  =  t

      1

    1

     

      t  = 0  

     

       

    n × n  

     

    µ1   0   · · ·   0

    0   µ2   · · ·   0 

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    0 0   · · ·   µn

       

    A  

    P   

      P −1AP   

     P 

     

     A

       λ1 = 3     λ2 = 1  

    P   =   1 12 1 .

     P 

       P −1AP   =  D

       D  =

      3 0

    0 1

    ,

     A   =

      5   −2

    4   −1

     

     n × n

     λ

       A

      λ  

     (λI  − A)x = 0

    A

       x1, · · ·  , xn  

    P   = [x1x2 · · · xn]

     A

       P −1AP 

     

     P 

        P     A =

    1   12   0

    0   12   1

    0 0 0

     

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    48/70

     

     λ1   = 1    λ2   =

      12    λ3   = 0  

    v1 =

    1

    0

    0

    , v2  = 1

    −1

    0

    , v3  = 1

    −2

    1

      P   = 1 1 1

    0   −1   −2

    0 0 1

     

    P −1AP   = D  =

    1 0 0

    0   12   0

    0 0 0

    .

     

     

    A  

      n  ×  n  

     Ak

     k

     

     P 

       D

       P −1AP   =   D

     

     

    A =  P DP −1.  

     k = 1, 2, · · ·

     

    Ak =   AA · · · A = (P DP −1)(P DP −1) · · · (P DP −1)

    =   P D(P −1P )DP −1 · · · P DP −1

    =   P D(I )D(I ) · · · (I )DP −1

    =   P D · · · DP −1

    =   P DkP −1.

     

    Ak = P DkP −1  

    k = 1, 2, · · ·

     

    Dk =

    λ1   0   · · ·   0

    0   λ2   · · ·   0

    0 0   · · ·   λn

    k

    =

    λ

    k

    1   0   · · ·   00   λk2   · · ·   0

    0 0   · · ·   λkn

    .

     

    A  

    An = P DnP −1 =

    1 1 1

    0   −1   −2

    0 0 1

    1 0 0

    0

    12

    n

    0

    0 0 0

    1 1 1

    0   −1   −2

    0 0 1

    =

    1 1 −12

    n1 −12

    n−10

    12

    n

      12

    n−1

    0 0 0

    .

     

    A

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    49/70

     

     

     

     A

       a

     

     AA

       Aa

       aa

     

     

     

     AA

       Aa

       aa

     

    A  

      a  

      a  

     A

     

     

    A  

      a  

      AA 

      Aa  

      aa  

     

     

     

     

     

     

     

    Aa  

      A  

      a  

    aa  

      Aa  

     a

       aa

       A

     a

       Aa

     

    Aa  

      aa  

     

     

     

     

     

       

       

     

      AA    Aa     aa  

     

    AA  

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    50/70

     

     

     

     n ∈  N

     

    an    AA    n  

    bn    Aa    n  

    cn    aa    n

     a0     b0     c0  

    an + bn + cn = 1    n = 0, 1, 2,...  

     AA

     

     

    an   =   an−1 + 1

    2bn−1,  

    bn   =   cn−1 + 1

    2bn−1,  

    cn   = 0.  

     AA

     

     AA

       Aa

       AA

     aa

     

     Aa

       Aa

     

    Aa    aa  

     AA

    xn =  Axn−1,  

     

    xn =

    an

    bn

    cn

    , xn−1 =

    an−1

    bn−1

    cn−1

      A =

    1   12   0

    0   12   1

    0 0 0

    .

     A

     

     

    xn =  Axn−1 =  A2xn−2 =  ...  =  A

    nx0

     An

     

    An = P DnP −1 =

    1 1 −12

    n1 −12

    n−1012

    n   12

    n−10 0 0

    .

     

    xn = P DnP −

    1x0 =

    1 1 − (12)n 1 − (12)

    n−1

    0 (12)n (12)n−1

    0 0 0

    a0

    b0

    c0

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    51/70

     

     

    xn =

    anbncn

    = a0 + b0 + c0 − (

    1

    2)n

    b0 − (1

    2)n−1

    c0( 12)

    nb0 + (12)

    n−1c0

    0

    .  

    a0 + b0 + c0  = 1

    an   = 1 −

    1

    2

    nb0 −

    1

    2

    n−1c0

    bn   =

    1

    2

    nb0 +

    1

    2

    n−1c0

    cn   = 0

     n

     

     

    12

    n  

    n  

     

    an   →   1,

    bn   →   0.

     cn  →  0    cn  

     AA

       

     AA

     

     

    xn = An.x0,

     

    A =

    1   14   0

    0   12   0

    0   14   1

    .

     A

      λ1   = 1    λ2   = 1     λ3   =   12  

    v1 =

    1

    0

    0

      v2 =

    0

    0

    1

      v3 =

    1

    −2

    1

    an   =   a0 + 1

    2b0 −

    1

    2

    n+1b0

    bn   = 1

    2n

    b0

    cn   =   c0 + 1

    2b0 −

    1

    2

    n+1

    b0

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    52/70

     

     n

     

      12n   n    

    an   →   a0 + 1

    2b0,

    bn   →   0,

    cn   →   c0 + 1

    2b0.

     

     AA

       aa

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    53/70

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    54/70

     

        

         

     

     

     A

    •   detA  

    •   A    detA = 0  

    •   det(AB) = detAdetB 

    •  

      detA  

      A

     A = [aij]  

     A

       detA

       det[aij]

     |A|

    •  

      1 × 1  |a| =  a

    •    2 × 2 a11   a12a21   a22 = a11a22 − a12a21

     

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    55/70

     

    •    3 × 3

    a11   a12   a13a21   a22   a23

    a31   a32   a33

    = a11a22a33 − a11a23a32 − a12a21a33 + a12a23a31 + a13a21a32 − a13a22a31.

     

     2 × 2

       3 × 3

     

    3 × 3  

    (a11a22a33 − a11a23a32) − (a12a21a33 − a12a23a31) + (a13a21a32 − a13a22a31),

      a11   a12   a13

    a21   a22   a23

    a31   a32   a33

    = a11

    a22   a23a32   a33− a12 a21   a23a31   a33+ a13 a21   a22a31   a32

     

    a11   a12   a13

    a21   a22   a23

    a31   a32   a33

    = a11|A11| − a12|A12| + a13|A13|,

     A11     A12     A13    2 × 2    A  

     A

     

     

     

    3 × 3  

    −(a12a21a33 − a13a21a32) + (a11a22a33 − a13a22a31) − (a11a23a32 − a12a23a31),

    a11   a12   a13

    a21   a22   a23

    a31   a32   a33

    = −a21|A21| + a22|A22| − a23|A23|.  

    n × n  

     (n − 1) × (n − 1)

       n ≥  2

       n × n A = [aij]  

    |A| =  ai1|Ai1| − ai2|Ai2| + · · · + (−1)1+nain|Ain| =

    n j=1

    (−1)i+ jaij|Aij|,

      i, j  ∈ {1, . . . , n}    Aij    (n − 1) × (n − 1)    A  

    i  

      j  

      A 

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    56/70

     

     i

     

     

     

     

       

    A =

    3   −7 8 9   −6

    0 2   −5 7 3

    0 0 1 5 0

    0 0 2 4   −1

    0 0 0   −2 0

    ,

     

     

    |A| = 3

    2   −5 7 3

    0 1 5 0

    0 2 4   −1

    0 0   −2 0

    .

     4×4  

     

    |A| = 3 · 2

    1 5 0

    2 4   −1

    0   −2 0

    = 3 · 2 · (−2) = −12,

     3 × 3

     

     

     

     

     

     

     

       A

       |A|  

     A

     

     

  • 8/17/2019 13 May - Aplicações de Matrizes No Ensino Médio

    57/70

     

       A

       n × n  

     B