From 05d4dae408c61448182c246bd3f149952f18c9de Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Fabio Ortolan Date: Wed, 18 Aug 2021 23:42:52 -0300 Subject: [PATCH 1/8] =?UTF-8?q?Remo=C3=A7=C3=A3o=20de=20um=20linha=20a=20m?= =?UTF-8?q?ais=20nas=20matrizes?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- Semana03/semana03.tex | 46 +++++++++++++++++++++---------------------- 1 file changed, 23 insertions(+), 23 deletions(-) diff --git a/Semana03/semana03.tex b/Semana03/semana03.tex index 00c1683..8591261 100644 --- a/Semana03/semana03.tex +++ b/Semana03/semana03.tex @@ -592,14 +592,14 @@ \section{Matriz de uma transformação linear} \left[ \begin{array}{r} 1 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right]\quad \text{e}\quad \vec{e}_2 = \left[ \begin{array}{c} 0\\ - 1\\ + 1 \end{array} \right]. \end{equation} De fato, @@ -608,19 +608,19 @@ \section{Matriz de uma transformação linear} \left[ \begin{array}{r} x_1 \\ - x_2 \\ + x_2 \end{array} \right] = x_1 \left[ \begin{array}{r} 1 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right] + x_2 \left[ \begin{array}{c} 0\\ - 1\\ + 1 \end{array} \right] = x_1 \vec{e}_1 + x_2 \vec{e}_2. \end{equation} Logo, utilizando a propriedade de a transformação ser linear, temos que @@ -633,7 +633,7 @@ \section{Matriz de uma transformação linear} \begin{array}{r} 1 \\ 3 \\ - -1 \\ + -1 \end{array} \right] \quad \text{e}\quad T(\vec{e}_2) = @@ -641,7 +641,7 @@ \section{Matriz de uma transformação linear} \begin{array}{r} -3 \\ 5 \\ - 1 \\ + 1 \end{array} \right]. \end{equation} Concluímos que @@ -651,27 +651,27 @@ \section{Matriz de uma transformação linear} \begin{array}{r} 1 \\ 3 \\ - -1 \\ + -1 \end{array} \right] + x_2 \left[ \begin{array}{r} -3 \\ 5 \\ - 1 \\ + 1 \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{rr} 1 & -3 \\ 3 & 5 \\ - -1 & 1 \\ + -1 & 1 \end{array} \right] \left[ \begin{array}{r} x_1 \\ - x_2 \\ + x_2 \end{array} \right]. \end{equation} Desta forma, associamos uma matriz de ordem $3 \times 2$ à transformação linear $T: \mathbb{R}^2 \to \mathbb{R}^3$. @@ -687,7 +687,7 @@ \section{Matriz de uma transformação linear} \begin{array}{r} 5 \\ 0 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right], \quad T(\vec{e}_2) = @@ -695,7 +695,7 @@ \section{Matriz de uma transformação linear} \begin{array}{r} 0 \\ 5 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right] \quad \text{e} \quad T(\vec{e}_3) = @@ -703,7 +703,7 @@ \section{Matriz de uma transformação linear} \begin{array}{r} 0 \\ 0 \\ - 5 \\ + 5 \end{array} \right]. \end{equation} Assim, podemos escrever @@ -712,14 +712,14 @@ \section{Matriz de uma transformação linear} \begin{array}{rrr} 5 & 0 & 0 \\ 0 & 5 & 0 \\ - 0 & 0 & 5 \\ + 0 & 0 & 5 \end{array} \right] \left[ \begin{array}{r} x_1 \\ x_2 \\ - x_3 \\ + x_3 \end{array} \right]. \lhd \end{equation} @@ -741,13 +741,13 @@ \section{Matriz de uma transformação linear} \left[ \begin{array}{r} \cos \theta \\ - \sen \theta \\ + \sen \theta \end{array} \right], \quad T(\vec{e}_2) = \left[ \begin{array}{r} - \sen \theta \\ - \cos \theta \\ + \cos \theta \end{array} \right]. \end{equation} Logo, concluímos que @@ -755,13 +755,13 @@ \section{Matriz de uma transformação linear} T(\vec{x}) = \left[ \begin{array}{rr} \cos \theta & - \sen \theta \\ - \sen \theta & \cos \theta \\ + \sen \theta & \cos \theta \end{array} \right] \left[ \begin{array}{r} x_1 \\ - x_2 \\ + x_2 \end{array} \right]. \end{equation} @@ -856,7 +856,7 @@ \subsection{Transformações lineares sobrejetoras} \begin{array}{rrrr} 5 & 3 & 1 & 1 \\ 0 & -1 & 1 & -1 \\ - 0 & 0 & 0 & 3 \\ + 0 & 0 & 0 & 3 \end{array} \right]. \end{equation} Como são quatro colunas de $\mathbb{R}^3$, vemos que as colunas são LD e, portanto, $T$ não é injetora. @@ -868,7 +868,7 @@ \subsection{Transformações lineares sobrejetoras} \begin{array}{rrrr|r} 5 & 3 & 1 & 1 & b_1\\ 0 & -1 & 1 & -1& b_2\\ - 0 & 0 & 0 & 3& b_3\\ + 0 & 0 & 0 & 3& b_3 \end{array} \right] \end{equation} possui solução para todo $\vec{b} \in \mathbb{R}^3$. De fato, o sistema possui solução (já que nenhuma linha da sua forma escalonada é inconsistente). Em verdade, o sistema possui uma variável livre. Logo, $T$ é sobrejetora. @@ -882,7 +882,7 @@ \subsection{Transformações lineares sobrejetoras} \begin{array}{rrrr} 3 & 1 \\ 5 & 7 \\ - 0 & -4 \\ + 0 & -4 \end{array} \right]. \end{equation} Como são somente duas colunas, é fácil ver que uma não é múltipla da outra: por causa das primeiras componentes, podemos pensar que a primeira coluna é três vezes a primeira, mas verificando a segunda linha já não dá certo $3\cdot 7 \neq 5$. Logo, as colunas são LI e a transformação $T$ é injetora. From f8e7478e73ed98245fb9114f097add4498a0babd Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Fabio Ortolan Date: Wed, 18 Aug 2021 23:50:18 -0300 Subject: [PATCH 2/8] =?UTF-8?q?Remo=C3=A7=C3=A3o=20de=20um=20linha=20a=20m?= =?UTF-8?q?ais=20nas=20matrizes?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- Semana05/semana05.tex | 102 +++++++++++++++++++++--------------------- 1 file changed, 51 insertions(+), 51 deletions(-) diff --git a/Semana05/semana05.tex b/Semana05/semana05.tex index 259783c..3ae980b 100644 --- a/Semana05/semana05.tex +++ b/Semana05/semana05.tex @@ -35,7 +35,7 @@ \section{Interpretações de sistemas lineares e de matrizes invertíveis} \begin{array}{ccc|c} 7 & -3 & 0 & 2 \\ 3 & -1 & 1 & 0 \\ - 0 & 1 & 2 & -2 \\ + 0 & 1 & 2 & -2 \end{array} \right] \end{equation} Esta forma é adequada para resolver o sistema por escalonamento (também conhecido como método de eliminação gaussiana). Poderíamos fazer eliminação gaussiana sem recorrer à matriz aumentada associada, mas isto implicaria em ter que ficar reescrevendo as variáveis independentes a todo momento, além de tomar certo cuidado para não se confundir com os coeficientes nulos. O escalonamento de uma matriz torna o procedimento mais automatizado e minimiza as chances de erro. @@ -45,21 +45,21 @@ \section{Interpretações de sistemas lineares e de matrizes invertíveis} \begin{array}{ccc} 7 & -3 & 0 \\ 3 & -1 & 1 \\ - 0 & 1 & 2 \\ + 0 & 1 & 2 \end{array} \right] \left[ \begin{array}{c} x_1 \\ x_2 \\ - x_3 \\ + x_3 \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{c} 2 \\ 0 \\ - -2 \\ + -2 \end{array} \right] \quad \text{ ou } \quad A \vec{x} = \vec{b}. \end{equation} Nesta forma, aparece o produto de uma matriz por um vetor. Depois podemos considerar produto de matrizes e a resolução de sistemas lineares concomitantemente (ver também capítulo da Semana 04). Caso a matriz $A$ acima seja invertível, sabemos que o sistema possui apenas uma solução e que @@ -72,28 +72,28 @@ \section{Interpretações de sistemas lineares e de matrizes invertíveis} \begin{array}{ccc} 7 \\ 3 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right] + x_2 \left[ \begin{array}{c} -3 \\ -1 \\ - 1 \\ + 1 \end{array} \right] + x_3 \left[ \begin{array}{c} 0 \\ 1 \\ - 2 \\ + 2 \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{c} 2 \\ 0 \\ - -2 \\ + -2 \end{array} \right] \end{equation} Aqui, há uma interpretação mais geométrica. Estudar a existência de soluções do sistema linear é equivalente a se perguntar se o vetor @@ -103,7 +103,7 @@ \section{Interpretações de sistemas lineares e de matrizes invertíveis} \begin{array}{c} 2 \\ 0 \\ - -2 \\ + -2 \end{array} \right] \end{equation} pode ser escrito como combinação linear dos vetores @@ -112,21 +112,21 @@ \section{Interpretações de sistemas lineares e de matrizes invertíveis} \begin{array}{ccc} 7 \\ 3 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right], \quad \vec{v}_2 = \left[ \begin{array}{c} -3 \\ -1 \\ - 1 \\ + 1 \end{array} \right] \quad \text{e} \quad \vec{v}_3 = \left[ \begin{array}{c} 0 \\ 1 \\ - 2 \\ + 2 \end{array} \right], \end{equation} que são as colunas da matriz $A$. Logo, resolver o sistema linear é equivalente a perguntar se $\vec{b}$ está no espaço gerado por $\vec{v}_1, \vec{v}_2$ e $\vec{v}_3$, isto é, se $\vec{b} \in \Span\{\vec{v}_1, \vec{v}_2, \vec{v}_3\}$. @@ -156,7 +156,7 @@ \section{Interpretações de sistemas lineares e de matrizes invertíveis} \begin{array}{ccc|c} 7 & -3 & 0 & 2 \\ 3 & -1 & 1 & 0 \\ - 0 & 1 & 2 & -2 \\ + 0 & 1 & 2 & -2 \end{array} \right]. \end{equation} Nossa técnica básica de escalonamento permite fazer uma análise de todos os pontos de vista acima. Os primeiros passos do escalonamento podem ser: @@ -166,14 +166,14 @@ \section{Interpretações de sistemas lineares e de matrizes invertíveis} \begin{array}{ccc|c} 7 & -3 & 0 & 2 \\ 0 & 1 & 2 & -2 \\ - 3 & -1 & 1 & 0 \\ + 3 & -1 & 1 & 0 \end{array} \right]\xrightarrow{-(3/7)\ell_1 + \ell_3 \text{ em } \ell_3} \left[ \begin{array}{ccc|c} 7 & -3 & 0 & 2 \\ 0 & 1 & 2 & -2 \\ - 0 & 2/7 & 1 & -6/7 \\ + 0 & 2/7 & 1 & -6/7 \end{array} \right] \end{equation} @@ -183,14 +183,14 @@ \section{Interpretações de sistemas lineares e de matrizes invertíveis} \begin{array}{ccc|c} 7 & -3 & 0 & 2 \\ 0 & 1 & 2 & -2 \\ - 0 & 2 & 7 & -6 \\ + 0 & 2 & 7 & -6 \end{array} \right] \xrightarrow{-2\ell_2 + \ell_3 \text{ em } \ell_3} \left[ \begin{array}{ccc|c} 7 & -3 & 0 & 2 \\ 0 & 1 & 2 & -2 \\ - 0 & 0 & 3 & -2 \\ + 0 & 0 & 3 & -2 \end{array} \right] \end{equation} Estas continhas iniciais já revelam muito! Por exemplo: @@ -222,7 +222,7 @@ \section{Interpretações de sistemas lineares e de matrizes invertíveis} \begin{array}{ccc|c} 1 & -3 & 0 & 2 \\ 0 & 4 & 1 & -3 \\ - 3 & -1 & 2 & 0 \\ + 3 & -1 & 2 & 0 \end{array} \right]. \end{equation} Nossa técnica básica de escalonamento permite fazer uma análise de todos os pontos de vista acima. Os primeiros passos do escalonamento podem ser: @@ -232,14 +232,14 @@ \section{Interpretações de sistemas lineares e de matrizes invertíveis} \begin{array}{ccc|c} 1 & -3 & 0 & 2 \\ 0 & 4 & 1 & -3 \\ - 0 & 8 & 2 & -6 \\ + 0 & 8 & 2 & -6 \end{array} \right] \xrightarrow{-2\ell_2 + \ell_3 \text{ em } \ell_3} \left[ \begin{array}{ccc|c} 1 & -3 & 0 & 2 \\ 0 & 4 & 1 & -3 \\ - 0 & 0 & 0 & 0 \\ + 0 & 0 & 0 & 0 \end{array} \right]. \end{equation} Assim como no exemplo anterior, estas contas também revelam toda a estrutura do sistema linear e de sua matriz associada. @@ -251,7 +251,7 @@ \section{Interpretações de sistemas lineares e de matrizes invertíveis} \begin{array}{ccc|c} 1 & -3 & 0 & 2 \\ 0 & 4 & 1 & 1 \\ - 3 & -1 & 2 & 0 \\ + 3 & -1 & 2 & 0 \end{array} \right] \xrightarrow{-3\ell_1 + \ell_3 \text{ em } \ell_3} @@ -259,14 +259,14 @@ \section{Interpretações de sistemas lineares e de matrizes invertíveis} \begin{array}{ccc|c} 1 & -3 & 0 & 2 \\ 0 & 4 & 1 & 1 \\ - 0 & 8 & 2 & -6 \\ + 0 & 8 & 2 & -6 \end{array} \right] \xrightarrow{-2\ell_2 + \ell_3 \text{ em } \ell_3} \left[ \begin{array}{ccc|c} 1 & -3 & 0 & 2 \\ 0 & 4 & 1 & 1 \\ - 0 & 0 & 0 & -8 \\ + 0 & 0 & 0 & -8 \end{array} \right]. \end{equation} @@ -367,7 +367,7 @@ \section{Espaços vetoriais} a_{11} & a_{12} & \cdots & a_{1n} \\ a_{21} & a_{22} & \cdots & a_{2n} \\ \vdots & \vdots & & \vdots \\ - a_{m1} & a_{m2} & \cdots & a_{mn} \\ + a_{m1} & a_{m2} & \cdots & a_{mn} \end{array} \right] \quad \text{e} \quad B = @@ -376,7 +376,7 @@ \section{Espaços vetoriais} b_{11} & b_{12} & \cdots & b_{1n} \\ b_{21} & b_{22} & \cdots & b_{2n} \\ \vdots & \vdots & & \vdots \\ - b_{m1} & b_{m2} & \cdots & b_{mn} \\ + b_{m1} & b_{m2} & \cdots & b_{mn} \end{array} \right], \end{equation} definimos @@ -387,7 +387,7 @@ \section{Espaços vetoriais} a_{11} + b_{11} & a_{12} + b_{12} & \cdots & a_{1n} + b_{1n} \\ a_{21} + b_{21} & a_{22} + b_{22} & \cdots & a_{2n} + b_{2n} \\ \vdots & \vdots & & \vdots \\ - a_{m1} + b_{m1} & a_{m2} + b_{m2} & \cdots & a_{mn} + b_{mn} \\ + a_{m1} + b_{m1} & a_{m2} + b_{m2} & \cdots & a_{mn} + b_{mn} \end{array} \right] \quad \text{e} \quad k\cdot A = @@ -396,7 +396,7 @@ \section{Espaços vetoriais} k\cdot a_{11} & k\cdot a_{12} & \cdots & k\cdot a_{1n} \\ k\cdot a_{21} & k\cdot a_{22} & \cdots & k\cdot a_{2n} \\ \vdots & \vdots & & \vdots \\ - k\cdot a_{m1} & k\cdot a_{m2} & \cdots & k\cdot a_{mn} \\ + k\cdot a_{m1} & k\cdot a_{m2} & \cdots & k\cdot a_{mn} \end{array} \right]. \end{equation} É imediato verificar que valem todas as 8 propriedades acima (faça!). @@ -467,25 +467,25 @@ \subsection{Subespaços vetoriais} \left[ \begin{array}{c} x \\ - y \\ + y \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{c} x \\ - 2x \\ + 2x \end{array} \right] = x \cdot \left[ \begin{array}{c} 1 \\ - 2 \\ + 2 \end{array} \right], \end{equation} isto é, $H = \Span \left\{ \left[ \begin{array}{c} 1 \\ - 2 \\ + 2 \end{array} \right] \right\}$. \end{ex} @@ -498,28 +498,28 @@ \subsection{Subespaços vetoriais} \begin{array}{c} x \\ y \\ - z \\ + z \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{c} x \\ 2x +3z \\ - z \\ + z \end{array} \right] = x \cdot \left[ \begin{array}{c} 1 \\ 2 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right] + z \cdot \left[ \begin{array}{c} 0 \\ 3 \\ - 1 \\ + 1 \end{array} \right], \end{equation} isto é, @@ -529,14 +529,14 @@ \subsection{Subespaços vetoriais} \begin{array}{c} 1 \\ 2 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right], \left[ \begin{array}{c} 0 \\ 3 \\ - 1 \\ + 1 \end{array} \right] \right\} @@ -582,7 +582,7 @@ \subsection{Espaço nulo} \begin{array}{ccccc} -3 & 6 & -1 & 1 & -7 \\ 1 & -2 & 2 & 3 & -1 \\ - 2 & -4 & 5 & 8 & -4 \\ + 2 & -4 & 5 & 8 & -4 \end{array} \right] \end{equation} Nós queremos determinar as soluções do sistema linear homogêneo @@ -591,7 +591,7 @@ \subsection{Espaço nulo} \begin{array}{ccccc} -3 & 6 & -1 & 1 & -7 \\ 1 & -2 & 2 & 3 & -1 \\ - 2 & -4 & 5 & 8 & -4 \\ + 2 & -4 & 5 & 8 & -4 \end{array} \right] \left[ @@ -600,14 +600,14 @@ \subsection{Espaço nulo} x_2 \\ x_3 \\ x_4 \\ - x_5 \\ + x_5 \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{c} 0 \\ 0 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right]. \end{equation} Poderíamos escrever a matriz associada aumentada e escalonar, mas como este é um sistema homogêneo, não faz diferença escrevermos a última coluna com os zeros ou não (nenhuma operação elementar fará com que desapareçam os zeros). Logo, vamos obter a forma escalonada reduzida da matriz $A$ (contas como exercício): @@ -616,14 +616,14 @@ \subsection{Espaço nulo} \begin{array}{ccccc} -3 & 6 & -1 & 1 & -7 \\ 1 & -2 & 2 & 3 & -1 \\ - 2 & -4 & 5 & 8 & -4 \\ + 2 & -4 & 5 & 8 & -4 \end{array} \right] \sim \left[ \begin{array}{ccccc} 1 & -2 & 0 & -1 & 3 \\ 0 & 0 & 1 & 2 & -2 \\ - 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \\ + 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \end{array} \right] \sim \left\{ @@ -641,7 +641,7 @@ \subsection{Espaço nulo} x_2 \\ x_3 \\ x_4 \\ - x_5 \\ + x_5 \end{array} \right] = \left[ @@ -650,7 +650,7 @@ \subsection{Espaço nulo} x_2 \\ - 2 x_4 + 2 x_5 \\ x_4 \\ - x_5 \\ + x_5 \end{array} \right] = x_2 \left[ @@ -659,7 +659,7 @@ \subsection{Espaço nulo} 1 \\ 0 \\ 0 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right] + x_4 \left[ @@ -668,7 +668,7 @@ \subsection{Espaço nulo} 0 \\ -2 \\ 1 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right] + x_5 \left[ @@ -677,7 +677,7 @@ \subsection{Espaço nulo} 0 \\ 2 \\ 0 \\ - 1 \\ + 1 \end{array} \right]. \end{equation} Isto significa que @@ -690,7 +690,7 @@ \subsection{Espaço nulo} 1 \\ 0 \\ 0 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right], \left[ @@ -699,7 +699,7 @@ \subsection{Espaço nulo} 0 \\ -2 \\ 1 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right], \left[ @@ -708,7 +708,7 @@ \subsection{Espaço nulo} 0 \\ 2 \\ 0 \\ - 1 \\ + 1 \end{array} \right]\right\}. \ \lhd \end{equation} From c24c41d1ea34c1cf4bceb4741cead516eae5ad2a Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Fabio Ortolan Date: Wed, 18 Aug 2021 23:55:13 -0300 Subject: [PATCH 3/8] =?UTF-8?q?Remo=C3=A7=C3=A3o=20de=20um=20linha=20a=20m?= =?UTF-8?q?ais=20nas=20matrizes?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- Semana06-07/semana06-07.tex | 102 ++++++++++++++++++------------------ 1 file changed, 51 insertions(+), 51 deletions(-) diff --git a/Semana06-07/semana06-07.tex b/Semana06-07/semana06-07.tex index 34ec523..c5e8423 100644 --- a/Semana06-07/semana06-07.tex +++ b/Semana06-07/semana06-07.tex @@ -131,7 +131,7 @@ \section{Bases de espaços vetoriais} \vec{v}_1 &=& a_{11} \vec{w}_1 + a_{21} \vec{w}_2 + \cdots + a_{k1} \vec{w}_k \\ \vec{v}_2 &=& a_{12} \vec{w}_1 + a_{22} \vec{w}_2 + \cdots + a_{k2} \vec{w}_k \\ & \vdots& \\ - \vec{v}_d &=& a_{1d} \vec{w}_1 + a_{2d} \vec{w}_2 + \cdots + a_{kd} \vec{w}_k \\ + \vec{v}_d &=& a_{1d} \vec{w}_1 + a_{2d} \vec{w}_2 + \cdots + a_{kd} \vec{w}_k \end{array} \right. \end{equation} O problema é que, se tivéssemos quantidades diferentes de vetores nas bases, digamos $k Date: Thu, 19 Aug 2021 00:01:19 -0300 Subject: [PATCH 4/8] =?UTF-8?q?Remo=C3=A7=C3=A3o=20de=20um=20linha=20a=20m?= =?UTF-8?q?ais=20nas=20matrizes?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- Semana09/semana09.tex | 118 +++++++++++++++++++++--------------------- 1 file changed, 59 insertions(+), 59 deletions(-) diff --git a/Semana09/semana09.tex b/Semana09/semana09.tex index 79184c1..16e83d6 100644 --- a/Semana09/semana09.tex +++ b/Semana09/semana09.tex @@ -82,14 +82,14 @@ \section{Determinantes} \begin{bmatrix} a_{11} & a_{12} & a_{13} \\ a_{21} & a_{22} & a_{23} \\ -a_{31} & a_{32} & a_{33} \\ +a_{31} & a_{32} & a_{33} \end{bmatrix}. \end{equation} Suponhamos que $a_{11} \neq 0$. Por escalonamento: \begin{equation} \begin{bmatrix} a_{11} & a_{12} & a_{13} \\ a_{21} & a_{22} & a_{23} \\ -a_{31} & a_{32} & a_{33} \\ +a_{31} & a_{32} & a_{33} \end{bmatrix} \xrightarrow[- \frac{a_{31}}{a_{11}} \ell_1 + \ell_3 \text{ em } \ell_3]{- \frac{a_{21}}{a_{11}} \ell_1 + \ell_2 \text{ em } \ell_2} \begin{bmatrix} a_{11} & a_{12} & a_{13} \\ && \\ @@ -101,16 +101,16 @@ \section{Determinantes} \begin{bmatrix} a_{11} & a_{12} & a_{13} \\ a_{21} & a_{22} & a_{23} \\ -a_{31} & a_{32} & a_{33} \\ +a_{31} & a_{32} & a_{33} \end{bmatrix} \sim \begin{bmatrix} a_{11} & a_{12} & a_{13} \\ 0 & a_{11} a_{22} - a_{21} a_{12} & a_{11} a_{23} - a_{21} a_{13} \\ -0 & a_{11} a_{32} - a_{31} a_{12} & a_{11} a_{33} - a_{31} a_{13} \\ +0 & a_{11} a_{32} - a_{31} a_{12} & a_{11} a_{33} - a_{31} a_{13} \end{bmatrix} \ \ \stackrel{\text{notação}}{===} \ \ \begin{bmatrix} a_{11} & a_{12} & a_{13} \\ 0 & A_{33} & A_{32} \\ -0 & A_{23} & A_{22} \\ +0 & A_{23} & A_{22} \end{bmatrix}. \end{equation} Em breve (esperamos que) ficará clara a escolha da notação acima. O passo seguinte no escalonamento será, supondo que $A_{33} \neq 0$, eliminar o elemento $A_{23}$ que está na posição $32$. Temos assim \begin{equation}\label{notaminors} @@ -118,17 +118,17 @@ \section{Determinantes} \begin{bmatrix} a_{11} & a_{12} & a_{13} \\ a_{21} & a_{22} & a_{23} \\ -a_{31} & a_{32} & a_{33} \\ +a_{31} & a_{32} & a_{33} \end{bmatrix} \sim \begin{bmatrix} a_{11} & a_{12} & a_{13} \\ 0 & A_{33} & A_{32} \\ -0 & A_{23} & A_{22} \\ +0 & A_{23} & A_{22} \end{bmatrix} \sim \begin{bmatrix} a_{11} & a_{12} & a_{13} \\ 0 & A_{33} & A_{32} \\ -0 & 0 & A_{22} A_{33} - A_{32} A_{23} \\ +0 & 0 & A_{22} A_{33} - A_{32} A_{23} \end{bmatrix}. \end{equation} Nosso raciocínio é que nossa matriz $A$ é uma matriz invertível se esta última coluna possuir uma posição de pivô, isto é, se $A_{22} A_{33} - A_{32} A_{23} \neq 0$. Este último pode ser escrito mais explicitamente como @@ -154,13 +154,13 @@ \section{Determinantes} \det A & = a_{11} \big( a_{22} a_{33} - a_{32} a_{23} \big) - a_{12} \big( a_{21} a_{33} + a_{31} a_{23} \big) + a_{13} \big( a_{21} a_{32} - a_{31} a_{22}\big). \\ & = a_{11} \cdot \det \begin{bmatrix} a_{22} & a_{23} \\ - a_{32} & a_{33} \\ + a_{32} & a_{33} \end{bmatrix} - a_{12} \cdot \det \begin{bmatrix} a_{21} & a_{23} \\ - a_{31} & a_{33} \\ + a_{31} & a_{33} \end{bmatrix} + a_{13} \cdot \det \begin{bmatrix} a_{21} & a_{22} \\ - a_{31} & a_{32} \\ + a_{31} & a_{32} \end{bmatrix} \end{split} \end{equation} @@ -169,16 +169,16 @@ \section{Determinantes} \det \begin{bmatrix} a_{11} & a_{12} & a_{13} \\ a_{21} & a_{22} & a_{23} \\ -a_{31} & a_{32} & a_{33} \\ +a_{31} & a_{32} & a_{33} \end{bmatrix} = a_{11} \cdot \det \begin{bmatrix} a_{22} & a_{23} \\ -a_{32} & a_{33} \\ +a_{32} & a_{33} \end{bmatrix} - a_{12} \cdot \det \begin{bmatrix} a_{21} & a_{23} \\ -a_{31} & a_{33} \\ +a_{31} & a_{33} \end{bmatrix} + a_{13} \cdot \det \begin{bmatrix} a_{21} & a_{22} \\ -a_{31} & a_{32} \\ +a_{31} & a_{32} \end{bmatrix}. \end{equation} Podemos pensar como segue: \begin{itemize} @@ -188,16 +188,16 @@ \section{Determinantes} \begin{bmatrix} a_{11} & a_{12} & a_{13} \\ a_{21} & a_{22} & a_{23} \\ -a_{31} & a_{32} & a_{33} \\ +a_{31} & a_{32} & a_{33} \end{bmatrix} \quad \rightsquigarrow \quad \begin{bmatrix} \square & \square & \square \\ \square & a_{22} & a_{23} \\ -\square & a_{32} & a_{33} \\ +\square & a_{32} & a_{33} \end{bmatrix} \quad \rightsquigarrow \quad A_{11} \stackrel{\text{def}}{=} \begin{bmatrix} a_{22} & a_{23} \\ -a_{32} & a_{33} \\ +a_{32} & a_{33} \end{bmatrix}. \end{equation} Denotamos por $A_{11}$ a matriz obtida ao remover a linha e a coluna no elemento $a_{11}$. \item Em seguida, vamos para o segundo elemento da primeira linha, que é $a_{12}$. \textit{Alteramos} o sinal e multiplicamos pelo determinante menor da matriz $A_{12}$, obtida de $A$ ao eliminar a linha e a coluna de $a_{12}$: @@ -205,11 +205,11 @@ \section{Determinantes} \begin{bmatrix} \square & \square & \square \\ a_{21} & \square & a_{23} \\ -a_{31} & \square & a_{33} \\ +a_{31} & \square & a_{33} \end{bmatrix} \quad \rightsquigarrow \quad A_{12} \stackrel{\text{def}}{=} \begin{bmatrix} a_{21} & a_{23} \\ -a_{31} & a_{33} \\ +a_{31} & a_{33} \end{bmatrix}. \end{equation} \item Finalmente consideramos $a_{31}$. \textit{Não alteramos} o sinal e multiplicamos pelo determinante menor da matriz $A_{13}$, obtida de $A$ ao eliminar a linha e a coluna de $a_{13}$: @@ -217,11 +217,11 @@ \section{Determinantes} \begin{bmatrix} \square & \square & \square \\ a_{21} & a_{22} & \square \\ -a_{31} & a_{32} & \square \\ +a_{31} & a_{32} & \square \end{bmatrix} \quad \rightsquigarrow \quad A_{13} \stackrel{\text{def}}{=} \begin{bmatrix} a_{21} & a_{22} \\ -a_{31} & a_{32} \\ +a_{31} & a_{32} \end{bmatrix}. \end{equation} \item Podemos então escrever @@ -343,7 +343,7 @@ \section{Determinantes} \begin{bmatrix} -1 & 1 & 4 \\ 3 & 0 & -1 \\ - 1 & 0 & 3 \\ + 1 & 0 & 3 \end{bmatrix}. \end{equation} Pela nossa definição \begin{equation} @@ -351,24 +351,24 @@ \section{Determinantes} \begin{matrix} -1 & 1 & 4 \\ 3 & 0 & -1 \\ -1 & 0 & 3 \\ +1 & 0 & 3 \end{matrix} \right| = -1 \left| \begin{matrix} 0 & -1 \\ - 0 & 3 \\ + 0 & 3 \end{matrix} \right| - 1 \left| \begin{matrix} 3 & -1 \\ -1 & 3 \\ +1 & 3 \end{matrix} \right| + 4 \left| \begin{matrix} 3 & 0 \\ -1 & 0 \\ +1 & 0 \end{matrix} \right| = (-1)\cdot 0 - 1 (9 + 1) + 4 \cdot 0 = -10. \end{equation} Uma boa escolha seria uma linha ou coluna que tenha o maior número de zeros! Pois assim, economizamos tanto nos cálculos quanto na escrita. Por exemplo, escolhemos a segunda coluna. Para saber o sinal adequado, podemos proceder da seguinte maneira: começando na posição $11$ com o sinal ``$+$'', vamos alternando o sinal até completar a segunda coluna: @@ -402,13 +402,13 @@ \section{Determinantes} \begin{matrix} -1 & 1 & 4 \\ 3 & 0 & -1 \\ -1 & 0 & 3 \\ +1 & 0 & 3 \end{matrix} \right| = -1 \cdot \left| \begin{matrix} 3 & -1 \\ -1 & 3 \\ +1 & 3 \end{matrix} \right| + 0 - 0 = -1 (9 + 1) = -10. \end{equation} Observe que nem escrevemos as determinantes menores que estão multiplicados por zero. De fato, nem precisaríamos ter escrito os zeros, apenas o fizemos para exemplificar os sinais alternando de forma correta. @@ -429,19 +429,19 @@ \section{Determinantes} \begin{matrix} -1 & 1 & 4 \\ 3 & 0 & -1 \\ -1 & 0 & 3 \\ +1 & 0 & 3 \end{matrix} \right| = 1 \cdot \left| \begin{matrix} 1 & 4 \\ - 0 & -1 \\ + 0 & -1 \end{matrix} \right| - 0 + 3 \cdot \left| \begin{matrix} -1 & 1 \\ -3 & 0 \\ +3 & 0 \end{matrix} \right| = 1 \cdot (-1) + 3 \cdot (-3) = -10. \end{equation} Como exercício, calcule o determinante utilizando outras linhas ou colunas$. \ \lhd$ @@ -499,7 +499,7 @@ \section{Determinantes de matrizes de ordem maior} + & & & \\ - & + & - & + \\ & & & \\ - & & & \\ + & & & \end{bmatrix}\rightsquigarrow \text{ sinais segunda linha são } \begin{bmatrix} - & + & - & + @@ -571,7 +571,7 @@ \section{Determinantes de matrizes de ordem maior} 1 & -7 & -5 & 0 & 0 \\ 3 & 8 & 6 & 0 & 0 \\ 0 & 7 & 5 & 4 & 0 \\ -2 & 3 & 1 & 1 & 1 \\ +2 & 3 & 1 & 1 & 1 \end{bmatrix}. \end{equation} Começamos pela última coluna, pois esta possui apenas uma entrada não nula. Assim, nosso determinante já é reduzido a calcular apenas um determinante de ordem $4 \times 4$ (em contraste com calcular cinco determinantes $4\times 4$). @@ -581,8 +581,8 @@ \section{Determinantes de matrizes de ordem maior} + & - & + & - & + \\ &&&& - \\ &&&& + \\ - &&&& - \\ - &&&& + \\ + &&&& - \| + &&&& + \end{bmatrix}\rightsquigarrow \text{ sinais quinta coluna são } \begin{bmatrix} + \\ - \\ + \\ - \\ + @@ -595,7 +595,7 @@ \section{Determinantes de matrizes de ordem maior} 1 & -7 & -5 & 0 & 0 \\ 3 & 8 & 6 & 0 & 0 \\ 0 & 7 & 5 & 4 & 0 \\ -2 & 3 & 1 & 1 & 1 \\ +2 & 3 & 1 & 1 & 1 \end{matrix} \right| = 0 - 0 + 0 - 0 + 1\cdot \left| @@ -603,7 +603,7 @@ \section{Determinantes de matrizes de ordem maior} 2 & 0 & 0 & 8 \\ 1 & -7 & -5 & 0 \\ 3 & 8 & 6 & 0 \\ -0 & 7 & 5 & 4 \\ +0 & 7 & 5 & 4 \end{matrix} \right| = \left| @@ -611,7 +611,7 @@ \section{Determinantes de matrizes de ordem maior} 2 & 0 & 0 & 8 \\ 1 & -7 & -5 & 0 \\ 3 & 8 & 6 & 0 \\ -0 & 7 & 5 & 4 \\ +0 & 7 & 5 & 4 \end{matrix} \right|. \end{equation} Em seguida, escolhemos (por exemplo) a primeira linha da nova matriz $4 \times 4$: @@ -621,20 +621,20 @@ \section{Determinantes de matrizes de ordem maior} 2 & 0 & 0 & 8 \\ 1 & -7 & -5 & 0 \\ 3 & 8 & 6 & 0 \\ -0 & 7 & 5 & 4 \\ +0 & 7 & 5 & 4 \end{matrix} \right| = 2 \cdot\left| \begin{matrix} -7 & -5 & 0 \\ 8 & 6 & 0 \\ - 7 & 5 & 4 \\ + 7 & 5 & 4 \end{matrix} \right| - 8 \cdot \left| \begin{matrix} 1 & -7 & -5 \\ 3 & 8 & 6 \\ -0 & 7 & 5 \\ +0 & 7 & 5 \end{matrix} \right|. \end{equation} Finalmente, temos dois determinantes de matrizes de ordem $3 \times 3$ para calcular: @@ -645,18 +645,18 @@ \section{Determinantes de matrizes de ordem maior} \left| \begin{matrix} -7 & -5 \\ -8 & 6 \\ +8 & 6 \end{matrix} \right| - 8 \left( \left| \begin{matrix} 8 & 6 \\ -7 & 5 \\ +7 & 5 \end{matrix} \right| - 3 \cdot \left| \begin{matrix} -7 & -5 \\ -7 & 5 \\ +7 & 5 \end{matrix} \right| \right) \\ @@ -818,7 +818,7 @@ \section{Propriedades do determinante} 1 & 0 & -1 & 0 \\ 0 & 3 & -2 & 4 \\ 0 & 0 & 2 & 5 \\ -0 & 0 & 0 & -45 \\ +0 & 0 & 0 & -45 \end{matrix} \right| = -\frac{1}{9} \cdot 1 \cdot 3 \cdot 2 \cdot (-45) = 30. \ \lhd \end{equation} @@ -896,7 +896,7 @@ \section{Propriedades do determinante} \left| \begin{matrix} 1 & 3 & 4 \\ 0 & 1 & 3 \\ -0 & 0 & -15 \\ +0 & 0 & -15 \end{matrix} \right| = -2 \cdot(-15) = 30.\ \lhd \end{equation} @@ -911,7 +911,7 @@ \section{Propriedades do determinante} 1 & -7 & -5 & 0 & 0 \\ 3 & 8 & 6 & 0 & 0 \\ 0 & 7 & 5 & 4 & 0 \\ -2 & 3 & 1 & 1 & 1 \\ +2 & 3 & 1 & 1 & 1 \end{matrix} \right| = \left| @@ -919,7 +919,7 @@ \section{Propriedades do determinante} 2 & 0 & 0 & 8 \\ 1 & -7 & -5 & 0 \\ 3 & 8 & 6 & 0 \\ -0 & 7 & 5 & 4 \\ +0 & 7 & 5 & 4 \end{matrix} \right| \stackrel{-2\ell_4 + \ell_1 \text{ em } \ell_1}{=} \left| @@ -927,7 +927,7 @@ \section{Propriedades do determinante} 2 & -14 & -10 & 0 \\ 1 & -7 & -5 & 0 \\ 3 & 8 & 6 & 0 \\ -0 & 7 & 5 & 4 \\ +0 & 7 & 5 & 4 \end{matrix} \right| = 4 \cdot \left| @@ -945,14 +945,14 @@ \section{Propriedades do determinante} 1 & -7 & -5 & 0 & 0 \\ 3 & 8 & 6 & 0 & 0 \\ 0 & 7 & 5 & 4 & 0 \\ -2 & 3 & 1 & 1 & 1 \\ +2 & 3 & 1 & 1 & 1 \end{matrix} \right| = 4 \cdot \left| \begin{matrix} 0 & 0 & 0 \\ 1 & -7 & -5 \\ -0 & 29 & -9 \\ +0 & 29 & -9 \end{matrix} \right| 4 \cdot 0 = 0. \end{equation} Nota: antes de eliminarmos o $3$, já reparamos que o determinante vai ser nulo, graças à propriedade $(ii). \ \lhd$ @@ -996,7 +996,7 @@ \section{Uma aplicação em cálculo de várias variáveis} \frac{\partial \phi_2}{\partial x_1} & \frac{\partial \phi_2}{\partial x_2} & \cdots & \frac{\partial \phi_2}{\partial x_n} \\ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\ &&& \\ -\frac{\partial \phi_n}{\partial x_1} & \frac{\partial \phi_n}{\partial x_2} & \cdots & \frac{\partial \phi_n}{\partial x_n} \\ +\frac{\partial \phi_n}{\partial x_1} & \frac{\partial \phi_n}{\partial x_2} & \cdots & \frac{\partial \phi_n}{\partial x_n} \end{bmatrix} \right| \end{equation} @@ -1019,11 +1019,11 @@ \subsection{Coordenadas polares} \begin{bmatrix} \frac{\partial \phi_1}{\partial r} & \frac{\partial \phi_1}{\partial \theta} \\ & \\ -\frac{\partial \phi_2}{\partial r} & \frac{\partial \phi_2}{\partial \theta} \\ +\frac{\partial \phi_2}{\partial r} & \frac{\partial \phi_2}{\partial \theta} \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} \cos \theta & -r \sen \theta \\ -\sen \theta & r \cos \theta \\ +\sen \theta & r \cos \theta \end{bmatrix} \text{ cujo Jacobiano é } \ J\phi = r \cos^2 \theta + r \sen^2 \theta = r. \end{equation} Portanto, a fórmula de mudança de variáveis implica que, em coordenadas polares: @@ -1052,12 +1052,12 @@ \subsection{Coordenadas esféricas} & & \\ \frac{\partial \phi_2}{\partial \rho} & \frac{\partial \phi_2}{\partial \theta} & \frac{\partial \phi_2}{\partial \phi} \\ & & \\ -\frac{\partial \phi_3}{\partial \rho} & \frac{\partial \phi_3}{\partial \theta} & \frac{\partial \phi_3}{\partial \phi} \\ +\frac{\partial \phi_3}{\partial \rho} & \frac{\partial \phi_3}{\partial \theta} & \frac{\partial \phi_3}{\partial \phi} \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} \sen \phi \cos \theta & -\rho \sen \phi \sen \theta & \rho \cos \phi \cos \theta \\ \sen \phi \sen \theta & \rho \sen \phi \cos \theta & \rho \cos \phi \sen \theta \\ -\cos \phi & 0 & -\rho \sen \phi \\ +\cos \phi & 0 & -\rho \sen \phi \end{bmatrix}. \end{equation} cujo Jacobiano é (usando, por exemplo a segunda coluna para expandir em cofatores) @@ -1067,13 +1067,13 @@ \subsection{Coordenadas esféricas} \left| \begin{matrix} \sen \phi \sen \theta & \rho \cos \phi \sen \theta \\ -\cos \phi & -\rho \sen \phi \\ +\cos \phi & -\rho \sen \phi \end{matrix} \right| + \rho \sen \phi \cos \theta \left| \begin{matrix} \sen \phi \cos \theta & \rho \cos \phi \cos \theta \\ -\cos \phi & -\rho \sen \phi \\ +\cos \phi & -\rho \sen \phi \end{matrix} \right| \right| \\ & = \left| \rho \sen \phi \sen \theta \Big(- \rho \sen^2 \phi \sen \theta - \rho \cos^2 \phi \sen \theta \Big) + \rho \sen \phi \cos \theta \Big(- \rho \sen^2 \phi \cos \theta - \rho \cos^2 \phi \cos \theta \Big) \right| \\ From bbb6cadc27a3678253b0ad60568e997b0633bc17 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Fabio Ortolan Date: Thu, 19 Aug 2021 00:16:42 -0300 Subject: [PATCH 5/8] =?UTF-8?q?Remo=C3=A7=C3=A3o=20de=20um=20linha=20a=20m?= =?UTF-8?q?ais=20nas=20matrizes?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- Semana10/semana10.tex | 238 ++++++++++++++++++++++++++++++------------ 1 file changed, 169 insertions(+), 69 deletions(-) diff --git a/Semana10/semana10.tex b/Semana10/semana10.tex index 1b7d5a4..001e167 100644 --- a/Semana10/semana10.tex +++ b/Semana10/semana10.tex @@ -145,27 +145,98 @@ \section{Autovalores, autovetores e autoespaços associados} \begin{ex} Considere a matriz \begin{equation} - A={\begin{bmatrix}2&0&0\\0&3&4\\0&4&9\end{bmatrix}}. + A={ + \begin{bmatrix} + 2 & 0 & 0 \\ + 0 & 3 & 4 \\ + 0 & 4 & 9 + \end{bmatrix}}. \end{equation} Temos que $\lambda_1 = 2$ é um autovalor desta matriz, porque o vetor \begin{equation} \vec{v}_1 = - {\begin{bmatrix}1\\0\\0\end{bmatrix}} \quad \text{ satisfaz } \quad {\begin{bmatrix}2&0&0\\0&3&4\\0&4&9\end{bmatrix}} {\begin{bmatrix}1\\0\\0\end{bmatrix}} = 2 \cdot {\begin{bmatrix}1\\0\\0\end{bmatrix}}. + { + \begin{bmatrix} + 1 \\ + 0 \\ + 0 + \end{bmatrix}} \quad \text{ satisfaz } \quad { + \begin{bmatrix} + 2 & 0 & 0 \\ + 0 & 3 & 4 \\ + 0 & 4 & 9 + \end{bmatrix}} { + \begin{bmatrix} + 1 \\ + 0 \\ + 0 + \end{bmatrix}} = 2 \cdot { + \begin{bmatrix} + 1 \\ + 0 \\ + 0 + \end{bmatrix}}. \end{equation} Assim, podemos dizer que $\vec{v}_1$ é um autovetor de $A$ associado ao autovalor $2$. Além disso, podemos dizer também que \begin{equation} \vec{v}_2 = - {\begin{bmatrix}0\\1\\2\end{bmatrix}} \quad \text{ é um autovetor de $A$, pois } \quad {\begin{bmatrix}2&0&0\\0&3&4\\0&4&9\end{bmatrix}} {\begin{bmatrix}0\\1\\2\end{bmatrix}} = {\begin{bmatrix}0\\11\\22\end{bmatrix}} = 11 \cdot {\begin{bmatrix}0\\1\\2\end{bmatrix}}. + {\begin{bmatrix} + 0 \\ + 1 \\ + 2 + \end{bmatrix}} \quad \text{ é um autovetor de $A$, pois } \quad { + \begin{bmatrix} + 2 & 0 & 0 \\ + 0 & 3 & 4 \\ + 0 & 4 & 9 + \end{bmatrix}} { + \begin{bmatrix} + 0 \\ + 1 \\ + 2 + \end{bmatrix}} = { + \begin{bmatrix} + 0 \\ + 11 \\ + 22 + \end{bmatrix}} = 11 \cdot { + \begin{bmatrix} + 0 \\ + 1 \\ + 2 + \end{bmatrix}}. \end{equation} Neste caso, concluímos também que $11$ é um autovalor de $A.$ Finalmente, temos que \begin{equation} \vec{v}_3 = - {\begin{bmatrix}0\\2\\-1\end{bmatrix}} \quad \text{ é um autovetor de $A$, pois } \quad {\begin{bmatrix}2&0&0\\0&3&4\\0&4&9\end{bmatrix}} {\begin{bmatrix}0\\2\\-1\end{bmatrix}} = {\begin{bmatrix}0\\2\\-1\end{bmatrix}} = 1 \cdot {\begin{bmatrix}0\\2\\-1\end{bmatrix}}. + {\begin{bmatrix} + 0 \\ + 2 \\ + -1 + \end{bmatrix}} \quad \text{ é um autovetor de $A$, pois } \quad { + \begin{bmatrix} + 2 & 0 & 0 \\ + 0 & 3 & 4 \\ + 0 & 4 & 9 + \end{bmatrix}} { + \begin{bmatrix} + 0 \\ + 2 \\ + -1 + \end{bmatrix}} = { + \begin{bmatrix} + 0 \\ + 2 \\ + -1 + \end{bmatrix}} = 1 \cdot { + \begin{bmatrix} + 0 \\ + 2 \\ + -1 + \end{bmatrix}}. \end{equation} e portanto concluímos que $1$ também é um autovalor de $A. \ \lhd$ \end{ex} - - Observamos que, se $\vec{v}$ for um autovetor de uma matriz $A$ associado a um autovalor $\lambda$, então qualquer múltiplo escalar $\alpha \vec{v}$ também é um autovetor de $A$ associado a $\lambda$: \begin{equation} A (\alpha \vec{v}) = \alpha A \vec{v} = \alpha \lambda \vec{v} = \lambda (\alpha \vec{v}). @@ -223,7 +294,11 @@ \section{Autovalores, autovetores e autoespaços associados} \begin{ex} Seja a matriz \begin{equation} - A={\begin{bmatrix}4&0\\0&4\end{bmatrix}}. + A={ + \begin{bmatrix} + 4 & 0 \\ + 0 & 4 + \end{bmatrix}}. \end{equation} A matriz acima representa uma transformação linear no plano que expande um vetor pelo fator 4, mantendo sua direção e sentido. De fato, se $T:\mathbb{R}^2 \rightarrow \mathbb{R}^2$ é dado por $T(\vec{v})=A \vec{v}$, então $T(x,y)=(4x,4y)$. %$T(\vec{v})=4 \vec{v}$. @@ -234,7 +309,11 @@ \section{Autovalores, autovetores e autoespaços associados} \begin{ex} Seja a matriz \begin{equation} - A={\begin{bmatrix}cos(\theta)&-sen(\theta)\\sen(\theta)&cos(\theta)\end{bmatrix}}. + A={ + \begin{bmatrix} + cos(\theta) & -sen(\theta) \\ + sen(\theta) & cos(\theta) + \end{bmatrix}}. \end{equation} A matriz acima representa uma transformação linear no plano que rotaciona um vetor pelo ângulo $\theta$ no sentido anti-horário. Se $0<\theta<\pi$, então nenhum vetor pode ser levado em um múltiplo de si próprio, e portanto não existem autovalores (reais) para a matriz $A$. @@ -307,7 +386,7 @@ \section{Autovalores, autovetores e autoespaços associados} \left[ \begin{array}{cc} 4 & 3 \\ - 1 & 2 \\ + 1 & 2 \end{array} \right] \end{equation} associados com o autovalor $\lambda_1 = 1$, vamos resolver o sistema homogêneo: @@ -315,33 +394,33 @@ \section{Autovalores, autovetores e autoespaços associados} \left[ \begin{array}{cc} 4-\lambda & 3 \\ - 1 & 2-\lambda \\ + 1 & 2-\lambda \end{array} \right] \left[ \begin{array}{c} v_1 \\ - v_2 \\ + v_2 \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{c} 0 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right] \leftrightsquigarrow \left[ \begin{array}{cc} 3 & 3 \\ - 1 & 1 \\ + 1 & 1 \end{array} \right] \left[ \begin{array}{c} v_1 \\ - v_2 \\ + v_2 \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{c} 0 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right]. \end{equation} Já que o sistema é homogêneo, não é necessário escrever a última coluna de zeros na matriz aumentada associada (no entanto, é necessário lembrar que há uma coluna de zeros). Por escalonamento @@ -349,13 +428,13 @@ \section{Autovalores, autovetores e autoespaços associados} \left[ \begin{array}{cc} 3 & 3 \\ - 1 & 1 \\ + 1 & 1 \end{array} \right] \sim \left[ \begin{array}{cc} 1 & 1 \\ - 0 & 0 \\ + 0 & 0 \end{array} \right] \leftrightsquigarrow \left\{ @@ -369,24 +448,24 @@ \section{Autovalores, autovetores e autoespaços associados} \left[ \begin{array}{c} v_1 \\ - v_2 \\ + v_2 \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{c} -v_2 \\ - v_2 \\ + v_2 \end{array} \right] = v_2 \left[ \begin{array}{c} -1 \\ - 1 \\ + 1 \end{array} \right] \implies \operatorname{Nul} (A - I) = \Span \left\{ \left[ \begin{array}{c} -1 \\ - 1 \\ + 1 \end{array} \right] \right\}. \end{equation} @@ -396,19 +475,19 @@ \section{Autovalores, autovetores e autoespaços associados} \left[ \begin{array}{cc} 4-\lambda & 3 \\ - 1 & 2-\lambda \\ + 1 & 2-\lambda \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{cc} -1 & 3 \\ - 1 & -3 \\ + 1 & -3 \end{array} \right] \sim \left[ \begin{array}{cc} 1 & -3 \\ - 0 & 0 \\ + 0 & 0 \end{array} \right] \leftrightsquigarrow \left\{ @@ -422,24 +501,24 @@ \section{Autovalores, autovetores e autoespaços associados} \left[ \begin{array}{c} v_1 \\ - v_2 \\ + v_2 \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{c} 3v_2 \\ - v_2 \\ + v_2 \end{array} \right] = v_2 \left[ \begin{array}{c} 3 \\ - 1 \\ + 1 \end{array} \right] \implies \operatorname{Nul} (A - 5 I) = \Span \left\{ \left[ \begin{array}{c} 3 \\ - 1 \\ + 1 \end{array} \right] \right\}. \end{equation} @@ -453,7 +532,7 @@ \section{Autovalores, autovetores e autoespaços associados} \begin{array}{ccc} 5 & 8 & 16 \\ 4 & 1 & 8 \\ - -4 & -4 & -11 \\ + -4 & -4 & -11 \end{array} \right]. \end{equation} @@ -465,19 +544,19 @@ \section{Autovalores, autovetores e autoespaços associados} \begin{array}{ccc} 5-\lambda_1 & 8 & 16 \\ 4 & 1-\lambda_1 & 8 \\ - -4 & -4 & -11-\lambda_1 \\ + -4 & -4 & -11-\lambda_1 \end{array} \right] \left[ \begin{array}{ccc} v_1 \\ v_2 \\ - v_3 \\ + v_3 \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{ccc} 0 \\ 0 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right]. \end{equation} Por escalonamento, @@ -486,25 +565,25 @@ \section{Autovalores, autovetores e autoespaços associados} \begin{array}{ccc} 4 & 8 & 16 \\ 4 & 0 & 8 \\ - -4 & -4 & -12 \\ + -4 & -4 & -12 \end{array} \right] \sim \left[ \begin{array}{ccc} 1 & 2 & 4 \\ 0 & -8 & -8 \\ - 0 & 4 & 4 \\ + 0 & 4 & 4 \end{array} \right] \sim \left[ \begin{array}{ccc} 1 & 2 & 4 \\ 0 & 1 & 1 \\ - 0 & 0 & 0 \\ + 0 & 0 & 0 \end{array} \right] \sim \left[ \begin{array}{ccc} 1 & 0 & 2 \\ 0 & 1 & 1 \\ - 0 & 0 & 0 \\ + 0 & 0 & 0 \end{array} \right] \leftrightsquigarrow \left\{ @@ -520,27 +599,27 @@ \section{Autovalores, autovetores e autoespaços associados} \begin{array}{ccc} v_1 \\ v_2 \\ - v_3 \\ + v_3 \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{ccc} -2v_3 \\ -v_3 \\ - v_3 \\ + v_3 \end{array} \right] = v_3 \left[ \begin{array}{ccc} -2 \\ -1 \\ - 1 \\ + 1 \end{array} \right] \implies \operatorname{Nul} (A - I) = \Span \left\{ \left[ \begin{array}{c} -2 \\ -1 \\ - 1 \\ + 1 \end{array} \right] \right\}. \end{equation} @@ -550,19 +629,19 @@ \section{Autovalores, autovetores e autoespaços associados} \begin{array}{ccc} 5-\lambda_2 & 8 & 16 \\ 4 & 1-\lambda_2 & 8 \\ - -4 & -4 & -11-\lambda_2 \\ + -4 & -4 & -11-\lambda_2 \end{array} \right] \left[ \begin{array}{ccc} v_1 \\ v_2 \\ - v_3 \\ + v_3 \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{ccc} 0 \\ 0 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right]. \end{equation} Por escalonamento, @@ -571,13 +650,13 @@ \section{Autovalores, autovetores e autoespaços associados} \begin{array}{ccc} 8 & 8 & 16 \\ 4 & 4 & 8 \\ - -4 & -4 & -8 \\ + -4 & -4 & -8 \end{array} \right] \sim \left[ \begin{array}{ccc} 1 & 1 & 2 \\ 0 & 0 & 0 \\ - 0 & 0 & 0 \\ + 0 & 0 & 0 \end{array} \right] \leftrightsquigarrow \left\{ @@ -599,33 +678,33 @@ \section{Autovalores, autovetores e autoespaços associados} \begin{array}{ccc} - v_2 - 2 v_3 \\ v_2 \\ - v_3 \\ + v_3 \end{array} \right] = v_2 \left[ \begin{array}{ccc} -1 \\ 1 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right] + v_3 \left[ \begin{array}{ccc} -2 \\ 0 \\ - 1 \\ + 1 \end{array} \right] \implies \operatorname{Nul} (A - I) = \Span \left\{ \left[ \begin{array}{c} -1 \\ 1 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right], \left[ \begin{array}{ccc} -2 \\ 0 \\ - 1 \\ + 1 \end{array} \right] \right\}. \lhd \end{equation} @@ -635,7 +714,8 @@ \section{Autovalores, autovetores e autoespaços associados} Observamos que, nos exemplos anteriores, a dimensão do autoespaço associado ficou igual à multiplicidade do autovalor. \textbf{Isto nem sempre é verdade}. Como exercício, verifique que a dimensão do autoespaço associado ao autovalor $\lambda = 1$ da matriz \begin{equation} \begin{bmatrix} -1 & 1 \\ 0 & 1 +1 & 1 \\ +0 & 1 \end{bmatrix} \end{equation} é igual a $1$, embora a multiplicidade do autovalor seja $2$. @@ -658,7 +738,7 @@ \section{Diagonalização} 0 & \lambda_2 & 0 & \cdots & 0 \\ 0 & 0 & \lambda_3 & \cdots & 0 \\ \vdots & \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\ -0 & 0 & 0 & \cdots & \lambda_n \\ +0 & 0 & 0 & \cdots & \lambda_n \end{bmatrix}. \end{equation} Já que são triangulares, seus autovalores são os elementos da diagonal principal. Observamos também que os autovetores associados são os elementos da base canônica de $\mathbb{R}^n$. @@ -672,7 +752,7 @@ \section{Diagonalização} \lambda_1 & 0 & \cdots & 0 \\ 0 & \lambda_2 & \cdots & 0 \\ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\ -0 & 0 & \cdots & \lambda_n \\ +0 & 0 & \cdots & \lambda_n \end{bmatrix}. \end{equation} @@ -702,7 +782,7 @@ \section{Diagonalização} \begin{array}{ccc} 5 & 8 & 16 \\ 4 & 1 & 8 \\ - -4 & -4 & -11 \\ + -4 & -4 & -11 \end{array} \right], \end{equation} temos autovalores $\lambda_1 = 1$ e $\lambda_2 = -3$ e autoespaços associados: @@ -711,54 +791,70 @@ \section{Diagonalização} \begin{array}{c} -2 \\ -1 \\ - 1 \\ + 1 \end{array} \right] \right\}; \qquad \operatorname{Nul} (A - I) = \Span \left\{ \left[ \begin{array}{c} -1 \\ 1 \\ - 0 \\ + 0 \end{array} \right], \left[ \begin{array}{ccc} -2 \\ 0 \\ - 1 \\ + 1 \end{array} \right] \right\}. \end{equation} Montamos a matriz \begin{equation} P = \begin{bmatrix} - -2&-1&-2 \\ -1&1&0 \\ 1&0&1 + -2 & -1 & -2 \\ + -1 & 1 & 0 \\ + 1 & 0 & 1 \end{bmatrix} \end{equation} Por escalonamento, podemos calcular a matriz inversa \begin{equation} P^{-1} = \begin{bmatrix} - -1&-1&-2 \\ -1&0&-2 \\ 1&1&3 + -1 & -1 &-2 \\ + -1 & 0 & -2 \\ + 1&1&3 \end{bmatrix} \end{equation} e temos \begin{align*} P^{-1} A P & = \begin{bmatrix} - -1&-1&-2 \\ -1&0&-2 \\ 1&1&3 + -1 & -1 & -2 \\ + -1 & 0 & -2 \\ + 1&1&3 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} - 5 & 8 & 16 \\ 4 & 1 & 8 \\ -4 & -4 & -11 \\ + 5 & 8 & 16 \\ + 4 & 1 & 8 \\ + -4 & -4 & -11 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} - -2&-1&-2 \\ -1&1&0 \\ 1&0&1 + -2 & -1 & -2 \\ + -1 & 1 & 0 \\ + 1 & 0 & 1 \end{bmatrix} \\ & = \begin{bmatrix} - -1&-1&-2 \\ 3&0&6 \\ -3&-3&-9 + -1 &-1 & -2 \\ + 3 & 0 & 6 \\ + -3 & -3 &-9 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} - -2&-1&-2 \\ -1&1&0 \\ 1&0&1 + -2 & -1 & -2 \\ + -1 & 1 & 0 \\ + 1 & 0 & 1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} - 1&0&0 \\ 0&-3&0 \\ 0&0&-3 + 1 & 0 & 0 \\ + 0 & -3 & 0 \\ + 0 & 0 & -3 \end{bmatrix}. \ \lhd \end{align*} \end{ex} @@ -775,7 +871,8 @@ \section{Diagonalização} Nem todas as matrizes são diagonalizáveis, como acima. Já vimos que isto é possível quando uma base de autovetores existe. No exemplo \begin{equation} A = \begin{bmatrix} -2&1 \\ 0&2 +2 & 1 \\ +0 & 2 \end{bmatrix} \end{equation} não há dois autovetores linearmente independentes e, portanto, não é possível diagonalizar a matriz $A$. @@ -797,12 +894,15 @@ \section{Diagonalização} A matriz \begin{equation} A = \begin{bmatrix} - 2&1 \\ -1&2 + 2 & 1 \\ + -1 & 2 \end{bmatrix} \end{equation} tem polinômio característico \begin{equation} - p(\lambda) = \det \begin{bmatrix} - 2-\lambda&1 \\ -1&2-\lambda + p(\lambda) = \det + \begin{bmatrix} + 2-\lambda & 1 \\ + -1 & 2-\lambda \end{bmatrix} = (2-\lambda)^2 +1 = \lambda^2 -4\lambda +5 \end{equation} cujas raízes são $\lambda_1 = \frac{4 + 3i}{2}$ e $\lambda_2 = \frac{4 - 3i}{2}$. Logo, $A$ não é diagonalizável. \end{ex} From ee547de95404ba311ff2dfbb4d40688f5d4615c2 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Fabio Ortolan Date: Thu, 19 Aug 2021 00:19:23 -0300 Subject: [PATCH 6/8] =?UTF-8?q?Remo=C3=A7=C3=A3o=20de=20um=20linha=20a=20m?= =?UTF-8?q?ais=20nas=20matrizes?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- Semana12/semana12-fatQR.tex | 6 +++--- 1 file changed, 3 insertions(+), 3 deletions(-) diff --git a/Semana12/semana12-fatQR.tex b/Semana12/semana12-fatQR.tex index dba7425..492a371 100644 --- a/Semana12/semana12-fatQR.tex +++ b/Semana12/semana12-fatQR.tex @@ -631,12 +631,12 @@ \section{Fatoração QR e matrizes ortogonais} \begin{bmatrix} | & | & | \\ \vec{v}_1 & \vec{v}_2 & \vec{v}_3\\ -| & | & | \\ +| & | & | \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} | & | & | \\ \vec{u}_1 & \vec{u}_2 & \vec{u}_3 \\ -| & | & | \\ +| & | & | \end{bmatrix} \begin{bmatrix} \alpha_1^{-1} & \beta_2^{-1}\beta_1 & \gamma_3^{-1}\gamma_1 \\ @@ -649,7 +649,7 @@ \section{Fatoração QR e matrizes ortogonais} Q=\begin{bmatrix} | & | & | \\ \vec{u}_1 & \vec{u}_2 & \vec{u}_3 \\ -| & | & | \\ +| & | & | \end{bmatrix} \quad \text{e} \quad R = \begin{bmatrix} From a3326c19d9391fbe6a524131365c529f16e9f2ae Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Fabio Ortolan Date: Thu, 19 Aug 2021 00:23:07 -0300 Subject: [PATCH 7/8] =?UTF-8?q?Remo=C3=A7=C3=A3o=20de=20um=20linha=20a=20m?= =?UTF-8?q?ais=20nas=20matrizes?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- Semana13/semana13-LLScomQR.tex | 64 +++++++++++++++++----------------- 1 file changed, 32 insertions(+), 32 deletions(-) diff --git a/Semana13/semana13-LLScomQR.tex b/Semana13/semana13-LLScomQR.tex index 6fd8f48..ef274ec 100644 --- a/Semana13/semana13-LLScomQR.tex +++ b/Semana13/semana13-LLScomQR.tex @@ -274,7 +274,7 @@ \section{Regressão Linear Simples} 1 & 32 \\ 1 & 41 \\ 1 & 49 \\ - 1 & 66 \\ + 1 & 66 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a \\ b @@ -292,7 +292,7 @@ \section{Regressão Linear Simples} 1 & 32 \\ 1 & 41 \\ 1 & 49 \\ - 1 & 66 \\ + 1 & 66 \end{bmatrix} \quad \text{e} \quad \vec{b} = \begin{bmatrix} @@ -310,11 +310,11 @@ \section{Regressão Linear Simples} 1 & 32 \\ 1 & 41 \\ 1 & 49 \\ - 1 & 66 \\ + 1 & 66 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 5 & 208 \\ - 208 & 9832 \\ + 208 & 9832 \end{bmatrix} \end{equation} e \begin{equation} @@ -338,7 +338,7 @@ \section{Regressão Linear Simples} \end{bmatrix} \sim \begin{bmatrix} 1 & 0 & 468510/737 \\ - 0 & 1 & -7005/1474 \\ + 0 & 1 & -7005/1474 \end{bmatrix} \implies \left\{ \begin{array}{ll} @@ -358,18 +358,18 @@ \section{Regressão Linear Simples} 1 & 32 \\ 1 & 41 \\ 1 & 49 \\ - 1 & 66 \\ + 1 & 66 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 635.7 \\ - 4.75 \\ + 4.75 \end{bmatrix} \simeq \begin{bmatrix} 730.7 \\ 787.7 \\ 830.45 \\ 868.45 \\ - 949.2 \\ + 949.2 \end{bmatrix} \simeq \proj_{\operatorname{Col} A} \vec{b} \implies \text{ erro } = \| \vec{b} - A\vec{x} \| \simeq 947.3 \end{equation} \begin{figure}[h!] @@ -392,7 +392,7 @@ \section{Regressão Linear Simples} a + b x_1 &\!\!\!\!\!= y_1 \\ a + b x_2 &\!\!\!\!\!= y_2 \\ \vdots & \\ - a + b x_k &\!\!\!\!\!= y_k \\ + a + b x_k &\!\!\!\!\!= y_k \end{array} \right. \quad \leftrightsquigarrow \quad \begin{bmatrix} @@ -425,7 +425,7 @@ \section{Regressão Linear Simples} 1 & 4 \\ 1 & 5 \\ 1 & 5 \\ - 1 & 6 \\ + 1 & 6 \end{bmatrix} \ \ \text{e} \ \ \vec{b} = \begin{bmatrix} @@ -469,7 +469,7 @@ \section{Regressão por função não linear} a + b x_1 + c x_1^2 &\!\!\!\!\!= y_1 \\ a + b x_2 + c x_2^2 &\!\!\!\!\!= y_2 \\ \vdots & \\ - a + b x_k + c x_k^2 &\!\!\!\!\!= y_k \\ + a + b x_k + c x_k^2 &\!\!\!\!\!= y_k \end{array} \right. \quad \leftrightsquigarrow \quad \begin{bmatrix} @@ -497,7 +497,7 @@ \section{Regressão por função não linear} 1 & 32 & 1024 \\ 1 & 41 & 1681 \\ 1 & 49 & 2401 \\ - 1 & 66 & 4356 \\ + 1 & 66 & 4356 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a \\ b \\ c @@ -518,12 +518,12 @@ \section{Regressão por função não linear} 1 & 32 & 1024 \\ 1 & 41 & 1681 \\ 1 & 49 & 2401 \\ - 1 & 66 & 4356 \\ + 1 & 66 & 4356 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 5 & 208 & 9862 \\ 208 & 9862 & 514834 \\ - 9862 & 514834 & 28773874 \\ + 9862 & 514834 & 28773874 \end{bmatrix}, \end{equation} \begin{equation} @@ -531,7 +531,7 @@ \section{Regressão por função não linear} \begin{bmatrix} 1 & 1 & 1 & 1 & 1 \\ 20 & 32 & 41 & 49 & 66 \\ - 400 & 1024 & 1681 & 2401 & 4356 \\ + 400 & 1024 & 1681 & 2401 & 4356 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 590 \\ 410 \\ 460 \\ 380 \\ 350 @@ -544,12 +544,12 @@ \section{Regressão por função não linear} \begin{bmatrix} 5 & 208 & 9862 & 2190 \\ 208 & 9862 & 514834 & 85500 \\ - 9862 & 514834 & 28773874 & 3866080 \\ + 9862 & 514834 & 28773874 & 3866080 \end{bmatrix} \sim \begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 & 28482529840/35036713 \\ 0 & 1 & 0 & -1505841055/105110139 \\ - 0 & 0 & 1 & 11779375/105110139 \\ + 0 & 0 & 1 & 11779375/105110139 \end{bmatrix}. \end{equation} Logo, aproximando estas frações, obtemos @@ -558,7 +558,7 @@ \section{Regressão por função não linear} \begin{array}{ll} a \simeq 812.934 \\ b \simeq -14.326 \\ - c \simeq 0.112 \\ + c \simeq 0.112 \end{array} \right. \end{equation} @@ -595,14 +595,14 @@ \section{Regressão linear múltipla} a + b x_1 + c y_1 = z_1 \\ a + b x_2 + c y_2 = z_2 \\ \vdots \\ - a + b x_k + c y_k = z_k \\ + a + b x_k + c y_k = z_k \end{array} \right. \quad \leftrightsquigarrow \quad \begin{bmatrix} 1 & x_1 & y_1 \\ 1 & x_2 & y_2 \\ \vdots & \vdots & \vdots \\ - 1 & x_k & y_k \\ + 1 & x_k & y_k \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a \\ b \\ c @@ -626,7 +626,7 @@ \section{Regressão linear múltipla} 165 & 170 & 173 \\ 170 & 163 & 183 \\ 173 & 168 & 183 \\ - 183 & 165 & 183 \\ + 183 & 165 & 183 \hline \end{tabular} \end{center} Queremos encontrar uma solução de mínimos quadrados para o sistema linear @@ -637,7 +637,7 @@ \section{Regressão linear múltipla} 1 & 170 & 173 \\ 1 & 163 & 183 \\ 1 & 168 & 183 \\ - 1 & 165 & 183 \\ + 1 & 165 & 183 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a \\ b \\ c @@ -648,7 +648,7 @@ \section{Regressão linear múltipla} 165 \\ 170 \\ 173 \\ - 183 \\ + 183 \end{bmatrix} \ \leftrightsquigarrow \ A \vec{x} = \vec{b}. \end{equation} Calculamos \begin{equation} @@ -656,7 +656,7 @@ \section{Regressão linear múltipla} \begin{bmatrix} 1 & 1 & 1 & 1 & 1 & 1 \\ 155 & 155 & 170 & 163 & 168 & 165 \\ - 165 & 160 & 173 & 183 & 183 & 183 \\ + 165 & 160 & 173 & 183 & 183 & 183 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 1 & 155 & 165 \\ @@ -664,12 +664,12 @@ \section{Regressão linear múltipla} 1 & 170 & 173 \\ 1 & 163 & 183 \\ 1 & 168 & 183 \\ - 1 & 165 & 183 \\ + 1 & 165 & 183 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 6 & 976 & 1047 \\ 976 & 158968 & 170553 \\ - 1047 & 170553 & 183221 \\ + 1047 & 170553 & 183221 \end{bmatrix} \end{equation} e \begin{equation} @@ -677,7 +677,7 @@ \section{Regressão linear múltipla} \begin{bmatrix} 1 & 1 & 1 & 1 & 1 & 1 \\ 155 & 155 & 170 & 163 & 168 & 165 \\ - 165 & 160 & 173 & 183 & 183 & 183 \\ + 165 & 160 & 173 & 183 & 183 & 183 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 152 \\ @@ -685,30 +685,30 @@ \section{Regressão linear múltipla} 165 \\ 170 \\ 173 \\ - 183 \\ + 183 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1005 \\ 163689 \\ - 175803 \\ + 175803 \end{bmatrix}. \end{equation} Por escalonamento, \begin{equation} \begin{bmatrix} 6 & 976 & 1047 & 1005 \\ 976 & 158968 & 170553 & 163689 \\ - 1047 & 170553 & 183221 & 175803 \\ + 1047 & 170553 & 183221 & 175803 \end{bmatrix} \sim \begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 & 2154573/145769 \\ 0 & 1 & 0 & 14475/145769 \\ - 0 & 0 & 1 & 114081/145769 \\ + 0 & 0 & 1 & 114081/145769 \end{bmatrix} \implies \left\{ \begin{array}{ll} a \simeq 14.781 \\ b \simeq 0.099 \\ - c \simeq 0.783 \\ + c \simeq 0.783 \end{array} \right. \end{equation} A equação de melhor ajuste procurada é, portanto, aproximadamente, From a5a059a9dee8567835593e58cba75c79e4d04944 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Fabio Ortolan Date: Thu, 19 Aug 2021 00:26:29 -0300 Subject: [PATCH 8/8] =?UTF-8?q?Remo=C3=A7=C3=A3o=20de=20um=20linha=20a=20m?= =?UTF-8?q?ais=20nas=20matrizes?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- Semana14-15/semana14-15.tex | 48 ++++++++++++++++++------------------- 1 file changed, 24 insertions(+), 24 deletions(-) diff --git a/Semana14-15/semana14-15.tex b/Semana14-15/semana14-15.tex index 2dab16c..33f618f 100644 --- a/Semana14-15/semana14-15.tex +++ b/Semana14-15/semana14-15.tex @@ -186,7 +186,7 @@ \section{Matrizes simétricas} \begin{bmatrix} 3 & -2 & 4 \\ -2 & 6 & 2 \\ - 4 & 2 & 3 \\ + 4 & 2 & 3 \end{bmatrix}. \end{equation} O polinômio característico de $A$ é \begin{align*} @@ -195,7 +195,7 @@ \section{Matrizes simétricas} \begin{bmatrix} 3- \lambda & -2 & 4 \\ -2 & 6- \lambda & 2 \\ - 4 & 2 & 3- \lambda \\ + 4 & 2 & 3- \lambda \end{bmatrix} \\ & = (3-\lambda) \left[ (6 - \lambda)(3 - \lambda) - 4 \right] + 2 \left[ -6 + 2 \lambda - 8 \right] + 4 \left[ - 4 - 24 + 4 \lambda \right] \\ & = (3-\lambda) \left[ \lambda^2 - 9 \lambda + 14 \right] -28 + 4 \lambda - 112 + 16 \lambda \\ @@ -213,22 +213,22 @@ \section{Matrizes simétricas} \begin{bmatrix} 5 & -2 & 4 \\ -2 & 8 & 2 \\ - 4 & 2 & 5 \\ + 4 & 2 & 5 \end{bmatrix} \sim \begin{bmatrix} -1 & 4 & 1 \\ 5 & -2 & 4 \\ - 4 & 2 & 5 \\ + 4 & 2 & 5 \end{bmatrix} \sim \begin{bmatrix} -1 & 4 & 1 \\ 0 & 18 & 9 \\ - 0 & 18 & 9 \\ + 0 & 18 & 9 \end{bmatrix} \sim \begin{bmatrix} -1 & 2 & 0 \\ 0 & 2 & 1 \\ - 0 & 0 & 0 \\ + 0 & 0 & 0 \end{bmatrix} \leftrightsquigarrow \left\lbrace \begin{array}{l} @@ -250,17 +250,17 @@ \section{Matrizes simétricas} \begin{bmatrix} -4 & -2 & 4 \\ -2 & -1 & 2 \\ - 4 & 2 & -4 \\ + 4 & 2 & -4 \end{bmatrix} \sim \begin{bmatrix} -2 & -1 & 2 \\ 2 & 1 & -2 \\ - 0 & 0 & 0 \\ + 0 & 0 & 0 \end{bmatrix} \sim \begin{bmatrix} -2 & -1 & 2 \\ 0 & 0 & 0 \\ - 0 & 0 & 0 \\ + 0 & 0 & 0 \end{bmatrix} \leftrightsquigarrow \left\lbrace \begin{array}{l} @@ -362,7 +362,7 @@ \section{Matrizes simétricas} \begin{bmatrix} 5 & -2 & 4 \\ -2 & 8 & 2 \\ - 4 & 2 & 5 \\ + 4 & 2 & 5 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 2/3 & 1/\sqrt{5} & 4/(3\sqrt{5}) \\ @@ -372,7 +372,7 @@ \section{Matrizes simétricas} \begin{bmatrix} -2& 0 & 0 \\ 0 & 7 & 0 \\ - 0 & 0 & 7 \\ + 0 & 0 & 7 \end{bmatrix}. \ \lhd \end{equation} \end{ex} @@ -522,7 +522,7 @@ \subsection{Diagonalização de formas quadráticas} \begin{bmatrix} | & | & & | \\ \vec{v}_1 & \vec{v}_2 & \cdots & \vec{v}_n \\ -| & | & & | \\ +| & | & & | \end{bmatrix} \ \text{satisfaz} \ P^{-1}AP = D, \end{equation} onde $D$ é a matriz diagonal, com os respectivos autovalores na diagonal principal. Além disso, $P$ é ortogonal: $P^T = P^{-1}$. O vetor $\vec{x}$ pode ser representado na base $\mathcal{B}$ por: \begin{equation} @@ -750,7 +750,7 @@ \section{Problemas de otimização restritos à esfera} \begin{bmatrix} | & | & & | \\ \vec{v}_1 & \vec{v}_2 & \cdots & \vec{v}_n \\ -| & | & & | \\ +| & | & & | \end{bmatrix} \implies P^{-1} A P = D = \begin{bmatrix} @@ -806,12 +806,12 @@ \section{Problemas de otimização restritos à esfera} \begin{bmatrix} -2 & -4 & -2 \\ -4 & -8 & -4 \\ - -2 & -4 & -2 \\ + -2 & -4 & -2 \end{bmatrix} \sim \begin{bmatrix} 1 & 2 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \\ - 0 & 0 & 0 \\ + 0 & 0 & 0 \end{bmatrix} \implies \vec{v} = \begin{bmatrix} -2v_2 - v_3 \\ v_2 \\ v_3 @@ -863,7 +863,7 @@ \section{Problemas de otimização restritos à esfera} \begin{bmatrix} 7 & -4 & -2 \\ -4 & 1 & -4 \\ - -2 & -4 & 7 \\ + -2 & -4 & 7 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 @@ -958,7 +958,7 @@ \section{Matrizes simétricas e prova do Teorema Espectral} \begin{bmatrix} | & | & | & & | \\ \vec{v}_1 & \vec{y}_2 & \vec{y}_3 & \cdots & \vec{y}_n \\ - | & | & | & & | \\ + | & | & | & & | \end{bmatrix}, \end{equation} que é, consequentemente, ortogonal. Vamos calcular $Q^{-1} A Q = Q^T A Q$. O produto $AQ$ pode ser interpretado como o produto de $A$ por cada uma das colunas de $Q$: \begin{equation} @@ -966,7 +966,7 @@ \section{Matrizes simétricas e prova do Teorema Espectral} \begin{bmatrix} | & | & | & & | \\ A \vec{v}_1 & A \vec{y}_2 & A \vec{y}_3 & \cdots & A\vec{y}_n \\ - | & | & | & & | \\ + | & | & | & & | \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} | & | & | & & | \\ @@ -981,12 +981,12 @@ \section{Matrizes simétricas e prova do Teorema Espectral} \text{---} & \vec{y}_2 & \text{---} \\ \text{---} & \vec{y}_3 &\text{---} \\ & \vdots & \\ - \text{---} & \vec{y}_n & \text{---} \\ + \text{---} & \vec{y}_n & \text{---} \end{bmatrix} \begin{bmatrix} | & | & | & & | \\ \lambda_1 \vec{v}_1 & A \vec{y}_2 & A \vec{y}_3 & \cdots & A\vec{y}_n \\ - | & | & | & & | \\ + | & | & | & & | \end{bmatrix} \end{equation} \begin{equation} @@ -996,7 +996,7 @@ \section{Matrizes simétricas e prova do Teorema Espectral} \lambda_1\langle \vec{y}_2, \vec{v}_1 \rangle & \langle \vec{y}_2, A\vec{y}_2 \rangle & \langle \vec{y}_2, A\vec{y}_3 \rangle & \cdots & \langle \vec{y}_2, A\vec{y}_n \rangle \\ \lambda_1\langle \vec{y}_3, \vec{v}_1 \rangle & \langle \vec{y}_3, A\vec{y}_2 \rangle & \langle \vec{y}_3, A\vec{y}_3 \rangle & \cdots & \langle \vec{y}_3, A\vec{y}_n \rangle \\ \vdots & \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\ - \lambda_1\langle \vec{y}_n, \vec{v}_1 \rangle & \langle \vec{y}_n, A\vec{y}_2 \rangle & \langle \vec{y}_n, A\vec{y}_3 \rangle & \cdots & \langle \vec{y}_n, A\vec{y}_n \rangle \\ + \lambda_1\langle \vec{y}_n, \vec{v}_1 \rangle & \langle \vec{y}_n, A\vec{y}_2 \rangle & \langle \vec{y}_n, A\vec{y}_3 \rangle & \cdots & \langle \vec{y}_n, A\vec{y}_n \rangle \end{bmatrix} \end{equation} Observamos que, pela simetria de $A$ e por ser $ \{ \vec{v}_1, \vec{y}_2, \vec{y}_3, \dots, \vec{y}_n \}$ um conjunto ortonormal, temos \begin{equation} @@ -1009,7 +1009,7 @@ \section{Matrizes simétricas e prova do Teorema Espectral} 0 & b_{22} & b_{23} & \cdots & b_{2n} \\ 0 & b_{32} & b_{33} & \cdots & b_{3n} \\ \vdots & \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\ - 0 & b_{n2} & b_{n3} & \cdots & b_{nn} \\ + 0 & b_{n2} & b_{n3} & \cdots & b_{nn} \end{bmatrix} \stackrel{\text{def}}{=} \hat{A}. \end{equation} Chamamos os coeficientes restantes de $b_{ij}$ simplesmente porque não nos interessa muito quanto valem (notamos, no entanto, que a simetria de $A$ implica que $b_{ij} = b_{ji}$). Observamos que \begin{equation} @@ -1042,7 +1042,7 @@ \subsection{Prova do Teorema Espectral} \begin{bmatrix} | & | & & | \\ \vec{v}_1 & \vec{v}_2 & \cdots & \vec{v}_n \\ -| & | & & | \\ +| & | & & | \end{bmatrix} \end{equation} formada pelos autovetores é ortogonal e \begin{equation} @@ -1052,7 +1052,7 @@ \subsection{Prova do Teorema Espectral} 0 & \lambda_2 & 0 & \cdots & 0 \\ 0 & 0 & \lambda_3 & \cdots & 0 \\ \vdots & \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\ -0 & 0 & 0 & \cdots & \lambda_n \\ +0 & 0 & 0 & \cdots & \lambda_n \end{bmatrix}. \end{equation} Sendo $P$ ortogonal, tem-se ainda que $P^{-1} = P^T$.