Transcript 15. Discussão de um Sistema Linear

11. Sistemas Escalonados
Dizemos que um sistema, em que existe pelo menos um
coeficiente não-nulo em cada equação, está escalonado se o
número de coeficientes nulos antes do primeiro
coeficiente não nulo aumenta de equação para equação.
a11 x1  a12 x2  ....  a1n xn  b1

a22 x2  ....  a2 n xn  b2


............................................

ann xn  bn
O sistema é também chamado sistema triangular, pois a
matriz associada é uma matriz triangular. Se fala também de
triangular superior ou inferior para caracterizar a posição dos
coeficientes não nulos.
11. Sistemas Escalonados
Sistema triangular (escalonado) – forma matricial
Superior
Inferior
Podem ser solucionados com Resolução Retroativa
11. Sistemas Escalonados
S1 =
 3x  y  z  2

Resolva o sistema:  2 y  z  1

z 5

Resolução:
Na 3ª equação: z = -5
Na 2ª equação: 2y – (-5) = -1
2y = -1 – 5
y = -3
Na 1ª equação: 3x – (-3) + (-5) = 2
3x = 2 – 3 + 5
3x = 4
x = 4/3
Logo, o conjunto solução será: (-5, -3, 4/3)
11. Sistemas Escalonados
S1 =
4 x  y  5 z  3
Resolva o sistema: 
 3 y  2z  1
Resolução:
Primeiro perceba que este sistema tem mais variáveis que
equações. Perceba ainda que a variável z não aparece no
começo de nenhuma equação, ela será chamada de variável
livre.
Para resolvermos este sistema, primeiro vamos atribuir um
valor real arbitrário para a variável livre:
z = a, com a  .
Agora vamos calcular o valor de y na 2ª equação:
3y – 2a = 1
3y = 1 + 2a
y = (1 + 2a)/3
11. Sistemas Escalonados
S1 =
4 x  y  5 z  3
Resolva o sistema: 
 3 y  2z  1
Agora que já conhecemos y e z, vamos calcular o valor de x:
 1  2a 
4x  
  5a  3
 3 
1  2a
4x  3 
 5a
3
12 x 9  1  2a  15a

3
3
10  13a
x
12
 10  13a 1  2a 
,
, a , com a  
Logo a solução do sistema será: 
3
 12

Essa solução é chamada de solução geral do sistema e esse
sistema é POSSÍVEL E INDETERMINADO.
12. Sistemas Equivalentes
Dois sistemas são equivalentes quando possuem o mesmo
conjunto solução.
 4x  y  2
S1  
3x  2 y  7
 x y 3
S2  
2 x  y  4
verificamos que o par ordenado (1, 2) satisfaz ambos e é único.
Logo, S1 e S2 são equivalentes, e escrevemos:
S1 ~ S2
Sendo dado um sistema, é possível realizar sobre ele uma
série de operações elementares sem alterar seu resultado, ou
seja, obtendo sistemas equivalentes a ele, é que veremos a
seguir.
13. Sistemas Equivalentes – Op. Elementares
PROPRIEDADE 1:
um sistema de equações não se altera, quando permutamos
as posições de duas equações quaisquer do sistema.
Exemplo:
2 x  3 y  2 z  20

x  y  z  9
4 x  y  z  18

Sistema 1
4 x  y  z  18

x  y  z  9
2 x  3 y  2 z  20

Sistema 2
Solução do Sistema 1 = Solução do Sistema 2:
x=3, y=2 e z=4.
13. Sistemas Equivalentes – Op. Elementares
PROPRIEDADE 2:
um sistema de equações não se altera, quando multiplicamos
ambos os membros de qualquer uma das equações do
sistema, por um número real não nulo.
Exemplo:
2 x  3 y  2 z  20

x  y  z  9
4 x  y  z  18

(4 x  y  z  18)2
2 x  3 y  2 z  20

x  y  z  9
8 x  2 y  2 z  36

Sistema 3
Sistema 1
Solução do Sistema 1 = Solução do Sistema 3:
x=3, y=2 e z=4.
13. Sistemas Equivalentes – Op. Elementares
PROPRIEDADE 3:
um sistema de equações lineares não se altera, quando
substituímos uma equação qualquer por outra obtida a partir da
adição membro a membro desta equação, com outra na qual
foi aplicada a transformação, ou seja, MULTIPLICAR UMA
EQUAÇÃO POR UM NÚMERO E SOMAR COM OUTRA.
Exemplo:
2 x  3 y  2 z  20

x  y  z  9
4 x  y  z  18

Sistema 1
(2 x  3 y  2 z  20)2

2 x  3 y  2 z  20

5 x  7 y  5 z  49
4 x  y  z  18

Sistema 3
x yz 9
Solução do Sistema 1 = Solução do Sistema 4:
x=3, y=2 e z=4.
14. Escalonamento de um Sistema Linear
Podemos transformar um sistema escrito em sua forma normal
para um outro equivalente, na forma escalonada, esse
processo é chamado de ESCALONAMENTO DE UM
SISTEMA LINEAR.
1º passo: Escolhemos, para 1a equação, uma em que o
coeficiente da 1a incógnita seja não nulo. Se possível fazemos
a escolha a fim de que esse coeficiente seja igual a -1 ou 1,
pois os cálculos ficam, em geral, mais simples.
2° passo: Anulamos o coeficiente da 1ª incógnita das demais
equações, usando as propriedades 1 e 2.
3º passo: Desprezamos a 1a equação e aplicamos os dois
primeiros passos com as equações restantes.
4º passo: Desprezamos a 1ª e a 2ª equações e aplicamos os
dois primeiros passos nas equações restantes, até o sistema
ficar escalonado.
14. Escalonamento de um Sistema Linear
 x  y  2 z  9

Ex1) Resolva o sistema:  2 x  y  z  6
  2x  4 y  z  1

Resolução:
Vamos destacar a 1ª incógnita na 1ª equação:
 x  y  2 z  9

 2x  y  z  6
  2x  4 y  z  1

Agora vamos usar essa incógnita e seu coeficiente para
eliminá-la nas equações seguintes:
 x  y  2 z  9

 2x  y  z  6
  2x  4 y  z  1

2
2
 x  y  2z  9

3 y  3z  12

  6 y  5 z  19

14. Escalonamento de um Sistema Linear
 x  y  2 z  9

Ex1) Resolva o sistema:  2 x  y  z  6
  2x  4 y  z  1

Agora é só repetir o processo, só que usando a 2ª equação:
 x  y  2 z  9

 3 y  3z  12
  6 y  5 z  19

  x  y  2 z  9

 3 y  3 z  12

 z  5

2
Finalmente, é só usar o processo da resolução retroativa e
encontrar a solução do sistema:
z5
3 y  3  5  12
3 y  12  15
3y  3
 x  1  2  5  9
 x  9  1  10
y 1
x0
S  0,1,5)
14. Escalonamento de um Sistema Linear
 x  y  2 z  9

Ex5) Resolva o sistema:  2 x  y  z  6
  2x  2 y  z  1

Resolução:
 x  y  2 z  9 2

 2x  y  z  6
  2x  2 y  z  1

2
 x  y  2z   9

3 y  3z  12 4


3
 4 y  5 z  19

E agora, como fazemos se queremos usar 3 para eliminar -4?
Neste caso, multiplicamos a 2ª e a 3ª equações e fazemos
a soma das duas em separado.
12y  12z  48
 12y  15z  57
3z  9

  x y 2 z  9

 3 y  3 z  12

3z  9

O resto é com você!
15. Discussão de um Sistema Linear
Considere o seguinte sistema linear nas incógnitas x e y.
3x  2 y  2

m x 4 y  1
Observe que, além das incógnitas x e y, o sistema apresenta
uma variável m. Tal variável é chamada de "parâmetro do
sistema".
Discutir esse sistema em função do parâmetro m significa
classificá-lo como SPD, SPI ou SI para cada valor real
assumido por m.
Para tanto, utilizaremos o que aprendemos com o Teorema de
Cramer:
SPI
se D  0  SPD
se D  0
ou
SI
Para dirimir essa última dúvida, usaremos o que aprendemos
com escalonamento de sistemas.
15. Discussão de um Sistema Linear
 3x  2 y  2
Ex1) Discutir o sistema: 
m x 4 y  4
Resolução:
3 2
Sabemos que, se: D 
0
m 4
Resolvendo:
O sistema é SPD.
12  2m  0
12  2m
m6
3 2
Sabemos que, se: D 
 0 O sistema é SPI ou SI.
m 4
Resolvendo:
12  2m  0
m6
Como
fazer
para
saber se é SPI ou SI?
15. Discussão de um Sistema Linear
3x  2 y  2
Ex1) Discutir o sistema: 
m x 4 y  1
Agora que sabemos que se m = 6 o sistema é SPI ou SI,
substituiremos esse valor no sistema e em seguida faremos o
seu escalonamento.
3x  2 y  2

6x  4 y  1
3x  2 y  2

0 y  3

2
Resumindo temos:
m  6  SPD
m  6  SI
SI
15. Discussão de um Sistema Linear
ax  3ay  0
Ex2) Discutir o sistema: 
 2 x  ay  4
Resolução:
a 3a
I. Sabemos que, se: D 
 0 O sistema é SPD.
2 a
Resolvendo:
a 2  6a  0
aa  6)  0
a  0 ou a  6
a 3a
II. Sabemos que, se: D 
 0 O sistema é SPI ou SI.
2 a
Resolvendo: a 2  6a  0
a  0 ou a  6
15. Discussão de um Sistema Linear
ax  3ay  0
Ex2) Discutir o sistema: 
 2 x  ay  4
Vamos substituir a = 0:
0 x  0 y  0

2 x  0 y  4
Observando a 1ª equação concluímos que o
sistema é SPI.
Vamos substituir a = 6 e escalonar o sistema:
6 x  18y  0

 2x  6 y  4
x  3 y  0

x  3 y  2
1
 x  3y  0

 0y  2
Observando a 2ª equação concluímos que o
sistema é SI.
15. Discussão de um Sistema Linear
ax  3ay  0
Ex2) Discutir o sistema: 
 2 x  ay  4
Resumindo temos:
a  6 ou a  0  SPD
a  0  SPI
a  6  SI
15. Discussão de um Sistema Linear
 x y 2
Ex3) Discutir o sistema: 
2 x  ay  b
Resolução:
1 1
I. Sabemos que, se: D 
 0 O sistema é SPD.
2 a
Resolvendo:
a20
a  2
1 1
II. Sabemos que, se: D 
 0 O sistema é SPI ou SI.
2 a
Resolvendo:
a20
a  2
15. Discussão de um Sistema Linear
 x y 2
Ex3) Discutir o sistema: 
2 x  ay  b
Vamos substituir a = -2, e em seguida escalonar o sistema:
 x y 2

2 x  2 y  b
x  y  2

 0y  b  4
2
Como se pode observar, a questão agora depende do valor
de b, ou seja:
b40  b  4
b4 0  b  4
SPI
Resumindo temos:
SI
a  2
 SPD
a  2 e b  4 
SPI
a  2 e b  4 
SI
15. Discussão de um Sistema Linear
 x yz 0

Ex4) Discutir o sistema:  x  y  m z  2
 m x  2 y  z  1

Resolução:
1
1
1
I. Sabemos que, se: D  1
 1 m  0 O sistema é SPD.
m 2 1
Resolvendo:
m2  m  0
mm  1)  0
m  0 ou m  1
1
II. Sabemos que, se: D  1
1
1
 1 m  0 O sistema é SPI ou SI.
m 2 1
15. Discussão de um Sistema Linear
 x yz 0

Ex4) Discutir o sistema:  x  y  m z  2
 m x  2 y  z  1

Resolvendo:
m2  m  0
m  0 ou m  1
Vamos substituir m = 0, e em seguida escalonar o sistema:
 x yz 0
1

 x  y  0z  2
0 x  2 y  z  1

SI
x  y  z  0

  2y  z  2

2 y  z  1

x  y  z  0

2y  z  2


0z  1

1
15. Discussão de um Sistema Linear
 x yz 0

Ex4) Discutir o sistema:  x  y  m z  2
 m x  2 y  z  1

Resolvendo:
m2  m  0
m  0 ou m  1
Vamos substituir m = 1, e em seguida escalonar o sistema:
 x yz 0
1

 x yz 2
 x  2 y  z  1

SPI
x




 x




 y  z0
 2 y  0z  2
y  0 z  1
 y  z0
 2 y 0z  2
0z  0
2
15. Discussão de um Sistema Linear
 x yz 0

Ex4) Discutir o sistema:  x  y  m z  2
 m x  2 y  z  1

Resumindo temos:
m  0 ou m  1  SPD
m  1  SPI
m  0  SI
16. Sistema Linear Homogêneo - Discussão
se D  0  SPD  apenassoluçãotrivial ou IMPRÓPRIA
se D  0  SPI  outras soluçõesalém da trivial ou PRÓPRIAS
Observações Importantes:
1. Sistema Homogêneo NUNCA SERÁ IMPOSSÍVEL;
2. Se o número de equações for diferente do número de
incógnitas, o sistema será SPI.