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Lista de Exercícios e Gabarito de Álgebra Linear, Notas de estudo de Álgebra

Este documento contém a quarta lista de exercícios e o gabarito da disciplina de introdução à álgebra linear, oferecida pela universidade federal fluminense (uff) no ano de 2014.1. A lista aborda temas como combinação linear de vetores, subespaços gerados por conjuntos e bases de espaços vetoriais.

Tipologia: Notas de estudo

2022

Compartilhado em 07/11/2022

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bg1
4ª Lista de Exercícios
Gabarito
1. Expresse o vetor u = (-1, 4, -4, 6)
4
como combinação linear dos vetores
v1 = (3, -3, 1, 0), v2 = (0, 1, -1, 2) e v3 = (1, -1, 0, 0).
Solução.
Temos que encontrar escalares α, β, γ tal que
(-1, 4, -4, 6) = α (3, -3, 1, 0) + β (0, 1, -1, 2) + γ (1, -1, 0, 0).
O que equivale resolver o sistema:
2=γ
1=α
3=β
6=β2
4=βα
4=γβ+α3
1=γ+α3
.
Logo, u = - v1 + 3v2 + 2v3.
2. Determine os subespaços do 3
gerados pelos seguintes conjuntos:
(a) A = {(2, -1, 3)}
(b) A = {(-1, 3, 2), (2, -2, 1)}
(c) A = {(1, 0, 1), (0, 1, 1), (-1, 1, 0)}
Solução.
(a) Seja (a, b, c) um elemento do subespaço S gerado por A.
Então, (a, b, c) = x(2, -1, 3)
Daí,
2
3
x a
x b
x c
=
=
=
Logo, S= {(a, b, c) 3
/ a = -2b e c = -3b} = {(-2b, b, -3b)/
b}.
(b) Seja (a, b, c) um elemento do subespaço S gerado por A.
Então, (a, b, c) = x(-1, 3, 2) + y(2, -2, 1)
Daí,
=+2
=23
=2+
cyx
byx
ayx
.
Escalonando,
12
23
21
c
b
a
1
1
LL
12
23
21
c
b
a
2
1
2
+
3
LLL
12
+340
21
c
ba
a
313
+
2
LLL
+250
+340
21
ca
ba
a
.
Obtemos o seguinte sistema equivalente:
=
=
5
+2
4
+3
ca
ba
y
y
7.a +5b -4c = 0.
Lembrando que as aluas agora são: segunda sala 204 e quarta sala 404
UFF – Departamento de Análise
GAN00007 – Introdução à Álgebra Linear – B1 – 2014.1 – Profa. Ana Maria Luz
Lista de Exercícios 8 - Resolução
pf3
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4ª Lista de Exercícios

Gabarito

  1. Expresse o vetor u = (-1, 4, -4, 6) ∈ ℜ 4 como combinação linear dos vetores v 1 = (3, -3, 1, 0), v 2 = (0, 1, -1, 2) e v 3 = (1, -1, 0, 0). Solução. Temos que encontrar escalares α, β, γ tal que (-1, 4, -4, 6) = α (3, -3, 1, 0) + β (0, 1, -1, 2) + γ (1, -1, 0, 0). O que equivale resolver o sistema:

γ= 2

α=− 1

β= 3 ⇒

2 β= 6

α−β=− 4

− 3 α+β−γ= 4

3 α+γ=− 1 .

Logo, u = - v 1 + 3v 2 + 2v 3.

  1. Determine os subespaços do ℜ 3 gerados pelos seguintes conjuntos: (a) A = {(2, -1, 3)} (b) A = {(-1, 3, 2), (2, -2, 1)} (c) A = {(1, 0, 1), (0, 1, 1), (-1, 1, 0)} Solução. (a) Seja (a, b, c) um elemento do subespaço S gerado por A. Então, (a, b, c) = x(2, -1, 3) Daí, 2

x a x b x c

^ =

−^ =

Logo, S= {(a, b, c) ∈ ℜ^3 / a = -2b e c = -3b} = {(-2b, b, -3b)/ b ∈ℜ}. (b) Seja (a, b, c) um elemento do subespaço S gerado por A. Então, (a, b, c) = x(-1, 3, 2) + y(2, -2, 1) Daí,

x y c

x y b

x y a .

Escalonando,

c

b

a L 1 ← −L 1 ⇒ 

c

b

a L 2 ← − 3 L 1 +L 2 ⇒ 

c

a b

a

L 3 ← − 2 L 1 +L 3 ⇒

a c

a b

a .

Obtemos o seguinte sistema equivalente:

5

2 +

4

3 +

a c

a b

y

y ⇒ 7.a +5b -4c = 0.

Lembrando que as aluas agora são: segunda sala 204 e quarta sala 404 UFF – Departamento de Análise GAN00007 – Introdução à Álgebra Linear – B1 – 2014.1 – Profa. Ana Maria Luz

Lista de Exercícios 8 - Resolução

Logo, S= {(a, b, c) ∈ ℜ^3 / 7.a + 5b - 4c = 0}.

c) Seja (a, b, c) um elemento do subespaço S gerado por A. (d) Então, (a, b, c) = x(1, 0, 1) +y(0, 1, 1) + z(-1, 1, 0) Daí,

x y c

y z b

x z a .

Escalonando,

c

b

a L 3 ← −L 1 +L 3 ⇒ 

a c

b

a L 3 ← −L 2 +L 3 ⇒

a b c

b

a .

Logo, S= {(a, b, c) ∈ ℜ^3 / a + b - c = 0}.

  1. Determine o valor de k para que o conjunto {(1, 0, -1), (1, 1,0), (k, 1, -1)} seja LI. Solução. Considere a equação x(1, 0, -1) + y(1, 1, 0) + z(k, 1, -1) = (0, 0, 0). Daí, obtemos o sistema homogêneo

x z

y z

x y kz ou ( 2 −k)x= 0. Para que os vetores sejam LI, x tem que

ser zero, ou k ≠ 2.

  1. Determine uma base para cada um dos seguintes espaços vetoriais: (a) S = {( x , y , z ) ∈ ℜ^3 / y = 2 x } (b) S = {( x , y ) ∈ ℜ^3 / x + y = 0} (c) S = {( x , y , z ) ∈ ℜ^3 / 2 xy + 3 z = 0} (d) S = {( x , y , x ); x , y ∈ ℜ } (e) S = {( x , y , z , w ); x - 3 y + z = 0} (f) S = {( x , y , z ) ∈ ℜ 3 / x = 3 y e z = - y } Solução (a) Se (x, y, z) ∈ S ⇒ (x, y, z) = (x, 2x, z) = x(1, 2, 0) + z (0, 0, 1). Então, todo vetor de S é combinação linear dos vetores (1, 2, 0) e (0, 0, 1). Como estes vetores são LI, o conjunto {(1, 2, 0) e (0, 0, 1)} é uma base de S. (b) Se (x, y) ∈ S ⇒ (x, y) = (x, -x) = x(1, -1). Então, todo vetor de S é combinação linear do vetor (1, -1). Como este vetor é LI, o conjunto {(1, -1)} é uma base de S.

(b) ( 5 , k , 11 )∈ S ⇔ 11 = 10.5 +3.k ⇔ k = -13.

  1. Considere S = [(2,1,0), (1,-1,2), (0,3,-4)], o subespaço do ℜ 3 gerado pelos vetores (2,1,0), (1,-1,2) e (0,3,-4). Determine sua equação. Solução. Seja (a, b, c) um elemento de S. Então, (a, b, c) = x(2, 1, 0) + y(1, -1, 2) + z(0, 3, -4). Daí,

y z c

x y z b

x y a

ou  

a b c

y z a b

x y a

Logo, W = {(a, b, c)/ 2a – 4b – 3c = 0} = {(a, b, 3

2 a − 4 b )/a,b ∈ ℜ}.

  1. Para qual valor de k será o vetor u = (1, -2, k) em (^) ℜ 3 uma combinação linear dos vetores v = (3, 0, -2) e w = (2, -1, -5)? Solução. Faça u = a(3, 0, -2) + b(2, -1, -5) = (3.a + 2b, -b, -2.a -5b) Forme o sistema:

a b k

b

a b

Pelas duas primeiras equações, a = -1 e b = 2. Substitua na última equação para obter k = -8.

  1. Determine m para que o conjunto {(2, -3, 2 m ), (1, 0, m + 4), (-1, 3, m – 2)} seja L.I. Solução1. Considere a equação x(2, -3, 2m) + y(1, 0, m + 4) + z(-1, 3, m - 2) = (0, 0, 0). Daí, obtemos o sistema homogêneo

mx m y m z

x z

x y z

Pelas duas primeiras equações, z = x e y = -x. Substitua na última equação: x[2m – (m+4) + m -2]= 0. Para que o conjunto seja L.I, 2m – (m+4) + m -2 =2m – 6 tem que ser diferente de zero, ou seja m ≠ 3. Solução 2. Para que o conjunto dado seja L.I, o determinante da matriz

m m m

tem que ser não nulo.

Mas o det A = 6m -18. Logo, m ≠ 3.

  1. Sejam B = {(1,1),(1,0)} e C = {(1,2),(−4,−3)} duas bases do ℜ². Determine a

matriz de mudança da base B para a base C e a matriz mudança de base de C para B.

Verifique que uma é a inversa da outra.

Solução:

Para encontrar [ I ] BC