Sabendo que p e q são números reais, considere as matrizes

a) Prove que para quaisquer p e q teremos BTAB ≥ 0.

b) Determine os valores de p e q para os quais o sistema linear nas variáveis reais x, y e z, , tem infinitas soluções.

a) Efetuando o produto, tem-se:

«math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»B«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«/msup»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»(«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»0«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»q«/mi»«mo»)«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mfenced»«mtable»«mtr»«mtd»«mn»1«/mn»«/mtd»«mtd»«mn»0«/mn»«/mtd»«mtd»«mn»1«/mn»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«mn»1«/mn»«/mtd»«mtd»«mn»2«/mn»«/mtd»«mtd»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«mn»1«/mn»«/mtd»«mtd»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«/mtd»«mtd»«mn»1«/mn»«/mtd»«/mtr»«/mtable»«/mfenced»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»(«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«mo»+«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»q«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«mo»§#xB7;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»q«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«mo»+«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»q«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«/mstyle»«/math»

«math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»B«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«/msup»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»B«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»(«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«mo»+«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»q«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«mo»§#xB7;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»q«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«mo»+«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»q«/mi»«mo»)«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mfenced»«mtable»«mtr»«mtd»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«mn»0«/mn»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«mi mathvariant=¨normal¨»q«/mi»«/mtd»«/mtr»«/mtable»«/mfenced»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mfenced»«mrow»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»pq«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»pq«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»q«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/mrow»«/mfenced»«/mrow»«/mstyle»«/math»

Assim, o único elemento da matriz BT · A · B é dado por p2 + 2 pq + q2, ou seja, (p + q)2. Note-se que (p + q)2 ≥ 0, para quaisquer valores reais de p e q.

 

b) Uma condição necessária para que o sistema seja possível e indeterminado é

«math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«mi»detA«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»0«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#x2234;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»-«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»0«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#x2234;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»0«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»ou«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»1«/mn»«mo».«/mo»«/mrow»«/mstyle»«/math»

«math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»sistema«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mfenced»«mtable»«mtr»«mtd»«mi mathvariant=¨normal¨»x«/mi»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«mi mathvariant=¨normal¨»y«/mi»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«mi mathvariant=¨normal¨»z«/mi»«/mtd»«/mtr»«/mtable»«/mfenced»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»B«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»pode«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»ser«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»reescrito«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»como«/mi»«mo»:«/mo»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mfenced open=¨{¨ close=¨¨»«mtable columnalign=¨left¨»«mtr»«mtd»«mi mathvariant=¨normal¨»x«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»z«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»p«/mi»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«mtable columnalign=¨left¨»«mtr»«mtd»«mi mathvariant=¨normal¨»x«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»2«/mn»«mi mathvariant=¨normal¨»y«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»pz«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»0«/mn»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«mi mathvariant=¨normal¨»x«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi»py«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»z«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»q«/mi»«/mtd»«/mtr»«/mtable»«/mtd»«/mtr»«/mtable»«/mfenced»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»(«/mo»«mo»*«/mo»«mo»)«/mo»«/mrow»«/mstyle»«/math»

  • Se p = 0, substituindo em (*), tem-se «math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mfenced open=¨{¨ close=¨¨»«mtable columnalign=¨left¨»«mtr»«mtd»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»x«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»z«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»0«/mn»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«mtable columnalign=¨left¨»«mtr»«mtd»«mi mathvariant=¨normal¨»x«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»2«/mn»«mi mathvariant=¨normal¨»y«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»0«/mn»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«mi mathvariant=¨normal¨»x«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»z«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»q«/mi»«/mtd»«/mtr»«/mtable»«/mtd»«/mtr»«/mtable»«/mfenced»«mo»§#xA0;«/mo»«mo».«/mo»«/mstyle»«/math» Note-se que, nesse caso, o sistema será S.P.I. se, e somente se, q = 0.
  • Se p = 1, substituindo em (*), tem-se «math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mfenced open=¨{¨ close=¨¨»«mtable columnalign=¨left¨»«mtr»«mtd»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»x«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»z«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»1«/mn»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«mtable columnalign=¨left¨»«mtr»«mtd»«mi mathvariant=¨normal¨»x«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»2«/mn»«mi mathvariant=¨normal¨»y«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»z«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»0«/mn»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«mi mathvariant=¨normal¨»x«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»y«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»z«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»q«/mi»«/mtd»«/mtr»«/mtable»«/mtd»«/mtr»«/mtable»«/mfenced»«mo»§#xA0;«/mo»«mo».«/mo»«/mstyle»«/math» Somando as duas primeiras equações do sistema, tem-se 2x + 2y + 2z = 1, ou seja, «math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»x«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»y«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»z«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mfrac»«mn»1«/mn»«mn»2«/mn»«/mfrac»«mo»§#xA0;«/mo»«/mrow»«/mstyle»«/math». Assim, o sistema será S.P.I. se, e somente se, «math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»q«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mfrac»«mn»1«/mn»«mn»2«/mn»«/mfrac»«/mrow»«/mstyle»«/math».

Resposta: p = 0 e q = 0 ou p = 1 e q = «math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«mfrac»«mn»1«/mn»«mn»2«/mn»«/mfrac»«mo».«/mo»«/mrow»«/mstyle»«/math»