matemática para economia iii 2013.2
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Matemática para Economia III 2013.2. Aula 4 : Sistemas Lineares homogêneos, Matrizes e Operações Matriciais. Sistemas Lineares Homogêneos. São sistemas da forma: Um sistema homogêneo é sempre consistente pois x 1 =0, x 2 =0,x 3 =0,...,x n =0 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Matemática para Economia III
2013.2Aula 4: Sistemas Lineares
homogêneos, Matrizes e Operações Matriciais
Sistemas Lineares Homogêneos
São sistemas da forma:
Um sistema homogêneo é sempre consistente pois x1=0, x2=0,x3=0,...,xn=0
é uma solução chamada solução trivial. O sistema homogêneo pode ter ainda outras soluções (não triviais).
Sistemas Lineares Homogêneos
Exemplo: Vamos resolver o sistema linear homogêneo:
02
0
0
32
21
321
xx
xx
xxx
Sistemas Lineares Homogêneos
Sempre que um sistema linear homogêneo envolve mais incógnitas que equações tem soluções não triviais.
Nenhuma das operações elementares sobre linhas altera a coluna final de zeros da matriz aumentada.
Se um sistema linear homogêneo tiver n incógnitas e se a forma escalonada reduzida de sua matriz aumentada tiver r linhas não nulas então o sistema tem n-r variáveis livres.
MatrizesDefinição 1 (Matriz): Chamamos de Matriz a todo conjunto de
“valores”, dispostos em linhas e colunas. Representamos matrizes com letras maiúsculas do nosso alfabeto.
Dada uma matriz A denotaremos cada elemento da matriz A por a ij
onde i é o número da linha e j é o número da coluna desse elemento.
11 12 13 1
21 22 23 2
1 2 3
n
n
m m m mn m n
a a a a
a a a a
a a a a
A
3231
2221
1211
aa
aa
aa
A
Exemplo: uma matriz genérica 3x2 teria a forma:
Matrizes-linha e matrizes-coluna (vetores linha e coluna) são de importância especial e é prática comum denotá-los por letras minúsculas em negrito em vez de letras maiúsculas. Assim um vetor linha 1xn arbitrário a e um vetor coluna mx1 arbitrário b podem ser escritos como
m
n
b
b
b
aaa
2
1
21 ,][ ba
Tipos de Matrizes
Matriz Quadrada: é matriz cujo número de linhas é igual ao de colunas.
Matriz Transposta: é a matriz obtida trocando-se a linha pela coluna e vice-versa da matriz original.
632
420
531
A
645
323
201TA
Matriz Identidade: é a matriz quadrada cujos elementos da diagonal principal são iguais a 1 e os demais elementos iguais a zero.
diagonal principal
Matriz Nula: Chama-se matriz nula a matriz na qual todos os seus elementos são iguais a zero.
000
0000
Matriz Diagonal: é a matriz cujos elementos localizados acima e abaixo da diagonal principal são iguais a zero.
Matriz Triangular: é matriz cujos elementos localizados acima ou abaixo da diagonal principal são iguais a zero. Se os zeros estão acima da diagonal a matriz é triangular inferior, se estão abaixo da diagonal a matriz é triangular superior
613
025
004
300
050
002
Triangular inferior
TAA 1 2 0
2 7 4
0 4 3
Matriz Anti-Simétrica: Os elementos opostos em relação à diagonal principal são simétricos com o sinal trocado.
TAA 0 5 2
5 0 1
2 1 0
Matriz Simétrica: Os elementos opostos em relação à diagonal principal são iguais.
A
A
Traço de uma matriz
Se A é uma matriz quadrada então o traço de A, denotado por tr(A), é definido pela soma das entradas na diagonal principal de A. O traço de A não é definido se A não é uma matriz quadrada.
Exemplo:
56)2(1)(
,
632
420
531
Atr
A
Igualdade de matrizes: Dadas duas matrizes A e B do mesmo tamanho (ou seja, de mesma ordem), dizemos que A = B se somente se os seus elementos são respectivamente iguais. Simbolicamente, sendo A e B matrizes mx n, temos:
A = B <=> aij=bij
Operações sobre matrizes
Adição e Subtração: Para adicionarmos ou subtrairmos duas matrizes A e B basta que elas sejam de mesma ordem. Isto é, elas devem ter o mesmo número de linhas e o mesmo número de colunas.
Define-se a adição A + B = C como sendo formada pelos elementos cij= aij + bij
Define-se a subtração A - B = C como sendo formada pelos elementos cij= aij - bij
Exemplo:
212
1113
231
061
423
152BABA
Operações sobre matrizes
Multiplicação de matrizes:Dada duas matrizes A (m x n) e B (n x p), chama-se produto da matriz A pela matriz B que se indica C = A . B a matriz m x p definida por
Observações:• O produto de duas matrizes existe se e somente se o
número de colunas da matriz A for igual ao número de linhas da matriz B.
• Se as matrizes A e B são m x n e n x p respectivamente, então o produto C = A . B existe e é uma matriz m x p,
Operações sobre matrizes
Cij=ai1.b1j + ai2.b2j + ai3.b3j + ... + ain.bnj
Operações sobre matrizes
Exemplo (Multiplicação):
2422
13
1412
4.51.42.53.4
4.01.12.03.1
4.31.22.33.2
.
42
13
54
01
32
BAC
BeA
Propriedades
0'4
3
2
1
AA
AMA
ABBA
CBACBA
aqui M representa a matriz nula (0) e A’=(-A)
Propriedades
Onde 1 é matriz identidade de mesma ordem de A, a e b são escalares (o produto de uma matriz A por um escalar b é a matriz bA obtida pela multiplicação de cada entrada da matriz A por b).
AA
AbAaAba
BaAaBAa
AbaAba
.14
...3
...2
....1
Propriedades
Em geral A.B≠B.A
)..()..().(4
..).(3
..).(2
)..()..(1
BAkBkABAk
CBCACBA
CABACBA
CBACBA
Propriedades
ttt
tt
ttt
tt
ABBA
AkAk
BABA
AA
..4
..3
2
1
Matrizes em blocos (particionadas)Uma matriz pode ser subdividida em blocos ou particionada em matrizes
menores inserindo cortes horizontais e verticais entre linhas e colunas. Por exemplo, as seguintes são três partições possíveis de uma matriz 3X4 arbitrária.
Multiplicação matricial por Multiplicação matricial por colunas e linhascolunas e linhasA partição de matrizes em blocos tem muitas utilidades, uma das
quais sendo encontrar uma linha ou coluna específica de um produto matricial A.B sem calcular todo o produto.
Exemplo: Sejam
j-ésimo vetor coluna de A.B=A.[j-ésimo vetor coluna de B]
i-ésimo vetor linha de A.B=[i-ésimo vetor linha de A].B
72
10
14
,062
421BA
Multiplicação matricial por Multiplicação matricial por colunas e linhascolunas e linhasO segundo vetor coluna de A.B pode ser obtido calculando
4
27
7.0)1.(61.2
7.4)1.(21.1
7
1
1
.062
421
Segunda coluna de B
Segunda coluna de A.B
Sejam
Dizemos que o produto Ax de uma matriz A por um vetor coluna x é uma
combinação linear dos vetores colunas de A com coeficientes provenientes do vetor x
Produtos matriciais como Produtos matriciais como combinações linearescombinações lineares
Considere o sistema linear com m equações e n incógnitas:
Podemos substituir m equações deste sistema por uma única equação matricial:
Forma matricial de um sistema Forma matricial de um sistema linearlinear
A matriz mx1 à esquerda desta equação pode ser escrita como um produto:
Denotando estas matrizes por A, x e b, respectivamente, o sistema original de m equações e n incógnitas foi substituído pela única equação matricial:
Forma matricial de um sistema Forma matricial de um sistema linearlinear
Ax = b
Matriz de coeficientes Matriz-coluna
de incógnitas
Matriz-coluna de
constantes