Mat 2016 – Questão 8

Preliminares

Apenas para visualizar melhor o problema, estamos falando do seguinte sistema:

mat2016-q8-f1

Que é um sistema com n variáveis e m equações.

0-Falso

Se o determinante for nulo, ocorre uma de duas situações: ou o sistema não tem solução ou o sistema tem infinitas soluções.

Logo, não podemos afirmar com certeza que o sistema não terá soluções.

1-Falso

Descobrimos o posto de uma matriz encontrando a maior submatriz quadrada que tem determinante diferente de zero. Por exemplo, seja a matriz abaixo:

mat2016-q8-f2

Como ela é 3×4, a maior submatriz quadrada é 3×3, que são as submatrizes abaixo:

mat2016-q8-f3

No entanto, essas submatrizes possuem determinante igual a zero, já que a segunda linha é exatamente o dobro da primeira. Assim, não há submatriz 3×3 com determinante diferente de zero.

Vamos analisar as submatrizes 2×2. Veja a submatriz destacada:

mat2016-q8-f4

Ela tem determinante igual a 2. Como ela é 2×2, dizemos que o posto da matriz original é 2.

Voltando para a questão: o que seria uma matriz de posto máximo?

O máximo posto que uma matriz m x n pode ter ocorre quando sua maior submatriz quadrada tem determinante diferente de zero. Temos duas situações que podem ocorrer:

(1) m<n: a maior submatriz quadrada seria m x m e teria determinante diferente de zero, sendo a matriz original de posto m.

(2) m≥n: a maior submatriz quadrada seria n x n e teria determinante diferente de zero, sendo a matriz original de posto n.

Vamos iniciar pela situação (1):

Se m<n, há mais variáveis do que equações no sistema. Quando isso ocorre, há infinitas soluções no sistema (precisamos de m variáveis para resolver um sistema de m equações linearmente independentes, então as outras (n-m) variáveis poderiam ter qualquer valor, gerando infinitas soluções). Logo, a afirmativa é falsa.

Como já vimos que a sentença é falsa, não precisamos analisar a situação 2. Apenas para constar, é um caso em que há apenas uma solução ou nenhuma. Logo, olhando somente para esta situação, a afirmativa também seria falsa.

2-Falso

Essa é a situação 1 do item anterior.

3- Verdadeiro

Se o vetor b é combinação linear das colunas de A, quer dizer que existem “pesos” α1, α2, α3,…, αn tal que:

mat2016-q8-f5

Veja que, de fato, o sistema pode ser reescrito como:

mat2016-q8-f6

Comparando as duas fórmulas acima, fica claro que existe ao menos a seguinte solução para o sistema:

mat2016-q8-f7

Em que os xi’s são os pesos das colunas de A na formação de b.

4- Verdadeiro

Seja A a seguinte matriz diagonal :

mat2016-q8-f8

E b o vetor:

mat2016-q8-f9

O sistema, na forma matricial, é o seguinte:

mat2016-q8-f10

Isolando x, temos:

mat2016-q8-f11

Como a matriz A é diagonal, fica fácil calcular sua inversa:

mat2016-q8-f12

Assim:

mat2016-q8-f13

Logo, a solução é xi=bii, i=1, 2,…, n.

A média geométrica desses n valores é:

mat2016-q8-f14

Note que:

mat2016-q8-f15

Logo, de (*):

mat2016-q8-f16

Assim, podemos dizer que a média geométrica dos xi’s é inversamente proporcional a mat2016-q8-f17.