Manual ALGA — matrizes, equações matriciais e determinantes

Resumos, receitas, exemplos e autotestes · ALGA (ISEP) · matrizes → equações matriciais → determinantes (slides 1–59)

Para reler com calma e tirar dúvidas. Se uma coisa não entrar à primeira, não é drama — volta-se atrás. 🙂

🙈 Modo treino ligado Todas as respostas estão fechadas e não abrem. Desliga «respostas fechadas» na barra de cima quando quiseres conferir — ou usa «👁 abrir todas» depois de desligar.

Como usar este manual

Isto é um manual de consulta, não é para ler de uma vez. O treino a sério faz-se no caderno de papel; aqui lê-se, confere-se e fazem-se autotestes.

Índice — clica numa secção para abrir

🗺️ Mapa de treino: que exercício da FICHA1 treina cada secção
  • ex. 1, 6, 8 → secção 1 (tipos, simétrica, antissimétrica) — o 6 e o 8 resolvidos na oficina (grupo C);
  • ex. 2, 3, 4, 5, 7 → secção 2 (operações, multiplicação com letras, potências) — o 4 e o 5.1 na oficina (grupos A e B);
  • ex. 11 → secção 3 (igualdade → equações);
  • ex. 9, 10, 12, 15 → secção 4 (inversa pela definição) — o 15 guiado na secção; o 10 e o 12.1 na oficina (grupo D);
  • ex. 13 → secção 5 (condensação) — o 13.1 e o 13.2 passo a passo na oficina (grupo E);
  • ex. 14 → secção 6 (equações matriciais — resolvido lá dos dois jeitos);
  • ex. 16 e 17 → oficina, grupos F e G (equações matriciais passo a passo);
  • ex. 18–20 → característica — ainda não está neste manual; se já deram isto na aula, diz-me que eu acrescento!
  • ex. 21–44 → secção 9 (determinantes) — a ficha nova vai até ao 44; cálculo (21–27), propriedades (28–35, 39–43) e inversa pela adjunta (37, 43.4).

Ficheiros da pasta: Slides PDF · FICHA1 PDF (nova, 1–44) · Tarefa 1 PDF · Visualizador de multiplicação · ESTUDO.md (plano)

1) Conceitos base (o essencial)

Tipo de uma matriz

Uma matriz é uma tabela de números. O tipo escreve-se m×n:

[ 1 2 3 ] [ 4 5 6 ] é 2×3 (2 linhas, 3 colunas)

A entrada na posição (i, j) está na linha i e na coluna j. Na matriz acima, a entrada (2, 1) é 4.

Nota de notação: aqui usamos sempre o formato normal (linhas e colunas, entre parênteses retos grandes). Nas mensagens do chat pode aparecer a forma compacta [[1, 5], [5, 7]] — é a mesma coisa: cada par […] é uma linha.

Igualdade de matrizes

A = B quando as duas matrizes têm o mesmo tipo e todas as entradas homólogas iguais (mesma posição, mesmo valor). Isto vai ser usado na secção 3.

Os tipos de matrizes (os nomes que a professora usa)

Os três objetos que confundia — em 30 segundos cada

a) Matriz identidade Iₙ — quadrada, com 1 na diagonal principal e 0 em todo o resto:

I₃ =
1  0  0
0  1  0
0  0  1
⚠️ O erro clássico

A coluna 3 de I₃ é (0, 0, 1) — não é (0,0,0) nem (1,0,0). A entrada (i, j) de Iₙ é 1 quando i = j e 0 quando i ≠ j.

I₃, coluna 3 marcada:
100
010
001

b) Traço tr(A) — só para matrizes quadradas: é a soma da diagonal principal.

A =
1  2
3  4

tr(A) = 1 + 4 = 5.

c) Transposta Aᵀ — trocam-se ordenadamente as linhas pelas colunas. Se A é m×n, então Aᵀ é n×m.

A =
1  2
3  4
→ Aᵀ =
1  3
2  4

Uma matriz quadrada diz-se simétrica se A = Aᵀ (entradas "espelhadas" iguais) e antissimétrica se A = −Aᵀ (a diagonal fica toda a zeros):

simétrica:
1  5
5  7
antissimétrica:
 0  −1  −2
 1   0  −3
 2   3   0
Autoteste — secção 1

1. Que tipo tem esta matriz?

1  2  3
4  5  6
7  8  9
Ver resposta
3×3 (3 linhas, 3 colunas).

2. Quanto é o traço desta matriz?

2  1
1  3
Ver resposta
2 + 3 = 5 (só a diagonal principal).

3. Se A é 3×4, que tipo tem Aᵀ?

Ver resposta
4×3 (as linhas passam a colunas).

4. Que valores têm as entradas (1,1) e (2,3) de I₃?

I₃ =
100
010
001
marcadas: (1,1) (2,3)
Ver resposta
(1,1) = 1 — está na diagonal (marcada a azul). (2,3) = 0 — está fora da diagonal (marcada a amarelo).

Nos slides: 2–9 (conceitos), 21 (propriedades da transposta). Treino: FICHA1 ex. 1, 6 e 8; Tarefa 1 (parte das expressões com transposta).

2) Operações: soma, escalar e produto

Soma e subtração

Só entre matrizes do mesmo tipo; soma-se entrada a entrada.

2  −1
0   3
+
1   1
4  −2
=
3   0
4   1

Matrizes de tipos diferentes não se podem somar nem subtrair.

Produto por um escalar

αA multiplica todas as entradas por α. Exemplo com α = −2:

−2 ·
2  −1
0   3
=
−4   2
 0  −6

Produto de matrizes (linha × coluna)

Receita
  1. Condição: nº de colunas de A = nº de linhas de B. Se não for, AB não existe.
  2. Tipo do resultado: linhas de A × colunas de B.
  3. Cada entrada (i, j) = (linha i de A) · (coluna j de B): multiplica-se entrada a entrada e soma-se.

Exemplo com as matrizes A e B:

A =
 1  −1
 2   3
B =
2  0
1  4
(1,1): (1, −1) · (2, 1) = 1·2 + (−1)·1 = 1 (1,2): (1, −1) · (0, 4) = 1·0 + (−1)·4 = −4 (2,1): (2, 3) · (2, 1) = 2·2 + 3·1 = 7 (2,2): (2, 3) · (0, 4) = 2·0 + 3·4 = 12
A·B =
 1  −4
 7  12
B·A =
 2  −2
 9  11
← é DIFERENTE!
⚠️ O produto NÃO é comutativo Em geral AB ≠ BA. Quando por acaso dá igual, diz-se que A e B são permutáveis.

Outras propriedades úteis:

Multiplicar com letras — a receita que faltava

Não há nada de novo: é exatamente a mesma regra linha × coluna. As letras comportam-se como números que não conhecemos; o que não se pode é "somar letras diferentes" — a + b fica a + b.

Estratégia: uma entrada de cada vez Tapa as outras entradas e escreve só a conta daquela: (linha i de A) · (coluna j de B). No fim junta tudo na matriz.

Exemplo com as matrizes M e F:

M =
a  2
1  b
F =
1  0
3  c
(1,1): (a, 2) · (1, 3) = a·1 + 2·3 = a + 6 (1,2): (a, 2) · (0, c) = a·0 + 2·c = 2c (2,1): (1, b) · (1, 3) = 1·1 + b·3 = 1 + 3b (2,2): (1, b) · (0, c) = 1·0 + b·c = bc
M·F =
a+6   2c
1+3b  bc

Repara: a·0 = 0 e esse 0 desaparece na soma; 2·c = 2c fica assim mesmo.

💡 É a mesma conta do visualizador: lá vês os passos com números, um a um; aqui, com letras, o resultado fica "por simplificar".

Autoteste — secção 2

1. Calcula este produto.

0  1
1  0
·
0  1
1  0
Ver resposta
(1,1): (0, 1) · (0, 1) = 0·0 + 1·1 = 1 (1,2): (0, 1) · (1, 0) = 0·1 + 1·0 = 0 (2,1): (1, 0) · (0, 1) = 1·0 + 0·1 = 0 (2,2): (1, 0) · (1, 0) = 1·1 + 0·0 = 1
Dá a identidade:
1  0
0  1
(Esta matriz "troca" as linhas; multiplicada por si dá a identidade.)

2. Quanto é a entrada (2,1) deste produto?

2  0
1  3
·
1  1
0  2
Ver resposta
(2,1): (1, 3) · (1, 0) = 1·1 + 3·0 = 1 (linha 2 de A · coluna 1 de B).

3. Existe este produto? Se sim, que tipo tem?

1  2
3  4
·
5
6
Ver resposta
Sim: as colunas de A (2) = linhas de B (2). O resultado é 2×1:
17
39
(1,1): (1, 2) · (5, 6) = 1·5 + 2·6 = 17 (2,1): (3, 4) · (5, 6) = 3·5 + 4·6 = 39

Nos slides: 10–21. Treino: FICHA1 ex. 2, 3 e 4 (com números) e ex. 5.1 e 5.2 (com incógnitas). No visualizador: modo «Visualizador» e depois «Praticar».

3) De igualdade de matrizes para equações (o método do ex. 11)

Se duas matrizes são iguais, então entrada a entrada são iguais. Isso transforma uma igualdade de matrizes num sistema de equações.

Receita em 5 passos
  1. Escrever a definição (exemplo: A·A⁻¹ = I₃);
  2. Ver em que entradas do produto aparecem as incógnitas;
  3. Calcular só essas entradas (linha × coluna — secção 2);
  4. Igualar às entradas correspondentes de Iₙ — ⚠️ diagonal = 1, fora da diagonal = 0;
  5. Resolver e responder ao pedido (por exemplo, se pedem a+b, a resposta é a+b).

Exemplo guiado (foi o ex. 11): a matriz A é

A =
1  1  0
3  1  1
2  1  1
e a coluna 3 de A⁻¹ é
a
1
b

Como A·A⁻¹ = I₃, calculamos as três entradas da coluna 3 do produto (linha de A · coluna 3 de A⁻¹):

entrada (1,3): (1, 1, 0) · (a, 1, b) = 1·a + 1·1 + 0·b = a + 1 → tem de dar 0 entrada (2,3): (3, 1, 1) · (a, 1, b) = 3·a + 1·1 + 1·b = 3a + b + 1 → tem de dar 0 entrada (3,3): (2, 1, 1) · (a, 1, b) = 2·a + 1·1 + 1·b = 2a + b + 1 → tem de dar 1 ⚠️

Resolução: da 1.ª equação vem a = −1. Substituindo na 2.ª: −3 + b + 1 = 0, logo b = 2. A 3.ª é uma entrada da diagonal — tem de dar 1, e dá: −2 + 2 + 1 = 1 ✓. Resposta: a + b = 1.

⚠️ Os dois erros que já me apanharam
  • Pôr 0 onde a identidade tem 1: a coluna 3 de I₃ é (0, 0, 1) — só a última entrada é 1;
  • Esquecer o que é pedido: o exercício pedia a+b — não bastava achar a e b.

Atalho importante: se uma matriz é simétrica (A = Aᵀ), então aᵢⱼ = aⱼᵢ — igualam-se as entradas "espelhadas". É o que se usa no ex. 6 da FICHA1.

Autoteste — secção 3

1. A entrada (2,1) de I₄ é 1 ou 0?

Ver resposta
0 — está fora da diagonal (2 ≠ 1).

2. Se a coluna 1 de X é (x, y) e a linha 2 de A é (2, 5), e a entrada (2,1) de A·X tem de dar 0, que equação escreves?

Ver resposta
(linha 2 de A)·(coluna 1 de X) = 0, isto é: 2x + 5y = 0.

3. Resolve (a incógnita é x e y):

x  1
2  y
·
1
1
=
3
4
Ver resposta
(1,1): (x, 1) · (1, 1) = x·1 + 1·1 = x + 1 (2,1): (2, y) · (1, 1) = 2·1 + y·1 = 2 + y
Igualando ao resultado: x + 1 = 3 → x = 2; 2 + y = 4 → y = 2. Verificação: com x = 2 e y = 2, o produto dá (3, 4) na coluna ✓

Nos slides: 8 (igualdade). Treino: refazer o ex. 11 do zero e FICHA1 ex. 6.

4) Matriz inversa (pela definição)

A quadrada é invertível (regular, não singular) se existir uma matriz B com

A·B = Iₙ = B·A

e escreve-se B = A⁻¹. Se existir, a inversa é única. Se não existir, A diz-se singular.

Como verificar uma inversa (receita que já funciona) Multiplicar A·A⁻¹ e A⁻¹·A: os dois produtos têm de dar Iₙ.

Curiosidade (slide 27): em matrizes quadradas, basta um dos produtos dar Iₙ para a inversa ficar garantida — mas conferir os dois nunca faz mal.

Exemplo 9 (slide 25): confirmar que B é a inversa de A — multiplica-se e vê-se que dá I₂:

A =
 2  −5
−1   3
B =
3  5
1  2
A·B = B·A = I₂ ✓

Método pela definição (slide 29, Exemplo 10): encontrar A⁻¹ da matriz A:

A =
2  0
1  1
, com
a  b
c  d
= A⁻¹

Resolve-se A·A⁻¹ = I₂:

2  0
1  1
·
a  b
c  d
=
2a   2b
a+c  b+d
=
1  0
0  1

Entrada a entrada (linha × coluna), igualando a I₂:

(1,1): (2, 0) · (a, c) = 2a = 1 → a = 1/2 (1,2): (2, 0) · (b, d) = 2b = 0 → b = 0 (2,1): (1, 1) · (a, c) = a + c = 0 → c = −1/2 (2,2): (1, 1) · (b, d) = b + d = 1 → d = 1

Solução:

A⁻¹ =
 1/2   0
−1/2   1

Verificação: A·A⁻¹ = I₂ e A⁻¹·A = I₂ ✓ (podes refazer a multiplicação para confirmar).

Propriedades da inversa (para decorar aos poucos)
  • ⚠️ (AB)⁻¹ = B⁻¹A⁻¹ — troca a ordem (não é A⁻¹B⁻¹);
  • (A⁻¹)⁻¹ = A;
  • (Aᵀ)⁻¹ = (A⁻¹)ᵀ;
  • (kA)⁻¹ = (1/k)·A⁻¹ (com k ≠ 0).

Dois nomes dos slides (26): uma matriz é ortogonal se A⁻¹ = Aᵀ; e A e B dizem-se semelhantes se existir uma matriz invertível P tal que A = P⁻¹BP.

Desafio resolvido em esqueleto — ex. 15 da ficha (usa a identidade!)

Quer-se mostrar que A⁻¹ = A² − 3A + 3I₃. Receita: calcular o lado direito e mostrar que A · (lado direito) = I₃ — se der a identidade, esse resultado é a inversa (a inversa é única).

A =
1  1  0
0  1  1
0  0  1
  1. A² = A·A:
    A² =
    1  2  1
    0  1  2
    0  0  1
  2. Substituir em A² − 3A + 3I₃ (entrada a entrada; exemplo (1,2): 2 − 3 + 0 = −1):
    =
     1  −1   1
     0   1  −1
     0   0   1
  3. Confirmar A · (resultado) = I₃: (1,1): (1, 1, 0)·(1, 0, 0) = 1 ✓; (1,2): (1, 1, 0)·(−1, 1, 0) = −1 + 1 = 0 ✓; as restantes dão o esperado.

Conclusão: o lado direito multiplicado por A dá I₃, logo é a inversa de A. ∎ (Treina-o do zero no papel — é o ex. 15.)

Autoteste — secção 4

1. Se C = B⁻¹, quanto é B·C?

Ver resposta
Iₙ (a definição: B·B⁻¹ = Iₙ).

2. Quanto é (A·B)⁻¹?

Ver resposta
B⁻¹·A⁻¹ — com a ordem trocada. É o erro mais fácil de cometer.

3. Verifica que este produto dá I₂:

2  0
1  1
·
 1/2   0
−1/2   1
Ver resposta
A única conta "a sério" é a (2,1): (1, 1) · (1/2, −1/2) = 1·(1/2) + 1·(−1/2) = 0 ✓. As outras: (1,1) = 2·(1/2) = 1; (1,2) = 0; (2,2) = 1. Dá I₂.

Nos slides: 24–29. Treino: FICHA1 ex. 9, 10 e 12 (inversa pela definição — o 12.1 é um bom primeiro) e o desafio do ex. 15 acima.

5) ∼ e condensação — [A|Iₙ] ∼ [Iₙ|A⁻¹] (o grande pendente)

∼ não é igualdade! Escreve-se A ∼ B quando B se obtém de A com um número finito de operações elementares. É o "verbo" das transformações — as operações escrevem-se por baixo do ∼.

As 3 operações elementares (sobre linhas)
  • lᵢ ↔ lⱼ — trocar duas linhas de posição;
  • αlᵢ — multiplicar uma linha por α ≠ 0;
  • lᵢ + βlⱼ — substituir a linha i pela soma dela com a linha j multiplicada por β.

⚠️ α nunca é 0: multiplicar uma linha por 0 destrói informação.

Exemplo pequeno (Ex. 8 dos slides) — uma transformação por passo:

A =
0   2
2  −6
3   4
l₁↔l₂
2  −6
0   2
3   4
l₂←½l₂
2  −6
0   1
3   4

Ou seja, A ∼ B — a última matriz é a B do enunciado.

O método da condensação

[A | Iₙ] ∼ [Iₙ | A⁻¹]

Exemplo guiado completo — calcular a inversa da matriz A:

A =
1  2
3  4
partida [A|I₂]
1  2 |  1  0
3  4 |  0  1
l₂←l₂−3l₁
1   2 |  1  0
0  −2 | −3  1
l₂←−½l₂
1  2 |   1     0
0  1 |  3/2  −1/2
l₁←l₁−2l₂
1  0 | −2    1
0  1 |  3/2  −1/2

Resultado:

A⁻¹ =
−2    1
 3/2  −1/2

Verificação: A·A⁻¹ = I₂ ✓ (refaz a multiplicação para confirmar).

O exemplo da aula (Exemplo 11, slides 30–31): a mesma técnica numa matriz 3×3 — vai com calma, um passo de cada vez:

A =
 1  0  1
 2  2  2
−1  0  0
partida [A|I₃]
 1  0  1 |  1   0   0
 2  2  2 |  0   1   0
−1  0  0 |  0   0   1
l₂←l₂−2l₁
 1  0  1 |  1   0   0
 0  2  0 | −2   1   0
−1  0  0 |  0   0   1
l₃←l₃+l₁
 1  0  1 |  1   0   0
 0  2  0 | −2   1   0
 0  0  1 |  1   0   1
l₂←½l₂
 1  0  1 |  1    0   0
 0  1  0 | −1   1/2  0
 0  0  1 |  1    0   1
l₁←l₁−l₃
 1  0  0 |  0    0  −1
 0  1  0 | −1   1/2  0
 0  0  1 |  1    0   1

Resultado:

A⁻¹ =
 0    0  −1
−1   1/2  0
 1    0   1

Verificação (uma entrada à escolha): (2,2) de A·A⁻¹ — linha 2 de A · coluna 2 de A⁻¹: (2, 2, 2)·(0, 1/2, 0) = 1 ✓

Se numa linha do bloco esquerdo aparecerem só zeros, A é singular (não tem inversa). Exemplo com a matriz B:

B =
1  2
2  4
partida [B|I₂]
1  2 |  1  0
2  4 |  0  1
l₂←l₂−2l₁
1  2 |  1  0
0  0 | −2  1

Linha nula à esquerda → não existe inversa.

⚠️ Erros a evitar na condensação
  • Escrever = em vez de ∼;
  • Mudar só o lado esquerdo — a operação é na linha inteira, dos dois lados;
  • Usar α = 0;
  • Ler a inversa antes de o bloco esquerdo estar na forma da identidade.
Autoteste — secção 5

1. Condensa esta matriz até encontrar A⁻¹ e verifica no fim.

A =
3  1
2  1
Ver resposta
partida
3  1 |  1  0
2  1 |  0  1
l₁←⅓l₁
1  1/3 |  1/3  0
2   1  |   0   1
l₂←l₂−2l₁
1  1/3 |  1/3  0
0  1/3 | −2/3  1
l₂←3l₂
1  1/3 | 1/3  0
0   1  | −2   3
l₁←l₁−⅓l₂
1  0 |  1  −1
0  1 | −2   3

Resultado:

A⁻¹ =
 1  −1
−2   3

Verificação: A·A⁻¹ = I₂ ✓

(1,1): (3, 1) · (1, −2) = 3·1 + 1·(−2) = 1 (1,2): (3, 1) · (−1, 3) = 3·(−1) + 1·3 = 0 (2,1): (2, 1) · (1, −2) = 2·1 + 1·(−2) = 0 (2,2): (2, 1) · (−1, 3) = 2·(−1) + 1·3 = 1

Nos slides: 22–23 (operações e ∼) e 30–31 (método, Exemplo 11). Treino: FICHA1 ex. 13.1 e 13.2 (solução na ficha, entre parênteses); Tarefa 1 (ex. 1.2 e 2.1).

6) Equações matriciais — resolver em ordem à incógnita (matéria de 16/10)

Uma equação matricial é uma equação cuja incógnita é uma matriz (X, E, …). Resolver = isolar essa matriz — é uma equação de 1.º grau, mas com duas regras novas. Apoia-se na secção 2 (produto) e na secção 4 (inversa).

Números: 3x = 6 ⇒ x = 6·3⁻¹ = 2 ("passa o 3 a dividir") Matrizes: E·A = B ⇒ E = B·A⁻¹ (não há divisão: usa-se a INVERSA)
As 3 regras de ouro
  1. Não existe quociente de matrizes. X = B/A ✗. O papel da divisão é feito pela inversa;
  2. Multiplica-se nos dois lados, na mesma posição: se A = B, então CA = CB (à esquerda) e AC = BC (à direita);
  3. A inversa vai para o lado onde a matriz estava: a ordem não se troca (AB ≠ BA).

A tabela de referência (como isolar)

A·X = B ⇒ X = A⁻¹·B (o A estava à esquerda de X → A⁻¹ à ESQUERDA) X·B = A ⇒ X = A·B⁻¹ (o B estava à direita de X → B⁻¹ à DIREITA) A·X·B = C ⇒ X = A⁻¹·C·B⁻¹ (sai um de cada lado) E·A = B ⇒ E = B·A⁻¹ (é o ex. 14 — o E faz o papel do X)

Na prática: 1) vê quais as matrizes agarradas à incógnita e de que lado estão; 2) multiplica os dois lados pela inversa, do mesmo lado, até a incógnita ficar sozinha; 3) no fim, verifica substituindo na equação (quando as matrizes são conhecidas).

Exemplo 12 (slide 33) — é também o ex. 16.2 da ficha

Resolver A⁻¹·X·B = I:

A⁻¹XB = I (×A à esquerda) ⇒ XB = A ← o A "sai" pelo lado esquerdo... (×B⁻¹ à direita) ⇒ X = AB⁻¹ ← ...e o B pelo lado direito, cada um com a sua inversa

Com as matrizes do enunciado (as mesmas do ex. 16), o resultado é o do ex. 16.2:

X = AB⁻¹ =
−1    1/2
−7   11/2

O truque do ex. 14: multiplicar por E à esquerda = mexer nas linhas de A

Regra geral (confere nos exemplos de baixo): a linha i de E·A é a "receita" (linha i de E) aplicada às linhas de A:

linha i de E·A = (linha i de E) · A se a linha i de E for (−2, 0, 1) ⇒ a linha i do resultado é lᵢ − 2·l₁ (de A)

Dois casos do ex. 14 (a "receita" de E lê-se linha a linha):

[0 1] troca l₁↔l₂ [1 0 0] l₃ ← l₃ − 2l₁ [1 0] [0 1 0] [−2 0 1]

Exemplo pequeno com a troca:

E =
0  1
1  0
A =
1  2
3  4
E·A =
3  4
1  2
← linhas trocadas ✓

O ex. 14 da FICHA1 — resolvido dos dois jeitos

A =
 3   4   1
 2  −7  −1
 8   1   5
B =
 8   1   5
 2  −7  −1
 3   4   1
C =
 3   4   1
 2  −7  −1
 2  −7   3

(o D não é usado em nenhuma alínea.) Receita rápida: compara as linhas do resultado com as de A, descobre a operação, e aplica a mesma operação ao I₃ — dá logo o E.

14.1 E·A = B — B tem as linhas de A por ordem 3, 2, 1 → é a troca l₁↔l₃:

E =
0  0  1
0  1  0
1  0  0
verificação: linha 1 de E·A = l₃ de A = (8, 1, 5) ✓

14.2 E·B = A — o mesmo, ao contrário: trocar duas vezes volta ao início (a troca é a sua própria inversa) → é a mesma E do 14.1.

14.3 E·A = C — só a linha 3 muda: (2, −7, 3) = (8, 1, 5) − 2·(3, 4, 1) → l₃ ← l₃ − 2l₁:

E =
1   0   0
0   1   0
−2   0   1
verificação: −2·(3,4,1) + (8,1,5) = (2,−7,3) ✓

14.4 E·C = A — também só a linha 3: (8, 1, 5) = (2, −7, 3) + 2·(3, 4, 1) → l₃ ← l₃ + 2l₁:

E =
1  0  0
0  1  0
2  0  1
verificação: 2·(3,4,1) + (2,−7,3) = (8,1,5) ✓
⚠️ Typo na ficha (14.4) — confirmado por cálculo

A ficha imprime E = [1 0 0; 0 1 0; 2 0 0]. Com esse 2 0 0, a linha 3 de E·C dá (6, 8, 2) — ficava só 2·l₁, sem juntar a l₃. O correto é 2 0 1 (dá (8, 1, 5) = linha 3 de A ✓). Se a professora escrever 2 0 0, é gralha da ficha.

A rota formal (a que sai sempre) — e porque aqui se vê "a olho"

Formalmente: E·A = B ⇒ E = B·A⁻¹ (multiplica-se à direita pela inversa do A, como na tabela). Resulta sempre, mas aqui daria contas com frações feias — por isso o exercício foi feito para se "ver" a operação nas linhas. As duas respostas são a mesma matriz.

⚠️ Erros a evitar (os que custam pontos)
  • X = B/A — não existe divisão de matrizes;
  • Trocar o lado: E·A = B dá E = B·A⁻¹, nunca A⁻¹·B;
  • Multiplicar só num dos lados (tem de ser nos dois);
  • Confundir os papéis: E à esquerda → mexe nas linhas de A; se E estivesse à direita (A·E), mexia nas colunas;
  • Não responder ao pedido: a resposta é X = … / E = ….
Autoteste — secção 6

1. Em A·X = B, como se isola o X?

Ver resposta
Multiplicando os dois lados, à esquerda, por A⁻¹: X = A⁻¹·B.

2. E em X·A = B?

Ver resposta
Agora à direita: X = B·A⁻¹ (o A estava à direita do X).

3. E em A·X·B = C?

Ver resposta
X = A⁻¹·C·B⁻¹ — um lado de cada vez (primeiro o A, à esquerda; depois o B, à direita).

4. Que operação faz este E às linhas de uma matriz?

E =
1  0
1  1
Ver resposta
A linha 2 de E é (1, 1) → a linha 2 do resultado é l₂ + l₁: E faz l₂ ← l₂ + l₁. Ex.: E·[1 2; 3 4] = [1 2; 4 6].

5. Descobre o E: E·C = A com

C =
3  4
5  6
A =
 3   4
11  14
Ver resposta
A única linha que muda é a 2: (11, 14) = (5, 6) + 2·(3, 4) → operação l₂ ← l₂ + 2l₁, logo E = [1 0; 2 1]. (Mesmo espírito do 14.4.)

Nos slides: 32–33 (equações matriciais); 13 e 19 (o produto não comuta); 21 e 27–28 (propriedades da transposta e da inversa). Treino: ex. 14 (resolvido acima, dos dois jeitos); ex. 16.1–16.5 e 17 na oficina (grupos F e G), com os passos todos.

7) Oficina de treino — 17 exercícios com solução passo a passo

Como usar: papel primeiro — resolve como se fosse na ficha; só depois abre a solução e compara passo a passo. Algo falhou? Escreve ao lado qual foi o passo, e repete o exercício amanhã.

Os exercícios 🎯 são da FICHA1 (a ficha também tem as soluções, entre parênteses; aqui ficam os passos todos). Os outros dois são treino extra, com os mesmos padrões.

Grupos: A · Multiplicação (números) · B · Multiplicação com incógnitas · C · Igualdade → equações · D · Inversa pela definição · E · Condensação · F · Equações matriciais · G · Desafios

A) Multiplicação de matrizes (aquecimento)

A1 🎯 (ex. 4 da ficha). Determina o produto A·B·C·D, onde:

A =
3
5
7
B =
213   510   128
C =
 3
−1
−1
D =
1   −2   1
Ver solução passo a passo

1. Tipos: A é 3×1, B é 1×3, C é 3×1, D é 1×3 — as dimensões internas casam todas, o produto existe.

2. Truque: a associatividade deixa escolher a ordem. Começa por B·C (1×3 · 3×1 = 1×1, um escalar):

B·C = 213·3 + 510·(−1) + 128·(−1) = 639 − 510 − 128 = 1

3. Então ABCD = A·(B·C)·D = 1·(A·D) = A·D. E A·D é imediato (cada linha de A multiplicada por (1, −2, 1)):

A·D =
 3   −6   3
 5  −10   5
 7  −14   7

É o resultado da ficha ✓. Lição: quando um produto do meio dá um escalar, o produto todo colapsa num múltiplo — vale a pena procurar o escalar primeiro.

A2 (extra). Calcula A·B e B·A e compara os tipos:

A =
1   2   3
0  −1   1
B =
2   0
1  −1
3   2
Ver solução passo a passo

A·B (2×3 · 3×2 → 2×2):

(1,1): (1, 2, 3)·(2, 1, 3) = 2 + 2 + 9 = 13 (1,2): (1, 2, 3)·(0, −1, 2) = 0 − 2 + 6 = 4 (2,1): (0, −1, 1)·(2, 1, 3) = 0 − 1 + 3 = 2 (2,2): (0, −1, 1)·(0, −1, 2) = 0 + 1 + 2 = 3
A·B =
13   4
 2   3

B·A (3×2 · 2×3 → 3×3):

(1,1): (2, 0)·(1, 0) = 2 (1,2): (2, 0)·(2, −1) = 4 (1,3): (2, 0)·(3, 1) = 6 (2,1): (1, −1)·(1, 0) = 1 (2,2): (1, −1)·(2, −1) = 3 (2,3): (1, −1)·(3, 1) = 2 (3,1): (3, 2)·(1, 0) = 3 (3,2): (3, 2)·(2, −1) = 4 (3,3): (3, 2)·(3, 1) = 11
B·A =
2   4    6
1   3    2
3   4   11

Moral: AB ≠ BA — aqui nem sequer têm o mesmo tipo (2×2 vs 3×3).

B) Multiplicação com incógnitas

B1 🎯 (ex. 5.1 da ficha). Determina os reais a, b, c:

a   b   c
·
1   2   1
0   1   2
0   0   1
=
0   0   1
Ver solução passo a passo

O produto é 1×3: calcula-se coluna a coluna (linha [a b c] · cada coluna da matriz):

entrada 1: (a, b, c)·(1, 0, 0) = a → a = 0 entrada 2: (a, b, c)·(2, 1, 0) = 2a + b → 0 + b = 0 → b = 0 entrada 3: (a, b, c)·(1, 2, 1) = a + 2b + c → 0 + 0 + c = 1 → c = 1

Resposta: a = 0, b = 0, c = 1 (bate com a ficha ✓).

Verificação: [0 0 1]·(matriz) = linha 3 da matriz = (0, 0, 1) ✓ — multiplicar por um vetor com um único 1 "escolhe" a linha correspondente.

B2 (extra). Determina x e y:

x   y
·
2  1
1  3
=
4   7
Ver solução passo a passo
entrada 1: (x, y)·(2, 1) = 2x + y = 4 entrada 2: (x, y)·(1, 3) = x + 3y = 7

Da 1.ª: y = 4 − 2x. Na 2.ª: x + 3(4 − 2x) = 7 ⇒ x + 12 − 6x = 7 ⇒ −5x = −5 ⇒ x = 1, logo y = 2.

Verificação: [1 2]·[2 1; 1 3] = [2 + 2, 1 + 6] = [4 7] ✓

C) Igualdade de matrizes → equações

C1 🎯 (ex. 6 da ficha). Determina a, b, c para os quais a matriz é simétrica:

A =
1   a + b   a − b
3     2     c + a
−1    2      5
Ver solução passo a passo

Simétrica = cada entrada igual à "espelhada" (aᵢⱼ = aⱼᵢ):

(1,2) = (2,1): a + b = 3 (1,3) = (3,1): a − b = −1 (2,3) = (3,2): c + a = 2 (a diagonal não dá informação nova — é sempre igual a si mesma)

Somando as duas primeiras: 2a = 2 ⇒ a = 1; então b = 2 e c = 2 − 1 = 1.

Resposta: a = 1, b = 2, c = 1 ✓ (ficha). Verificação: fica A = [1 3 −1; 3 2 2; −1 2 5] — espelhada, igualzinha.

C2 🎯 (ex. 8 da ficha). A matriz é antissimétrica; determina (x + y + z)/(a + b + c):

A =
a + 4    x    y
  a    b + 2   z
  b      c   2c − 8
Ver solução passo a passo

1. A diagonal é 0 (porque aᵢᵢ = −aᵢᵢ ⇒ 2aᵢᵢ = 0):

a + 4 = 0 → a = −4 b + 2 = 0 → b = −2 2c − 8 = 0 → c = 4

2. Fora da diagonal, cada entrada é o simétrico da espelhada (aᵢⱼ = −aⱼᵢ):

x = −a = 4 y = −b = 2 z = −c = −4

3. O que é pedido: (x + y + z)/(a + b + c) = (4 + 2 − 4)/(−4 − 2 + 4) = 2/(−2) = −1 ✓ (ficha).

D) Inversa pela definição

D1 🎯 (ex. 10 da ficha). Verifica que B = A⁻¹:

A =
3  5
1  2
B =
 2  −5
−1   3
Ver solução passo a passo

Basta mostrar A·B = I₂ (em matrizes quadradas, um produto já garante — slide 27; mas conferimos os dois):

A·B: (1,1): 3·2 + 5·(−1) = 1 (1,2): 3·(−5) + 5·3 = 0 (2,1): 1·2 + 2·(−1) = 0 (2,2): 1·(−5) + 2·3 = 1 B·A: (1,1): 2·3 + (−5)·1 = 1 (1,2): 2·5 + (−5)·2 = 0 (2,1): −1·3 + 3·1 = 0 (2,2): −1·5 + 3·2 = 1

Dá I₂ nos dois sentidos → B = A⁻¹ ✓ (ficha).

D2 🎯 (ex. 12.1 da ficha). Determina a inversa pela definição:

A =
1   2
3  −1
Ver solução passo a passo

1. Escrever a incógnita: A⁻¹ = [a b; c d].

2. A·A⁻¹ = I₂, entrada a entrada (linha × coluna):

(1,1): (1, 2)·(a, c) = a + 2c = 1 (1,2): (1, 2)·(b, d) = b + 2d = 0 (2,1): (3, −1)·(a, c) = 3a − c = 0 (2,2): (3, −1)·(b, d) = 3b − d = 1

3. Resolver: de (2,1), c = 3a; em (1,1): a + 6a = 1 ⇒ a = 1/7, logo c = 3/7. De (1,2), b = −2d; em (2,2): −6d − d = 1 ⇒ d = −1/7, logo b = 2/7.

A⁻¹ =
1/7   2/7
3/7  −1/7

Verificação: A·A⁻¹ = I₂ ✓ — (1,1): 1/7 + 6/7 = 1; (1,2): 2/7 − 2/7 = 0; (2,1): 3/7 − 3/7 = 0; (2,2): 6/7 + 1/7 = 1. É a resposta da ficha ✓

E) Condensação: [A | Iₙ] ∼ [Iₙ | A⁻¹]

E1 🎯 (ex. 13.1 da ficha). Determina a inversa por condensação:

A =
1  4
2  7
Ver solução passo a passo
partida [A|I₂]
1  4 |  1  0
2  7 |  0  1
l₂←l₂−2l₁
1   4 |  1  0
0  −1 | −2  1
l₂←−l₂
1  4 |  1   0
0  1 |  2  −1
l₁←l₁−4l₂
1  0 | −7   4
0  1 |  2  −1
A⁻¹ =
−7   4
 2  −1

Verificação: (1,1): (1, 4)·(−7, 2) = −7 + 8 = 1; (1,2): (1, 4)·(4, −1) = 4 − 4 = 0; (2,1): (2, 7)·(−7, 2) = −14 + 14 = 0; (2,2): (2, 7)·(4, −1) = 8 − 7 = 1 → I₂ ✓. Bate com a ficha ✓

E2 🎯 (ex. 13.2 da ficha). O mesmo, agora 3×3 — com calma, um passo de cada vez:

B =
1  0  1
0  1  1
1  1  0
Ver solução passo a passo
partida [B|I₃]
1  0  1 |  1   0   0
0  1  1 |  0   1   0
1  1  0 |  0   0   1
l₃←l₃−l₁
1  0   1 |  1   0   0
0  1   1 |  0   1   0
0  1  −1 | −1   0   1
l₃←l₃−l₂
1  0   1 |  1    0    0
0  1   1 |  0    1    0
0  0  −2 | −1   −1    1
l₃←−½l₃
1  0   1 |  1    0     0
0  1   1 |  0    1     0
0  0   1 |  1/2  1/2  −1/2
l₁←l₁−l₃
1  0   0 |  1/2  −1/2   1/2
0  1   1 |  0     1      0
0  0   1 |  1/2   1/2   −1/2
l₂←l₂−l₃
1  0  0 |  1/2  −1/2   1/2
0  1  0 | −1/2   1/2   1/2
0  0  1 |  1/2   1/2  −1/2
B⁻¹ =
 1/2  −1/2   1/2
−1/2   1/2   1/2
 1/2   1/2  −1/2

Bate com a ficha ✓. Verificação (3 entradas à escolha):

(1,1): (1, 0, 1)·(1/2, −1/2, 1/2) = 1/2 + 1/2 = 1 (2,1): (0, 1, 1)·(1/2, −1/2, 1/2) = −1/2 + 1/2 = 0 (3,3): (1, 1, 0)·(1/2, 1/2, −1/2) = 1/2 + 1/2 = 1

F) Equações matriciais

Nos exercícios do ex. 16, as matrizes são:

A =
0  −1
4   1
B =
1  3
2  4
C =
3  −1
0   2

F1 🎯 (ex. 16.1). Resolve em ordem a X:

2X + 4A = BᵀA
Ver solução passo a passo

1. Isolar o X — aqui não há problema de lado: é aritmética normal (subtrair 4A, dividir por 2, um escalar):

2X = BᵀA − 4A ⇒ X = ½·(BᵀA − 4A)

2. Calcular BᵀA (Bᵀ = [1 2; 3 4]):

(1,1): (1, 2)·(0, 4) = 0 + 8 = 8 (1,2): (1, 2)·(−1, 1) = −1 + 2 = 1 (2,1): (3, 4)·(0, 4) = 0 + 16 = 16 (2,2): (3, 4)·(−1, 1) = −3 + 4 = 1

Logo BᵀA = [8 1; 16 1]; e 4A = [0 −4; 16 4], então BᵀA − 4A = [8 5; 0 −3].

3. X = ½[8 5; 0 −3]:

X =
4   5/2
0  −3/2

Verificação: 2X + 4A = [8 5; 0 −3] + [0 −4; 16 4] = [8 1; 16 1] = BᵀA ✓ (e é a resposta da ficha ✓)

F2 🎯 (ex. 16.2 — igual ao Exemplo 12 do slide 33). Resolve em ordem a X:

X·B = A
Ver solução passo a passo

1. O B está à direita do X → multiplicam-se os dois lados, à direita, por B⁻¹: X = A·B⁻¹.

2. B⁻¹ por condensação:

partida
1  3 | 1  0
2  4 | 0  1
l₂←l₂−2l₁
1   3 |  1  0
0  −2 | −2  1
l₂←−½l₂
1  3 |  1    0
0  1 |  1  −1/2
l₁←l₁−3l₂
1  0 | −2   3/2
0  1 |  1  −1/2

3. X = A·B⁻¹:

(1,1): 0·(−2) + (−1)·1 = −1 (1,2): 0·(3/2) + (−1)·(−1/2) = 1/2 (2,1): 4·(−2) + 1·1 = −7 (2,2): 4·(3/2) + 1·(−1/2) = 11/2
X =
−1    1/2
−7   11/2

Verificação: X·B = [−1 1/2; −7 11/2]·[1 3; 2 4] = [0 −1; 4 1] = A ✓ (é a resposta da ficha ✓)

F3 🎯 (ex. 16.3). Resolve em ordem a X — começa por simplificar o lado esquerdo:

(BᵀXᵀ)ᵀ − A = C
Ver solução passo a passo

1. Propriedade da transposta (secção 1): (M·N)ᵀ = Nᵀ·Mᵀ. Então (BᵀXᵀ)ᵀ = (Xᵀ)ᵀ·(Bᵀ)ᵀ = X·B. A equação fica:

X·B − A = C ⇒ X·B = A + C ⇒ X = (A + C)·B⁻¹

2. A + C = [3 −2; 4 3]; e B⁻¹ = [−2 3/2; 1 −1/2] (já calculado no F2).

3. X = (A + C)·B⁻¹:

(1,1): 3·(−2) + (−2)·1 = −8 (1,2): 3·(3/2) + (−2)·(−1/2) = 11/2 (2,1): 4·(−2) + 3·1 = −5 (2,2): 4·(3/2) + 3·(−1/2) = 9/2
X =
−8   11/2
−5    9/2

Resposta da ficha ✓. Verificação: (BᵀXᵀ)ᵀ − A = X·B − A = [3 −2; 4 3] − [0 −1; 4 1] = [3 −1; 0 2] = C ✓

F4 🎯 (ex. 16.4). Resolve em ordem a X — fatoriza o X:

A·X + B·X = C
Ver solução passo a passo

1. O X está à direita nos dois termos → fatoriza-se à direita:

A·X + B·X = (A + B)·X = C ⇒ X = (A + B)⁻¹·C

(se fosse X·A + X·B, fatorizava-se à esquerda: X·(A + B).)

2. A + B = [1 2; 6 5]. A inversa, por condensação:

partida
1  2 | 1  0
6  5 | 0  1
l₂←l₂−6l₁
1   2 |  1   0
0  −7 | −6   1
l₂←−1/7·l₂
1  2 |  1     0
0  1 |  6/7  −1/7
l₁←l₁−2l₂
1  0 | −5/7   2/7
0  1 |  6/7  −1/7

3. X = (A + B)⁻¹·C:

(1,1): (−5/7)·3 + (2/7)·0 = −15/7 (1,2): (−5/7)·(−1) + (2/7)·2 = 9/7 (2,1): (6/7)·3 + (−1/7)·0 = 18/7 (2,2): (6/7)·(−1) + (−1/7)·2 = −8/7
X =
−15/7    9/7
 18/7   −8/7

Resposta da ficha ✓. Verificação: (A+B)·X = C — (1,1): −15/7 + 36/7 = 3 ✓; (1,2): 9/7 − 16/7 = −1 ✓; (2,1): −90/7 + 90/7 = 0 ✓; (2,2): 54/7 − 40/7 = 2 ✓.

G) Desafios (com as propriedades todas)

Estes usam as propriedades que trocam a ordem — (M·N)ᵀ = NᵀMᵀ (secção 1) e (M·N)⁻¹ = N⁻¹M⁻¹ (secção 4). Se ainda não estiverem automáticas, salta para outro dia.

G1 🎯 (ex. 16.5 — a mais difícil da ficha). Resolve em ordem a X:

[X·(Aᵀ)⁻¹]ᵀ + A = (BᵀA)⁻¹
Ver solução passo a passo

1. Simplificar o lado esquerdo: [X·(Aᵀ)⁻¹]ᵀ = ((Aᵀ)⁻¹)ᵀ·Xᵀ = A⁻¹·Xᵀ (o transposto de (Aᵀ)⁻¹ é A⁻¹).

A⁻¹·Xᵀ + A = (BᵀA)⁻¹ ⇒ A⁻¹·Xᵀ = (BᵀA)⁻¹ − A (×A à esquerda) ⇒ Xᵀ = A·(BᵀA)⁻¹ − A²

2. Calcular as peças:

A² = [0 −1; 4 1]·[0 −1; 4 1] = [−4 −1; 4 −3] BᵀA = [8 1; 16 1] (do F1) (BᵀA)⁻¹ = [−1/8 1/8; 2 −1] → confere: (8,1)·(−1/8,2) = 1; (8,1)·(1/8,−1) = 0; (16,1)·(−1/8,2) = 0; (16,1)·(1/8,−1) = 1 ✓

3. A·(BᵀA)⁻¹ = [−2 1; 3/2 −1/2]; então:

Xᵀ = [−2 1; 3/2 −1/2] − [−4 −1; 4 −3] = [2 2; −5/2 5/2] X = (Xᵀ)ᵀ = [2 −5/2; 2 5/2]

Resposta da ficha ✓. Verificação: substituindo na equação original, [X·(Aᵀ)⁻¹]ᵀ + A = (BᵀA)⁻¹ ✓ (conferido por cálculo exato).

G2 🎯 (ex. 17.1). Com A, B quadradas invertíveis e (Aᵀ − Iₙ) invertível, resolve em ordem a X:

(Xᵀ·A − B)ᵀ = X
Ver solução passo a passo

1. Desenvolver o lado esquerdo com (M·N)ᵀ = Nᵀ·Mᵀ: (XᵀA)ᵀ = AᵀX; logo (XᵀA − B)ᵀ = AᵀX − Bᵀ.

AᵀX − Bᵀ = X ⇒ AᵀX − X = Bᵀ ⇒ (Aᵀ − Iₙ)·X = Bᵀ

(o X da 2.ª parcela é Iₙ·X; fatoriza-se X à direita, porque em AᵀX o X está à direita.)

2. Como (Aᵀ − Iₙ) é invertível (é o dado do enunciado):

X = (Aᵀ − Iₙ)⁻¹·Bᵀ

É exatamente a resposta indicada na ficha ✓

G3 🎯 (ex. 17.2). Com A e (A + B⁻¹) invertíveis (e B também), resolve em ordem a X:

A·X + (X⁻¹·B)⁻¹ = A
Ver solução passo a passo

1. (X⁻¹B)⁻¹ = B⁻¹·(X⁻¹)⁻¹ = B⁻¹·X (propriedade (MN)⁻¹ = N⁻¹M⁻¹, e (X⁻¹)⁻¹ = X).

A·X + B⁻¹·X = A ⇒ (A + B⁻¹)·X = A

2. Isolar com a inversa de (A + B⁻¹), à esquerda:

X = (A + B⁻¹)⁻¹·A

É a resposta da ficha ✓

Fontes: FICHA1 ex. 4, 5.1, 6, 8, 10, 12.1, 13.1, 13.2, 16.1–16.5, 17.1–17.2 (com os passos todos aqui). A2 e B2 são extras no mesmo estilo. Queres mais volume? FICHA1 ex. 3, 7, 9, 11, 13.3 (já têm solução na ficha) e Tarefa 1.

8) Autoteste geral + os meus erros típicos

Perguntas rápidas de revisão — às da sessão de 14/10 juntaram-se 2 das equações matriciais (7 e 8):

1. Entradas (1,1) e (2,2) do produto D·E:

D =
1  2
3  4
E =
0  −1
4   1
Ver resposta
(1,1): (1, 2) · (0, 4) = 1·0 + 2·4 = 8 (2,2): (3, 4) · (−1, 1) = 3·(−1) + 4·1 = 1
O produto completo é:
8   1
16  1

2. Expressão das entradas (1,1) e (2,1) do produto M·F:

M =
a  1
2  b
F =
2  0
1  3
Ver resposta
(1,1): (a, 1) · (2, 1) = a·2 + 1·1 = 2a + 1 (2,1): (2, b) · (2, 1) = 2·2 + b·1 = 4 + b

3. Em A·A⁻¹ = I₃, que valor tem de dar a entrada (2,2)? E a (1,3)?

Ver resposta
(2,2) = 1 (diagonal); (1,3) = 0 (fora da diagonal).

4. O que significa A ∼ B?

Ver resposta
Que B se obtém de A através de operações elementares (por exemplo, l₁↔l₂). Não é igualdade.

5. Como verificas se C = B⁻¹ sem calcular a inversa?

Ver resposta
Multiplicando: B·C e C·B têm de dar Iₙ.

6. A é 2×3 e B é 3×5. Existe AB? Que tipo tem? E BA?

Ver resposta
AB existe (colunas de A = 3 = linhas de B) e é 2×5. BA não existe (colunas de B = 5 ≠ linhas de A = 2).

7. Em A·X = B, como se isola o X? E em X·A = B?

Ver resposta
X = A⁻¹B (inversa à esquerda) e X = BA⁻¹ (inversa à direita). Nunca trocar os lados — não existe divisão de matrizes.

8. O que faz este E às linhas de uma matriz?

E =
1  0
2  1
Ver resposta
Faz l₂ ← l₂ + 2l₁ (a linha 2 de E = (2, 1) → combina 2·l₁ + l₂). Ex.: com [3 4; 5 6] dá [3 4; 11 14].
🔥 Erros que já me apanharam — vigiar sempre
  • Pôr 0 onde a identidade tem 1 (coluna 3 de I₃ é (0, 0, 1));
  • Escrever = depois de transformar linhas — é ∼;
  • Na condensação, mexer só num dos lados;
  • Trocar a ordem: (AB)⁻¹ = B⁻¹A⁻¹ (não A⁻¹B⁻¹);
  • Nas equações matriciais: X = B/A não existe — é a inversa, do lado certo (A·X = B ⇒ X = A⁻¹B, não BA⁻¹);
  • Esquecer-se de responder ao que é pedido;
  • Coluna com letra: esquecer termos como a·0 = 0 ou 2c;
  • Falta de verificação no fim — multiplicar e confirmar I.

9) Determinantes — calcular, poupar contas e inverter pela adjunta

O determinante é um número que se calcula a partir de uma matriz quadrada. No curso serve para duas coisas: (1) decidir se há inversa — det(A) ≠ 0 ⇔ A é invertível — e (2) calcular a inversa pela matriz adjunta (slides 58–59). Escreve-se det(A) ou |A|.

Nota: a ficha foi alargada — a versão nova tem 11 páginas e vai até ao ex. 44 (os ex. 1–20 são iguais aos da versão antiga). Os ex. 21–44 são todos de determinantes, com as soluções entre parênteses como sempre.

🟦 Receita — determinantes pequenos
  • Ordem 1: det([a]) = a;
  • 2×2: diagonal principal − diagonal secundária: det([a b; c d]) = ad − bc;
  • 3×3 — regra de Sarrus (slides 45–46): 3 produtos "para baixo" − 3 produtos "para cima" — ver o exemplo abaixo;
  • 4×4 ou maior: só com Teorema de Laplace (escolher a linha/coluna com mais zeros) ou com propriedades até ficar triangular.

Sarrus, passo a passo (ex. 21.3 da ficha nova)

A =
 1   1  −3
 1   0   1
−1   2   1
para baixo: 1·0·1 + 1·1·(−1) + (−3)·1·2 = 0 − 1 − 6 = −7 para cima: (−3)·0·(−1) + 1·1·1 + 1·2·1 = 0 + 1 + 2 = 3 det(A) = −7 − 3 = −10 ✓ (bate com a ficha)

Menor complementar e complemento algébrico (slides 47–50)

Para o Teorema de Laplace preciso de dois objetos. O menor complementar Mᵢⱼ é o determinante que fica depois de apagar a linha i e a coluna j. O complemento algébrico (ou cofator) é esse menor com o sinal certo:

Aᵢⱼ = (−1)^(i+j) · Mᵢⱼ

⚠️ Nos slides o cofator escreve-se Aᵢⱼ (o mesmo A da matriz, com dois índices) — em alguns livros aparece como Cᵢⱼ. Os sinais seguem o tabuleiro de xadrez (o canto (1,1) é +):

+ − + − + − + − +
🟦 Receita — Teorema de Laplace (slides 51–54)

Fixa-se uma linha (ou coluna) à escolha e soma-se o produto de cada entrada pelo respetivo complemento algébrico:

det(A) = aᵢ₁·Aᵢ₁ + aᵢ₂·Aᵢ₂ + … + aᵢₙ·Aᵢₙ  (fixando a linha i)

💡 Escolhe sempre a linha/coluna com mais zeros — os termos com entrada 0 desaparecem e a conta encolhe. É o único "segredo" do Laplace.

Laplace numa 4×4 — a coluna com um só número (ex. 22.1)

A =
18  23  34   2
 5   2   1   0
 0   0   3   0
 1   2  −1   0
1. A coluna 4 só tem um número não nulo (o 2) — Laplace fica num só termo: det(A) = 2 · (−1)^(1+4) · M₁₄ = −2 · M₁₄ M₁₄ = det([5 2 1; 0 0 3; 1 2 −1]) 2. No 3×3, a linha 2 tem dois zeros — outra vez um só termo: M₁₄ = 3 · (−1)^(2+3) · det([5 2; 1 2]) = −3 · (10 − 2) = −24 3. Voltar atrás: det(A) = −2 · (−24) = 48 ✓ (bate com a ficha)

As propriedades que poupam contas (slides 55–57)

🟦 Receita — propriedades dos determinantes
  • |Aᵀ| = |A| — trocar linhas por colunas não muda nada;
  • linha (ou coluna) nula ⇒ |A| = 0; duas linhas proporcionais ⇒ |A| = 0;
  • triangular ou diagonal ⇒ produto da diagonal principal (inclui |Iₙ| = 1);
  • trocar duas linhas ⇒ o determinante muda de sinal: |B| = −|A|;
  • multiplicar uma só linha por k ⇒ |B| = k·|A|;
  • somar a uma linha um múltiplo de outra ⇒ |B| = |A| (não muda);
  • |kA| = kⁿ·|A| ⚠️ — o k multiplica todas as n linhas: não é k·|A|;
  • |AB| = |A|·|B| ⇒ |Aᵏ| = |A|ᵏ e |A⁻¹| = 1/|A|;
  • invertibilidade: A invertível ⇔ |A| ≠ 0 ⇔ car(A) = n; e |A + B| ≠ |A| + |B|.

Todas as regras valem por linhas e por colunas (por causa da 1.ª propriedade).

Inversa pela matriz adjunta (slides 58–59)

🟦 Receita — inversa por determinantes

A⁻¹ = (1/|A|) · (adj(A))ᵀ

Passos: 1) calcular o |A| — se der 0, não há inversa e acabou; 2) matriz adj(A): substituir cada entrada pelo seu complemento algébrico (só isso, sem mexer nas posições); 3) transpor adj(A); 4) dividir por |A|.

⚠️ A transposição não se esquece — é ela que põe o cofator da posição (i, j) na posição (j, i) da inversa. Muitos livros já definem adj(A) transposta e escrevem A⁻¹ = adj(A)/|A|: é a mesma conta; nas aulas usa-se a versão dos slides.

2×2 é imediato: det([a b; c d]) = ad − bc e [a b; c d]⁻¹ = 1/(ad−bc) · [d −b; −c a] (diagonal trocada, sinais dos outros trocados).

Exemplo 2×2 — a mesma matriz que se condensou na secção 5 (os dois métodos têm de dar o mesmo):

A =
1  2
3  4
det(A) = 1·4 − 2·3 = −2 cofatores: A₁₁ = 4, A₁₂ = −3, A₂₁ = −2, A₂₂ = 1 ⇒ adj(A) = [4 −3; −2 1] (adj(A))ᵀ = [4 −2; −3 1] ⇒ A⁻¹ = (1/−2)·[4 −2; −3 1] = [−2 1; 3/2 −1/2]

O resultado é igual ao da condensação ✓ — usa o método que te der mais confiança e confirma sempre com A·A⁻¹ = I.

Treino — exercícios novos da ficha (21–44) com os passos

Papel primeiro! A ficha tem as soluções entre parênteses — usa-as só para conferir; estas caixas servem para ver os passos quando encravares. Ordem: T1–T3 cálculo direto · T4–T6 propriedades · T7 (in)vertibilidade · T8–T9 inversa pela adjunta.

T1 🎯 (ex. 23.1 e 24.1). Determinantes com incógnitas — calcular e, quando for pedido, resolver:

23.1:
a−3   5
−3   a−2
24.1 — det(A) = 0:
a−2   1
−5   a+4
Ver solução passo a passo

23.1 — 2×2 é direto: (a−3)(a−2) − 5·(−3) = a² − 5a + 6 + 15 = a² − 5a + 21.

24.1 — igualar a zero e resolver a equação do 2.º grau:

(a−2)(a+4) − 1·(−5) = a² + 2a − 8 + 5 = a² + 2a − 3 = 0 Δ = 2² − 4·1·(−3) = 4 + 12 = 16 ⇒ a = (−2 ± 4)/2 ⇒ a = 1 ou a = −3 (ou a fatorizar: a² + 2a − 3 = (a + 3)(a − 1) = 0 ⇒ a = −3 ∨ a = 1 ✓)

T2 🎯 (ex. 25.1–25.3). Antes de calcular, olha para a forma — estas três dão-se logo:

 1   0   0
 0  −1   0
 0   0  −1
 0   0   0   0
 1   2   0   0
 0   4   3   0
 1   2   3   8
1  2   7  −3
0  1  −4   1
0  0   2   7
0  0   0   3
Ver solução passo a passo
  • 25.1 (diagonal): produto da diagonal: 1·(−1)·(−1) = 1;
  • 25.2 (linha nula): a 1.ª linha é toda de zeros ⇒ det = 0;
  • 25.3 (triangular superior): produto da diagonal: 1·1·2·3 = 6.

Nenhuma destas contas precisa de Laplace — a forma já deu o resultado ✓ (1, 0 e 6, como na ficha).

T3 🎯 (ex. 27.1). Há um fator comum à 1.ª linha — tira-se para fora e a conta encolhe:

A =
 3  −6   9
−2   7  −2
 0   1   5
Ver solução passo a passo
l₁ = 3·(1, −2, 3) ⇒ |A| = 3 · det([1 −2 3; −2 7 −2; 0 1 5]) det interno (Laplace na linha 1): 1·(35 + 2) + (−2)·(10) + 3·(−2) = 37 − 20 − 6 = 11 |A| = 3 · 11 = 33 ✓

É a propriedade «linha multiplicada por k». A 27.2 e a 27.3 têm zeros que também ajudam — tenta.

T4 🎯 (ex. 28, 34 e 35). Propriedades em série: só é preciso identificar a regra e multiplicar (ou dividir):

Ver soluções comentadas

Com |A| = 2, |B| = −5 e |C| = 4 (ex. 28):

  • 28.1 |ABᵀC| = |A|·|Bᵀ|·|C| = 2·(−5)·4 = −40 — a transposta não muda nada;
  • 28.2 |3B| = 3ⁿ·|B| = 3ⁿ·(−5) — ordem n ⚠️ (não é 3·(−5));
  • 28.3 |B²C| = |B|²·|C| = 25·4 = 100.

Com |A| = 3 e |B| = 2 (ex. 34): |AB| = 6 · |A²| = 9 · |B⁻¹A| = |A|/|B| = 3/2 · |AAᵀ| = 3·3 = 9 · |4A| = 4ⁿ·3.

Com A, B de ordem 4, |A| = −4 e |B| = −1 (ex. 35):

  • 35.1 |A⁻¹| = 1/(−4) = −1/4;
  • 35.2 |3A| = 3⁴·(−4) = −324;
  • 35.3 3|A| = 3·(−4) = −12 ⚠️ é «3 × determinante», não |3A| — compara com a 35.2;
  • 35.4 |B⁵| = (−1)⁵ = −1;
  • 35.5 |Bᵀ| = |B| = −1;
  • 35.6 |A²B⁶| = |A|²·|B|⁶ = 16·1 = 16.

T5 🎯 (ex. 29). Sabendo det([a b c; d e f; g h i]) = −6, ler cada determinante novo sem calcular:

Ver soluções comentadas
  • 29.1 [d e f; g h i; a b c] — as linhas rodaram: (1, 2, 3) → (2, 3, 1). Rodar as três = 2 trocas = sinal não muda → −6. ⚠️ Não é «uma troca» — conta sempre as trocas;
  • 29.2 fatores: 3 na 1.ª linha, −1 na 2.ª e 4 na 3.ª → 3·(−1)·4·(−6) = 72;
  • 29.3 fator −3 na 1.ª linha e, na 3.ª, l₃ − 4l₂ — somar múltiplo de outra linha não muda → −3·(−6) = 18.

T6 🎯 (ex. 31.3 e 31.4). Mais leitura de propriedades (agora com det = 4):

Ver soluções comentadas
  • 31.3 [3a −b 2c; 3d −e 2f; 3g −h 2i]: fatores por colunas — 3 na 1.ª, −1 na 2.ª e 2 na 3.ª → 3·(−1)·2·4 = −24;
  • 31.4 [a+g b+h c+i; …] é l₁ ← l₁ + l₃ → não muda → 4.

T7 🎯 (ex. 32 e 33.2). «Para que valores é que admite inversa?» = det ≠ 0 (com incógnitas):

Ver solução passo a passo

32 — Laplace na 1.ª linha: det = 1·(3 − 2b) − 1·(3a − b) + 1·(2a − 1) = 2 − a − b. É invertível ⇔ 2 − a − b ≠ 0 ⇔ a + b ≠ 2.

33.2 — det = 1·(2 − 18) − 2·(6 − 6k) + 4·(9 − k) = −16 − 12 + 12k + 36 − 4k = 8k + 8. É invertível ⇔ 8k + 8 ≠ 0 ⇔ k ≠ −1.

💡 «Regular»/«invertível» = det ≠ 0; «singular» = det = 0. Em condições, responde com a condição (ex.: a + b ≠ 2), não com um número.

T8 🎯 (ex. 37.1). O método completo numa 3×3 — decidir se há inversa e calculá-la pela adjunta:

A =
 2   5   5
−1  −1   0
 2   4   3
Ver solução passo a passo

1. Determinante (Laplace na coluna 3 — tem um zero e só dois termos):

det(A) = 5·(+1)·det([−1 −1; 2 4]) + 3·(+1)·det([2 5; −1 −1]) = 5·(−4 + 2) + 3·(−2 + 5) = −10 + 9 = −1 ≠ 0 ⇒ há inversa

2. Cofatores (tabuleiro + − + …). Dois exemplos do cálculo, depois os nove:

A₁₁ = +det([−1 0; 4 3]) = −3 A₂₁ = −det([5 5; 4 3]) = −(15 − 20) = 5 adj(A) = [ −3 3 −2 5 −4 2 5 −5 3 ]

3. Transpor e dividir por det(A) = −1:

(adj(A))ᵀ = [ −3 5 5 3 −4 −5 −2 2 3 ] ⇒ A⁻¹ = (1/−1)·(adj(A))ᵀ = [ 3 −5 −5 −3 4 5 2 −2 −3 ]

4. Verificação (basta uma entrada): (1,1) de A·A⁻¹ = (2, 5, 5)·(3, −3, 2) = 6 − 15 + 10 = 1 ✓

T9 🎯 (ex. 43.4, bónus). Na ficha pede-se só três entradas de B⁻¹ — mas com o método completo dá-se tudo de uma vez. Com B = [1 1 5; 0 2 0; 2 −1 1]:

Ver solução passo a passo

1. det(B) — Laplace na 2.ª linha (dois zeros): só sobra o 2 da entrada (2,2):

det(B) = 2·(−1)^(2+2)·det([1 5; 2 1]) = 2·(1 − 10) = −18

2. Cofatores → transpor → dividir:

adj(B) = [ 2 0 −4 −6 −9 3 −10 0 2 ] (adj(B))ᵀ = [ 2 −6 −10 0 −9 0 −4 3 2 ] B⁻¹ = (1/−18)·(adj(B))ᵀ = [ −1/9 1/3 5/9 0 1/2 0 2/9 −1/6 −1/9 ] ⇒ c₁₂ = 1/3, c₂₂ = 1/2, c₃₂ = −1/6 ✓

Verificação rápida: B·B⁻¹ na posição (2,2) — (0, 2, 0)·(1/3, 1/2, −1/6) = 1 ✓

⚠️ Erros a evitar nos determinantes
  • Esquecer o sinal do complemento algébrico (−1)^(i+j) — usa o tabuleiro + − + …;
  • Confundir |kA| = kⁿ·|A| com k·|A| — na ficha, compara a 35.2 com a 35.3;
  • Pensar que det(A + B) = det(A) + det(B) — não é (só o produto tem regra bonita);
  • Contar mal as trocas de linhas: 1 troca muda o sinal; rodar as 3 linhas (2 trocas) não muda;
  • Na adjunta: esquecer de transpor ou de dividir por det(A);
  • Responder «a = …» quando o pedido é uma condição (ex.: a + b ≠ 2, b ≠ 5a);
  • Atacar a inversa de uma matriz singular: testa o det primeiro (se der 0, acabou).
✅ Autoteste — secção 9

1. Calcula det([2 1; −3 4]).

Ver resposta
2·4 − 1·(−3) = 8 + 3 = 11.

2. Por que fila farias o Laplace de [0 2 0; 3 1 4; 5 7 2]? E quanto dá?

Ver resposta
Pela 1.ª linha (dois zeros): só sobra o 2, com sinal (−1)^(1+2): det = −2·det([3 4; 5 2]) = −2·(6 − 20) = 28.

3. A é de ordem 3 e det(A) = 5. Quanto vale det(2A)?

Ver resposta
det(2A) = 2³·5 = 40 ⚠️ — não é 10: o 2 multiplica as 3 linhas.

4. Inverte pela adjunta: B = [3 1; 2 4].

Ver resposta
det = 12 − 2 = 10; cofatores 4 e −2, −1 e 3; B⁻¹ = (1/10)·[4 −1; −2 3].

Nos slides: 43–57 (determinantes) e 58–59 (inversa por determinantes). Treino: FICHA1 nova (11 páginas, ex. 21–44), toda com solução entre parênteses — aqui ficaram os passos dos ex. 21.3, 22.1, 23.1, 24.1, 25, 27.1, 28, 29, 31.3–31.4, 32, 33.2, 34, 35, 37.1 e 43.4. Ainda não estão no manual: característica (ex. 18–20) e SEL.

Feito nas sessões de estudo de 14, 16 e 17/10/2026 · Parte 1 + determinantes (slides 1–59) · v7: nova secção 9 (determinantes e inversa pela adjunta, com os ex. 21–44 da ficha nova) — secções 1–8 iguais à v6.
Ficheiros: slides, FICHA1 (nova, 44 ex., soluções entre parênteses), Tarefa 1, visualizador de multiplicação, ESTUDO.md.