1 - IFMG

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INTRODUÇÃO ..................................................................................... 2
EQUAÇÕES LINEARES ...................................................................... 2
SOLUÇÕES DE UMA EQUAÇÃO LINEAR .......................................... 3
MATRIZES DE UM SISTEMA .............................................................. 6
SOLUÇÃO DE UM SISTEMA LINEAR ................................................. 7
SISTEMAS ESCALONADOS ............................................................. 10
RESOLUÇÃO DE SISTEMA ESCALONADO .................................... 10
SISTEMAS EQUIVALENTES ............................................................. 12
ESCALONAMENTO DE SISTEMAS .................................................. 13
TEOREMA DE CRAMER ................................................................... 20
DISCUSSÃO DE UM SISTEMA LINEAR ........................................... 25
SISTEMAS LINEARES HOMOGÊNEOS ........................................... 33
RESPOSTAS ..................................................................................... 38
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA ........................................................ 40
No final das séries de exercícios podem
aparecer
sugestões
de
atividades
complementares. Estas sugestões referem-se a
exercícios do livro “Matemática” de Manoel Paiva
fornecido pelo FNDE e adotado pelo IFMG –
Campus Ouro Preto durante o triênio 2015-2017.
Todos os exercícios sugeridos nesta apostila se
referem ao volume 2.
MATEMÁTICA III
1
SISTEMAS LINEARES
INTRODUÇÃO
EQUAÇÕES LINEARES
Tio Ítalo quer dividir $100 entre
seus dois sobrinhos de modo que o mais
velho receba $8 a mais que o mais
novo. Vamos calcular quanto receberá
cada um dos sobrinhos?
Chamamos de equação linear nas
incógnitas x1, x2, x3, ..., xn, toda equação
do tipo:
Chamando de x e y a parte que
cabe ao mais velho e ao mais novo,
respectivamente, podemos montar um
sistema de equações com as duas
incógnitas desta forma:
Os números a11, a12, a13, ..., a1n
são
reais
e
chamados
de
COEFICIENTES.
a11x1 + a12x2 + a13x3 + ... + a1nxn = b
O número b, também real, é
chamado de TERMO INDEPENDENTE.
x  y  100

x  y  8
Ex.1: 3x + 2y = 7 é uma equação linear
nas incógnitas x e y. 3 e 2 são os
coeficientes e 7 é o termo independente.
Resolvendo este sistema por
qualquer uma das formas que você já
conhece, encontramos, como única
solução, x = 54 e y = 46. Esta solução
pode ser apresentada também pelo par
ordenado (54, 46).
5
2
x  y  3 z  6 é um equação
2
3
5 2
linear nas incógnitas x, y e z.
,
e
2 3
 3 são coeficientes e 6 é o termo
independente.
Ex.2:
_______________________
Problemas como este, que
envolvem duas equações e duas
incógnitas, você aprendeu a resolver
quando ainda cursava o ensino
fundamental mas, a partir de agora,
estudaremos sistemas lineares com
várias equações e várias incógnitas.
CASSIO VIDIGAL
3
1
x3  x4  3x5  4 é
4
2
uma equação linear nas incógnitas x1,
1
3
x2, x3, x4 e x5. 2, -5, , 
e 3 são os
2
4
coeficientes lineares e 4 é o termo
independente.
Ex.3: 2 x1  5 x 2 
2
IFMG – CAMPUS OURO PRETO

Por definição, não são equações
lineares algumas expressões como as
apresentadas abaixo:
O par (5, -3) não é solução da
equação pois 3  5  2   3   7
Ex.2:
Considere a equação 3x + y – 2z = 8
 O terno ordenado (2, 4, 1) é
solução
da
equação
pois
3  2  4  2 1  8 .
3xy = 10
x2 + y = 3
2
x + 2xy – 3y = 5
y3 x 4
Tente explicar, com os próximos
conceitos que veremos, o motivo de
expressões como estas, serem definidas
como não lineares.
SOLUÇÕES DE UMA EQUAÇÃO
LINEAR

O terno ordenado (0, 6, -1) é
solução
da
equação
pois
3  0  6  2   1  8 .

O terno ordenado (5, -2, 3) não é
solução
da
equação
pois
3  5   2   2  3  8
________________________
Um
sequência
ou
n-upla
ordenada
de
números
reais
1 ,  2 ,  3 , ..., n é solução da equação
linear:
a11x1  a12 x 2  a13 x3  ...  a1n xn  b
Geometricamente, dizemos cada
par ordenado (x, y) representa um ponto
do plano e cada terno ordenado (x, y, z)
representa um ponto do espaço
tridimensional.
Assim, podemos dizer que o par
 7  3k 
ordenado  k ,
 onde k é qualquer
2 

número real é solução geral da equação
do exemplo 1 (na coluna da esquerda) e
que
o
terno
ordenado
3k  m  8 

 k , m,
 com k e m reais, é
2


solução geral do exemplo 2 (acima).
se a sentença
a11  1  a12   2  a13   3  ...  a1n  n  b
for verdadeira.
Ex.1:
Considere a equação 3x + 2y = 7.

O par ordenado (1, 2) é solução
da equação pois 3 1  2  2  7 .

O par ordenado (3, -1) é solução
da equação pois 3  3  2   1  7
MATEMÁTICA III
Observações:
1. É fácil perceber que a equação
linear 0 x  0 y  0 z  0 admite,
como solução qualquer terno
ordenado.
2. Já
a
equação
linear
admite
0 x  0 y  0 z  3 não
nenhuma solução.
3
SISTEMAS LINEARES
3. Por fim, na equação linear
2 x  3 y  z  0 , podemos notar
uma solução de fácil percepção
que é o terno (0, 0, 0). Esta
solução é chamada de TRIVIAL.
04) Verifique se o terno ordenado
(0, 0, 0) é solução da equação linear
2
3
2
x y
z0.
7
5
19
01) Identifique as equações lineares
abaixo como Linear ou Não Linear.
a) (
) 5x + 2y = 6
b) (
) x + 4y – z = 0
c) (
) x+y–z–1=0
d) (
) x2 + y = 10
e) (
) x+y=z–2
f) (
) 4xy = 10
g) (
) 2x – x + xy = 8
h) (
) 92x + 3y + 5z = 12 345
i) (
) x2 + y2 =
j) (
) 3x1 + 4x2 – x3 = 0
05) Verifique se o terno ordenado
(1, 5, -2) é solução da equação linear
2
2
xy z 2.
5
3
02) Verifique se o par ordenado (6, 2) é
solução da equação linear 4x – 3y = 18.
06) Calcule k para que o par ordenado
(3, k) seja solução da equação linear
3x – 2y = 5.
03) Verifique se o terno ordenado
(1, 3, 2) é solução da equação linear
2x + y + 5z = 15
CASSIO VIDIGAL
4
IFMG – CAMPUS OURO PRETO
SISTEMAS DE EQUAÇÕES
LINEARES
07) O terno ordenado (k, 2, k + 1) é uma
das soluções da equação linear
4x + 5y -3z = 10. :Determine k.
Um sistema de equações lineares
é um conjunto de m (m  1) equações
lineares nas incógnitas x1, x2, x3, ... xn .
Assim o sistema
a11 x1  a12 x 2  a13 x 3  ...  a1n x n  b1
a x  a x  a x  ...  a x  b
22 2
23 3
2n n
2
 21 1
S  a31 x1  a32 x 2  a33 x 3  ...  a3 n x n  b3



am1 x1  am2 x 2  am3 x 3  ...  amn x n  bm
é linear. Um sistema como este é
chamado de m x n (lemos m por n) pois
possui m equações e n incógnitas.
08) Escreva a solução geral da equação
linear 2x – y = -1 fazendo x = k com k
real.
3 x  2 y  7

x  3 y  1
é um sistema linear 2 x 2 nas incógnitas
x e y.
3 x  y  z  2

x  3 y  4 z  7
2 x  y  z  1

é um sistema linear 3 x 3 nas incógnitas
x, y e z.
09) Encontre uma solução para a
equação linear 2x + 3y – z = 0 diferente
da solução trivial.
O sistema apresentado no início
desta secção (página anterior) pode ser
transformado em um produto de
matrizes. Desta forma temos que:
 a11
a
 21
 a 31

 
a m1
MATEMÁTICA III
5
a12
a 22
a 32
a13
a 23
a 33


a m2
a m3
 a1n   x1   b1 
 a 2 n   x 2   b 2 
 a 3 n   x 3   b 3 
    
       
 a mn   x n  b m 
SISTEMAS LINEARES
Ex.4: O sistema
1
escrito como 3
2
x  y  4

3 x  y  1 pode ser
2 x  y  0

1
4 
x  

 1     1  .
y
 1   0 
MATRIZES DE UM SISTEMA
Como já foi visto, o sistema linear
a11 x1  a12 x 2  a13 x 3  ...  a1n x n  b1
a x  a x  a x  ...  a x  b
22 2
23 3
2n n
2
 21 1
S  a31 x1  a32 x 2  a33 x 3  ...  a3 n x n  b3



am1 x1  am2 x 2  am3 x 3  ...  amn x n  bm
pode ser escrito sob a forma de um
produto de matrizes. Cada uma destas
matrizes recebe um nome específico:
Observe:
3 x  2 y  7
Ex.1: O sistema 
pode ser
x  3 y  1
3 2  x   7 
escrito como 
    
1  3  y   1 
 a11 a12 a13  a1n   x1   b1 
a
    
 21 a22 a23  a2 n   x 2   b2 
 a31 a32 a33  a3 n    x 3    b3 

    

      
 
am1 am2 am3  amn   x n  bm 


  
3 x  y  2 z  2

Ex.2: x  3 y  4 z  7 pode ser escrito
2 x  y  z  1

3 1  2   x   2 
como 1  3 4    y    7 
2 1  1   z   1 
A
C
A matriz A é chamada de matriz
dos coeficientes. A matriz B é chamada
de matriz das incógnitas e a matriz C é
a matriz dos termos independentes.
2 x1  x 2  2 x 3  4

Ex.3: x1  5 x 2  7 x 3  1 pode ser
2 x  3 x  3
3
 1
2 1 2   x1   4 
escrito como 1 5  7    x 2    1
2 0 3   x 3   3 
CASSIO VIDIGAL
B
Também há um conceito
matriz completa e incompleta
sistema. Veja:
6
de
do
IFMG – CAMPUS OURO PRETO
A matriz dos coeficientes é
também chamada de matriz incompleta
de S e a matriz
b1 
 a11 a12 a13  a1n
a
b2 
 21 a22 a23  a2 n
 a31 a32 a33  a3 n
b3 



  
 
 
am1 am2 am3  amn
bm 
é chamada de matriz completa de S.
O terno (1, 2, 3) é solução do sistema
pois:
1  2  3  6  Sentença verdadeira

2 1  2  3  1  Sentença verdadeira
3 1  2  3  4  Sentença verdadeira

Já o terno (-5, 11, 0) não é solução do
sistema pois:
 5  11  0  6  Sentença verdadeira

2   5   11  0  1  Sentença verdadeira
3   5   11  0  4  Sentença FALSA

SOLUÇÃO DE UM SISTEMA
LINEAR
Dizemos que 1 ,  2 ,  3 , , n , 
é solução do sistema
x  2 y  3 z  5

Ex.2: O sistema x  y  4 z  1
nõ
0 x  0 y  0 z  6

a11 x1  a12 x 2  a13 x 3  ...  a1n x n  b1
a x  a x  a x  ...  a x  b
22 2
23 3
2n n
2
 21 1
S  a31 x1  a32 x 2  a33 x 3  ...  a3 n x n  b3



am1 x1  am2 x 2  am3 x 3  ...  amn x n  bm
quando
admite nenhum terno ordenado como
solução pois a última equação não tem
solução.
a
n-upla
ordenada
for solução de
TODAS as equações do sistema.
Observação:
1 , 2 , 3 , , n , 
Quando um sistema linear S
admitir pelo menos uma solução, ele é
chamado
de
POSSÍVEL
ou
COMPATÍVEL. Como foi o caso do
exemplo 1 acima. Por outro lado, caso
um sistema não admita nenhum terno
ordenado como solução, o sistema é
chamado
de
IMPOSSÍVEL
ou
IMCOMPATÍVEL.
Ex.1: Vamos considerar o sistema
x  y  z  6

2 x  y  z  1 e os ternos ordenados
3 x  y  z  4

(1, 2, 3) e ( -5, 11, 0).
MATEMÁTICA III
7
SISTEMAS LINEARES
12) Verifique se as n-uplas ordenadas
são soluções dos sistemas lineares
apresentados em cada item.
2 x  5 y  11
a) (3, -1) e 
3 x  6 y  3
10) Transforme cada sistema a seguir
num produto de matrizes equivalente.
2 x  5 y  3
a) 
x  7 y  2
2 x  y  3 z  5

b) x  4 z  0
3 x  4 y  z  1

2 x  y  z  6
b) (4, 1, 3) e 
x  3 y  2 z  13
x  y  z  0

c) (0, 0, 0) e 2 x  3 y  5 z  0
4 x  3 y  z  0

11) Faça a matriz completa de cada um
dos itens a) e b) do exercício anterior.
a)
b)
CASSIO VIDIGAL
8
IFMG – CAMPUS OURO PRETO
x  y  z  2
d) (1, 2, 3) e 
2 x  y  5 z  15
13) Verificar se o quádruplo ordenado
(1, 0, -2, 1) é solução do sistema:
5 x  3 y  2 z  4 t  5

2 x  4 y  3 z  5 t  9
 x  2 y  5 z  3 t  12

x  y  1

e) (0, -1) e x  y  1
3 x  y  2

MATEMÁTICA III
9
SISTEMAS LINEARES
SISTEMAS ESCALONADOS
RESOLUÇÃO DE SISTEMA
ESCALONADO
Consideremos um sistema linear
S onde, em cada equação existe pelo
menos um coeficiente não nulo.
Dizemos que S está na forma
escalonada quando o número de
coeficientes nulos antes do primeiro
coeficiente não nulo, aumenta de
equação para equação.
Vamos aqui separar os sistemas
escalonados em dois tipos de sistemas:
aqueles onde o número de incógnitas é
igual ao número de equações e aqueles
que possuem mais incógnitas que
equações.
1º Caso: Mesmo número de equações e
incógnitas:
Uma outra forma de caracterizar
um sistema escalonado é verificar sea
matriz dos coeficientes é uma matriz
triangular entretanto esta caracterização
só funciona quando tal matriz for
quadrada. Isto acontece quando o
número de equações for igual ao
número de incógnitas.
Os exemplos
matrizes escalonadas.
abaixo
3 x  7 y  5 z  3

y  z  2 .
Resolver o sistema 

 2z  8

Resolução: Partindo da última
equação, descobrimos o valor de z,
substituindo este valor na segunda
equação, encontramos o valor de y. Por
fim, substituímos y e z na primeira
equação encontrando o valor de x,
acompanhe:
trazem
2 x  y  7

 2y  6
2 x  y  5 z  7

 4 y  2 z  3

z2

Da 3ª
equação:
 2z  8
Da 2ª
equação:
y  z  2
y  4  2
z  4
y2
4 x  y  5 z  3

 3y  2z  1
Da 1ª
equação:
4 x  y  z  t  w  1

z  t  2w  0


2 w  3

3 x  7 y  5 z  3
3 x  7  2  5   4   3
3 x  6  3
x 1
Assim, a solução do sistema é o
terno ordenado (1, 2, -4).
CASSIO VIDIGAL
10
IFMG – CAMPUS OURO PRETO
Este tipo de sistema apresenta
sempre uma única solução. Temos
então um SISTEMA POSSÍVEL E
DETERMINADO.
2º Caso: Número de equações maior
que o número de incógnitas:
x  y  3 z  5
Resolver o sistema 
.
yz2


Para z = 0 temos (7, 2, 0)

Para z = 1 temos (3, 1, 1)

Para z = -1 temos (11, 3, -1)

Para z =
1
3 1
temos (5, , )
2
2 2
De forma geral, fazemz = k onde k é
qualquer número real, podemos dizer
que a resposta é:
Resolução: Em sistemas como
este, escolhemos uma variável que está
em todas as equações e transpomos
esta incógnita para o 2º membro em
cada equação e obtemos:
Para z = k, temos: (7 – 4k, 2 – k, k)
Este tipo de sistema que
apresenta infinitas soluções é chamado
de
SISTEMA
POSSÍVEL
E
INDETERMINADO.
x  y  5  3 z

 y 2z
Nesta segunda equação, já temos
y em função de z. Agora vamos
substituir a segunda equação na
primeira com o objetivo de obter x em
função de z:
14) Classifique como determinado ou
indeterminado e resolva cada um dos
sistemas a seguir:
4 x  2 y  2 z  0

3y  z  1
a) 

z 2

x  y  5  3z
x  2  z   5  3 z
x  7  4z
Agora que já temos x e y em
função de z, podemos escrever a
solução:
(7 – 4z, 2 – z, z)
sendo z qualquer número real.
Assim, toda tripla ordenada da
forma apresentada é solução do sistema
e podemos chegar a qualquer uma
destas soluções substituindo números
reais no lugar de z, assim:

MATEMÁTICA III
11
SISTEMAS LINEARES
a  b  c  3
d) 
 2b  c  1
2 x  y  z  3
b) 
yz 0

x  y  z  t  1
 y  2z  t  0

c) 
zt 3


t2
SISTEMAS EQUIVALENTES
Dizemos que dois sistemas S1 e
S2 são equivalentes se TODA solução
de S1 for solução de S2 e toda solução
de S2 for solução de S1
Os
sistemas
x  2 y  3
S1  
2 x  y  1
e
x  2 y  3
S2  
são equivalentes pois
  3 y  5
ambos são determinados e admitem
como única solução o par ordenado
 1 5
 ;  .
 3 3
CASSIO VIDIGAL
12
IFMG – CAMPUS OURO PRETO
Dois teoremas importantes devem
ser destacados aqui. Apesar de a
demonstração de ambos ser simples
não o faremos pois não cabe neste
curso. De qualquer forma, se o leitor se
interessar, pode encontrar no 4º volume
da
coleção
“Fundamentos
da
Matemática Elementar”.
Para escalonar um sistema
qualquer devemos seguir quatro passos
Passo 1:
Colocamos como 1ª equação aquela
em que o coeficiente da primeira
incógnita seja diferente de zero.
Passo 2:
Anulamos o coeficiente da 1ª incógnita
de todas as equações (com exceção da
primeira)
subistituindo
a
i-ésima
equação (i > 1) pela soma da mesma
com a 1ª, multiplicada por um número
conveniente.
Teorema 1:
“Multiplicando-se os membros de
uma equação qualquer de um
sistema linear S, por um número
real K  0, o novo sistema S’
obtido, será equivalente a S.”
Passo 3:
Deixamos de lado a primeira equação e
aplicamos, nas restantes, os passos 1 e
2.
Passo 4:
Deixamos de lado a 1ª e 2ª equações e
aplicamos os passos 1 e 2 nas
equações restantes até o sistema ficar
escalonado.
Teorema 2:
“Se substituirmos uma equação
de um sistema linear S pela
soma, membro a membro dela
com outra do mesmo sistema, o
novo sistema obtido S’ será
equivalente a S.”
Vamos seguir os exemplos abaixo
a fim de entendermos como aplica os
passos acima.
Ex.1: Vamos resolver o sistema linear
  x  y  2z  3

 2x  y  z  6 .
 2 x  2 y  z  1

ESCALONAMENTO DE
SISTEMAS
Resolução:
A fim de evitar ficar escrevendo
as incógnitas a todo instante, vamos
escrever a matriz completa do sistema
acima.
3
 1 1 2


1 1
6
 2
 2  2 1
1 

Aplicando os dois teoremas vistos
anteriormente, podemos transformar
qualquer sistema em um sistema
escalonado. Este processo é chamado
de ESCALONAMENTO e, a partir do
novo sistema escalonado, equivalente
ao sistema original, podemos determinar
sua solução.
MATEMÁTICA III
13
SISTEMAS LINEARES

 x  y  2 z  3

3 y  5 z  12


11

z  11
3

Para tornar o primeiro coeficiente da 2ª
linha igual a zero, vamos multiplicar por
2 os termos 1ª linha e somar à segunda:
Em seguida, para transformar o primeiro
coeficiente da 3ª linha igual a zero,
vamos multiplicar a primeira por -2 e
somar à 3ª. Note que vamos repetir a
primeira linha.
Obtemos,
assim,
um
sistema
equivalente ao primeiro e, na forma
escalonada, vamos encontrar a solução.
Da 3ª
equação:
Da 2ª
equação:
11
z  11
3
z3
3 y  5 z  12
3 y  5  3  12
3 y  3
y  1
Agora, para tornar o coeficiente de y na
3ª linha igual a zero, devemos multiplicar
a segunda linha por 4/3 e somar o
resultado à terceira. Note que devemos
repetir, neste momento, a primeira e
segunda linhas
Da 1ª
equação:
 x  y  2z  3
 x   1  2  3  3
x5  3
x2
Desta forma, a solução procurada é o
terno ordenado (2, -1, 3)
___________________________
Ex.2: Vamos resolver
 x  y  2z  5

 2 x  3 y  z  15
3 x  5 y  4 z  5

o
sistema
Resolução: Vamos, primeiro, escrever a
matriz completa do sistema dado:
Agora, vamos transformar esta matriz
em um sistema linear escalonado e
descobrir a solução como já fizemos
.
CASSIO VIDIGAL
14
IFMG – CAMPUS OURO PRETO
1 1

2 3
3  5

2
1
4
1 1  2

5
0 5
0 0
4

5

15 
5 
Vamos multiplicar a primeira linha por -2
e somar à segunda e em seguida
multiplicaremos a primeira linha por -3
para somarmos à terceira. Com este
procedimento, tornaremos nulo os
coeficientes da primeira incógnita das
linhas 2 e 3.
1 1  2

1
2 3
3  5  4

Com esta matriz, remontamos um
novo sistema, equivalente Àquele
proposto. Desta forma, temos:
x  y  2 z  5

 5y  5z  5

4 z  8

5    2    3 

15  
5 

Agora
escalonado:
Assim, obtemos:
1 1  2

5
0 5
0  2 2

Da 3ª
equação:
5 

5 
 10 
Da 2ª
equação:
resolvemos
o
sistema
4 z  8
z  2
5 y  5 z  5  5 
y  z 1
y   2   1
y3
O nosso próximo passo é multiplicar a
segunda linha por um valor conveniente
a fim de, ao somarmos na terceira linha,
conseguimos tornar nulo o coeficiente
de y. Este número conveniente será 2/5.
Note que não vamos alterar em nada a
primeira linha.
1 1  2

5
0 5
0  2 2

5 

5 
 8 
Da 1ª
equação:
x  y  2z  5
x  3  2  2   5
x4
Desta forma, a solução procurada
é o terno ordenado (4, 3, -2)
5 

5   2 / 5 
 10  
____________________
e obtemos:
MATEMÁTICA III
15
SISTEMAS LINEARES
Observe que chegamos numa
igualdade verdadeira mas que não nos
permite continuar resolver. Neste caso,
dizemos que o SISTEMA é POSSÍVEL
INDETERMINADO, ou seja, tem solução
mas são infinitas.
Ex.3: Vamos resolver o sistema
 x  2y  z  3

 3x  y  z  1
2 x  4 y  2 z  6

Resolução:
Este sistema acima pode ser
reescrito como
Escrevendo a matriz completa:
1 2 1

 3 1 1
2 4  2

.
3

1
6 
x  2 y  z  3

  7 y  4 z  8
Multiplicaremos a primeira linha
por -3 e somaremos à segunda, em
seguida, vamos multiplicar a primeira
linha por -2 e somamos à terceira. Isso
faz tornar os coeficientes de x, nas duas
últimas linhas, nulos.
3   3 

1 
6 
1 2 1

 3 1 1
2 4  2

e neste caso, podemos escrever a
solução deste sistema em função de z.
Da segunda equação temos que
y
 2 
Substituindo na primeira equação
e isolando x, temos:

Obtemos, então, esta matriz:
1 2

0  7
0 0

1
4
0
8  4z
7
 8  4z 
x  2
z  3
 7 
5z
x
7
3 

8
0 
Note
que
aconteceu
algo
“extraordinário” na última linha, todos os
termos se anularam, assim, ao
montarmos o sistema a partir desta
matriz, obtemos:
Por fim, fazendo z = k, podemos
escrever o terno ordenado em função de
k:
 5  k 8  4k 
,
,k

7
 7

x  2 y  z  3

  7 y  4 z  8

0 0

CASSIO VIDIGAL
16
IFMG – CAMPUS OURO PRETO
Observe que chegamos numa igualdade
sabidamente falsa na terceira equação
e, com isso, dizemos que o SISTEMA é
IMPOSSÍVEL e assim, a solução é
vazia, ou seja:
Ex.4: Vamos resolver o sistema
 x  2y  z  3

 3x  y  z  1
2 x  4 y  2 z  7

S   ou S  
Resolução:

Escrevendo a matriz completa:
1 2 1

 3 1 1
2 4  2

3

1
7 
Multiplicaremos a primeira linha
por -3 e somaremos à segunda, em
seguida, vamos multiplicar a primeira
linha por -2 e somamos à terceira. Isso
faz tornar os coeficientes de x, nas duas
últimas linhas, nulos.
3   3 

1 
7 
1 2 1

 3 1 1
2 4  2

 2 

Obtemos, então, esta matriz:
1 2

0  7
0 0

1
4
0
3 

8
1 
Note que, mais uma vez,
aconteceu algo inusitado na última linha,
todos os coeficientes se anularam,
assim, ao montarmos o sistema a partir
desta matriz, obtemos:
x  2 y  z  3

  7 y  4 z  8

0 1

MATEMÁTICA III
17
SISTEMAS LINEARES
 2 x  3 y  z  14

b)   1x  4 y  2 z  7
 3 x  3 y  4 z  14

15) Resolva os sistemas a seguir:
 x  2 y  4 z  24

a)  3 x  y  2 z  7
 2 x  3 y  5 z  4

CASSIO VIDIGAL
18
IFMG – CAMPUS OURO PRETO
xyz3


d)  x  2 y  3 z  6
2 x  3 y  4 z  5

 2x  2y  z  1

c) 4 x  3 y  5 z  5
 3 x  1y  4 z  4

MATEMÁTICA III
19
SISTEMAS LINEARES
16) Resolva o sistema
2 x  y  z  w  1
x  2 y  z  w  2


x  y  2 z  w  3
x  y  z  2 w  4
TEOREMA DE CRAMER
Consideremos um sistema onde o
número de equações é igual ao número
de incógnitas. Nestas condições, A é
uma matriz quadrada.e seja D = det A.
Pelo Teorema de Cramer, se
D  0 , então o sistema em questão é
possível e determinado, ou seja, tem
uma única solução 1 ,  2 ,  3 , , n  tal
D
que  i  i , i  1, 2, 3, ..., ne Di é o
D
determinante obtido de A substituindo a
i-ésima coluna pela dos termos
independentes
das
equações
do
sistema.
A demonstração de tal teorema
não cabe aqui mas pode ser encontrada
em diversos livros de ensino médio
como, por exemplo, o volume 4 dos
Fundamentos da Matemática Elementar
(Gelson Iezze e Samuel Hazzan),
Ex.1: Vamos resolver, aplicando
Teorema de Cramer, o sistema
x  y  z  6

x  y  z  4 .
2 x  y  z  1

o
Resolução:
Vamos isolar a matriz A e calcular
D = det A:
1 1
1
D  1  1  1    4
2 1
CASSIO VIDIGAL
20
1
IFMG – CAMPUS OURO PRETO
x
Como D  0 , podemos garantir
que o sistema é possível e tem solução
única, então podemos continuar. Vamos,
agora, calcular D x , D y e D z .

Dx  4

1
D 4
y
Dy
D

 12
3
4
Dz  8

2
D 4
E, temos assim a única solução
do sistema: (1, 3, 2).
Dx
z
Para encontrar Dx, vamos tomar a
mesma matriz A substituindo os termos
da primeira coluna (coeficientes de x)
pela coluna dos termos independentes,
assim:
Ex.2: Resolver, por Cramer, o seguinte
x  y  z  1

sistema:  2 x  y
z 1
3z  2  2 x  y  1

6
1
1
D x   4  1  1    4
1
1
1
Resolução:
Devemos, em princípio, assumir
que 3 z  2  0 e 2 x  y  0 . A partir daí,
temos que:
 Dy
Para encontrar Dy, vamos tomar a
mesma matriz A substituindo os termos
da segunda coluna (coeficientes de y)
pela coluna dos termos independentes,
assim:
2x  y
 1  2x  y  3z  2 
3z  2
 2x  y  3z  2
1 6
1
D y  1  4  1    12
2
1
z 1
 1  z 1  2x  y 
2x  y
 2 x  y  z  1
1
 Dz
Para encontrar Dz, vamos tomar a
mesma matriz A substituindo os termos
da terceira coluna (coeficientes de z)
pela coluna dos termos independentes,
assim:
1 1
6
E, a partir daí, temos o seguinte sistema:
x  y  z  1

2 x  y  3 z  2
2 x  y  z  1

Dz  1  1  4    8
2 1
Vamos calcular o determinantes
D , D x , D y e D z se D  0 .
1
Desta forma, temos que:
MATEMÁTICA III
21
SISTEMAS LINEARES
próximo tópico desta apostila é que
vamos aprender a discutir sistemas
lineares.
1 1
1
D  2 1  3    4
2
1
1
1
Dx  2
1
1
1  3    6
1
1
Dy  2
1
2
17)Resolver, pela regra de Cramer, os
seguintes sistemas:
 x  4 y  0
a) 
3 x  2 y  5
1
1
1
 3    5
2 1 1
1
1
Dz  2  1
2
1
1
2   3
1
Com estas informações, determinamos,
agora, a solução do sistema:
x
Dx 6 3
 
D 4 2
y
Dy
z
Dz 3

D 4
D

5
5

4
4
2 x  y  2
b) 
 x  3 y  3
Agora devemos avaliar as condições
que foram levantadas no início da
resolução quais sejam: 3 z  2  0 e
Isso
pode
ser
feito
2x  y  0 .
mentalmente e notamos que ambas as
condições são respeitadas com as
soluções encontradas. Assim,
5 3
3
S ,  , 
4 4
2
Obs.: Se, ao resolver um sistema
aplicando o Teorema de Cramer,
encontrarmos D = 0, podemos afirmar
que o sistema não é determinado,
porém nada podemos dizer sobre se é
indeterminado ou se é impossível. No
CASSIO VIDIGAL
22
IFMG – CAMPUS OURO PRETO
1
3 x  y  z

c) 2 x
 3 z  1
4 x  y  2 z  7

MATEMÁTICA III
 x  y  z  5

d) x  2 y  4 z  4
3 x  y  2 z  3

23
SISTEMAS LINEARES
y z
 t 1
x
2 x  y  z
2

e) 
t 0
 x  y  z
2 x
 2 z  t  1
CASSIO VIDIGAL
x1
 x

f)  1
2 x1
x1
24
 x2
 2 x2
 x3
 x3
 x4
1
2
 x2
 3 x2
 x3
 x3
 x4
2 x4
 1
0
IFMG – CAMPUS OURO PRETO
DISCUSSÃO DE UM SISTEMA
LINEAR
Ex.1: Discuta o sistema abaixo:
ax  3ay  0
.

2 x  ay  4
Discutir
um
sistema
linear
consiste em classificá-lo quanto à
quantidade de soluções.
Resolução:
Um sistema que possui uma
única solução é chamado de SISTEMA
POSSÍVEL E DETERMINADO (SPD).
Um sistema que admite infinitas
soluções é classificado como SISTEMA
POSSÍVEL INDETERMINADO (SPI).
Por fim, um sistema que não admite
nenhuma solução, é chamado de
SISTEMA IMPOSSÍVEL (SI).
1. Sabemos, pelo Teorema de Cramer,
a 3a
que se D 
 0 o sistema tem
2 a
solução única. Assim, os valores de
a para os quais D = 0, são os que
tornam o sistema indeterminado ou
impossível. Vamos examinar este
caso:
Observe o diagrama abaixo:
D
a 3a
2
a
 a2  6 a
a2  6 a  aa  6   0
a  0 ou a  6
2. Para a = 0, o sistema fica:
Um sistema com n equações e n
incógnitas
é
SPD
quando
o
determinante da matriz dos coeficientes
é diferente de zero. Caso tal
determinante seja nulo, devemos
escalonar o sistema para discuti-lo. Se,
em algum momento encontrarmos uma
equação
indeterminada,
do
tipo
0x1 + 0x2 + ... + 0xn = 0, dizemos que o
sistema é SPI e se, por outro lado,
encontrarmos uma equação do tipo
0x1 + 0x2 + ... + 0xn  0, dizemos que o
sistema é SI.
0 x  0 y  0
 x  2 e y é qualquer

2 x  0 y  4
Logo, para a = 0, o sistema dado é
indeterminado.
3. Para a = 6, o sistema fica:
6 x  18 y  0 x  3 y  0
~

2 x  6 y  4
x  3 y  2
Note que as equações são
incompatíveis, logo p sistema é
impossível.
MATEMÁTICA III
25
SISTEMAS LINEARES
Resumindo, então, temos
a  0 e a  6  SPD

a0
 SPI :


a6
 SI

18) Discutir os seguintes sistemas nas
incógnitas x e y:
x  y  3
a) 
2 x  my  6
x  y  2
Ex.2: Discutir o sistema 
.
2 x  ay  b
Resolução:
1. Se D 
1 1
2
a
Cramer, o
única.
D
 0 , pelo Teorema de
sistema
1
1
2
a
tem solução
a2
a  2  0  a  2
2. Se a = -2, o sistema fica assim:
x  y  2
x  y  2
~

2 x  2 y  b 0 x  0 y  b  4
Assim, temos que
b  4  0  Sistemapossível indeterminado

b  4  0  Sistemaimpossível
3. Resumindo, temos:
 SPD
a  2

a  2 e b  4  SPI
a  2 e b  4  SI

CASSIO VIDIGAL
26
IFMG – CAMPUS OURO PRETO
2 x  3 y  a
b) 
6 x  3 y  2
MATEMÁTICA III
 x  2 y  ax
c) 
 2 x  ay  y
27
SISTEMAS LINEARES
ax  y  1
d) 
a  1x  2ay  4
CASSIO VIDIGAL
19) Discutir o sistema linear:
2
2
2

2a  1 x  4a  1 y  2a  1

2

4a  1x  2a  1y  4a  1

28



IFMG – CAMPUS OURO PRETO
x  2 y  1
21) Discutir o sistema 
3 x  ay  b
mx  y  1  m
20) Discutir o sistema 
x  my  0
MATEMÁTICA III
29
SISTEMAS LINEARES
22) Se abcd  0, determinar p e q para
ax  by  c
que o sistema 
seja
px  qy  d
indeterminado.
CASSIO VIDIGAL
23) Discutir e resolver
 xyz0

 x  y  mz  2
mx  2 y  z  1

.
30
o
sistema
IFMG – CAMPUS OURO PRETO
mx  y  z  4

24) Discutir o sistema x  my  z  0
x  y  2

MATEMÁTICA III
25) Discutir e resolver
mx  y  mz  m

2 x  mz  3
mx  my  2

31
o
sistema
SISTEMAS LINEARES
26) Discutir e resolver
x  my  z  0

2 x  y  mz  3
2 x  2 y  mz  2

o
sistema
27)
a) Determinar os valores de k para que
a equação matricial abaixo tenha
solução.
2 5  3   x  1 
4 10 2    y   5 

    
6 15  1   z  k 
b) Resolver a equação na condição do
item a.
CASSIO VIDIGAL
32
IFMG – CAMPUS OURO PRETO
Observe os exemplos a seguir:
SISTEMAS LINEARES
HOMOGÊNEOS
4 x  6 y  0
Ex.1: Resolver o sistema 
.
6 x  9 y  0
Resolução:
4 6
D
 36  36  0
6 9
Se, num sistema linear, todos os
termos independentes são iguais a zero,
então o sistema é denominado
SISTEMA LINEAR HOMOGÊNEO.
Como D = 0 e o sistema é
homogêneo, ele só pode ser SPI, ou
seja, admite infinitas soluções. Vamos,
então, encontrar estas soluções. Para
tal, faremos y = k.
3 x  2 y  0
Ex.1: 
é um sistema linear
x  2 y  0
homogêneo
4 x  6 y  0  4 x  6k  0  4 x  6k 
6k
3k
x
x
4
2
Desta forma, a solução do sistema é:
 3k

S   , k
 2

x  y  4 z  0

Ex.2: x  3 y  z  0 é outro exemplo de
2 x  y  z  0

sistema linear homogêneo.
____________________________
Ex.2: Resolver o sistema
x  y  z  0

.
2 x  y  z  0
 x  2 y  5 z  0

Um sistema linear homogêneo de
n equações e n incógnitas (n  2) é
sempre possível, pois admite, pelo
menos, a solução (0, 0, 0, ..., 0)
denominada solução trivial.
Resolução:
1
D 2
Como estes sistemas são sempre
possíveis, são os únicos que podem ser
classificados,
exclusivamente,
pelo
determinante da matriz dos coeficientes.
Como não existe a possibilidade de o
sistema ser SI, temos:
1
2
5
Como D  0, o sistema admite uma
única solução. Se o sistema é
homogêneo, podemos então afirmar que
a solução é
S = (0, 0, 0)
det A  0  SPI

det A  0  SPD
MATEMÁTICA III
1 1
1 1  ...  19
33
SISTEMAS LINEARES
Ex.3: Determine a para que o sistema
x  y  az  0

admita soluções
x  ay  z  0
x  a  1y  z  0

diferentes da trivial:
29) Discutir, segundo os valores do
parâmetro a, o sistema:
x  4 y  5 z  0

2 x  y  3 z  0
3 x  ay  2 z  0

Resolução:
Para que o sistema acima admita
solução diferente de (0, 0, ..., 0),
devemos ter D = 0, ou seja:
1
1
1
a
1 a 1
a
1  0  a 1  0  a  1
a
Logo, a = 1.
28)
Verifique
se o sistema linear
x  y  z  0

homogêneo
é
2  x  2 y  4 z  0
x  y  3 z  0

determinado ou indeterminado.
CASSIO VIDIGAL
34
IFMG – CAMPUS OURO PRETO
30) Resolver o sistema
x  y  3 z  0

4 x  y  z  0
2 x  3 y  7 z  0

MATEMÁTICA III
31) Discutir segundo os valores do
parâmetro m os seguintes sistemas:
x  my  0
a) 
2 x  6 y  0
35
SISTEMAS LINEARES
k x  y   z  0

32) Estudar o sistema k y  z   x  0
k x  z   y  0

x  y  z  0

b) mx  3 y  5 z  0
m2 x  9 y  25 z  0

CASSIO VIDIGAL
36
IFMG – CAMPUS OURO PRETO
x  y  z  0

33) Dado o sistema 4 x  2my  3 z  0 ,
2 x  6 y  4mz  0

determinar m para que o sistema admita
soluções diferentes da trivial e
determiná-las.
MATEMÁTICA III
34) Qual o valor de k para que o sistema
x  y  z  0

2 x  ky  z  0 admita solução própria?
x  2 y  2 z  0

(Nota: a solução trivial é também chamada de solução
imprópria)
37
SISTEMAS LINEARES
14)
RESPOSTAS
15)
a) S={(-2, 5, -3) }
b) S={ (3, 3, 1) }
 7  7 k k  1 
c) SPI; S= 
,
, k 
5

 5
d) SI
16)
S= { ( -1, 0, 1, 2) }
17)
a)
a) L
f) NL
02)
Sim
03)
Sim
04)
Sim
05)
Não
06)
k=2
07)
k=3
b)
08)
(k, 2k + 1)
09)
A resposta é aberta mas como
exemplo, temos (1, 1, 5).
c)
d)
11)
e) L
j) L
e)
2  5  x   3 
a) 
    
1  7  y   2 
2  1 3   x  5 
b) 1 0  4    y   0 
3 4  1   z  1 
2  5
a) 
1  7
a) Sim
d) Não
f)
18)
3 
 2 
2  1 3
b) 1 0  4
3 4  1
12)
d) NL
i) NL
 5  3k 1  k 
d) SPI, S  
,
, k 
2

 2
01)
10)
b) L
c) L
g) NL h) L
c) SPD, S   8, 4, 1, 2 
(Cont)
b) Sim
e) Não
5
0 
1 
c) Sim
19)
13)
14)
É solução
 5

a) SPD, S   , 1,  2 

 4
 3  2k

, k , k  k  
b) SPI, S  

 2
CASSIO VIDIGAL
38
1

 2,  
2

4
3
 ,  
5
5
1, 1, 1
 2, 3, 0 
1
11


 4, ,  , 2 
2
2


0, 0, 2, 1
a)
m  2  SPD

m  2  SPI
b)
a  1  SPD

a  1  SI
c)
a  1 e a  3  SPD

a  1 ou a  3  SPI
1

a  2 e a  1  SPD
d) 
a  1 ou a  1  SI

2
1 1

a  0 ,  2 e 2  SPD

1

a  0 ou a    SPI
2

1

a  2  SI

IFMG – CAMPUS OURO PRETO
20)
21)
m  1 e m  1  SPD

m  1  SPI
m  1  SI

x
y
a  6  SPD

a  6 e b  3  SPI
a  6 e b  3  SI

z
bd
ad
e q
c
c
22)
p
23)
Resolução:
1 1
 1 m  0 , pela
1. Se
m 2 1
regra de Cramer, o sistema
tem solução única. Assim, os
valores de m que anulam o
determinante são os que
tornam
o
sistema
indeterminado ou impossível.
Vamos, então, resolver o sistema
para D  0 .
1 1 1
D  1  1 m    mm  1  0
2
1
1
Dy  1
0
2
1
1
1
xyz0
 xyz0



 x  y  z  2 ~ 0 x  2 y  0 z  2
x  2 y  z  1  0 x  y  0 z  1


note que pelas duas últimas
equações, podemos afirmar que
y = -1 e x = 1 – z. Tomando z = k,
temos a solução S  1  k,  1, k 
1
1
m    1  m
Resumindo,
m  0 e m  1  SPD

 SPI
m  1
m  0
 SI

0
2    2 m  1
m 2 1
Assim, temos que:
MATEMÁTICA III
Dz 2 m  1 2


D mm  1 m
3. se m = 1, temos:
m 1 1
1
Dz  1
1  m   1
mm  1
m
e vemos, na última equação, que o
sistema é impossível.
 1 m    1  m
2
D

2. Se m = 0 temos:
 xyz0

 x  y  0z  2
0 x  2 y  z  1

Escalonando o sistema,
encontramos:
xyz0
 xyz0



0 x  2 y  z  2 ~  0 x  2 y  z  2
0 x  2 y  z  1 0 x  0 y  0 z  1


m  0

daí, temos que  e
m  1

0
1 1
Dx  2
Dy
e a solução do sistema é:
1 2
 1
S   ,  ,

m m
 m
1
D 1
m
1  m   1
Dx

D mm  1
m
39
SISTEMAS LINEARES
24)
25)
m  1  SPD

m  1  SPI
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
DANTE,
m  0 e m  1  SPD

S   m  2 , 4  m , m  4 

m
m2 
 m

m  1  SPI

3 k 1k

S  
,
, k
2

 2

m  0  SI

Luiz
Roberto;
Matemática, Volume dois. São Paulo,
Atica, 2005.
IEZZI,
Gelson
e
outros;
Fundamentos da Matemática Elementar,
Volume 4. São Paulo, Atual, 5ª edição,
1977.
m  2  SPD S  m  2 , 1,  2 

m  2  SPI S  2  k , 1, k 
27) a) k = 6
3
 17  40k
, k, 
b) S  
8
 16
PAIVA,
26)
Manoel
Rodrigues;
Matemática, Volume 2, São Paulo,
Editora Moderna, 1ª edição, 1995.
28) Indeterminado.
29)
30)
3

a  13  SPD

a  3  SPI

13
Links dos
apostila:
 2k 13k

S ,
, k
5
 5

http://vidigal.ouropreto.ifmg.edu.br/siste
mas-lineares-introducao/
31) a)
b)
32)
vídeos
sugeridos
nesta
Pág. 06
m  3  SPD

m  3  SPI
Pág. 17
m  3 e m  5  SPD

m  3 ou m  5  SPI
http://vidigal.ouropreto.ifmg.edu.br/escal
onamento/
1

k  1 e k   2  SPD

k  1 ou k   1  SPI

2
k
 k

33) m  1    ,  , k 
2
 2

3
m    0 ,  k , k 
2
34) k = 1
CASSIO VIDIGAL
40
IFMG – CAMPUS OURO PRETO
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