Uma das formas de resolver um sistema linear que pode ser escrito na forma
, onde
,
e ![\vec{b} = \begin{bmatrix} b_1\\ b_2\\ b_3\\ \end{bmatrix} [;\vec{b} = \begin{bmatrix} b_1\\ b_2\\ b_3\\ \end{bmatrix};]](http://thewe.net/tex/%5Cvec%7Bb%7D%20=%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7Db_1%5C%5Cb_2%5C%5Cb_3%5C%5C%5Cend%7Bbmatrix%7D)
Gostará de ler também:
- Sobre o Produto Misto;
- A Lei dos Cossenos Através da Regra de Cramer;
- O Método de Eliminação de Gauss Para Sistemas Lineares;
- Sistemas Lineares no Balanceamento de Reações Químicas.
Denotando por
,
o determinante da matriz obtida de
substituindo sua primeira coluna pelo vetor
, isto é,
![D_x = \begin{vmatrix}b_1 & a_{12} & a_{13}\\b_2 & a_{22} & a_{23}\\b_3 & a_{23} & a_{33}\\\end{vmatrix} [;D_x = \begin{vmatrix}b_1 & a_{12} & a_{13}\\b_2 & a_{22} & a_{23}\\b_3 & a_{23} & a_{33}\\\end{vmatrix};]](http://thewe.net/tex/D_x%20=%20%5Cbegin%7Bvmatrix%7Db_1%20&%20a_%7B12%7D%20&%20a_%7B13%7D%5C%5Cb_2%20&%20a_%7B22%7D%20&%20a_%7B23%7D%5C%5Cb_3%20&%20a_%7B23%7D%20&%20a_%7B33%7D%5C%5C%5Cend%7Bvmatrix%7D)
e de forma análoga,
e
são os determinantes obtidos da matriz
substituindo a segunda e terceira coluna pelo vetor
respectivamente.
A regra de Cramer afirma que se o sistema linear
é compatível e determinado, então
![x = \frac{D_x}{D}\qquad y = \frac{D_y}{D}\qquad z = \frac{D_z}{D}\qquad (2) [;x = \frac{D_x}{D}\qquad y = \frac{D_y}{D}\qquad z = \frac{D_z}{D}\qquad (2);]](http://thewe.net/tex/x%20=%20%5Cfrac%7BD_x%7D%7BD%7D%5Cqquad%20y%20=%20%5Cfrac%7BD_y%7D%7BD%7D%5Cqquad%20z%20=%20%5Cfrac%7BD_z%7D%7BD%7D%5Cqquad%20%282%29)
Teorema 1: Se
,
e
são vetores linearmente independentes, então todo vetor
pode ser escrito de forma única como combinação linear de
,
e
, ou seja, existem
,
e
tal que
![\vec{u} = x\vec{u_1} + y\vec{u_2} + z\vec{u_3}\qquad (3) [;\vec{u} = x\vec{u_1} + y\vec{u_2} + z\vec{u_3}\qquad (3);]](http://thewe.net/tex/%5Cvec%7Bu%7D%20=%20x%5Cvec%7Bu_1%7D%20+%20y%5Cvec%7Bu_2%7D%20+%20z%5Cvec%7Bu_3%7D%5Cqquad%20%283%29)
Demonstração:
Existência: Multiplicando escalarmente (3) por
, temos:
![\vec{u}\cdot (\vec{u_2}\times \vec{u_3}) = x\vec{u_1}\cdot (\vec{u_2}\times \vec{u_3}) + y\vec{u_2}\cdot (\vec{u_2}\times \vec{u_3}) + z\vec{u_3}\cdot (\vec{u_2}\times \vec{u_3}) [;\vec{u}\cdot (\vec{u_2}\times \vec{u_3}) = x\vec{u_1}\cdot (\vec{u_2}\times \vec{u_3}) + y\vec{u_2}\cdot (\vec{u_2}\times \vec{u_3}) + z\vec{u_3}\cdot (\vec{u_2}\times \vec{u_3});]](http://thewe.net/tex/%5Cvec%7Bu%7D%5Ccdot%20%28%5Cvec%7Bu_2%7D%5Ctimes%20%5Cvec%7Bu_3%7D%29%20=%20x%5Cvec%7Bu_1%7D%5Ccdot%20%28%5Cvec%7Bu_2%7D%5Ctimes%20%5Cvec%7Bu_3%7D%29%20+%20y%5Cvec%7Bu_2%7D%5Ccdot%20%28%5Cvec%7Bu_2%7D%5Ctimes%20%5Cvec%7Bu_3%7D%29%20+%20z%5Cvec%7Bu_3%7D%5Ccdot%20%28%5Cvec%7Bu_2%7D%5Ctimes%20%5Cvec%7Bu_3%7D%29)
Usando as propriedades de produto misto, segue que
![(\vec{u},\vec{u_2},\vec{u_3}) = x(\vec{u_1},\vec{u_2},\vec{u_3}) \quad \Rightarrow \quad x = \frac{(\vec{u},\vec{u_2},\vec{u_3})}{(\vec{u_1},\vec{u_2},\vec{u_3})} [;(\vec{u},\vec{u_2},\vec{u_3}) = x(\vec{u_1},\vec{u_2},\vec{u_3}) \quad \Rightarrow \quad x = \frac{(\vec{u},\vec{u_2},\vec{u_3})}{(\vec{u_1},\vec{u_2},\vec{u_3})};]](http://thewe.net/tex/%28%5Cvec%7Bu%7D,%5Cvec%7Bu_2%7D,%5Cvec%7Bu_3%7D%29%20=%20x%28%5Cvec%7Bu_1%7D,%5Cvec%7Bu_2%7D,%5Cvec%7Bu_3%7D%29%20%5Cquad%20%5CRightarrow%20%5Cquad%20x%20=%20%5Cfrac%7B%28%5Cvec%7Bu%7D,%5Cvec%7Bu_2%7D,%5Cvec%7Bu_3%7D%29%7D%7B%28%5Cvec%7Bu_1%7D,%5Cvec%7Bu_2%7D,%5Cvec%7Bu_3%7D%29%7D)
Unicidade: Suponhamos que existem
e
tais que:
![\vec{u} = x_1\vec{u_1} + y_1\vec{u_2} + z_1\vec{u_3} \qquad (4) [;\vec{u} = x_1\vec{u_1} + y_1\vec{u_2} + z_1\vec{u_3} \qquad (4);]](http://thewe.net/tex/%5Cvec%7Bu%7D%20=%20x_1%5Cvec%7Bu_1%7D%20+%20y_1%5Cvec%7Bu_2%7D%20+%20z_1%5Cvec%7Bu_3%7D%20%5Cqquad%20%284%29)
![\vec{u} = x_2\vec{u_1} + y_2\vec{u_2} + z_2\vec{u_3} \qquad (5) [;\vec{u} = x_2\vec{u_1} + y_2\vec{u_2} + z_2\vec{u_3} \qquad (5);]](http://thewe.net/tex/%5Cvec%7Bu%7D%20=%20x_2%5Cvec%7Bu_1%7D%20+%20y_2%5Cvec%7Bu_2%7D%20+%20z_2%5Cvec%7Bu_3%7D%20%5Cqquad%20%285%29)
A regra de Cramer afirma que se o sistema linear
A demonstração da regra de Cramer pode ser obtida diretamente através do seguinte teorema sobre vetores:
Teorema 1: Se
Existência: Multiplicando escalarmente (3) por
Usando as propriedades de produto misto, segue que
De forma análoga,
![y = \frac{(\vec{u_1},\vec{u},\vec{u_3})}{(\vec{u_1},\vec{u_2},\vec{u_3})} \qquad \text{e} \qquad z = \frac{(\vec{u_1},\vec{u_2},\vec{u})}{(\vec{u_1},\vec{u_2},\vec{u_3})} [;y = \frac{(\vec{u_1},\vec{u},\vec{u_3})}{(\vec{u_1},\vec{u_2},\vec{u_3})} \qquad \text{e} \qquad z = \frac{(\vec{u_1},\vec{u_2},\vec{u})}{(\vec{u_1},\vec{u_2},\vec{u_3})};]](http://thewe.net/tex/y%20=%20%5Cfrac%7B%28%5Cvec%7Bu_1%7D,%5Cvec%7Bu%7D,%5Cvec%7Bu_3%7D%29%7D%7B%28%5Cvec%7Bu_1%7D,%5Cvec%7Bu_2%7D,%5Cvec%7Bu_3%7D%29%7D%20%5Cqquad%20%5Ctext%7Be%7D%20%5Cqquad%20z%20=%20%5Cfrac%7B%28%5Cvec%7Bu_1%7D,%5Cvec%7Bu_2%7D,%5Cvec%7Bu%7D%29%7D%7B%28%5Cvec%7Bu_1%7D,%5Cvec%7Bu_2%7D,%5Cvec%7Bu_3%7D%29%7D)
Comparando as expressões
e
, segue que
![x_1\vec{u_1} + y_1\vec{u_2} + z_1\vec{u_3} = x_2\vec{u_1} + y_2\vec{u_2} + z_2\vec{u_3} \quad \Rightarrow [;x_1\vec{u_1} + y_1\vec{u_2} + z_1\vec{u_3} = x_2\vec{u_1} + y_2\vec{u_2} + z_2\vec{u_3} \quad \Rightarrow;]](http://thewe.net/tex/x_1%5Cvec%7Bu_1%7D%20+%20y_1%5Cvec%7Bu_2%7D%20+%20z_1%5Cvec%7Bu_3%7D%20=%20x_2%5Cvec%7Bu_1%7D%20+%20y_2%5Cvec%7Bu_2%7D%20+%20z_2%5Cvec%7Bu_3%7D%20%5Cquad%20%5CRightarrow)
![(x_1 - x_2)\vec{u_1} + (y_1 - y_2)\vec{u_2} + (z_1 - z_2)\vec{u_3} = \vec{0} [;(x_1 - x_2)\vec{u_1} + (y_1 - y_2)\vec{u_2} + (z_1 - z_2)\vec{u_3} = \vec{0};]](http://thewe.net/tex/%28x_1%20-%20x_2%29%5Cvec%7Bu_1%7D%20+%20%28y_1%20-%20y_2%29%5Cvec%7Bu_2%7D%20+%20%28z_1%20-%20z_2%29%5Cvec%7Bu_3%7D%20=%20%5Cvec%7B0%7D)
ou
![x\vec{u_1} + y\vec{u_2} + z\vec{u_3} = \vec{b} [;x\vec{u_1} + y\vec{u_2} + z\vec{u_3} = \vec{b};]](http://thewe.net/tex/x%5Cvec%7Bu_1%7D%20+%20y%5Cvec%7Bu_2%7D%20+%20z%5Cvec%7Bu_3%7D%20=%20%5Cvec%7Bb%7D)
Mas
,
,
e
, provamos a regra de Cramer comentada acima.
Sendo
,
e
vetores linearmente independentes, então
![\begin{cases}x_1 - y_1 = 0\\y_1 - y_2 = 0\\z_1 - z_2 = 0\\\end{cases} [;\begin{cases}x_1 - y_1 = 0\\y_1 - y_2 = 0\\z_1 - z_2 = 0\\\end{cases};]](http://thewe.net/tex/%5Cbegin%7Bcases%7Dx_1%20-%20y_1%20=%200%5C%5Cy_1%20-%20y_2%20=%200%5C%5Cz_1%20-%20z_2%20=%200%5C%5C%5Cend%7Bcases%7D)
ou seja,
,
e
.
Corolário 1: (Regra de Cramer) As soluções do sistema linear
são dadas por
![x = \frac{D_x}{D},\quad y = \frac{D_y}{D}\quad \text{e}\quad z = \frac{D_z}{D} [;x = \frac{D_x}{D},\quad y = \frac{D_y}{D}\quad \text{e}\quad z = \frac{D_z}{D};]](http://thewe.net/tex/x%20=%20%5Cfrac%7BD_x%7D%7BD%7D,%5Cquad%20y%20=%20%5Cfrac%7BD_y%7D%7BD%7D%5Cquad%20%5Ctext%7Be%7D%5Cquad%20z%20=%20%5Cfrac%7BD_z%7D%7BD%7D)
desde que
.
Demonstração: Sejam
,
,
e
. Assim, o sistema linear
![\begin{cases}a_{11}x + a_{12}y + a_{13}z = b_1\\a_{21}x + a_{22}y + a_{23}z = b_2\\a_{31}x + a_{32}y + a_{33}z = b_3\\\end{cases} [;\begin{cases}a_{11}x + a_{12}y + a_{13}z = b_1\\a_{21}x + a_{22}y + a_{23}z = b_2\\a_{31}x + a_{32}y + a_{33}z = b_3\\\end{cases};]](http://thewe.net/tex/%5Cbegin%7Bcases%7Da_%7B11%7Dx%20+%20a_%7B12%7Dy%20+%20a_%7B13%7Dz%20=%20b_1%5C%5Ca_%7B21%7Dx%20+%20a_%7B22%7Dy%20+%20a_%7B23%7Dz%20=%20b_2%5C%5Ca_%7B31%7Dx%20+%20a_%7B32%7Dy%20+%20a_%7B33%7Dz%20=%20b_3%5C%5C%5Cend%7Bcases%7D)
pode ser escrito na forma
ou seja,
Corolário 1: (Regra de Cramer) As soluções do sistema linear
Demonstração: Sejam
Assim, achar as soluções do sistema linear
é equivalente a escrever o vetor
como combinação linear dos vetores
,
e
.
Sendo
, então
,
e
são linearmente independentes, de modo que existem
,
e
(únicos) tais que
![x = \frac{(\vec{b},\vec{u_2},\vec{u_3})}{(\vec{u_1},\vec{u_2},\vec{u_3})}, \qquad y = \frac{(\vec{u_1},\vec{b},\vec{u_3})}{(\vec{u_1},\vec{u_2},\vec{u_3})} \qquad \text{e} \qquad x = \frac{(\vec{u_1},\vec{u_2},\vec{b})}{(\vec{u_1},\vec{u_2},\vec{u_3})} [;x = \frac{(\vec{b},\vec{u_2},\vec{u_3})}{(\vec{u_1},\vec{u_2},\vec{u_3})}, \qquad y = \frac{(\vec{u_1},\vec{b},\vec{u_3})}{(\vec{u_1},\vec{u_2},\vec{u_3})} \qquad \text{e} \qquad x = \frac{(\vec{u_1},\vec{u_2},\vec{b})}{(\vec{u_1},\vec{u_2},\vec{u_3})};]](http://thewe.net/tex/x%20=%20%5Cfrac%7B%28%5Cvec%7Bb%7D,%5Cvec%7Bu_2%7D,%5Cvec%7Bu_3%7D%29%7D%7B%28%5Cvec%7Bu_1%7D,%5Cvec%7Bu_2%7D,%5Cvec%7Bu_3%7D%29%7D,%20%5Cqquad%20y%20=%20%5Cfrac%7B%28%5Cvec%7Bu_1%7D,%5Cvec%7Bb%7D,%5Cvec%7Bu_3%7D%29%7D%7B%28%5Cvec%7Bu_1%7D,%5Cvec%7Bu_2%7D,%5Cvec%7Bu_3%7D%29%7D%20%5Cqquad%20%5Ctext%7Be%7D%20%5Cqquad%20x%20=%20%5Cfrac%7B%28%5Cvec%7Bu_1%7D,%5Cvec%7Bu_2%7D,%5Cvec%7Bb%7D%29%7D%7B%28%5Cvec%7Bu_1%7D,%5Cvec%7Bu_2%7D,%5Cvec%7Bu_3%7D%29%7D)
Sendo
- Sobre o Produto Misto;
- A Lei dos Cossenos Através da Regra de Cramer;
- O Método de Eliminação de Gauss Para Sistemas Lineares;
- Sistemas Lineares no Balanceamento de Reações Químicas.
Realmente achei muito interessante essa demonstração professor, apesar do meu pouco uso da regra de Cramer, achei bastante interessante a demonstração, ainda mais porque sou um amante de álgebra vetorial.
ResponderExcluirTambém gosto muito de Álgebra Vetorial, basta ver os posts sobre retas, planos e ângulos que já publiquei. Realmente a regra de Cramer é pouco usada em sistemas lineares, mas é muito vantajosa quando resolve sistemas de equações diferenciais através das transformadas de Laplace. Muito obrigado pelo comentário. Volte sempre!
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