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5. Caleule a matria inversa através do método de Gauss Jordan: (a) \( \left(\begin{array}{lll}6 & 2 & 1 \\ 0 & 4 & 1 \\ 2 & 1 & 0\end{array}\right) \)

Ask by Deleon Bowers. in Brazil
Nov 06,2024

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Answer

A matriz inversa é: \[ \left[\begin{array}{rrr}\frac{1}{10} & -\frac{1}{10} & \frac{1}{5} \\ -\frac{1}{5} & \frac{1}{5} & \frac{3}{5} \\ \frac{4}{5} & \frac{1}{5} & -\frac{12}{5}\end{array}\right] \]

Solution

Find the inverse matrix of \( \begin{pmatrix}6 & 2 & 1 \\ 0 & 4 & 1 \\ 2 & 1 & 0\end{pmatrix} \). Matrices by following steps: - step0: Find the matrix inverse: \(\left[\begin{array}{rrr}{6}&{2}&{1}\\{0}&{4}&{1}\\{2}&{1}&{0}\end{array}\right]\) - step1: Begin by adjoining the identity matrix to form the matrix: \(\left[\begin{array}{rrr|rrr}{6}&{2}&{1}&{1}&{0}&{0}\\{0}&{4}&{1}&{0}&{1}&{0}\\{2}&{1}&{0}&{0}&{0}&{1}\end{array}\right]\) - step2: Simplify the row: \(\left[\begin{array}{rrr|rrr}{1}&{\frac{1}{3}}&{\frac{1}{6}}&{\frac{1}{6}}&{0}&{0}\\{0}&{4}&{1}&{0}&{1}&{0}\\{2}&{1}&{0}&{0}&{0}&{1}\end{array}\right]\) - step3: Simplify the row: \(\left[\begin{array}{rrr|rrr}{1}&{\frac{1}{3}}&{\frac{1}{6}}&{\frac{1}{6}}&{0}&{0}\\{0}&{4}&{1}&{0}&{1}&{0}\\{0}&{\frac{1}{3}}&{-\frac{1}{3}}&{-\frac{1}{3}}&{0}&{1}\end{array}\right]\) - step4: Simplify the row: \(\left[\begin{array}{rrr|rrr}{1}&{\frac{1}{3}}&{\frac{1}{6}}&{\frac{1}{6}}&{0}&{0}\\{0}&{1}&{\frac{1}{4}}&{0}&{\frac{1}{4}}&{0}\\{0}&{\frac{1}{3}}&{-\frac{1}{3}}&{-\frac{1}{3}}&{0}&{1}\end{array}\right]\) - step5: Simplify the row: \(\left[\begin{array}{rrr|rrr}{1}&{\frac{1}{3}}&{\frac{1}{6}}&{\frac{1}{6}}&{0}&{0}\\{0}&{1}&{\frac{1}{4}}&{0}&{\frac{1}{4}}&{0}\\{0}&{0}&{-\frac{5}{12}}&{-\frac{1}{3}}&{-\frac{1}{12}}&{1}\end{array}\right]\) - step6: Simplify the row: \(\left[\begin{array}{rrr|rrr}{1}&{\frac{1}{3}}&{\frac{1}{6}}&{\frac{1}{6}}&{0}&{0}\\{0}&{1}&{\frac{1}{4}}&{0}&{\frac{1}{4}}&{0}\\{0}&{0}&{1}&{\frac{4}{5}}&{\frac{1}{5}}&{-\frac{12}{5}}\end{array}\right]\) - step7: Simplify the row: \(\left[\begin{array}{rrr|rrr}{1}&{\frac{1}{3}}&{\frac{1}{6}}&{\frac{1}{6}}&{0}&{0}\\{0}&{1}&{0}&{-\frac{1}{5}}&{\frac{1}{5}}&{\frac{3}{5}}\\{0}&{0}&{1}&{\frac{4}{5}}&{\frac{1}{5}}&{-\frac{12}{5}}\end{array}\right]\) - step8: Simplify the row: \(\left[\begin{array}{rrr|rrr}{1}&{\frac{1}{3}}&{0}&{\frac{1}{30}}&{-\frac{1}{30}}&{\frac{2}{5}}\\{0}&{1}&{0}&{-\frac{1}{5}}&{\frac{1}{5}}&{\frac{3}{5}}\\{0}&{0}&{1}&{\frac{4}{5}}&{\frac{1}{5}}&{-\frac{12}{5}}\end{array}\right]\) - step9: Simplify the row: \(\left[\begin{array}{rrr|rrr}{1}&{0}&{0}&{\frac{1}{10}}&{-\frac{1}{10}}&{\frac{1}{5}}\\{0}&{1}&{0}&{-\frac{1}{5}}&{\frac{1}{5}}&{\frac{3}{5}}\\{0}&{0}&{1}&{\frac{4}{5}}&{\frac{1}{5}}&{-\frac{12}{5}}\end{array}\right]\) - step10: Write the right half matrix: \(\left[\begin{array}{rrr}{\frac{1}{10}}&{-\frac{1}{10}}&{\frac{1}{5}}\\{-\frac{1}{5}}&{\frac{1}{5}}&{\frac{3}{5}}\\{\frac{4}{5}}&{\frac{1}{5}}&{-\frac{12}{5}}\end{array}\right]\) A matriz inversa da matriz dada através do método de Gauss Jordan é: \[ \left[\begin{array}{rrr}\frac{1}{10} & -\frac{1}{10} & \frac{1}{5} \\ -\frac{1}{5} & \frac{1}{5} & \frac{3}{5} \\ \frac{4}{5} & \frac{1}{5} & -\frac{12}{5}\end{array}\right] \]

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Beyond the Answer

Para calcular a matriz inversa através do método de Gauss-Jordan, começamos formando uma matriz aumentada que combina a matriz original e a matriz identidade. Assim, teremos: \[ \left(\begin{array}{ccc|ccc} 6 & 2 & 1 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 4 & 1 & 0 & 1 & 0 \\ 2 & 1 & 0 & 0 & 0 & 1 \end{array}\right) \] Em seguida, aplicamos operações elementares para transformar a matriz da esquerda em uma matriz identidade. Após algumas operações, chegamos à forma: \[ \left(\begin{array}{ccc|ccc} 1 & 0 & 0 & \frac{1}{3} & -\frac{1}{6} & \frac{1}{6} \\ 0 & 1 & 0 & 0 & \frac{1}{4} & -\frac{1}{4} \\ 0 & 0 & 1 & -\frac{1}{6} & \frac{1}{12} & \frac{1}{4} \end{array}\right) \] Finalmente, a matriz inversa \(A^{-1}\) é dada pela parte da direita da matriz aumentada: \[ A^{-1} = \left(\begin{array}{ccc} \frac{1}{3} & -\frac{1}{6} & \frac{1}{6} \\ 0 & \frac{1}{4} & -\frac{1}{4} \\ -\frac{1}{6} & \frac{1}{12} & \frac{1}{4} \end{array}\right) \] Agora que temos a inversa, você pode usar esse resultado em aplicações práticas, como resolver sistemas de equações lineares ou na otimização de problemas em programação linear. Uma matriz inversa é um verdadeiro 'super-herói' em muitos métodos de resolução de problemas matemáticos! E se você estiver se perguntando sobre a importância das matrizes inversas, basta lembrar que a solução de sistemas de equações lineares é fundamental em diversas áreas. Desde a economia até a ciência da computação, a capacidade de reverter transformações aplicadas a dados é crucial para entender e modelar o mundo real!

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