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Transformacoes Lineares: Exercícios resolvidos (c)
Ulysses Sodré

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1 Transformacoes Lineares: Exercicios resolvidos (c)

Apresentamos alguns problemas de características diferentes dos anteriores.

Exercício 1: Obter a expressão geral da transformação linear \(T:R^3\to R^2\) definida de modo que \(T(1,0,0)=(1,0)\), \(T(0,1,0)=(1,1)\) e \(T(0,0,1)=(1,-1)\). Depois de obter a forma geral, podemos obter o vetor \(v\in R^3\), tal que \(T(v)=(1,2)\).

Para resolver este problema devemos escrever o vetor \(v=(x,y,z)\) como combinação linear dos elementos da base canônica \(C=\{e_1,e_2,e_3\}\subset R^3\), formada pelos vetores \(e_1=(1,0,0)\), \(e_2=(0,1,0)\) e \(e_3= (0,0,1)\).

\begin{align} (x,y,z) &= a(1,0,0)+ b(0,1,0)+ c(0,0,1) \cr &= (a,0,0) + (0,b,0) + (0,0,c) = (a,b,c) \end{align}

Assim, obtemos \(x=a\), \(y=b\) e \(z=c\) e como \(T\) é uma transformação linear, segue que:

\begin{align} T(x,y,z) &= T[x(1,0,0)+ y(0,1,0)+ z(0,0,1)] \cr &= T[x(1,0,0)] + T[y(0,1,0)] + T[z(0,0,1)] \cr &= x T(1,0,0) + y T(0,1,0) + z T(0,0,1) \cr &= x(1,0) + y(1,1) + z(1,-1) \cr &= (x+y+z,y-z) \end{align}

A forma geral desta transformação linear é:

\[T(x,y,z) = (x+y+z,y-z)\]

Para obter o vetor \(v=(x,y,z)\in R^3\) tal que \(T(x,y,z)=(1,2)\), tomamos a forma \(T(x,y,z)=(x+y+z,y-z)\) exigindo que \(T(x,y,z)=(1,2)\).

Basta resolver o sistema:

\[\begin{matrix} x+y+z = 1 \cr y - z = 2 \end{matrix}\]

Como este sistema possui três variáveis e duas equações lineares, ele possui infinitas soluções. Somando membro a membro as equações acima, obtemos \(x+2z=3\), de onde segue que \(x=-2y+3\). Se \(y=1\), segue que \(x=1\) e \(z=3\) e geramos um \(v=(1,1,3)\in R^3\) com a propriedade desejada.

Também podemos resolver este problema da seguinte forma: Como \(x=-2y+3\) e \(y=z+2\), escrevemos \(x\) em função de \(z\) para obter \(x=-2z-1\), logo, \((x,y,z)=(-2z-1,z+2,z)\).

Tomando \(z=t\), podemos escrever as equações paramétricas da reta que tem a direção do vetor \(v=(-2,1,1)\) e que passa pelo ponto \(P_0=(-1,2,0)\).

\[x(t)=-2t-1, \quad y(t)=t+2, \quad z(t)=t\]

Ainda podemos escrever \((x,y,z)=(3-2y,y,y-2)\).

Exercício 2: Obter expressão geral da transformação linear \(T:R^3\to R^2\) tal que \(T(1,0,0)=(1,0)\), \(T(1,1,0)=(2,3)\) e \(T(1,1,1)=(4,7)\).

Para resolver este problema escrevemos o vetor \(v=(x,y,z)\) como combinação linear dos elementos da base \(B=\{(1,0,0),(1,1,0),(1,1,1)\}\) para obter

\begin{align} (x,y,z) &= a(1,0,0) + b(1,1,0) + c(1,1,1) \cr &= (a,0,0) + (b,b,0) + (c,c,c) \cr &= (a+b+c,b+c,c) \end{align}

Assim, \(x=a+b+c\), \(y=b+c\) e \(z=c\) e desse modo:

\begin{align} T(x,y,z) &= T[x(1,0,0) + y(1,1,0) + z(1,1,1)] \cr &= T[x(1,0,0)] + T[y(1,1,0)] + T[z(1,1,1)] \cr &= x T(1,0,0) + y T(1,1,0) + z T(1,1,1) \cr &= x(1,0) + y(2,3) + z(4,7) \cr &= (x+2y+4z,x+3y+7z) \end{align}

2 Referências bibliográficas

  1. Boyer,Carl Boyer. História da Matemática,Editora Edgard Blücher, São Paulo. Pag.424-427. 1974.
  2. Howard Eves. Introdução à História da Matemática. Tradução de Hygino H. Domingues. 3a. ed. Campinas-SP: Editora da UNICAMP. Pag.552-556. 2002.