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Exercícios sobre Algebra Linear e Geometria Analítica - 2019, Exercícios de Geometria Analítica e Álgebra Linear

Documento contendo exercícios resolvidos sobre mudanças de coordenadas, subespaços vetoriais e matrizes representativas de operadores lineares em espaços vetoriais de dimensões 2 e 3.

Tipologia: Exercícios

2020

Compartilhado em 04/01/2020

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Algebra Linear e Geometria Anal´ıtica - 2019
Exerc´ıcios 10 mudan¸cas de coordenadas, subespa¸cos vetoriais
1) Determine a matriz Mβ,β (T) do operador linear T(x, y ) = (x+ 2y, 3x) em cada uma das bases β
abaixo.
(a) β= [v1= (1,1), v2= (1,1)];
(b) β= [v1= (1,0), v2= (1,2)];
(c) β= [v1= (1,1), v2= (2,3)].
2) Determine a matriz Mβ (T) do operador linear T(x, y , z) = (x+ 2y, 3x, z) em cada uma das bases β
abaixo.
(a) β= [v1= (1,1,0), v2= (1,1,0), v3= (0,0,1)];
(b) β= [v1= (1,1,0), v2= (2,3,0), v3= (0,0,1)].
3) Determine a matriz Mββ0que transforma coordenadas na base βem coordenadas na base β0e a matriz
Mβ0βque transforma coordenadas na base β0em coordenadas na base β.
(a) βa base canˆonica de R2β0= [v1= (1,1), v2= (1,1)];
(b) β= [v1= (1,0), v2= (1,2)] β0= [v1= (1,1), v2= (1,1)];
(c) β= [v1= (1,1), v2= (2,3)]. β0= [v1= (1,1), v2= (1,1)];
(d) β0a base canˆonica de R3β0= [v1= (1,1,0), v2= (1,1,0), v3= (0,0,1)];
(e) β= [v1= (1,1,0), v2= (2,3,0), v3= (0,0,1)] β= [v1= (1,1,0), v2= (1,1,0), v3= (0,0,1)].
4) Quais dos seguintes conjuntos de vetores u= (x,y , z) ao subespa¸cos vetoriais de R3?
(a) todos os utais que x0;
(b) todos os utais que x+ 3y=z;
(c) todos os utais que y=x2;
(d) todos os utais que xz = 0;
(e) todos os utais que x+z=yz.
5) O vetor u= (3,1,7) est´a no subespa¸co vetorial de R3gerado por (2,1,3) e (1,1,1)?
O vetor w= (3,1,0,1) est´a no subespa¸co vetorial de R4gerado por (2,1,3,2), (1,1,1,3) e
(1,1,9,5)?
6) Encontre uma base para cada um dos seguintes subespa¸cos vetoriais Vde R3e indique a sua di-
mens˜ao:
(a) V=h(1,1,0),(0,1,1)i;
(b) V=h(1,2,8),(2,4,16)i;
(c) V=h(1,1,2),(0,1,1),(1.1.4)i;
(d) V={(a+b, b +c, 2a+bc) ; a, b, c R};
(e) V={(x, y, z)R3;x+y+z= 0};
(f) V={(x, y , z)R3;x+y2z= 0 e x=z};
7) Determine o ucleo e a imagem de cada uma das transforma¸oes lineares seguintes:
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Algebra Linear e Geometria Anal´´ ıtica - 2019 Exerc´ıcios 10 — mudan¸cas de coordenadas, subespa¸cos vetoriais

  1. Determine a matriz Mβ,β (T ) do operador linear T (x, y) = (−x + 2y, 3 x) em cada uma das bases β abaixo. (a) β = [v 1 = (1, 1), v 2 = (1, −1)]; (b) β = [v 1 = (1, 0), v 2 = (− 1 , 2)]; (c) β = [v 1 = (− 1 , 1), v 2 = (2, 3)].

  2. Determine a matriz Mβ,β (T ) do operador linear T (x, y, z) = (−x + 2y, 3 x, z) em cada uma das bases β abaixo. (a) β = [v 1 = (1, 1 , 0), v 2 = (1, − 1 , 0), v 3 = (0, 0 , 1)]; (b) β = [v 1 = (− 1 , 1 , 0), v 2 = (2, 3 , 0), v 3 = (0, 0 , 1)].

  3. Determine a matriz Mβ→β′ que transforma coordenadas na base β em coordenadas na base β′^ e a matriz Mβ′→β que transforma coordenadas na base β′^ em coordenadas na base β. (a) β a base canˆonica de R^2 β′^ = [v 1 = (1, 1), v 2 = (1, −1)]; (b) β = [v 1 = (1, 0), v 2 = (− 1 , 2)] β′^ = [v 1 = (1, 1), v 2 = (1, −1)]; (c) β = [v 1 = (− 1 , 1), v 2 = (2, 3)]. β′^ = [v 1 = (1, 1), v 2 = (1, −1)]; (d) β′^ a base canˆonica de R^3 β′^ = [v 1 = (1, 1 , 0), v 2 = (1, − 1 , 0), v 3 = (0, 0 , 1)]; (e) β = [v 1 = (− 1 , 1 , 0), v 2 = (2, 3 , 0), v 3 = (0, 0 , 1)] β = [v 1 = (1, 1 , 0), v 2 = (1, − 1 , 0), v 3 = (0, 0 , 1)].

  4. Quais dos seguintes conjuntos de vetores u = (x, y, z) s˜ao subespa¸cos vetoriais de R^3? (a) todos os u tais que x ≥ 0; (b) todos os u tais que x + 3y = z; (c) todos os u tais que y = x^2 ; (d) todos os u tais que xz = 0; (e) todos os u tais que x + z = y − z.

  5. O vetor u = (3, − 1 , 7) est´a no subespa¸co vetorial de R^3 gerado por (2, − 1 , 3) e (− 1 , 1 , 1)? O vetor w = (3, − 1 , 0 , −1) est´a no subespa¸co vetorial de R^4 gerado por (2, − 1 , 3 , 2), (− 1 , 1 , 1 , −3) e (1, 1 , 9 , −5)?

  6. Encontre uma base para cada um dos seguintes subespa¸cos vetoriais V de R^3 e indique a sua di- mens˜ao: (a) V = 〈(1, 1 , 0), (0, 1 , 1)〉; (b) V = 〈(1, 2 , 8), (2, 4 , 16)〉; (c) V = 〈(1, 1 , 2), (0, 1 , 1), (1. 1 .4)〉; (d) V = {(a + b, b + c, 2 a + b − c) ; a, b, c ∈ R}; (e) V = {(x, y, z) ∈ R^3 ; x + y + z = 0}; (f) V = {(x, y, z) ∈ R^3 ; x + y − 2 z = 0 e x = z};

  7. Determine o n´ucleo e a imagem de cada uma das transforma¸c˜oes lineares seguintes: 1

2 (a) L : R^3 −→ R^2 L(a, b, c) = (2a − b, a − 3 b + c) (b) L : R^2 −→ R^3 L(a, b) = (b, 2 b − a, 6 b − 3 a) (c) L : R^2 −→ R L(a, b) = a − b (d) L : R^3 −→ R^2 L(a, b, c) = (3a − 2 b, 2 a − 2 b + 2c) (e) L : R^3 −→ R^2 L(a, b, c) = (a − b − c, a + b + c) (f) L : R^3 −→ R^3 L(a, b, c) = (2a − b, b + 2c, a − c)

  1. Determine a dimens˜ao e uma base do n´ucleo e da imagem das transforma¸c˜oes lineares seguintes: (a) L : R^3 −→ R^2 L(a, b, c) = (2a − b, a + c) (b) L : R^4 −→ R^3 L(a, b, c, d) = (2a − b, a + c, a + c + d) (c) L : R^2 −→ R^3 L(a, b) = (a + b, 2 b − a, 4 b) (d) L : R^3 −→ R^3 L(a, b, c) = (b, 2 b − c, 4 a + b)

  2. Determine, caso exista, uma transforma¸c˜ao linear L nas condi¸c˜oes seguintes: (a) ker(L) = {(x, y) ∈ R^2 : x^2 − y^2 = 0}; (b) L : R^2 −→ R^2 tal que ker(L) = Im(L); (c) L : R^3 −→ R^3 tal que ker(L) = Im(L); (d) L : R^3 −→ R^3 tal que ker(L) ⊂ Im(L); (e) L : R^3 −→ R^3 tal que Im(L) ⊂ ker(L); (f) L : R^4 −→ R^2 tal que dim(ker(L)) = 1; (g) L : R^3 −→ R^3 tal que ker(L) = {(x, y, z) ∈ R^3 : x = 2y − z e x = y + z} e Im(L) = {(x, y, z) ∈ R^3 : 2x − y + 3z = 0} ; (h) L : R^2 −→ R^3 tal que ker(L) = {(x, y) ∈ R^2 : x = 2y} e Im(L) = {(x, y, z) ∈ R^3 : x + 3y − 2 z = 0}; (i) L : R^3 −→ R^3 tal que ker(L) = {(x, y, z) ∈ R^3 : x+y = 0} e Im(L) = {(x, y, z) ∈ R^3 : 2x−y+3z = 0}; (j) L : R^3 −→ R^3 tal que ker(L) = {(x, y, z) ∈ R^3 : x = y = z} e Im(L) = 〈(1, 0 , 0), (1, 1 , 1)〉.

  3. Mostre que para N ∈ Rn^ o conjunto N ⊥^ = {X ∈ Rn^ : X · N = 0} ´e um subespa¸co vetorial de Rn. Qual ´e a dimens˜ao de N ⊥?

  4. Suponha que L : Rn^ −→ Rm^ seja uma transforma¸c˜ao linear tal que sempre que L(u) = L(v) para u, v ∈ Rn^ ent˜ao u = v (isto ´e, suponha L injetiva). Mostre que, neste caso, se L(v) = 0 ent˜ao v = 0.

  5. Suponha que L : Rn^ −→ Rm^ seja uma transforma¸c˜ao linear tal que ker(L) = { 0 }. Mostre que, neste caso, sempre que L(u) = L(v) para u, v ∈ Rn^ ent˜ao u = v (isto ´e, mostre que L ´e injetiva).

    • Mostre que se V 1 e V 2 forem subespa¸cos vetoriais de R^3 e se V 1 ∪ V 2 for um subespa¸co vetorial de R^3 ent˜ao ou V 1 ⊆ V 2 ou V 2 ⊆ V 1.