Prévia do material em textoCurso de Álgebra Linear Abrangência Graduação em Engenharia e Matemática - Professor Responsável Anastassios H. Kambourakis Exercícios de Álgebra Linear - Lista 02 – Espaços vetoriais 1. No conjunto V={x , y / x , y ∈IR}. Definimos as operações de * Adição x1 , y1 + x2 , y2 = x1 + x2 , 0; *Multiplicação kx , y = kx , ky, ∀ k ∈IR. Verificar se, nessas condições, V é um espaço Vetorial. Dizemos que um conjunto V é um espaço vetorial quando neste conjunto vale as oito propriedades, a de adição e a de multiplicação. Adição A1 u+v=v+u x1,y1+x2,y2 = x2,y2+ x1,y1 x1+x2 , 0 = x2+x1 , 0, Vale A1 A2 u+v+w = u+v+w x1,y1+[x2,y2+x3,y3] = [x1,y1+x2,y2]+x3,y3 x1,y1+[x2+x3 , 0] = x1+x2 , 0+x3 , y3 x1+x2+x3 , 0 = x1+x2+x3 , 0, Vale A2 A3 u+0 = u x1,y1+0,0 = x1,y1 x1+0,y1+0 = x1,y1 x1,0 = x1,y1 , não vale A3 A4 u+-u = 0 x1,y1+-x1,-y1 = 0,0 0,0=0,0, Vale A4 Multiplicação M1 λku = λku λ[kx1,y1] = λkx1,y1 λkx1,ky1 = λkx1, λky1 λkx1, λky1 = λkx1, λky1, Vale M1 M2 ku+v = ku+kv K[x1,y1+x2,y2] = kx1,y1+kx2,y2 K[x1+x2 , 0] = kx1,ky1+kx2,ky2 kx1+kx2 , 0 = kx1+kx2 , 0, Vale M2 M3 λ+ku = λu+ku λ+kx1,y1 = λx1,y1+kx1,y1 [λ+kx1,λ+ky1] = λx1, λy1+kx1,ky1 λx1+kx1,λy1+ky1 ≠ λx1+kx1,0, Não vale M3 M4 1u = u 1x1,y1 = x1,y1 x1,y1 = x1,y1 Vale M4 , Para ser um espaço vetorial, é necessário satisfazer as oito propriedades, e como não valem a A3 e M3, não é um espaço vetorial. 2. No conjunto dos pares ordenados de números reais , se definirmos a operação de adição como x1 , y1 + x2 , y2 = x1 + x2 , y1+ y2, e a operação de Multiplicação como kx , y = x , ky, o conjunto V assim definido não é um espaço quais das 8 propriedades não são válidas; Adição A1 u+v=v+u x1,y1+x2,y2 = x2,y2+ x1,y1 x1+x2 , y1+y2 = x2+x1 , y2+y1 , Vale A1 A2 u+v+w = u+v+w x1,y1+[x2,y2+x3,y3] = [x1,y1+x2,y2]+x3,y3 x1,y1+[x2+x3 , y2+y3] = x1+x2 , y1+y2+x3 , y3 x1+x2+x3 , y1+y2+y3 = x1+x2+x3 , y1+y2+y3, Vale A2 A3 u+0 = u x1,y1+0,0 = x1,y1 x1+0,y1+0 = x1,y1 x1,y1 = x1,y1, Vale A3 A4 u+-u = 0 x1,y1+-x1,-y1 = 0,0 0,0=0,0, Vale A4 Multiplicação M1 λku = λku λ[kx1,y1] = λkx1,y1 λx,ky1 = x, λky1 x, λky1 = x, λky1, Vale M1 M2 ku+v = ku+kv K[x1,y1+x2,y2] = kx1,y1+kx2,y2 K[x1+x2 , y1+y2] = x1,ky1+x2,ky2 x1+x2 , ky1+ky2 = x1+x2 , ky1+ky2, Vale M2 M3 λ+ku = λu+ku λ+kx1,y1 = λx1,y1+kx1,y1 [x1,λ+ky1] = x1, y1+x1,ky1 x1,λy1+ky1 ≠ 2x1, λy1+ ky1, Não vale M3 M4 1u = u 1x1,y1 = x1,y1 x1,y1 = x1,y1 , vale M4 Não é um Espaço Vetorial e a propriedade que não vale é a M3. 3. Considerando os Espaços Vetoriais U e V sobre IR, provar que o conjunto W=UxV={u,v / u ∈ U e v ∈ V} é um espaço vetorial em relação às operações; Adição u1 , v1 + u2 , v2 = u1 + u2 , v1 + v2 e Multiplicação ku ,v =ku ,kv. Adição A1 u+v=v+u u1,v1+u2,v2 = u2,v2+ u1,v1 u1+u2 , v1+v2 = u2+u1 , v2+v1 , Vale A1 A2 u+v+w = u+v+w u1,v1+[u2,v2+u3,v3] = [u1,v1+u2,v2]+u3,v3 u1,v1+[u2+u3 , v2+v3] = u1+u2 , v1+v2+u3 , v3 u1+u2+u3 , v1+v2+v3 = u1+u2+u3 , v1+v2+v3, Vale A2 A3 u+0 = u u1,v1+0,0 = u1,v1 u1+0,v1+0 = u1,v1 u1,v1 = u1,v1, Vale A3 A4 u+-u = 0 u1,v1+-u1,-v1 = 0,0 0,0=0,0, Vale A4 Multiplicação M1 λku = λku λ[ku1,v1] = λku1,v1 λku1,kv1 = λku1, λkv1 λku1, λkv1 = λku1, λkv1, Vale M1 M2 ku+v = ku+kv K[u1,v1+u2,v2] = ku1,v1+ku2,v2 K[u1+u2 , v1+v2] = ku1,kv1+ku2,kv2 ku1+ku2 , kv1+kv2 = ku1+ku2 , kv1+kv2, Vale M2 M3 λ+ku = λu+ku λ+ku1,v1 = λu1,v1+ku1,v1 [λ+ku1,λ+kv1] = λu1, λv1+ku1,kv1 λu1+ku1, λv1+kv1 = λu1+ku1, λv1+kv1, Não vale M3 M4 1u = u 1u1,v1 = u1,v1 u1,v1 = u1,v1 , vale M4, portanto é um espaço vetorial. 4. No conjunto dos pares ordenados de números reais, definirmos a operação de adição como x1 , y1 + x2 , y2 = 2x1 –2y1 , -x1+ y1, e a operação de Multiplicação como kx, y = 3ky, -kx. Com estas operações, verificar se V é espaço vetorial sobre IR. Adição A1 u+v=v+u x1,y1+x2,y2 = x2,y2+ x1,y1 2x1+-2y1 , -x1+y1 ≠ 2x2-y2 , -x2+y2 , não vale A1 A2 u+v+w = u+v+w x1,y1+[x2,y2+x3,y3] = [x1,y1+x2,y2]+x3,y3 x1,y1+[2x2+2y2 , -x2+y2] = [2x1-2y1 , -x1+y1]+x3 , y3 2x1-2y1 , -x1+y1 ≠ [2[2x1-2y1-2-x1+y1], não vale A2 A3 u+0 = u x1,y1+0,0 = x1,y1 2x1-2y1 , -x1+y1 ≠ x1,y1, não vale A3 A4 u+-u = 0 x1,y1+-x1,-y1 = 0,0 2x1-2y1 , -x1+y1 ≠ 0,0, não vale A4 Multiplicação M1 λku = λku λ[kx1,y1] = λkx1,y1 3λky1,- λkx1 = 3λky1, -λkx1, Vale M1 M2 ku+v = ku+kv K[x1,y1+x2,y2] = kx1,y1+kx2,y2 K[2x1-2y1 , -x1+y1] = 3ky1,-kx1+3ky2,-kx2 3K-x1+y1 , -k2x1-2y1 ≠ [23ky1-2-kx1 , -3ky1-kx1], não vale M2 M3 λ+ku = λu+ku λ+kx1,y1 = λx1,y1+kx1,y1 [3λ+ky1 , -λ+kx1] = 3λy1, λx1+3ky1 , -kx2 [3λ+ky1 , -λ+kx1] ≠ [23λy1-2-λx1 , -3λky1 –λx1, não vale M3 M4 1u = u 1x1,y1 = x1,y1 3y1,-x1 ≠ x1,y1 , não vale M4 Assim sendo não é um Espaço Vetorial 5. Verificar se são Sub-espaços Vetoriais os seguintes subconjuntos do Espaço Vetorial do IR3 e , em caso negativo, identificar para cada caso, qual item da definição de sub-espaço vetorial não é atendido. Para ser um sub-espaço do R3, devemos ter satisfeitas as seguintes condições i o vetor nulo ∈ IR3, ii o vetor soma u1+u2 de dois vetores de W, ∈ W, iii o vetor obtido pelo produto de um real por um vetor u, ∈ a Uku ,também ∈ W. a W={x, y, z ∈ IR3 / x = 0} i 0=0,0,0 ∈ W ii w1=x1,y1,z1∈ W w1=0,y1,z1 w2=x2,y2,z2∈ W w2=0,y2,z2 w1+w2=0,y1,z1+ 0,y2,z2 = 0, y1+y2 , z1+z2 ∈ W iii kw=k0,y,z=0,ky,kz ∈ W Portanto w é um sub-espaço de R 3 . b W={x, y, z ∈ IR3 / x ∈ Z} i 0=0,0,0 ∈ W ii w1=x1,y1,z1∈ W w1=x1,y1,z1,com x1 ∈ Z w2=x2,y2,z2∈ W w2=x2,y2,z2, com x2 ∈ Z w1+w2= x1,y1,z1+ x2,y2,z2 = x1+x2, y1+y2 , z1+z2, com x1+x2∈ Z, ∈ W iii kw=kx,y,z= kx,ky,kz,não vale pois k∈R e x∈ Z, kx pode w, então w não é um sub-espaço. c W={x, y, z ∈IR3 / y é Irracional} i 0=0,0,0 w, pois y é irracional, então w não é subespaço. d W={x, y, z ∈IR3 / x −3z = 0} i 0=0,0,0 ∈ W, pois 0-30=0, 0=0 ii w1=x1,y1,z1∈ W w1= x1-3z1=0 w2=x2,y2,z2∈ W w2= x2-3z2=0 w1+w2= x1,y1,z1+ x2,y2,z2 = x1+x2, y1+y2 , z1+z2 / x1+x2+-3z1+z2=0 x1+x2+-3z1-3z2=0 x1-3z1+ x2-3z2=0 0+0=0, ∈ W iii kw1=kx,y,z=kx,ky,kz / kx-3kz=0 kx-3z=0 k0=0 0=0, portanto w é um sub-espaço. e W={x, y, z ∈IR3 / a x + b y + c z = 0, com a, b, c ∈ IR} i 0=0,0,0 ∈ W, a0+b0+c0=0 0=0 ii w1=x1,y1,z1∈ W w1= ax1+by1+cz1=0 w2=x2,y2,z2∈ W w2= ax2+by2+cz2=0 w1+w2= x1,y1,z1+ x2,y2,z2 = x1+x2, y1+y2 , z1+z2 / ax1+x2+by1+y2+cz1+z2 =0 ax1+ax2+by1+by2+ cz1+cz2 =0 ax1+by1+cz1+ ax2+by2+cz2=0 0=0, ∈ W iii kw1=kx,y,z=kx,ky,kz /kax+kby+kcz=0 kax+kby+kcz=0 kax+by+cz=0 k0=0 0=0, portanto w é um sub-espaço. f W={x, y, z ∈IR3 / x = 1} i 0=0,0,0 w, pois 1+0+0≠0, então w não é subespaço g W={x, y, z∈ IR3 / x2 + y + z =0} i 0=0,0,0 ∈ W, pois 02+0+0=0 ii w1=x1,y1,z1∈ W w1= x1 2 +y1+z1=0 w2=x2,y2,z2∈ W w2= x2 2 +y2+z2=0 w1+w2= x1,y1,z1+ x2,y2,z2 = x1+x2, y1+y2 , z1+z2 / x1+x2 2 + y1+y2 +z1+z2=0 x1 2 +2 x2 2 + y1+y2 +z1+z2=0 x1 2 +y1+z1+ x2 2 +y2+z2+ w, portanto não é sub-espaço. h W={x, y, z ∈IR3 / x ≤ y ≤ z } i 0=0,0,0 ∈ W, pois 0 0 0 ii w1=x1,y1,z1∈ W x1 y1 z1 w2=x2,y2,z2∈ W x2 y2 z2 w1+w2= x1,y1,z1+ x2,y2,z2 = x1+x2, y1+y2 , z1+z2 / x1+x2 y1+y2 z1+z2 x1+y1+ z1+y2 x2+y2+z2, ∈ W iii kw=kx,y,z=kx,ky,kz/ kx ky kz, w pois nada garante que kx ky kz, pois k é um número real qualquer, portanto w não é um sub-espaço. i W={x, y, z ∈IR3 / x + y ∈ Q} i 0=0,0,0 ∈ W, pois 0+0=0 ∈ Q ii w1=x1,y1,z1∈ W x1+y1 ∈ Q w2=x2,y2,z2∈ W x2+y2 ∈ Q w1+w2= x1,y1,z1+ x2,y2,z2 = x1+x2, y1+y2 , z1+z2/ x1+x2 y1+y2 ∈ Q x1+y1 x2+y2 ∈ Q, ∈ W iii kW=kx,ky,kz/ kx+ky ∈ W kx+y ∈ W, W, pois kx não será necessariamente um número racional. 6. Verificar se é um Espaço Vetorial o conjunto dos vetores W do IR 5 tais que W= { 0, x2 , x3 , x4 , x5 , com xi ∈ IR}. O conjunto w de vetores do R 5 , é um espaço vetorial sobre IR, se estiverem definidas nesse conjunto as seguintes operações fechadas de adição de vetores e multiplicação por um número real. A1 u+v = v+u 0, x2 , x3 , x4 , x5 +0, y2 , y3 , y4 , y5 =0, y2 , y3 , y4 , y5 +0, x2 , x3 , x4 , x5 0, x2 +y2, x3+y3 , x4 + y4 , x5 +y5 = 0, y2 + x2, y3 + x3, y4 + x4, y5 + x5 vale A1 A2 u+v+w=u+v+w 0,x2,x3,x4, x5+[0,y2,y3,y4,y5+0,z2,z3,z4,z5]= [0,x2,x3,x4, x5+0,y2,y3,y4,y5]+0,z2,z3,z4,z5 0,x2,x3,x4 x5+ 0, y2 + z2, y3 + z3, y4 + z4, y5 + z5= 0, x2 +y2, x3+y3 , x4 + y4 , x5 +y5+ 0,z2,z3,z4,z5 0, x2+y2+z2, x3+y3+z3, x4+y4+z4, x5+y5+z5=0, x2+y2+z2, x3+y3+z3, x4+y4+z4, x5+y5+z5 Vale A2 A3u+0=u 0,x2,x3,x4 x5+0,0,0,0,0= 0,x2,x3,x4 x5 0, x2 +0, x3+0 , x4 + 0 , x5 +0 A4u+-u=0 0,x2,x3,x4 x5+ 0,-x2,-x3, ,-x5 =0,x2,x3,x4 x5 0,x2-x2,x3-x3,x4-x4, x5-x5=0,0,0,0,0 valeA4 M1 λku = λku λ [k0,x2,x3,x4 x5] = λk. 0,x2,x3,x4 x5 λ 0,kx2,kx3,k x4,k x5] =0, λkx2, λkx3, λkx4 ,λkx5 0, λkx2, λkx3, λkx4 ,λkx5= 0, λkx2, λkx3, λkx4 ,λkx5 M2 ku+v = ku+kv K[0, x2 , x3 , x4 , x5 +0, y2 , y3 , y4 , y5 ]=K0, x2 , x3 , x4 , x5 +k0, y2 , y3 , y4 , y5 k0, x2 +y2, x3+y3 , x4 + y4 , x5 +y5= 0, kx2, kx3,kx4 ,kx5 +0, ky2 , ky3 ,ky4 , ky5 0, kx2 +ky2, kx3+ky3 , kx4 + ky4 , kx5 +ky5= 0, kx2 +ky2, kx3+ky3 , kx4 + ky4 , kx5 +ky5 Vale M2 M3 λ+ku = λu+ku λ+k. 0,x2,x3,x4 x5 = λ0,x2,x3,x4 x5+k0,x2,x3,x4 x5 0, λ+k. x2, λ+k. x3, λ+k. x4 , λ+k. x5= λ0, λ x2, λ x3, λ x4 ,λ x5+k0, λ x2, λ x3, λ x4 ,λ x5 0, λx2+k x2, λx3+k x3, λx4+k x4, λx5+k x5= 0, λx2+k x2, λx3+k x3, λx4+k x4, λx5+k x5 vale M3 M4 1u = u 10,x2,x3,x4 x5 =0,x2,x3,x4 x5 0,1x2,1x3, 1x4, 1x5 =0,x2,x3,x4 x5 0,x2,x3,x4 x5 =0,x2,x3,x4 x5