O método de eliminação de Gauss-Jordan

0
209

Introdução

O método de eliminação de Gauss-Jordan é uma técnica utilizada para resolver sistemas de equações lineares. Ele é uma extensão do método de eliminação de Gauss, no qual são realizadas operações elementares em uma matriz aumentada para transformá-la em uma forma escalonada reduzida.

A principal ideia do método de Gauss-Jordan é transformar a matriz aumentada do sistema em uma matriz escalonada reduzida, na qual todos os elementos abaixo e acima dos pivôs (elementos não nulos mais à esquerda de cada linha) são zeros. Isso nos permite obter a solução directa do sistema de equações, sem a necessidade de substituição.

O método de Gauss-Jordan envolve os seguintes passos:

  1. Escrever a matriz aumentada: A matriz aumentada é formada pela combinação da matriz dos coeficientes das variáveis e o vector das constantes do sistema de equações.
  2. Escolher o pivô inicial: O pivô inicial é o elemento não nulo mais à esquerda da matriz. Geralmente, escolhe-se o elemento com o maior valor absoluto para minimizar erros de arredondamento.
  3. Realizar operações elementares: Através de operações elementares, como multiplicação de linhas por um factor e soma/subtracção de linhas, transformamos os elementos abaixo e acima do pivô em zero.
  4. Escolher o próximo pivô: Após a eliminação dos elementos abaixo do pivô atual, escolhemos o próximo pivô entre os elementos não nulos mais à esquerda da matriz.
  5. Repetir as operações elementares: Realizamos novamente as operações elementares para transformar os elementos abaixo e acima do novo pivô em zero.
  6. Repetir os passos 4 e 5: Escolhemos o próximo pivô e realizamos as operações elementares até obter a forma escalonada reduzida.
  7. Ler a solução: Após obter a forma escalonada reduzida, as variáveis desconhecidas podem ser facilmente lidas na matriz. O método de Gauss-Jordan é eficiente e permite obter a solução do sistema de equações de forma directa, evitando etapas adicionais de substituição. No entanto, é importante ter cuidado com erros de arredondamento durante as operações elementares, especialmente em matrizes de grande dimensão.

Método de Eliminação de Gauss Jordan

O método de eliminação de Gauss-Jordan é uma técnica amplamente utilizada para resolver sistemas de equações lineares. Ele envolve a transformação de uma matriz aumentada do sistema em uma forma escalonada reduzida por meio de operações elementares. Vou explicar o método passo a passo e fornecer um exemplo para ilustrar.

Passo 1: Escreva a matriz aumentada

Considere um sistema de equações lineares na forma matricial Ax = b, onde A é a matriz dos coeficientes das variáveis, x é o vector de variáveis desconhecidas e b é o vector de constantes. A matriz aumentada é formada pela combinação de A e b. Por exemplo, para o sistema:

 

2x + y - z = 5

x - 3y + 2z = -4

3x + 2y - 6z = 0

 

A matriz aumentada seria:

 

[  2   1  -1  |  5 ]

[  1  -3   2  | -4 ]

[  3   2  -6  |  0 ]

 

Passo 2: Pivô inicial

Escolha o elemento não nulo mais à esquerda da matriz como o pivô inicial. Nesse caso, escolhemos o 2 na primeira linha, primeira coluna como pivô.

Passo 3: Operações elementares

Agora, realizamos operações elementares para transformar os elementos abaixo e acima do pivô em zero. Vamos fazer com que os elementos abaixo do pivô sejam zero:

 

- Multiplique a primeira linha por um factor necessário para tornar o elemento abaixo do pivô igual a zero. Nesse caso, multiplicamos a primeira linha por -1.

 

[  -2  -1   1  |  -5 ]

[   1  -3   2  |  -4 ]

[   3   2  -6  |   0 ]

 

- Some a primeira linha às outras linhas multiplicadas pelos factores necessários para tornar os elementos abaixo do pivô igual a zero. Nesse caso, somamos a primeira linha multiplicada por -1 à segunda linha, e somamos a primeira linha multiplicada por -3 à terceira linha.

 

[  -2  -1   1  |  -5 ]

[   0  -4   3  |  -9 ]

[   0   1  -3  |  15 ]

 

Passo 4: Novo pivô

Escolha o próximo pivô, que é o elemento não nulo mais à esquerda da segunda linha. Nesse caso, escolhemos -4 como o novo pivô.

 

 

Passo 5: Operações elementares

Realize operações elementares para transformar os elementos abaixo e acima do novo pivô em zero. Vamos fazer com que o elemento acima do novo pivô seja zero:

- Multiplique a segunda linha por um factor necessário para tornar o elemento acima do pivô igual a zero. Nesse caso, multiplicamos a segunda linha por -1/4.

[  -2  -1   1  |  -5 ]

[   0   1  -3  |  15 ]

[   0   1  -3  |  15 ]

- Some a segunda linha à primeira linha multiplicada pelo factor necessário para tornar o elemento acima do pivô igual.

 Exemplos resolvidos utilizando o método de Gauss-Jordan:

Exemplo 1:

Resolva o sistema de equações lineares utilizando o método de Gauss-Jordan:

2x + 3y = 11

4x - y = 5

Solução:

Passo 1: Matriz aumentada:

[ 2   3  |  11 ]

[ 4  -1  |   5 ]

Passo 2: Pivô inicial:

Escolhemos o 2 na primeira linha, primeira coluna como pivô.

Passo 3: Operações elementares:

- Multiplicamos a primeira linha por -2 e somamos à segunda linha.

[  2   3  |  11 ]

[  0  -7  | -17 ]

Passo 4: Novo pivô:

Escolhemos -7 como o novo pivô.

Passo 5: Operações elementares:

- Multiplicamos a segunda linha por -1/7.

[  2   3  |  11 ]

[  0   1  |   2 ]

- Multiplicamos a segunda linha por -3 e somamos à primeira linha.

[  2   0  |   5 ]

[  0   1  |   2 ]

Passo 6: Nova forma escalonada reduzida:

[  x   0  |   5/2 ]

[  0   y  |   2   ]

A solução é x = 5/2 e y = 2.

Exemplo 2:

Resolva o sistema de equações lineares utilizando o método de Gauss-Jordan:

x + 2y - z = 4

2x + y + z = 1

3x - y + 3z = 9

Solução:

Passo 1: Matriz aumentada:

[ 1   2  -1  |  4 ]

[ 2   1   1  |  1 ]

[ 3  -1   3  |  9 ]

Passo 2: Pivô inicial:

Escolhemos 1 como o pivô.

Passo 3: Operações elementares:

- Multiplicamos a primeira linha por -2 e somamos à segunda linha.

- Multiplicamos a primeira linha por -3 e somamos à terceira linha.

[ 1   2  -1  |  4 ]

[ 0  -3   3  | -7 ]

[ 0  -7   6  | -3 ]

Passo 4: Novo pivô:

Escolhemos -3 como o novo pivô.

Passo 5: Operações elementares:

- Multiplicamos a segunda linha por -1/3.

[ 1   2  -1  |  4 ]

[ 0   1  -1  |  7/3 ]

[ 0  -7   6  | -3 ]

- Multiplicamos a segunda linha por -2 e somamos à primeira linha.

[ 1   0   1  | 10/3 ]

[ 0   1  -1  |  7/3 ]

[ 0  -7   6  | -3 ]

Passo 6: Nova forma escalonada reduzida:

[  x   0   z  | 10/3 ]

[  0   y ]

Conclusão

O método de eliminação de Gauss-Jordan é uma técnica poderosa para resolver sistemas de equações lineares de forma eficiente e direta. Ao aplicar operações elementares em uma matriz aumentada, é possível obter uma forma escalonada reduzida, na qual a solução do sistema pode ser prontamente lida.

Uma das principais vantagens do método de Gauss-Jordan é que ele elimina a necessidade de retro substituição, que é comummente usada em outros métodos de resolução de sistemas lineares. Isso torna o processo mais simplificado e menos susceptível a erros de cálculo.

Outra vantagem do método é que ele permite identificar rapidamente sistemas de equações inconsistentes ou com infinitas soluções. Isso pode ser observado quando a forma escalonada reduzida resulta em uma linha de zeros com um termo não nulo na coluna das constantes.

No entanto, é importante lembrar que o método de Gauss-Jordan pode ser sensível a erros de arredondamento, principalmente em sistemas de equações com coeficientes muito grandes ou próximos de zero. Portanto, é fundamental utilizar técnicas de arredondamento apropriadas para evitar a amplificação desses erros.

Em resumo, o método de Gauss-Jordan é uma ferramenta valiosa para resolver sistemas de equações lineares de forma direta e eficiente. Ao realizar as operações elementares, ele nos permite obter a solução do sistema e identificar casos especiais, como sistemas inconsistentes ou com infinitas soluções. No entanto, é necessário ter cautela em relação aos erros de arredondamento para obter resultados precisos.

 

Referencias Bibliográficas

LAY, David C. Álgebra linear e suas aplicações. 2. ed. [S.l]:LTC, [200-?]

POOLE, David. Álgebra linear. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2004.

STEVE, Leon J. Álgebra linear com aplicações. 4. ed. [S.l.]: LTC, [200-?].

AVRITZER, D. Geometria Analítica e Álgebra Linear: uma visão geométrica. Tomos I e II.

Editora UFMG: Belo Horizonte, 2009. [2] Bueno, H. Álgebra Linear – um segundo curso.

Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Matemática, 2006. [3] SANTOS, R. J. Um curso

de Geometria Analítica e Álgebra Linear. Belo Horizonte: Imprensa Universitária da UFMG, 2007. [4] SANTOS, R. J. Introdução à Álgebra Linear. Belo Horizonte: Imprensa

Universitária da UFMG, 2008. [5] SANTOS, R. J. Álgebra Linear e aplicações. Belo Horizonte: Imprensa Universitária da UFMG, 2020.

Cerca
Sponsorizzato
💸 Queres levantar dinheiro do PayPal no M-Pesa? Faz já a troca na TrocaPay: 879369395 ⚡ Simples, rápido e seguro!
Categorie
Leggi tutto
História
Assedio Sexual na escolas
  Assédio  É toda qualquer conduta abusiva, gesto, palavras,...
By Daniel Ngovene 2022-06-21 15:17:52 0 170
Biologia
Os processos da fotossíntese nas plantas
O termo fotossíntese significa síntese pela luz, sendo o processo pelo qual...
By Daniel Ngovene 2022-07-06 21:31:41 0 144
Perguntas
Os sistemas geomorfológicos não actuam de forma isolada, mas funcionam dentro de um
Os sistemas geomorfológicos não actuam de forma isolada, mas funcionam dentro de...
By FiloSchool Lda 2023-11-04 09:16:16 0 172
História
A crise do colonialismo português em Moçambique
A luta anticolonial Em 1752, Portugal declara Moçambique uma colónia e tem o...
By Daniel Ngovene 2022-07-08 12:12:31 0 180