Determinantes

Número associado à matriz quadrada

Calcule determinantes e interprete singularidade.

Conceito e determinantes de ordens 1 e 2

Determinante é um número associado a uma matriz quadrada. Uma matriz m×n com m≠n não possui determinante. A ordem é o número comum de linhas e colunas, e o resultado pode ser positivo, negativo ou zero.

Ordem 1

det[a]=a

Ordem 2

det[ a b ; c d ]=ad−bc

Produto da diagonal principal menos produto da secundária.

No cálculo algébrico, preserve o sinal. O valor absoluto aparece apenas quando a aplicação pede uma medida, como área ou volume.

Ordem 3: Regra de Sarrus

Para A=[a b c; d e f; g h i], repita as duas primeiras colunas, some os três produtos descendentes e subtraia os três ascendentes:

det A=
aei+bfg+cdh
−ceg−bdi−afh

Em [1 2 0; 3 1 1; 2 0 1], os produtos positivos somam 1+4+0=5 e os negativos somam 0+6+0=6; logo det A=−1.

Condição: a Regra de Sarrus vale somente para matrizes 3×3. Não se aplica a matrizes 4×4 ou de outra ordem.

Menores, cofatores e expansão de Laplace

O menor complementar Mᵢⱼ é o determinante obtido ao eliminar a linha i e a coluna j. O cofator é:

Cᵢⱼ=(−1)ⁱ⁺ʲMᵢⱼ

[ + − + ; − + − ; + − + ]

Por uma linha i, det A=aᵢ₁Cᵢ₁+aᵢ₂Cᵢ₂+…+aᵢₙCᵢₙ. Pode-se expandir por qualquer coluna de modo análogo; o resultado é o mesmo. Escolha uma linha ou coluna com muitos zeros.

Em [2 0 1; 0 3 0; 4 0 5], expandir pela segunda linha deixa 3C₂₂. Como C₂₂=det[2 1;4 5]=6, det A=18.

Triangulares, diagonais e operações de linha

Para matriz triangular superior, triangular inferior ou diagonal de ordem n:

det A=a₁₁a₂₂…aₙₙ
det Iₙ=1

Troca de linhas

Trocar duas linhas muda o sinal.

Multiplicação

Multiplicar uma linha por k multiplica o determinante por k.

Soma de múltiplo

Somar a uma linha um múltiplo de outra não altera o determinante.

A página seguinte aprofunda essas propriedades. Aqui, aplique uma operação por vez.

Singularidade, inversa, parâmetros e sistemas

det A≠0 ⇔ A é invertível
det A=0 ⇔ A é singular

Determinante zero ocorre, por exemplo, com linha ou coluna nula, duas linhas iguais ou proporcionais, ou uma linha que seja combinação das outras.

Parâmetro

Para A=[k 1; 2 3], det A=3k−2. A matriz é singular exatamente quando k=2/3.

Sistema quadrado AX=B

Se det A≠0, o sistema possui solução única, isto é, é SPD. Se det A=0, o determinante sozinho não decide entre SPI e SI; é preciso discutir o sistema.

Aplicações geométricas

Paralelogramo

Para vetores (a,b) e (c,d), a área é |det[a b; c d]|.

Triângulo

Área=½|det
[x₁ y₁ 1;
x₂ y₂ 1;
x₃ y₃ 1]|

Três pontos são colineares exatamente quando esse determinante vale zero. Área usa módulo porque não pode ser negativa; o determinante algébrico conserva o sinal.

Pegadinhas e condições

  • Matriz não quadrada não tem determinante.
  • Na ordem 2, use ad−bc, não ac−bd.
  • Não aplique módulo no cálculo algébrico.
  • Sarrus é exclusiva de 3×3.
  • Em cofatores, elimine linha e coluna corretas e respeite os sinais.
  • det A=0 não significa automaticamente SI nem SPI.
  • Em triangular, multiplique a diagonal principal.
  • Em geral, det(A+B)≠det A+det B.
  • Em ordem n, det(kA)=kⁿdet A, pois as n linhas são multiplicadas.
  • Uma troca de linhas muda o sinal.

Questões resolvidas

1. Ordem 2

det[2 3;1 4].

2·4−3·1=8−3.

Determinante: 5.

2. Sarrus

det[1 2 0;3 1 1;2 0 1].

Positivos: 5. Negativos: 6.

det A=5−6=−1.

3. Laplace

det[2 0 1;0 3 0;4 0 5].

Expanda pela segunda linha: 3C₂₂.

C₂₂=10−4=6; det=18.

4. Triangular

Diagonal 2, −1 e 3.

Multiplique a diagonal.

2·(−1)·3=−6.

5. Singularidade

Quando [k 1;2 3] é singular?

det=3k−2.

k=2/3.

6. Sistema

x+y=3; 2x+3y=8.

det[1 1;2 3]=1≠0: SPD.

y=2 e x=1.

7. Área

(0,0), (4,0), (1,3).

O módulo do determinante é 12.

Área=12/2=6.

8. Colinearidade

(1,1), (2,2), (3,3).

O determinante associado vale zero.

Os pontos são colineares.

Exercícios

Fácil

1. det[−7] é:

A) 7B) −7C) 0D) 49
Fácil

2. det[1 2;3 4] é:

A) −2B) 2C) 10D) −10
Médio

3. det[1 2 0;3 1 1;2 0 1] é:

A) 3B) −1C) −3D) 5
Médio

4. Triangular com diagonal 3, −2 e 4:

A) 24B) −8C) 5D) −24
Médio

5. Em [1 2 3;0 4 5;1 0 6], C₁₂ é:

A) −5B) 5C) 24D) −24
Médio

6. Se det A=6, trocar duas linhas produz:

A) 6B) 12C) −6D) 0
Médio

7. [k 1;2 3] é singular quando:

A) k=2/3B) k=3/2C) k=−2/3D) k=0
Médio

8. Área de (0,0), (4,0), (1,3):

A) 12B) 4C) 3D) 6
Difícil

9. [k 1 0;1 k 1;0 1 k] é singular para:

A) só k=0B) k=±1C) k=0 ou k=±√2D) k=±2
Difícil

10. det[1 0 2 0;0 3 0 0;4 0 5 0;0 0 0 2] é:

A) 18B) −9C) 9D) −18

Gabarito comentado:

1-B: ordem 1 conserva o elemento.

2-A: 4−6=−2.

3-B: Sarrus dá 5−6=−1.

4-D: 3·(−2)·4=−24.

5-B: M₁₂=−5 e C₁₂=5.

6-C: uma troca muda o sinal.

7-A: 3k−2=0.

8-D: metade de |12|.

9-C: det=k³−2k=k(k²−2).

10-D: 2·3·(5−8)=−18.

Resumo final

  • Somente matrizes quadradas possuem determinante.
  • Ordem 2: ad−bc; Sarrus apenas em 3×3.
  • Cᵢⱼ=(−1)ⁱ⁺ʲMᵢⱼ e Laplace pode usar qualquer linha ou coluna.
  • Em triangular ou diagonal, multiplique a diagonal.
  • det A≠0 equivale a A invertível; det A=0 exige discussão adicional.
  • Áreas usam valor absoluto.