Alguns Problemas e Exames Resolvidos de´Algebra Linear

Resolução: (a) Comece por notar que, por definição, 0 é valor próprio de A sse 0 é raiz do polinómio
característico p(λ) = det(A − λI), i.e. 0 = p(0) = det(A − 0I) = det(A). Pelo que 0 é valor próprio de A
sse det A = 0, ou seja sse A não é invertível. Conclusão: A invertível sse p(0) = 0.
(b) Seja λ valor próprio de A. Por (a), λ = 0. Vamos agora provar que 1/λ é valor próprio de A −1 .
Usando propriedades dos determinantes temos:
det(A −1 − 1
λ I) = det(A−1 − 1
λ A−1 A) = det(A −1 ) det(I − 1
λ A) = det(A−1 ) det( 1 1
λI − A) =
λ λ
det(A −1
−1
n −1
) det (A − λI) = det A
λ λ
−1 det(A − λI),
pelo que λn det(A) det(A−1 − 1/λI) = (−1) n det(A − λI). Portanto λ é valor próprio de A sse 1/λ é valor
próprio de A−1 .
Seja v um vector próprio de A associado a um valor próprio λ. Portanto Av = λv por definição. Aplicando
a inversa de A em ambos os membros desta igualdade obtemos A−1Av = λA−1v, logo v = λA−1v. Portanto A−1v = 1
λv. Assim concluimos que v também é vector próprio de A−1 associado ao valor
próprio 1/λ.
1.11 Prove que A =
2 3
0 2
não é diagonalizável.
Resolução: O polinómio característico de A é
p(λ) = det(A − λI) = det
2 − λ 3
0 2 − λ
= (2 − λ) 2 ,
pelo que A tem λ = 2 como único valor próprio (com multiplicidade algébrica dupla). O respectivo espaço
próprio E(2) = Nuc
0
0
3
0
cuja base é formada por um só vector e1 = (1, 0). Como a multiplicidade
geométrica deste valor próprio λ = 2 não é igual à sua multiplicidade algébrica, conclui-se de imediato
que a matriz A não é diagonalizável.
⎡
1
⎢
1.12 Para cada α ∈ R, seja Aα = ⎣ 2
2
1
0
0
⎤
⎥
⎦.
0 0 α
(a) Encontre os valores próprios de Aα e respectivas multiplicidades algébricas. Diga, quando Aα é
invertível e nesse(s) caso(s), calcule os valores próprios de A−1 α .
(b) Determine base para cada espaço próprio E(λ) de Aα.
(c) Prove que Aα é diagonalizável para qualquer α, e encontre uma matriz mudança de base Sα e matriz
diagonal Dα tal que Aα = S−1 α DαSα.
(d) Faça a alínea anterior usando a matriz A−1 α (sempre que A−1 α exista).
(e) Prove que 〈u, v〉 = uAαvt não mune R3 com um produto interno (para todo o α).
Resolução: (a) O polinómio característico de Aα é (usando a regra de Laplace):
⎡
1 − λ
⎢
p(λ) = det(A − λI) = det ⎣ 2
2
1 − λ
0
0
⎤
⎥
⎦ = (1 − λ)
0 0 α − λ
2
− 4 (α − λ) = (λ + 1)(λ − 3)(α − λ),
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