Questão M03 da 2ª fase da FUVEST 2009
Considere o sistema de equações nas variáveis x e y, dado por
Desse modo:
a) Resolva o sistema para m = 1.
b) Determine todos os valores de m para os quais o sistema possui infinitas soluções.
c) Determine todos os valores de m para os quais o sistema admite uma solução da forma (x, y) = (\alpha, 1), sendo \alpha um número irracional.
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Resolução comentada
a) Para m=1 o sistema fica
A primeira equação é o dobro da segunda, então elas são equivalentes e sobra uma só: y=-2x.
O sistema é possível e indeterminado, com soluções (x,y)=(x,-2x), x\in\mathbb{R}.
b) O sistema é homogêneo, então sempre admite (0,0). Ele tem infinitas soluções exatamente quando o determinante dos coeficientes é nulo:
Como m=1 é raiz, fatoramos: m^3-2m+1=(m-1)(m^2+m-1).
A equação m^2+m-1=0 tem raízes m=\dfrac{-1\pm\sqrt5}{2}.
Logo, m=1 ou m=\dfrac{-1\pm\sqrt5}{2}.
c) Substituindo (\alpha,1) nas equações:
- Da primeira: 4\alpha+2m^2=0, logo \alpha=-\dfrac{m^2}{2}.
- Da segunda: 2m\alpha+2m-1=0. Substituindo \alpha: -m^3+2m-1=0, isto é, m^3-2m+1=0.
As raízes são as do item (b): m=1 ou m=\dfrac{-1\pm\sqrt5}{2}.
Agora testamos se \alpha é irracional:
- m=1: \alpha=-\dfrac12, racional. Não serve.
- m=\dfrac{-1+\sqrt5}{2}: m^2=\dfrac{6-2\sqrt5}{4}=\dfrac{3-\sqrt5}{2}, então \alpha=-\dfrac{3-\sqrt5}{4}, irracional. Serve.
- m=\dfrac{-1-\sqrt5}{2}: m^2=\dfrac{3+\sqrt5}{2}, então \alpha=-\dfrac{3+\sqrt5}{4}, irracional. Serve.
Portanto, m=\dfrac{-1\pm\sqrt5}{2}.
Assuntos: sistemas lineares, determinante, números irracionais.
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