PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 5 (Matemática) da 2ª fase do IME 2022
Considere o sistema a seguir:
Determine o menor valor da constante real k que torna o sistema indeterminado. Para esse valor de k, encontre a solução x, y, z do sistema acima que minimiza o valor de (x - z)^2 + e^{x+y} - 4|x| - 2y.
Reportar erro na questão
Resolução comentada
a) Passando tudo para o lado esquerdo, o sistema fica homogêneo:
Um sistema homogêneo é indeterminado quando o determinante da matriz dos coeficientes é zero. Desenvolvendo pela primeira linha:
Como k=1 é raiz, fatoramos: D=(k-1)(k-3)(k+2). As raízes são -2, 1 e 3, e o menor valor é k=-2.
k=-2
b) Com k=-2, o sistema é:
- Subtraindo a 2ª equação da 1ª: 5y-5z=0, logo y=z.
- Na 3ª equação: 2x+2y=0, logo x=-y.
- A 1ª equação confere: -3y+4y-y=0.
Tomando y=t, as soluções são (x,y,z)=(-t,\,t,\,t), com t\in\mathbb{R}.
Substituindo na expressão: x-z=-2t e x+y=0. Então:
Caso t\ge 0: f=4t^2-6t+1. O vértice está em t=\tfrac34, que é válido, e f\left(\tfrac34\right)=\tfrac94-\tfrac92+1=-\tfrac54.
Caso t<0: f=4t^2+2t+1. O vértice está em t=-\tfrac14, e f\left(-\tfrac14\right)=\tfrac34.
Como -\tfrac54<\tfrac34, o mínimo global ocorre em t=\tfrac34. Logo x=-\tfrac34, y=\tfrac34, z=\tfrac34, e o valor mínimo da expressão é -\tfrac54.
(x,y,z)=\left(-\tfrac34,\ \tfrac34,\ \tfrac34\right)
Assuntos: Sistemas lineares, Inequações e desigualdades.
Reportar erro na resolução
Ver como caiu na prova
Fonte: IME 2ª fase 2022 · Matemática. Prova oficial ↗