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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 11 (Matemática) do ITA 2014

Matemática · Matemática: Sistemas lineares

Texto-base das questões 01 a 20 · Matemática

\mathbb{N} : conjunto dos números naturais; \mathbb{N} = \{1, 2, 3, \ldots\}

\mathbb{Z} : conjunto dos números inteiros

\mathbb{Q} : conjunto dos números racionais

\mathbb{R} : conjunto dos números reais

\mathbb{C} : conjunto dos números complexos

i : unidade imaginária: i^2 = -1

|z| : módulo do número z \in \mathbb{C}

\overline{z} : conjugado do número z \in \mathbb{C}

\text{Re}(z) : parte real do número z \in \mathbb{C}

\det A : determinante da matriz A

A^t : transposta da matriz A

\mathcal{P}(A) : conjunto de todos os subconjuntos do conjunto A

n(A) : número de elementos do conjunto finito A

P(A) : probabilidade de ocorrência do evento A

f \circ g : função composta das funções f e g

[a, b] = \{x \in \mathbb{R};\ a \le x \le b\}

[a, b[ = \{x \in \mathbb{R};\ a \le x < b\}

]a, b] = \{x \in \mathbb{R};\ a < x \le b\}

]a, b[ = \{x \in \mathbb{R};\ a < x < b\}

A \setminus B = \{x;\ x \in A\text{ e } x \notin B\}

\displaystyle\sum_{n=1}^{k} a_n = a_1 + a_2 + \ldots + a_k,\ k \in \mathbb{N}

Observação: Os sistemas de coordenadas considerados são cartesianos retangulares.

Considere a equação A(t)X = B(t), t \in \mathbb{R}, em que A(t) = \begin{bmatrix} 2e^{-2t} & -e^{2t} & -1 \\ -1 & 1 & 1 \\ -3 & 1 & 2 \end{bmatrix}, X = \begin{bmatrix} x \\ y \\ z \end{bmatrix} e B(t) = \begin{bmatrix} e^t \\ -\sqrt{2} \\ 0 \end{bmatrix}. Sabendo que \det A(t) = 1 e t \neq 0, os valores de x, y e z são, respectivamente,

  1. A
    2\sqrt{2}, 0, -3\sqrt{2}.
  2. B
    -2\sqrt{2}, 0, -3\sqrt{2}.
  3. C
    0, 3\sqrt{2}, 2\sqrt{2}.
  4. D
    0, 2\sqrt{3}, \sqrt{3}.
  5. E
    2\sqrt{3}, -\sqrt{3}, 0.
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Resolução comentada

A condição \det A(t)=1 serve para descobrir t. Depois resolvemos o sistema.

  1. Calculando o determinante pela primeira linha: \det A = 2e^{-2t}(2-1) + e^{2t}(-2+3) - (-1+3) = 2e^{-2t}+e^{2t}-2.
  2. Igualando a 1 e chamando u=e^{2t}: \dfrac{2}{u}+u=3, ou seja, u^2-3u+2=0, o que dá u=1 ou u=2.
  3. Como t\neq 0, u=1 não serve. Logo e^{2t}=2, e^{-2t}=\tfrac12 e e^t=\sqrt2.
  4. Substituindo, o sistema fica:
\begin{cases} x-2y-z=\sqrt2\\ -x+y+z=-\sqrt2\\ -3x+y+2z=0\end{cases}
  1. Somando as duas primeiras equações: -y=0, então y=0.
  2. Com y=0, a primeira equação dá x-z=\sqrt2 e a terceira dá -3x+2z=0, ou seja, z=\tfrac{3x}{2}.
  3. Então x-\tfrac{3x}{2}=\sqrt2, o que dá x=-2\sqrt2 e z=-3\sqrt2.

Conferindo na segunda equação: 2\sqrt2+0-3\sqrt2=-\sqrt2 ✓.

Alternativa B.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ATem os sinais de x errados; x=2\sqrt2 não satisfaz x-z=\sqrt2 junto com z=-3\sqrt2.
  • CDá y\neq0, mas a soma das duas primeiras equações força y=0.
  • DDá y\neq0 e valores com \sqrt3, que não satisfazem o sistema.
  • EDá y\neq0 e z=0, o que não satisfaz o sistema.

Assuntos: Sistemas lineares, Função exponencial.

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Fonte: ITA 2014 · Matemática. Prova oficial ↗