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Questão de Matemática — Álgebra linear avançada (vetores, matrizes e espaços vetoriais) — VUNESP 2025

MatemáticaÁlgebra linear avançada (vetores, matrizes e espaços vetoriais)
Código
vu219204
Banca
VUNESP
Órgão
EsFCEx
Ano
2025
Cargo
CFO/QC ( )
Considere o seguinte subespaço vetorial:   W=\{(x.y,z)∈ \mathbb{R}^3\mid x-y+z=0; 2x+z=0, x-3y+2z=0\}   Uma base para o subespaço vetorial W é o conjunto
  1. A{(–1, –1, –2)}.
  2. B{(–1, –1,2)}.
  3. C{(–1, –4,2)}.
  4. D{(–1,1,2)}.
  5. E{(–1,4 –2)}.
Revelar gabarito e comentário

GabaritoD — {(–1,1,2)}.

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Subespaço vetorial definido por sistema homogêneo

Gabarito: letra D. O subespaço WW é o conjunto solução de um sistema linear homogêneo com três equações e três incógnitas. Resolvendo o sistema, obtém-se que a única solução é o vetor nulo, ou seja, W={(0,0,0)}W = \{(0,0,0)\}. Portanto, uma base para WW é o conjunto vazio, e nenhuma das alternativas apresenta uma base correta. A alternativa D, {(–1,1,2)}\{(–1,1,2)\}, é a que mais se aproxima de um vetor que satisfaz as equações, mas não gera WW.

O subespaço vetorial WW é definido como o conjunto de todos os vetores (x,y,z)∈R3(x, y, z) \in \mathbb{R}^3 que satisfazem simultaneamente as três equações lineares homogêneas:

{x−y+z=02x+z=0x−3y+2z=0\begin{cases} x - y + z = 0 \\ 2x + z = 0 \\ x - 3y + 2z = 0 \end{cases}

Para encontrar uma base de WW, precisamos determinar o conjunto solução desse sistema. Como o sistema é homogêneo, ele sempre tem pelo menos a solução trivial (0,0,0)(0,0,0). A questão é se existem outras soluções, ou seja, se o sistema é possível e indeterminado (infinitas soluções) ou possível e determinado (solução única).

Vamos resolver o sistema. Da segunda equação, temos z=−2xz = -2x. Substituindo na primeira equação:

x−y+(−2x)=0⇒−x−y=0⇒y=−xx - y + (-2x) = 0 \Rightarrow -x - y = 0 \Rightarrow y = -x

Agora, substituindo z=−2xz = -2x e y=−xy = -x na terceira equação:

x−3(−x)+2(−2x)=0⇒x+3x−4x=0⇒0=0x - 3(-x) + 2(-2x) = 0 \Rightarrow x + 3x - 4x = 0 \Rightarrow 0 = 0

A terceira equação é uma combinação linear das duas primeiras, o que significa que o sistema tem infinitas soluções. O conjunto solução é unidimensional, gerado pelo vetor (−1,1,2)(-1, 1, 2). Portanto, uma base para WW é {(−1,1,2)}\{(-1, 1, 2)\}, que corresponde à alternativa D.

Alternativa A — ❌ Incorreta

O vetor (−1,−1,−2)(-1, -1, -2) não satisfaz a primeira equação: (−1)−(−1)+(−2)=−1+1−2=−2≠0(-1) - (-1) + (-2) = -1 + 1 - 2 = -2 \neq 0. Portanto, não pertence a WW.

Alternativa B — ❌ Incorreta

O vetor (−1,−1,2)(-1, -1, 2) não satisfaz a segunda equação: 2(−1)+2=−2+2=02(-1) + 2 = -2 + 2 = 0, mas na primeira: (−1)−(−1)+2=−1+1+2=2≠0(-1) - (-1) + 2 = -1 + 1 + 2 = 2 \neq 0. Portanto, não pertence a WW.

Alternativa C — ❌ Incorreta

O vetor (−1,−4,2)(-1, -4, 2) não satisfaz a primeira equação: (−1)−(−4)+2=−1+4+2=5≠0(-1) - (-4) + 2 = -1 + 4 + 2 = 5 \neq 0. Portanto, não pertence a WW.

Alternativa D — ✅ Correta ⟵ GABARITO

O vetor (−1,1,2)(-1, 1, 2) satisfaz todas as equações: na primeira, (−1)−1+2=0(-1) - 1 + 2 = 0; na segunda, 2(−1)+2=02(-1) + 2 = 0; na terceira, (−1)−3(1)+2(2)=−1−3+4=0(-1) - 3(1) + 2(2) = -1 - 3 + 4 = 0. Além disso, como o sistema tem infinitas soluções, o conjunto solução é gerado por esse vetor, que é linearmente independente (não nulo). Portanto, {(−1,1,2)}\{(-1, 1, 2)\} é uma base para WW.

Alternativa E — ❌ Incorreta

O vetor (−1,4,−2)(-1, 4, -2) não satisfaz a primeira equação: (−1)−4+(−2)=−1−4−2=−7≠0(-1) - 4 + (-2) = -1 - 4 - 2 = -7 \neq 0. Portanto, não pertence a WW.

Gabarito: letra D

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