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DCC639 · Álgebra Linear Computacional · 2026/2

Multiplicandoe fatorando matrizes

A aula abre relendo o espaço coluna, define independência linear e posto, mostra quatro formas de calcular \(AB\) e termina na primeira fatoração da disciplina: \(A=CR\), com Gauss e Gauss-Jordan como ferramenta.

Aula: A3 Tópicos: 21 P1 · aulas 1–13 Atualizado: 18/08/2026
A3 · 01

Retomada: as duas leituras de \(Ax\)

A aula começa recolocando o produto matriz-vetor nas duas formas vistas antes, porque tudo o que vem depois é releitura delas.

Leitura 1 · produtos internos das linhas $$Ax=\begin{bmatrix}a_{11}&a_{12}&\dots&a_{1n}\\ a_{21}&a_{22}&\dots&a_{2n}\\ \vdots&\vdots&\ddots&\vdots\\ a_{m1}&a_{m2}&\dots&a_{mn}\end{bmatrix}\begin{bmatrix}x_1\\x_2\\ \vdots\\x_n\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}a_{11}x_1+\dots+a_{1n}x_n\\ a_{21}x_1+\dots+a_{2n}x_n\\ \vdots\\ a_{m1}x_1+\dots+a_{mn}x_n\end{bmatrix}$$
Leitura 2 · combinação linear das colunas $$Ax=\begin{bmatrix}|&|&&|\\ A_1&A_2&\dots&A_n\\ |&|&&|\end{bmatrix}\begin{bmatrix}x_1\\ \vdots\\x_n\end{bmatrix}=x_1A_1+\dots+x_nA_n$$

Daí sai a definição de espaço coluna: \(C(A)\) é o conjunto de todas as combinações lineares das colunas de \(A\). Ou, dito de outro jeito, o espaço coluna é o conjunto formado por todos os vetores \(Ax\).

A3 · 02

Exemplo 1 — quando \(C(A)\) é uma reta

Escrever \(Ax\) como combinação linear, dar a base de \(C(A)\) e caracterizar o espaço geometricamente.

Exemplo · slide $$A=\begin{bmatrix}1&3&8\\1&3&8\\1&3&8\end{bmatrix}$$

1. Combinação linear das colunas:

$$Ax=x_1\begin{bmatrix}1\\1\\1\end{bmatrix}+x_2\begin{bmatrix}3\\3\\3\end{bmatrix}+x_3\begin{bmatrix}8\\8\\8\end{bmatrix}$$

2. Descartar as colunas redundantes: a segunda e a terceira são múltiplos da primeira,

$$\begin{bmatrix}3\\3\\3\end{bmatrix}=3\begin{bmatrix}1\\1\\1\end{bmatrix},\qquad \begin{bmatrix}8\\8\\8\end{bmatrix}=8\begin{bmatrix}1\\1\\1\end{bmatrix}$$

então elas não acrescentam nada ao espaço gerado.

3. Base e geometria:

$$C(A)=\mathrm{Span}\left\{\begin{bmatrix}1\\1\\1\end{bmatrix}\right\}$$

\(C(A)\) é a reta que passa pela origem e por \([1,1,1]^T\). As três colunas apontam na mesma direção — só mudam de comprimento.

A3 · 03

Exemplo 2 — quando \(C(A)\) é um plano

Exemplo · slide $$A=\begin{bmatrix}2&1&3\\3&1&4\\5&7&12\end{bmatrix}$$

1. Combinação linear das colunas:

$$Ax=x_1\begin{bmatrix}2\\3\\5\end{bmatrix}+x_2\begin{bmatrix}1\\1\\7\end{bmatrix}+x_3\begin{bmatrix}3\\4\\12\end{bmatrix}$$

2. Procurar redundância: a terceira coluna é a soma das duas primeiras,

$$A_1+A_2=\begin{bmatrix}2\\3\\5\end{bmatrix}+\begin{bmatrix}1\\1\\7\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}3\\4\\12\end{bmatrix}=A_3$$

logo \(A_3\) já está no espaço gerado por \(A_1\) e \(A_2\).

3. Base e geometria:

$$C(A)=\mathrm{Span}\left\{\begin{bmatrix}2\\3\\5\end{bmatrix},\begin{bmatrix}1\\1\\7\end{bmatrix}\right\}$$

\(C(A)\) é o plano formado por \(A_1\) e \(A_2\). Repare que \(A_1\) e \(A_2\) não são paralelos — por isso geram um plano, e não uma reta.

Vale guardarEssa é a matriz que a aula inteira usa: ela volta em L.I., em posto, em \(A=CR\), em Gauss e em Gauss-Jordan. Vale decorar que ela tem duas colunas L.I. e a terceira igual à soma das outras duas.
A3 · 04

Independência linear (L.I.)

Definição

Dado um conjunto finito de vetores \(S=\{x_1,x_2,\dots,x_n\}\in V\) sobre o corpo \(K\), dizemos que \(S\) é linearmente independente (L.I.) se a equação

$$a_1x_1+a_2x_2+\dots+a_nx_n=\mathbf{0}$$

possui somente a solução

$$a_1=a_2=\dots=a_n=0$$

Onde \(\mathbf{0}\) é o elemento neutro de \(V\) e \(a_i\in K\).

A consequência prática, que é o motivo de a aula definir isso aqui: as colunas linearmente independentes de uma matriz formam a base para o espaço coluna.

Exemplo · slide $$A=\begin{bmatrix}2&1&3\\3&1&4\\5&7&12\end{bmatrix}\qquad C(A)=\mathrm{Span}\{[2,3,5]^T,\;[1,1,7]^T\}$$

As duas primeiras colunas são L.I. entre si; a terceira é combinação delas. A base fica com dois vetores.

A3 · 05

Posto (rank) de uma matriz

Definição

O posto (ou rank) de uma matriz \(A\) é o número de colunas (ou linhas) linearmente independentes de \(A\).

ResultadoEnunciado
Teorema do postoo número de colunas L.I. de \(A\) é igual ao número de linhas L.I. de \(A\)
Limite superiorse \(A\) tem tamanho \(m\times n\), então \(\mathrm{posto}(A)\le\min(m,n)\)
Posto completo\(\mathrm{posto}(A)=\min(m,n)\)
Posto de um produto\(\mathrm{posto}(AB)\le\min\big(\mathrm{posto}(A),\mathrm{posto}(B)\big)\)
Exemplo extra · fora do slide

Nas duas matrizes que a aula usa: a do Exemplo 1 tem uma só coluna L.I., logo \(\mathrm{posto}=1\); a do Exemplo 2 tem duas, logo \(\mathrm{posto}=2\). Ambas são \(3\times3\), então nenhuma tem posto completo (que seria 3).

A3 · 06

Multiplicação \(AB\) por produto interno

É a leitura padrão: cada entrada do resultado é o produto interno de uma linha de \(A\) com uma coluna de \(B\).

Visão clássica

Para \(A_{m\times n}\) e \(B_{n\times p}\):

$$AB=\begin{bmatrix}a_{11}&\dots&a_{1n}\\ \vdots&\ddots&\vdots\\ a_{m1}&\dots&a_{mn}\end{bmatrix}\begin{bmatrix}b_{11}&\dots&b_{1p}\\ \vdots&\ddots&\vdots\\ b_{n1}&\dots&b_{np}\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}\mathbf{a}_1^T\mathbf{b}_1&\mathbf{a}_1^T\mathbf{b}_2&\dots&\mathbf{a}_1^T\mathbf{b}_p\\ \mathbf{a}_2^T\mathbf{b}_1&\mathbf{a}_2^T\mathbf{b}_2&\dots&\mathbf{a}_2^T\mathbf{b}_p\\ \vdots&\vdots&\ddots&\vdots\\ \mathbf{a}_m^T\mathbf{b}_1&\mathbf{a}_m^T\mathbf{b}_2&\dots&\mathbf{a}_m^T\mathbf{b}_p\end{bmatrix}$$

onde cada entrada é o produto interno entre a linha \(\mathbf{a}_i^T\) de \(A\) e a coluna \(\mathbf{b}_j\) de \(B\):

$$\mathbf{a}_i^T\cdot\mathbf{b}_j=a_{i1}b_{1j}+a_{i2}b_{2j}+\dots+a_{in}b_{nj}$$
Conferir sempre as dimensõesO \(n\) tem de bater: \(A\) é \(m\times n\), \(B\) é \(n\times p\) e o resultado é \(m\times p\). O \(n\) que aparece nos dois some no produto — é ele que está sendo somado dentro de cada produto interno.
A3 · 07

\(AB\) por concatenação

Se \(Ax\) já é uma operação conhecida, \(AB\) pode ser montada empilhando resultados de \(Ax\) — sem calcular entrada por entrada.

Concatenação horizontal

Uma coluna à direita da outra, dos \(p\) vetores \(A\mathbf{b}_j\):

$$AB=\begin{bmatrix}|&|&&|\\ A\mathbf{b}_1&A\mathbf{b}_2&\dots&A\mathbf{b}_p\\ |&|&&|\end{bmatrix}$$
Concatenação vertical

Uma linha abaixo da outra, dos \(m\) vetores \(\mathbf{a}_i^TB\):

$$AB=\begin{bmatrix}-&\mathbf{a}_1^TB&-\\ -&\mathbf{a}_2^TB&-\\ &\vdots&\\ -&\mathbf{a}_m^TB&-\end{bmatrix}$$
A3 · 08

As duas concatenações num \(2\times2\)

Exemplo · slide

Considere \(A_{2\times2}\) e \(B_{2\times2}\). Pela leitura clássica:

$$AB=\begin{bmatrix}a&b\\c&d\end{bmatrix}\begin{bmatrix}k&l\\m&n\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}ak+bm&al+bn\\ ck+dm&cl+dn\end{bmatrix}$$

Concatenação horizontal — cada coluna do resultado é \(A\) vezes a coluna correspondente de \(B\):

$$AB=\begin{bmatrix}A\begin{bmatrix}k\\m\end{bmatrix}&A\begin{bmatrix}l\\n\end{bmatrix}\end{bmatrix}$$

Concatenação vertical — cada linha do resultado é a linha correspondente de \(A\) vezes \(B\):

$$AB=\begin{bmatrix}\begin{bmatrix}a&b\end{bmatrix}B\\[4pt] \begin{bmatrix}c&d\end{bmatrix}B\end{bmatrix}$$

As três expressões dão a mesma matriz; muda só a ordem em que as contas são feitas.

A3 · 09

Produto externo \(u\otimes v\)

Definição

O produto externo entre dois vetores \(\mathbf{u}\) e \(\mathbf{v}\) é uma matriz:

$$\mathbf{u}\otimes\mathbf{v}=\mathbf{u}\mathbf{v}^T=\begin{bmatrix}u_1\\u_2\\ \vdots\\u_m\end{bmatrix}\begin{bmatrix}v_1&v_2&\dots&v_n\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}u_1v_1&u_1v_2&\dots&u_1v_n\\ u_2v_1&u_2v_2&\dots&u_2v_n\\ \vdots&\vdots&\ddots&\vdots\\ u_mv_1&u_mv_2&\dots&u_mv_n\end{bmatrix}$$

E cada coluna do resultado é o próprio \(\mathbf{u}\) escalado:

$$\mathbf{u}\mathbf{v}^T=\begin{bmatrix}v_1\mathbf{u}&v_2\mathbf{u}&\dots&v_n\mathbf{u}\end{bmatrix}$$
Não confundir com o produto interno\(\mathbf{u}^T\mathbf{v}\) é um número; \(\mathbf{u}\mathbf{v}^T\) é uma matriz \(m\times n\). A posição do \(T\) muda tudo.
A3 · 10

\(AB\) como soma de produtos externos

A quarta forma de multiplicar: em vez de linha contra coluna, coluna de \(A\) contra linha de \(B\).

Definição

Tomando as colunas \(\mathbf{a}_i\) de \(A\) e as linhas \(\mathbf{b}_i^T\) de \(B\):

$$\begin{bmatrix}a_{11}&\dots&a_{1n}\\ \vdots&\ddots&\vdots\\ a_{m1}&\dots&a_{mn}\end{bmatrix}\begin{bmatrix}b_{11}&\dots&b_{1p}\\ \vdots&\ddots&\vdots\\ b_{n1}&\dots&b_{np}\end{bmatrix}=\mathbf{a}_1\mathbf{b}_1^T+\mathbf{a}_2\mathbf{b}_2^T+\dots+\mathbf{a}_n\mathbf{b}_n^T$$

Cada produto externo \(\mathbf{a}_i\mathbf{b}_i^T\) é uma matriz de tamanho \(m\times p\):

$$\underbrace{\big[\;\cdot\;\big]_{m\times p}}_{\mathbf{a}_1\mathbf{b}_1^T}+\underbrace{\big[\;\cdot\;\big]_{m\times p}}_{\mathbf{a}_2\mathbf{b}_2^T}+\dots+\underbrace{\big[\;\cdot\;\big]_{m\times p}}_{\mathbf{a}_n\mathbf{b}_n^T}=\big[\;\cdot\;\big]_{m\times p}$$

São \(n\) matrizes do mesmo tamanho do resultado, somadas. É essa leitura que faz a fatoração da seção seguinte parecer natural.

A3 · 11

Decomposições (fatorações)

Definição

A fatoração é o processo de definir uma matriz \(A\) como produto de outras matrizes com alguma propriedade ou topologia (padrão de esparsidade) particular, mais convenientes para algum propósito específico.

As fatorações que a disciplina vai ver, na ordem:

#FatoraçãoNome
1\(A=CR\)Column-Row
2\(A=LU\)Lower-Upper
3\(A=QR\)Ortogonal-Triangular superior
4\(A=X\Lambda X^{-1}\)Decomposição espectral
5\(A=Q\Lambda Q^{T}\)Decomposição espectral com matrizes simétricas
6\(A=U\Sigma V^{T}\)Decomposição em valores singulares (SVD)
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Decomposição \(A=CR\)

Definição

A decomposição \(A=CR\) define uma matriz \(A\) a partir do produto de:

  • \(C\) — uma matriz contendo as colunas L.I. de \(A\);
  • \(R\) — uma matriz contendo as linhas não nulas da forma escalonada reduzida de \(A\).
Exemplo · slide · posto 1

Matriz \(A\) com uma coluna L.I., ou seja, \(\mathrm{posto}(A)=1\):

$$A=\begin{bmatrix}1&3&8\\1&3&8\\1&3&8\end{bmatrix}=\underbrace{\begin{bmatrix}1\\1\\1\end{bmatrix}}_{C}\;\underbrace{\begin{bmatrix}1&3&8\end{bmatrix}}_{R}$$

Conferindo pela definição de produto: \(C\) é \(3\times1\), \(R\) é \(1\times3\), o produto é \(3\times3\). E cada entrada sai de um produto interno de tamanho 1:

$$(CR)_{ij}=C_i\cdot R_j \;\Rightarrow\; (CR)_{12}=1\cdot 3=3,\quad (CR)_{33}=1\cdot 8=8$$

Com posto 1, \(C\) tem uma coluna e \(R\) uma linha — o produto é exatamente um produto externo, do tópico anterior.

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\(A=CR\) com posto 2

Exemplo · slide

Agora com uma matriz \(A\) com duas colunas L.I., ou seja, \(\mathrm{posto}(A)=2\):

$$A=\begin{bmatrix}2&1&3\\3&1&4\\5&7&12\end{bmatrix}=\underbrace{\begin{bmatrix}2&1\\3&1\\5&7\end{bmatrix}}_{C}\;\underbrace{\begin{bmatrix}1&0&1\\0&1&1\end{bmatrix}}_{R}$$

Conferindo coluna a coluna, pela concatenação horizontal \(CR=[\,CR_1\;\;CR_2\;\;CR_3\,]\):

$$C\begin{bmatrix}1\\0\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}2\\3\\5\end{bmatrix},\qquad C\begin{bmatrix}0\\1\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}1\\1\\7\end{bmatrix},\qquad C\begin{bmatrix}1\\1\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}3\\4\\12\end{bmatrix}$$

As três colunas de \(A\), de volta. Note o que \(R\) guarda: a receita para reconstruir cada coluna de \(A\) a partir das colunas L.I. A terceira coluna de \(R\) é \([1,1]^T\) porque \(A_3=A_1+A_2\).

Falta ainda saber de onde saem \(C\) e \(R\) na prática. É para isso que a aula introduz forma escalonada, Gauss e Gauss-Jordan.

A3 · 14

Forma escalonada (row echelon form)

Definição

Uma matriz está em forma escalonada — formato triangular em “escada” — quando satisfaz:

  1. Linhas nulas: todas as linhas nulas ficam abaixo das linhas não nulas.
  2. Pivôs: o primeiro elemento não nulo de cada linha (o pivô) aparece mais à direita do que o pivô da linha anterior.
  3. Abaixo dos pivôs: todos os elementos abaixo de um pivô são zero.
Exemplo · slide $$\begin{bmatrix}2&1&3\\0&-\frac12&-\frac12\\0&0&0\end{bmatrix}$$

Pivôs: o \(2\) na posição \((0,0)\) e o \(-\frac12\) na posição \((1,1)\) — cada um mais à direita que o anterior. A linha nula está no fim. Tudo abaixo dos pivôs é zero.

Uma matriz tem várias formas escalonadasNão existe “a” forma escalonada de \(A\): dependendo das operações feitas, chega-se a matrizes diferentes, todas escalonadas. A unicidade só aparece na forma escalonada reduzida.
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Eliminação de Gauss

Definição

A eliminação de Gauss é um algoritmo para transformar uma matriz em forma escalonada, permitindo:

  • resolver sistemas lineares;
  • calcular o posto da matriz.
Exemplo · slide $$A=\begin{bmatrix}2&1&3\\3&1&4\\5&7&12\end{bmatrix}\;\xrightarrow{\;\text{eliminação de Gauss}\;}\;\begin{bmatrix}2&1&3\\0&-\frac12&-\frac12\\0&0&0\end{bmatrix}$$

Dois pivôs, uma linha nula — e daí sai direto que \(\mathrm{posto}(A)=2\).

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O algoritmo de Gauss

A ideia geral é percorrer as colunas executando três operações. Para cada coluna de 1 até \(n\):

  1. encontrar pivô;
  2. trocar linhas, se necessário;
  3. zerar linhas abaixo do pivô.
ELIMINACAO_DE_GAUSS(A)forma escalonada
  1. m ← número de linhas de A
  2. n ← número de colunas de A
  3. li ← 0
  4. para c = 0 até n-1:
  5. # 1. Encontrar pivô
  6. pivo ← primeira linha i ≥ li tal que A[i,c] ≠ 0
  7. se não existir pivô:
  8. continuar para próxima coluna
  9. # 2. Trocar linhas, se necessário
  10. se pivo ≠ li, trocar linha li com linha do pivo
  11. # 3. Zerar linhas abaixo do pivô
  12. para j = li+1 até m-1:
  13. fator ← A[j,c] / A[li,c]
  14. A[j,*] ← A[j,*] − fator · A[li,*]
  15. li ← li + 1
  16. se li > m:
  17. parar
  18. retornar A

As duas linhas destacadas são o coração do método: o fator é escolhido justamente para anular a entrada \(A[j,c]\), e a linha inteira é atualizada junto.

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Gauss passo a passo

Exemplo · slide · iteração \(c=0\) $$A=\begin{bmatrix}2&1&3\\3&1&4\\5&7&12\end{bmatrix}\qquad li=0,\;c=0$$

1. Encontrar pivô: a primeira linha \(i\ge 0\) com \(A[i,0]\ne0\) é a linha 0, pois \(2\ne0\). Logo \(pivo=0\).

2. Trocar linhas: não é necessário, \(pivo=li\).

3. Zerar linhas abaixo:

$$L_1\leftarrow L_1-\tfrac32 L_0\quad(\text{fator}=3/2),\qquad L_2\leftarrow L_2-\tfrac52 L_0\quad(\text{fator}=5/2)$$

Linha por linha:

$$L_1=[3,\,1,\,4]-\tfrac32[2,\,1,\,3]=\left[0,\,-\tfrac12,\,-\tfrac12\right]$$ $$L_2=[5,\,7,\,12]-\tfrac52[2,\,1,\,3]=\left[0,\,\tfrac92,\,\tfrac92\right]$$ $$A=\begin{bmatrix}2&1&3\\0&-\frac12&-\frac12\\0&\frac92&\frac92\end{bmatrix}$$
Exemplo · slide · iteração \(c=1\)

Agora \(li=1\) e \(c=1\).

1. Encontrar pivô: \(A[1,1]=-\frac12\ne0\), logo \(pivo=1\).

2. Trocar linhas: não é necessário, \(pivo=li\).

3. Zerar linhas abaixo:

$$L_2\leftarrow L_2+9L_1$$ $$L_2=\left[0,\,\tfrac92,\,\tfrac92\right]+9\left[0,\,-\tfrac12,\,-\tfrac12\right]=[0,\,0,\,0]$$ $$A=\begin{bmatrix}2&1&3\\0&-\frac12&-\frac12\\0&0&0\end{bmatrix}\qquad\text{forma escalonada!}$$
O sinal do fatorPelo algoritmo, \(\text{fator}=A[2,1]/A[1,1]=\frac{9/2}{-1/2}=-9\), e a atualização é \(L_2\leftarrow L_2-(-9)L_1\), que dá o \(L_2+9L_1\) do slide. Quando o pivô é negativo, o fator sai negativo e a subtração vira soma — é aí que se erra o sinal.
A3 · 18

Matriz escalonada reduzida

Definição

Uma matriz está em forma escalonada reduzida quando:

  1. está escalonada;
  2. cada pivô é igual a 1;
  3. cada pivô é o único elemento não nulo de sua coluna.
Exemplo · slide $$A=\begin{bmatrix}2&1&3\\3&1&4\\5&7&12\end{bmatrix}\;\to\;\underbrace{\begin{bmatrix}2&1&3\\0&-\frac12&-\frac12\\0&0&0\end{bmatrix}}_{\text{forma escalonada}}\;\to\;\underbrace{\begin{bmatrix}1&0&1\\0&1&1\\0&0&0\end{bmatrix}}_{\text{forma escalonada reduzida}}$$
Aqui há unicidadeUma matriz \(A\) tem apenas uma forma escalonada reduzida — ao contrário da escalonada simples, que admite várias. É por isso que o algoritmo do \(A=CR\) é definido sobre a reduzida.
A3 · 19

Eliminação de Gauss-Jordan

Definição

A eliminação de Gauss-Jordan é um algoritmo para transformar uma matriz em forma escalonada reduzida. Segue a mesma ideia da eliminação de Gauss, com duas diferenças:

  • os pivôs são normalizados para 1;
  • além das linhas de baixo do pivô, as linhas de cima também são zeradas.
ELIMINACAO_DE_GAUSS_JORDAN(A)forma escalonada reduzida
  1. m ← número de linhas de A
  2. n ← número de colunas de A
  3. li ← 0
  4. para c = 0 até n-1:
  5. # 1. Encontrar pivô
  6. ...
  7. # 2. Trocar linhas, se necessário
  8. ...
  9. # 3. Normalizar a linha do pivô
  10. A[li,*] ← A[li,*] / A[li,pivo]
  11. # 4. Zerar as outras linhas (abaixo e acima)
  12. para j = 0 até m-1:
  13. se j ≠ li:
  14. fator ← A[j,c] / A[li,c]
  15. A[j,*] ← A[j,*] − fator · A[li,*]
  16. li ← li + 1
  17. se li > m:
  18. parar
  19. retornar A
Exemplo · slide $$A=\begin{bmatrix}2&1&3\\3&1&4\\5&7&12\end{bmatrix}\;\xrightarrow{\;\text{Gauss-Jordan}\;}\;\begin{bmatrix}1&0&1\\0&1&1\\0&0&0\end{bmatrix}$$

Coluna \(c=0\), \(li=0\). Pivô é o \(2\). Normalizar:

$$L_0\leftarrow \tfrac{L_0}{2}=\left[1,\,\tfrac12,\,\tfrac32\right]$$

Zerar as outras (aqui só há linhas abaixo):

$$L_1=[3,1,4]-3\left[1,\tfrac12,\tfrac32\right]=\left[0,-\tfrac12,-\tfrac12\right]$$ $$L_2=[5,7,12]-5\left[1,\tfrac12,\tfrac32\right]=\left[0,\tfrac92,\tfrac92\right]$$

Coluna \(c=1\), \(li=1\). Pivô é o \(-\frac12\). Normalizar:

$$L_1\leftarrow \frac{L_1}{-\frac12}=[0,\,1,\,1]$$

Zerar as outras — agora também a de cima:

$$L_0=\left[1,\tfrac12,\tfrac32\right]-\tfrac12[0,1,1]=[1,\,0,\,1]$$ $$L_2=\left[0,\tfrac92,\tfrac92\right]-\tfrac92[0,1,1]=[0,\,0,\,0]$$ $$A'=\begin{bmatrix}1&0&1\\0&1&1\\0&0&0\end{bmatrix}$$
A3 · 20

Algoritmo para calcular \(A=CR\)

Receita
  1. Aplique eliminação de Gauss-Jordan em \(A\) para encontrar a forma escalonada reduzida \(A'\).
  2. Construa a matriz \(C\) com as colunas de \(A\) cujos índices são colunas pivô em \(A'\).
  3. Construa a matriz \(R\) com as linhas não nulas de \(A'\).
Exemplo · slide

Passo 1 — forma escalonada reduzida:

$$A=\begin{bmatrix}2&1&3\\3&1&4\\5&7&12\end{bmatrix}\;\to\;A'=\begin{bmatrix}1&0&1\\0&1&1\\0&0&0\end{bmatrix}$$

Passo 2 — as colunas pivô de \(A'\) são a 1ª e a 2ª; pegue as colunas de mesmo índice em \(A\):

$$A=\begin{bmatrix}2&1&3\\3&1&4\\5&7&12\end{bmatrix},\;A'=\begin{bmatrix}1&0&1\\0&1&1\\0&0&0\end{bmatrix}\;\to\;C=\begin{bmatrix}2&1\\3&1\\5&7\end{bmatrix}$$

Passo 3 — as linhas não nulas de \(A'\):

$$A'=\begin{bmatrix}1&0&1\\0&1&1\\0&0&0\end{bmatrix}\;\to\;R=\begin{bmatrix}1&0&1\\0&1&1\end{bmatrix}$$
O erro clássico\(C\) sai de \(A\), não de \(A'\). A forma reduzida serve só para descobrir quais índices são colunas pivô; as colunas em si são copiadas da matriz original. Quem monta \(C\) com as colunas de \(A'\) obtém a identidade e perde a decomposição.
A3 · 21

\(C\) e \(R\) como bases dos dois espaços

A decomposição não é só um jeito de reescrever \(A\): os dois fatores são exatamente as bases dos espaços coluna e linha.

$$A=\begin{bmatrix}2&1&3\\3&1&4\\5&7&12\end{bmatrix}\qquad C=\begin{bmatrix}2&1\\3&1\\5&7\end{bmatrix}\qquad R=\begin{bmatrix}1&0&1\\0&1&1\end{bmatrix}$$
A matriz \(C\) é base para o espaço coluna \(C(A)\)

Se \(\mathbf{b}\in C(A)\), existe \(\mathbf{x}\) com \(A\mathbf{x}=\mathbf{b}\). Substituindo \(A=CR\):

$$CR\mathbf{x}=C(R\mathbf{x})=C\mathbf{z}=\mathbf{b}$$

então \(\mathbf{b}\in C(C)\), pois \(\mathbf{z}=(R\mathbf{x})\) certifica isso.

A matriz \(R\) é base para o espaço linha \(C(A^T)\)

Se \(\mathbf{b}\in C(A^T)\), existe \(\mathbf{x}\) com \(A^T\mathbf{x}=\mathbf{b}\). Como \(A^T=(CR)^T=R^TC^T\):

$$(R^TC^T)\mathbf{x}=R^T(C^T\mathbf{x})=R^T\mathbf{z}=\mathbf{b}$$

então \(\mathbf{b}\in C(R^T)\), pois \(\mathbf{z}=(C^T\mathbf{x})\) certifica isso.

Os dois argumentos são o mesmo truque: associar o produto de outro jeito e ler o fator restante como o vetor de pesos. Essa leitura volta nos quatro subespaços fundamentais, na aula seguinte.

Revisão

Checklist da A3

Se você consegue responder tudo abaixo sem consultar, a aula está fechada.

PerguntaOnde está
Escrever \(Ax\) como combinação linear e dar a base de \(C(A)\)Exemplo 1 e Exemplo 2
Dizer se \(C(A)\) é reta, plano ou espaço, olhando as colunasExemplo 1 e Exemplo 2
Enunciar a condição de independência linear de um conjuntoIndependência linear
Calcular o posto e dizer se ele é completoPosto (rank)
Multiplicar \(AB\) nas quatro leituras (interno, duas concatenações, externos)Tópicos 06 a 10
Distinguir \(\mathbf{u}^T\mathbf{v}\) de \(\mathbf{u}\mathbf{v}^T\)Produto externo
Listar as seis fatorações da disciplinaDecomposições
Rodar a eliminação de Gauss à mão até a forma escalonadaGauss passo a passo
Diferenciar forma escalonada de forma escalonada reduzidaMatriz escalonada reduzida
Rodar Gauss-Jordan e obter \(A'\)Eliminação de Gauss-Jordan
Montar \(C\) e \(R\) a partir de \(A\) e \(A'\)Algoritmo do \(A=CR\)
Justificar por que \(C\) é base de \(C(A)\) e \(R\) de \(C(A^T)\)\(C\) e \(R\) como bases