O Teorema de Rouché


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Uma aplicação importante do conceito de característica ocorre no teorema abaixo, tradicionalmente atribuído a Eugene Rouché (1832-1919) © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César embora formulado diferentemente. Apresentaremos uma demonstração em outra oportunidade, numa seção deste site dedicada à Álgebra Linear. Neste último contexto, a sofisticação das técnicas torna o teorema relativamente fácil e a referência a Rouché desaparece por completo. Entretanto, devido ao caráter “elementar” da nossa exposição, preferimos manter a denominação consagrada em textos mais antigos. (Para aqueles que estejam cursando a disciplina Variáveis Complexas, informamos que não há conexão direta com o “Teorema de Rouché” sobre zeros de funções complexas.)

No enunciado abaixo, usamos as seguintes notações. O número de soluções do sistema linear © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César é indicado por © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César, conforme já o fizemos antes. Lembramos que © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César indica a característica da matriz © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. Finalmente, por © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César indicamos a matriz aumentada de © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César pela matriz © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. No caso abaixo, © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César é a matriz completa do sistema. Note-se que, sendo © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César submatriz de © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César, vale © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César.

Estude atentamente as informações contidas nesse resultado. Observe como temos um critério relativamente simples. O sistema © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César é possível se e somente se a matriz dos coeficientes e a matriz completa têm a mesma característica. Se o sistema for possível, comparamos a característica com o número de incógnitas: se forem iguais, o sistema é determinado; do contrário, indeterminado. Isto encerra a questão!

Exemplo 7

Com base no Teorema de Rouché, podemos ver facilmente que a condição (T2) é verdadeira quando restrita a sistemas “homogêneos”. Mais precisamente, considere um sistema quadrado © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César em que © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. Um tal sistema tem pelo menos uma solução (a saber, © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César), de modo que, pelo Teorema de Rouché, © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. Admitamos agora que vale a hipótese de (T2):

© Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César

onde os © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César são os determinantes © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César da Regra de Cramer. Observe que a hipótese © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César já acarreta a nulidade dos determinantes © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César (todos têm pelo menos uma coluna de zeros). Mas como © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César, segue-se do Exercício 3 que © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. Assim,

© Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César

Uma nova aplicação do Teorema de Rouché nos dá © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César, isto é, o sistema é indeterminado. Esta conclusão vale para todo sistema homogêneo cujo determinante é zero. Isto explica por que o exemplo considerado na Introdução funciona.


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© Carlos César de Araújo, 12 de abril de 2002 - cca@gregosetroianos.mat.br