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2.4 Mudança de base

Sejam B=(u→,v→,w→) e C=(r→,s→,t→) bases do espaço V. Conhecendo as coordenadas de um vetor na base C, queremos determinar suas coordenadas na base B. Consultemos a Figura 2.10 para uma representação gráfica do problema.

Refer to caption
Figura 2.10: Representação gráfica do problema de mudança de base.

Para fazermos a mudança de base, vamos escrever o vetor z→ em termos da base C e, em seguida, em termos da base B. Temos

z→=(z1,z2,z3)C (2.145)
=z1r→+z2s→+z3t→. (2.146)

Agora, tendo r→=(r1,r2,r3)B, s→=(s1,s2,s3)B e t→=(t1,t2,t3)B, então

(z1,z2,z3)C=z1⁢(r1,r2,r3)B
+z2⁢(s1,s2,s3)B
+z3⁢(t1,t2,t3)B (2.147)
=(r1⁢z1+s1⁢z2+t1⁢z3)⏟z1′u→
+(r2⁢z1+s2⁢z2+t2⁢z3)⏟z2′⁢v→
+(r3⁢z1+s3⁢z2+t3⁢z3)⏟z3′⁢w→ (2.148)

o que é equivalente a

[z1′z2′z3′]=[r1s1t1r2s2t2r3s3t3]⏟MC⁢B⁢[z1z2z3], (2.149)

onde z→=(z1′,z2′,z3′)B.

A matriz MC⁢B é chamada de matriz de mudança de base de C para B. Como os vetores r→, s→ e t→ são l.i., temos que MC⁢B tem determinante não nulo e, portanto, é invertível. Logo, multiplicando por MC⁢B−1 pela esquerda em (2.149), temos

[z1z2z3]=[r1s1t1r2s2t2r3s3t3]−1⏟MB⁢C⁢[z1′z2′z3′], (2.150)

ou seja

MB⁢C=(MC⁢B)−1. (2.151)
Exemplo 2.4.1.

Sejam dadas as bases B=(a→,b→,c→) e C=(u→,v→,w→), com u→=(1,2,0)B, v→=(2,0,−1)B e w→=(−1,−3,1)B. Seja, ainda, o vetor z→=(1,−2,1)B. Vamos encontrar as coordenadas de z→ na base C.

Há duas formas de proceder.

Método 1.

A primeira consiste em resolver, de forma direta, a seguinte equação

(1,−2,1)B=(x,y,z)C. (2.152)

Esta é equivalente a

a→−2⁢b→+c→=x⁢u→+y⁢v→+z⁢w→ (2.153)
=x(1,2,0)B
+y⁢(2,0,−1)B
+z⁢(−1,−3,1)B (2.154)
=x(a→+2b→)
+y⁢(2⁢a→−c→)
+z⁢(−a→−3⁢b→+c→) (2.155)
=(x+2y−z)a→
+(2⁢x−3⁢z)⁢b→
+(−y+z)⁢c→ (2.156)

Isto nos leva ao seguinte sistema linear

{x+2⁢y−z=12⁢x−3⁢z=−2−y+z=1 (2.157)

Resolvendo este sistema, obtemos x=7/5, y=3/5 e z=8/5, i.e.

z→=(75,35,85)C. (2.158)

Método 2.

Outra maneira de obter as coordenadas de z→ na base C é usar a matriz de mudança de base. A matriz de mudança da base C para a base B é

MC⁢B=[u1v1w1u2v2w2u3v3w3] (2.159)
=[12−120−30−11]. (2.160)

Entretanto, neste exemplo, queremos fazer a mudança de B para C. Portanto, calculamos a matriz de mudança de base MB⁢C. Segue:

MB⁢C=MC⁢B−1 (2.161)
MB⁢C=[12−120−30−11]−1 (2.162)
MB⁢C=[35156525−15−1525−1545] (2.163)

Com esta matriz e denotando z→=(x,y,z)C, temos

[xyz]=[35156525−15−1525−1545]⏟MB⁢C⁢[1−21] (2.164)
[xyz]=[7/53/58/5] (2.165)

Logo, temos

z→=(75,35,85)C. (2.166)

2.4.1 Exercícios resolvidos

ER 2.4.1.

Sejam B e C bases dadas do espaço V. Sabendo que a matriz de mudança de base de B para C é

M=[10−1−110231], (2.167)

calcule a matriz de mudança de base de C para B.

Resolução.

Sejam MB⁢C=M a matriz de mudança de base de B para C e MC⁢B a matriz de mudança de base de C para B. Temos

MC⁢B=MB⁢C−1 (2.168)
MC⁢B=M−1 (2.169)
MC⁢B=[10−1−110231]−1 (2.170)
MC⁢B=[16−1216161216−56−1216] (2.171)
ER 2.4.2.

Fixadas as mesmas bases do ER.2.4.1, determine as coordenadas do vetor u→ na base C, sabendo que u→=(2,−1,−3)B.

Resolução.

Denotando [u→]C=(x,y,z)C, temos

[u→]C=MB⁢C⁢[u→]B (2.172)
[xyz]=[10−1−110231]⁢[21−3] (2.173)
[xyz]=[5−3−2] (2.174)

Logo, [u→]C=(5,−3,−2)C.

ER 2.4.3.

Considere dadas as bases A, B e C. Sejam, também, MA⁢B a matriz de mudança de base de A para B e MB⁢C a matriz de mudança de base de B para C. Determine a matriz de mudança de base de A para C em função das matrizes MA⁢B e MB⁢C.

Resolução.

Para um vetor u→ qualquer, temos

u→B=MA⁢B⁢u→A (2.175)
u→C=MB⁢C⁢u→B (2.176)

Logo, temos

u→C=MB⁢C⁢(MA⁢B⁢u→A) (2.177)
=(MB⁢CMA⁢B)u→A. (2.178)

Concluímos que MA⁢C=MB⁢C⁢MA⁢B.

2.4.2 Exercícios

E. 2.4.1.

Sejam A e B bases dadas de V (espaço tridimensional). Sabendo que v→=(−2,0,1)A e que a matriz de mudança de base

MA⁢B=[10−102−1−110], (2.179)

determine v→B, i.e. as coordenadas de v→ na base B.


v→=(−3,−1,2)B

E. 2.4.2.

Sejam A e B bases dadas de V (espaço tridimensional). Sabendo que v→=(−2,0,1)B e que a matriz de mudança de base

MA⁢B=[10−102−1−110], (2.180)

determine v→A, i.e. as coordenadas de v→ na base A.


v→=(0,1,2)A

E. 2.4.3.

Sejam B=(a→,b→,c→) e C=(u→,v→,w→) bases de V com

u→=(0,1,1)B (2.181)
v→=(1,0,1)B (2.182)
w→=(2,1,−1)B (2.183)

Forneça a matriz de mudança de base MC⁢B.


[01210111−1]

E. 2.4.4.

Sejam B=(a→,b→,c→) e C=(u→,v→,w→) bases de V com

a→=(0,1,1)C (2.184)
b→=(1,0,1)C (2.185)
c→=(2,1,−1)C (2.186)

Forneça a matriz de mudança de base MC⁢B.


[−14341412−12121414−14]

E. 2.4.5.

Sejam B=(a→,b→,c→) e C=(u→,v→,w→) bases de V com

u→=(0,1,1)B (2.187)
v→=(1,0,1)B (2.188)
w→=(2,1,−1)B (2.189)

Sabendo que d→=(0,−1,2)C, forneça d→B, i.e. as coordenadas do vetor d→ na base B.


[32−3]

E. 2.4.6.

Sejam B=(a→,b→,c→) e C=(u→,v→,w→) bases de V com

u→=(0,1,1)B (2.190)
v→=(1,0,1)B (2.191)
w→=(2,1,−1)B (2.192)

Sabendo que d→=(1,−2,1)B, forneça d→C, i.e. as coordenadas do vetor d→ na base C.


[−322−12]

E. 2.4.7.

Considere dadas as bases A, B e C do espaço tridimensional V. Sejam, também, MA⁢B a matriz de mudança de base de A para B e MC⁢B a matriz de mudança de base de C para B. Determine a matriz de mudança de base de A para C em função das matrizes MA⁢B e MC⁢B.


MA⁢C=MC⁢B−1⁢MA⁢B


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Pedro H A Konzen
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