Enunciado
Álgebra Linear e Geometria Analítica - Álgebra Linear - 3ª Edição - J. L. Boldrini- Ed: 3º - Capítulo 2.6 - Ex. 27
Deseja-se construir um circuito como o mostrado na figura,
Onde , , , , , , , .
Dispõe-se de uma tabela de preços de vários tipos de resistências; assim como as correntes máximas que elas suportam sem queimar.
De que tipo devemos escolher cada resistência para que o circuito funcione com segurança e a sua fabricação seja a de menor custo possível?
Passo 1
Fala meu querido, nessa questão vamos ter que utilizar alguns conceitos de física e misturá-los com o que estamos aprendendo da resolução de sistemas lineares.
Passo 2
Para começar vamos ter que montar equações para representar nosso circuito e para isso vamos utilizar as leis dos nós, que diz para gente que a corrente que entra em um nó tem que ser igual as correntes que saem desse mesmo nó.
Usando as leis dos nós obtemos as equações:
Agora teremos que aplicar a lei das malhas que diz para a gente que a soma das diferenças de potencial de uma malha tem que ser igual a 0.
Aplicando a lei das malhas obtemos as equações:
Repara só que no sistema da lei dos nós temos duas linhas que são linearmente dependentes (a segunda e a terceira), então podemos montar um novo sistema só com uma delas e o resto das linhas:
Onde teremos 5 incógnitas para 5 equações. Vamos achar uma solução de boa.
Passo 3
Agora que já montamos nosso sistema, vamos para parte que estamos mais acostumados e vamos escrever a matriz ampliada associada ao sistema:
Passo 4
Vamos tentar simplificar nosso sistema usando operações de multiplicação e soma em linha para reduzir a matriz à forma escada, então vamos começar aquela série de operações que usamos para simplificar nossa matriz:
Primeiro fazendo :
Agora :
Trocando :
Fazendo
Trocando
Fazendo :
Agora :
Fazendo
Agora
Respira porque agora vamos subir...
Fazendo
Agora :
E :
Fazendo
E, finalmente,
Passo 5
Pronto, depois de todas essas transformações podemos reescrever nosso sistema na forma:
Fazendo essas continhas:
Agora vamos ver quais os valores na tabela.
- Como a passa pela resistência de , então:
- Como a passa pela resistência de , então:
- Como a passa pela resistência de , então:
- Como a passa pela resistência de , então:
- Como a passa pela resistência de 10, então:
Somando tudo: