Enunciado

Nos exercícios 23-26, encontre uma matriz invertível P e uma matriz C da forma (15) tais que A = P C P - 1

A = - 1 - 5 4 7

Passo 1

A = - 1 - 5 4 7

Vamos começar a questão calculando os autovalores de A

λ + 1 5 - 4 λ - 7 = 0  

λ + 1 λ - 7 - 5 ⋅ - 4 = 0

λ 2 - 6 λ + 13 = 0

Resolvendo a equação do segundo grau:

λ = 3 ± 2 i

Passo 2

Agora vamos calcular o autovetor associado à λ 1 = 3 - 2 i

λ + 1 5 - 4 λ - 7 x 1 x 2 = 0 0

4 - 2 i 5 - 4 - 4 - 2 i x 1 x 2 = 0 0

Vamos aplicar a Eliminação Gaussiana:

4 - 2 i 5 - 4 - 4 - 2 i 0 0

Se multiplicarmos a primeira linha por ( 4 + 2 i ) vamos perceber que as duas linhas são múltiplos escalares entre si:

( 4 - 2 i ) ( 4 + 2 i ) 5 ( 4 + 2 i ) - 4 - 4 - 2 i 0 0 ⇒ 20 5 ( 4 + 2 i ) - 4 - 4 - 2 i 0 0

Então, podemos eliminar a primeira linha:

0 0 - 4 - 4 - 2 i 0 0

Chegamos em:

- 4 x 1 - 4 + 2 i x 2 = 0

Se chamarmos x 2 de um valor t qualquer:

x 2 = t

- 4 x 1 - 4 + 2 i t = 0 ⇒ x 1 = - 1 + 1 2 i t

Assim, o autovetor associado é:

x → = - 1 - 1 2 i 1 t

Passo 3

Agora podemos aplicar o Teorema 5.3.8 para determinar a matrix P

P = R e x → + I m x

P = R e - 1 - 1 2 i R e 1 I m - 1 - 1 2 i I m 1

P = - 1 - 1 2 1 0

E já vamos calcular logo a inversa desta matriz. Como é uma matriz 2x2, podemos calcular a inversa como:

P = a b c d ⇒ P - 1 = 1 a d - b c d - b - c a

Aplicando os valores:

P - 1 = 0 1 - 2 - 2

Passo 4

Vamos continuar aplicando o Teorema 5.3.8:

A = P C P - 1

Podemos multiplicar os dois lados por P - 1 à direita, e por P à esquerda:

P - 1 A P = P - 1 P C P - 1 P

O que resulta em:

C = P - 1 A P

Vamos aplicar os valores:

C = 0 1 - 2 - 2 ⋅ - 1 - 5 4 7 ⋅ - 1 - 1 2 1 0

C = 3 - 2 2 3

Resposta

P = - 1 - 1 2 1 0

C = 3 - 2 2 3

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Sejam A a matriz dada no Exercício 7 e B a matriz B = 1 - i 2 i Confirme que essas matrizes têm as propriedades anunciadas no Teorema 5.3.2