Considere o seguinte sistema linear nas variáveis e .
(a) Encontre todos os valores de para os quais o sistema não tem solução, tem solução única e tem infinitas soluções.
(b) Para o caso em que o sistema possui infinitas soluções, encontre a solução geral do sistema.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse sistema de equações com as variáveis e . A gente vai usar conhecimentos de álgebra linear, especificamente sobre sistemas lineares. Para descobrir quando o sistema tem solução única, infinita ou nenhuma, precisamos analisar o determinante e ver como as equações se relacionam. Vamos precisar montar a matriz aumentada do sistema e fazer operações para chegar à forma escalonada.
Passo 2
Primeiro, vamos escrever o sistema de equações de forma mais clara:
Vamos montar a matriz aumentada desse sistema:
Passo 3
Agora, vamos começar a eliminar as incógnitas para simplificar a matriz. Subtraímos a primeira linha da segunda para eliminar :
Depois, subtraímos 3 vezes a primeira linha da terceira para também eliminar :
Passo 4
Agora, vamos eliminar da terceira linha. Subtraímos a segunda linha da terceira:
Passo 5
Agora, vamos analisar a última equação da matriz:
Aqui, temos duas situações:
Se , ou seja, , então podemos resolver para de forma única.
Se , ou seja, , teremos que ver o que acontece na equação.
Passo 6
Vamos considerar cada caso:
Caso 1:
Nesse caso, , então podemos resolver para :
Com conhecido, podemos voltar para a segunda linha:
E para a primeira linha:
Então temos uma solução única para .
Caso 2:
Substituindo na última equação:
Isso significa que a terceira equação é redundante e não nos dá informação adicional. Nesse caso, temos infinitas soluções que dependem de .
Caso 3:
Substituindo na última equação:
Isso é uma contradição, pois nunca será igual a . Portanto, nesse caso, o sistema não tem solução.