Determine, se existirem, os autovalores e autovetores de em cada caso. Nos casos afirmativos determine o autoespaço generalizado.
(g) .
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício pede para a gente descobrir se a transformação linear tem autovalores e autovetores. Se tiver, a gente também precisa encontrar os autoespaços generalizados. Isso está relacionado ao estudo de autovalores e autovetores em álgebra linear. Para resolver isso, vamos precisar montar a matriz da transformação, encontrar os autovalores resolvendo o determinante e, depois, achar os autovetores associados a cada autovalor.
Passo 2
Primeiro, vamos escrever a transformação linear na forma de uma matriz. A transformação pode ser representada pela matriz:
Passo 3
Para encontrar os autovalores de A - lambda I = 1-lambda & 1 & 1 0 & 2-lambda & 1 0 & 0 & -1-lambda , precisamos resolver a equação det(A - lambda I) = (1 - lambda)(2 - lambda)(-1 - lambda) = 0 , onde lambda1 = 1, lambda2 = 2, lambda3 = -1 é o autovalor e é a matriz identidade.
Como a matriz é triangular (todos os elementos abaixo da diagonal principal são zero), o determinante é simplesmente o produto dos elementos da diagonal:
Então, os autovalores são:
Passo 4
Agora, vamos encontrar os autovetores correspondentes a cada autovalor resolvendo A - I = 0 & 1 & 1 0 & 1 & 1 0 & 0 & -2 , onde y + z = 0 y + z = 0 -2z = 0 é o autovetor.
Para A - 2I = -1 & 1 & 1 0 & 0 & 1 0 & 0 & -3 :
- x + y + z = 0 z = 0 -3z = 0
Resolvendo o sistema:
A + I = 2 & 1 & 1 0 & 3 & 1 0 & 0 & 0
Da última equação, 2x + y + z = 0 3y + z = 0 0 = 0 . Substituindo nas anteriores, . O valor de é livre, então os autovetores são múltiplos de .
Para :
Resolvendo o sistema:
Da segunda e terceira equações, . Substituindo na primeira, . Portanto, os autovetores são múltiplos de .
Para :
Resolvendo o sistema:
Da segunda equação, . Substituindo na primeira, . Portanto, os autovetores são múltiplos de .
Passo 5
Como encontramos três autovalores distintos () e para cada um deles existe um autovetor não nulo, isso indica que a matriz é diagonalizável. Além disso, os autoespaços generalizados coincidem com os autoespaços propriamente ditos, já que não há necessidade de considerar vetores generalizados além dos autovetores.
Resposta
Sim, a transformação possui três autovalores distintos:
Autovalor com autovetor correspondente .
Autovalor com autovetor correspondente .
Autovalor com autovetor correspondente .
Os autoespaços generalizados coincidem com os autoespaços próprios, já que a transformação é diagonalizável.