Cramer’s Rule for a 3×3 System (with Three Variables)

Na nossa lição anterior, estudámos como usar a Regra de Cramer com duas variáveis. O nosso objectivo aqui é expandir a aplicação da Regra de Cramer para três variáveis geralmente em termos de {x}, {y}, e {z}. Passo a cinco (5) exemplos trabalhados para o ajudar a familiarizar-se com este conceito.

Para se sair bem neste tópico, é preciso ter uma ideia de como encontrar o determinante de uma matriz 3⨉3. Portanto, isto é o que vamos fazer primeiro. Pronto?

Formula para encontrar o determinante de uma Matriz 3⨉3

    Deu uma matriz 3⨉3
Matriz A é uma matriz de 3 por 3 quadrados com elemenys a, b e c na primeira fila, elementos d, e e e f na segunda fila, e elementos g, h e i na terceira fila. Podemos escrever Matriz em compacto para como A = .
  • Its determinant pode ser calculado usando a seguinte fórmula.
O determinante da matriz A = é calculado da seguinte forma: |A| = a vezes o determinante da matriz menos b vezes o determinante da matriz mais c vezes o determinante da matriz . Na forma compacta, o determinante da matriz A é |A| = a*|e,g;h,i| - b*|d,f;g,i| + c*|d,e;g,h|.

Vamos fazer um exemplo rápido disto.

P>P>Ponham o determinante da matriz A

Matriz A é uma matriz quadrada 3x3 com as entradas 6, 2 e -4 na sua primeira linha, as entradas 5, 6 e -2 na sua segunda linha, e as entradas 5,2 e -3 na sua terceira linha. Portanto, podemos escrever a matriz A como A = .

Solução: Certifique-se de que segue cuidadosamente a fórmula sobre como encontrar o determinante de uma matriz 3×3, como mostrado acima. Mais ainda, não se apresse quando efectuar as operações aritméticas necessárias em cada passo. É aqui que normalmente ocorrem erros comuns, mas estes podem ser evitados. Quando o fizer correctamente, a sua solução deve ser semelhante à abaixo.

Para encontrar o determinante da matriz quadrada (3 por 3) A = , temos os seguintes passos: |A|=|6,2,-4;5,6,-2;5,2,-3|=6*|6,-2;2,-3| - (2)*|5,-2;5,-3|+(-4)*|5,6;5,2| = 6(-14) - 2(-5) - 4(-20) = -84 +10 + 80 = 6. Portanto, o determinante da matriz A é igual a 6,

Agora, é altura de rever o procedimento sobre como usar a Regra de Cramer num sistema linear envolvendo três variáveis.

Regra de Cramer para Sistemas de Equações Lineares com Três Variáveis

    li>Div um sistema linear
Esta é a forma geral de um sistema de equações lineares com três (3) variáveis. As equações são a1x+b1y+c1z=d1, a2x+b2y+c1z=d2, a3x+b3y+c3z=d3. A coluna x contém as constantes a1, a2 e a3. A coluna y contém as constantes b1, b2, e b3. Finalmente, a coluna z contém as constantes c1, c2, e c3. Moreso a coluna constante é a coluna à direita do símbolo de igualdade. Portanto, a coluna constante tem as constantes d1, d2, e d3.
    li>Etiquetagem de cada uma das quatro matrizes

matriz eficiente:

O coeficiente-matriz D é uma matriz quadrada com elementos a1,b1 e c1 na primeira linha; elementos a2, b2 e c2; e elementos a3, b3 e c3. Podemos escrever coeficiente-matriz D de forma compacta como D = .

X – matriz:

A matriz D é uma matriz quadrada com elementos d1,b1 e c1 na primeira linha; elementos d2, b2 e c2; e elementos d3, b3 e c3. A matriz X D pode ser escrita como Dx = .

Y – matriz:

A matriz Y D é uma matriz quadrada com elementos a1,d1 e c1 na primeira linha; elementos a2,d2 e c2; e elementos a3, d3 e c3. A matriz Y D pode ser escrita como Dy = .

Z – matriz:

A matriz z D é uma matriz quadrada com elementos a1,b1 e d1 na primeira linha; elementos a2,b2 e d2; e elementos a3, b3 e d3. A matriz Z D pode ser escrita como Dz = .
  • para resolver para x:
Para resolver para x, a fórmula é, x = |Dx|/|D| = (determinante da matriz D de x) dividido por (determinante da matriz de coeficiente D) = |d1,b1,c1;d2,b2,c2;d3,b3,c3| / |a1,b1,c1;a2,b2,c2;a3,b3,c3|.
  • para resolver por y:
Para resolver por y, a fórmula é, y = |Dy|/|D| = (determinante da matriz D do coeficiente y) dividido por (determinante da matriz D do coeficiente D) = |a1,d1,c1;a2,d2,c2;a3,d3,c3| / |a1,b1,c1;a2,b2,c2;a3,b3,c3|.
  • para resolver para z:
Para resolver para z, a fórmula é, z = |Dz|/|D| = (determinante da matriz D de z) dividido por (determinante da matriz de coeficiente D) = |a1,b1,d1;a2,b2,d2;a3,b3,d3| / |a1,b1,c1;a2,b2,c2;a3,b3,c3|.

Coisas a observar a partir da configuração acima:

1) Os coeficientes das variáveis x, y, e z fazem uso das subscritas a, b, e c, respectivamente. Enquanto os termos constantes utilizam os subscritos d.

2) Os denominadores para encontrar os valores de x, y, e z são todos os mesmos, o que é o determinante da matriz de coeficientes (coeficientes provenientes das colunas de x, y, e z).

3) Para resolver para x, os coeficientes da coluna de x são substituídos pela coluna constante (a vermelho).

4) Para resolver para y, os coeficientes da coluna de y são substituídos pela coluna constante (a vermelho).

5) Da mesma forma, para resolver para z, os coeficientes da coluna z são substituídos pela coluna constante (a vermelho).

Exemplos de Como Resolver Sistemas de Equações Lineares com Três Variáveis usando a Regra de Cramer

Exemplo 1: Resolver o sistema com três variáveis pela Regra de Cramer.

o sistema de equações com três (3) variáveis são x+2y+3z=-5, 3x+y-3z=4 e -3x+4y+7z=-7

Do sistema dado de equações lineares, Vou construir as quatro matrizes que serão usadas para resolver para os valores de {\i1}large{\i}color{\i}x, {\i}large{\i}color{\i}y, e {\i}large{\i}z{\i}color

Utiliza o guia acima para configurar correctamente estas matrizes especiais.

  • matriz eficiente
A matriz de coeficiente D tem as entradas 1, 2 e 3 na sua primeira linha; as entradas 3, 1 e -3 na sua segunda linha; -3, 4 e 7 na sua terceira linha. Isto pode ser expresso como D = .
  • X – matriz
A matriz D tem entradas -5, 2 e 3 na sua primeira fila; entradas 4, 1 e -3 na sua segunda fila; -7, 4 e 7 na sua terceira fila. Isto pode ser expresso como Dx = .
  • Y – matriz
A matriz Y D tem as entradas 1, -5 e 3 na sua primeira fila; as entradas 3, 4 e -3 na sua segunda linha; -3, -7 e 7 na sua terceira linha que podem ser expressas simbolicamente como Dy = .
  • Z – matriz
A matriz D tem os elementos 1, 2 e -5 na sua primeira linha; elementos 3, 1 e 4 na segunda fila; -3, 4 e -7 na terceira fila. Isto pode ser escrito em forma matemática como Dz = .

Next, eu resolverei para o determinante de cada matriz. Para o fazer, posso resolver manualmente o determinante de cada matriz em papel, utilizando a fórmula fornecida acima. Pode ser aborrecido, mas não faz mal, uma vez que as boas capacidades matemáticas são desenvolvidas através de muitos problemas.

Os valores dos determinantes são listados abaixo.

determinantes de cada matriz:

O determinante do coeficiente da matriz D é igual a 40 que é escrito como |D|=40. O determinante da matriz D x é igual a -40, portanto, |Dx|=-40. Além disso, a matriz Y D tem um valor determinante de 40 e assim |Dy|=40. Finalmente, o determinante da matriz z D tem o valor de -80 que pode ser expresso como |Dz|=-80.

As respostas ou soluções finais são facilmente computadas ou calculadas uma vez encontrados todos os determinantes necessários.

Valores resolvidos para {\i1}grande{\i}x, {\i}grande{\i}y}, e {\i}grande{\i}z}.

Para resolver para x, x = |Dx| dividido por |D| = -40/40 = -1; para encontrar o valor de y temos y = |Dy| dividido por |D| = 40/40 = 1; e finalmente para resolver para valor z temos z = |Dz| dividido por |D| = -80/40 = -2. Isto significa x=-1, y=1 e z=-2.

A resposta final escrita na notação de ponto é \ cor (azul) esquerda( {x,y,z} {x,direita) = \ esquerda( { – 1,1, – 2} \ direita).

Exemplo 2: Resolver o sistema com três variáveis pela Regra de Cramer.

O sistema de equações lineares com três (3) variáveis x, y, e z são -2x-y-3z=3, 2x-3y+z=-13, e 2x-3z=-11

Considero a matriz do coeficiente como a matriz “primária” porque as outras três matrizes são derivadas dela. Por exemplo, a matriz x é apenas a matriz “primária” com a coluna x substituída pela coluna constante (em vermelho). Pode-se observar que o mesmo padrão é aplicado na construção das outras matrizes: y e z.

  • matriz coeficiente
A matriz coeficiente D tem elementos -2, -1 e -3 na sua primeira linha; elementos 2, -3 e 1 na sua segunda linha; elementos 2, 0 e -3 na sua terceira linha. Isto pode ser expresso como D = .
  • X – matriz
X-matriz D ou Dx tem os elementos 3, -1 e -3 na sua primeira fila; elementos -13, -3 e 1 na sua segunda fila; elementos -11, 0 e -3 na sua terceira fila. Isto pode ser expresso como Dx = .
    Y – matriz
Y-matriz D ou Dy tem elementos -2, 3 e -3 na sua primeira fila; elementos 2, -13 e 1 na sua segunda fila; elementos 2, -11 e -3 na sua terceira fila. Isto pode ser expresso como Dy = .
  • Z – matriz
Z-matriz D ou Dz tem os elementos -2, -1 e 3 na sua primeira fila; elementos 2, -3 e -13 na sua segunda fila; elementos 2, 0 e -11 na sua terceira fila. Isto pode ser expresso como D = .

Depois de resolver o determinante de cada matriz, tenho-os todos escritos.

determinantes de cada matriz:

O coeficiente da matriz D tem um valor determinante de -44 ou |D|=-44. Enquanto, a matriz D tem um valor determinante de 176 ou |Dx|=176. Além disso, a matriz y D tem um valor determinante de -88 ou |Dy|=-88. E finalmente, a matriz z D tem um determinante de -44 ou |Dz|=-44.

Os valores para x, y e z são calculados como se segue. Note-se que x é obtido tomando o determinante da matriz x dividido pelo determinante da matriz do coeficiente. Esta regra aplica-se ao resto.

Valores resolvidos para \large{\color{\verde}x}, \large{\verde{\verde}y}, e \large{\verde{\verde}z}.

Agora resolvendo para os valores de x, y, e z, temos os seguintes passos. Para x, mostramos que x = |Dx| dividido por |D| = 176/-44 = -4 portanto x = -4. Para y, mostramos que y = |Dy| dividido por |D| = -88/-44 = 2 portanto y = 2. Finalmente, para z, mostramos que z = |Dz| dividido por |D| = -44/-44 = 1 portanto z = 1.

A nossa resposta final é \ cor{blue}{esquerda( {x,y,z} {direita) = \querda( { – \,4,2,1} \direita).

Exemplo 3: Resolver o sistema com três variáveis pela Regra de Cramer.

o sistema de equações lineares com três variáveis a resolver neste exemplo contém as seguintes equações: -y-2z=-8, x+3z=2 e 7x+y+z=0

Este problema é muito mais fácil do que os dois primeiros exemplos devido à presença de entradas zero nas colunas x, y, e constantes. Está a vê-lo? Quando temos zero entradas numa matriz, o cálculo da sua determinação é dramaticamente simplificado.

De facto, à medida que se aumenta o número de zeros numa matriz quadrada, o trabalho feito para encontrar o seu determinante é grandemente reduzido.

Aqui estão as matrizes extraídas do sistema de equações lineares.

  • matriz eficiente
A matriz eficiente D pode ser escrita de forma compacta como D = o que significa que a primeira linha tem os elementos 0, -1 e -2, a segunda linha tem os elementos 1, 0, e 3, e finalmente a terceira linha tem os elementos 7, 1 e 1.
  • X – matriz
X-matriz D pode ser escrita de forma compacta como Dx = o que significa que a primeira linha tem os elementos -8, -1 e -2, a segunda fila tem elementos 2, 0, e 3, e finalmente a terceira fila tem elementos 0, 1 e 1.
    Y – matriz
Y-matriz D pode ser escrita de forma compacta como Dy = o que significa que a primeira linha tem os elementos 0, -8 e -2, a segunda fila tem os elementos 1, 2, e 3, e finalmente a terceira fila tem os elementos 7, 0 e 1.
  • Z – matriz
Z-matriz D pode ser escrita de forma compacta como Dz = o que significa que a primeira linha tem os elementos 0, -1 e -8, a segunda fila tem os elementos 1, 0, e 2, e finalmente a terceira fila tem os elementos 7, 1 e 0.

Solvendo os seus determinantes, obtive os seguintes valores.

determinantes de cada matriz:

Estes são os valores dos quatro determinantes que calculámos acima, nomeadamente, para o coeficiente da matriz D, x-matriz D, y-matriz D e z-matriz D que nos dão |D|=-22, |Dx|=22, |Dy|=-132 e |Dz|=-22.

Isto leva-nos a configurar e calcular facilmente as respostas finais.

Valores resolvidos para |larga (verde)x, |larga (verde)y}, e |larga (verde)z}.

Agora a calcular as soluções, isso significa que para encontrar os valores de x, y e z, temos a seguinte configuração. Para resolver para x, x é igual ao determinante da matriz D dividida pelo coeficiente determinante da matriz D que nos dá x = |Dx|/|D| = 22/-22 = -1. Além disso, para resolver para y, y é igual ao determinante da matriz D do coeficiente D dividido pelo determinante da matriz D que nos dá y = |Dy|/|D| = -132/-22 = 6. Finalmente, para resolver para z, z é igual ao determinante da matriz D do coeficiente Z dividido pelo determinante da matriz D que nos dá z = |Dz|/|D| = -22/-22 = 1. Portanto, x=-1, y=6 e z=1.

A resposta final é \ cor{blue}{esquerda( {x,y,z} {direita) = \ esquerda( { – \,1,6,1} {direita).

Exemplo 4: Resolver o sistema com três variáveis pela Regra de Cramer

Neste exemplo, resolveremos o seguinte sistema de equações lineares com três (3) variáveis usando o método da Regra de Cramer. A primeira equação linear é -2x+y+z=4, a segunda equação linear é -4x+2y-z=8, e finalmente, a terceira equação linear é -6x-3y+z=0.'s Rule method. The first linear equation is -2x+y+z=4, the second linear equation is -4x+2y-z=8, and finally, the third linear equation is -6x-3y+z=0.

Escreva as quatro matrizes especiais.

    matriz eficiente
A matriz de coeficiente D em forma matemática ou simbólica é D = .
  • X – matriz
A matriz D em forma matemática ou simbólica é Dx = .
    Y – matriz
A matriz Y D em forma matemática ou simbólica é Dy = .
  • Z – matriz
A matriz D em forma matemática ou simbólica é Dz = .

Evalue cada matriz para encontrar o seu determinante.

Estes são os determinantes de cada matriz:

O determinante da matriz de coeficiente D é igual a 36. O determinante da matriz X é igual a -36. Enquanto que o determinante da matriz Y D é igual a 72. Finalmente, o determinante da matriz D de Z é igual a 0. Os valores dos quatro (4) determinantes em forma matemática ou simbólica são os seguintes: |D|=36, |Dx|=-36, |Dy|=72 e |Dz|=0.

Utilizar a Regra de Cramer para obter as seguintes soluções.

Valores resolvidos para {\i1}large{\i}color{\i}x}, {\i}large{\i}color{\i}y}, e {\i}large{\i}color{\i}z}.

Após resolver os valores de quatro determinantes, encontramos então as soluções para o dado sistema de equações lineares através dos seguintes passos: para x, temos x = |Dx|/|D| = -36/36= -1; para y, temos y = |Dy|/|D| = 72/36= 2 ; para z, temos z = |Dz|/|D| = 0/36 = 0. Portanto, x=-1, y = 2 e z = 0.

A resposta final é \ cor{blue}{esquerda( {x,y,z} {direita) = \ esquerda( { – \,1,2,0} {direita).

Exemplo 5: Resolver o sistema com três variáveis pela Regra de Cramer

Aqui está o sistema de equações lineares com três variáveis a resolver: {x-8y+z=4, -x+2y+z=2, z-y+2z=-1}.

Vamos fazer um exemplo final! Espero que neste momento já tenha tido prática suficiente sobre como resolver sistemas com três variáveis usando a Regra de Cramer.

Sugiro que primeiro resolva isto no papel e depois volte para comparar a sua resposta. Não se preocupe, ninguém está a ver. 👀 Quando estiver pronto, desça para ver a solução.

Construa as quatro matrizes especiais.

    matriz eficiente
A primeira matriz é chamada matriz de coeficiente D onde a primeira linha contém as entradas de 1, -8 e 1; e a segunda linha contém as entradas de -1, 2 e 1; e a terceira linha contém os elementos de 1, -1 e 2. Podemos escrever esta matriz de coeficiente D em condensado ou compacto para como D = .
  • X – matriz
A segunda matriz chama-se matriz X- matriz D onde a primeira linha contém as entradas de 4, -8 e 1; e a segunda fila contém as entradas de 2, 2 e 1; e a terceira fila contém os elementos de -1, -1 e 2. Podemos escrever esta matriz X D em condensado ou compacto para como Dx = .
  • Y – matriz
A terceira matriz chama-se matriz Y D onde a primeira linha contém os elementos de 1, 4 e 1; e a segunda fila contém os elementos de -1, 2 e 1; e a terceira fila contém os elementos de 1, -1 e 2. Podemos escrever esta matriz Y D em condensado ou compacto para como Dy = .
  • Z – matriz
A quarta matriz chama-se matriz Z D onde a primeira linha contém os elementos de 1, -8 e 4; e a segunda fila contém as entradas de -1, 2 e 2; e a terceira fila contém as entradas de 1, -1 e -1. Podemos escrever esta matriz-Z D em condensado ou compacto para como Dy = .

P>P>Encontrar o determinante de cada matriz quadrada.

Determinantes de cada matriz

Estes são os valores numéricos dos determinantes das quatro matrizes, nomeadamente matriz de coeficiente, matriz x, matriz y, e matriz z. Para a matriz de coeficiente, o determinante é |D|=-20. Para a matriz x, o determinante é |Dx| = 60. Para a matriz y, o determinante é |Dy|=16. E finalmente, o determinante da matriz z é |Dz|=-12.

Solve para x, y e z usando a fórmula dada.

p>Valores resolvidos para \larga{\i}, \i}, e \i}larga{\i}color{\i}y, e \i}larga{\i}color{\i}z

Para encontrar a solução do sistema de equações lineares usando a Regra de Cramer com 3 Variáveis implica encontrar os valores de x, y, e z que corresponde ao ponto (x,y,z). Assim, para x = |Dx|/|D| = 60/-20 = -3; para y = |Dy|/|D| = 16/-20 = -4/5; e por último, para z= |Dz|/|D| = -12/-20 = 3/5. A chave é dividir o determinante de x-matriz, y-matrix, ou z-matrix pelo determinante do coeficiente dependendo do que se quer encontrar.'s Rule with 3 Variables involves finding the values of x, y, and z which corresponds to the point (x,y,z). So, for x = |Dx|/|D| = 60/-20 = -3; for y = |Dy|/|D| = 16/-20 = -4/5; and lastly, for z= |Dz|/|D| = -12/-20 = 3/5. The key is to divide the determinant of x-matrix, y-matrix, or z-matrix by the determinant of the coefficient depending on what you want to find.

Done! A resposta final em forma de ponto é: {{x,y,z}{esquerda( {x,y,z}direita) = {esquerda( { -,3, – 4 acima de 5},{3 acima de 5}},{3 acima de 5}}{direita).

Prática com folhas de trabalho

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