Matriz identidade

Conhecemos como matriz identidade a matriz quadrada que possui todos os termos da diagonal principal iguais a 1 e os termos fora da diagonal iguais a 0.

Representação de uma matriz identidade.

A matriz identidade é a matriz quadrada que possui todos os elementos da diagonal principal iguais a 1 e todos os demais elementos iguais a 0. Representamos a matriz identidade de ordem n por In. A matriz identidade é o elemento neutro da multiplicação, ou seja, quando calculamos o produto entre a matriz A e a matriz identidade, encontramos como resposta a própria matriz A.

Leia mais: Matriz inversa — a matriz que, multiplicada por determinada matriz, resulta sempre na matriz identidade

Resumo sobre matriz identidade

  • É a matriz quadrada que possui termos da diagonal principal iguais a 1 e os demais termos iguais a 0.
  • Representamos por In a matriz identidade de ordem n.
  • A matriz identidade é conhecida como elemento neutro da multiplicação, logo, A⋅In=A.
  • De forma geral, a matriz identidade de ordem n é representada por:

\(I_n=\left(\begin{matrix}1&\cdots&0\\\vdots&\ddots&\vdots\\0&\cdots&1\\\end{matrix}\right)\)

O que é a matriz identidade?

A matriz identidade é um caso especial de matriz. Uma matriz é classificada como identidade quando é uma matriz quadrada que possui todos os termos da diagonal principal iguais a 1 e os demais iguais a 0.

A matriz identidade se torna um caso específico de matriz pelo fato de ser o elemento neutro da multiplicação entre matrizes, então, quando multiplicamos uma matriz A pela matriz identidade, encontramos como resposta a própria matriz A. Assim, de modo geral, temos que:

  • Exemplos de matriz identidade

Veja, a seguir, algumas matrizes identidades:

\(I_2=\left(\begin{matrix}1&0\\0&1\\\end{matrix}\right)\)

\(I_3=\left(\begin{matrix}1&0&0\\0&1&0\\0&0&1\\\end{matrix}\right)\)

\(I_4=\left(\begin{matrix}1&0&0&0\\0&1&0&0\\0&0&1&0\\0&0&0&1\\\end{matrix}\right)\)

Quais são as propriedades da matriz identidade?

Podemos destacar duas propriedades importantes da matriz identidade, vistas a seguir.

  • A matriz identidade é o elemento neutro da multiplicação de matrizes.

Quando multiplicamos uma matriz pela matriz identidade, encontramos a própria matriz, o que significa que a operação de multiplicação entre matrizes possui um elemento neutro. Assim dada a matriz A de modo geral, temos que:

\(A\cdot I_n=A\)

  • O produto de uma matriz pela sua inversa é igual à matriz identidade.

Quando realizamos a multiplicação de uma matriz A pela matriz inversa \(A^{-1}\), encontramos o elemento neutro da multiplicação de matrizes, a matriz identidade.

\(A\cdot A^{-1}=I_n\)

Multiplicação da matriz identidade

A seguir, temos a multiplicação da matriz A pela matriz identidade. Supondo que a matriz A seja uma matriz de ordem 3:

\(A=\left[\begin{matrix}a_{11}&a_{12}&a_{13}\\a_{21}&a_{22}&a_{23}\\a_{31}&a_{32}&a_{33}\\\end{matrix}\right]\)

Queremos calcular o produto entre a matriz A e a matriz identidade I3:

\(A\cdot I_3=\left[\begin{matrix}a_{11}&a_{21}&a_{31}\\a_{21}&a_{22}&a_{32}\\a_{31}&a_{32}&a_{33}\\\end{matrix}\right]\cdot\left[\begin{matrix}1&0&0\\0&1&0\\0&0&1\\\end{matrix}\right]\)

Supondo que M = A⋅I3, os termos de M são:

\(M_{11}=a_{11}\cdot1+a_{12}\cdot0+a_{13}\cdot0=a_{11}\)

\(M_{12}=a_{11}\cdot0+a_{12}\cdot1+a_{13}\cdot0=a_{12}\)

\(M_{13}=a_{11}\cdot0+a_{12}\cdot0+a_{13}\cdot1=a_{13}\)

\(M_{21}=a_{21}\cdot1+a_{22}\cdot0+a_{23}\cdot0=a_{21}\)

\(M_{22}=a_{21}\cdot0+a_{22}\cdot1+a_{13}\cdot0=a_{22}\)

\(M_{23}=a_{21}\cdot0+a_{22}\cdot0+a_{23}\cdot1=a_{23}\)

\(M_{31}=a_{31}\cdot1+a_{32}\cdot0+a_{33}\cdot0=a_{31}\)

\(M_{32}=a_{31}\cdot0+a_{12}\cdot1+a_{13}\cdot0=a_{32}\)

\(M_{33}=a_{31}\cdot1+a_{32}\cdot0+a_{33}\cdot1=a_{33}\)

Podemos concluir que:

\(A\cdot I_3=\left[\begin{matrix}a_{11}&a_{12}&a_{13}\\a_{21}&a_{22}&a_{23}\\a_{31}&a_{32}&a_{33}\\\end{matrix}\right]\)

Note que encontramos a mesma matriz A de modo geral, independentemente dos termos da matriz.

Veja também: Matriz triangular — a matriz em que os elementos acima ou abaixo da diagonal principal são nulos

Exercícios resolvidos sobre matriz identidade

Questão 1

Analisando as matrizes a seguir, marque a alternativa que contém a matriz identidade \(I_2\).

A) \( \left[\begin{matrix}0&1\\1&0\\\end{matrix}\right]\)

B) \( \left[\begin{matrix}1&1\\1&1\\\end{matrix}\right]\)

C) \( \left[\begin{matrix}4&1\\1&5\\\end{matrix}\right]\)

D) \( \left[\begin{matrix}1&0\\0&1\\\end{matrix}\right]\)

E) \( \left[\begin{matrix}1&2\\2&1\\\end{matrix}\right]\)

Resolução:

Alternativa D

A matriz identidade de ordem 2 possui os elementos da diagonal secundária iguais a 0 e os termos da diagonal principal iguais a 1, o que acontece na alternativa D.

Questão 2

(Udesc) Sendo a matriz \(\left[\begin{matrix}x^2-6x+9&0\\x^2-3x-4&1\\\end{matrix}\right]\) igual à matriz identidade de ordem 2, o valor de 2x é:

A) -4

B) 6

C) 4

D) 8

E) -8

Resolução:

Alternativa D

Como essa matriz é a matriz identidade, então temos que:

\(x² – 6x + 9 = 1\)
\(x² – 6x + 9 – 1= 0\)
\(x² – 6x + 8 = 0\)

Seja a = 1, b = -6 e c = 8, resolveremos a equação do 2ºgrau:

\(\Delta=b^2-4ac\)

\(\Delta=\left(-6\right)^2-4\cdot1\cdot8\)

\(\Delta=36-32\)

\(\Delta=4\)

Calculando Bhaskara:

\(x=\frac{-b\pm\sqrt\Delta}{2a}\)

\(x=\frac{6\pm\sqrt4}{2\cdot1}\)

\(x=\frac{6\pm2}{2}\)

\(x_1=\frac{6+2}{2}=\frac{8}{2}=4\)

\(x_2=\frac{6-2}{2}=\frac{4}{2}=2\)

Na outra equação, temos que:

\(x² – 3x – 4 = 0\)

\(a = 1, b = -3 e c = -4\)

Assim:

\(\Delta=\left(-3\right)^2-4\cdot1\cdot(-4)\)

\(\Delta=9+16\)

\(\Delta=25\)

Calculando Bhaskara:

\(x=\frac{-b\pm\sqrt\Delta}{2a}\)

\(x=\frac{3\pm\sqrt{25}}{2\cdot1}\)

\(x=\frac{3\pm5}{2}\)

\(x_1=\frac{3+5}{2}=\frac{8}{2}=4\)

\(x_2=\frac{3-5}{2}=\frac{-2}{2}=-1\)

Então o valor solução de ambas as equações é x = 4, logo, o valor de 2x é:

\(2\cdot4=8\)

Por: Raul Rodrigues de Oliveira

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