sábado, 20 de março de 2010

Uma prova para o Determinante de Vandermonde

Chamamos de Matriz de Vandermonde uma matriz da forma


A transposta desta matriz é também denominada da mesma forma. Neste artigo, vamos provar que


Poucos requisitos são necessários para compreender esta demonstração. Você precisa saber que:

  1. Somar um múltiplo de uma coluna (recip. linha) em outra coluna (recip. linha) não altera o determinante.
  2. Se todas as entradas de uma coluna estão multiplicadas por , então " sai pra fora do determinante".
  3. Expandir um determinante por linha ou coluna.
Clique aqui, caso tenha alguma dúvida sobre as propriedades acima.

A demonstração deste fato segue por indução em . A base de indução, , é fácil:



Agora, suponha que a nossa afirmação vale para . Queremos calcular



Multiplicando a primeira coluna por e somando em todas as outras colunas, teremos



Agora, nosso objetivo é zerar todos os termos abaixo do . Para isso, faremos o seguinte: multiplicar a linha por e somar com a linha . Feito isso para todo , ficaremos com



Se você não entendeu esta passagem, faça para um caso pequeno, , por exemplo. Prosseguindo, podemos colocar os em evidência,



Expandindo este determinante pela primeira linha (ou coluna, tanto faz), aplicamos a hipótese de indução e obtemos




Demonstração alternativa

Esta demonstração, também por indução, é bem interessante e foi apresentada por um comentário de Carlos Shine neste mesmo post.

Considere a mesma matriz referida anteriormente. O truque consiste em interpretar como um polinômio em . Então, por motivos psicológicos, faça . Expandindo o determinante de pela última coluna, teremos um polinômio de grau . Note que o coeficiente do termo líder () é o determinante




que já sabemos calcular pela hipótese de indução. Assim, se fatora como




onde são as raízes de . Ora, mas as raízes de são justamente . Para ver isto, basta notar que se substituirmos a coluna (ou seja, a coluna com as potências de ) na última coluna de , o determinante irá se anular. Logo




Até.




14 comentários:

Gabriel Martins disse...

Que roubo! Muito bom! hehe
De longe parece uma coisa tão simples não é...
Muito legal

Clave de Pi disse...

Olá LeGauss! Muito interessante seu blog!
Faça-nos também uma visita - clavedepi.blogspot.com

O que acha de fazermos uma parceria?

Breu disse...

Cara, teve isso na minha prova pra vir pra X e eu num sabia ...
(agora, eu juro que a primeira coisa que eu li foi "Determinante de Voldemort")

Carlos Shine disse...

Eu conheço outra demonstração: seja $x = a_n$. Então o determinante vira um polinômio em $x$, cujo grau é $n-1$ (é só desenvolver por Laplace na última coluna, a do $x$). Aliás, dá para ver nesse desenvolvimento que o termo dominante vai ser o determinante de Vandermonde com $a_1$ até $a_{n-1}$, de modo que o determinante/polinômio é o Vandermonde com $n-1$ caras vezes o produto de $x - raiz$.

Mas quais são as raízes? $a_1,a_2,\dots,a_{n-1}$ (se substituir $x$ por cada um deles temos duas colunas iguais e o determinante zera). Então o determinante/polinômio é o Vandermonde de $n-1$ caras vezes $(x-a_1)(x-a_2)\ldots(x-a_{n-1})$ e o resultado segue por indução.

Gabriel Martins disse...

Po essa prova é muito legal também, ver o a_n como uma indeterminada

T disse...

Nossa, gostei muito dessa demonstração do Shine!

Carlos Shine disse...

Estejam livres para colocar no blog, caso queiram.

T disse...

Coloquei ;-)

Anônimo disse...

Amigo muito boa a demosntração você é formado em (matemática?).

T disse...

Se a pergunta foi para mim, a resposta é não... ainda.

Anônimo disse...

Salvou um exercicio da minha lista de controle multivariável!

Muito obrigado! XD

Carla Reis disse...

Na demonstração alternativa, há uma correção a ser feita no polinômio p(x).

Em vez de r_n é r_n-1, assim fica:

p(x) = D(x - r_1)...(x - r_(n-1))

Unknown disse...

{1 1 1.2 3 4. 4 9 16]

Anônimo disse...

seus lindos <3