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Matemágica

Matriz como transformação do plano

Edite uma matriz 2×2 e veja a grade e uma figura serem giradas, espelhadas, cisalhadas, esticadas ou achatadas. Determinante, traço e composição A·B aparecem ao vivo.

Nível 2 · Intermediário Aula Origem: nova

Matriz como transformação do plano

Uma matriz 2×2 é uma regra que leva cada ponto (x, y) a um novo ponto:

(x', y') = (a·x + b·y, c·x + d·y)

Ela é linear: retas continuam retas, a origem fica fixa e o paralelismo é preservado. Por isso basta descobrir o que acontece com os vetores base e₁ e e₂: a coluna 1 da matriz é a imagem de e₁ = (1, 0), e a coluna 2 é a imagem de e₂ = (0, 1). Todo o resto segue por combinação linear.

O que observar

Determinante: o fator de área

Para qualquer figura, a área da imagem é |det A| vezes a área original. No "L", a área transformada é |det A| · 4, e o painel confere isso.

Traço

O traço é a soma da diagonal principal, a + d. Ele não tem significado geométrico tão direto quanto o determinante, mas aparece junto aos autovalores, na aula de autovalores e autovetores.

Composição A·B

Aplicar B e depois A equivale à matriz A·B. Com a caixa marcada, a figura tracejada colorida mostra essa composição. Note que, em geral, A·B ≠ B·A: a ordem importa. Os determinantes, porém, sempre satisfazem det(A·B) = det A · det B.

Predefinições

Use o campo digitável ou o slider de cada entrada: a matriz muda em tempo real, e o link na URL reabre exatamente a mesma transformação.

Desafios

  1. Encontre uma matriz 2×2 cujo determinante seja 2 e que deixe o eixo x fixo. Quantas soluções existem?

    Dica

    Se o eixo x é fixo, a primeira coluna é (1, 0). Teste c = 0 e observe a segunda coluna.

  2. Qual matriz espelha a figura em relação à reta y = x? Qual é o determinante dela?

    Dica

    Troque as coordenadas de cada ponto: (x, y) vira (y, x). Use a predefinição de reflexão na reta de 45°.

  3. Com o determinante igual a zero, a figura continua com área positiva? O que acontece com ela?

    Dica

    Use a predefinição de projeção e observe a figura e a mensagem do painel.

  4. Ative a composição A·B e compare com B·A. As duas figuras coincidem sempre?

    Dica

    Escolha uma rotação e um cisalhamento e troque a ordem. Compare os determinantes e as figuras.

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Conceitos

Cada conceito leva à lista de aulas que o usam, por disciplina.