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Aula 317 — Teorema de Laplace

50 min

Objetivo geral

Aplicar o Teorema de Laplace para calcular determinantes de qualquer ordem, escolhendo estrategicamente a linha ou coluna com mais zeros.

Objetivos específicos

  • Enunciar o Teorema de Laplace: o determinante pode ser calculado expandindo por cofatores ao longo de QUALQUER linha ou coluna.
  • Aplicar o Teorema de Laplace a uma matriz de ordem 4.
  • Reconhecer que expandir pela linha ou coluna com MAIS ZEROS reduz o trabalho de cálculo.
  • Calcular um determinante de ordem 4 escolhendo a linha/coluna mais vantajosa.

Conhecimentos prévios

  • Determinante de matriz de ordem 3, Módulo 20, Aula 314.
  • Regra de Sarrus, Módulo 20, Aula 315.

Recursos didáticos

  • Apresentação de slides — Possor_MatAula317_Apresentacao.pptx.
  • Quadro/lousa e material de escrita.
  • GeoGebra CAS, para operar com matrizes e conferir cálculos.

Desenvolvimento da aula

Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios

5 min · Ausubel — ativação de subsunçores

O professor pergunta: para calcular o determinante de uma matriz 4×4 com uma linha cheia de zeros e as outras sem nenhum zero, faz diferença por qual linha expandir?

Problematização Inicial

5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipado

Mostrar a matriz N=[[2,0,0,0],[1,3,5,2],[4,1,2,1],[3,2,1,4]] e perguntar se expandir pela 1ª linha (3 zeros) ou pela 2ª linha (nenhum zero) dá mais trabalho. Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): escolher expandir por uma linha ou coluna SEM zeros só porque "é a primeira que aparece", gerando 4 termos inteiros para calcular, quando uma escolha mais esperta economizaria quase todo o trabalho.

Desenvolvimento Conceitual

20 min · Exposição dialogada

Apresentação dos slides 2 a 9: o Teorema de Laplace permite expandir por QUALQUER linha ou coluna — o resultado é o mesmo, mas escolher a linha/coluna com MAIS ZEROS elimina a maioria dos termos (cada zero multiplicando um cofator anula aquele termo). Resolvendo a pergunta do Momento 2: expandindo pela 1ª linha de N (três zeros), só sobra 1 termo: det(N)=2×C11=2×det([[3,5,2],[1,2,1],[2,1,4]])=2×5=10 — muito mais rápido que expandir por uma linha sem zeros (4 termos completos).

Resolução Guiada

10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento Proximal

Resolução guiada: verificar coletivamente o cálculo do menor complementar de a11 em N (matriz 3×3 restante) por Sarrus: det([[3,5,2],[1,2,1],[2,1,4]])=5 (conferir passo a passo). Em duplas: discutir por que expandir pela 2ª linha de N (sem zeros) exigiria calcular 4 determinantes de ordem 3 completos, em vez de só 1.

Exercícios de Fixação

7 min · Prática independente

Aplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano).

Síntese e Fechamento

3 min · Consolidação (fechamento circular)

Retomar a pergunta do Momento 1: faz muita diferença — expandir pela linha com mais zeros (a 1ª, nesse caso) elimina quase todo o trabalho, já que cada zero anula o termo correspondente.

Avaliação formativa

Ao longo da aula: perguntas rápidas de verificação (Momento 3) e observação direta durante a resolução guiada (Momento 4). Ao final: correção coletiva dos exercícios.

Lista de exercícios

1. No Teorema de Laplace, por qual linha ou coluna é mais vantajoso expandir um determinante?

Gabarito: Pela linha ou coluna com mais zeros, pois cada zero elimina um termo do cálculo.

2. Para N=[[2,0,0,0],[1,3,5,2],[4,1,2,1],[3,2,1,4]], quantos termos sobram ao expandir pela 1ª linha?

Gabarito: Só 1 termo (os outros três são multiplicados por zero).

3. Calcule det(N), sabendo que o menor complementar de a11 tem determinante 5.

Gabarito: det(N)=2×5=10 (só o termo de a11 sobrevive).

4. O Teorema de Laplace garante que o resultado é o mesmo, não importa a linha/coluna escolhida?

Gabarito: Sim — a escolha só afeta o quanto de trabalho é necessário, não o resultado final.

5. Encontre o erro: "para calcular um determinante por Laplace, tanto faz escolher qualquer linha ou coluna — todas dão o mesmo trabalho."

Gabarito: Errado: o resultado é o mesmo, mas o TRABALHO muda muito; escolher a linha/coluna com mais zeros economiza cálculo.