Manual do Maxima: 25. Matrizes e Álgebra Linear

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# 25. Matrizes e Álgebra Linear

/Matrices.texi/1.29/Sat Jun 2 00:12:57 2007/-ko/

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## 25.1 Introdução a Matrizes e Álgebra Linear

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### 25.1.1 Ponto

O operador `.` representa multiplicação não comutativa e produto escalar. Quando os operandos são matrizes 1-coluna ou 1-linha `a` e `b`, a expresão `a.b` é equivalente a `sum (a[i]*b[i], i, 1, length(a))`. Se `a` e `b` não são complexos, isso é o produto escalar, também chamado produto interno ou produto do ponto, de `a` e `b`. O produto escalar é definido como `conjugate(a).b` quando `a` e `b` são complexos; `innerproduct` no pacote `eigen` fornece o produto escalar complexo.

Quando os operandos são matrizes mais gerais, o produto é a matriz produto `a` e `b`. O número de linhas de `b` deve ser igual ao número de colunas de `a`, e o resultado tem número de linhas igual ao número de linhas de `a` e número de colunas igual ao número de colunas de `b`.

Para distingüir `.` como um operador aritmético do ponto decimal em um número em ponto flutuante, pode ser necessário deixar espaços em cada lado. Por exemplo, `5.e3` é `5000.0` mas `5 . e3` é `5` vezes `e3`.

Existem muitos sinalizadores que governam a simplificação de expresões envolvendo `.`, a saber `dot`, `dot0nscsimp`, `dot0simp`, `dot1simp`, `dotassoc`, `dotconstrules`, `dotdistrib`, `dotexptsimp`, `dotident`, e `dotscrules`.

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### 25.1.2 Vetores

`vect` é um pacote de funções para análise vetorial. `load ("vect")` chama esse pacote, e `demo ("vect")` permite visualizar uma demonstração.

O pacote de análise vetorial pode combinar e simplificar expresões simbólicas incluindo produtos dos pontos e productos dos x, juntamente com o gradiente, divergencia, torção, e operadores Laplacianos. A distribuição desses operadores sobre adições ou produtos é governada por muitos sinalizadores, como são várias outras expansões, incluindo expansão dentro de componentes em qualquer sistema de coordenadas ortogonais. Existem também funções para derivar o escalar ou vetor potencial de um campo.

O pacote `vect` contém essas funções: `vectorsimp`, `scalefactors`, `express`, `potential`, e `vectorpotential`.

Atenção: o pacote `vect` declara o operador ponto `.` como sendo um operador comutativo.

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### 25.1.3 auto

O pacote `eigen` contém muitas funções devotadas para a computação simbólica de autovalores e autovetores. Maxima chama o pacote automaticamente se uma das funções `eigenvalues` ou `eigenvectors` é invocada. O pacote pode ser chamado explicitamente com `load ("eigen")`.

`demo ("eigen")` mostra uma demonstração das compatibilidades desse pacote. `batch ("eigen")` executa a mesma demonstração, mas sem lembretes de usuário entre sucessivas computações.

As funções no pacote `eigen` são `innerproduct`, `unitvector`, `columnvector`, `gramschmidt`, `eigenvalues`, `eigenvectors`, `uniteigenvectors`, e `similaritytransform`.

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## 25.2 Funções e Variáveis Definidas para Matrizes e Álgebra Linear

Função: addcol (M, list_1, ..., list_n)

  Anexa a(s) coluna(s) dadas por uma ou mais listas (ou matrizes) sobre a matriz M.

Função: addrow (M, list_1, ..., list_n)

  Anexa a(s) linha(s) dadas por uma ou mais listas (ou matrizes) sobre a matriz M.

Função: adjoint (M)

  Retorna a matriz adjunta da matriz M. A matriz adjunta é a transposta da matriz dos cofatores de M.

Função: augcoefmatrix ([eqn_1, ..., eqn_m], [x_1, ..., x_n])

  Retorna a matriz dos coeficientes aumentada para as variáveis x_1, ..., x_n do sistema de equações lineares eqn_1, ..., eqn_m. Essa é a matriz dos coeficientes com uma coluna anexada para os termos independentes em cada equação (i.e., esses termos não dependem de x_1, ..., x_n).

      (%i1) m: [2*x - (a - 1)*y = 5*b, c + b*y + a*x = 0]$
      (%i2) augcoefmatrix (m, [x, y]);
                             [ 2  1 - a  - 5 b ]
      (%o2)                  [                 ]
                             [ a    b      c   ]

Função: charpoly (M, x)

  Retorna um polinômio característico para a matriz M em relação à variável x. Que é, `determinant (M - diagmatrix (length (M), x))`.

      (%i1) a: matrix ([3, 1], [2, 4]);
                                  [ 3  1 ]
      (%o1)                       [      ]
                                  [ 2  4 ]
      (%i2) expand (charpoly (a, lambda));
                                 2
      (%o2)                lambda  - 7 lambda + 10
      (%i3) (programmode: true, solve (%));
      (%o3)               [lambda = 5, lambda = 2]
      (%i4) matrix ([x1], [x2]);
                                   [ x1 ]
      (%o4)                        [    ]
                                   [ x2 ]
      (%i5) ev (a . % - lambda*%, %th(2)[1]);
                                [ x2 - 2 x1 ]
      (%o5)                     [           ]
                                [ 2 x1 - x2 ]
      (%i6) %[1, 1] = 0;
      (%o6)                     x2 - 2 x1 = 0
      (%i7) x2^2 + x1^2 = 1;
                                  2     2
      (%o7)                     x2  + x1  = 1
      (%i8) solve ([%th(2), %], [x1, x2]);
                        1               2
      (%o8) [[x1 = - -------, x2 = - -------],
                     sqrt(5)         sqrt(5)

                                                   1             2
                                          [x1 = -------, x2 = -------]]
                                                sqrt(5)       sqrt(5)

Função: coefmatrix ([eqn_1, ..., eqn_m], [x_1, ..., x_n])

  Retorna a matriz dos coeficientes para as variáveis x_1, ..., x_n do sistema de equações lineares eqn_1, ..., eqn_m.

      (%i1) coefmatrix([2*x-(a-1)*y+5*b = 0, b*y+a*x = 3], [x,y]);
                                       [ 2  1 - a ]
      (%o1)                            [          ]
                                       [ a    b   ]

Função: col (M, i)

  Reorna a i'ésima coluna da matriz M. O valor de retorno é uma matriz.

Função: columnvector (L)
Função: covect (L)

  Retorna uma matriz de uma coluna e `length (L)` linhas, contendo os elementos da lista L.

  `covect` é um sinônimo para `columnvector`.

  `load ("eigen")` chama essa função.

  Isso é útil se você quer usar partes das saídas das funções nesse pacote em cálculos matriciais.

  Exemplo:

      (%i1) load ("eigen")$
      Warning - you are redefining the Macsyma function autovalores
      Warning - you are redefining the Macsyma function autovetores
      (%i2) columnvector ([aa, bb, cc, dd]);
                                   [ aa ]
                                   [    ]
                                   [ bb ]
      (%o2)                        [    ]
                                   [ cc ]
                                   [    ]
                                   [ dd ]

Função: conjugate (x)

  Retorna o conjugado complexo de x.

      (%i1) declare ([aa, bb], real, cc, complex, ii, imaginary);

      (%o1)                         done
      (%i2) conjugate (aa + bb*%i);

      (%o2)                      aa - %i bb
      (%i3) conjugate (cc);

      (%o3)                     conjugate(cc)
      (%i4) conjugate (ii);

      (%o4)                         - ii
      (%i5) conjugate (xx + yy);

      (%o5)             conjugate(yy) + conjugate(xx)

Função: copymatrix (M)

  Retorna uma cópia da matriz M. Esse é o único para fazer uma copia separada copiando M elemento a elemento.

  Note que uma atribuição de uma matriz para outra, como em `m2: m1`, não copia `m1`. Uma atribuição `m2 [i,j]: x` ou `setelmx (x, i, j, m2` também modifica `m1 [i,j]`. criando uma cópia com `copymatrix` e então usando atribução cria uma separada e modificada cópia.

Função: determinant (M)

  Calcula o determinante de M por um método similar à eliminação de Gauss.

  A forma do resultado depende da escolha do comutador `ratmx`.

  Existe uma rotina especial para calcular determinantes esparsos que é chamada quando os comutadores `ratmx` e `sparse` são ambos `true`.

Variável: detout

  Valor padrão: `false`

  Quando `detout` é `true`, o determinante de uma matriz cuja inversa é calculada é fatorado fora da inversa.

  Para esse comutador ter efeito `doallmxops` e `doscmxops` deveram ambos serem `false` (veja suas transcrições). Alternativamente esses comutadores podem ser dados para `ev` o que faz com que os outros dois sejam escolhidos corretamente.

  Exemplo:

      (%i1) m: matrix ([a, b], [c, d]);
                                  [ a  b ]
      (%o1)                       [      ]
                                  [ c  d ]
      (%i2) detout: true$
      (%i3) doallmxops: false$
      (%i4) doscmxops: false$
      (%i5) invert (m);
                                [  d   - b ]
                                [          ]
                                [ - c   a  ]
      (%o5)                     ------------
                                 a d - b c

Função: diagmatrix (n, x)

  Retorna uma matriz diagonal de tamanho n por n com os elementos da diagonal todos iguais a x. `diagmatrix (n, 1)` retorna uma matriz identidade (o mesmo que `ident (n)`).

  n deve avaliar para um inteiro, de outra forma `diagmatrix` reclama com uma mensagem de erro.

  x pode ser qualquer tipo de expresão, incluindo outra matriz. Se x é uma matriz, isso não é copiado; todos os elementos da diagonal referem-se à mesma instância, x.

Variável: doallmxops

  Valor padrão: `true`

  Quando `doallmxops` é `true`, todas as operações relacionadas a matrizes são realizadas. Quando isso é `false` então a escolha de comutadores individuais `dot` governam quais operações são executadas.

Variável: domxexpt

  Valor padrão: `true`

  Quando `domxexpt` é `true`, uma matriz exponencial, `exp (M)` onde M é a matriz, é interpretada como uma matriz com elementos `[i,j` iguais a `exp (m[i,j])`. de outra forma `exp (M)` avalia para `exp (ev(M)`.

  `domxexpt` afeta todas as expresões da forma `base^expoente` onde base é uma expresão assumida escalar ou constante, e expoente é uma lista ou matriz.

  Exemplo:

      (%i1) m: matrix ([1, %i], [a+b, %pi]);
                               [   1    %i  ]
      (%o1)                    [            ]
                               [ b + a  %pi ]
      (%i2) domxexpt: false$
      (%i3) (1 - c)^m;
                                   [   1    %i  ]
                                   [            ]
                                   [ b + a  %pi ]
      (%o3)                 (1 - c)
      (%i4) domxexpt: true$
      (%i5) (1 - c)^m;
                        [                      %i  ]
                        [    1 - c      (1 - c)    ]
      (%o5)             [                          ]
                        [        b + a         %pi ]
                        [ (1 - c)       (1 - c)    ]

Variável de opção: domxmxops

  Valor padrão: `true`

  Quando `domxmxops` é `true`, todas as operações matriz-matriz ou matriz-lista são realizadas (mas não operações escalar-matriz); se esse comutador é `false` tais operações não são.

Variável de opção: domxnctimes

  Valor padrão: `false`

  Quando `domxnctimes` é `true`, produtos não comutativos de matrizes são realizados.

Variável de opção: dontfactor

  Valor padrão: `[]`

  `dontfactor` pode ser escolhido para uma lista de variáveis em relação a qual fatoração não é para ocorrer. (A lista é inicialmente vazia.) Fatoração também não pegará lugares com relação a quaisquer variáveis que são menos importantes, conforme a hierarquía de variável assumida para a forma expresão racional canônica (CRE), que essas na lista `dontfactor`.

Variável de opção: doscmxops

  Valor padrão: `false`

  Quando `doscmxops` é `true`, operações escalar-matriz são realizadas.

Variável de opção: doscmxplus

  Valor padrão: `false`

  Quando `doscmxplus` é `true`, operações escalar-matriz retornam uma matriz resultado. Esse comutador não é subsomado sob `doallmxops`.

Variável de opção: dot0nscsimp

  Valor padrão: `true`

  Quando `dot0nscsimp` é `true`, um produto não comutativo de zero e um termo não escalar é simplificado para um produto comutativo.

Variável de opção: dot0simp

  Valor padrão: `true`

  Quando `dot0simp` é `true`, um produto não comutativo de zero e um termo escalar é simplificado para um produto não comutativo.

Variável de opção: dot1simp

  Valor padrão: `true`

  Quando `dot1simp` é `true`, um produto não comutativo de um e outro termo é simplificado para um produto comutativo.

Variável de opção: dotassoc

  Valor padrão: `true`

  Quando `dotassoc` é `true`, uma expresão `(A.B).C` simplifica para `A.(B.C)`.

Variável de opção: dotconstrules

  Valor padrão: `true`

  Quando `dotconstrules` é `true`, um produto não comutativo de uma constante e outro termo é simplificado para um produto comutativo. Ativando esse sinalizador efetivamente ativamos `dot0simp`, `dot0nscsimp`, e `dot1simp` também.

Variável de opção: dotdistrib

  Valor padrão: `false`

  Quando `dotdistrib` é `true`, uma expresão `A.(B + C)` simplifica para `A.B + A.C`.

Variável de opção: dotexptsimp

  Valor padrão: `true`

  Quando `dotexptsimp` é `true`, uma expresão `A.A` simplifica para `A^^2`.

Variável de opção: dotident

  Valor padrão: 1

  `dotident` é o valor retornado por `X^^0`.

Variável de opção: dotscrules

  Valor padrão: `false`

  Quando `dotscrules` é `true`, uma expresão `A.SC` ou `SC.A` simplifica para `SC*A` e `A.(SC*B)` simplifica para `SC*(A.B)`.

Função: echelon (M)

  Retorna a forma escalonada da matriz M, como produzido através da eliminação de Gauss. A forma escalonada é calculada de M por operações elementares de linha tais que o primeiro elemento não zero em cada linha na matriz resultante seja o número um e os elementos da coluna abaixo do primeiro número um em cada linha sejam todos zero.

  `triangularize` também realiza eliminação de Gaussian, mas não normaliza o elemento líder não nulo em cada linha.

  `lu_factor` e `cholesky` são outras funções que retornam matrizes triangularizadas.

      (%i1) M: matrix ([3, 7, aa, bb], [-1, 8, 5, 2], [9, 2, 11, 4]);
                             [  3   7  aa  bb ]
                             [                ]
      (%o1)                  [ - 1  8  5   2  ]
                             [                ]
                             [  9   2  11  4  ]
      (%i2) echelon (M);
                        [ 1  - 8  - 5      - 2     ]
                        [                          ]
                        [         28       11      ]
                        [ 0   1   --       --      ]
      (%o2)             [         37       37      ]
                        [                          ]
                        [              37 bb - 119 ]
                        [ 0   0    1   ----------- ]
                        [              37 aa - 313 ]

Função: eigenvalues (M)
Função: eivals (M)

  Retorna uma lista de duas listas contendo os autovalores da matriz M. A primeira sublista do valor de retorno é a lista de autovalores da matriz, e a segunda sublista é a lista de multiplicidade dos autovalores na ordem correspondente.

  `eivals` é um sinônimo de `eigenvalues`.

  `eigenvalues` chama a função `solve` para achar as raízes do polinômio característico da matriz. Algumas vezes `solve` pode não estar habilitado a achar as raízes do polinômio; nesse caso algumas outras funções nesse pacote (except `innerproduct`, `unitvector`, `columnvector` e `gramschmidt`) não irão trabalhar.

  Em alguns casos os autovalores achados por `solve` podem ser expresões complicadas. (Isso pode acontecer quando `solve` retorna uma expresão real não trivial para um autovalor que é sabidamente real.) Isso pode ser possível para simplificar os autovalores usando algumas outras funções.

  O pacote `eigen.mac` é chamado automaticamente quando `eigenvalues` ou `eigenvectors` é referenciado. Se `eigen.mac` não tiver sido ainda chamado, `load ("eigen")` chama-o. Após ser chamado, todas as funções e variáveis no pacote estarão disponíveis.

Função: eigenvectors (M)
Função: eivects (M)

  pegam uma matriz M como seu argumento e retorna uma lista de listas cuja primeira sublista é a saída de `eigenvalues` e as outras sublistas são os autovetores da matriz correspondente para esses autovalores respectivamente.

  `eivects` é um sinônimo para `eigenvectors`.

  O pacote `eigen.mac` é chamado automaticamente quando `eigenvalues` ou `eigenvectors` é referenciado. Se `eigen.mac` não tiver sido ainda chamado, `load ("eigen")` chama-o. Após ser chamado, todas as funções e variáveis no pacote estarão disponíveis.

  Os sinalizadores que afetam essa função são:

  `nondiagonalizable` é escolhido para `true` ou `false` dependendo de se a matriz é não diagonalizável ou diagonalizável após o retorno de `eigenvectors`.

  `hermitianmatrix` quando `true`, faz com que os autovetores degenerados da matriz Hermitiana sejam ortogonalizados usando o algorítmo de Gram-Schmidt.

  `knowneigvals` quando `true` faz com que o pacote `eigen` assumir que os autovalores da matriz são conhecidos para o usuário e armazenados sob o nome global `listeigvals`. `listeigvals` poderá ser escolhido para uma lista similar à saída de `eigenvalues`.

  A função `algsys` é usada aqui para resolver em relação aos autovetores. Algumas vezes se os autovalores estão ausêntes, `algsys` pode não estar habilitado a achar uma solução. Em alguns casos, isso pode ser possível para simplificar os autovalores por primeiro achando e então usando o comando `eigenvalues` e então usando outras funções para reduzir os autovalores a alguma coisa mais simples. Continuando a simplificação, `eigenvectors` pode ser chamada novamente com o sinalizador `knowneigvals` escolhido para `true`.

Função: ematrix (m, n, x, i, j)

  Retorna uma matriz m por n, todos os elementos da qual são zero exceto para o elemento `[i, j]` que é x.

Função: entermatrix (m, n)

  Retorna uma matriz m por n, lendo os elementos interativamente.

  Se n é igual a m, Maxima pergunta pelo tipo de matriz (diagonal, simétrica, antisimétrica, ou genérica) e por cada elemento. Cada resposta é terminada por um ponto e vírgula `;` ou sinal de dólar `$`.

  Se n não é igual a m, Maxima pergunta por cada elemento.

  Os elementos podem ser quaisquer expressões, que são avaliadas. `entermatrix` avalia seus argumentos.

      (%i1) n: 3$
      (%i2) m: entermatrix (n, n)$

      Is the matriz  1.  Diagonal  2.  Symmetric  3.  Antisymmetric  4.  General
      Answer 1, 2, 3 or 4 :
      1$
      Row 1 Column 1:
      (a+b)^n$
      Row 2 Column 2:
      (a+b)^(n+1)$
      Row 3 Column 3:
      (a+b)^(n+2)$

      Matriz entered.
      (%i3) m;
                      [        3                     ]
                      [ (b + a)      0         0     ]
                      [                              ]
      (%o3)           [                  4           ]
                      [    0      (b + a)      0     ]
                      [                              ]
                      [                            5 ]
                      [    0         0      (b + a)  ]

Função: genmatrix (a, i_2, j_2, i_1, j_1)
Função: genmatrix (a, i_2, j_2, i_1)
Função: genmatrix (a, i_2, j_2)

  Retorna uma matriz gerada de a, pegando o elemento `a[i_1,j_1]` como o elemento do canto superior esquerdo e `a[i_2,j_2]` como o elemento do canto inferior direto da matriz. Aqui a é um array declarado (criado através de `array` mas não por meio de `make_array`) ou um array não declarado, ou uma função array, ou uma expressão lambda de dois argumentos. (Uma funçãO array é criado como outras funções com `:=` ou `define`, mas os argumentos são colocados entre colchêtes em lugar de parêntesis.)

  Se j_1 é omitido, isso é assumido ser igual a i_1. Se ambos j_1 e i_1 são omitidos, ambos são assumidos iguais a 1.

  Se um elemento selecionado `i,j` de um array for indefinido, a matriz conterá um elemento simbólico `a[i,j]`.

  Exemplos:

      (%i1) h [i, j] := 1 / (i + j - 1);
                                          1
      (%o1)                  h     := ---------
                              i, j    i + j - 1
      (%i2) genmatrix (h, 3, 3);
                                 [    1  1 ]
                                 [ 1  -  - ]
                                 [    2  3 ]
                                 [         ]
                                 [ 1  1  1 ]
      (%o2)                      [ -  -  - ]
                                 [ 2  3  4 ]
                                 [         ]
                                 [ 1  1  1 ]
                                 [ -  -  - ]
                                 [ 3  4  5 ]
      (%i3) array (a, fixnum, 2, 2);
      (%o3)                           a
      (%i4) a [1, 1] : %e;
      (%o4)                          %e
      (%i5) a [2, 2] : %pi;
      (%o5)                          %pi
      (%i6) genmatrix (a, 2, 2);
                                 [ %e   0  ]
      (%o6)                      [         ]
                                 [ 0   %pi ]
      (%i7) genmatrix (lambda ([i, j], j - i), 3, 3);
                               [  0    1   2 ]
                               [             ]
      (%o7)                    [ - 1   0   1 ]
                               [             ]
                               [ - 2  - 1  0 ]
      (%i8) genmatrix (B, 2, 2);
                              [ B      B     ]
                              [  1, 1   1, 2 ]
      (%o8)                   [              ]
                              [ B      B     ]
                              [  2, 1   2, 2 ]

Função: gramschmidt (x)
Função: gschmit (x)

  Realiza o algorítmo de ortonalização de Gram-Schmidt sobre x, seja ela uma matriz ou uma lista de listas. x não é modificado por `gramschmidt`.

  Se x é uma matriz, o algorítmo é aplicado para as linhas de x. Se x é uma lista de listas, o algorítmo é aplicado às sublistas, que devem ter igual números de elementos. Nos dois casos, o valor de retorno é uma lista de listas, as sublistas das listas são ortogonais e gera o mesmo spaço que x. Se a dimensão do conjunto gerador de x é menor que o número de linhas ou sublistas, algumas sublistas do valor de retorno são zero.

  `factor` é chamada a cada estágio do algorítmo para simplificar resultados intermediários. Como uma conseqüência, o valor de retorno pode conter inteiros fatorados.

  `gschmit` (nota ortográfica) é um sinônimo para `gramschmidt`.

  `load ("eigen")` chama essa função.

  Exemplo:

      (%i1) load ("eigen")$
      Warning - you are redefining the Macsyma function autovalores
      Warning - you are redefining the Macsyma function autovetores
      (%i2) x: matrix ([1, 2, 3], [9, 18, 30], [12, 48, 60]);
                               [ 1   2   3  ]
                               [            ]
      (%o2)                    [ 9   18  30 ]
                               [            ]
                               [ 12  48  60 ]
      (%i3) y: gramschmidt (x);
                             2      2            4     3
                            3      3   3 5      2  3  2  3
      (%o3)  [[1, 2, 3], [- ---, - --, ---], [- ----, ----, 0]]
                            2 7    7   2 7       5     5
      (%i4) i: innerproduct$
      (%i5) [i (y[1], y[2]), i (y[2], y[3]), i (y[3], y[1])];
      (%o5)                       [0, 0, 0]

Função: ident (n)

  Retorna uma matriz identidade n por n.

Função: innerproduct (x, y)
Função: inprod (x, y)

  Retorna o produto interno (também chamado produto escalar ou produto do ponto) de x e y, que são listas de igual comprimento, ou ambas matrizes 1-coluna ou 1-linha de igual comprimento. O valor de retorno é `conjugate (x) . y`, onde `.` é o operador de multiplicação não comutativa.

  `load ("eigen")` chama essa função.

  `inprod` é um sinônimo para `innerproduct`.

Função: invert (M)

  Retorna a inversa da matriz M. A inversa é calculada pelo método adjunto.

  Isso permite a um usuário calcular a inversa de uma matriz com entradas bfloat ou polinômios com coeficientes em ponto flutuante sem converter para a forma CRE.

  Cofatores são calculados pela função `determinant`, então se `ratmx` é `false` a inversa é calculada sem mudar a representação dos elementos.

  A implementação corrente é ineficiente para matrizes de alta ordem.

  Quando `detout` é `true`, o determinante é fatorado fora da inversa.

  Os elementos da inversa não são automaticamente expandidos. Se M tem elementos polinomiais, melhor aparência de saída pode ser gerada por `expand (invert (m)), detout`. Se isso é desejável para ela divisão até pelo determinante pode ser excelente por `xthru (%)` ou alternativamente na unha por

      expe (adjoint (m)) / expand (determinant (m))
      invert (m) := adjoint (m) / determinant (m)

  Veja `^^` (expoente não comutativo) para outro método de inverter uma matriz.

Variável de opção: lmxchar

  Valor padrão: `[`

  `lmxchar` é o caractere mostrado como o delimitador esquerdo de uma matriz. Veja também `rmxchar`.

  Exemplo:

      (%i1) lmxchar: "|"$
      (%i2) matrix ([a, b, c], [d, e, f], [g, h, i]);
                                 | a  b  c ]
                                 |         ]
      (%o2)                      | d  e  f ]
                                 |         ]
                                 | g  h  i ]

Função: matrix (row_1, ..., row_n)

  Retorna uma matriz retangular que tem as linhas row_1, ..., row_n. Cada linha é uma lista de expressões. Todas as linhas devem ter o mesmo comprimento.

  As operações `+` (adição), `-` (subtração), `*` (multiplicação), e `/` (divisão), são realizadas elemento por elemento quando os operandos são duas matrizes, um escalar e uma matriz, ou uma matriz e um escalar. A operação `^` (exponenciação, equivalentemente `**`) é realizada elemento por elemento se os operandos são um escalar e uma matriz ou uma matriz e um escalar, mas não se os operandos forem duas matrizes. Todos as operações são normalmente realizadas de forma completa, incluindo `.` (multiplicação não comutativa).

  Multiplicação de matrizes é representada pelo operador de multiplicação não comutativa `.`. O correspondente operador de exponenciação não comutativa é `^^`. Para uma matriz `A`, `A.A = A^^2` e `A^^-1` é a inversa de A, se existir.

  Existem comutadores para controlar a simplificação de expresões envolvendo operações escalar e matriz-lista. São eles `doallmxops`, `domxexpt` `domxmxops`, `doscmxops`, e `doscmxplus`.

  Existem opções adicionais que são relacionadas a matrizes. São elas: `lmxchar`, `rmxchar`, `ratmx`, `listarith`, `detout`, `scalarmatrix`, e `sparse`.

  Existe um número de funções que pegam matrizes como argumentos ou devolvem matrizes como valor de retorno. Veja `eigenvalues`, `eigenvectors`, `determinant`, `charpoly`, `genmatrix`, `addcol`, `addrow`, `copymatrix`, `transpose`, `echelon`, e `rank`.

  Exemplos:

  - Construção de matrizes de listas.

      (%i1) x: matrix ([17, 3], [-8, 11]);
                                 [ 17   3  ]
      (%o1)                      [         ]
                                 [ - 8  11 ]
      (%i2) y: matrix ([%pi, %e], [a, b]);
                                 [ %pi  %e ]
      (%o2)                      [         ]
                                 [  a   b  ]

  - Adição, elemento por elemento.

      (%i3) x + y;
                            [ %pi + 17  %e + 3 ]
      (%o3)                 [                  ]
                            [  a - 8    b + 11 ]

  - Subtração, elemento por elemento.

      (%i4) x - y;
                            [ 17 - %pi  3 - %e ]
      (%o4)                 [                  ]
                            [ - a - 8   11 - b ]

  - Multiplicação, elemento por elemento.

      (%i5) x * y;
                              [ 17 %pi  3 %e ]
      (%o5)                   [              ]
                              [ - 8 a   11 b ]

  - Divisão, elemento por elemento.

      (%i6) x / y;
                              [ 17       - 1 ]
                              [ ---  3 %e    ]
                              [ %pi          ]
      (%o6)                   [              ]
                              [   8    11    ]
                              [ - -    --    ]
                              [   a    b     ]

  - Matriz para um expoente escalar, elemento por elemento.

      (%i7) x ^ 3;
                               [ 4913    27  ]
      (%o7)                    [             ]
                               [ - 512  1331 ]

  - Base escalar para um expoente matriz, elemento por elemento.

      (%i8) exp(y);
                               [   %pi    %e ]
                               [ %e     %e   ]
      (%o8)                    [             ]
                               [    a     b  ]
                               [  %e    %e   ]

  - Base matriz para um expoente matriz. Essa não é realizada elemento por elemento.

      (%i9) x ^ y;
                                      [ %pi  %e ]
                                      [         ]
                                      [  a   b  ]
                           [ 17   3  ]
      (%o9)                [         ]
                           [ - 8  11 ]

  - Multiplicação não comutativa de matrizes.

      (%i10) x . y;
                        [ 3 a + 17 %pi  3 b + 17 %e ]
      (%o10)            [                           ]
                        [ 11 a - 8 %pi  11 b - 8 %e ]
      (%i11) y . x;
                      [ 17 %pi - 8 %e  3 %pi + 11 %e ]
      (%o11)          [                              ]
                      [  17 a - 8 b     11 b + 3 a   ]

  - Exponenciação não comutativa de matrizes. Uma base escalar b para uma potência matriz M é realizada elemento por elemento e então `b^^m` é o mesmo que `b^m`.

      (%i12) x ^^ 3;
                              [  3833   1719 ]
      (%o12)                  [              ]
                              [ - 4584  395  ]
      (%i13) %e ^^ y;
                               [   %pi    %e ]
                               [ %e     %e   ]
      (%o13)                   [             ]
                               [    a     b  ]
                               [  %e    %e   ]

  - A matriz elevada a um expoente -1 com exponenciação não comutativa é a matriz inversa, se existir.

      (%i14) x ^^ -1;
                               [ 11      3  ]
                               [ ---  - --- ]
                               [ 211    211 ]
      (%o14)                   [            ]
                               [  8    17   ]
                               [ ---   ---  ]
                               [ 211   211  ]
      (%i15) x . (x ^^ -1);
                                  [ 1  0 ]
      (%o15)                      [      ]
                                  [ 0  1 ]

Função: matrixmap (f, M)

  Retorna uma matriz com elemento `i,j` igual a `f(M[i,j])`.

  Veja também `map`, `fullmap`, `fullmapl`, e `apply`.

Função: matrixp (expr)

  Retorna `true` se expr é uma matriz, de outra forma retorna `false`.

Variável de opção: matrix_element_add

  Valor padrão: `+`

  `matrix_element_add` é a operação invocada em lugar da adição em uma multiplicação de matrizes. A `matrix_element_add` pode ser atribuído qualquer operador n-ário (que é, uma função que manuseia qualquer número de argumentos). Os valores atribuídos podem ser o nome de um operador entre aspas duplas, o nome da função, ou uma expressão lambda.

  Veja também `matrix_element_mult` e `matrix_element_transpose`.

  Exemplo:

      (%i1) matrix_element_add: "*"$
      (%i2) matrix_element_mult: "^"$
      (%i3) aa: matrix ([a, b, c], [d, e, f]);
                                 [ a  b  c ]
      (%o3)                      [         ]
                                 [ d  e  f ]
      (%i4) bb: matrix ([u, v, w], [x, y, z]);
                                 [ u  v  w ]
      (%o4)                      [         ]
                                 [ x  y  z ]
      (%i5) aa . transpose (bb);
                           [  u  v  w   x  y  z ]
                           [ a  b  c   a  b  c  ]
      (%o5)                [                    ]
                           [  u  v  w   x  y  z ]
                           [ d  e  f   d  e  f  ]

Variável de opção: matrix_element_mult

  Valor padrão: `*`

  `matrix_element_mult` é a operação invocada em lugar da multiplicação em uma multiplicação de matrizes. A `matrix_element_mult` pode ser atribuído qualquer operador binário. O valor atribuído pode ser o nome de um operador entre aspas duplas, o nome de uma função, ou uma expressão lambda.

  O operador do ponto `.` é uma escolha útil em alguns contextos.

  Veja também `matrix_element_add` e `matrix_element_transpose`.

  Exemplo:

      (%i1) matrix_element_add: lambda ([[x]], sqrt (apply ("+", x)))$
      (%i2) matrix_element_mult: lambda ([x, y], (x - y)^2)$
      (%i3) [a, b, c] . [x, y, z];
                                2          2          2
      (%o3)         sqrt((c - z)  + (b - y)  + (a - x) )
      (%i4) aa: matrix ([a, b, c], [d, e, f]);
                                 [ a  b  c ]
      (%o4)                      [         ]
                                 [ d  e  f ]
      (%i5) bb: matrix ([u, v, w], [x, y, z]);
                                 [ u  v  w ]
      (%o5)                      [         ]
                                 [ x  y  z ]
      (%i6) aa . transpose (bb);
                     [             2          2          2  ]
                     [ sqrt((c - w)  + (b - v)  + (a - u) ) ]
      (%o6)  Col 1 = [                                      ]
                     [             2          2          2  ]
                     [ sqrt((f - w)  + (e - v)  + (d - u) ) ]

                               [             2          2          2  ]
                               [ sqrt((c - z)  + (b - y)  + (a - x) ) ]
                       Col 2 = [                                      ]
                               [             2          2          2  ]
                               [ sqrt((f - z)  + (e - y)  + (d - x) ) ]

Variável de opção: matrix_element_transpose

  Valor padrão: `false`

  `matrix_element_transpose` é a operação aplicada a cada elemento de uma matriz quando for uma transposta. A `matrix_element_mult` pode ser atribuído qualquer operador unário. O valor atribuído pode ser nome de um operador entre aspas duplas, o nome de uma função, ou uma expressão lambda.

  Quando `matrix_element_transpose` for igual a `transpose`, a função `transpose` é aplicada a todo elemento. Quando `matrix_element_transpose` for igual a `nonscalars`, a função `transpose` é aplicada a todo elemento não escalar. Se algum elemento é um átomo, a opção `nonscalars` aplica `transpose` somente se o átomo for declarado não escalar, enquanto a opção `transpose` sempre aplica `transpose`.

  O valor padrão, `false`, significa nenhuma operação é aplicada.

  Veja também `matrix_element_add` e `matrix_element_mult`.

  Exemplos:

      (%i1) declare (a, nonscalar)$
      (%i2) transpose ([a, b]);
                              [ transpose(a) ]
      (%o2)                   [              ]
                              [      b       ]
      (%i3) matrix_element_transpose: nonscalars$
      (%i4) transpose ([a, b]);
                              [ transpose(a) ]
      (%o4)                   [              ]
                              [      b       ]
      (%i5) matrix_element_transpose: transpose$
      (%i6) transpose ([a, b]);
                              [ transpose(a) ]
      (%o6)                   [              ]
                              [ transpose(b) ]
      (%i7) matrix_element_transpose: lambda ([x], realpart(x) - %i*imagpart(x))$
      (%i8) m: matrix ([1 + 5*%i, 3 - 2*%i], [7*%i, 11]);
                           [ 5 %i + 1  3 - 2 %i ]
      (%o8)                [                    ]
                           [   7 %i       11    ]
      (%i9) transpose (m);
                            [ 1 - 5 %i  - 7 %i ]
      (%o9)                 [                  ]
                            [ 2 %i + 3    11   ]

Função: mattrace (M)

  Retorna o traço (que é, a soma dos elementos sobre a diagonal principal) da matriz quadrada M.

  `mattrace` é chamada por `ncharpoly`, uma alternativa para `charpoly` do Maxima.

  `load ("nchrpl")` chama essa função.

Função: minor (M, i, j)

  Retorna o i, j menor do elemento localizado na linha i coluna j da matriz M. Que é M com linha i e coluna j ambas removidas.

Função: ncexpt (a, b)

  Se uma expressão exponencial não comutativa é muito alta para ser mostrada como `a^^b` aparecerá como `ncexpt (a,b)`.

  `ncexpt` não é o nome de uma função ou operador; o nome somente aparece em saídas, e não é reconhecido em entradas.

Função: ncharpoly (M, x)

  Retorna o polinômio característico da matriz M com relação a x. Essa é uma alternativa para `charpoly` do Maxima.

  `ncharpoly` trabalha pelo cálculo dos traços das potências na dada matriz, que são sabidos serem iguais a somas de potências das raízes do polinômio característico. Para essas quantidade a função simétrica das raízes pode ser calculada, que nada mais são que os coeficientes do polinômio característico. `charpoly` trabalha formatando o determinante de `x * ident [n] - a`. Dessa forma `ncharpoly` é vencedor, por exemplo, no caso de largas e densas matrizes preencidas com inteiros, desde que isso evite inteiramente a aritmética polinomial.

  `load ("nchrpl")` loads this file.

Função: newdet (M, n)

  Calcula o determinante de uma matriz ou array M pelo algorítmo da árvore menor de Johnson-Gentleman. O argumento n é a ordem; isso é opcional se M for uma matriz.

Declaração: nonscalar

  Faz átomos ser comportarem da mesma forma que uma lista ou matriz em relação ao operador do ponto.

Função: nonscalarp (expr)

  Retorna `true` se expr é um não escalar, i.e., isso contém átomos declarados como não escalares, listas, ou matrizes.

Função: permanent (M, n)

  Calcula o permanente da matriz M. Um permanente é como um determinante mas sem mudança de sinal.

Função: rank (M)

  Calcula o posto da matriz M. Que é, a ordem do mais largo determinante não singular de M.

  rank pode retornar uma resposta ruim se não puder determinar que um elemento da matriz que é equivalente a zero é realmente isso.

Variável de opção: ratmx

  Valor padrão: `false`

  Quando `ratmx` é `false`, adição, subtração, e multiplicação para determinantes e matrizes são executados na representação dos elementos da matriz e fazem com que o resultado da inversão de matrizes seja esquerdo na representação geral.

  Quando `ratmx` é `true`, as 4 operações mencionadas acima são executadas na forma CRE e o resultado da matriz inversa é dado na forma CRE. Note isso pode fazer com que os elementos sejam expandidos (dependendo da escolha de `ratfac`) o que pode não ser desejado sempre.

Função: row (M, i)

  retorna a i'ésima linha da matriz M. O valor de retorno é uma matriz.

Variável de opção: scalarmatrixp

  Valor padrão: `true`

  Quando `scalarmatrixp` é `true`, então sempre que uma matriz 1 x 1 é produzida como um resultado de cálculos o produto do ponto de matrizes é simplificado para um escalar, a saber o elemento solitário da matriz.

  Quando `scalarmatrixp` é `all`, então todas as matrizes 1 x 1 serão simplificadas para escalares.

  Quando `scalarmatrixp` é `false`, matrizes 1 x 1 não são simplificadas para escalares.

Função: scalefactors (coordinatetransform)

  Aqui coordinatetransform avalia para a forma [[expresão1, expresão2, ...], indeterminação1, indeterminação2, ...], onde indeterminação1, indeterminação2, etc. são as variáveis de coordenadas curvilíneas e onde a escolha de componentes cartesianas retangulares é dada em termos das coordenadas curvilíneas por [expresão1, expresão2, ...]. `coordinates` é escolhida para o vetor [indeterminação1, indeterminação2,...], e `dimension` é escolhida para o comprimento desse vetor. SF[1], SF[2], ..., SF[DIMENSION] são escohidos para fatores de escala de coordenada, e `sfprod` é escohido para o produto desse fatores de escala. Inicialmente, `coordinates` é [X, Y, Z], `dimension` é 3, e SF[1]=SF[2]=SF[3]=SFPROD=1, correspondendo a coordenadas Cartesianas retangulares 3-dimensional. Para expandir uma expresão dentro de componentes físicos no sistema de coordenadas corrente , existe uma função com uso da forma

Função: setelmx (x, i, j, M)

  Atribue x para o (i, j)'ésimo elemento da matriz M, e retorna a matriz alterada.

  `M [i, j]: x` tem o mesmo efeito, mas retorna x em lugar de M.

Função: similaritytransform (M)
Função: simtran (M)

  `similaritytransform` calcula uma transformação homotética da matriz `M`. Isso retorna uma lista que é a saída do comando `uniteigenvectors`. Em adição se o sinalizador `nondiagonalizable` é `false` duas matrizes globais `leftmatrix` e `rightmatrix` são calculadas. Essas matrizes possuem a propriedade de `leftmatrix . M . rightmatrix` é uma matriz diagonal com os autovalores de M sobre a diagonal. Se `nondiagonalizable` é `true` as matrizes esquerda e direita não são computadas.

  Se o sinalizador `hermitianmatrix` é `true` então `leftmatrix` é o conjugado complexo da transposta de `rightmatrix`. De outra forma `leftmatrix` é a inversa de `rightmatrix`.

  `rightmatrix` é a matriz cujas colunas são os autovetores unitários de M. Os outros sinalizadores (veja `eigenvalues` e `eigenvectors`) possuem o mesmo efeito desde que `similaritytransform` chama as outras funções no pacote com o objetivo de estar habilitado para a forma `rightmatrix`.

  `load ("eigen")` chama essa função.

  `simtran` é um sinônimo para `similaritytransform`.

Variável de opção: sparse

  Valor padrão: `false`

  Quando `sparse` é `true`, e se `ratmx` é `true`, então `determinant` usará rotinas especiais para calcular determinantes esparsos.

Função: submatrix (i_1, ..., i_m, M, j_1, ..., j_n)
Função: submatrix (i_1, ..., i_m, M)
Função: submatrix (M, j_1, ..., j_n)

  Retorna uma nova matriz formada pela matrix M com linhas i_1, ..., i_m excluídas, e colunas j_1, ..., j_n excluídas.

Função: transpose (M)

  Retorna a transposta de M.

  Se M é uma matriz, o valor de retorno é outra matriz N tal que `N[i,j] = M[j,i]`.

  Se M for uma lista, o valor de retorno é uma matrix N de `length (m)` linhas e 1 coluna, tal que `N[i,1] = M[i]`.

  De outra forma M é um símbolo, e o valor de retorno é uma expressão substantiva `'transpose (M)`.

Função: triangularize (M)

  Retorna a maior forma triangular da matriz `M`, como produzido através da eliminação de Gauss. O valor de retorno é o mesmo que `echelon`, exceto que o o coeficiente lider não nulo em cada linha não é normalizado para 1.

  `lu_factor` e `cholesky` são outras funções que retornam matrizes triangularizadas.

      (%i1) M: matrix ([3, 7, aa, bb], [-1, 8, 5, 2], [9, 2, 11, 4]);
                             [  3   7  aa  bb ]
                             [                ]
      (%o1)                  [ - 1  8  5   2  ]
                             [                ]
                             [  9   2  11  4  ]
      (%i2) triangularize (M);
                   [ - 1   8         5            2      ]
                   [                                     ]
      (%o2)        [  0   - 74     - 56         - 22     ]
                   [                                     ]
                   [  0    0    626 - 74 aa  238 - 74 bb ]

Função: uniteigenvectors (M)
Função: ueivects (M)

  Calcula autovetores unitários da matriz M. O valor de retorno é uma lista de listas, a primeiro sublista é a saída do comando `eigenvalues`, e as outras sublistas são os autovetores unitários da matriz correspondente a esses autovalores respectivamente.

  Os sinalizadores mencionados na descrição do comando `eigenvectors` possuem o mesmo efeito aqui também.

  Quando `knowneigvects` é `true`, o pacote `eigen` assume que os autovetores da matriz são conhecidos para o usuário são armazenados sob o nome global `listeigvects`. `listeigvects` pode ser ecolhido para uma lista similar à saída do comando `eigenvectors`.

  Se `knowneigvects` é escolhido para `true` e a lista de autovetores é dada a escolha do sinalizador `nondiagonalizable` pode não estar correta. Se esse é o caso por favor ecolha isso para o valor correto. O autor assume que o usuário sabe o que está fazendo e que não tentará diagonalizar uma matriz cujos autovetores não geram o mesmo espaço vetorial de dimensão apropriada.

  `load ("eigen")` chama essa função.

  `ueivects` é um sinônimo para `uniteigenvectors`.

Função: unitvector (x)
Função: uvect (x)

  Retorna x/norm(x); isso é um vetor unitário na mesma direção que x.

  `load ("eigen")` chama essa função.

  `uvect` é um sinônimo para `unitvector`.

Função: vectorsimp (expr)

  Aplica simplificações e expansões conforme os seguintes sinalizadores globais:

  `expandall`, `expanddot`, `expanddotplus`, `expandcross`, `expandcrossplus`, `expandcrosscross`, `expandgrad`, `expandgradplus`, `expandgradprod`, `expanddiv`, `expanddivplus`, `expanddivprod`, `expandcurl`, `expandcurlplus`, `expandcurlcurl`, `expandlaplacian`, `expandlaplacianplus`, e `expandlaplacianprod`.

  Todos esses sinalizadores possuem valor padrão `false`. O sufixo `plus` refere-se a utilização aditivamente ou distribuitivamente. O sufixo `prod` refere-se a expansão para um operando que é qualquer tipo de produto.

  `expandcrosscross`

    Simplifica p ~ (q ~ r) para (p . r)*q - (p . q)*r.

  `expandcurlcurl`

    Simplifica curl curl p para grad div p + div grad p.

  `expandlaplaciantodivgrad`

    Simplifica laplacian p para div grad p.

  `expandcross`

    Habilita `expandcrossplus` e `expandcrosscross`.

  `expandplus`

    Habilita `expanddotplus`, `expandcrossplus`, `expandgradplus`, `expanddivplus`, `expandcurlplus`, e `expandlaplacianplus`.

  `expandprod`

    Habilita `expandgradprod`, `expanddivprod`, e `expandlaplacianprod`.

  Esses sinalizadores foram todos declarados `evflag`.

Variável de opção: vect_cross

  Valor padrão: `false`

  Quando `vect_cross` é `true`, isso permite DIFF(X~Y,T) trabalhar onde ~ é definido em SHARE;VECT (onde VECT_CROSS é escolhido para `true`, de qualqeur modo.)

Função: zeromatrix (m, n)

  Retorna um matriz m por n, com todos os elementos sendo zero.

Símbolo especial: [
Símbolo especial: ]

  `[` e `]` marcam o omeço e o fim, respectivamente, de uma lista.

  `[` e `]` também envolvem os subscritos de uma lista, array, array desordenado, ou função array.

  Exemplos:

      (%i1) x: [a, b, c];
      (%o1)                       [a, b, c]
      (%i2) x[3];
      (%o2)                           c
      (%i3) array (y, fixnum, 3);
      (%o3)                           y
      (%i4) y[2]: %pi;
      (%o4)                          %pi
      (%i5) y[2];
      (%o5)                          %pi
      (%i6) z['foo]: 'bar;
      (%o6)                          bar
      (%i7) z['foo];
      (%o7)                          bar
      (%i8) g[k] := 1/(k^2+1);
                                        1
      (%o8)                     g  := ------
                                 k     2
                                      k  + 1
      (%i9) g[10];
                                      1
      (%o9)                          ---
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