Sejam A ∈ M_{m×n}, X ∈ M_{n×1}. Se o sistema homogêneo AX = 0 tem infinitas soluções, então o sistema AX = B também tem infinitas soluções para qualquer B ∈ M_{m×1}.

Questão

Sejam A ∈ M_{m×n}, X ∈ M_{n×1}. Se o sistema homogêneo AX = 0 tem infinitas soluções, então o sistema AX = B também tem infinitas soluções para qualquer B ∈ M_{m×1}.

Resposta

Falso.

Explicação

  1. Como X∈Mn×1X\in M_{n\times 1}, estamos falando de um sistema linear com nn incógnitas.

  2. O sistema homogêneo AX=0AX=0 ter infinitas soluções significa que o núcleo (espaço nulo) de AA é não trivial: dim⁡(ker⁡A)=n−rank⁡(A)>0.\dim(\ker A)=n-\operatorname{rank}(A)>0. Equivalente a dizer que rank⁡(A)<n\operatorname{rank}(A)<n (há variáveis livres).

  3. Para o sistema não homogêneo AX=BAX=B, existem dois cenários:

  • Se B∈Im⁡(A)B\in \operatorname{Im}(A) (isto é, BB está no espaço coluna de AA), então o sistema é compatível (tem pelo menos uma solução particular). Nesse caso, como ker⁡(A)\ker(A) é não trivial, a solução geral é X=Xp+v,v∈ker⁡(A),X=X_p+v,\quad v\in\ker(A), o que gera infinitas soluções.
  • Se B∉Im⁡(A)B\notin \operatorname{Im}(A), então o sistema é incompatível e tem zero soluções.
  1. Como a afirmação diz que AX=BAX=B tem infinitas soluções para qualquer B∈Mm×1B\in M_{m\times 1}, ela falha, pois existem vetores BB fora da imagem de AA para os quais o sistema não tem solução.

Conclusão: a proposição é falsa (só é verdade para todo BB quando AA é sobrejetora, isto é, quando rank⁡(A)=m\operatorname{rank}(A)=m, o que não é garantido).

Alternativa correta: não há alternativas; a assertiva é falsa.

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