FUVEST 2024 · questão 13

Questão 13 FUVEST 2024: Matrizes, determinantes e sistemas

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Matrizes podem ser usadas para se obter informações sobre uma rede social. Para compreender como isso pode ser feito, consideremos como exemplo uma pequena rede social formada por 4 pessoas: \(P_1, P_2, P_3, P_4\). A matriz associada a essa rede social é a matriz \(4 \times 4\):

Figura da questão

O valor 1 (um) na posição \(a_{32}\) (linha 3, coluna 2) da matriz significa que a pessoa \(P_3\) segue a pessoa \(P_2\), ao passo que o valor 0 (zero) na posição \(a_{24}\) (linha 2, coluna 4) significa que a pessoa \(P_2\) não segue a pessoa \(P_4\). O valor 0 (zero) será atribuído às posições \(a_{ii}\). O significado do valor da posição \(b_{mn}\) da matriz produto \(M \times M = M^2\) é a quantidade de conexões da pessoa \(P_n\) até a pessoa \(P_m\) passando exatamente por uma pessoa, diferente delas duas, que chamaremos de conexão de grau 2.

Dessa forma, os valores das posições da matriz \(M^2\) podem refletir o alcance da rede social, suas potencialidades e fraquezas, a influência de certos membros dela, dentre outros aspectos.

Note e adote:

A posição \(b_{mn}\) da matriz produto \(M \times M = M^2\) é dada pela expressão \(b_{mn} = a_{m1} \cdot a_{1n} + a_{m2} \cdot a_{2n} + a_{m3} \cdot a_{3n} + a_{m4} \cdot a_{4n}\).

Com relação à rede social apresentada, é correto afirmar que:

  1. A
    Existem 5 pares de pessoas diferentes (\(P_i \neq P_j\)) que não possuem conexões de grau 2.
  2. B
    Existem 6 pares de pessoas diferentes (\(P_i \neq P_j\)) que possuem apenas uma conexão de grau 2.
  3. C
    Existem 3 pares de pessoas diferentes (\(P_i \neq P_j\)) que possuem 2 conexões de grau 2 diferentes.
  4. D
    Existem 3 pessoas que possuem conexões de grau 2 com todas as outras pessoas da rede social.
  5. E
    Existe apenas 1 pessoa \(P_i\) (\(i \neq 3\)) tal que \(P_i\) e \(P_3\) seguem-se mutuamente.
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Gabarito: Alternativa B: Existem 6 pares de pessoas diferentes (\(P_i \neq P_j\)) que possuem apenas uma conexão de grau 2..

Resolução comentada

Ideia-chave: calcular \(M^2\) e contar, fora da diagonal, quantas posições valem 0, 1 ou 2.

  1. Cada entrada é \(b_{mn} = \sum_k a_{mk}\,a_{kn}\), calculada a partir das linhas de \(M\). O resultado é: \[M^2 = \begin{pmatrix} 1 & 0 & 2 & 0 \\ 1 & 1 & 0 & 1 \\ 1 & 1 & 2 & 1 \\ 1 & 2 & 0 & 2 \end{pmatrix}\]
  2. Fora da diagonal há \(4 \cdot 3 = 12\) pares ordenados \((m,n)\), com \(m \neq n\). Contando os valores:
    • valor 0: 4 pares (\(b_{12}, b_{14}, b_{23}, b_{43}\));
    • valor 1: 6 pares (\(b_{21}, b_{24}, b_{31}, b_{32}, b_{34}, b_{41}\));
    • valor 2: 2 pares (\(b_{13}, b_{42}\)).
  3. Então existem exatamente 6 pares com uma única conexão de grau 2. A alternativa B está correta.
  4. Conferindo as demais:
    • A falha: são 4 pares sem conexão, não 5.
    • C falha: são 2 pares com duas conexões, não 3.
    • E falha: \(P_3\) segue \(P_1, P_2, P_4\), mas só \(P_2\) (\(a_{23} = 1\)) e \(P_4\) (\(a_{43} = 1\)) seguem \(P_3\). São 2 pessoas, não 1.

Resposta: alternativa B.

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