Seja uma matriz real quadrada de ordem e , onde denota a matriz identidade de ordem , supondo que é inversível e idempotente (isto é, ) considere as afirmações:
é idempotente.
é inversível.
é simétrica.
Com respeito a estas afirmações temos:
$• \ \text{Afirmativa I:}$ $\color{royalblue}{\text{Verdadeira}}$
\begin{matrix} A \ A = A &\Rightarrow& A \ A \ A^{-1} = A \ A^{-1} &\Rightarrow& A \ I = I &\Rightarrow& \fbox{$A = I$}
\end{matrix}
Dessa forma, segundo a equação matricial do enunciado, sabemos que a matriz $B$ é nula, e como matriz nula, ela obviamente é idempotente.
$• \ \text{Afirmativa II:}$ $\color{royalblue}{\text{Verdadeira}}$
\begin{matrix} AB = AI - A^2 &,& BA = IA - A^2 \\ \\ AB &=& BA
\end{matrix}
$\color{orangered}{Obs:}$ Só de saber que $B$ é nula, já seria condição suficiente para se inferir que a afirmativa é correta.
$• \ \text{Afirmativa III:}$ $\color{orangered}{\text{Incorreta}}$
A condição suficiente para uma matriz ser inversível é ela possuir determinante diferente de zero, mas como $B$ é uma matriz nula, claramente ela possui determinante igual a zero. Além disso, em outra perspectiva, sabemos pela afirmativa anterior que $AB=BA =0$, e com conhecimento que $A$ é inversível (vide enunciado), com $det(A)=1$ (tente provar), novamente, encontramos o mesmo resultado $det(B) = 0$.
$• \ \text{Afirmativa IV:}$ $\color{royalblue}{\text{Verdadeira}}$
\begin{matrix} A^2 = A = I &,& B^n = B = 0 &\Rightarrow& A^2 + B^2 = I
\end{matrix}
Noutra ótica:
\begin{matrix} A^2 + B^2 = A + (B - AB) = A + B = I \\ \\ \color{gray}{B = I -A \ \ \ , \ \ \ AB = 0}
\end{matrix}
$• \ \text{Afirmativa V:}$ $\color{royalblue}{\text{Verdadeira}}$
Uma matriz é simétrica quando respeita a seguinte propriedade: $X^t = X$ , visto que, $AB$ é uma matriz nula, não há dúvidas que seja verdade. Por outro lado, supondo não sabermos que $AB$ é nula, temos:
\begin{matrix} AB = A - A^2 = 0 &\Rightarrow& (AB)^t = A^t - (A^2)^t = 0 \\ \\ (AB)^t &=&AB
\end{matrix}