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Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 60 ESTUDOS DE RETAS E PLANOS 5.1. Equações da Reta (Vetorial, Paramétricas e Simétricas) 5.1.1. Equação Vetorial da Reta Seja r uma reta. Sejam v⃗ um vetor paralelo à reta r e A um ponto pertencente à reta r. (Qualquer vetor paralelo à reta é chamada de vetor diretor) v⃗ r λ v⃗ X A O ponto X pertence à reta se, e somente se, existe um no real λ tal que A⃗X = λ v⃗. O que equivale a X = A + λ v⃗ , λ∈ℝ (1) Equação Vetorial da Reta 5.1.2. Sistema de Equações Paramétricas da Reta Sejam X=(x , y , z) , A=(x0 , y0 , z0) e v⃗=(a , b, c) num sistema de coordenadas. A equação (1) pode ser reescrita como: (x ,y ,z) = (x0 , y0 , z0) + λ (a ,b,c) = (x0+ λa, y0 + λ b , z0 + λ c) , ou seja, {x = x0 + λ ay = y0 + λ bz = z0 + λ c , λ∈ℝ (2) Sistema de Equações Paramétricas da Reta LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 61 5.1.3. Sistema de Equações da Reta na Forma Simétrica Sejam X=(x , y , z) , A=(x0 , y0 , z0) e v⃗=(a , b, c) num sistema de coordenadas. Se as coordenadas a , b, e c do vetor v⃗ forem não nulos, podemos, isolar λ no primeiro membro de cada equação: λ = x − x0 a , λ = y − y0 b , λ = z− z0 c . Portanto, x − x0 a = y − y0 b = z− z0 c (3) Sistema de Equações da Reta na Forma Simétrica Exercícios. 1) Seja r a reta determinada pelos pontos A=(1,0 ,1) e B=(3,−2, 3) . a) Obtenha equações de r nas formas vetorial, paramétrica e simétrica. b) Verifique se o ponto P=(−9, 10,−9) pertence a reta r. c) Obtenha dois vetores diretores de r e dois pontos de r , distintos de A e B. 2) Verifique se o ponto P=(−1, 0, 2) pertence à reta r : X =(−7, −3, −7) + t (2, 1, 3) , t∈ℝ . 3) Verifique se o ponto P=(4, 1, −1) pertence à reta r : X =(1, 0, 1) + λ (2, 1, 1) , λ∈ℝ. 4) Verifique se r=s nos casos: a) r : {x = 1− λy = 2 + 2λz = 1− λ s : {x = 1 − 12μy = 2 + μz = 1 − 1 2 μ LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 62 b) r : {x = 1 3 − λ y = −1 3 + λ z = 2 3 − λ s : {x = 1−μy = −1+ μz = 2−μ c) r : X=(1, 1, 0) + λ (1, 0, −12 ) s : X=(0, 1, 1 2 ) + μ (−2, 0, 1) 5) Seja r : x−12 = y+ 2 4 = z . Determine as equações de r nas formas vetorial e paramétrica. 6) Dadas as equações: 2x−13 = 1−y 2 = z+ 1 . a) Elas estão na forma simétrica de uma reta? Caso não estejam, passe as para forma simétrica. b) Elas representam uma reta? Se sim, exiba um ponto e um vetor diretor da reta. 7) Escreva as equações paramétricas para a reta r , que passa pelo ponto P=(2, 0, 3) e é paralela à: a) reta s : 1−x5 = 3y 4 = z+ 3 6 . b) reta t que passa pelos pontos B=(1, 0, 4) e C=(2, 1, 3) . c) reta s ´ :{x = 1−2λy = 4 + λz = −1−λ λ∈ℝ . LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 63 5.2. Equações do Plano (Eq. Vetorial, Eqs. Paramétricas, Eq. Geral) Assim como um vetor não nulo determina a direção de uma reta, dois vetores L I determinam a direção de um plano. Definição. Se u⃗ e v⃗ são L I e paralelos a um plano π . O par (u⃗, v⃗) é chamado par de vetores diretores de π . Seja A um ponto do plano π e (u⃗, v⃗) um par de vetores diretores de π . Um ponto X pertence a π se, e somente se, (u⃗, v⃗ , A⃗X) é L D, ou seja, se, e somente se, existem números reais λ e μ tais que A⃗X = λ u⃗ + μ v⃗ . Ou equivalentemente, X= A + λ u⃗ + μ v⃗ . Eq.Vetorial do Plano Seja (O,E) um sistema de coordenadas. Suponhamos que as coordenadas dos pontos A e X e dos vetores diretores u⃗ e v⃗ são: A=(x0, y0, z0) , X=(x , y , z) , u⃗=(a1 , b1 , c1) e v⃗=(a2 , b2, c2) . Da equação vetorial do plano, temos que (x , y , z)= (x0 , y0 , z0) + λ (a1 , b1 , c1) + μ (a2 ,b2, c2) , λ , μ ∈ ℝ . E daí que, {x = x0 + λ a1 + μ a2y = y0 + λb1 + μ b2z = z0 + λ c1 + μ c2 λ , μ ∈ ℝ . Sistema de Eqs. Paramétricas do Plano LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 64 Exercícios. 1) Seja π o plano que contém o ponto A=(3, 7, 1) e é paralelo a u⃗=(1, 1, 1) e v⃗=(1, 1, 0) . a) Obtenha duas equações vetoriais de π . b) Obtenha equações paramétricas de π . c) Verifique se o ponto (1, 2, 2) pertence a π . d) Verifique se o vetor w⃗=(2, 2, 5) é paralelo a π . 2) a) Escreva uma equação vetorial do plano que tem equações paramétricas π :{x = 6 + λ + μy = 1 + 7 λ + 4 μz = 4 + 5 λ + 2 μ (λ , μ ∈ ℝ) . b) Obtenha três pontos não colineares desse plano. Fixemos, agora, um sistema de coordenadas. Seja π um plano que contém o ponto A=(x0, y0, z0) e que tenha u⃗=(a1 , b1 , c1) e v⃗=(a2 , b2, c2) como vetores diretores. Seja X=(x , y , z) as coordenadas de um ponto pertencente a π . As coordenadas do vetor A⃗X é são (x−x0 , y−y0, z−z0) . Sabemos que ( A⃗X, u⃗, v⃗) é L D, assim temos que ∣x−x0 y−y0 z−z0a1 b1 c1a2 b2 c2 ∣= 0 . Desta equação temos ax+ by+ cz+ d = 0 Eq. Geral do Plano sendo a =∣b1 c1b2 c2∣ , b=−∣a1 c1a2 c2∣ , c =∣a1 b1a2 b2∣ , d=−ax0−by0−cz0 . LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 65 Exercícios. 1) Ache uma equação do plano π que passa por A =(1, 0,−1) e é paralelo aos vetores u⃗= (2, 0, −2) e v⃗ = (1, −2, 0) . 2) Idem, π que passa por A =(1, 0, 1) , B= (−1, 0, 1) e C= (2, 1, 2) . 3) Dadas equações paramétricas de um plano π , {x = −1 + 2 λ − 3 μy = 1 + λ + μz = λ (λ , μ ∈ ℝ) , obtenha uma equação geral de π . 4) Um plano tem por equação x+ 2y−z−1=0 . Obtenha a equações paramétricas desse plano. Proposição. Sejam ax+ by+ cz+ d=0 uma equação geral do plano π e u⃗=(m,n ,p) . Então, u⃗ é paralelo a π se, e somente se, am+ bn+ cp=0 . Dem. Seja A=(x0 , y0 , z0) um ponto de π . Ou seja, ax0+ by0+ cz0+ d=0 . Consideremos o ponto B=A+ u⃗ . Logo, B=(x0+ m, y0+ n , z0+ p) . Sabemos que o vetor u⃗ é paralelo a π se, e somente se, B pertence a π , isto é, se, e somente se, a (x0+ m) + b (y0+ n) + c (z0+ p) + d= 0 . O que implica que ax0+ by0+ cz0+ d+ am+ bn+ cp= 0 . Portanto, am+ bn+ cp=0 . Exercício. Verifique se os vetores u⃗=(1, 2, 1) e v⃗=(3, 2, 3) são paralelos ao plano π : 2x−3y+ 4z−600=0 . Resp.: u⃗ é paralelo e v⃗ não é paralelo LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 66 5.3. Interseção de Retas e Planos Exercícios 1) Interseção de duas retas. Dados os pontos A=(1, 2, 1) e B=(3,0,−1) . Verifique se são concorrentes as retas AB e r : X = (3, 0 ,−1) + λ (1, 1, 1) . Se forem obtenha o ponto de interseção. 2) Interseção de reta e plano. Obtenha a interseção da reta r com o plano π : a) r : X = (1, 0 ,1) + λ (2, 1, 3) e π : x+ y+ z=20 b) r : X=(0, 1 ,1) + λ (2, 1, −3) e π : X=(1, 0 ,0) + λ (1, 0, 0) + μ (0, 1, 1) c) r : x 3 = y−1 2 = z−3 8 e π : 2x+ y−z−6=0 d) r : X=(2, 3 ,1) + λ (1, −1, 4) e π : X=(−4, −6 ,2)+ λ(2, 1, 3)+ μ(3, 3, 2) 3) Interseção de dois planos. Determine a interseção dos planos π1 e π2 : a) π1 : x+ 2y+ 3z−1=0 e π2: x−y+ 2z=0 b) π1 : x+ y+ z−1=0 e π2: x+ y−z=0 c) π1 : x+ y+ z−1=0 e π2: 2x+ 2y+ 2z−1=0 d) π1 : x+ y+ z−1=0 e π2: 3x+ 3y+ 3z−3=0 LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 67 5.4. Equações de Reta na Forma Planar Definição. Seja um sistema linear de duas equações e três incógnitas {a1x+ b1y+ c1z+ d1=0a2 x+ b2y+ c2 z+ d2=0 . Se a1 ,b1 ,c1 e a2 ,b2 ,c2 não são proporcionais e se r é a reta descritapelo sistema do tipo acima, então o sistema é chamado de sistema de equações planares da reta. Em outras palavras, uma reta pode ser vista como interseção de dois planos π1 e π2 . Exemplos. (Veja a resolução das exercícios 3a e 3b) a) {x+ 2y+ 3z−1=0x − y + 2z = 0 são as equações planares da reta r : X=(−2,0,1)+ λ (7,1,−3) b) {x+ y+ z−1=0x + y − z = 0 são as equações planares da reta r : X=(0,1 /2,1/2)+ λ (1,−1,0) Exercícios. 1) Obtenha uma equação vetorial da reta r a partir de suas equações planares: a) { x=32x−z+ 1=0 b) {y=2z=0 2) Obtenha equações na forma planar para as seguintes retas: a) { x=1−λy=2+ 2λz=3+ 3λ b) { x=2 y=1+ λ z=1+ λ c) {x=1−3λy=0z=1+ λ LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 68 5.5. Posição Relativa de Retas e Planos 5.5.1. Posição Relativa de Retas Duas retas r e s podem ser a) coplanares {concorrentes : r∩s={P} , P : ponto de interseçãoparalelas : r∩s=∅coincidentes: r=s b) reversas (não situadas no mesmo plano): r∩s=∅ Seja (O, e1 , e2 , e3) é um sistema de coordenadas e sejam A∈r , r⃗ vetor diretor de r, B∈s e s⃗ vetor diretor de s. Assim, i) se ( r⃗ , s⃗) é L D então r⃗ e s⃗ são paralelas {coincidentes se A∈s ou se B∈rdistintos se A∉s ou B∉r ii) se ( r⃗ , s⃗) é L I então r⃗ e s⃗ não são paralelas { reversas ( r⃗ , s⃗ , A⃗B) é LIconcorrentes ( r⃗ ,s⃗ , A⃗B) é LD Exercícios. Estude a posição relativa das retas: a) r : X = (1,2 ,3)+ λ (0,1 ,3) s : X =(0,1,0)+ λ(1,1,1) b) r : X = (1,2,3)+ λ (0,1,3) s1 : X =(1,3,6)+ λ (0,2,6) c) r : X = (1,2 ,3)+ λ (0,1 ,3) s2: {x+ y=z= 6x−y−z=−4 LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 69 5.5.2. Posição Relativada de Reta r e Plano π Há três possibilidades: { r ⊂ π (r∩π=r )r e π paralelos ( r∩π=∅)r e π transversais ( r∩π=P) . Sejam ax+ by+ cz+ d=0 a equação geral do plano π , u⃗ , v⃗ vetores diretores de π , r⃗ = (m,n,p) vetor diretor de r e A∈r . Temos que: i) a reta r é paralela a π o vetor r⃗ é paralelo a π ; e mais, am+ bn+ cp=0 , (u⃗, v⃗ , r⃗ ) é L D e A∉π ii) r⊂π o vetor r⃗ é paralelo a π ; e mais, am+ bn+ cp=0 e (u⃗, v⃗ , r⃗ ) é L D e A∈π iii) a reta r é transversal a π o vetor r⃗ não é paralelo a π . e mais, am+ bn+ cp≠0 e (u⃗, v⃗ , r⃗ ) é L I Exercícios. Estude a posição relativa de r e π : a) r : {x=1+ λy=1−λz=λ π : x+ y−z+ 2=0 b) r : X=(1,1 ,0)+ λ (1,−1,1) π : x+ y−2=0 c) r : X=(1,1,1)+ λ (3,2,1) π : X=(1,1,3)+ λ (1,−1,1)+ μ(0,1,3) d) r : X=(2,2,1)+ λ(3,3,0) π : X=(1,10 ,1)+ λ (1,1,1)+ μ(0,0,3) LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 70 5.5.3. Posição Relativada de Planos π1 e π2 Dois planos π1 e π2 podem ser: i) paralelos distintos (π1 ∩ π2=∅) ii) paralelos coincidentes (π1 ∩ π2= π1= π2) iii) transversais (π1 ∩ π2= reta) Analisando a intersecção de π1 e π2 , podemos decidir a posição relativa dos planos. Conhecendo-se as equações gerais dos planos, a análise da posição relativa é mais simples. Proposição. Sejam π1 : a1 x+ b1y+ c1z+ d1=0 e π2: a2x+ b2 y+ c2z+ d2=0 . a) π1 //π2 a1 ,b1,c1 e a2,b2 ,c2 são proporcionais e: i) se d1 e d2 estão na mesma proporção então π1 = π2 . ii) se d1 e d2 não seguem a proporcionalidade, então são π1 e π2 distintos. b) π1 e π2 são transversais a1 ,b1 ,c1 e a2 ,b2 ,c2 não são proporcionais. Exercícios Estude a posição relativa dos planos π1 e π2 : a) π1 : x+ 10y−z−4=0 π2: 4x+ 40y−4z−16=0 b) π1 : 2x−y+ z−1=0 π2: 4x−2y+ 2z−9=0 LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 71 5.6. Perpendicularidade e Ortogonalidade Seja (O, i⃗ , j⃗ , k⃗) sistema de coordenadas ortogonal. 5.6.1. Perpendicularidade entre retas r e s : Sejam r⃗=(a1,b1 ,c1) e s⃗=(a2 ,b2 ,c2) vetores diretores das retas r e s , respectivamente. Condição de ortogonalidade das retas: r e s são ortogonais r⃗ ⋅s⃗ = 0 a1a2+ b1b2+ c1c2= 0 Exercícios 1) Sejam r : { y=3x−38 = z+ 1−6 (= λ) e s : x3 = y+ 15 = z−34 duas retas. Verifique se elas são ortogonais. Caso sejam, verifique se são perpendiculares. 2) Obtenha as equações paramétricas da reta s que contém o ponto P=(−1,3,1) e é perpendicular a r : x−1 2 = y−1 3 = z . LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 72 5.6.2. Vetor normal a um plano Definição.: Dado um plano π , qualquer vetor não nulo ortogonal a π é um vetor normal a π . Este vetor será denotado por n⃗ e satisfaz a condição n⃗=λ u⃗∧ v⃗ , sendo u⃗ e v⃗ dois vetores diretores do plano π . Exercício. Obtenha um vetor normal ao plano π determinado pelos pontos A=(1, 1, 2) , B=(3, 4, 1) , C=(2, 2,−3) . Resp.: n⃗=(−14, 9,−1) LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 73 Curiosidade: Sejam A=(x0 , y0 , z0) e X=(x ,y ,z) dois pontos de um plano π . Suponha que n⃗=(a,b,c) seja o vetor normal a esse plano. O vetor A⃗X = (x−x0 , y−y0 , z−z0) é paralelo ao plano. Nestas condições sabemos que: n⃗ e A⃗X são ortogonais n⃗⋅ A⃗X=0 a(x−x0)+ b(y−y0)+ c (z−z0)=0 ax+ by+ cz−ax0−by0−cz0=0 Indicando por d a expressão −ax0−by0−cz0 temos a equação ax+ by+ cz+ d=0 , que é a equação geral do plano π . Após este estudo, podemos enunciar o seguinte resultado: Proposição. π : ax+ by+ cz+ d=0 n⃗= (a,b ,c) é um vetor normal ao plano π Exercício: Obtenha uma equação geral ao plano π que contém, o ponto A=(1,0,2) , sabendo que n⃗=(1,1,4) é um vetor normal a π . LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 74 5.6.3. Perpendicularidade entre retas e planos Sejam n⃗ um vetor normal a π e r⃗ um vetor diretor de r . Resultado. r e π são perpendiculares r⃗ e n⃗ são paralelos Exercício. 1) Sejam π : X=(3,4 ,5)+ λ(6,7,8)+ μ(9,10 ,11) e r : X=(0,1 ,0)+ λ(1,1,3) . Verifique se o plano π e a reta r são perpendiculares. 2) Escreva uma equação geral do plano π que contém a origem O do sistema de coordenadas e é perpendicular à reta r : X=(1,0,0)+ λ(2,3,7) . LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 75 5.6.4. Perpendicularidade entre planos Sejam n⃗1 e n⃗2 vetores normais aos planos π1 e π2 , respectivamente. Temos que: π1 ⇒ π2 n⃗1 e n⃗2 são ortogonais n⃗1⋅ n⃗2=0 Exercício. Verifique se π1 : X=(0,0,1)+ λ(1,0,1)+ μ(−1,−1,1) e π2: 2x−7y+ 16z−40=0 são perpendiculares. LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 76 5.7. Ângulos Seja (O, i⃗ , j⃗ , k⃗) sistema de coordenadas ortogonal. 5.7.1. Ângulo entre retas Dadas as retas r e s , θ = ang(r ,s) um ângulo agudo. Sejam r⃗ e s⃗ vetores diretores, respectivamente, das retas r e s. Já sabemos que, se α = ang( r⃗ , s⃗) , logo cosα = r⃗⋅⃗s ∥r⃗∥∥s⃗∥ ,0 ⩽α ⩽ π . Temos duas situações a considerar: i) r⃗ ⋅ s⃗ > 0 ⇒ cosα > 0 ⇒ 0 ⩽α < π /2 ⇒ θ= α . Logo, cosθ = r⃗⋅⃗s ∥r⃗∥∥s⃗∥ = ∣⃗r ⋅ s⃗∣ ∥r⃗∥∥s⃗∥ . ii) r⃗ ⋅ s⃗ < 0 ⇒ cosα < 0 ⇒ π 2 ⩽ α < π ⇒ θ= π−α . Logo, cosθ = cos(π−α) =−cosα =− r⃗ ⋅ s⃗ ∥r⃗∥∥s⃗∥ = ∣⃗r⋅⃗s∣ ∥r⃗∥∥s⃗∥ . Em qualquer das situações temos que : cosθ = ∣r⃗⋅⃗s∣ ∥r⃗∥∥s⃗∥ . LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 77 Exercícios. 1) Determine a medida angular (em radianos) entre as retas r : X=(1,1,9)+ λ(0,1,−1) e s : {x−1=yz=4 . 2) Ache o cosseno do ângulo entre as retas r : X=(−52 ,2,0)+ λ ( 1 2 ,1,1) e s : {3x−2y+ 16=03x−z=0 . 5.7.2. Ângulo entre reta e plano Definição. Sejam r uma reta e π um plano. Seja, também, s um reta qualquer perpendicular a π . Ângulo entre a reta e o plano é definido como: θ = ang(r ,π)= π 2 − ang(s ,r ) Seja φ = ang(r ,s) . Assim, cosφ = ∣⃗n⋅ r⃗∣ ∥n⃗∥∥r⃗∥ , sendo n⃗ o vetor diretor de s e também vetor norma a π . Como : θ = π 2 − φ ⇒ senθ = sen( π 2 −φ) = cosφ , temos que senθ= cosφ = ∣⃗n⋅ r⃗∣ ∥n⃗∥∥r⃗∥ . LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear78 Exercícios. 1) Ache a medida (em radianos) do ângulo entre r : X=(0,1,0)+ λ(−1,−1,0) e π : y+ z−10=0 . 2) Idem para r : x=y=z e π : z=0 5.7.3. Ângulo entre planos Definição. A medida angular entre os planos π1 e π2 é a medida angular entre duas retas quaisquer, r1 e r2 , respectivamente perpendiculares a π1 e π2 . Sejam n⃗1 e n⃗2 os vetores diretores das retas r1 e r2. Então, cosθ = ∣n⃗1⋅n⃗2∣ ∥n⃗1∥∥n⃗2∥ , sendo θ = ang(π1, π2)= ang(r1, r2)= ang(n⃗1 , n⃗2) . Exercícios. Ache a medida angular θ entre os planos π1 : x−y+ z=20 e π2: x+ y+ z=0 . LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 79 5.8. Distâncias Seja (0, i⃗ , j⃗ , k⃗) um sistema de coordenadas ortogonal (positiva se necessário). 5.8.1. Distância entre pontos A=(x1 , y1 ,z1) e B=(x2 ,y2 ,z2) : d(A ,B) =∥A⃗B∥= √(x1−x2)2 + (y1−y2)2 + (z1−z2)2 . 5.8.2. Distância de ponto a reta. Sejam r :X=A+ λ r⃗ , λ∈ℝ uma reta e P∉r . Seja M a projeção ortogonal de P sobre a reta r d(P ,r) : é dado pela norma do vetor P⃗M Lembremos que: i) a área do paralelogramo é dado pelo produto da base (∥r⃗∥) pela altura (∥P⃗M∥=d(P ,r )) ii) por outro lado, a área do paralelogramo é dado por ∥A⃗P∧ r⃗∥ Desta forma, temos que ∥A⃗P∧ r⃗∥=∥r⃗∥ d(P,r ) ⇒ d(P,r)= ∥A⃗P∧ r⃗∥ ∥ r⃗∥ . LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 80 5.8.3. Distância de ponto (P) a plano (π) . Sejam A∈π e P∉π . E ponto M sendo a projeção ortogonal se P sobre π , temos que P⃗M= projn⃗ A⃗P = A⃗P⋅n⃗ ∥n⃗∥2 n⃗ . O que implica que ∥ P⃗M∥= ∣A⃗P⋅⃗n∣ ∥n⃗∥ . Logo, d(P , π)= ∣A⃗P⋅ n⃗∣ ∥n⃗∥ . Na versão em coordenadas, considerando P=(x0 ,y0 ,z0) ∉π , A=(x , y ,z) ∈π e π : ax+ by+ cz+ d=0 , temos que: d(P ,π)= ∣ax0+ by0+ cz0+ d∣ √a2+ b2+ c2 . 5.8.4. Distância entre duas retas. a) quando as retas r e s são concorrentes, a distância d(r ,s)=0 b) quando as retas são paralelas d(r,s) é distância de um ponto a qualquer ponto P0 de uma delas à outra reta LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 81 Obs.: o cálculo da distância de duas retas paralelas reduz ao cálculo da distância de um ponto a uma reta. d(r ,s)=d(P0, r) , P0∈s Ou d(r ,s)=d(P0, s), P0∈r . c) quando as retas são reversas Sejam r : X=P+ λ r⃗ e s : X=Q+ λ s⃗ duas retas reversas ( r⃗ e s⃗ são L I). Seja v⃗ ortogonal a r⃗ e s⃗ , isto é, v⃗= r⃗∧s⃗ . d(r ,s) =∥proj v⃗ Q⃗P ∥= ∣Q⃗P⋅ v⃗∣ ∥v⃗∥ = ∣Q⃗P⋅ r⃗∧s⃗∣ ∥r⃗∧s⃗∥ . 5.8.5. Distância entre reta r e plano π a) r é transversal π ⇒ d(r ,π) = 0 b) r é está contida em π ⇒ d(r ,π) = 0 c) r é paralela a π ⇒d(r , π) = d(P0 ,π) , P0 ∈ r “reduz ao cálculo da distância de um ponto a plano” LYI abril/2013 Notas de aulas – Geometria Analítica e Álgebra Linear 82 5.8.6. Distância entre planos π1 e π2 a) π1 e π2 são transversais ou paralelascoincidentes ⇒ d(π1,π2)= 0 b) π1 e π2 são paralelas ⇒ {d(π1 ,π2)=d(P,π1) , P∈π2oud(π1 ,π2)=d(Q,π2), Q∈π1 “reduz ao cálculo da distância de um ponto a plano” Exercícios. 1) Calcule a distância do ponto P=(−1,1 ,−3) a reta r : X=(0,3,0)+ λ(1,−2,2) . 2) Calcule a distância entre as retas r : {y=−2x+ 3z=2x e s : {x=−1−2λy=1+ 4λz=−3−4λ . 3) Calcule a distância do ponto P=(0,0,5 ) ao plano π : 4x−4y+ 2z+ 14=0 . 4) Calcule a distância entre planos π1 : 2x−2y+ z−5=0 e π : 4x−4y+ 2z+ 14=0 . Dica: reduza ao caso calculado no exercício anterior 5) Calcular a distância da ponto P=(−4, 2, 5) ao plano π : 2x+ y+ 2z+ 8=0 . 6) Calcular a distância da ponto r : (−4, 2, 5)+ λ(−1, 0, 1) ao plano π : 2x+ y+ 2z+ 8=0 . Dica: reduza ao caso calculado no exercício anterior 7) Calcule a distância entre retas r : X=(−1, 2, 0)+ λ (1,3 ,1) e s : {3x−2y−3=0y−z−2=0 . LYI abril/2013
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