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46 3.9. EXERCÍCIOS SOBRE VETORES 1. Se o vetor )4,1x(u += é igual ao vetor )6y2,5(v −= , calcule x e y. 2. Dados os vetores )1,4(u = e )6,2(v = , calcular vu + e u2r . 3. Sendo )1,3(u −= e )4,2(v −= , calcule o vetor w na igualdade wv 2 1 u2w3 +=+ . 4. Calcule os números a e b na igualdade )2,4.(b)2,1.(a)8,1( −+=− . 5. Dados os pontos A(-1,2), B(3,-1) e C(-2,4), determinar o ponto D(x,y) de modo que AB 2 1CD = . 6. Determinar a extremidade do segmento que representa o vetor )5,2(v −= , saben- do que sua origem é o ponto A(-1,3). 7. Dados os vetores )1,3(u −= e )2.1(v −= , determinar o vetor w tal que: a) wu2w 3 1)vu(4 −=+− b) )u3w4(2)uv2(w3 −=−− 8. Dados os pontos A(-1,3), B(2,5) e C(3, -1), calcular: a) ABOA − b) BCOC − c) CB4BA3 − . 9. Dados os vetores )4,3(u −= e )3, 4 9(v −= , verificar se existem os números a e b tais que v.au = e u.bv = . 10. Dados os pontos A(-1,3), B(1,0), C(2,-1), determinar D tal que BADC = . 47 11. Calcular as componentes dos vetores abaixo. Dados: ar = 10 N e b r = 5 N a) y b) y a r a r 40º 450 x x c) y br d) y 300 500 b r x x e) y f) y br 1050 b r a r 120º 30º x x 12. Qual é a soma dos vetores: a) av = 4,2 i - 1,5 j b v = -1,6 i + 2,9 j c v = - 3,7 j b) Qual é o módulo do vetor rv . 13. Qual é o valor do produto escalar abaixo: a) b=20 N b) c=25 N 15º 25º a=6 N d=3 N c) 20 N d) 15 N 40º 32º 36 N 35 N 14. Qual é o produto escalar dos vetores, dados abaixo: a) av = ( 3 i - 2 j + 3 k ) ; bv = ( 4j - 2 k ) b) cv = ( - 2 i + j - 5 k ) ; dw = ( 2 i + 3 j + 4 k ) c) ev = ( j - K ) ; fv = ( 3 i - j + k ) 48 d) rv= ( 2 i + 3 j - k ) ; pv = ( 3 i - 2 j + 2 k ) 15. Qual é o valor do produto vetorial abaixo: a) 2 N b) 10 N 400 520 3 N 5 N c) 8 N d) 60 N 3000 6 N 25 N 16. Qual é o ângulo φ entre: av = 3 i - 4 j e bv = - 2 i + 3 k . 17. Para o sistema abaixo, determine que se pede: a) i . j; f) j x k; b) i . k; g) k x j; c) j . i; h) i x k; j d) i x i; i) k x i . k i e) j x i; 18. Se av = 3 i - 4 j e bv = - 2 i + 5 k, qual é o vetor cv = a x b 19. Na notação de vetor unitário, qual é a soma e o módulo: av =4i + 3j e bv = – 13i + 7j 20. Para os seguintes três vetores, qual é o resultado de 3cv . (2 Av x Bv ) A v = 2 i + 3 j - 4 k B v = - 3 i + 4 j + 2 k c v = 7 i - 8 j 21. Usando a definição do produto escalar, av . b v = a . b . cos φ, calcule o ângulo entre os vetores a v = 3 i + 3 j + 3 k e bv = 2 i + 1 j + 3 k. 22. Dois vetores são dados por av = 4 i - 3 j + 1 k; bv = -1 i + 1 j + 4 k. Na notação de vetor unitário, ache: a) av + bv 49 b) av - bv 23. Se A v = 2 i + 4 j, qual o produto vetorial Av x Bv quando: a) Bv = 8 i + 16 j b) Bv = - 8 i - 16 j 24. Achar o ângulo entre os dois vetores: A= 2i + 3j + 4k e B= i – 2j + 3k. 25. Dois vetores cujos módulos são 1V = 4 e 2V = 6, são ortogonais. Calcular: a) O módulo do vetor soma 21 VVS += e os ângulos que S faz com 1V e .2V b) O módulo do vetor diferença 211 VVD −= e os ângulos que 1D faz com 1V e .2V c) O módulo do vetor diferença 122 VVD −= e os ângulos que 2D faz com 1V e .2V 26. Dois vetores cujos módulos são 5 e 7 formam um ângulo de 72º entre si. Deter- mine o ângulo formado entre o vetor soma e o vetor de maior módulo. 27. Dois vetores cujos módulos são 26 e 32 formam um ângulo de 65º entre si. De- termine o ângulo formado entre o vetor soma e o vetor de menor módulo. 28. Um ponto percorre uma trajetória circular, conforme a figura ao lado, passando da posição P1 para a posição P2 em 5 s. Os módulos das velocidades são V1 = 40 m/s e V2= 60 m/s. Calcular o módulo da aceleração média entre P1 e P2. P1 V1 1000 P2 V2 29. Dois vetores, U e V , têm módulos 5 e 8, respectivamente e formam um ângulo de 40o entre si. Sendo VUD −= pede-se calcular o ângulo formado entre D e V . 30. Dados os pontos: A(5, -1, 2), B(6, 2, 4) e C(7, 1, 3), determinar: a) Os vetores BAACAB ,, e .CB 50 b) Os módulos de AC e BC . c) Os vetores CAABV += , CABAU −= e .523 CABCABW +−= d) O versor do vetor CA . e) O vetor X tal que CBACABX −=+ 323 . 31. Classificar o triângulo cujos vértices são os pontos A(3;-1;2), B(0;-4;2) e C(-3;2;1), como eqüilátero, isósceles ou escaleno. 32. Os pontos M(4,0,0), N(2,2,0) e P(2,0,5) são vértices de um triângulo. Calcular o comprimento do segmento que une os pontos médios dos lados maiores. 33. Os pontos P1 (0,4,2) m, P2 (-1,0,3) m e P3 (1,-5,4) m são vértices de um triângulo. Calcular o comprimento da mediana relativa ao lado maior. 34. Dados os pontos A (3,-2,1) e B (2,-1,3) determine o versor do vetor OBAOU −= , sendo O (0,0,0). 35. Determinar o ponto do eixo das ordenadas eqüidistante dos pontos A (1, -3, 7) e B (5, 7, -5). 36. Dados os pontos A (3,0,0), B (-1,2,5) e C (0,-1,0), pede-se determinar o versor do vetor .CB2BAV −= 37. Dados os pontos A (-2,1,0), B (0,-3,1), C (1,-3,2) e D (1,0,-4), calcular os ângulos diretores do vetor .DA2BCABV +−= . 38. Determinar um ponto do eixo das abscissas cuja distância ao ponto A (-3, 4, 8) seja igual a 12 unidades. 39. Determine, no eixo OZ, um ponto eqüidistante dos pontos (1, 4, 1) e (-6, 4, 6). 40. Calcular a distância entre os pontos: 51 a) A(-1, 1, 2) e B(-5, -5, -2) b) C(4, 3, 2) e D(5, 1, 5) c) E(0, 4, -2) e F(-3, -2, 4) 41. Classificar os triângulos cujos vértices são: a) A(4, 3, -4) , B(-2,9, -4) e C(-2, 3, 2) b) D(3, -1, 6) , E(-1, 7, -2) e F(1, -3, 2) c) G(4, -1, 4) , H(0, 7, -4) e I(3, 1, -2) d) J(2, 3, -8) , K(4, -2, -7) e L(-1, -3, -4) e) M(7, 4, 4) , N(6, 6, 3) e O(0, 0, 0) f) P(-2, 0, 2) , Q(10, -2, 4) e R(4, 2, 6) g) S(0, 3, 0) , T(6, 0, 2) e U(8, 3, 8) h) V(6, 10, 10) , W(1, 0, -5) e X(6, -10, 0) 42. Qual a expressão analítica do versor de direção definida pelos ângulos diretores α = 36º , β = 70º e γ. Sabe-se que γ é ângulo obtuso. 43. Achar a distância entre os pontos P (2, 1, 1) m e Q (0, 0, 3) m. 44. Uma força F tem origem O (0,0,0) e extremidade em A (3, -2, -6) kgf. Pede-se calcular o módulo desta força e os ângulos que ela forma com os eixos coordena- dos. 45. Um sistema de forças apresenta as seguintes componentes: kziF += 501 , kjyiF 10542 ++= e kjixF 70303 −−= . A resultante deste sistema é kjiR 6054130 −−= . Pede-se calcular o módulo de cada componente. Unidades SI. 46. Uma força de módulo 100 N apresenta ângulos diretores α = 76º e γ = 123º. Cal- cular as projeções da força sobre os eixos X , Y e Z. Sabe-se que β é um ângulo obtuso. 47. Uma força de módulo 10 kgf está no plano XOY formando, com o eixo X um ângu- lo de 20º . Escrever a expressão analítica desta força. 48. São conhecidos os vetores 21 VVS += e 21 VVD −= , sendo jiS −= 3 e jiD 75 +−= . Calcular 1V e .2V 52 49. A expressão analítica de um vetor é jiv 73 += , o vetor VnA .= tem módulo A = 12, mesma direção de v e sentido contrário a v . Calcular n. 50. Dados os vetores kjNiv −+= 21 e kjiMv ++=2 , sabe-se que jivvS +=+= 21 . Calcule M e N. 51. Dados os vetores jiv −= 21 , jiv 32 += e jiv 773 += , achar os escalares m e n tais que 321 vvnvm =+ . 52. Dados os vetores jiv += 31 , iv =2 e jv =3 , calcular os escalares M e N tais que 321 2 vNvMv −= . 53. Dados os pontos A(1, α, 0) e B(2α , 8, α) , determinar o valor de α para que o módulo do vetor AB seja 9. 54. Verificar se os ângulos diretores de um vetor podem ser 30º , 120º e 60º 55. Os ângulos diretores de um vetor são 30º , 60º e γ. Calcule γ. 56. Os vetores kjiXA −+= . e kjYIB 53 ++= têm mesma direção. Calcular X e Y. 57. Os vetores kiV −= e, kiXP 2−= são perpendiculares. Calcular X. 58. Dados os vetores: kjiu 543 −+= , kjiv 32 −+= e kjiw ++= 2 , determinar o vetor x r tal que ( ) 0wvu2x =×−⋅+ rrrr 59. Determinar a projeção do vetor u = ( 1,-2, 3) sobre o vetor v = ( 2, 4, 5 ). 60. Determine m para que u e v sejam ortogonais, onde u = (1,m,-3) e v = (2,–5,4). 53 61. Calcule as normas (comprimento) de cada um dos seguintes vetores. a) u = (1, -2, 4) b) v = (3, -2, 1). 62. Demonstre que as diagonais de um paralelogramo se cortam no meio. 63. Demonstre que os pontos A(1,2,2), B(3,3,4), C(4,5,3) e D(2,4,1) são vértices de um paralelogramo. 64. Dados os vetores A = (1, 2, 3) , B = (0, -4, 0) e C = (2, -4, 1). a)2 A .C b) 4 A + 3 B - 2C 65. Determine X para que U e V sejam paralelos, onde U = (-6,10,4) e V = (3, -5, X). 66. Determinar um vetor que seja ortogonal a U = (2, -4, 2) e V = (1, 7, -3). 67. Determine o ângulo entre os vetores kjia 447 −−= e kib += 2 . 68. Dados os vetores )1,1,( −−= αu e )5,,3( −= αv , determinar o valor de α para que: a) u seja ortogonal a v. b) u seja paralelo a v. 69. Dados os vetores )3,6,2(=U e )2,3,6(−=V , calcule o ângulo entre os vetores VU + e VU − . 70. Dados os pontos: A(-3, 4, 2), B(m, -2, 4), C(-1, 2, -3) e D(-5, m, -4), calcule m de modo que: a) Os vetores AB e CD sejam paralelos. b) Os vetores AB e CD sejam ortogonais 54 71. Calcular o valor de m para que seja de 60º o ângulo entre os vetores U =(1, m, -2) e V =(2, 1, m). 72. Dados os pontos A(3, -5, 2) , B(4, -4, 6) e c(m, 0, 10), determine m para que seja 45º o ângulo entre os vetores AB e BC . 73. Dados os vetores: kjiU 543 −+= , kjiV 32 −+= e kjiW 52 ++= , determinar: a) VU . b) WU . c) ).( WVU + d) O ângulo entre V e .W e) O vetor X tal que 2. =UX , 0. =VX e .8. =WX f) O valor de m para que o vetor kjimP 45 ++= seja ortogonal ao vetor VU − . g) O valor de m para que o vetor kmjimT )2( ++−= satisfaça a igualdade WTVTU ).2(. −= . 74. O vetor X é ortogonal ao vetor kjiA 34 ++= e satisfaz as condições: 10)22.( =−+ kjiX e 4)345.( =++ kjiX . Calcule X . 75. Calcular o produto escalar entre os vetores kjV −= 31 e kiV +=2 . 76. Uma força kjiF −−= 2 (N) atua sobre um ponto que se desloca desde a origem até a extremidade do vetor kjid 523 −+= (m). Calcule o trabalho realizado pela força F . 77. Calcular o ângulo formado por duas diagonais de um cubo. 78. Dados os pontos A(1, -2, 3) , B(4, 2, 4) e C(0, -2, 4), determine: a) O vetor BCABV .3.2 −= b) O vetor CBACBAU .3.2.4 −+= 55 c) O vetor X tal que ).(2 XACXAB −=+ d) BC e) O versor do vetor AC f) Os cossenos diretores de CA g) Se o vetor ACAB − é unitário 79. Dados os vetores )2,4,3(=u e )1,1,2(=v , determinar: a) vXu . b) O versor de )()2( vuXvu +− . c) O valor de m para que o vetor )5,2,9( mm +−+ seja paralelo a vXu . 80. Dados os vetores )5,7,4(1 =V e )2,8,11(2 −=V . Calcule os produtos vetoriais 21 VXV e 12 VXV . 81. Os vetores M = (2, y, z) e N = (1, -1, 1) têm produto vetorial nulo. Calcule y e z. 82. Constrói-se um paralelogramo cujos lados são os vetores iV 5= e kjU += . Calcular a área deste paralelogramo. 83. Achar a área do paralelogramo cujos lados são os vetores M = (2, 4, 10) e N = (3, 12, 5). 84. Dados os pontos A(1, 4, 0), B(2, 5, 0) e C(0, 1, 0), calcular a área do triângulo ABC. 85. Calcular a área do paralelogramo cujos lados são os vetores a = (1, 3, -2) e b = (2, 1, -1). 86. Calcular o valor de m para que seja de 35 unidades a área do paralelogramo cu- jos lados são os vetores kjmiu 32 −+= e kjiv −+= 34 . 56 87. Determinar a área do triângulo cujos vértices são os pontos A(1, 2, 2) , B(4, 4, 3) e C(10, 6, 5). 88. Dados os vetores )0,3,2(1 −=V , )1,1,1(2 −=V e )1,0,3(3 −=V , calcular o produto misto ).( 321 VXVV . 89. Dados os pontos A(2, 3, 1), B(-1, 2, 0), C(1, -3, -1) e D(2, -1, -1) calcular o volume do prisma cujas arestas são AB , AD e AC . 90. Dados os vetores U = (3, 4, -5) , V = (1, 2, -3) e W = (2, 1, 5), calcular: a) ).( WXVU b) ).( VXWU c) O valor de m para que os vetores U , W e T = (5, 6, m) sejam coplanares d) O valor de n para que seja 37 unidades o volume do paralelepípedo cujas ares- tas são os vetores V , W e )1,0,( += nnP . 91. Dados os vetores )0,3,2( −=a , ),,( ααα −=b e ),0,3( α−=c , calcule o valor de α a fim de que seja de 4 unidades o volume do paralelepípedo cujas arestas são os vetores a , b e c . 92. Calcular Y a fim de os vetores V = (2, -1, 1), U = (1, 2, -3) e W = (3, Y, 5) sejam coplanares. 93. Calcule o valor de α para que os vetores u = (1, α, 3) , v = (α, -α, 5) e w = (4, α, 11) sejam coplanares. 94. Calcule: a) iXi b) jXi c) kXi d) JXj e) iXj f) kXj g) kXk h) iXk i) jXk 57 95. Um barco cuja velocidade em relação à água é 1 2. 30.V i j= + ur r r (km/h), parte do pon- to 0, para atravessar um rio de 500 m de largura. A velocidade do rio é 2 10.V i= uur r (km/h). Determine: a) As coordenadas do ponto final da viagem (ponto F). b) A distância percorrida pelo barco. c) O tempo de viagem. Y F 500 m O x 96. Um avião se desloca desce uma cidade A até uma cidade B, em 7 h 36 min. As coordenadas das cidades são A(200, 500, 0) km e B(4000, 350, 0) km. Sopra um vento sudeste com velocidade 40 km/h. Determine a expressão analítica do vetor velocidade do avião, em relação ao ar. 97. Um avião, cuja velocidade em relação ao ar é 1 200. 300.V i j= + ur r r (km/h) voa durante 15 minutos, partindo de uma cidade A e chegando a uma cidade B. Sopra um ven- to cuja velocidade é 2 80. 80.V i j= − uur r r (km/h). Qual é a distância entre as cidades A e B? 98. Um avião se desloca desde uma cidade A até uma cidade B. As coordenadas das cidades são A(-100, 300, 0) km e B(600, 800, 0) km. Sopra um vento noroeste com velocidade 35 km/h. a velocidade do avião em relação ao ar é 300. .V i y j= + ur r r (km/h). Calcule o tempo de viagem. 99. Uma força dada pelo vetor 3. 4. 5.F i j k= + + r r r (N) move uma partícula do ponto P(2, 1, 0) (m) para o ponto Q(4, 6, 2) (m). Determine o trabalho realizado. 58 100. Um parafuso é apertado por uma chave de boca que aplica uma força de 40 N em uma chave de 25 cm, como mostra o esquema. Determine o módulo do tor- que em torno do centro do parafuso. RESPOSTAS 1. x = 4 ; y = 5 2. )7,6(vu =+ ; )2,8(u2 = 3. )2, 2 7(w −= 4. a = 3 ; b = -1 5. ) 2 5 ,0(D = 6. (1, -2) 7. a) ) 2 15 , 2 15(− b) ) 5 11 , 5 23( − 8. a) (-4,1) b) (2,5) c) (-5, -30) 9. a = 3 4 − b = 4 3 − 10. D (4, -4) 11. a) Fx= 15,32N e Fy=12,85N b) Fx=7,07N e Fy=7,07N c) Fx= 25N e Fy= 43,30N d) Fx= 30,64N e Fy= 25,71N e) Fx= 25N e Fy= 43,30N f) Fx= 5,12N e Fy= 8,54N 12. a) r = 2,6i – 2,3j: r= 1,21 13. a) 115,91N ; b) 67,97N, c) 551,55N; d) 445,2N 14. a)– 8i+6j+12k b)11i–2j–8k c)–3j–3k d)4i–7j– 13k. 15. a) 3,85N ; b) 39,40N ; c) 48N ; d) 1299N; 16. φ = 109,47° 17. a) 0; b) 0 ; c) 1 ; d) 0 ; e) –k ; f) i ; g) –i ; h) –j ; j) j. 18. –20i – 15j – 8k 19. r= -9i + 3j + 7k 20. 540 21. φ = 22,14° 22. a) 3i – 2j + 5k ; b) 5i - 4j 3k 23. a) 0 ; b) o 24. 66,6° 25. a) S≅7,2; 56º com 1V e 34º com 2V ; b) D1≅7,2; 56º com 1V e 146º com 2V ; c) D2 ≅ 7,2; 124º com 1V e 34º com 2V . 26. 29,1º 27. 36,27º 28. am ≅ 15,5 m/s2 29. 142º 30. a) (1,3,2); (2,2,1); (-1,-3,-2); (-1,1,1) b) 3 e 3 c) (-1,1,1); (1,-1,-1); (-9,1,3) d) (-2/3, -2/3, -1/3) e) (5/3, -1/3, -2/3) 31. Isósceles 32. 2 33. 1,58 m 34. k565,0j424,0i707,0U0 rrr −+−= 35. (0, 2, 0) 36. k83,0j44,0i33,0Vo rrr −−= 37. α = 121º ; β = 102º ; γ = 34º 38. (5,0,0) ou (-11,0,0) 39. (0,0,7) 40. a) 172 b) 14 c) 9 41. a) eqüilátero acutângulo b) escaleno retângulo c) escaleno obtusângulo d) escaleno acutângu- lo e) isósceles acutângulo f) isósceles obtusângu- lo g) isósceles obtusângulo h) escaleno retângulo 42. k4780,0j3420,0i8090,0Vo rrr −+= 43. d = 3 m 44. F = 7 kgf ; α = 65º ; β = 107º ; γ = 149º 45. F1 = 50 N; F2 = 60 N ; F3 = 80 N 46. Fx = 24,2 N; Fy = – 79,9 N ; Fz = – 54,5 N 47. j4,3i4,9F rr ±= (kgf) 48. j3iV1 +−= ; j4i4V2 −= 49. N = -3 50. M = -1 e N = 0 51. M = 2 e n = 3 52. M = 3/2 e N = -1 53. 4 ou –2/3 54. Não 55. 90º 56. X = -3/5 e Y = -5 57. X = – 2 58. 59. ( )1,54,52 60. 61. 62. 63. 64. 65. 2X −= 66. 67. 60º 12’ 16’’ 68. a) –5/2 b) Impossível 69. 90º 70. a) 5 b) –1/5 71. m = -1 72. 2 ou 11 73. a) 26 b) –15 c) 11 d) θ ≅ 123º e) kjiX ++= f) m = -1 g) –17/5 74. k3j2iX −+= 59 75. –1 76. 9 J 77. 109,5º ou 70,5º 78. a) (18,20,2) b) (-26, -28,-2) c) (-5/3,- 4/3,1/3) d) 24 e) ) 2 2 ,0, 2 2( − f) 0, 2 2 e 2 2− g) Não é 79. a) k5ji2 −+ b) ) 6 30 , 30 30 , 15 30( − c) m = -5 80. k109j47i54 −+ e k109j47i54 +−− 81. y = -2 e z = 2 82. 50 u.a. 83. 102,7 u.a. 84. A = 1 u. a. 85. 35 u.a. 86. –6 ou 168/17 87. 10 u.a. 88. 4 89. 7 90. a) 10 b) –10 c) m = -5 d) n = 4 ou n = – 17/5 91. 1 ou 4/5 92. Y = – 4 93. 0 ou 2 94. a)0 b) k c) j r − d)0 e)– k f) i g)0 h) j r i)– i 95. a) F (200 ; 500) b) d ≅ 538,5 m c) t = 1 min 96. ( )48;3;528V −=r 97. d ≅ 89 km 98. t ≅ 2 h 9 min 99. 36 J 100. 9,66 N.m
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