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1 2 EQUAÇÕES DA RETA Uma reta pode ser representada por uma equação escrita de diversas formas, são elas: equação geral, equação reduzida, equação vetorial, equação paramétrica e equação simétrica. Um plano pode ser representado nas formas: vetorial, paramétrica e geral. Equação Geral da Reta Na Geometria Analítica, é possível descrever uma reta r através de uma equação. Assim, toda reta r do plano cartesiano expressa por 𝒓: 𝒂𝒙 + 𝒃𝒚 + 𝒄 = 𝟎 é denominada equação geral da reta, onde a, b e c são números reais e a e b não são simultaneamente nulos. Dados dois pontos 𝐴(𝑥1,𝑦1) e 𝐵(𝑥2,𝑦2) não coincidentes de r podemos obter a equação geral desta reta. Basta usar a condição de alinhamento de A e B com um ponto genérico do tipo P (x,y) de r. Para verificarmos se três pontos estão alinhados, podemos montar a seguinte matriz dos coeficientes [ 𝑥 𝑦 1 𝑥1, 𝑦1 1 𝑥2, 𝑦2 1 ] e calcular seu determinante. Se obtivermos igualdade igual a zero os pontos estão alinhados, isto é: | 𝑥 𝑦 1 𝑥1, 𝑦1 1 𝑥2, 𝑦2 1 | = 0 ⇒ 𝑎𝑥 + 𝑏𝑦 + 𝑐 = 0 Esta é a Equação Geral da Reta. 2 Pontos alinhados Exemplo: Determine a equação geral da reta r que passa pelos pontos A (1,4) e B (3,2). Solução: Temos que, | 𝑥 𝑦 1 1 4 1 3 2 1 | = 0 ⇒ 4𝑥 + 3𝑦 + 2 − 12 − 2𝑥 − 𝑦 = 0 ⇒ 2𝑥 + 2𝑦 − 10 = 0. Portanto, 𝑟: 2𝑥 + 2𝑦 − 10 = 0 é a equação geral da reta que passa pelos pontos A (1,4) e B (3,2). Equação Reduzida da Reta Seja r uma reta não paralela ao eixo Oy: Reta não paralela ao eixo Oy Se isolarmos y na equação geral da reta ax + by + c = 0, temos: 3 𝑏𝑦 = −𝑎𝑥 − 𝑐 ⇒ 𝑦 = − 𝑎 𝑏 𝑥 − 𝑐 𝑏 Fazendo, 𝑚 = − 𝑎 𝑏 e 𝑛 = − 𝑐 𝑏 , obtemos: 𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑛 Esta equação é denominada equação reduzida da reta, em que 𝑚 = − 𝑎 𝑏 é o coeficiente angular da reta e n é o seu coeficiente linear. Quando a reta for paralela ao eixo Oy, não existe a equação na forma reduzida. Exemplo: Escreva a equação reduzida da reta que passa pelos pontos A (3,1) e B(1,2) e determine o seu coeficiente angular. Solução: Temos que, | 𝑥 𝑦 1 3 1 1 1 2 1 | = 0 ⇒ 𝑥 + 𝑦 + 6 − 1 − 2𝑥 − 3𝑦 = 0 ⇒ −𝑥 − 2𝑦 + 5 = 0. Assim, 𝑟: 𝑥 − 2𝑦 + 5 = 0 é a equação geral da reta. Isolando y nesta equação obtemos: 𝑦 = − 𝑥 2 + 5 2 que é a equação reduzida que passa pelos pontos A (3,1) e B(1,2) e seu coeficiente angular será 𝑚 = − 1 2 . Equação Vetorial da Reta �⃗� de uma reta r e um ponto A Consideremos um vetor diretor de r. Um ponto P pertence a r se, e somente se, o vetor 𝐴𝑃⃗⃗⃗⃗⃗⃗ é paralelo a �⃗�, ou seja, 𝐴𝑃⃗⃗⃗⃗⃗⃗ = 𝑡. �⃗� com 𝑡 ∈ ℝ. O coeficiente angular nos dá a inclinação da reta em relação ao eixo Ox e o coeficiente linear é o ponto onde a reta intercepta o eixo dos y. Qualquer vetor não nulo paralelo a uma reta é chamado vetor diretor. 4 Vetor AP paralelo a �⃗⃗⃗� Fazendo, 𝑃 − 𝐴 = 𝑡. �⃗� e isolando P, temos 𝑃 = 𝐴 + 𝑡. �⃗� Se considerarmos os eixos coordenados x, y e z, sendo 𝑃(𝑥, 𝑦, 𝑧), 𝐴(𝑥0, 𝑦0, 𝑧0) e �⃗� = (𝑎, 𝑏, 𝑐) podemos escrever esta equação como 𝑟: (𝑥, 𝑦, 𝑧) = (𝑥0, 𝑦0, 𝑧0) + 𝑡(𝑎, 𝑏, 𝑐) onde t é chamado parâmetro. Exemplo: Qual a equação vetorial da reta que passa pelo ponto A(2,-2,8) e tem a direção �⃗� = (1,4,1)? Obtenha três pontos 𝑃1, 𝑃2 e 𝑃3 de r. Solução: Temos que, a equação vetorial de r é dada por 𝑟: (𝑥, 𝑦, 𝑧) = (2, −2,8) + 𝑡(1,4,1). Para obter pontos de r, basta atribuir valores para t. Por exemplo: Para t=1 temos (𝑥, 𝑦, 𝑧) = (2, −2,8) + 1. (1,4,1) = (3,2,9) e portanto, 𝑃1(3,2,9) ∈ 𝑟. Para t=2 temos (𝑥, 𝑦, 𝑧) = (2, −2,8) + 2. (1,4,1) = (4,6,10) e portanto, 𝑃2(4,6,10) ∈ 𝑟. Para t=3 temos (𝑥, 𝑦, 𝑧) = (2, −2,8) + 3. (1,4,1) = (5,10,11) e portanto, 𝑃3(5,10,11) ∈ 𝑟. Podemos representar os pontos obtidos no eixo de coordenadas, como mostra a Figura a seguir. Esta é a Equação Vetorial da Reta r. 5 Pontos obtidos com seus correspondentes parâmetros Equações Paramétricas da Reta Consideremos a equação vetorial da reta (𝑥, 𝑦, 𝑧) = (𝑥0, 𝑦0, 𝑧0) + 𝑡(𝑎, 𝑏, 𝑐). Fazendo 𝑟: (𝑥, 𝑦, 𝑧) = (𝑥0 + 𝑎𝑡, 𝑦0 + 𝑏𝑡, 𝑧0 + 𝑐𝑡) e utilizando a condição de igualdade temos: 𝑥 = 𝑥0 + 𝑎𝑡 𝑦 = 𝑦0 + 𝑏𝑡 𝑧 = 𝑧0 + 𝑐𝑡 Exemplo: Quais as equações paramétricas da reta r que passa por A (1,3,5) e tem direção �⃗� = (3, −4,6)? Obtenha dois pontos 𝑃1 e 𝑃2 de r de parâmetros t=0 e t=1, respectivamente. Solução: Temos que, as equações paramétricas de r serão dadas por r: Para obter pontos de r, basta atribuir valores para t. Por exemplo: Para t=0 temos: Portanto, 𝑃1 (1,3,5) ∈ 𝑟. r: Estas são as Equações Paramétricas da reta. 𝑥 = 1 + 3𝑡 𝑦 = 3 − 4𝑡 𝑧 = 5 + 6𝑡 𝑥 = 1 + 3(0) = 1 𝑦 = 3 − 4(0) = 3 𝑧 = 5 + 6(0) = 5 6 Para t=1 temos: Portanto, 𝑃2(4, −1,11) ∈ 𝑟. r: Reta definida por dois Pontos Sejam dois pontos A e B. Dizemos que uma reta é definida por dois pontos se passa por A ou B e tem direção do vetor �⃗� = 𝐴𝐵⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗ . Exemplo: Determinar equações paramétricas da reta r que passa por 𝐴(1, −2,2) e 𝐵(2,3,5). Solução: Se escolhermos o ponto A e o vetor �⃗� = 𝐴𝐵⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗ = 𝐵 − 𝐴 = (1,5,3), temos r: Equações Simétricas da Reta Consideremos as seguintes equações paramétricas 𝑥 = 𝑥0 + 𝑎𝑡, 𝑦 = 𝑦0 + 𝑏𝑡, 𝑧 = 𝑧0 + 𝑐𝑡. Se nenhuma das coordenadas do vetor diretor é nula, podemos isolar t no primeiro membro destas equações e obter 𝒙 − 𝒙𝟎 𝒂 = 𝒚 − 𝒚𝟎 𝒃 = 𝒛 − 𝒛𝟎 𝒄 Estas equações significam que, a reta r passa pelo ponto 𝐴(𝑥0, 𝑦0, 𝑧0) e tem direção �⃗� = (𝑎, 𝑏, 𝑐). 𝑥 = 1 + 3(1) = 4 𝑦 = 3 − 4(1) = −1 𝑧 = 5 + 6(1) = 11 𝑥 = 1 + 𝑡 𝑦 = −2 + 5𝑡 𝑧 = 2 + 3𝑡 Estas são as Equações Simétricas da reta. 7 Exemplo: Determine as equações simétricas da reta que passa pelo ponto A (0,1,2) e tem direção do vetor �⃗� = (1,1, −2). Obtenha outro ponto da reta r fazendo y=3. Solução: Temos que, as equações simétricas de r são: 𝑥 1 = 𝑦 − 1 1 = 𝑧 − 2 −2 Para obter outros pontos de r, basta atribuir um valor qualquer a uma das variáveis. Como foi dado 𝑦 = 3 obtemos 𝑥 1 = 3 − 1 1 = 𝑧 − 2 −2 onde 𝑥 = 2 e 𝑧 − 2 = −4 ⟹ 𝑧 = −2. Portanto, o ponto (2,3-2) pertence a r.
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