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Produto Misto Definição Dados três vetores u, v e w, do IR³, notemos que: v x u é um vetor do IR³; u . (v x w) é um número real (produto escalar do vetor u pelo vetor v x w). A operação u . (v x w) é denominada produto misto dos vetores u, v e w e o resultado dessa operação é um número real. Indicamos: u . (v x w) = [u, v, w]. Cálculo Dados u = (x1, y1, z1), v = (x2, y2, z2) e w = (x3, y3, z3), o produto misto por ser obtido calculando-se o determinante: [u, v, w] = Exemplo: 1º) Sendo u = (0, 2, 4), v = (2, - 1, 3) e w = (2, 0, 1), calcule: a) u . (v x w) b) [u, v, w] Propriedades Das propriedades dos determinantes decorrem as propriedades do produto misto; em particular, temos: • Trocando-se duas linhas, o determinante muda de sinal: [u, v, w] = - [u, w, v] [u, v, w] = - [v, u, w] [u, v, w] = - [w, v, u] • Propriedade cíclica: a troca dupla de sinal não altera o determinante: [u, v, w] = [v, w, u] [u, v, w] = [w, u, v] • Os sinais . e x podem ser permutados, isto é: u . (v x w) = (u x v) . w [u, v, w] = w . (u x v) [u, v, w] = [w, u, v] Considerações geométricas 1ª) Dizemos que três vetores do IR³ são coplanares quando aplicados a um mesmo ponto A, possuem extremidades B, C e D tais que A, B, C e D pertencem a um mesmo plano. •D Três vetores coplanares Três vetores não coplanares (D plano) Sejam u, v e w três vetores coplanares do IR³. O vetor v x w é ortogonal a v e a w; logo, v x w é ortogonal também a u, lembremos que o produto escalar de dois vetores ortogonais é igual a zero, logo temos que: x1 y1 z1 x2 y2 z2 x3 y3 z3 •D •C A• •B A• •B •C u . (v x w) = 0, o que é o mesmo que dizer que [u, v, w] = 0. Isto significa que u, v e w são coplanares se, e somente se, [u, v, w] = 0. Exercícios 1) Verifique se os pontos A, B, C e D são coplanares nos casos: a) A (1, 0, 2), B (3, 2, 5), C (0, -1, 3) e D (5, 4, 2) b) A (1, 1, 0), B (0, 2, 3), C (2, 0, -1) e D (-1, 3, 5) c) A (2, 3, 4), B (1, -1, 9), C (5, -3, 7) e D (0, 3, 6) d) A (1, 1, 1), B (1, 2, 1), C (3, 0, 1) e D (5, 7, 10) 2) Para que valor de k os vetores u (3, -1, k), v (2, k, 0) e w (1, 1, k) são coplanares? 2ª) Consideremos três vetores não coplanares u, v e w aplicados a um mesmo ponto A. O volume V do paralelepípedo determinado por u, v e w é igual ao módulo do produto misto dos vetores u, v e w, ou seja, VABCDEFG = |[u, v, w]|. Decorre do item anterior que podemos calcular o volume de um tetraedro ABCD como sendo 6 ]w,v,u[ 3) Calcule o volume tetraedro de vértices A (0, 0, 1), B (0, 1, 0), C (1, 0, 0) e D (1, 1, 1). 4) Calcule o volume do paralelepípedo definido pelos vetores u (2. 0, 0), v (0, 3, 0) e w (1, 1, 2). 5) Determine um ponto D no eixo dos z tal que o tetraedro ABCD tenha volume igual a 18. Dados A(3, 0, 0), B (0, 1, 0) e C (3, 3, 0). Equação do Plano O plano definido por um ponto e um vetor normal Consideremos um plano que passa por um ponto A (x0, y0, z0) e é ortogonal a um vetor não nulo n (a, b, c). Sendo P (x, y, z) um ponto genérico de , tomemos o vetor AP = Notemos que: AA Nota: Os coeficientes de x, y e z são, nesta ordem, as componentes a, b e c do vetor normal ao plano. Como n é não nulo, temos a 0 ou b 0 ou c 0. Toda equação da forma ax + by + cz + d = 0 em que a, b, c e d são números reais, com a 0 ou b 0 ou c 0, está associado a um plano do IR³. As soluções (x, y, z) da equação são as coordenadas dos pontos do plano. Exercícios 1) Dados A (2, 1, 1) e n (3, 1, 4), determine a equação do plano que passa por A e é ortogonal a n. 2) A equação 2x + 3y + 2z 6 = 0 representa um plano no IR³. Obtenha os pontos do plano que interceptam os eixos coordenados. O plano definido por três pontos Consideremos o plano definido por três pontos A = (x1, y1, z1), B = (x2, y2, z2) e C = (x3, y3, z3), não colineares. Sendo P (x, y, z) um ponto qualquer do plano , consideremos os vetores AP, AB e AC: 3) Determine a equação do plano que passa pelos pontos A (1, 2, 1), B (0, 1, 4) e C (3, 1, 0). 4) Determine a equação do plano que contém o ponto P e é ortogonal ao vetor n nos casos: a) P (1, 1, 1) e n (2, 4, 1) b) P (0, 1, 0) e n (2, 0, 1) 5) Dê a equação do plano que passa pela origem dos sistema cartesiano e é normal ao vetor n (1, 2, 3). 6) Dê a equação do plano que passa pelo ponto A e é paralelo aos vetores u e v, nos casos: a) A (1, 2, 0), u (1, 1, 1), v (2, 1, 3); b) A (0, 0, 0), u (1, 1, 2), v (3, 1, 1) 7) Dê a equação do plano paralelo ao plano 2x + y + 3z + 5 = 0 e que passa pelo ponto P (3, 2, 4). 8) Qual é a equação do plano paralelo a : 3x + 4y z + 7 = 0 e que passa pela origem do sistema cartesiano? 9) Dado o plano : 2x + 3y 7z + 4 = 0 pede-se: a) ponto de interseção de com o eixo das abscissas; b) ponto de que tem abscissa 2 e ordenada 2; c) valor de k para que o ponto P (2, 2k, 3k) pertença a ; d) ponto de que tem a abscissa igual ao triplo da ordenada, e está no plano xy. 10) Para cada par de planos, dizer se é formado por planos paralelos, perpendiculares ou concorrentes não perpendiculares. a) : 2x + 3y + z 1 = 0 e : 2x + 3y + z + 7 = 0 b) : x 2y + 2z +2 = 0 e : 2x 4y + 4z + 9 = 0 c) : 3x y + z 1 = 0 e : 2x + 5y z 1 = 0 d) : 3x + 2y = 0 e : 2x 4y + z + 1 = 0 11) Determine a e b de modo que os planos : ax + by + 4z = 3 e : 3x 2y +2z = 5 sejam paralelos. 12) Dar em cada caso a condição sobre os coeficientes da equação ax + by + cz + d = 0 para que ele represente: a) um plano paralelo ao plano xy; b) um plano paralelo ao plano yz; c) um plano paralelo ao plano xz;
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