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Universidade Federal de Itajubá LISTA 1 - Geometria Anaĺıtica (2019.2) Oliveira 1. Qual é a diferença entre AB e −→ AB? 2. Trace um representante do vetor −→ AB, onde A = (100,−1000) e B = (103,−998). Idem para −−→ CD, onde C = (531, 237), D = (529, 241). 3. Em cada figura, encontre um representante da soma dos vetores, cujos representantes estão indicados em vermelho: 1 2 4. Dado o hexágono regular, verifique que −→ AB + −→ AC + −−→ AD + −→ AE + −→ AF = 6 −→ AO. 5. Verifique que as diagonais de um paralelogramo se cortam no ponto médio. 6. Sejam P , A e B pontos do espaço. Seja C um ponto entre A e B tal que −→ AC = m −−→ CB para algum m real. Escreva −→ PC como CL de −→ PA e −−→ PB. 7. Seja ABC um triângulo com medianas AD, BE e CF . Demonstre que −−→ AD+ −−→ BE + −→ CF = ~0. 8. Expresse ~i+~j + ~k como CL de 2~i+ 3~j, ~i+ ~k e ~j + 2~k. A CL obtida é única? Explique. 9. Seja ABC um triângulo tal que 3 −→ AB + 3 −−→ BD = −→ AC, onde D ∈ AC e E ∈ BC. Sabendo que DE é paralelo a AB, verficar a veracidade das afirmações a seguir: (1) 3 −−→ ED = −−→ CB + 3 −→ BA− −→ CA. (2) 3 −−→ DE = −→ AB. (3) 6 −−→ BD = 2 −→ AC − 9 −−→ DE. R.: (1) V, (2) F, (3) V. 10. Seja ABC um triângulo e sejam P , Q e R os pontos médios de seus lados. Se X é um ponto no interior de ABC, mostre que −−→ XA+ −−→ XB + −−→ XC = −−→ XP + −−→ XQ+ −−→ XR. 3 11. Seja ABC um triângulo e M , N e P os pontos médios de AB, BC e CA, respectivamente. Exprima −−→ BP , −−→ AN e −−→ CM em função de −→ AB e −→ AC. R..: 2 −−→ BP = −→ AC − 2 −→ AB, 2 −−→ AN = −→ AC + −→ AB, 2 −−→ CM = −→ AB − 2 −→ AC. 12. Os vetores −→u , −→v e −→w satisfazem −→u +2−→v = −→w e −→u −3−→v = 2−→w . Sendo −→u um vetor unitário, encontrar a norma de −→v +−→w . R.: 4/7. 13. No paralelogramo abaixo, −→ PC = 3 −−→ BP . Sabendo que −−→ BG = m −−→ BC + n −→ AP , encontrar o valor de m− n. R.: 8(m− n) = 9. 14. Neste cubo, sabendo-se que ‖ −→ AB‖ = 4`, ‖ −→ AF‖ = 3` e ‖ −→ AG‖ = 6`, procura-se a norma de −−→ AD+ −−→ HG+ −→ AB+ −→ AF.R.: 13` [u.c.]. 15. Se A,B,C e D são os vértices de um quadrilátero, demonstrar que −→ AB + −−→ AD + −−→ CB + −−→ CD = 4 −→ PQ, onde P e Q são os pontos médios de AC e BD, respectivamente. 16. O lado deste hexágono regular mede `[u.c.] e procura-se a norma de ~s: (a) 6~s = 4 −−→ AD + 4 −−→ DE + 3 −−→ EB. (b) 6~s = 4 −−→ AD + 2 −−→ DE + 3 −−→ EB. R.: (a) ` √ 3 3 [u.c.], (b) ` √ 7 3 [u.c.]. 17. Sabendo que P e q são os pontos de triseção do segmento BC ABC e −→ AQ = m −→ AC + n −→ AB, pede-se m+ n. R.: 1. 4 18. Neste paralelogramo, −−→ BC = 4 −−→ BE, e F é ponto médio de AC. Encontre m e n de modo que −→ EF = m −→ AC + n −→ AB. R.: m− n = 1. 19. Sejam A,B,C e D pontos quaisquer. Sabendo que M é ponto médio de AC e N é ponto médio de BD, exprima −→ AB + −−→ AD + −−→ CB + −−→ CD em função de −−→ MN . 20. Neste triângulo, a distância de M a A é o dobro da distância de M a B. Sabendo, ainda, que AN mede a terça parte da medida de CN , exprima −→ AP em função de −→ AB e −→ AC. R.: 10 −→ AP = 6 −→ AB + −→ AC. 21. Neste triângulo, −−→ AD e −−→ CE são medianas e −−→ PM é paralelo a −→ BA. Encontrar m e n tais que −→ AP = m −−→ PM+n −−→ BC. R.: m = −2 e n = 1/3. 22. Seja ABCD um paralelogramo. Sabendo que M é ponto de BC e a área do triângulo ABM é a metade da área do quadrilátero AMCD e −−→ AM = m −−→ DC+n −−→ AD, encontrar o valor de m+3n. R.: 3. 23. Verifique que as diagonais de um losango são perpendiculares. 24. Verifique que ‖~a±~b‖2 = ‖~a‖2 ± 2〈~a,~b〉+ ‖~b‖2, 〈~a+~b,~a−~b〉 = ‖~a‖2 − ‖~b‖2. 25. Seja ABC um triângulo. Mostre a Lei dos Cossenos: ‖ −−→ BC‖2 = ‖ −→ AC‖2 + ‖ −→ AB‖2 − 2‖ −→ AC‖‖ −→ AB‖| cos( −→ AB, −→ AC)|. 26. Sabendo {~a,~b,~c} é uma base ortonormal do espaço e v é um vetor aleatório, verifique que ~v = 〈~v,~a〉~a+ 〈~v,~b〉~b+ 〈~v,~c〉~c. 27. Seja {~a,~b,~c} é uma base ortonormal do espaço. Sabendo que ~v = x~a + y~b + z~c e ~w = x′~a+ y′~b+ z′~c, verifique que 〈~v, ~w〉 = xx′ + yy′ + zz′. 28. Sabendo que ~a =~i+ 2~j − 3~k e ~b = ~j − ~k, determine um vetor unitário paralelo a 2~a− 3~b. 5 29. Sejam ~a = 2~i+ 3~j, ~b =~i+ ~k, ~c = ~j + 2~k e ~v =~i+~j + ~k. (a) Verifique que {~a,~b,~c} é base do espaço. (b) Determine x, y, z ∈ R tais que ~v = x~a+ y~b+ z~c. 30. Verifique se A = (2, 1, 5), B = (3, 3, 4), C = (4, 5, 3) e D = (2, 4, 1) são vértices de um paralelogramo. 31. Sejam A = (2, 1, 5) e B = (3, 6, 2). Expresse −→ AB como CL da base canônica e em seguida calcule a norma de −→ AB. 32. Encontre um vetor uninátio da bissetriz do ângulo entre os vetores 2~i+ 3~j +~k e 3~i+ 2~j − 3~k. 33. Determine o valor de x para que os vetores x~i+ 3~j + 4~k e 3~i+~j + 2~k sejam perpendiculares. 34. Encontre os ângulos entre os pares de vetores. (a) 2~i+~j e ~j − ~k. (b) ~i+~j + ~k e −2~j − 2~k. (c) 3~i+ 3~j e 2~i+~j − 2~k. 35. Calcule os ângulos internos do triângulo de vértices (3, 2, 1), (3, 2, 2) e (3, 3, 2). 36. Verifique se os seguintes vetores forma um conjunto LI. (a) 2~i+~j − ~k, 2~i+ 3~j − 2~k e ~i+ 2~j + ~k. (b) 3~i+ 2~j + ~k, 2~i+~j + 3~k e 4~i+ 3~j + 6~k. 37. Verifique se os pontos são coplanares: (a) A = (2, 2, 1), B = (3, 1, 2), C = (2, 3, 0) e D = (2, 3, 2). (b) A = (2, 0, 2), B = (3, 2, 0), C = (0, 2, 1) e D = (1, 2, 0). 38. Sejam α, β e γ os ângulos que o vetor não nulo ~v forma com ~i, ~j e ~k. Verifique que cos2 α + cos2 β + cos2 γ = 1. 39. Verifique as igualdades. (a) 4〈~a,~b〉 = ‖~a+~b‖2 − ‖~a−~b‖2. (b) ‖~a×~b‖2 = ‖~a‖2‖~b‖2 − 〈~a,~b〉2. (c) ‖~a+~b‖2 + ‖~a−~b‖2 = 2‖~a‖2 + 2‖~b‖2. 40. Verifique as propriedades seguintes. (a) Desigualdade de Cauchy-Schwarz: |〈~a,~b〉| ≤ ‖~a‖‖~b‖. 6 (b) Desigualdade Triangular: ‖~a+~b‖ ≤ ‖~a‖+ ‖~b‖. (c) |‖~a‖ − ‖~b‖| ≤ ‖~a−~b‖. 41. Verifique que −1 ≤ cos(~a,~b) ≤ 1, quaisquer que sejam ~a e ~b. 42. Calcule a área do paralelogramo em que três vértices consecutivos são A = (1, 2, 1), B = (2, 1, 3) e C = (3, 2, 5). 43. Calcule a área do triângulo de vértices A = (1, 2, 1), B = (3, 0, 4) e C = (5, 1, 3). 44. Seja β = {~a,~b,~c}, onde ~a = 1√ 6 (~i+ 2~j + ~k), ~b = 1√ 2 (−~i+ ~k) e ~c = 1√ 3 (~i−~j + ~k). (a) Mostre que β é base. (b) Mostre que β é ortonormal. (c) Escreva 6~i+~j − ~k como CL dos vetores de β. 45. Determine um vetor unitário perpendicular a ~i− 2~j + 3~k e 3~i−~j + 2~k. 46. Entenda o significado das seguintes afirmações: (a) A terna ordenada (~a,~b,~c) é positiva se e somente se [~a,~b,~c] > 0. (b) A terna ordenada (~a,~b,~c) é negativa se e somente [~a,~b,~c] < 0. (c) O conjunto {~a,~b,~c} é LI se e somente se [~a,~b,~c] 6= 0. (d) O conjunto {~a,~b,~c} é LD se e somente se [~a,~b,~c] = 0. 47. Ache ~v tal que ~v × (~i+ ~k) = 2(~i+~j − ~k) e ‖~v‖ = √ 6. 48. Sabe-se que ~v é ortogonal a ~i + ~j e a −~i + ~k, tem norma √ 3 e sendo θ o ângulo entre ~v e ~j, tem-se cos θ > 0. Ache ~v. 49. Considere dois vetores ~a e ~b tais que ‖~a‖ = 5, ‖~b‖ = 2 e o ângulo entre ~a e ~b é π/3. Determine, como CL de ~a e ~b: (a) Um vetor ~v tal que 〈~v,~a〉 = 20 e 〈~v,~b〉 = 5. (b) Um vetor ~v tal que ~v × ~a = ~0 e 〈~v,~b〉 = 12. 50. Calcule [~a,~b,~c] em cada item. (a) ~a = 2~i−~j + ~k, ~b =~i−~j + ~k e ~c =~i+ 2~j − ~k. (b) ~a =~i, ~b =~i+ 1000~j e ~c = 100~i− 200~j. 51. Calcule o volume do paraleleṕıpedo que tem um dos vértices em (2, 1, 6) e os três vértices adjacentes são (4, 1, 3), (1, 3, 2) e (1, 2, 1). 7 52. Calcule o volume do tetraedro de vértices em (2, 1, 6) e os três vértices adjacentes são (4, 1, 3), (1, 3, 2) e (1, 2, 1). 53. Calcule os seguintes produtos vetorias: (a) (~i−~j + ~k)× (2~i+~j − ~k). (b) (−~i+ 2~j + 3~k)× (2~i−~j + 3~k). (c) (2~i− 3~j − ~k)× (−~i+~j − ~k). 54. Calcule a área do paralelogramo em que três vértices consecutivos são A = (1, 0, 1), B = (2, 1, 3) e C = (3, 2, 5). 55. Encontre as equações paramétricas do plano contendo A = (1, 0, 2), B =(1, 2, 3) e C = (0, 1, 2). 56. Sejam A = (1, 2, 1), B = (2, 3, 1) e C = (0,−2, 4). (a) Verifique que esses pontos determinam um plano. (b) Encontre as equações paramétricas do plano que passa por A, B e C. (c) O ponto (2, 1/2,−1/2) pertence ao plano que tem as equações paramétricas encontradas em (b)? 57. Obtenha a equação cartesiana do plano que contém (5, 1, 2) e é normal a ~i+ 2~j + 3~k. 58. Encontrar a equação cartesiana do plano que contenha A = (1, 2, 1) e é perpendicular a −→ AB, onde B = (0,−1, 2). 59. Obtenha a equação cartesiana do plano que passa pelo ponto A = (1, 2, 1) e é paralelo a 2~i+~j − ~k e ~i+~j − 2~k. 60. Encontre a equação cartesiana do plano que passa por A = (2, 1, 6) e é perpendicular à reta determinada por A e B = (−4, 3, 3). 61. Seja A = (1, 0, 1), B = (0, 1, 1), C = (1, 2, 1) e D = (−1, 4, 1). (a) Verifique que estes 4 pontos são coplanares, mas não colineares. (b) Escreva −−→ AD como CL de −→ AB e −→ AC. 62. Encontrar a interseção, se existe, entre os seguintes pares de retas: (a) L1 : (x, y, z) = (1,−1, 0) + t(2, 3, 6), t ∈ R e L2 : (x, y, z) = (1,−6, 2) + s(1, 4, 2), s ∈ R. (b) L1 : (x, y, z) = (2, 1, 4) + t(1, 1, 1), t ∈ R. e L2 : (x, y, z) = (−2, 3,−4) + s(1,−1, 1), s ∈ R. 63. Determinar a distância de (3,−1, 5) à reta que passa por (3,−2, 4) e (0, 4, 6). 8 64. Encontrar a distância entre as retas L1 : (x, y, z) = (1, 2,−2) + t(0, 4, 2), t ∈ R e L2 : x+ 4 = 0, y + z = 6. 65. Determinar a distância entre as retas L1 : x−5 −7 = y+3 21 = z−7 14 e L2 : (x, y, z) = (4,−1, 5) + t(1,−3,−1), t ∈ R. 66. Encontrar a interseção entre a reta L e o plano π: (a) L : (x, y, z) = (1, 1, 1) + t(4, 3, 2), t ∈ R e π : (x, y, z) = (2, 3, 4) + r(1, 0,−2) + s(2, 2, 2), r, s ∈ R. (b) L passa por (0, 0, 0) e (−1, 3, 4) e π passa pelos pontos (2, 3, 1), (1, 1,−4) e (−3, 4, 2). (c) L passa por (0,−1,−1) e (4, 2,−1) e π passa pelos pontos (1, 3, 2), (−4, 1, 1) e (2, 4,−3). 67. Determinar a interseção dos planos seguintes (a) π1 : 2x+ 7y − 8z = 0 e π2 : y + z = 0 (b) π1 : 12x− 5y + 7 = 0 e π2 : 9x+ 5y − 3z = 4 (c) π1 : x− y + z = 1, π2 : x+ y + z = 0 e π3 : x− 9y + z = 2 68. Determinar L ∩ π, onde L contém (1, 3, 1) e é ortogonal a π : 6x− 4y + 10z = 30. 69. Demonstrar que os planos π1 : (x, y, z) = (3, 1, 4) + s(1, 7, 3) + t(−3, 8, 0), s, t ∈ R, e π2 : (x, y, z) = (−2, 4, 6) + s(8,−2, 6) + t(9, 5, 9), s, t ∈ R são paralelos e encontrar d(π1, π2). 70. Seja L a interseção dos planos de equações 3x− y − 4z = 5 e 2x− 3y − z = 4. Sabendo que π : x+ 2y + 3z = 1, encontre L ∩ π. 71. Dados L : P = (10, 7,−9) + t(1, 2,−1), t ∈ R e o ponto A = (13, 1, 0) 6∈ L, determinar B,C ∈ L que formam com A um triângulo equilátero. 72. Um triângulo com vértices P = (−1, 1,−1), Q = (2, 3, 4) e R = (3, 4, 6), determinar a área do triângulo e a distância perpendicular desde a origem até o plano que o contem. 73. O plano π contém (1, 0, 2) e (1,−1, 0) e é paralelo ao vetor (1,−1, 1). Encontrar a equação de π e a reta que é ortogonal a π e contém (3, 0, 3). 74. Seja L1 : x+ 1 2 = y − 3 3 = z − 1 −1 e L2 é a reta que passa por (5, 4, 2) e que corta L1 em ângulo reto, determinar L2 e as coordenadas de L1 ∩ L2. 75. Dar a equação do plano que passa por (1, 0,−1) e que é paralelo a ambas as retas L1 : x− 1 2 = y 3 = z − 1 4 e L2 : x+ 1 −1 = y 2 = z 1 . 9 76. Seja L a reta de interseção dos planos x+ y + z = 1, x− 2y + 3z = 2. Determinar a equação do plano que contém a L e que passa por (1,−1, 0). 77. Dadas as retas L1 : x− 1 = y = z + 5 e L2 : x3 = y+2 2 = z+2 1 . Determinar: (a) a distância entre L1 e L2. (b) a equação da reta L3 que perpendicular a L1 e L2. (c) L3 ∩ L1 e L3 ∩ L2. 78. Encontre o plano π que contém L1 : x−1 1 = y−2−1 = z−1 2 e é paralelo L2 : x 1 = y+7 2 = z 3 . 79. Encontre a equação da reta bissetriz do ângulo externo ao vértice A do triângulo A = (2,−1,−3), B = (5, 2,−7) e C = (−7, 11, 6). 80. Para que valores a e b, L : x = 3+4t, y = 1−4t, z = −3+t está contida em π : ax+2y−4z+b = 0? 81. Para que valores a e b, π : ax+ by+3z−5 = 0 é perpendicular a L : x = 3+2t, y = 5−3t, z = −2− 2t, t ∈ R. 82. Determinar o plano que passa pela origem e é perpendicular aos planos 2x − y + 3z = 1 e x+ 2y + z = 0. 83. Sabendo que a base de um tetraedro é o triângulo (1, 3,−3), (2, 2,−1), (3, 4,−2), obter a altura do tetraedro a partir do vértice (2, 9,−2) à base. 84. Encontrar a equação do plano que passa pela reta de interseção de π1 : 5x − 2y − z − 3 = 0 com π2 : x+ 3y − 2z + 5 = 0 e é paralelo (5,−1, 3). 85. Encontrar a equação do plano que contém à reta de interseção dos planos x−3y+7z+36 = 0 e 2x+ y − z − 15 = 0 e cuja distância à origem é 3. 86. Encontrar a equação do plano que contém (3, 0, 2) e (4, 1,−1) e que é paralelo à reta L : x− 2y + z − 2 = 0, 2x+ 3y − 2z − 3 = 0. 87. Encontrar a equação do plano contendo (1, 3, 0) e (4, 0, 0), formando um ângulo θ tal que cos θ = 1√ 3 , com π : x+ y + z − 1 = 0. 88. Encontrar o ponto simétrico de (1, 3,−4) em relação ao plano π : 3x+ y − 2z = 0. 89. Uma reta L contém o ponto (2,−5, 8) e é perpendicular al plano π : x − 2y + 3z − 8 = 0. Encontrar as coordenadas do ponto de interseção de L e π. 90. Encontrar a equação do plano que pertence à famı́lia de planos 3x− 4y+ z+ 6 + k(2x− 3y+ z + 2) = 0 e é equidistante aos pontos (3,−4,−6) e (1, 2, 2). 10 91. Encontre a equação cartesiana do plano que passa por (1,−2, 1) e é paralelo a ~i + 2~j + 3~k e 2~i−~j + ~k. 92. Encontre a equação cartesiana do plano que passa por (1, 0, 2) e é paralelo ao plano 2x− y + 5z − 3 = 0. 93. Encontre a equação cartesiana do plano que passa por (1, 0, 0), (0, 1, 0) e (0, 0, 1). 94. Encontre a projeção ortogonal de ~i + 3~j + 2~k sobre a reta perpendicular ao plano paralelo a 2~i−~j + ~k e ~i− 2~j. 95. Encontre um vetor unitário e normal ao plano contendo (1, 0, 0), (0, 2, 0) e (0, 0, 3). 96. Determine a equação cartesiana do plano que passa pelo ponto (2, 1, 0) e é perpendicular aos planos x+ 2y − 3z + 2 = 0, 2x− y + 4z − 1 = 0. 97. Seja π1 o plano que passa pelos pontos A = (1, 1, 1), B = (1, 0, 1) e C = (1, 1, 0) e π2 o plano que passa pelos pontos P = (0, 0, 1), Q = (0, 0, 0) e é paralelo ao vetor~i+~j. Encontre (π1, π2). 98. Encontrar o ângulo entre o plano 2x− y + z = 0 e o plano que passa pelo ponto P = (1, 2, 3) e é perpendicular ao vetor ~i− 2~j + ~k. 99. Encontrar o ângulo entre os planos 3x+ 4y = 0 e x− 4y + 5z − 2 = 0. 100. Calcule o ângulo entre as retas r1 : { x+ y − z + 1 = 0 2x− y + z = 0 e r2 : x = 2t, y = 1− t, t ∈ R z = 2 + 3t. 101. Calcule a distância entre as retas r1 : { x+ y − z + 1 = 1 2x− y + z = 0 e r2 : x = 2t y = 1− t, t ∈ R z = 2 + 3t. 102. Verifique quando os planos em cada um dos itens abaixo se encontram segundo um ponto. Quando tal ponto existir, encontre suas coordenadas. (a) 2x+ y + z = 1, x+ 3y + z = 2, x+ y + 4z = 3. (b) 2x− 2y + z = 0, 2x− 4y + 2z = 1, x+ y = 0. (c) 2x− y + z = 3, 3x− 2y − z = −1, 2x− y + 3z = 7. (d) 3x+ 2y − z = 8, 2x− 5y + 2z = −3, x− y + z = 1. 11 103. Dados A = (0, 2, 1), r : (x, y, z) = (0, 2,−2) + t(1,−1, 2), ache os pontos de r que distam √ 3 de A. A distância de A à r é maior, menor ou igual a √ 3? Por quê? 104. Exiba a equação simétrica da reta contendo (−3, 2, 1) e perpendicular a x+ y − z − 1 = 0. 105. Determine os planos que contém a reta r : { x− 2y + 2z = 0 3x− 5y + 7z = 0 e formam com o plano π1 : x+ z = 0 um ângulo de 60 graus. 106. (a) Verifique que r : (x, y, z) = (1, 0, 1)+t(1,−1, 0), t ∈ R é paralela ao plano π : x+y+z = 0. (b) Calcule a distância de r a π. (c) Existem retas contidas em π que são reversas a r e distam 2 desta? 107. Escreva as equações algébricas do segundo grau em x e y que a elipse em cada item satisfaz: 1. F1 = (0,−6), F2 = (0, 6) e eixo maior vale 14. 2. F1 = (−1, 0), F2 = (1, 0) e um dos vértices é (0, √2). 3. F1 = (0,−c), F2 = (0, c) e a soma dos raios focais é 2b. 4. F1 = (−1, 2), F2 = (3, 2) e a soma dos raios focais é 6. 5. F1 = (−1,−1), F2 = (1, 1) e a soma dos raios focais é 4. 6. F1 = (−3, 2), F2 = (−3, 6) e a = 4. 7. F1 = (−1,−1), F2 = (1, 1) e a = 3. 8. F1 = (0, 0), F2 = (1, 1) e a = 3. 9. O centro é (0, 0), os focos estão em OX, o eixo menor mede 6 e a distância focal é 8. 10. O centro é (0, 0), os focos estão em OY , o eixo maior mede 10 e a distância focal é 6. 11. Os focos são (0, 6) e (0,−6) e o eixo maior mede 34. 12. Os focos são (5, 0) e (−5, 0) e um dos vértices è (−13, 0). 13. As extremidades do eixo menor são (0, 4) e (0,−4) e o comprimento da corda que passa por F2 perpendicular a distância focal é 8/5. 14. Os focos são (0, 2 √ 3) e (0,−2 √ 3) e o comprimento da corda que passa por F2 perpendi- cular a distância focal é 2. 15. O centro é a origem, (0,− √ 40) é um foco e o ponto ( √ 5, 14/3) pertence a elipse. 12
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