Post on 11-May-2018
Capítulo 1: Vetores
Aula 1
�Discussões iniciais; �Discussões iniciais;
�Noção intuitiva e definições;
�Notações.
Noção intuitiva� Existem grandezas, chamadas escalares, que são caracterizadas por um número (e a correspondente unidade): 20m² de área, 4m de comprimento, 7kg de massa, ...
� Outras no entanto, requerem mais do que isso. Por exemplo, para caracterizarmos uma força ou uma velocidade, precisamos dar a direção, a intensidade (ou módulo) e o sentido. Tais grandezas são chamadas de vetoriais.
� Exemplos:velocidade, aceleração, momento, torque, peso, campo magnético, etc.
Segmento orientado
Um segmento orientado é determinado por um par ordenado de pontos,o primeiro chamado origem do segmento, o segundo chamado deextremidade.
O segmento orientado de origem A e extremidade B será representado
Definições
O segmento orientado de origem A e extremidade B será representadopor AB e, geometricamente, indicado por uma seta que caracterizavisualmente o sentido do segmento.
Direção e sentido
Dois segmentos orientados não nulos AB e CD tem a mesma direção se asretas suportes desses segmentos são paralelos
Definições
ou coincidentes
Segmentos equipolentes
Dois segmentos orientados AB e CD são equipolentes quando têm amesma direção, o mesmo sentido e o mesmo comprimento.
Definições
Se os segmentos AB e CD não pertencem à mesma reta, para que AB sejaequipolente a CD é necessário que AB//CD e AC//BD, ou seja, ABCD deveser um paralelogramo.
Propriedades da equipolência
� Reflexiva: AB ~ CD
� Simétrica: Se AB ~ CD, então CD ~ AB
� Transitiva: Se AB ~ CD e CD ~ EF, então AB ~ EF
Definições
� Dado um segmento orientado AB e um ponto C, existe um único ponto D tal que AB ~ CD.
� Se AB ~ CD, então AC ~ BD e temos um caso particular da propriedade simétrica, em que o quadrilátero ABCD é um paralelogramo.
Definições
Definição 1:
Definição 2:
Definições
Imagem geométrica ou representante de um vetor
Notações
ou em negrito.
a, b, c, ... u, v, w ...
Notação - continuação
Definições
Módulo ou Norma ( )
Vetor nulo ( )Vetor nulo ( )
Vetor unitário
Definições
Versor
Exemplo ...
Definições
Vetor oposto
Proposição
É dado um vetor u qualquer. Escolhido arbitrariamente um pontoP, existe um segmento orientado representando u com origem P, isto é,existe um ponto B tal que u = PB. Tal representação é única.
Vetores colineares
Dois vetores u e v são colineares se tiverem a mesma direção. Sãocolineares se tiverem representantes AB e CD pertencentes a uma mesmareta ou a retas paralelas, conforme as figuras.
Definições
Vetores coplanares
Se os vetores não nulos u, v e w possuem representantes AB, CD e EFpertencentes a um mesmo plano π , diz-se que eles são coplanares.
Definições
Dois vetores u e v são sempre coplanares, pois podemos sempre tomarum ponto no espaço e, com origem nele, imaginar os dois representantesde u e v pertencendo a um plano π que passa por este ponto.
� 3 vetores podem ser ou não coplanares
Definições
Definições
Vetores equiversos e contraversos
Dois vetores paralelos são equiversos se de mesmo sentido. Se de sentidos contrários, são contraversos
Exemplo ...
Capítulo 1: Vetores
Aula 2
�Operações com vetores;
�Multiplicação de escalar por vetor;
�Ângulo entre vetores;
� Exemplos e exercícios.
Operação de vetores
Sejam os vetores u e v representados pelos segmentos orientados AB e BC.
Adição ou soma
Os pontos A e C determinam um vetor s que é, por definição, a soma dosvetores u e v, ou seja, s = u + v.
Adição de vetores
� Comutativa: u + v = v + u
� Associativa: (u + v) + w = u + (v + w) � Demonstre!
Propriedades
�Nulidade: Existe só um vetor nulo 0 tal que para todo o vetor v se tem:
v + 0 = 0 + v = v
� Oposto: Qualquer que seja o vetor v, existe um só vetor –v tal que v + (-v) = -v + v = 0
� Lei do cancelamento: u + v = u + w = v + w.
Demonstração Subtração de vetores
Chama-se diferença de 2 vetores u e v, e se representa por d = u – v, ao vetor u + (-v).
Dados 2 vetores u e v, representados pelos segmentos orientadosAB e AC, respectivamente, é construído o paralelogramo ABDC.
� A soma s = u + v é representada pelo segmento orientado AD.� A soma s = u + v é representada pelo segmento orientado AD.
�A diferença d = u – v é representada pelo segmento orientado CB.
Graficamente, o vetor soma é o segmento orientado que fechaa poligonal, tendo por origem, a origem do primeiro vetor e porextremidade , a extremidade do último vetor.
Operação de vetores
b) Sob a forma de triplas: Dados os vetores
a) Regra do Paralelogramo:
Conseqüências:
Exemplos
Exemplos Multiplicação por escalar
Multiplicação por escalar Multiplicação por escalar
Propriedades
Ângulo entre 2 vetores Ângulo entre 2 vetores
Exemplos ...
Exercícios Exercícios
Exercícios Exercícios
Lista 1 :>)
Capítulo 1: Vetores
Aula 3
� Combinação linear;� Combinação linear;
�Linearmente dependente e independente;
�Bases;
� Exemplos e exercícios.
Combinação Linear
a) Teoremaa) Teorema
Combinação Linear
b) Coplanariedade de vetores representados por triplas
Vetores LD e LI
Definições :
� Uma seqüência (v) é linearmente dependente se v = 0 e linearmenteindependente se v ≠ 0.
� Um par ordenado (u,v) é linearmente dependente se u e v são paralelos. Casocontrário, (u,v) é linearmente independente.
� Uma tripla ordenada (u,v,w) é linearmente dependente se u, v e w são paralelosa um mesmo plano. Caso contrário, (u,v,w) é linearmente independente.
� Se n > 3, qualquer seqüência de n vetores é linearmente dependente.
Vetores LD e LIExemplos
a) duplas:
b) triplas:
Exercícios
:>0 ... Resolver depois
Exercícios
Solução exercício 2:
AB = α AC + β ADB – A = α (C – A) + β (D – A)(– 8 , – 1 , 3 ) = α (– 4 , – 6 , – 2 ) + β (– 1 , 4 , 3 )
– 8 = – 4 α – β β = 8 – 4 α β = 8 – 4 (3/2)– 8 = – 4 α – β–1 = – 6 α + 4β
3 = – 2 α + 3β
β = 8 – 4 α
3 = – 2 α + 3( 8 – 4 α )2 α + 12 α = 24 – 314 α = 21
α = 3/2
β = 8 – 4 (3/2)β = 2
Logo, os pontos A, B, C e D são coplanares .
Exercícios
Exercícios lista 1 :>)
Expressão cartesiana
Expressão cartesiana Expressão cartesiana
Logo, e são Linearmentedependentes.
Exemplos ...
Exercícios Exercícios
4x – 4 = 4 x = 2
ExercícioResolução exercício 4:
AC = α ABC – A = α ( B – A )( 4 , – 12 , 8 ) = α ( x – 1 , y + 1 , 2 )
α ( x – 1 ) = 44y + 4 = – 12 y = – 4
4x – 4 = 4 x = 2 α ( x – 1 ) = 4α ( y + 1 ) = – 12
2 α = 8 α = 4
Exercícios
Exercícios
Exercícios Lista :>)
BasesChama-se base de V³ toda tripla ordenada linearmente independente
E = ( e1, e2, e3 ).
Sendo E = ( e1, e2, e3 ) uma base, todo vetor u é gerado por e1, e2, e3 ,ou seja, existem escalares a1, a2, a3 tais que
u = a1e1 + a2e2 + a3e3
Diz-se que a1 é a primeira coordenada de u na base E, a2 é a segundacoordenada de u na base E e a3 é a terceira coordenada de u na base E.
Bases Bases
Exemplos
Solução:
1)
Exemplos2)
Solução:
Exercícios Capítulo 1: Vetores
Aula 4
� Produto escalar;
�Produto vetorial;
�Produto misto;
� Exemplos e exercícios.
Produto escalarDefinição
Sinal do produto interno
Exemplos ...
Produto escalarNulidade do produto escalar
Módulo de um vetor
Exemplos ...
Produto escalarVersor de um vetor
Exemplos ...
Distância entre dois pontos
Em coordenadas, temos que
ou . Assim a distância entre 2 pontos A(x1, y1, z1) e
B(x2, y2, z2) é definida por:
e portanto, .
Exemplos ...
Produto escalarÂngulo de dois vetores
Condição de ortogonalidade
Dois vetores são ortogonais se, e somente se, o produto escalar deles é nulo.
Exemplos ...
Produto escalarPropriedades:
Exemplo:
Produto escalar
Produto escalarProjeção de um vetor
Produto escalar
sendo essa a projeção da componente escalar de v em u.
No entanto, a projeção ortogonal de v na direção de u necessita ainda sermultiplicada pelo versor de u, representado por u*, resultando:
Exemplo :
Produto escalar
Exercícios ...
Produto escalarExpressão Cartesiana do produto escalar
Produto escalar Exemplo
Exercícios Exercícios
Exercícios lista ...
Produto vetoriala)
b)
Produto vetorial
c)
Produto vetoriald)
Produto vetoriale)
Produto vetorialf)
Exemplos ...
Produto vetorial
Produto Vetorial
g) Expressão Cartesiana do produto vetorial
Produto Vetorial
Tal expressão pode ser escrita usando o determinante, na Tal expressão pode ser escrita usando o determinante, na forma:
Exemplos ...
Exercícios ...
Exercícios Exercícios
Produto Misto
a) Definição:
b) Nulidade do produto misto:
Produto Mistoc) Interpretação geométrica:
Produto Misto
Exemplo ...
Produto MistoConvenção de sinais:
Produto Misto Produto Mistod) Volume do tetraedro:
Produto Mistoe) Propriedades:
Produto Misto
Duplo Produto vetorial
Exemplo ...
Exercícios
Exercícios Exercícios
Capítulo 2: Retas e planos em R³
Aula 5
� Coordenadas Cartesianas;
�Equações da reta;
�Exemplos e exercícios.
95
Coordenadas Cartesianas
1. Sistema Cartesiano Ortogonal
96
Coordenadas Cartesianas
97
Coordenadas Cartesianas
Particularidades:
98
Equações da reta
99
Equações da reta
Exemplo ...
100
Equações da reta
Exemplo ...
101
Equações da reta
102
Equações da reta
Exemplo ...103
Equações da reta
104
Equações da reta
105
Equações da reta
106
Equações da reta
Exemplo:
107
Equações da retaSolução:
108
Exercícios
109
Exercícios
110
Exercícios
111
Capítulo 2: Retas e planos em R³
Aula 6
� Posições relativas a retas;
�Paralelismo e ortogonalidade;
�Condição de coplanariedade;
�Exemplos e exercícios.
112
Posições relativas entre 2 retas
a) Coplanares e paralelas
b) Coplanares e concorrentes
Exemplo ...
Exemplo ...
113
Posições relativas entre 2 retas
c) Reversas
Exemplo ...
114
Paralelismo e ortogonalidade
a) Condição de paralelismo
115
Paralelismo e ortogonalidadeb) Condição de ortogonalidade
Observação
116
Condição de coplanariedade
Exemplo ...
117
Exercícios
118
Exercícios
119
Exercícios
120
Capítulo 2: Retas e planos em R³
Aula 7
� Equação geral do plano;
�Casos especiais;
� Equação segmentária do plano;
�Exemplos e exercícios.
121
Equação geral do plano
A) O plano é gerado por um ponto e dois vetores.
(1)
122
Equação geral do plano
B) O plano é individualizado por dois pontos e um vetor.
(2)
123
Equação geral do plano
B) O plano é formado por 3 pontos não colineares.
(3)
124
Equação geral do plano
A resolução de cada determinante apresentado por (1), (2)ou (3) conduz a uma equação linear de 3 variáveis:
ax + by + cz + d = 0
denominada equação geral do plano.
Exemplo ...
125
Exercícios
126
Casos especiais
1.° caso.
127
Casos especiais2.° caso.
128
Casos especiais3.° caso.
129
Casos especiais
4.° caso.
Continua ...
130
Casos especiais
131
Casos especiais
132
Casos especiais - Exemplo
133
Intersecção do plano com os eixos coordenados
Exemplo ...
134
Exemplo
135
Equação segmentária do plano
(1)
136
Equação segmentária do plano
(2)
Substituindo (1) em (2) obtemos:
Exemplo ...
137
Exemplo
138
Exercícios
139
Capítulo 2: Retas e planos em R³
Aula 8
�Vetor normal;
�Paralelismo e ortogonalidade
� Exemplos e exercícios.
140
Vetor normalEquação do plano que passa por um ponto e é ortogonal a um vetor.
Demonstração:
141
Vetor normal
Exemplo ...142
Exemplo
Exercícios
143
Paralelismo e ortogonalidade
144
Paralelismo e ortogonalidade
145
Paralelismo e ortogonalidade
146
Exercícios complementares
147
Exercícios
148
Exercícios
A figura abaixo representa um galpão, na qual os númeroscorrespondem as suas dimensões. Pergunta-se
149
Exercícios
150
Exercícios
151
Exercícios
152
Capítulo 2: Retas e planos em R³
Aula 9
� Distâncias entre ponto e reta;
�Distâncias entre ponto e plano;
�Distâncias entre duas retas;
�Ângulo entre planos;
� Exemplos e exercícios.
153
Distância entre ponto e reta
154Exemplo ...
Distância de um ponto a reta
Exemplo ...
155
Distância entre ponto e plano
Exemplo ...156
Distância entre duas retas
157
Distância entre duas retas
Exemplo ...158
Ângulo entre planos
159
Exercícios
160
Exercícios
161
Capítulo 3: Cônicas
Aula 10
� Parábola;
�Definições;
�Forma reduzida;
�Exemplos e exercícios.
162
Cônicas
163
Parábola
164
ParábolaEquação canônica para V = 0 (origem)
165
Parábola
166
Parábola
167
Parábola
Observação:
168
ParábolaEquação canônica para V = ( X0 , Y0 )
169
Parábola
170
Parábola
171
ParábolaAplicações:
172
Parábola
173
Parábola
174
Parábola
175
Exemplo
176
Exercícios
177
Exercícios
178
Capítulo 3: Cônicas
Aula 11
� Elipse;
�Definições;
�Forma reduzida;
�Exemplos e exercícios.
179
Elipse
Definição:
180
ElipseEquação na forma reduzida com centro em (0,0):
181
Elipse
.
Observação: Se a forma canônica é dada por:
senão,
Exemplo ...
182
ElipseExcentricidade:
183
ElipseEquação canônica cujo centro está em ( X0 , Y0 )
184
Elipse
185
Elipse Aplicações:
186
Elipse
187
Exercícios
188
Exercícios
189
Exercícios
190
Exercícios
191
Exercícios
192
Capítulo 3: Cônicas
Aula 12
� Hipérbole;
�Definições;
�Forma reduzida;
�Exemplos e exercícios.
193
Hipérbole
Definição:
194
Hipérbole
Elementos:
195
Hipérbole
Excentricidade:
196
HipérboleEquação canônica com hipérbole centrada na origem
197
HipérboleEquação canônica com hipérbole centrada na origem
Observação:
198
Hipérbole
Identificação de uma hipérbole com centro na origem
Exemplo:
199
Exemplo:
HipérboleEquação canônica com hipérbole centrada em (Xo,Yo)
200
Hipérbole
201
Hipérbole
Aplicações:
202
Hipérbole
203
d) Na construção de usinas atômicas, barrasretilíneas se cruzam para obter estruturasextremamente forte, uma vez que podemosmostrar que o hiperbolóide de uma folha geradopela rotação de uma hipérbole em torno do seueixo transverso é também gerado por uma reta , ouseja pode ser considerado como sendo formadopor uma união de retas (superfície regrada).
Exercícios
204
ExercíciosResp 1.:
205
Exercícios
206
Exercícios Complementares
207
Exercícios Complementares
208
Exercícios complementares
209
Capítulo 3: Quádricas
Aula 13
�Definições gerais;
�Identificação;
�Gráficos e equações;
�Esfera, (Parabol,Elips,Hiperbol)-óide;
�Exemplos e exercícios.
210
Quádricas
1. Definição:
2. Exemplos:
211
Quádricas
212
Gráficos
3. Equações de Curvas em R3:
213
Esfera
Exemplos ...214
Elipsóide
Para esboçar o gráfico das quádricas é útil determinar a intersecçãoda superfície com planos paralelos aos planos coordenados. Essas curvas sãodenominadas traços (ou secções transversais) da superfície.
A figura abaixo mostra como representar no esboço alguns traçospara indicar a forma da superfície. Essa superfície é chamada elipsóide, vistoque todos os seus traços são elipses. Note a simetria em relação a cada planoque todos os seus traços são elipses. Note a simetria em relação a cada planocoordenado; isto é reflexo do fato de só aparecerem potências positivas de x,y e z.
Gráfico gerado usando a seguinte equação:
215
Elipsóide
Exemplo: Utilize traços para fazer o esboço da quádrica com equação
216
Parabolóide
Exemplo: Utilize traços para esboçar a superfície z= 4x² + y².
Impondo x = 0, obtemos z = y², de forma que no plano yz aintersecção da superfície é uma parábola.
Se tomarmos x = k (uma cte), obteremos z = y² + 4k². Istosignifica que se deslocarmos o gráfico para um plano paralelo ao plano yzsignifica que se deslocarmos o gráfico para um plano paralelo ao plano yzobteremos uma nova parábola com concavidade voltada para cima.
Da mesma forma, tomando y = k, o traço é z = 4x² + k², quecorresponde novamente a uma parábola com concavidade para cima.
Impondo z = k, obteremos os traços horizontais 4x² + y² = k,que reconhecemos como uma família de elipses.
217
ParabolóideSabendo a forma dos traços podemos esboçar a figura abaixo.
Pelo fato de os traços serem parábolas e elipses, a quádrica édenominada parabolóide elíptico.
218
HiperbolóideExemplo: Esboce a superfície z = y² - x²
Os traços nos planos verticais x = k são parábolas z = y² – x² comconcavidade voltada para cima.
Os traços em y = k são parábolas z = -x² + k², com concavidade voltadapara baixo.
Os traços horizontais são y² – x² = k, uma família de hipérboles.Os traços horizontais são y² – x² = k, uma família de hipérboles.
Na figura abaixo desenhamos esses traços e mostramos como eles aparecemquando colocados nos planos corretos na figura do próximo slide.
219
HiperbolóideOs traços movidos para suas posições nos planos corretos geram os gráficos.
Os 3 gráficos juntos formam a superfície z = y² – x², um parabolóide hiperbólico.
220
Equações
A idéia de usar os traços para desenhar a superfície é empregada em
programas que fazem gráficos tridimensionais. Na maioria desses
programas os traços nos planos verticais x = k e y = k são apresentados
para valores de k igualmente espaçados, e partes do gráfico sãopara valores de k igualmente espaçados, e partes do gráfico são
eliminadas utilizando-se a técnica de remover linhas escondidas.
A tabela a seguir mostra gráficos de computador de seis quádricas
básicas na forma padrão. Todas as superfícies são simétricas em relação
ao eixo z. Se uma quádrica é simétrica em relação a um eixo diferente,
sua equação se modifica de modo apropriado.
221 222
EquaçõesComo identificar a superfície quádrica?
As equações das sup. quádricas tem certas características que tornampossível identificar as quádricas que são deduzidas dessas equações porreflexões.
Essas características identificatórias, mostradas na tabela, sãobaseadas em escrever a equação da sup. quádrica de tal forma que todos ostermos variáveis estejam no lado esquerdo e que haja um 1 ou 0 no ladotermos variáveis estejam no lado esquerdo e que haja um 1 ou 0 no ladodireito.
223
ExercíciosVerifique a veracidade das assertivas a seguir:
224
Exercícios
225
Exercícios
226
Exercícios
227
Capítulo 4: Sist. de Eq. Lineares
Aula 14
�Introdução;
�Eliminação de Gauss;
�Formas escalonadas;
�Exemplos e exercícios.
228