LISTA DE DISCIPLINAS

Produto vetorial

Selecione os exercícios por

Dificuldade

Categoria

Outros

Os botões acima permitem selecionar que tipos de exercício você deseja ver na lista.
Para retirar alguma categoria da lista, clique sobre o botão para toná-lo inativo. Para adicioná-la, clique novamente no botão.


868   

Verifique se os pontos $A=(1,2,4), B=(-1,0,2), C=(0,2,2) \;\mbox{e}\; D=(-2,1,3)$ estão no mesmo plano ou não.


Não estão pois $\displaystyle \vec{AB}\cdot(\vec{BC}\times\vec{AD})=-8$.


870   

Para quais valores de $m$ os pontos $A=(m,1,2), B=(2,-2,-3), C=(5,-1,1)$ e $D=(3,-2,-2)$ são coplanares?


$m=\pm 4$


874   

Sejam $a,b,c$ três vetores não coplanares e denotemos por $[a,b,c]$ o produto misto $a\cdot(b\times c)$. Os vetores

$$a'=\frac{b\times c}{[a,b,c]},\; b'=-\frac{a\times c}{[a,b,c]},\; c'=\frac{a\times b}{[a,b,c]}$$

são chamados os vetores recíprocos aos vetores $a,b,c$.

Uma das utilidades dos vetores recíprocos consiste em encontrar as coordenadas de um vetor $v$ qualquer em termos dos vetores $a,b,c$. Isto é, queremos encontrar escalares $x,y,z$ tais que

$$ v=xa+yb+zc. $$

  1. Mostre que, $$v = (v\cdot a')a \; + \; (v\cdot b')b \;+\; (v\cdot c')c.$$ Ou seja,

    $$ x=v\cdot a', \; y=v\cdot b', \; z=v\cdot c'. $$

  2. Mostre que se $a,b,c$ são três vetores unitários, dois a dois ortogonais e que satisfazem a regra da mão direita, então $a'=a$, $b'=b$ e $c'=c$ (ou seja, neste caso os vetores recíprocos de $a,b,c$ são eles próprios). Em particular, segue que $$v = (v\cdot a) a \; + \; (v\cdot b) b \;+\; (v\cdot c) c.$$

  3. Verifique que se

    $$ v=xa'+yb'+zc', $$

    então $$v = (v\cdot a)a' \; + \; (v\cdot b)b' \;+\; (v\cdot c)c'.$$

  4. Mostre que valem as relações

    $$ a'\cdot a = b'\cdot b = c'\cdot c =1,$$

    $$a'\cdot b =a'\cdot c = b'\cdot a = b'\cdot c = c'\cdot a = c'\cdot b = 0. $$

    Em outras palavras, o produto escalar de vetores correspondentes é $1$, enquanto que o produto escalar de vetores não-correspondentes é $0$.

  5. Reciprocamente, mostre que se

    $$ A\cdot a = B\cdot b = C\cdot c =1,$$

    $$A\cdot b = A\cdot c = B\cdot a = B\cdot c = C\cdot a = C\cdot b = 0, $$

    então

    $$ A=a', \; B=b', \; C=c'.$$

  6. Conclua que os vetores recíprocos de $a',b',c'$ são exatamente $a,b,c$.


1000   

Determine, se existir, os valores de $x$ para que o vetor $\textbf{v}=x\vec{i}+6\vec{k}$ seja paralelo ao produto vetorial de $\textbf{w}=\vec{i}+x\vec{j}+2\vec{k}$ por $\textbf{u}=2\vec{i}+\vec{j}+2\vec{k}$.


1403   

O momento escalar ou torque sobre o ponto $P$ de uma força $\vec{F}$ aplicada a um ponto $Q$ é dado por $\|\vec{PQ} \times \vec{F}\|$. Uma força $\vec{F}$ com magnitude de $10 N$ é aplicada na direção $y$ positiva sobre o ponto $Q=(1,1,1)$ em um cubo com lados de tamanho $1m$. Determine o momento escalar de $\vec{F}$ sobre o ponto $P = (1,0,0)$. Faça um esboço do gráfico, indicando a força e o momento escalar.


997   

Sejam os vetores $\vec{u}=(2,1,3)$, $\vec{v}=(0,1,-1)$, $\vec{w}=(4,5,3)$. Mostre que $\vec{u}, \vec{v}$ e $\vec{w}$ são coplanares.


De fato, basta verificar que $\vec{u}\cdot(\vec{v}\times\vec{w})=0$.


883   

Usando a propriedade de que podemos trocar os sinais $\times$ e $\cdot$ em um produto misto, mais a fórmula do produto vetorial triplo: $$A\times(B\times C) = (A\cdot C)B - (A\cdot B)C,$$ mostre que $$(A\times B)\cdot (C\times D) = \det\left(\begin{array}{cc}A\cdot C & A\cdot D \\B\cdot C & B\cdot D \\\end{array}\right).$$


1002   

Sejam $u$ e $v$ vetores no espaço. Mostre que

  1. $(u+v)\times (u-v)=2v\times u$.

  2. Se $u\times v$ é não nulo e $w$ é um vetor qualquer no espaço, então existem números reais $a, b$ e $c$ tais que $w=a(u\times v)+bu+cv$.

  3. Se $u\times v$ é não nulo e $u$ é ortogonal a $v$, então $u\times (u\times v)$ é paralelo a $v$.


865   

Determine um vetor $\vec{a}=(x,y,z)$ que satisfaça as seguintes equações:

$$\vec{a} \times \vec{j}=\vec{k}$$

$$\vec{a} {\cdot}(\vec{i}+2\vec{j})=0,$$

onde $\vec{i}$, $\vec{j}$ e $\vec{k}$ são os vetores da base canônica de $\mathbb{R}^3$.


999   

Dados três pontos $A = (2,1,3)$, $B = (5,-1,2)$ e $C = (1,2,-3)$, encontre um quarto ponto $D$ de forma que os pontos $A$, $B$, $C$ e $D$ sejam os vértices de um paralelogramo (Dica: Queremos $D$ de forma que $\overrightarrow{CD}$ seja paralelo a $\overrightarrow{AB}$ e tenha mesmo comprimento.).


$D=(4,4,-2)$


875   

Sejam $a,b,c$ três vetores não coplanares e denotemos por $[a,b,c]$ o produto misto $a\cdot(b\times c)$. Os vetores

$$ a'=\frac{b\times c}{[a,b,c]},\; b'=-\frac{a\times c}{[a,b,c]},\; c'=\frac{a\times b}{[a,b,c]} $$ são chamados os vetores recíprocos aos vetores $a,b,c$.

Mostre que

$$ [a',b',c']=\frac{1}{[a,b,c]}. $$


996   

Se $u$, $v$ e $w$ são vetores no espaço então: mostre que $\langle u,v\times w\rangle = \langle v, w\times u\rangle = \langle w , v\times u\rangle$.


881   

Mostre que se

$$u= u_a a + u_b b + u_c c,$$

$$v = v_a a + v_b b + v_c c,$$

$$w= w_a a + w_b b + w_c c,$$

então

$$u\cdot(v\times w)=\det\left(\begin{array}{ccc}  u_a & u_b & u_c \\  v_a & v_b & v_c \\  w_a & w_b & w_c \\\end{array}\right)[a\cdot(b\times c)].$$

Se $a=i$, $b=j$ e $c=k$, como fica esta fórmula?


871   

Sendo $\|u\|=3, \|v\|=4$ e $120^{\circ}$ o ângulo entre os vetores $u$ e $v$, calcule:

  1. $\|u+v\|,$

  2. $\|u\times(v-u)\|.$


866   

Justificar as afirmações abaixo:

  1. $\vec{u} \cdot (\vec{u}\times \vec{v})=0,$ para quaisquer dois vetores $\vec{u}$ e $\vec{v}.$

  2. Se as diagonais de um paralelogramo são perpendiculares, então este paralelogramo  é um losango.


867   

Determinar $u\cdot v$, sabendo que $\|u\times v\|=12$, $\|u\|=13$ e $v$ é unitário.



Usando que $\| u\times v\|=|u||v|\sin\theta$, obtemos que $\sin\theta=\dfrac{12}{13}$, onde $\theta$ é o ângulo entre os vetores $u,v\in\mathbb{R}^3$. Por conseguinte, temos que $\cos\theta=\sqrt{1-\sin^2\theta}=\sqrt{1-(\dfrac{12}{13})^2}=\dfrac{5}{13}$. Logo, $u\cdot v=|u||v|\cos\theta=13\cdot 1\dfrac{5}{13}=5$.


869   

Sabendo que $u\cdot(v\times w)=2$, calcular:

  1. $u\cdot(w\times v)$.

  2. $v\cdot(w\times u)$.

  3. $(v\times w)\cdot u$.

  4. $(u\times w)\cdot 3v$.

  5. $u\cdot(2w\times v)$.

  6. $(u+v)\cdot(u\times w)$.


873   

Mostre que quaisquer vetores $a, b, c$ satisfazem a relação $$(a\times b)\cdot(c\times d)\;+\;(a\times c)\cdot(d\times b)\;+\;(a\times d)\cdot(b\times c)=0.$$


1404   

O momento escalar ou torque sobre o ponto $P$ de uma força $\vec{F}$ aplicada a um ponto $Q$ é dado por $\|\vec{PQ} \times \vec{F}\|$. Uma força $\vec{F}$ com magnitude de $10 N$ é aplicada na direção $y$ positiva sobre o ponto $Q=(1,1,1)$ em um cubo com lados de tamanho $1m$. Determine o momento escalar de $\vec{F}$ sobre o ponto $P = (1,0,1)$. Faça um esboço do gráfico, indicando a força e o momento escalar.


1001   

Responda, justificando, falso ou verdadeiro a cada uma das seguintes afirmações:

  1. Se $u$, $v$ e $w$ são vetores no espaço, com $v$ não nulo e $v\times u=v\times w$, então $u=w$.

  2. Se $u$, $v$ e $w$ são vetores no espaço então: $\mid u\cdot(v\times w) \mid=\mid v\cdot(u\times w) \mid=\mid w\cdot(v\times u) \mid=\mid v\cdot(w\times u) \mid$.

  3. Se $u$, $v$ e $w$ são vetores no espaço, então $u\times (v\times w)= (u\times v)\times w$.

  4. Se $u$, $v$ e $w$ são vetores no espaço, $u$ é não nulo e $u\times v=u\times w=\vec{0}$, então $v\times w=\vec{0}$.


998   

Sejam $u = (2,-1,3)$, $v = (0,1,7)$ e $w = (1,4,5)$.

  1. Mostre que existem dois números $\alpha$ e $\beta$ tais que $u\times(v\times w) = \alpha\,v + \beta\,w$.

  2. Mostre que existem dois números $a$ e $b$ tais que $(u\times v)\times w = a\,u + b\,v$.


872   

Mostre que os vetores $a, b, c$, que satisfazem a relação $$a\times b \;+\; b\times c \;+\; c\times a\; = \;0$$ são coplanares.


882   

Mostre que se

$$u= u_a a + u_b b + u_c c,$$

$$v = v_a a + v_b b + v_c c,$$

$$w= w_a a + w_b b + w_c c,$$

então

$$(u\cdot v\times w)(a\cdot b\times c) = \det\left(\begin{array}{ccc}  u\cdot a & u\cdot b & u\cdot c\\  v\cdot a & v\cdot b & v\cdot c\\  w\cdot a & w\cdot b & w\cdot c\\\end{array}\right).$$

Esta fórmula reduz o cálculo de dois determinantes (pois cada produto misto envolve o cálculo de um determinante) ao cálculo de um único.


Sugestão: Use a seguinte relação:

$$u\cdot(v\times w)=\det\left(\begin{array}{ccc}  u_a & u_b & u_c \\  v_a & v_b & v_c \\  w_a & w_b & w_c \\\end{array}\right)[a\cdot(b\times c)].$$


1402   

O momento escalar ou torque sobre o ponto $P$ de uma força $\vec{F}$ aplicada a um ponto $Q$ é dado por $\|\vec{PQ} \times \vec{F}\|$. Uma força $\vec{F}$ com magnitude de $10 N$ é aplicada na direção $y$ positiva sobre o ponto $Q=(1,1,1)$ em um cubo com lados de tamanho $1m$. Determine o momento escalar de $\vec{F}$ sobre o ponto $P = (0,0,0)$. Faça um esboço do gráfico, indicando a força e o momento escalar.