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Em revisão
De agora em diante, vamos trabalhar com um base ortonormal dita com orientação positiva, i.e. os vetores , e estão dispostos em sentido anti-horário, veja Figura 3.3.
Dados vetores e , definimos o produto vetorial de com , por
(3.136) |
onde é ângulo entre e , e é o vetor unitário ortogonal ao plano determinado por e , e com sentido tal que tem orientação positiva.
Em outras palavras, temos que:
se e são l.d., então .
se e são l.i., então
, onde é o ângulo entre e ,
é ortogonal a e , e
, e formam uma base positiva.
Sejam dados e l.i.. Estes vetores determinam um paralelogramo (consulte Figura 3.4 (esquerda)). Seja, então, a altura deste paralelogramo tendo como sua base. Logo, a área do paralelogramo é o produto do comprimento da base com sua altura, neste caso
(3.137) | ||||
(3.138) |
Ou seja, o produto vetorial tem norma igual à área do paralelogramo determinado por e .
Ainda, por definição, é ortogonal a e . Isto nos dá a direção de . O sentido é, então, determinado pela definição de que tem orientação positiva. Consulte a Figura 3.4 (direita).
Vamos ver alguns resultados fundamentais envolvendo o produto vetorial de vetores da base canônica.
Segue, imediatamente, da definição de que é nulo o produto vetorial de vetores l.i..
, ,
, ,
A propriedade de distributividade do produto vetorial com vetores da base canônica também pode ser mostrada. Por exemplo, é verdade que
(3.145) |
De fato, assumindo o vetor normal unitário aos vetores e , temos
(3.146) | ||||
(3.147) |
Por outro lado, temos
(3.148) |
Seria, então,
(3.149) |
De fato, enquanto a positividade de e a norma unitária são diretas, a ortogonalidade pode ser mostrada do produto interno
(3.150) | ||||
(3.151) | ||||
(3.152) |
o que mostra que . Bem como, temos
(3.153) | ||||
(3.154) | ||||
(3.155) |
donde concluímos que . Isso mostra que
(3.156) |
e, portanto, de (3.147)
(3.157) | ||||
(3.158) | ||||
(3.159) | ||||
(3.160) |
(Distributividade para Vetores Canônicos.) Se , e são vetores da base canônica1616endnote: 16, ou ., então vale a distributividade do produto vetorial
(3.161) |
Consulte o E.3.4.5. ∎
Uma das propriedades fundamentais do produto vetorial é a associatividade com a multiplicação por escalar
(3.162) |
Para mostrarmos isso, vamos precisar do seguinte resultado.
No produto vetores , ao mudarmos o sentido de apenas um dos vetores, obtemos a seguinte relação
(3.163) |
De fato, assumindo que o ângulo e o vetor unitário são tais que
(3.164) |
temos
(3.165) | ||||
(3.166) | ||||
(3.167) |
E, de forma análoga, segue que (consulte o E.3.4.11).
Agora, temos tudo para mostrar a associatividade
(3.168) |
De fato, assumindo , o ângulo e o vetor normal unitário tais que
(3.169) |
temos que1717endnote: 17Observamos que também é vetor normal unitário aos vetores e .
(3.170) | ||||
(3.171) | ||||
(3.172) | ||||
(3.173) |
No caso de , o resultado da propriedade da mudança do sentido (3.163), i.e.
(3.174) | ||||
(3.175) | ||||
(3.176) |
Por raciocínio análogo, segue também que
(3.177) |
para qualquer escalar (consulte o E.3.4.12).
Usando as propriedades que estudamos até aqui, vamos mostrar que dados e em uma base ortonormal positiva, então
(3.178) |
ou, mnemonicamente,
(3.179) |
De fato, das propriedades da distributividade e da associatividade estudadas, temos
(3.180) | ||||
(3.181) | ||||
(3.182) | ||||
(3.183) | ||||
(3.184) | ||||
(3.187) | ||||
(3.190) | ||||
(3.193) |
Temos, portanto, mostrado (3.179).
Dados os vetores e , temos
(3.197) | ||||
(3.201) | ||||
(3.202) | ||||
(3.203) |
Calcule tal que .
Denotando , temos
(3.204) | |||
(3.208) | |||
(3.209) | |||
(3.210) |
Segue que
Logo, , e é arbitrário. Concluímos que com .
Determine a área do paralelogramo determinado pelos vetores e .
Tomando representações e , temos que e determinam um paralelogramo , onde é tal que 1818endnote: 18Consulte a regra do paralelogramo na Subseção 1.3.3.. Da definição do produto vetorial, temos que
(3.211) |
o que é igual a área do paralelogramo , onde é o ângulo entre os vetores e . Logo, a área do paralelogramo é
(3.215) | |||
(3.216) | |||
(3.217) |
A partir da definição do produto vetorial (3.136), calcule
a) ; b) ; c)
a) ; b) ; c)
A partir da definição do produto vetorial (3.136), calcule
a) ; b) ; c)
a) ; b) ; c)
A partir da definição do produto vetorial (3.136), mostre que
Dica: consulte a demonstração da (3.145).
Sejam e . Calcule:
.
.
.
a) ; b) ; c)
Sejam e tais que . Forneça . Justifique sua resposta.
Seja um vetor qualquer. Calcule .
Sejam e tais que . Forneça . Justifique sua resposta.
Calcule tal que .
A partir da definição de produto vetorial (3.136), mostre que
(3.218) |
Dica: estude a Subseção 3.4.3.
Mostre que vale a seguinte associatividade com multiplicação por escalar
(3.219) |
para quaisquer vetores , e escalar .
Dica: estude a Subseção 3.4.3.
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