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3.3 Projeção ortogonal
Sejam dados os vetores u → = O A → , v → = O B → ≠ 0 → . Seja, ainda, P a interseção da reta perpendicular a O B que passa pelo ponto A . Observemos a Figura 3.3 . Com isso, definimos a projeção ortogonal de u → na direção de v → por O P → . Denotamos
Figura 3.3 : Projeção ortogonal.
Da definição, temos que
para algum número real β . Além disso, temos
proj v → u → = u → + A P → .
(3.117)
Portanto
Tomando o produto escalar com v → em ambos os lados desta equação, obtemos
β v → ⋅ v → = u → ⋅ v → + A P → ⋅ v →
(3.119)
= u → ⋅ v → ,
(3.120)
pois A P → ⟂ v → . Daí, lembrando que v → ⋅ v → = ‖ v → ‖ 2 , temos
e concluímos que
proj v → u → = u → ⋅ v → ‖ v → ‖ 2 v → .
(3.122)
Exemplo 3.3.1.
Sejam u → = ( − 1,1 , − 1 ) e v → = ( 2,1 , − 2 ) . Usando a equação (3.122 ), obtemos
proj v → u → = ( − 1,1 , − 1 ) ⋅ ( 2,1 , − 2 ) ‖ ( 2,1 , − 2 ) ‖ 2 ( 2,1 , − 2 )
(3.123)
= − 2 + 1 + 2 4 + 1 + 4 ( 2,1 , − 2 )
(3.124)
= ( 2 9 , 1 9 , − 2 9 ) .
(3.125)
3.3.1 Exercícios resolvidos
ER 3.3.1.
Determine x tal que a projeção de u → = ( 1 , x , x ) em v → = ( 1,1,0 ) tenha o dobro da norma de v → .
Resolução.
De (3.122 ), a projeção de u → em v → é
proj v → u → = u → ⋅ v → ‖ v → ‖ 2 v → ,
(3.126)
‖ proj v → u → ‖ = | u → ⋅ v → ‖ v → ‖ 2 | ‖ v → ‖
(3.127)
‖ proj v → u → ‖ = | u → ⋅ v → ‖ v → ‖ |
(3.128)
‖ proj v → u → ‖ = | 1 + x | ‖ v → ‖
(3.129)
Queremos que
‖ proj v → u → ‖ = 2 ‖ v → ‖ .
(3.130)
Segue que
| 1 + x | ‖ v → ‖ = 2 ‖ v → ‖
(3.131)
| 1 + x | = 2 ‖ v → ‖ 2
(3.132)
| 1 + x | = 2 ⋅ 2
(3.133)
1 + x = − 4 ou 1 + x = 4
(3.134)
x = − 5 ou x = 3 .
(3.135)
ER 3.3.2.
Verifique que se u → ⟂ v → , então proj v → u → = 0 → . Justifique sua resposta.
Resolução.
Temos que
proj v → u → = u → ⋅ v → ‖ v → ‖ 2 v → .
(3.136)
Tendo em vista que u → ⟂ v → , temos u → ⋅ v → = 0 . Logo,
proj v → u → = 0 ⋅ v →
(3.137)
= 0 → .
(3.138)
3.3.2 Exercícios
E. 3.3.1.
Sejam u → = ( − 1,1,2 ) e v → = ( 1 , − 2,0 ) . Calcule proj v → u → .
Resposta
E. 3.3.2.
Sejam u → e v → vetores unitários e seja α = π / 6 o ângulo entre eles. Calcule a norma da projeção ortogonal de u → na direção de v → .
Resposta
E. 3.3.3.
Determine x tal que proj v → u → = ( 1 / 6 , − 1 / 3,1 / 6 ) , sendo u → = ( x ,1,2 ) e v → = ( 1 , − 2,1 ) .
Resposta
E. 3.3.4.
Verifique se a proj v → u → tem o mesmo sentido de v → para quaisquer vetores u → e v → dados. Justifique sua resposta.
Resposta
E. 3.3.5.
Determine as coordenadas de todos os vetores u → tais que proj v → u → = v → , sendo que v → = ( 1,0,0 ) .
Resposta
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