| | | |

Vetores

Ajude a manter o site livre, gratuito e sem propagandas. Colabore!

3.5 Propriedades do produto vetorial

Nesta seção, discutiremos algumas propriedades do produto vetorial. Para tanto, sejam dados os vetores u=(u1,u2,u3), v=(v1,v2,v3), w=(w1,w2,w3) e o número real γ.

Da definição do produto vetorial, temos u(u×v) e v(u×v), logo

u(u×v)=0 (3.202)

e

v(u×v)=0. (3.203)
Exemplo 3.5.1.

Sejam u=(1,1,2), v=(2,1,2). Temos

u×v=|ijk112212| (3.204)
=(4,6,1) (3.205)

Segue que

u(u×v)=(1,1,2)(4,6,1) (3.206)
=46+2=0. (3.207)

Em relação à multiplicação por escalar, temos

γ(u×v)=(γu)×v (3.208)
=u×(γv). (3.209)

De fato,

(γu)×v=|ijkγu1γu2γu3v1v2v3| (3.210)
=γ|ijku1u2u3v1v2v3|=γ(u×v) (3.211)
=|ijku1u2u3γv1γv2γv3|=u×(γv). (3.212)
Exemplo 3.5.2.

Sejam u=(1,1,2) e v=(2,1,2). Temos

2(u×v)=2|ijk112212| (3.213)
=2(4,6,1) (3.214)
=(8,12,2) (3.215)
(2u)×v=|ijk224212| (3.216)
=(8,12,2) (3.217)
u×(2v)=|ijk112424| (3.218)
=(8,12,2) (3.219)

Também, vale a propriedade distributiva com a operação de soma, i.e.

u×(v+w)=u×v+u×w. (3.220)

De fato, temos

u×(v+w)=|ijku1u2u3v1+w1v2+w2v3+w3| (3.221)
=|ijku1u2u3v1v2v3|+|ijku1u2u3w1w2w3| (3.222)
=u×v+u×w. (3.223)
Exemplo 3.5.3.

Sejam u=(1,1,2), v=(2,1,2) e w=(0,1,1). Temos

u×(v+w)=u×[(2,1,2)+(0,1,1)] (3.224)
=(1,1,2)×(2,2,3) (3.225)
=|ijk112223| (3.226)
=(7,7,0) (3.227)
(u×v)+(u×w)
=|ijk112212|+|ijk112011| (3.228)
=(4,6,1)+(3,1,1) (3.229)
=(7,7,0) (3.230)

Observamos que o produto vetorial não é comutativo. Entretanto,

u×v=v×u. (3.231)

De fato, temos

u×v=|ijku1u2u3v1v2v3| (3.232)
=|ijkv1v2v3u1u2u3| (3.233)
=v×u. (3.234)
Exemplo 3.5.4.

Sejam u=(1,1,2) e v=(2,1,2). Temos

u×v=|ijk112212| (3.235)
=(4,6,1) (3.236)
v×u=|ijk212112| (3.237)
=(4,6,1) (3.238)

Também, o produto vetorial não é associativo: em geral, (u×v)×w é diferente de u×(v×w). Com efeito, temos

(i×i)×j=0, (3.239)
i×(i×j)=i×k=j. (3.240)

Por outro lado, suponhamos que u, v e w são l.i. e seja π um plano determinado por u e v. Então, u×v é ortogonal a π. Como (u×v)×w é ortogonal a u×v e a w, temos que (u×v)×w também pertence a π. Logo, u, v e (u×v)×w são l.d. e existem α e β tais que

(u×v)×w=αu+βv. (3.241)

Vamos determinar α e β. Para tanto, consideremos uma base ortonormal B=(i,j,k) tal que iu e jπ. Nesta base, temos

u=(u1,0,0) (3.242)
v=(v1,v2,0) (3.243)
w=(w1,w2,w3). (3.244)

Também, temos

u×v=|ijku100v1v20| (3.245)
=(0,0,u1v2) (3.246)

e

(u×v)×w=|ijk00u1v2w1w2w3| (3.247)
=(u1v2w2,u1v2w1,0). (3.248)

Daí, temos

(u1v2w2,u1v2w1,0)(u×v)×w=α(u1,0,0)+β(v1,v2,0)αu+βv, (3.249)

donde

αu1+βv1=u1v2w2, (3.250)
βv2=u1w1v2. (3.251)

Resolvendo para α e β, obtemos

α=v1w1v2w2=vw (3.252)
β=uw. (3.253)

Portanto, temos

(u×v)×w=(vw)u+(uw)v. (3.254)

Usando as identidades acima, obtemos

u×(v×w)=(v×w)×u (3.255)
=(wu)v(vu)w (3.256)
=(uw)v(uv)w (3.257)

ou seja,

u×(v×w)=(uw)v(uv)w. (3.258)

3.5.1 Exercícios resolvidos

ER 3.5.1.

Sejam u=(3,2,1), v=(0,1,2) e w=(1,0,1). Calcule

(u×v)×w. (3.259)
Resolução.

Seguindo a identidade (3.254), segue

(u×v)×w=(vw)u+(uw)v (3.260)
=(0+0+2)u+(3+01)v (3.261)
=2(3,2,1)+2(0,1,2) (3.262)
=(6,4,2)+(0,2,4) (3.263)
=(6,6,6) (3.264)
ER 3.5.2.

Sejam u=(2,x,1), v=(2,3,1) e w=(3,1,1). Calcule x tal que

v(u×w)=16. (3.265)
Resolução.

Por cálculo direto, temos

v(u×w)=16 (3.266)
v|ijk2x1311|=16 (3.267)
(2,3,1)(x+1,5,3x2)=16 (3.268)
x19=16 (3.269)
x=3. (3.270)

3.5.2 Exercícios

E. 3.5.1.

Sejam u=(2,3,1) e v=(3,2,1). Calcule u(v×u). Se w é um vetor qualquer, forneça o valor de u(w×u). Justifique sua resposta.


u(v×u)=0; u(w×u)=0

E. 3.5.2.

Sabendo que u×v=(1,1,1), calcule u×(2v).


(2,2,2)

E. 3.5.3.

Sabendo que u×v=(1,1,1) e u×w=(1,1,1), calcule u×(v+w).


(0,0,0)

E. 3.5.4.

Sendo a=(3,1,2), b=(2,1,1), calcule (ak)(i×b).


(0,2,2)

E. 3.5.5.

Calcule w×(u×v), sendo u=(1,1,2), v=(0,1,1) e w=(1,0,1).


(1,0,1)


Envie seu comentário

Aproveito para agradecer a todas/os que de forma assídua ou esporádica contribuem enviando correções, sugestões e críticas!

Opcional. Preencha seu nome para que eu possa lhe contatar.
Opcional. Preencha seu e-mail para que eu possa lhe contatar.
As informações preenchidas são enviadas por e-mail para o desenvolvedor do site e tratadas de forma privada. Consulte a política de uso de dados para mais informações.

Licença Creative Commons
Este texto é disponibilizado nos termos da Licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 4.0 Internacional. Ícones e elementos gráficos podem estar sujeitos a condições adicionais.

Pedro H A Konzen
| | | |