7 lista de exerc cios - ga per odo de 2014.2 - prof ... · a primeira igualdade implica que abdc e...

25
Lista 7 de GA 1 7 a lista de exerc´ ıcios - GA Per´ ıodo de 2014.2 - Prof. Fernando Carneiro 1 (Boulos): Dados os pontos A(1, 0, 0), B(2, 1, 0), C (1, 0, 1) e D(2, 1, 1), mostre que a) formam um retˆ angulo; b) a equa¸c˜ao geral do plano que os contˆ em; c) se temos uma fonte de luz no ponto O(0, 0, 0) e um plano paralelo ao que contˆ em os quatro pontos, mostre que a proje¸c˜ ao destes pontos no plano paralelo forma um retˆ angulo. Obs: proje¸ c˜ao do ponto no plano com rela¸c˜ ao `a fonte de luz´ e a interse¸c˜ ao do plano e da reta que passa pelo ponto e pela fonte de luz. R: a) note que ~ AB = ~ CD = (1, 1, 0) e ~ AB · ~ AC = (1, 1, 0) · (0, 0, 1) = 0. A primeira igualdade implica que ABDC ´ e a ordem c´ ıclica dos pontos do paralelo- gramo, isto ´ e, AD e BC ao as diagonais, e a segunda igualdade diz que os ˆ angulos ao de noventa graus. b) ~ AB = (1, 1, 0) e ~ AC = (0, 0, 1) s˜ao vetores diretores do plano. Logo, ~ AB × ~ AC = (1, -1, 0) x - y + d =0, A plano 1 - 0+ d =0 d = -1 x - y - 1=0. c) todo plano paralelo tem equa¸ c˜ao do tipo x - y + d = 0. Portanto a proje¸c˜ ao de P (x, x - 1,z ) com rela¸ c˜ao` a origem ´ e um ponto do tipo (tx, t(x - 1), tz ) que satisfaz tx - t(x - 1) + d =0 t + d =0 t = -d a proje¸ c˜aode(x, x - 1,z e(-dx, -d(x - 1), -dz )= -d(x, x - 1,z ). Logo, asproje¸c˜ oes de A, B, C e D ao A 0 = -dA, B 0 = -dB, C 0 = -dC , D 0 = -dD, ao pontos com coordenadas proporcionais ` as dos pontos iniciais. Logo, ~ A 0 B 0 = -d ~ AB, ~ C 0 D 0 = -d ~ CD, ~ A 0 C 0 = -d ~ AC ~ A 0 B 0 = ~ C 0 D 0 e ~ A 0 B 0 · ~ A 0 C 0 =0. 2) Dadas as retas n˜ao-paralelas r 1 e r 2 : r 1 : x = -1+ t, y =1+2t, z =3 - 2t, r 2 : y = -2x +2, z = x - 2,

Upload: duongdan

Post on 02-Dec-2018

218 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 1

7a lista de exercıcios - GA

Perıodo de 2014.2 - Prof. Fernando Carneiro

1 (Boulos): Dados os pontos A(1, 0, 0), B(2, 1, 0), C(1, 0, 1) e D(2, 1, 1), mostre que

a) formam um retangulo;

b) a equacao geral do plano que os contem;

c) se temos uma fonte de luz no ponto O(0, 0, 0) e um plano paralelo ao que contemos quatro pontos, mostre que a projecao destes pontos no plano paralelo forma umretangulo.

Obs: projecao do ponto no plano com relacao a fonte de luz e a intersecao do plano eda reta que passa pelo ponto e pela fonte de luz.

R:

a) note que~AB = ~CD = (1, 1, 0) e ~AB · ~AC = (1, 1, 0) · (0, 0, 1) = 0.

A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem cıclica dos pontos do paralelo-gramo, isto e, AD e BC sao as diagonais, e a segunda igualdade diz que os angulossao de noventa graus.

b) ~AB = (1, 1, 0) e ~AC = (0, 0, 1) sao vetores diretores do plano. Logo,

~AB × ~AC = (1,−1, 0)⇒ x− y + d = 0,

A ∈ plano ⇒ 1− 0 + d = 0⇒ d = −1⇒ x− y − 1 = 0.

c) todo plano paralelo tem equacao do tipo x − y + d = 0. Portanto a projecao deP (x, x− 1, z) com relacao a origem e um ponto do tipo (tx, t(x− 1), tz) que satisfaz

tx− t(x− 1) + d = 0⇒ t+ d = 0⇒ t = −d

⇒ a projecao de (x, x− 1, z) e (−dx,−d(x− 1),−dz) = −d(x, x− 1, z).

Logo, as projecoes de A, B, C e D sao A′ = −dA, B′ = −dB, C ′ = −dC, D′ = −dD,sao pontos com coordenadas proporcionais as dos pontos iniciais. Logo,

~A′B′ = −d ~AB, ~C ′D′ = −d ~CD, ~A′C ′ = −d ~AC ⇒ ~A′B′ = ~C ′D′ e ~A′B′ · ~A′C ′ = 0.

2) Dadas as retas nao-paralelas r1 e r2:

r1 :

x = −1 + t,

y = 1 + 2t,

z = 3− 2t,

r2 :

{y = −2x+ 2,

z = x− 2,

Page 2: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 2

• determine a reta r3 concorrente a r1 e r2 que passa por A(−1, 2, 3);

• determine a intersecao de r3 com r1;

• determine a intersecao de r3 com r2;

• determine a posicao relativa de r1 em relacao a r2;

• determine a distancia entre r1 e r2 se forem reversas, a intersecao se forem concor-rentes.

Vamos determinar a reta r3 encontrando os dois pontos, o primeiro de intersecao comr1 que vou chamar de P , o segundo o de intersecao com r2, que vou chamar de Q. Temosque

P = B(−1, 1, 3) + t(1, 2,−2), Q = C(0, 2,−2) + s(1,−2, 1) e ~AP × ~AQ = ~0.

Logo( ~AB + t(1, 2,−2))× ( ~AC + s(1,−2, 1)) = ~0⇒

~AB × ~AC + t(1, 2,−2)× ~AC + s ~AB × (1,−2, 1) + ts(1, 2,−2)× (1,−2, 1) = ~0

Fazendo o produto escalar com (1, 2,−2) e com (1,−2, 1) temos

( ~AB, ~AC, (1, 2,−2)) + s( ~AB, (1,−2, 1), (1, 2,−2)) = 0

( ~AB, ~AC, (1,−2, 1)) + t((1, 2,−2), ~AC, (1,−2, 1)) = 0

onde ~AB = B − A = (0,−1, 0) e ~AC = (1, 0,−5). Portanto

((0,−1, 0), (1, 0,−5), (1, 2,−2)) = 3

((0,−1, 0), (1, 0,−5), (1,−2, 1)) = 6

((0,−1, 0), (1,−2, 1), (1, 2,−2)) = −3

((1, 2,−2), (1, 0,−5), (1,−2, 1)) = −18

3− 3s = 0, 6− 18t = 0⇒ s = 1, t =1

3.

Logo

P = (−1, 1, 3) +1

3(1, 2,−2) = (−2

3,5

3,7

3), Q = (0, 2,−2) + (1,−2, 1) = (1, 0,−1).

Temos as intersecoes. O vetor ~AQ = Q−A = (2,−2,−4) e vetor diretor de r3 e portantoa equacao de r3 e

r3 : x = −1 + 2t′, y = 2− 2t′, z = 3− 4t′.

Page 3: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 3

Posicao relativa de r1 e r2: e so ver se sao coplanares, isto e, se ( ~BC, (1, 2,−2), (1,−2, 1))e zero ou nao. Mas

( ~BC, (1, 2,−2), (1,−2, 1)) = ( ~AC, (1, 2,−2), (1,−2, 1))− ( ~AB, (1, 2,−2), (1,−2, 1))

= −((1, 2,−2), (1, 0,−5), (1,−2, 1)) + ((0,−1, 0), (1,−2, 1), (1, 2,−2)) = 18− 3 = 15.

A distancia e so usar a formula

d =|( ~BC, (1, 2,−2), (1,−2, 1))||(1, 2,−2)× (1,−2, 1)|

=15

|(−2,−3,−4)|=

15√29

=15√

29

29.

3) Dadas as retas nao-paralelas r1 e r2:

r1 :

x = t,

y = 1 + 2t,

z = 3− 2t,

r2 :

{y = −2x− 2,

z = x+ 2,

• determine a reta r3 concorrente a r1 e r2 que passa por A(−1, 2, 3);

• determine a reta r4 ortogonal e concorrente a r1 e r2;

• determine a intersecao de r3 com r1;

• determine a intersecao de r3 com r2;

• determine a posicao relativa de r1 em relacao a r2;

• determine a distancia entre r1 e r2 se forem reversas, a intersecao se forem concor-rentes.

O primeiro, terceiro e quarto itens e como o do exercıcio anterior.r4 ortogonal e concorrente a r1 e r2. Logo, se P e Q sao os pontos de intersecao de r4

com r1 e r2 respectivamente.

~PQ = ~BC + s~v − t~uonde B ∈ r1, C ∈ r2, ~u e vetor diretor de r1 e ~v e vetor diretor de r2. Como ~PQ · ~u = 0,~PQ · ~v temos

0 = ~BC · ~u+ s~v · ~u− t~u · ~u,0 = ~BC · ~v + s~v · ~v − t~u · ~v.

Usando os dados do problema, sabendo que ~u = (1, 2,−2), ~v = (1,−2, 1), ~BC =(0,−3,−1) temos

0 = −4− 5s− 9t, 0 = 5 + 6s+ 5t⇒

Page 4: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 4

0 = −24 + 25− 54t+ 25t⇒ t =1

29⇒ s = −5

6(1 + t) = −25

29

P = (0, 1, 3) +1

29(1, 2,−2) = (

1

29,31

29,85

29),

Q = (0,−2, 2)− 25

29(1,−2, 1) = (−25

29,− 8

29,33

29),

~PQ =1

29(−26,−39,−52) =

13

29(−2,−3,−4).

P 6= Q⇒ r1 e r2 sao reversas,

d(r1, r2) = | ~PQ| = 13

29

√4 + 9 + 16 =

13√

29

29.

4) Determine que conicas sao, alem de suas inclinacoes e o seu centro:

• x2 + 6xy + y2 + 6x+ 8y + 1 = 0,

R: ∆ = 1− 32 = −8 < 0,

1 3 33 1 43 4 1

= 3 · 9− 4 · (−5) + 1 · (−8) = 39 6= 0

inclinacao: tg2θ =2B

|A− C|nao existe⇒ θ = 45o

centro:

{x0 + 3y0 + 3 = 0,

3x0 + y0 + 4 = 0,⇒{

3x0 + 9y0 + 9 = 0,

3x0 + y0 + 4 = 0,⇒

y0 = −5

8,

x0 = −3(1 + y0) = −9

8

Logo, e uma hiperbole de centro (−98,−5

8) e inclinacao 45o.

• 2x2 + 8xy − 2y2 + 2x− 4y + 1 = 0,

R: ∆ = −4− 42 = −20,

2 4 14 −2 −21 −2 1

= 1 · (−6) + 2 · (−8) + 1 · (−20) = −42

inclinacao: tg2θ =2B

|A− C|=

8

4= 2

centro:

{2x0 + 4y0 + 1 = 0

4x0 − 2y0 − 2 = 0⇒{

4x0 + 8y0 + 2 = 0

4x0 − 2y0 − 2 = 0⇒

y0 = −2

5

x0 =1

2(y0 + 1) =

3

10

Logo, e uma hiperbole de centro ( 310,−2

5) e de inclinacao 1

2arctg2.

Page 5: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 5

• 4x2 + 6xy + 9y2 + 2x− 3y + 4 = 0,

R: ∆ = 36− 9 = 27 > 0,

4 3 13 9 −3

21 −3

24

= 1 · (−27

2) +

3

2· (−9) + 4 · 27 > 0

Logo, e o conjunto vazio.

• 4x2 − 6xy + 9y2 + 4x− 6y = 0.

R: ∆ = 36− 9 = 27 > 0,

4 −3 2−3 9 −32 −3 0

= 2 · (−9) + 3 · (−6) = −36 < 0.

inclinacao: tg2θ =2B

|A− C|=

6

5

centro:

{4x0 − 3y0 + 2 = 0

−3x0 + 9y0 − 3 = 0⇒{

12x0 − 9y0 + 6 = 0

−3x0 + 9y0 − 3 = 0⇒

x0 = −1

3

y0 =1

3(x0 + 1) =

2

9

Logo, e uma elipse de centro (−13, 29) e inclinacao 1

2arctg 6

5.

5) Para que valores de k a equacao e uma:

• parabola: x2 + 4xy + 4y2 + 2kx+ 4y = 0,

R: 0 = x2+4xy+4y2+2kx+4y = (x+2y)2+2(x+2y)+(2k−2)x⇒ e parabola se k 6= 1.

• duas retas concorrentes: 2x2 + 8xy − 2y2 + 2x− 4y + k = 0,

R: ∆ = −4−42 = −20,

2 4 14 −2 −21 −2 k

= 1·(−8+2)−(−2)·(−4−4)+k·(−4−16) = −22−20k,

Logo, sao duas retas concorrentes se

0 = −22− 20k ⇒ k = −11

10.

• elipse: 9x2 + 2kxy + 4y2 + 2x− 4y + 4 = 0,

R: ∆ = 9 · 4− k2 > 0⇒ −6 < k < 6,9 k 1k 4 −21 −2 4

= 1·(−2k−4)+2·(−18−k)+4·(36−k2) = −4k2−4k+104 = −4(k2+k−26)

Page 6: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 6

= −(2k − (−1 +√

105))(2k − (−1−√

105) = −(2k + 1−√

105)(2k + 1 +√

105).

Logo, sera elipse se

−6 < k <−1−

√105

2ou−1 +

√105

2< k < 6.

• retas paralelas: 4x2 − 2kxy + 9y2 + 4x− 6y = 0,

R: ∆ = 36− k2,

4 −k 2−k 9 −32 −3 0

= 2 · (3k − 18) + 3 · (−12 + 2k) = 12k − 72.

Se ∆ = 0 e o determinante e zero temos k = 6. Para k = 6 temos

4x2−12xy+9y2+4x−6y = 0⇒ (2x−3y)2+2(2x−3y) = 0⇒ u2+2u = 0, u = 2x−3y

⇒ u = 0 ou u = −2⇒ 2x− 3y = 0 ou 2x− 3y + 2 = 0.

• elipse: 4x2 + 2kxy + 9y2 + 2x− 3y + 4 = 0,

R: ∆ = 36− k2,

4 k 1k 9 −3

21 −3

24

= 1 · (−3

2k − 9) +

3

2· (−6− k) + 4 · (36− k2)

= −4k2 − 3k + 126 = −(k + 6)(4k − 21).

Logo, sera elipse se

k ∈ (−6, 6) ∩ (21

4,∞)⇒ 21

4< k < 6.

• hiperbole: 4x2 − 2kxy + 9y2 + 4x− 6y = 0.

R: ∆ = 36− k2,

4 −k 2−k 9 −32 −3 0

= 2 · (3k − 18) + 3 · (2k − 12) = 12(k − 6),

Logo, sera hiperbole se 36− k2 < 0 e k 6= 6, ou seja, se

k < −6 ou k > 6.

6) Minimizar3x+ y

dadas as restricoes

Page 7: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 7

x ≥ 0,

y ≥ 0,

xy ≥ 1.

Para que valores de x e y o mınimo e atingido?Resposta: precisamos encontrar o ponto da hiperbole xy = 1 tal que o vetor normal

da reta tangente a hiperbole nesse ponto e o vetor normal de 3x+ y. Isto e,

m(3, 1) = (Ax0 +By0 +D,Bx0 + Cy0 + E) = (y02,x02

)⇒ y = 6m,x = 2m.

Mas

x0y0 = 1⇒ 12m2 = 1⇒ m =

√3

6⇒ x0 =

√3

3, y0 =

√3

e o mınimo e 2√

3.7) Minimizar a segunda coordenada, y, dadas as restricoes

x2 + 2xy + 3y2 + 2x+ 4y ≤ 0.

Como no exercıcio anterior temos que maximizar y. A regiao dada pelas restricoes eo interior de uma elipse. Os pontos onde temos y mınimo e maximo sao os pontos daelipse cuja reta tangente a elipse e horizontal. Para um ponto qualquer (x0, y0) da elipsex2 + 2xy + 3y2 + 2x+ 4y = 0 o vetor normal da reta tangente a elipse e

(Ax0 +By0 +D,Bx0 + Cy0 + E) = (2x0 + 2y0 + 2, 2x0 + 6y0 + 4)

e para a reta tangente ser horizontal devemos ter vetor normal vertical, multiplo de (0, 1).Logo,

2x0 + 2y0 + 2 = 0⇒ x0 + y0 + 1 = 0⇒ y0 = −x0 − 1⇒

x20 + 2x0(−x0 − 1) + 3(−x0 − 1)2 + 2x0 + 4(−x0 − 1) = 0⇒

x20 − 2x20 − 2x0 + 3x20 + 6x0 + 3 + 2x0 − 4x0 − 4 = 0⇒

2x20 + 2x0 − 1 = 0⇒ x0 =−2±

√4 + 8

4=−1±

√3

2⇒

y0 = −(−1±

√3

2)− 1 =

y0 =

−1 +√

3

2se x0 =

−1−√

3

2,

y0 =−1−

√3

2se x0 =

−1 +√

3

2.

9) Determine a reta que e concorrente e que faz angulo de 30o com o eixo z e esta noplano √

3x+ z + 1 = 0.

Page 8: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 8

O vetor diretor da reta (a, b, c) e ortogonal ao vetor normal ao plano (√

3, 0, 1):

0 = (a, b, c) · (√

3, 0, 1)⇒√

3a+ c = 0⇒ c = −√

3a.

O vetor diretor da reta tambem satisfaz

|(a, b, c) · (0, 0, 1)|√a2 + b2 + c2

= cos 30o =

√3

2⇒√

3

2=

√3a√

a2 + b2 + 3a2⇒ 12a2 = 12a2+3b2 ⇒ b = 0.

Logo(a, b, c) = (a, 0,−

√3a) = a(1, 0,−

√3).

Portanto (1, 0,−√

3) e vetor diretor da reta. A intersecao do plano com o eixo z tem asduas primeiras coordenadas nula e e portanto o ponto com terceira coordenada

0 + z + 1 = 0⇒ z = −1⇒ (0, 0,−1).

r : (0, 0,−1) + t(1, 0,−√

3).

10)

r1 :

{y = 2x+ 1,

z = 2x+ 1,r2 :

{x = z + 2,

y = 2z + 1,

Encontre a equacao geral do plano que passa por A(1, 0, 1) e e paralelo a r1 e r2.Resposta: Vetores diretores de r1 e r2: (1, 2, 2) e (1, 2, 1). Logo, o vetor normal do

plano e

(1, 2, 2)× (1, 2, 1) =

i j k1 2 21 2 1

= (2,−1, 0)⇒ π : 2x− y + d = 0

A ∈ π ⇒ 2− 1 + d = 0⇒ d = −1⇒ π : 2x− y − 1 = 0.

11) Determine a reta concorrente a r1 e r2 que passa por A(1, 0, 1), sendo

r1 :

x = t,

y = 1 + 2t,

z = 3− 2t,

r2 :

{y = 2x+ 2,

z = x+ 2,

Vamos determinar a reta r3 encontrando os dois pontos, o primeiro de intersecao comr1 que vou chamar de P , o segundo o de intersecao com r2, que vou chamar de Q. Temosque

P = B(0, 1, 3) + t(1, 2,−2), Q = C(0, 2, 2) + s(1, 2, 1) e ~AP × ~AQ = ~0.

Logo( ~AB + t(1, 2,−2))× ( ~AC + s(1, 2, 1)) = ~0⇒

Page 9: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 9

~AB × ~AC + t(1, 2,−2)× ~AC + s ~AB × (1, 2, 1) + ts(1, 2,−2)× (1, 2, 1) = ~0

Fazendo o produto escalar com (1, 2,−2) e com (1, 2, 1) temos

( ~AB, ~AC, (1, 2,−2)) + s( ~AB, (1, 2, 1), (1, 2,−2)) = 0

( ~AB, ~AC, (1, 2, 1)) + t((1, 2,−2), ~AC, (1, 2, 1)) = 0

onde ~AB = B − A = (−1, 1, 2) e ~AC = (−1, 2, 1). Portanto

((−1, 1, 2), (−1, 2, 1), (1, 2,−2)) = −3

((−1, 1, 2), (−1, 2, 1), (1, 2, 1)) = −6

((−1, 1, 2), (1, 2, 1), (1, 2,−2)) = 9

((1, 2,−2), (−1, 2, 1), (1, 2, 1)) = 12

−3 + 9s = 0,−6 + 12t = 0⇒ s =1

3, t =

1

2.

Logo

P = (0, 1, 3) +1

2(1, 2,−2) = (

1

2, 2, 2), Q = (0, 2, 2) +

1

3(1, 2, 1) = (

1

3,8

3,7

3).

~PQ = (−1

6,2

3,1

3) =

1

6(−1, 4, 2)

r3 : (1, 0, 1) + t′(−1, 4, 2).

12) Determine a reta r3 ortogonal e concorrente a r1 e r2, sendo

r1 :

x = t,

y = 1 + 2t,

z = 2− 2t,

r2 :

{y = x− 2,

z = x+ 5.

0 = ~BC · ~u+ s~v · ~u− t~u · ~u,

0 = ~BC · ~v + s~v · ~v − t~u · ~v.

Usando os dados do problema, sabendo que ~u = (1, 2,−2), ~v = (1, 1, 1), ~BC =C(0,−2, 5)−B(0, 1, 2) = (0,−3, 3) temos

0 = −12 + s− 9t, 0 = 0 + 3s− t⇒ t = 3s⇒ 12 = −26s⇒

s = − 6

13, t = −18

13.

⇒ P = B(0, 1, 2) + t(1, 2,−2) =1

13(−18,−23, 62)

Page 10: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 10

⇒ Q = C(0,−2, 5) + s(1, 1, 1) =1

13(−6,−32, 59)

⇒ ~PQ =1

13(12,−9,−3) =

3

13(4,−3,−1).

r3 :1

13(−18,−23, 62) + t′(4,−3,−1).

13) Modelar o seguinte problema:Uma fabrica produz os produtos A e B, que dao o mesmo lucro. A fabrica possui

3 unidades, a de corte, a de mistura e a de embalagem, que funcionam por 10 horasdiariamente. Uma tonelada do produto A passa 30 minutos na unidade de corte e 24 nade embalagem, e uma tonelada do produto B passa 40 minutos na unidade de mistura e30 na de embalagem.

Encontre o maximo do lucro e as quantidades dos produtos que maximizam o lucro.Determine tambem as projecoes do vetor normal da funcao a ser maximizada nas direcoesdas retas que definem as restricoes.

Resposta:

Unidade A B Total RestricaoCorte 1

20 10 1

2x ≤ 10 ou x ≤ 20

Mistura 0 23

10 23y ≤ 10 ou y ≤ 15

Embalagem 25

12

10 25x+ 1

2y ≤ 10 ou 4x+ 5y ≤ 100

Logo devemos maximizar x+ y dadas as restricoes

x ≥ 0

y ≥ 0

x ≤ 20

y ≤ 15

4x+ 5y ≤ 100

Os vertices da regiao, alem do valor de x+ y em cada um deles, sao os seguintes:

O(0, 0) : 0

A(0, 15) : 15

B(20, 0) : 20

C(25

4, 15) :

85

4D(20, 4) : 24

O maximo e no ponto D entao devemos fazer 20 tonelados do produto A e 4 doproduto B. O lucro maximo e 24 vezes o lucro obtido por cada tonelada dos produtos.

Projecoes:

Page 11: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 11

Proj(0,1)(1, 1) = (0, 1),

P roj(1,0)(1, 1) = (1, 0),

P roj(−5,4)(1, 1) =1

41(5,−4).

14) Modelar o seguinte problema:Um sujeito deve fazer uma dieta com os produtos A e B, que custam o mesmo valor.

Uma unidade do produto A contem 20 gramas de proteına, uma de B contem 10 gramasde proteına. Uma unidade do produto A contem 20 gramas de carboidrato e uma de Bcontem 40 gramas de carboidrato. Minimize o custo da dieta sabendo que devemos terum mınimo de 40 gramas de proteına e 80 de carboidrato.

Encontre o mınimo do custo e as quantidades dos produtos que minimizam o custo.Determine tambem as projecoes do vetor normal da funcao a ser mainimizada nas direcoesdas retas que definem as restricoes.

Unidade A B Total RestricaoProteına 20 10 40 20x+ 10y ≥ 40 ou 2x+ y ≥ 4

Carboidrato 20 40 80 20x+ 40y ≥ 80 ou x+ 2y ≥ 4

Logo devemos minimizar x+ y dadas as restricoesx ≥ 0

y ≥ 0

2x+ y ≥ 4

x+ 2y ≥ 4

Os vertices da regiao, alem do valor de x+ y em cada um deles, sao os seguintes:A(0, 4) : 4

B(4, 0) : 4

C(4

3,4

3) :

8

3

O mınimo e no ponto C entao devemos consumir 43

de unidade de cada produto e o

custo mınimo e 83

vezes o preco de cada produto.Projecoes:

Proj(0,1)(1, 1) = (0, 1),

P roj(1,0)(1, 1) = (1, 0),

P roj(−2,1)(1, 1) =1

5(2,−1).

P roj(−1,2)(1, 1) =1

5(−1, 2).

Page 12: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 12

15) Determine o plano ortogonal a

π : x+ y + z + 1 = 0

que contem a retar : y = 2x+ 1, z = 2x− 1.

O plano π2 ortogonal a π tem como um de seus vetores diretores o vetor normal aπ: (1, 1, 1). Se π2 contem r entao o vetor diretor de r e tambem diretor de π2: (1, 2, 2).Logo, o vetor ~n2 normal a π2 e

(1, 1, 1)× (1, 2, 2) =

i j k1 1 11 2 2

= (0,−1, 1)

⇒ π2 : −y + z + d = 0.

r ⊂ π2 ⇒ −(2x+ 1) + (2x− 1) + d = 0⇒ d = 2⇒ π2 : −y + z + 2 = 0.

16) Encontre a projecao ortogonal da reta

r : x = 2y, z = 3y − 2

no planoπ : x+ y + z − 4 = 0.

Encontre tambem a reta r2 que esta no plano π e que e concorrente e ortogonal a r.A projecao ortogonal de r sobre π pode ser vista como a intersecao de π com π2,

sendo π2 o plano que contem r e e paralelo ao vetor normal de π. O vetor normal de π e(1, 1, 1), o vetor diretor de r e (2, 1, 3). Portanto o vetor normal de π2 e

~n2 = (1, 1, 1)× (2, 1, 3) =

i j k1 1 12 1 3

= (2,−1,−1)

⇒ 2x− y − z + d = 0.

A intersecao de r e π e um ponto da reta projecao

2y + y + 3y − 2− 4 = 0⇒ y = 1⇒ (2, 1, 1) ∈ π2 ⇒ 4− 1− 1 + d = 0⇒ d = −2

⇒ π2 : 2x− y − z − 2 = 0.

π ∩ π2 :

{x+ y + z − 4 = 0

2x− y − z − 2 = 0

Somando as duas linhas temos

3x− 6 = 0⇒ x = 2⇒ y + z = 2⇒ z = −y + 2⇒ π ∩ π2 :

{x = 2

z = −y + 2

Page 13: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 13

Tambem ~n2 e vetor diretor da reta r2 que esta em π e e ortogonal a r. Alem disso(2, 1, 1) ∈ r2. Logo,

r2 : (x, y, z) = (2, 1, 1) + t(2,−1,−1).

17) Sejam as expressoes

F = | ~AB × ~BC + ~BC × ~CA+ ~CA× ~AB|

G = ~AB · ~BC + ~BC · ~CA+ ~CA · ~ABCalcule F e G nos seguintes casos

• ABC e um triangulo equilatero de lado 1;

• ABC e um triangulo retangulo de lados 3, 4 e 5;

• ABC e um triangulo retangulo isosceles de hipotenusa 4.

Resposta:F = 6 Area do triangulo ABC,

e pela lei dos cossenos

G = −(| ~AB|2 + | ~BC|2 + | ~CA|2)2

.

• ABC e um triangulo equilatero de lado 1:

F = 6

√3

4=

3√

3

2, G = −3

2

• ABC e um triangulo retangulo de lados 3, 4 e 5:

F = 6 · 6 = 36, G = −50

2= −25

• ABC e um triangulo retangulo isosceles de hipotenusa 4.

F = 6 · 8 = 48, G = −64

2= −32

18) Sejam o ponto A(1, 0, 1), a reta

r :x− 2

2=y + 1

2=

z

−1,

e o planoπ : x+ y + z + 1 = 0.

Encontre a reta de projecao de r em π a partir do ponto A.

Page 14: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 14

R: e a reta de intersecao entre π e π2, sendo π2 o plano que contem o ponto A e a retar. Podemos descrever a reta r como

r : P (x, y, z) = B(2,−1, 0) + t(2, 2,−1),

e portanto o vetor normal de π2 e

~n2 = ~AB × (2, 2,−1) =

i j k1 −1 −12 2 −1

= (3,−1, 4),

π2 : 3x− y + 4z + d = 0, A ∈ π2 ⇒ 3 + 4 + d = 0⇒ d = −7

⇒ π2 : 3x− y + 4z − 7 = 0.

A intersecao entre π e π2{π : x+ y + z + 1 = 0

π2 : 3x− y + 4z − 7 = 0⇒ (x+y+z+1 = 0)+(3x−y+4z−7 = 0) : 4x+5z−6 = 0,

{π : x+ y + z + 1 = 0

π2 : 3x− y + 4z − 7 = 0⇒ −4(x+y+z+1 = 0)+(3x−y+4z−7 = 0) : −x−5y−11 = 0,

⇒ π ∩ π2 :

y =−x− 11

5

z =−4x+ 6

5

Novos:19) Determine a area do triangulo ABC sendo A(1, 0, 1), B(4, 2, 3), C(2, 2, 5). Deter-

mine a equacao geral do plano que contem ABC e se o ponto D(114, 32, 2) esta no triangulo

ABC.R: Vamos calcular

~AB × ~AC = (3, 2, 2)× (1, 2, 4) = (8− 4,−(12− 2), 6− 2) = (4,−10, 4) = 2(2,−5, 2).

Logo, a area e1

2| ~AB × ~AC| =

√4 + 25 + 4 =

√33.

O plano e

d = 2x− 5y + 2z ⇒ d = 2− 0 + 2 = 4⇒ π : 2x− 5y + 2z = 4.

D nao pertence ao plano

2(11

4)− 5(

3

2) + 2(2) = −2 + 4 = 2 6= 4,

Page 15: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 15

logo D nao pertence ao triangulo ABC.20) Determine ~v tal que

~v · (1, 2, 1) = 8,

~v · (1, 0,−1) = 2,

~v · (−2, 3, 4) = 4.

R: Se ~v = (a, b, c) entao

A segunda linha implica: a− c = 2⇒ a = c+ 2;

A primeira linha implica: a+ 2b+ c = 8⇒ c+ 2 + 2b+ c = 8⇒ 2b+ 2c = 6⇒ b = 3− c;

A terceira linha implica: − 2(c+ 2) + 3(3− c) + 4c = 4⇒ −c− 4 + 9 = 4⇒ c = 1,

⇒ a = 3, b = 2⇒ ~v = (3, 2, 1).

21) Mostre que D(−3, 0, 5) esta no plano gerado por A(1, 0, 1), B(4, 2, 3) e C(2, 2, 5).Esta no triangulo gerado por A, B e C?

R: Sao os mesmos pontos do exercıcio 19. A equacao

π : 2x− 5y + 2z = 4⇒ 2(−3)− 5(0) + 2(5) = 4⇒ D ∈ π.

D nao esta no triangulo porque sua primeira coordenada e negativa e a primeiracoordenada de cada vertice e positiva. Para todo ponto do triangulo ABC a primeiracoordenada e uma media entre 1, 4 e 2, portanto e positiva.

22) Determinar as intersecoes do plano

π : 3x+ 4y + 6z = 12

com os eixos coordenados (eixos x, y e z). Chame esses pontos de A,B,C e calcule aarea do triangulo ABC e o volume do tetraedro OABC, onde O e a origem.

R: As intersecoes de π com os eixos sao os pontos do tipo (a, 0, 0), (0, b, 0) e (0, 0, c)que pertencem a π. Portanto, a, b e c sao:

3a = 12⇒ a = 4; 4b = 12⇒ b = 3; 6c = 12⇒ c = 2.

Portanto, os pontos sao A(4, 0, 0), B(0, 3, 0) e C(0, 0, 2). O volume do tetraedro e

V =1

6

4 0 00 3 00 0 2

⇒ V = 4.

A altura relativa a face ABC e a distancia da origem ao plano π:

h =12√

9 + 16 + 36=

12√51

;

Page 16: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 16

logo, a area e

V =Sh

3⇒ S =

3V

h= 12

√51

12=√

51.

23) Determine o conjunto dos pontos medios dos segmentos formados pelos pontos der1 e os pontos de r2.

r1 :x− 1

2=y + 1

−2=z + 2

1,

r2 :x

2=y − 1

−1=z + 1

2,

R: As retas nao sao paralelas; se temos que os pontos de uma reta sao do tipo P =A+ t~u e os da outra Q = B + s~v entao os pontos medios sao

P +Q

2=A+B

2+ t

~u

2+ s

~v

2.

Logo, sao pontos de um plano se ~u e ~v nao tem a mesma direcao.

π : (1

2, 0,−3

2) + t(2,−2, 1) + s(2,−1, 2)

O vetor normal e(2,−2, 1)× (2,−1, 2) = (−3,−2, 2)

e a equacao geral

π : −3x− 2y + 2z = d, d = −3

2− 3 = −9

2⇒ π : 3x+ 2y − 2z =

9

2.

24) Determine o plano ortogonal ao segmento AB que passa pelo ponto mais proximode A quando dividimos o segmento em 4 partes iguais. As coordenadas dos pontos sao:A(1, 0, 1), B(5, 12, 7).

R: ~AB e vetor normal de π e 34A+ 1

4B. Logo,

3

4A+

1

4B = (2, 3,

5

2) ∈ π,

~AB = B−A = (4, 12, 6)⇒ 4x+12y+6z = d⇒ d = 8+36+15 = 59⇒ 4x+12y+6z = 59.

25) Determine a reta r3 concorrente a r1 e a r2 e que tem vetor diretor ~h = (1, 1, 1),sendo

r1 :x

2=y − 1

3=z + 1

−1,

r2 : x = 3z + 3, y = 2z + 2.

Page 17: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 17

R: Seja π tal que r3 e r2 estao contidos em π. Entao os vetores diretores de r3 e r2sao paralelos a π e qualquer ponto de r2, por exemplo A(3, 2, 0) esta em π. Logo, o vetornormal de π e

~n =

i j k3 2 11 1 1

= (2− 1,−(3− 1), 3− 2) = (1,−2, 1),

Logo

π : x− 2y + z = d; se A(3, 2, 0) ∈ π entao d = 3− 4 + 0 = −1⇒ πx− 2y + z = −1.

Sabemos o vetor diretor de r3 entao falta saber um ponto de r3; logo, e so procurar aintersecao de r1 com r3 que, se fizermos uma figura da situacao, e a intersecao de r1 e π:

x− 2(3

2x+ 1) + (−1

2x− 1) = −1⇒ −5

2x− 3 = −1⇒ x = −4

5⇒ (−4

5,−1

5,−3

5) ∈ r3.

Logo, a equacao parametrica de r3 e

r3 :

x = −4

5+ t,

y = −1

5+ t,

z = −3

5+ t.

26) Seja a reta r e o plano π. Encontre as seguintes retas: primeiro, descubra r2 talque r2 esta contida em π e e ortogonal a r e passa pela intersecao entre r e π; depoisencontre r3 que passa pela intersecao entre r e π, e ortogonal a r2 e esta contida no planoπ. A reta r3 e a projecao ortogonal de r em π.

r :x

2=y − 1

−2=z + 1

1,

π : x− 2y + 2z = 4.

R: ponto de intersecao entre r e π:

x− 2(−x+ 1) + 2(1

2x− 1) = 4⇒ 4x− 4 = 4⇒ x = 2, y = −1, z = 0.

O vetor diretor de r2 e ortogonal ao vetor normal de π e vetor diretor de r, ou seja

~n2 = (2,−2, 1)× (1,−2, 2) = (−2,−3− 2).

O vetor diretor de r3 e ortogonal ao vetor normal de π e ao vetor diretor de r2:

Page 18: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 18

~n2 = (−2,−3,−2)× (1,−2, 2) = (−10, 2, 7).

Logor2 : (2,−1, 0) + t(−2,−3,−2) = (2− 2t,−1− 3t,−2t)

r3 : (2,−1, 0) + s(−10, 2, 7) = (2− 10s,−1 + 2s, 7s).

27) Descubra o vetor ~x tal que

{~x · ~u = a

~x× ~v = ~w,

a = −1

~u = (1, 1, 1)

~v = (1,−1, 1)

~w = (1, 2, 1)

R: Se ~x = (x, y, z) entao

~x× (1,−1, 1) = (y + z, z − x,−x− y) = (1, 2, 1)⇒ z = x+ 2, y = 1− z = −x− 1.

−1 = ~x · ~u = (x,−x− 1, x+ 2) · (1, 1, 1) = x+ 1⇒ x = −2⇒ ~x = (−2, 1, 0).

28) Minimizar 3x+ y dadas as restricoes:

x ≥ 0,

y ≥ 0,

x ≤ 80,

y ≤ 60,

x+ y ≥ 40.

R: Vertices: (40, 0), (0, 40), (80, 0), (0, 60), (80, 60), Temos 3x+ y nos vertices:

(40, 0) : 120,

(0, 40) : 40,

(80, 0) : 240,

(0, 60) : 60,

(80, 60) : 300.

Logo, o mınimo e 40 em (0, 40).29) Maximizar 3x+ y dadas as restricoes:

x ≥ 0,

y ≥ 0,

x ≤ 80,

y ≤ 60,

x+ y ≤ 100.

Page 19: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 19

Qual e o maximo de 2x+ y e em que ponto ocorre esse maximo?R: Vertices: (0, 0), (80, 0), (0, 60), (80, 20), (40, 60), Temos 3x+ y nos vertices:

(0, 0) : 3x+ y = 0, 2x+ y = 0,

(80, 0) : 3x+ y = 240, 2x+ y = 160

(0, 60) : 3x+ y = 60, 2x+ y = 60,

(80, 20) : 3x+ y = 260, 2x+ y = 180,

(40, 60) : 3x+ y = 180, 2x+ y = 140.

Logo, o maximo de 3x+y e 260 em (80, 20), onde tambem ocorre o maximo de 2x+y.31) Para que valores de k e uma hiperbole a equacao abaixo?

1. x2 + 2kxy + 4y2 + 3 = 0;

2. 2x2 + 2kxy + 8y2 − 1 = 0.

R:0 > ∆ = 4− k2 ⇒ k < −2 ou k > 2

0 > ∆ = 2 · 8− k2 ⇒ k < −4 ou k > 4

32) Diga o tamanho das alturas do triangulo cujos vertices sao A(0, 1), B(3, 2), C(1, 4).

R: ~AB = (3, 1), ~AC = (1, 3), ~BC = (−2, 2), logo e um triangulo isosceles de lados√

8,√10,√

10. A altura relativa a ~BC tem tamanho√

6 e a area e

S = 2√

3.

Logo, as outras alturas tem tamanho

2S√10

=4√

30

10=

2√

30

5.

33) Sejam as retas paralelas dadas pela equacao

x2 + 2xy + y2 + 2x+ 2y = 0.

Determine a equacao de cada uma e a distancia de uma a outra.R: As retas sao

x2 + 2xy + y2 + 2x+ 2y = 0⇒ (x+ y)2 + 2(x+ y) = 0⇒ (x+ y)(x+ y + 2) = 0,

logo a distancia e

d =2√

1 + 1=√

2.

34) Sejam f tal que a equacao e a de duas retas concorrentes

x2 + 4xy + 2y2 + 4x+ 2y + f = 0.

Page 20: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 20

Determine f , a intersecao entre elas e os pontos de intersecao dessas retas com o eixo x.R: ∆ = 2− 4 = −2 < 0.1 2 2

2 2 12 1 f

= 1 · (2f − 1)− 2 · (2f − 2) + 2 · (2− 4) = −2f − 1 = 0⇒ f = −1

2.

Intersecao entre as retas:{Ax0 +By0 +D = 0,

Bx0 + Cy0 + E = 0⇒{x0 + 2y0 + 2 = 0,

2x0 + 2y0 + 1 = 0⇒ x0 = 1, y0 = −3

2.

Intersecao com o eixo x (y=0):

x2 + 4x− 1

2= 0⇒ x =

−4±√

16 + 2

2= −2± 3

√2

2⇒ (−2 +

3√

2

2, 0), (−2− 3

√2

2, 0).

35) Determine a equacao da elipse com focos em (0, 0) e (3, 4), sendo a constante2a = 7.

R:d(P, (0, 0)) =

√x2 + y2; d(P, (3, 4)) =

√(x− 3)2 + (y − 4)2;

2a = 7 =√x2 + y2 +

√(x− 3)2 + (y − 4)2

(7−√x2 + y2)2 = 49−14

√x2 + y2 +x2 +y2 = x2 +y2−6x−8y+25 = (x−3)2 +(y−4)2

⇒ 24 + 6x+ 8y = 14√x2 + y2 ⇒ (12 + 3x+ 4y)2 = 49(x2 + y2)

⇒ 144+9x2+16y2+72x+96y+24xy = 49x2+49y2 ⇒ 0 = 40x2−24xy+33y2−72x−96y−144.

36) Determine a equacao da hiperbole com focos em (0, 0) e (3, 4), sendo a constante2a = 4.

R:d(P, (0, 0)) =

√x2 + y2; d(P, (3, 4)) =

√(x− 3)2 + (y − 4)2;

±2a = ±4 = −√x2 + y2 +

√(x− 3)2 + (y − 4)2

(±4+√x2 + y2)2 = 16±8

√x2 + y2+x2+y2 = (x−3)2+(y−4)2 = x2+y2−6x−8y+25

6x+ 8y − 9 = ±8√x2 + y2 ⇒ 36x2 + 96xy + 64y2 − 108x− 144y + 81 = 64x2 + 64y2

⇒ 0 = 28x2 − 96xy + 108x+ 144y + 81.

37) Determine a equacao da parabola que tem foco (0, 2) e cuja diretriz e a retar : x− y = 2.

Parabola:d(P, foco) = d(P, diretriz);

d(P, foco) =√x2 + (y − 2)2; d(P, diretriz) =

|x− y − 2|√2

;

Page 21: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 21

x2 + (y − 2)2 =1

2(x− y − 2)2 ⇒ 2x2 + 2y2 − 8y + 8 = x2 + y2 − 2xy + 4− 4x+ 4y

⇒ x2 + 2xy + y2 + 4x− 12y + 4 = 0

38) Sejam as retas paralelas dadas pela equacao

x2 + 2xy + y2 + 2x+ 2y = 0.

Determine a equacao da ortogonal a cada uma delas que passa no ponto (0, 1).R: As retas paralelas dadas pela equacao sao

(x+ y)2 + 2(x+ y) = 0

(x+ y)(x+ y + 2) = 0⇒ x+ y = 0 ou x+ y + 2 = 0.

O vetor normal das duas e (1, 1). Logo, a reta ortogonal as duas e do tipo

−x+ y = d.

(0, 1) ∈ r ⇒ d = 0 + 1 = 1⇒ r : −x+ y = 1.

39) Sejam as retas dadas pela equacao

2x2 + 8xy + 4y2 + 8x+ 4y − 1 = 0.

Chame o ponto de intersecao entre elas de A e os pontos de intersecao dessas retas como eixo y de B e C. Calcule as alturas do triangulo ABC.

R: A intersecao e o centro, ja que ∆ < 0. Devemos resolver o sistema{2x0 + 4y0 + 4 = 0,

4x0 + 4y0 + 2 = 0.⇒ 2x0 = 4⇒

x0 = 2,

y0 = −3

2.

Logo A(2,−32). Intersecao com eixo y sao os pontos de tipo (0, y). Portanto,

4y2 + 4y − 1 = 0⇒ y =−4±

√42 − 4 · 4 · (−1)

8=−1±

√2

2.

Logo B(0, −1−√2

2) e C(0, −1+

√2

2).

40) Determine o conjunto dos pontos medios dos segmentos que comecam em A(1, 1, 2)e terminam em um ponto da reta

r :x+ 1

4=y − 1

−4=z + 2

2.

R:P ∈ r se P = (−1, 1,−2) + t(4,−4, 2)

Page 22: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 22

Logo M =A+ P

2= (0, 1, 0) + t(2,−2, 1),

Logo o conjunto e a reta

r2 :x

2=y − 1

−2=z

1.

41) Determine os valores de m tais que o plano que passa por A(m, 0, 1), B(3, 2, 1),C(1, 2, 3) forma angulo de arccos 2

3com o plano xOy, ou seja, com o plano z = 0.

R:

~n = ~AB × ~BC = (3−m, 2, 0)× (−2, 0, 2) = (4,−6 + 2m, 4) = 2(2,−3 +m, 2).

2

3=~n · (0, 0, 1)

|~n| · 1=

2√8 + (m− 3)2

⇒ 9 = 8 + (m− 3)2 ⇒ m− 3 = ±1⇒ m = 2 e 4.

42) Determine o plano π ortogonal a

π1 : x+ y + z = −1

e paralelo a reta

r :x+ 1

4=y − 1

−4=z + 2

2

que passa por A(2, 0,−1).R: Se e ortogonal a π1 entao seu vetor normal e ortogonal ao vetor (1, 1, 1). Se e

paralelo a r entao seu vetor normal e ortogonal a (4,−4, 2) = 2(2,−2, 1). Logo, podemosfazer o produto vetorial dos dois para obter o vetor normal de π:

(1, 1, 1)× (2,−2, 1) = (3, 1,−4).

Logoπ : 3x+ y − 4z = d,A(2, 0,−1) ∈ π ⇒ d = 3 · 6− 4 · (−1) = 22.

43) Determine o conjunto do pontos medios dos segmentos que comecam na reta

r :x+ 1

4=y − 1

−4=z + 2

2

e terminam no planoπ : x− y − 4z = 12.

R: A melhor maneira e colocar as equacoes da reta e do plano em forma parametrica.A reta e paralela ao plano entao o vetor diretor da reta e um dos vetores diretores doplano, ~u = (4,−4, 2) = 2(2,−2, 1). Para achar o outro vetor diretor do plano fazemos(2,−2, 1) × (1,−1,−4) = (9, 9, 0) = 9(1, 1, 0). Portanto (1, 1, 0) e outro vetor diretor doplano π.

Page 23: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 23

r :

x = −1 + 2t,

y = 1− 2t,

z = −2 + t,

e π :

x = 2t′ + s,

y = −2t′ + s,

z = −3 + t′

Fazendo a media das duas formas parametricas temos:x = −1

2+ (t+ t′) +

s

2,

y =1

2− (t+ t′) +

s

2,

z = −5

2+t+ t′

2,

que e a equacao parametrica de um plano.44) Determine o plano ortogonal a

π1 : x− y − 4z = 12 e π2 : x+ y + z = 1

que contem o ponto A(1, 2, 3).R: Como o plano π e ortogonal a π1 e π2, seu vetor normal e ortogonal ao normal de

π1 e ao normal de π2. Logo, podemos fazer o produto vetorial entre o normal de π1 e onormal de π2:i j k

1 −1 −41 1 1

= (−1 + 4)i− (1 + 4)j + (1 + 1)k = (3,−5, 2).

Logo,π : 3x− 5y + 2z = d,A(1, 2, 3) ∈ π ⇒ 3− 10 + 6 = −1 = d

⇒ π : 3x− 5y + 2z = −1.

45) Reduza a equacao de segundo grau

x2 + 2xy + 3y2 + 4x+ 8y = 0.

R: ∆ = 3− (1)2 = 2. Podemos inverter o processo de reducao, ja que ∆ 6= 0.Ao calcular o determinante, temos1 1 2

1 3 42 4 0

= 1(0− 16)− 1(0− 8) + 2(4− 6) = −12.

As raızes da seguinte equacao

0 = λ2 − (A+ C)λ+ ∆ = λ2 − 4λ+ 2

Page 24: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 24

sao λ =4±√

16− 8

2= 2±

√2.

Logo, a reduzida e do tipo

(2 +√

2)u2 + (2−√

2)v2 + F ′ = 0

, sendo

−12 = (2 +√

2)(2−√

2)F ′ = ∆F ′ = 2F ′ ⇒ F ′ = −6.

Logo, a reduzida e: (2 +√

2)u2 + (2−√

2)v2 − 6 = 0.

46) Determine o ponto de menor segunda coordenada da elipse dada pela equacao

x2 + 2xy + 3y2 + 4x+ 8y = 0.

R: Seja o feixe de paralelas y = d. Para saber a intersecao dessas retas com a elipsetemos que substituir y por d e transformar em uma equacao do segundo grau na variavelx:

x2 + (2d+ 4)x+ (3d2 + 8d) = 0.

Para cada valor de d a primeira coordenada da intersecao e dada pela equacao acimae se escreve como

−(2d+ 4)±√

4(d+ 2)2 − 4(3d2 + 8d)

2= −(d+ 2)±

√(d+ 2)2 − (3d2 + 8d)

= −(d+ 2)±√−2d2 − 6d+ 1.

Quando√−2d2 − 6d+ 1 e negativo nao ha intersecao, quando e positivo ha duas

raızes e portanto dois pontos na intersecao; os de menor e maior coordenada y ocorremquando

√−2d2 − 6d+ 1 e nulo.

−2d2 − 6d+ 1 = 0⇒ d =6±

√36− 4(−2)(1)

−4=

6±√

44

−4=−3±

√11

2.

Logo,

y =−3−

√11

2⇒ x = −(d+ 2) =

−1 +√

11

2,

e o ponto e

(−1 +

√11

2,−3−

√11

2).

Page 25: 7 lista de exerc cios - GA Per odo de 2014.2 - Prof ... · A primeira igualdade implica que ABDC e a ordem c clica dos pontos do paralelo- gramo, isto e, ADe BCs~ao as diagonais,

Lista 7 de GA 25

47) Qual conica e intersecao do cone com o plano{Cone: z2 = x2 + y2,

π : x+ y + z = 1,

R:(1− x− y)2 = x2 + y2 ⇒ 0 = 2xy − 2x− 2y + 1,

que e uma equacao com ∆ < 0 e determinante 0 1 −11 0 −1−1 −1 1

= 0− 1(1− 1) + (−1)(−1− 0) = −1 6= 0.

Portanto e uma hiperbole.48) Qual conica e intersecao do cone com o plano{

Cone: z2 = x2 + y2,

π : 3x+ 4y + 5z = 6,

R:

25x2 + 25y2 = 25z2 = (6− 3x− 4y)2 = 9x2 + 24xy + 16y2 − 36x− 48y + 36

⇒ 16x2 − 24xy + 9y2 + 36x+ 48y − 36 = (4x+ 3y)2 + 12(3x+ 4y)− 36 = 0,

que e a equacao de uma parabola pois ∆ = 0 e 3x+ 4y nao e multiplo de 4x+ 3y.