Enunciado

Encontre a solução geral da equação u → ∧ a →   = b → , sabendo u →   =   ( x , y , z ) , a →   =   ( 1,2 , 1 ) e b →   =   ( 1 , - 1,1 ) . Ache a solução particular u → , de módulo 38 , u → formando um ângulo agudo com o vetor i → .

Passo 1

Tudo bem, gente? Vamos começar calculando u → ∧ a →   e depois igualando a b → . Isso deve nos dar um sistema de equações para x , y , z . Sem mais delongas, vamos pôr a mão na massa!

u → ∧ a →   = b →

⎜                     i →                             j →                         k →     ⎜

⎜                   x                           y                         z     ⎜ = ( y - 2 z ) i → - ( x - z ) j → + ( 2 x - y ) k → = ( 1 , - 1,1 )

⎜                   1                           2                       1       ⎜

Então,

y - 2 z = 1

x - z = 1

2 x - y = 1

Vamos somar a primeira equação com a terceira:

y - 2 z + 2 x - y = 1 + 1

⇒ 2 x - 2 z = 2

⇒ 2 x = 2 z + 2 ⇒ x = z + 1

Que exatamente o resultado da segunda equação. Então, por enquanto o que podemos fazer é escrever tudo em termos de z :

y - 2 z = 1 ⇒ y = 2 z + 1

x - z = 1 ⇒ x = z + 1

Então, u →   =   ( x , y , z ) = ( z + 1,2 z + 1 , z ) .

Passo 2

A solução que encontramos no passo anterior é geral, mas o enunciado pede agora a solução particular u → , de módulo 38 , u → formando um ângulo agudo com o vetor i → . Temos

| u → | = ( z + 1 ) 2 + ( 2 z + 1 ) 2 + z 2 = 38

⇒ ( z + 1 ) 2 + ( 2 z + 1 ) 2 + z 2 = 38

⇒ z 2 + 2 z + 1 + 4 z 2 + 4 z + 1 + z 2 = 38

⇒ 6 z 2 + 6 z - 36 = 0

⇒ z 2 + z - 6 = 0

⇒ z = - 1 ± 1 + 24 2 = - 1 ± 5 2 ⇒ z = - 3 , z = 2

Para saber se z é positivo ou negativo, devemos lembrar que u → = ( z + 1,2 z + 1 , z ) forma um ângulo agudo com o vetor i → :

u →   ⋅ i → > 0 ⇒ ( z + 1,2 z + 1 , z ) ⋅ ( 1,0 , 0 ) > 0 ⇒ z + 1 > 0

O valor z = - 3 claramente não satisfaz z + 1 > 0 , então z = 2 e

u → = ( z + 1,2 z + 1 , z ) = ( 3,5 , 2 )

Resposta

u →   =   ( z + 1,2 z + 1 , z )

u → = ( 3,5 , 2 )