Enunciado

  1. Sendo a → = i   → - 2   j →   + 3 k → e b → = 3   i   → + j →   + 2 k → , determine um vetor c → , de módulo 3 , que seja ortogonal a a → e b → .
  2. Determine as coordenadas do vetor - 2 i   → + 9 j →   - 5 k → em relação à base C   =   ( a → ,   b → ,   c → ) da parte a).

Passo 1

  1. Tudo bem? Preparados para mais uma questão? Então, bora lá. Precisamos determinar um vetor c → = ( x , y , z ) de módulo 3 e que seja ortogonal a a → = i   → - 2   j →   + 3 k → = ( 1 , - 2,3 ) e b → = 3   i   → + j →   + 2 k → = ( 3,1 , 2 ) . Assim, o produto interno de c → com a → e b → deve nulo:
  2. c → ⋅ a → = 0   ⇒ ( x , y , z ) ⋅ ( 1 , - 2,3 ) = x - 2 y + 3 z = 0

    c → ⋅ b → = 0   ⇒ ( x , y , z ) ⋅ ( 3,1 , 2 ) = 3 x + y + 2 z = 0

    Vamos multiplicar a segunda equação por 2 e somar com a primeira:

    x - 2 y + 3 z + 6 x + 2 y + 4 z = 0 ⇒ 7 x + 7 z = 0 ⇒ z = - x

    Ok, agora vamos substituir z = - x na segunda equação:

    3 x + y + 2 ⋅ ( - x ) = 0

    ⇒ y + x = 0

    ⇒ y = - x

    Então, por enquanto sabemos que c → = ( x , y , z ) = ( x , - x , - x ) . A última peça do quebra cabeças é o módulo igual a 3 :

    | c → | = x 2 + x 2 + x 2 = 3

    ⇒ 3 x 2 = 3

    ⇒ 3 x 2 = 3 ⇒ x =   ± 1

    Assim, c → = ( - 1,1 , 1 ) ou c → = ( 1 , - 1 , - 1 ) .

    Agora vamos verificar o sinal correto para c → . Como esse vetor é perpendicular a a → e a b → , então o vetor gerador por a →   ∧   b →   será paralelo a c → e no mesmo sentido. Daí, calculando a →   ∧   b → , temos:

    ⎜   i →                 j →                 k →       ⎜

    ⎜   1   - 2             3       ⎜ = i → ⋅ ( - 4 - 3 ) - j → ⋅ ( 2 - 9 ) + k → ⋅ ( 1 +   6 ) = - 7 i →   + 7 j →   +   7 k →

    ⎜   3                 1             2       ⎜

    Logo, temos que c → = ( - 1,1 , 1 ) , pois

    - 7 i →   + 7 j →   +   7 k   → =   7 ⋅ ( - i →   + j → + k → )   =   7 c →

    Passo 2

  3. Nesse item, temos que escrever - 2 i   → + 9 j →   - 5 k → como combinação linear de a → = i   → - 2   j →   + 3 k → , b → = 3   i   → + j →   + 2 k → e c → = -   i   → + j →   + k → :

- 2 i   → + 9 j →   - 5 k → = α a → + β b → + γ c →

- 2 i   → + 9 j →   - 5 k → = α ( i   → - 2   j →   + 3 k → ) + β ( 3   i   → + j →   + 2 k → ) + γ ( -   i   → + j →   + k → )

- 2 i   → + 9 j →   - 5 k → = ( α + 3 β - γ ) i   → + ( - 2 α + β + γ )   j →   + ( 3 α + 2 β + γ ) k →

Comparando ambos os lados da equação, vemos que

α + 3 β - γ = - 2

- 2 α + β + γ = 9

3 α + 2 β + γ = - 5

Vamos multiplicar a primeira equação por 2 e somar com a segunda

2 α + 6 β - 2 γ - 2 α + β + γ = 9 - 4

⇒ 7 β - γ = 5 ⇒ γ = 7 β - 5

Vamos substituir γ = 7 β - 5 na terceira equação:

3 α + 2 β + γ = - 5 ⇒ 3 α + 2 β + 7 β - 5 = - 5 ⇒ 3 α + 9 β = 0 ⇒ α = - 3 β

Para determinar β , só precisamos substituir α = - 3 β e γ = 7 β - 5 em qualquer uma das equações. Vamos escolher a primeira:

α + 3 β - γ = - 2 ⇒ - 3 β + 3 β - ( 7 β - 5 ) = - 2

⇒ - 7 β + 5 = - 2 ⇒ - 7 β = - 7 ⇒ β = 1

Como β = 1 , então α = - 3 β = - 3 e γ = 7 β - 5 = 7 - 5 = 2 . Logo,

- 2 i   → + 9 j →   - 5 k → = α a → + β b → + γ c → = - 3 a → + b → + 2 c → = ( - 3,1 , 2 ) C .

Resposta

c → = ( - 1,1 , 1 )   =   - i →   + j → + k → ;

- 2 i   → + 9 j →   - 5 k → = ( - 3,1 , 2 ) C