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% (find-angg "LATEX/2017-1-GA-material.tex") % (defun c () (interactive) (find-LATEXsh "lualatex -record 2017-1-GA-material.tex")) % (defun d () (interactive) (find-xpdfpage "~/LATEX/2017-1-GA-material.pdf")) % (defun e () (interactive) (find-LATEX "2017-1-GA-material.tex")) % (defun u () (interactive) (find-latex-upload-links "2017-1-GA-material")) % (find-xpdfpage "~/LATEX/2017-1-GA-material.pdf") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2017-1-GA-material.pdf /tmp/") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2017-1-GA-material.pdf /tmp/pen/") % file:///home/edrx/LATEX/2017-1-GA-material.pdf % file:///tmp/2017-1-GA-material.pdf % file:///tmp/pen/2017-1-GA-material.pdf % http://angg.twu.net/LATEX/2017-1-GA-material.pdf % Índice improvisado, com links pras páginas: % (find-LATEXsh "grep gam171p 2017-1-GA-material.tex") % «.picturedots» (to "picturedots") % «.pictOuv» (to "pictOuv") % «.pictABCDE» (to "pictABCDE") % «.cells» (to "cells") % «.tikz-defs» (to "tikz-defs") % % «.coisas-muito» (to "coisas-muito") % «.dicas» (to "dicas") % «.matrizes» (to "matrizes") % «.comprehension» (to "comprehension") % «.comprehension-tables» (to "comprehension-tables") % «.comprehension-ex123» (to "comprehension-ex123") % «.comprehension-prod» (to "comprehension-prod") % «.comprehension-gab» (to "comprehension-gab") % «.pontos-e-vetores» (to "pontos-e-vetores") % «.propriedades» (to "propriedades") % «.propriedades-2» (to "propriedades-2") % «.retas» (to "retas") % «.pontos-vetores-graf» (to "pontos-vetores-graf") % % «.Fxy» (to "Fxy") % «.parametrizadas» (to "parametrizadas") % % «.coordenadas» (to "coordenadas") % «.O+au+bv» (to "O+au+bv") % «.O+au+bv-2» (to "O+au+bv-2") % «.sistemas» (to "sistemas") % «.sistemas-2» (to "sistemas-2") % % «.sistemas-3» (to "sistemas-3") % «.sistemas-3-exercs» (to "sistemas-3-exercs") % «.projecoes» (to "projecoes") % «.notacao-:» (to "notacao-:") % «.construcoes» (to "construcoes") % «.distancia-ponto-reta» (to "distancia-ponto-reta") % «.propriedades-do-Pr» (to "propriedades-do-Pr") % «.vetores-unitarios» (to "vetores-unitarios") % % «.R3-retas-e-planos» (to "R3-retas-e-planos") % «.R3-retas-e-planos-2» (to "R3-retas-e-planos-2") % «.determinantes-em-R3» (to "determinantes-em-R3") % «.determinantes-em-R3-2» (to "determinantes-em-R3-2") % «.cross-prod» (to "cross-prod") % «.alguns-usos-do-x» (to "alguns-usos-do-x") \documentclass[oneside]{book} \usepackage[colorlinks]{hyperref} % (find-es "tex" "hyperref") %\usepackage[latin1]{inputenc} \usepackage{amsmath} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{pict2e} \usepackage{color} % (find-LATEX "edrx15.sty" "colors") \usepackage{colorweb} % (find-es "tex" "colorweb") \usepackage{tikz} \usepackage{boxedminipage} % % (find-dn6 "preamble6.lua" "preamble0") %\usepackage{proof} % For derivation trees ("%:" lines) %\input diagxy % For 2D diagrams ("%D" lines) %\xyoption{curve} % For the ".curve=" feature in 2D diagrams % \usepackage{edrx15} % (find-angg "LATEX/edrx15.sty") \input edrxaccents.tex % (find-angg "LATEX/edrxaccents.tex") \input edrxchars.tex % (find-LATEX "edrxchars.tex") \input edrxheadfoot.tex % (find-dn4ex "edrxheadfoot.tex") \input edrxgac2.tex % (find-LATEX "edrxgac2.tex") % % (find-angg ".emacs.papers" "latexgeom") % (find-LATEXfile "2016-2-GA-VR.tex" "{geometry}") % (find-latexgeomtext "total={6.5in,8.75in},") % \usepackage[top=2.5cm, bottom=2cm, left=2.5cm, right=2.5cm, includefoot]{geometry} \usepackage[]{geometry} % \begin{document} \catcode`\^^J=10 \directlua{dednat6dir = "dednat6/"} \directlua{dofile(dednat6dir.."dednat6.lua")} \directlua{texfile(tex.jobname)} \directlua{verbose()} \directlua{output(preamble1)} \def\expr#1{\directlua{output(tostring(#1))}} \def\eval#1{\directlua{#1}} \def\pu{\directlua{pu()}} \directlua{dofile "edrxtikz.lua"} % (find-LATEX "edrxtikz.lua") \directlua{dofile "edrxpict.lua"} % (find-LATEX "edrxpict.lua") %L V.__tostring = function (v) return format("(%.3f,%.3f)", v[1], v[2]) end \def\erro{\operatorname{erro}} \def\setofpt #1 #2 #3 #4 {\setofet{(#1,#2)+t\VEC{#3,#4}}} \def\setofpu #1 #2 #3 #4 {\setofeu{(#1,#2)+u\VEC{#3,#4}}} % (find-LATEXfile "2016-1-GA-material.tex" "setofet") \def\setofet #1{\setofst{#1}{t∈\R}} \def\setofeu #1{\setofst{#1}{u∈\R}} \def\setofpt #1 #2 #3 #4 {\setofet{(#1,#2)+t\VEC{#3,#4}}} \def\setofpu #1 #2 #3 #4 {\setofeu{(#1,#2)+u\VEC{#3,#4}}} \unitlength=5pt % «picturedots» (to ".picturedots") % (find-LATEX "edrxpict.lua" "pictdots") % (find-LATEX "edrxgac2.tex" "pict2e") % (to "comprehension-gab") % \def\beginpicture(#1,#2)(#3,#4){\expr{beginpicture(v(#1,#2),v(#3,#4))}} \def\pictaxes{\expr{pictaxes()}} \def\pictdots#1{\expr{pictdots("#1")}} \def\picturedots(#1,#2)(#3,#4)#5{% \vcenter{\hbox{% \beginpicture(#1,#2)(#3,#4)% \pictaxes% \pictdots{#5}% \end{picture}% }}% } \unitlength=5pt %L p = function (a, b) return O + a*uu + b*vv end %L -- «pictOuv» (to ".pictOuv") %L pictOOuuvv = function (OO, xx, yy, OOtext, xxtext, yytext, vtextdist, Otextdist) %L local bprint, out = makebprint() %L local xxpos = OO + xx/2 + xx:rotright():unit(vtextdist) %L local yypos = OO + yy/2 + yy:rotleft() :unit(vtextdist) %L local OOpos = OO + (-xx-yy):unit(Otextdist or vtextdist) %L local f = function (str) return (str:gsub("!", "\\")) end %L bprint("\\Vector%s%s", OO, OO+xx) %L bprint("\\Vector%s%s", OO, OO+yy) %L bprint("\\put%s{\\cell{%s}}", OOpos, f(OOtext)) %L bprint("\\put%s{\\cell{%s}}", xxpos, f(xxtext)) %L bprint("\\put%s{\\cell{%s}}", yypos, f(yytext)) %L return out() %L end %L -- sysco = pictOOuuvv \def\pictOuv(#1,#2){ {\color{GrayPale}\expr{pictpgrid(0,0,4,4)}} \pictaxes {\linethickness{1.0pt} \expr{pictOOuuvv(O, uu, vv, "O", "!uu", "!vv", #1, #2)} } } %L -- «pictABCDE» (to ".pictABCDE") %L tt = v(1, 0) %L pictABCDE = function (aang, bang, cang, dang, eang) %L local bprint, out = makebprint() %L local AA, BB, CC, DD, EE = p(1,1), p(1,3), p(3,3), p(1,2), p(2,2) %L local f = function (str) return (str:gsub("!", "\\")) end %L bprint("\\Line%s%s", AA, BB) %L bprint("\\Line%s%s", BB, CC) %L bprint("\\Line%s%s", DD, EE) %L bprint("\\put%s{\\closeddot}", AA) %L bprint("\\put%s{\\closeddot}", BB) %L bprint("\\put%s{\\closeddot}", CC) %L bprint("\\put%s{\\closeddot}", DD) %L bprint("\\put%s{\\closeddot}", EE) %L bprint("\\put%s{\\cell{%s}}", AA + tt:rot(aang), "A") %L bprint("\\put%s{\\cell{%s}}", BB + tt:rot(bang), "B") %L bprint("\\put%s{\\cell{%s}}", CC + tt:rot(cang), "C") %L bprint("\\put%s{\\cell{%s}}", DD + tt:rot(dang), "D") %L bprint("\\put%s{\\cell{%s}}", EE + tt:rot(eang), "E") %L return out() %L end \def\pictABCDE(#1,#2,#3,#4,#5){ {\linethickness{1.0pt} \expr{pictABCDE(#1,#2,#3,#4,#5)} } } \pu % «cells» (to ".cells") % (find-es "tex" "fbox") \def\cellhr#1{\hbox to 0pt {\cellfont${#1}$\hss}} \def\cellhc#1{\hbox to 0pt{\hss\cellfont${#1}$\hss}} \def\cellhl#1{\hbox to 0pt{\hss\cellfont${#1}$}} \def\cellva#1{\setbox0#1\raise \dp0 \box0} \def\cellvm#1{\setbox0#1\lower \celllower \box0} \def\cellvb#1{\setbox0#1\lower \ht0 \box0} \def\cellnw #1{\cellva{\cellhl{#1}}} \def\celln #1{\cellva{\cellhc{#1}}} \def\cellne#1{\cellva{\cellhr{#1}}} \def\cellw #1{\cellvm{\cellhl{#1}}} \def\celle #1{\cellvm{\cellhr{#1}}} \def\cellsw #1{\cellvb{\cellhl{#1}}} \def\cells #1{\cellvb{\cellhc{#1}}} \def\cellse#1{\cellvb{\cellhr{#1}}} \newdimen\cellsep \cellsep=4pt \def\addcellsep{% \setbox0=\hbox{\kern\cellsep\box0\kern\cellsep}% \ht0=\ht0 plus \cellsep% \dp0=\dp0 plus \cellsep% \box0% } \def\cellsp#1{% \setbox0=\hbox{#1}% \addcellsep% \box0% } % «tikz-defs» (to ".tikz-defs") % % \mygrid and \myaxes % (find-es "tikz" "mygrid") \tikzset{mycurve/.style=very thick} \tikzset{axis/.style=semithick} \tikzset{tick/.style=semithick} \tikzset{grid/.style=gray!20,very thin} \tikzset{anydot/.style={circle,inner sep=0pt,minimum size=1.2mm}} \tikzset{opdot/.style={anydot, draw=black,fill=white}} \tikzset{cldot/.style={anydot, draw=black,fill=black}} % \def\mygrid(#1,#2) (#3,#4){ \clip (#1-0.4, #2-0.4) rectangle (#3+0.4, #4+0.4); \draw[step=1,grid] (#1-0.2, #2-0.2) grid (#3+0.2, #4+0.2); \draw[axis] (-10,0) -- (10,0); \draw[axis] (0,-10) -- (0,10); \foreach \x in {-10,...,10} \draw[tick] (\x,-0.2) -- (\x,0.2); \foreach \y in {-10,...,10} \draw[tick] (-0.2,\y) -- (0.2,\y); } \def\myaxes(#1,#2) (#3,#4){ \clip (#1-0.4, #2-0.4) rectangle (#3+0.4, #4+0.4); %\draw[step=1,grid] (#1-0.2, #2-0.2) grid (#3+0.2, #4+0.2); \draw[axis] (-20,0) -- (20,0); \draw[axis] (0,-20) -- (0,20); \foreach \x in {-20,...,20} \draw[tick] (\x,-0.2) -- (\x,0.2); \foreach \y in {-20,...,20} \draw[tick] (-0.2,\y) -- (0.2,\y); } % Grid color \tikzset{grid/.style=gray!50,very thin} \def\tikzp#1{\mat{\begin{tikzpicture}#1\end{tikzpicture}}} \def\mydraw #1;{\draw [mycurve] \expr{#1};} \def\mydot #1;{\node [cldot] at \expr{#1} [] {};} \def\myldot #1 #2 #3;{\node [cldot] at \expr{#1} [label=#2:${#3}$] {};} \def\myseg #1 #2;{\draw [mycurve] \expr{#1} -- \expr{#2};} \def\mylabel #1 #2 #3;{\node [] at \expr{#1} [label=#2:${#3}$] {};} \def\myseggrid #1 #2;{\draw [grid] \expr{#1} -- \expr{#2};} % \myvgrid, for things like this: % (find-xpdfpage "~/LATEX/2016-1-GA-material.pdf" 6) \def\myvgrid{ \myseggrid p(0,0) p(0,4); \myseggrid p(1,0) p(1,4); \myseggrid p(2,0) p(2,4); \myseggrid p(3,0) p(3,4); \myseggrid p(4,0) p(4,4); \myseggrid p(0,0) p(4,0); \myseggrid p(0,1) p(4,1); \myseggrid p(0,2) p(4,2); \myseggrid p(0,3) p(4,3); \myseggrid p(0,4) p(4,4); \draw [->] \expr{p(0,0)} -- \expr{p(0,1)}; \draw [->] \expr{p(0,0)} -- \expr{p(1,0)}; } % «pictureFxy» (to ".pictureFxy") \def\tcell#1{\lower\celllower\hbox to 0pt{\hss\cellfont#1\hss}} \def\pictureFxy(#1,#2)(#3,#4)#5{% \vcenter{\hbox{% \beginpictureb(#1,#2)(#3,#4){.7}% {\color{GrayPale}% \Line(#1,0)(#3,0)% \Line(0,#2)(0,#4)% } \expr{pictFxy("#5")} \end{picture}% }}% } % ____ _ _ _ % / ___|___ (_)___ __ _ ___ _ __ ___ _ _(_) |_ ___ % | | / _ \| / __|/ _` / __| | '_ ` _ \| | | | | __/ _ \ % | |__| (_) | \__ \ (_| \__ \ | | | | | | |_| | | || (_) | % \____\___/|_|___/\__,_|___/ |_| |_| |_|\__,_|_|\__\___/ % % «coisas-muito» (to ".coisas-muito") % (gam171p 1 "coisas-muito") \label{coisas-muito} {\setlength{\parindent}{0em} \footnotesize \par Geometria Analítica - material para exercícios \par PURO-UFF - 2017.1 - Eduardo Ochs \par Links importantes: \par \url{http://angg.twu.net/2017.1-GA.html} (página do curso) \par \url{http://angg.twu.net/2017.1-GA/2017.1-GA.pdf} (quadros) \par \url{http://angg.twu.net/LATEX/2017-1-GA-material.pdf} (isto aqui) \par {\tt eduardoochs@gmail.com} (meu e-mail) \par Dá pra chegar na página do curso googlando por ``Eduardo Ochs'', \par indo pra qualquer subpágina do angg.twu.net, e clicando em ``GA'' \par na barra de navegação à esquerda. } \bsk \bsk { \setlength{\parindent}{0em} {\bf Coisas {\bf MUITO} importantes sobre Geometria Analítica} } \msk A matéria é sobre duas linguagens diferentes: a % \begin{itemize} \item ``Geometria'', que é sobre coisas gráficas como pontos, retas e círculos, e a \item ``Analítica'', que é sobre ``álgebra'', sobre coisas matemáticas ``formais'' como contas, conjuntos e equações; \end{itemize} % além disso Geometria Analítica é também sobre a TRADUÇÃO entre essas duas linguagens. \msk Lembre que boa parte do que você aprendeu sobre álgebra no ensino médio era sobre {\sl resolver equações}. {\sl Encontrar soluções} de equações é difícil --- são muitos métodos, e dá pra errar bastante no caminho --- mas {\sl testar} as soluções é fácil. \msk Boa parte do que você aprendeu (ou deveria ter aprendido) sobre geometria no ensino médio envolvia construções gráficas; por exemplo, a partir de pontos $A$, $B$, $C$, Seja $A'$ o ponto médio entre $B$ e $C$, Seja $B'$ o ponto médio entre $A$ e $C$, Seja $C'$ o ponto médio entre $A$ e $B$, Seja $r_a$ a reta que passa por $A'$ e é ortogonal a $BC$, Seja $r_b$ a reta que passa por $B'$ e é ortogonal a $AC$, Seja $r_c$ a reta que passa por $C'$ e é ortogonal a $AB$, Seja $D$ o ponto de interseção das retas $r_a$, $r_b$ e $r_c$, então $D$ é o centro do círculo que passa por $A$, $B$ e $C$. \msk Você {\bf VAI TER QUE} aprender a definir seus objetos --- pontos, retas, conjuntos, círculos, etc... isso provavelmente vai ser algo novo pra você e é algo que precisa de MUITO treino. Dá pra passar em Cálculo 1 e em Prog 1 só aprendendo a ``ler'' as definições que o professor e os livros mostram, mas em Geometria Analítica NÃO DÁ, em GA você vai ter que aprender a ler {\bf E A ESCREVER} definições. \newpage % ____ _ % | _ \(_) ___ __ _ ___ % | | | | |/ __/ _` / __| % | |_| | | (_| (_| \__ \ % |____/|_|\___\__,_|___/ % % «dicas» (to ".dicas") % (gam171p 2 "dicas") \label{dicas} {\bf Dicas MUITO IMPORTANTES e pouco óbvias:} \ssk 1) Aprenda a testar tudo: contas, possíveis soluções de equações, representações gráficas de conjuntos... 2) Cada ``seja'' ou ``sejam'' que aparece nestas folhas é uma definição, e você pode usá-los como exemplos de definições bem-escritas (ééé!!!!) pra aprender jeitos de escrever as suas definições. 3) Em ``matematiquês'' a gente quase não usa termos como ``ele'', ``ela'', ``isso'', ``aquilo'' e ''lá'' --- ao invés disso a gente dá nomes curtos pros objetos ou usa expressões matemáticas pra eles cujo resultado é o objeto que a gente quer (como nas pags (conjuntos) e (contas))... mas {\sl quando a gente está discutindo problemas no papel ou no quadro} a gente pode ser referir a determinados objetos apontando pra eles com o dedo. 4) Se você estiver em dúvida sobre o que um problema quer dizer tente escrever as suas várias hipóteses --- a prática de escrever as suas idéias é o que vai te permitir aos poucos conseguir resolver coisas de cabeça. 5) Muitas coisas aparecem nestas folhas escritas primeiro de um jeito detalhado, e depois aos poucos de jeitos cada vez mais curtos. Você vai ter que aprender a completar os detalhes. 6) Alguns exercícios destas folhas têm muitos subcasos. Nos primeiros subcasos você provavelmente vai precisar fazer as contas com todos os detalhes e verificá-las várias vezes pra não errar, depois você vai aprender a fazê-las cada vez mais rápido, depois vai poder fazê-las de cabeça, e depois você vai começar a visualizar o que as contas ``querem dizer'' e vai conseguir chegar ao resultado graficamente, sem contas; e se você estiver em dúvida se o seu ``método gráfico'' está certo você vai poder conferir se o ``método gráfico'' e o ``método contas'' dão aos mesmos resultados. Exemplo: p.coordenadas. 7) Uma solução bem escrita pode incluir, além do resultado final, contas, definições, representações gráficas, explicações em português, testes, etc. Uma solução bem escrita é fácil de ler e fácil de verificar. Você pode testar se uma solução sua está bem escrita submetendo-a às seguinte pessoas: a) você mesmo logo depois de você escrevê-la --- releia-a e veja se ela está clara; b) você mesmo, horas depois ou no dia seguinte, quando você não lembrar mais do que você pensava quando você a escreveu; c) um colega que seja seu amigo; d) um colega que seja menos seu amigo que o outro; e) o monitor ou o professor. Se as outras pessoas acharem que ler a sua solução é um sofrimento, isso é mau sinal; se as outras pessoas acharem que a sua solução está claríssima e que elas devem estudar com você, isso é bom sinal. {\sl GA é um curso de escrita matemática:} se você estiver estudando e descobrir que uma solução sua pode ser reescrita de um jeito bem melhor, não hesite --- reescrever é um ótimo exercício. 8) Estas notas {\sl vão ser} uma versão ampliada e melhorada destas notas aqui, do semestre passado: \url{http://angg.twu.net/LATEX/2016-2-GA-algebra.pdf} \newpage % __ __ _ _ % | \/ | __ _| |_ _ __(_)_______ ___ % | |\/| |/ _` | __| '__| |_ / _ \/ __| % | | | | (_| | |_| | | |/ / __/\__ \ % |_| |_|\__,_|\__|_| |_/___\___||___/ % % «matrizes» (to ".matrizes") % (gam171p 3 "matrizes") \label{matrizes} {\bf ``Tipos'' de objetos matemáticos} \ssk Multiplicação de matrizes: \def\und#1#2{\underbrace{#1}_{#2}} $\und{\pmat{1 & 2 & 3 \\ 4 & 5 & 6 \\ 7 & 8 & 9}}{3×3} \und{\pmat{1000 \\ 100 \\ 10}}{3×1} = \und{\pmat{1230 \\ 4560 \\ 7890}}{3×1} $ $\und{\pmat{a & b \\ c & d \\ e & f}}{3×2} \und{\pmat{g & h & i & j \\ k & l & m & n}}{2×4} = \und{\pmat{ag+bk & ah+bl & ai+bm & aj+bn \\ cg+dk & ch+dl & ci+dm & cj+dn \\ eg+fk & eh+fl & ei+fm & ej+fn \\}}{3×4} $ $\und{\pmat{g & h & i & j \\ k & l & m & n}}{2×4} \und{\pmat{a & b \\ c & d \\ e & f}}{3×2} = \; \text{erro \qquad (porque $4≠3$)} $ $\pmat{1 & 2 \\ 3 & 4} \pmat{100 & 0 \\ 10 & 0} = \pmat{120 & 0 \\ 340 & 0}$ \ssk $\pmat{100 & 0 \\ 10 & 0} \pmat{1 & 2 \\ 3 & 4} = \pmat{100 & 200 \\ 10 & 20}$ \ssk $\pmat{2 \\ 3 \\ 4}^T \pmat{100 \\ 10 \\ 1} = \pmat{2 & 3 & 4} \pmat{100 \\ 10 \\ 1} = (234) = 234$ \bsk Soma de matrizes: $\pmat{10 & 20 & 30 \\ 40 & 50 & 60} + \pmat{2 & 3 & 4 \\ 5 & 6 & 7} = \pmat{12 & 23 & 34 \\ 45 & 56 & 67}$ $\pmat{10 & 20 & 30 \\ 40 & 50 & 60} + \pmat{2 & 3 \\ 5 & 6 } = \; \text{erro}$ \bsk Multiplicação de número por matriz: $10 \pmat{2 & 3 & 4 \\ 5 & 6 & 7} = \pmat{20 & 30 & 40 \\ 50 & 60 & 70}$ \bsk \def\V{\mathbf{V}} \def\F{\mathbf{F}} Operações lógicas: \ssk $\begin{array}[t]{rcl} \text{``E'':} \\ \F\&\F &=& \F \\ \F\&\V &=& \F \\ \V\&\F &=& \F \\ \V\&\V &=& \V \\ \end{array} % \quad % \begin{array}[t]{rcl} \text{``Ou'':} \\ \F∨\F &=& \F \\ \F∨\V &=& \V \\ \V∨\F &=& \V \\ \V∨\V &=& \V \\ \end{array} % \quad % \begin{array}[t]{rcl} \text{``Implica'':}\hss \\ \F→\F &=& \V \\ \F→\V &=& \V \\ \V→\F &=& \F \\ \V→\V &=& \V \\ \end{array} % \quad % \begin{array}[t]{rcl} \text{``Não'':} \\ ¬\F &=& \V \\ ¬\V &=& \F \\ \end{array} $ \bsk Se $x=6$, $\und{\und{2<\und{x}{6}}{\V} \& \und{\und{x}{6}<5}{\F} }{\F} $ \newpage % ____ _ _ % / ___|___ _ __ ___ _ __ _ __ ___| |__ ___ _ __ ___(_) ___ _ __ % | | / _ \| '_ ` _ \| '_ \| '__/ _ \ '_ \ / _ \ '_ \/ __| |/ _ \| '_ \ % | |__| (_) | | | | | | |_) | | | __/ | | | __/ | | \__ \ | (_) | | | | % \____\___/|_| |_| |_| .__/|_| \___|_| |_|\___|_| |_|___/_|\___/|_| |_| % |_| % % «comprehension» (to ".comprehension") % (gam171p 4 "comprehension") \label{comprehension} \def\und#1#2{\underbrace{#1}_{#2}} \def\und#1#2{\underbrace{#1}_{\text{#2}}} \def\ug#1{\und{#1}{ger}} \def\uf#1{\und{#1}{filt}} \def\ue#1{\und{#1}{expr}} {\bf ``Set comprehensions''} \ssk Notação explícita, com geradores, filtros, e um ``;'' separando os geradores e filtros da expressão final: $\begin{array}{lll} \{\ug{a∈\{1,2,3,4\}}; \ue{10a}\} &=& \{10,20,30,40\} \\ \{\ug{a∈\{1,2,3,4\}}; \ue{a}\} &=& \{1,2,3,4\} \\ \{\ug{a∈\{1,2,3,4\}}, \uf{a≥3}; \ue{a}\} &=& \{3,4\} \\ \{\ug{a∈\{1,2,3,4\}}, \uf{a≥3}; \ue{10a}\} &=& \{30,40\} \\ \{\ug{a∈\{10,20\}}, \ug{b∈\{3,4\}}; \ue{a+b}\} &=& \{13,14,23,24\} \\ \{\ug{a∈\{1,2\}}, \ug{b∈\{3,4\}}; \ue{(a,b)}\} &=& \{(1,3),(1,4),(2,3),(2,4)\} \\ \end{array} $ % (setq last-kbd-macro (kbd "C-w \\ uf{ C-y }")) % (setq last-kbd-macro (kbd "C-w \\ ue{ C-y }")) \msk \msk Notações convencionais, com ``$|$'' ao invés de ``;'': Primeiro tipo --- expressão final, ``$|$'', geradores e filtros: $\begin{array}{lll} \setofst{10a}{a∈\{1,2,3,4\}} &=& \{\ug{a∈\{1,2,3,4\}}; \ue{10a}\} \\ \setofst{10a}{a∈\{1,2,3,4\}, a≥3} &=& \{\ug{a∈\{1,2,3,4\}}, \uf{a≥3}; \ue{10a}\} \\ \setofst{a}{a∈\{1,2,3,4\}} &=& \{\ug{a∈\{1,2,3,4\}}; \ue{a}\} \\ % \{\ug{a∈\{1,2\}}, \ug{b∈\{3,4\}}; \ue{(a,b)}\} \\ \end{array} $ \msk O segundo tipo --- gerador, ``$|$'', filtros --- pode ser convertido para o primeiro... o truque é fazer a expressão final ser a variável do gerador: $\begin{array}{lll} \setofst{a∈\{1,2,3,4\}}{a≥3} &=& \\ \setofst{a}{a∈\{1,2,3,4\}, a≥3} &=& \{\ug{a∈\{1,2,3,4\}}, \uf{a≥3}; \ue{a}\} \\ % \{\ug{a∈\{10,20\}}, \ug{b∈\{3,4\}}; \ue{a+b}\} \\ \end{array} $ \msk O que distingue as duas notacões ``$\{\ldots|\ldots\}$'' é se o que vem antes da ``$|$'' é ou não um gerador. \bsk Observações: $\setofst{\text{gerador}}{\text{filtros}} = \{\text{gerador},\text{filtros};\ue{\text{variável do gerador}}\}$ $\setofst{\text{expr}}{\text{geradores e filtros}} = \{\text{geradores e filtros}; \text{expr}\} $ \msk As notações ``$\{\ldots|\ldots\}$'' são padrão e são usadas em muitos livros de matemática. A notação ``$\{\ldots;\ldots\}$'' é bem rara; eu aprendi ela em artigos sobre linguagens de programação, e resolvi apresentar ela aqui porque acho que ela ajuda a explicar as duas notações ``$\{\ldots|\ldots\}$''. \newpage % _ _ _____ % ___ ___ _ __ ___ _ __ _ __ ___| |__ ___ _ __ ___(_) ___ _ __ |_ _| % / __/ _ \| '_ ` _ \| '_ \| '__/ _ \ '_ \ / _ \ '_ \/ __| |/ _ \| '_ \ | | % | (_| (_) | | | | | | |_) | | | __/ | | | __/ | | \__ \ | (_) | | | | | | % \___\___/|_| |_| |_| .__/|_| \___|_| |_|\___|_| |_|___/_|\___/|_| |_| |_| % |_| % % «comprehension-tables» (to ".comprehension-tables") % (gam171p 5 "comprehension-tables") % (find-es "tex" "vrule") \label{comprehension-tables} {\bf ``Set comprehensions'': como calcular usando tabelas} \ssk \def\tbl#1#2{\fbox{$\begin{array}{#1}#2\end{array}$}} \def\tbl#1#2{\fbox{$\sm{#2}$}} \def\V{\mathbf{V}} \def\F{\mathbf{F}} % "Stop": \def\S{\omit$|$\hss} \def\S{\omit\vrule\hss} \def\S{\omit\vrule$($\hss} \def\S{\omit\vrule$\scriptstyle($\hss} \def\S{\omit\vrule\phantom{$\scriptstyle($}\hss} % stop Alguns exemplos: \msk \def\s{\mathstrut} \def\s{\phantom{$|$}} \def\s{\phantom{|}} \def\s{} Se $A := \{x∈\{1,2\}; (x,3-x)\}$ então $A = \{(1,2), (2,1)\}$: \tbl{ccc}{ \s x & (x,3-x) \\\hline \s 1 & (1,2) \\ \s 2 & (2,1) \\ } \msk Se $I := \{x∈\{1,2,3\}, y∈\{3,4\}, x+y<6; (x,y)\}$ então $I = \{(1,3),(1,4),(1,5)\}$: \tbl{ccc}{ \s x & y & x+y<6 & (x,y) \\\hline \s 1 & 3 & \V & (1,3) \\ \s 1 & 4 & \V & (1,4) \\ \s 2 & 3 & \V & (1,3) \\ \s 2 & 4 & \F & \S \\ \s 3 & 3 & \F & \S \\ \s 3 & 4 & \F & \S \\ } \msk Se $D := \setofst{(x,2x)}{x∈\{0,1,2,3\}}$ então $D = \{x∈\{0,1,2,3\}; (x,2x)\}$, $D = \{(0,0), (1,2), (2,4), (3,6)\}$: \tbl{ccc}{ \s x & (x,2x) \\\hline \s 0 & (0,0) \\ \s 1 & (1,2) \\ \s 2 & (2,4) \\ \s 3 & (3,6) \\ } \msk Se $P := \setofst {(x,y)∈\{1,2,3\}^2} {x≥y}$ então $P = \{(x,y)∈\{1,2,3\}^2, x≥y; (x,y)\}$, $P = \{(1,1), (2,1), (2,2), (3,1), (3,2), (3,3)\}$: \tbl{ccc}{ \s (x,y) & x & y & x≥y & (x,y) \\\hline \s (1,1) & 1 & 1 & \V & (1,1) \\ \s (1,2) & 1 & 2 & \F & \S \\ \s (1,3) & 1 & 3 & \F & \S \\ \s (2,1) & 2 & 1 & \V & (2,1) \\ \s (2,2) & 2 & 2 & \V & (2,2) \\ \s (2,3) & 2 & 3 & \F & \S \\ \s (3,1) & 3 & 1 & \V & (3,1) \\ \s (3,2) & 3 & 2 & \V & (3,2) \\ \s (3,3) & 3 & 3 & \V & (3,3) \\ } \bsk Obs: os exemplos acima correspondem aos exercícios 2A, 2I, 3D e 5P das próximas páginas. \newpage % _____ _ _ % | ____|_ _____ _ __ ___(_) ___(_) ___ ___ % | _| \ \/ / _ \ '__/ __| |/ __| |/ _ \/ __| % | |___ > < __/ | | (__| | (__| | (_) \__ \ % |_____/_/\_\___|_| \___|_|\___|_|\___/|___/ % % «comprehension-ex123» (to ".comprehension-ex123") % (gam171p 6 "comprehension-ex123") \label{comprehension-ex123} {\bf Exercícios de ``set comprehensions''} \ssk 1) Represente graficamente: $\begin{array}{rcl} A & := & \{(1,4), (2,4), (1,3)\} \\ B & := & \{(1,3), (1,4), (2,4)\} \\ C & := & \{(1,3), (1,4), (2,4), (2,4)\} \\ D & := & \{(1,3), (1,4), (2,3), (2,4)\} \\ E & := & \{(0,3), (1,2), (2,1), (3,0)\} \\ \end{array} $ \msk 2) Calcule e represente graficamente: $\begin{array}{rcl} A & := & \{x∈\{1,2\}; (x,3-x)\} \\ B & := & \{x∈\{1,2,3\}; (x,3-x)\} \\ C & := & \{x∈\{0,1,2,3\}; (x,3-x)\} \\ D & := & \{x∈\{0,0.5,1, \ldots, 3\}; (x,3-x)\} \\ E & := & \{x∈\{1,2,3\}, y∈\{3,4\}; (x,y)\} \\ F & := & \{x∈\{3,4\}, y∈\{1,2,3\}; (x,y)\} \\ G & := & \{x∈\{3,4\}, y∈\{1,2,3\}; (y,x)\} \\ H & := & \{x∈\{3,4\}, y∈\{1,2,3\}; (x,2)\} \\ I & := & \{x∈\{1,2,3\}, y∈\{3,4\}, x+y<6; (x,y)\} \\ J & := & \{x∈\{1,2,3\}, y∈\{3,4\}, x+y>4; (x,y)\} \\ K & := & \{x∈\{1,2,3,4\}, y∈\{1,2,3,4\}; (x,y)\} \\ L & := & \{x,y∈\{0,1,2,3,4\}; (x,y)\} \\ M & := & \{x,y∈\{0,1,2,3,4\}, y=3; (x,y)\} \\ N & := & \{x,y∈\{0,1,2,3,4\}, x=2; (x,y)\} \\ O & := & \{x,y∈\{0,1,2,3,4\}, x+y=3; (x,y)\} \\ P & := & \{x,y∈\{0,1,2,3,4\}, y=x; (x,y)\} \\ Q & := & \{x,y∈\{0,1,2,3,4\}, y=x+1; (x,y)\} \\ R & := & \{x,y∈\{0,1,2,3,4\}, y=2x; (x,y)\} \\ S & := & \{x,y∈\{0,1,2,3,4\}, y=2x+1; (x,y)\} \\ \end{array} $ \msk 3) Calcule e represente graficamente: $\begin{array}{rcl} A & := & \setofst{(x,0)}{x∈\{0,1,2,3\}} \\ B & := & \setofst{(x,x/2)}{x∈\{0,1,2,3\}} \\ C & := & \setofst{(x,x)}{x∈\{0,1,2,3\}} \\ D & := & \setofst{(x,2x)}{x∈\{0,1,2,3\}} \\ E & := & \setofst{(x,1)}{x∈\{0,1,2,3\}} \\ F & := & \setofst{(x,1+x/2)}{x∈\{0,1,2,3\}} \\ G & := & \setofst{(x,1+x)}{x∈\{0,1,2,3\}} \\ H & := & \setofst{(x,1+2x)}{x∈\{0,1,2,3\}} \\ I & := & \setofst{(x,2)}{x∈\{0,1,2,3\}} \\ J & := & \setofst{(x,2+x/2)}{x∈\{0,1,2,3\}} \\ K & := & \setofst{(x,2+x)}{x∈\{0,1,2,3\}} \\ L & := & \setofst{(x,2+2x)}{x∈\{0,1,2,3\}} \\ M & := & \setofst{(x,2)}{x∈\{0,1,2,3\}} \\ N & := & \setofst{(x,2-x/2)}{x∈\{0,1,2,3\}} \\ O & := & \setofst{(x,2-x)}{x∈\{0,1,2,3\}} \\ P & := & \setofst{(x,2-2x)}{x∈\{0,1,2,3\}} \\ \end{array} $ \newpage % ____ _ _ % | _ \ _ __ ___ __| | ___ __ _ _ __| |_ % | |_) | '__/ _ \ / _` | / __/ _` | '__| __| % | __/| | | (_) | (_| | | (_| (_| | | | |_ % |_| |_| \___/ \__,_| \___\__,_|_| \__| % % «comprehension-prod» (to ".comprehension-prod") % (gam171p 7 "comprehension-prod") \label{comprehension-prod} {\bf Produto cartesiano de conjuntos} \ssk $A×B:=\{a∈A,b∈B;(a,b)\}$ Exemplo: $\{1,2\}×\{3,4\} = \{(1,3),(1,4),(2,3),(2,4)\}$. \ssk Uma notação: $A^2 = A×A$. Exemplo: $\{3,4\}^2 = \{3,4\}×\{3,4\} = \{(3,3),(3,4),(4,3),(4,4)\}$. \msk Sejam: $A = \{1,2,4\}$, $B = \{2,3\}$, $C = \{2,3,4\}$. \msk {\bf Exercícios} \ssk 4) Calcule e represente graficamente: \begin{tabular}{lll} a) $A×A$ & d) $B×A$ & g) $C×A$ \\ b) $A×B$ & e) $B×B$ & h) $C×B$ \\ c) $A×C$ & f) $B×C$ & i) $C×C$ \\ \end{tabular} \msk 5) Calcule e represente graficamente: $\begin{array}{rcl} A &:=& \{x,y∈\{0,1,2,3\};(x,y)\} \\ B &:=& \{x,y∈\{0,1,2,3\}, y=2; (x,y)\} \\ C &:=& \{x,y∈\{0,1,2,3\}, x=1; (x,y)\} \\ D &:=& \{x,y∈\{0,1,2,3\}, y=x; (x,y)\} \\ E &:=& \{x,y∈\{0,1,2,3,4\}, y=2x; (x,y)\} \\ F &:=& \{(x,y)∈\{0,1,2,3,4\}^2, y=2x; (x,y)\} \\ G &:=& \{(x,y)∈\{0,1,2,3,4\}^2, y=x; (x,y)\} \\ H &:=& \{(x,y)∈\{0,1,2,3,4\}^2, y=x/2; (x,y)\} \\ I &:=& \{(x,y)∈\{0,1,2,3,4\}^2, y=x/2+1; (x,y)\} \\ J &:=& \setofst {(x,y)∈\{0,1,2,3,4\}^2} {y=2x} \\ K &:=& \setofst {(x,y)∈\{0,1,2,3,4\}^2} {y=x} \\ L &:=& \setofst {(x,y)∈\{0,1,2,3,4\}^2} {y=x/2} \\ M &:=& \setofst {(x,y)∈\{0,1,2,3,4\}^2} {y=x/2+1} \\ N &:=& \setofst {(x,y)∈\{1,2,3\}^2} {0x+0y=0} \\ O &:=& \setofst {(x,y)∈\{1,2,3\}^2} {0x+0y=2} \\ P &:=& \setofst {(x,y)∈\{1,2,3\}^2} {x≥y} \\ \end{array} $ \msk 6) Represente graficamente: $\begin{array}{rcl} J' &:=& \setofst {(x,y)∈\R^2} {y=2x} \\ K' &:=& \setofst {(x,y)∈\R^2} {y=x} \\ L' &:=& \setofst {(x,y)∈\R^2} {y=x/2} \\ M' &:=& \setofst {(x,y)∈\R^2} {y=x/2+1} \\ N' &:=& \setofst {(x,y)∈\R^2} {0x+0y=0} \\ O' &:=& \setofst {(x,y)∈\R^2} {0x+0y=2} \\ P' &:=& \setofst {(x,y)∈\R^2} {x≥y} \\ \end{array} $ \newpage % ____ _ _ _ % / ___| __ _| |__ __ _ _ __(_) |_ ___ % | | _ / _` | '_ \ / _` | '__| | __/ _ \ % | |_| | (_| | |_) | (_| | | | | || (_) | % \____|\__,_|_.__/ \__,_|_| |_|\__\___/ % % «comprehension-gab» (to ".comprehension-gab") % (gam171p 8 "comprehension-gab") % (to "picturedots") \label{comprehension-gab} {\bf Gabarito dos exercícios de set comprehensions} \ssk % \bhbox{$\picturedots(-1,-2)(5,5){ 3,1 3,2 3,3 }$} 1) $ A = B = C = \picturedots(0,0)(3,4){ 1,4 2,4 1,3 } \quad D = \picturedots(0,0)(3,4){ 1,4 2,4 1,3 2,3 } \quad E = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,3 1,2 2,1 3,0 } $ \bsk 2) $ A = \picturedots(0,0)(4,4){ 1,2 2,1 } \quad B = \picturedots(0,0)(4,4){ 1,2 2,1 3,0 } \quad C = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,3 1,2 2,1 3,0 } \quad D = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,3 .5,2.5 1,2 1.5,1.5 2,1 2.5,.5 3,0 } $ \msk $ \quad E = \picturedots(0,0)(4,4){ 1,3 2,3 3,3 1,4 2,4 3,4 } \quad F = \picturedots(0,0)(4,4){ 3,1 4,1 3,2 4,2 3,3 4,3 } \quad G = \picturedots(0,0)(4,4){ 1,3 2,3 3,3 1,4 2,4 3,4 } \quad H = \picturedots(0,0)(4,4){ 3,2 4,2 } \quad I = \picturedots(0,0)(4,4){ 1,3 2,3 1,4 } \quad J = \picturedots(0,0)(4,4){ 2,3 3,3 1,4 2,4 3,4 } $ \msk $ \quad K = \picturedots(0,0)(4,4){ 1,4 2,4 3,4 4,4 1,3 2,3 3,3 4,3 1,2 2,2 3,2 4,2 1,1 2,1 3,1 4,1 } \quad L = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,4 1,4 2,4 3,4 4,4 0,3 1,3 2,3 3,3 4,3 0,2 1,2 2,2 3,2 4,2 0,1 1,1 2,1 3,1 4,1 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 } \quad M = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,3 1,3 2,3 3,3 4,3 } \quad N = \picturedots(0,0)(4,4){ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 } \quad O = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,3 1,2 2,1 3,0 } \quad P = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,0 1,1 2,2 3,3 4,4 } $ \msk $ \quad Q = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,1 1,2 2,3 3,4 } \quad R = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,0 1,2 2,4 } \quad S = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,1 1,3 } $ \bsk 3) $ A = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,0 1,0 2,0 3,0 } \quad B = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,0 1,.5 2,1 3,1.5 } \quad C = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,0 1,1 2,2 3,3 } \quad D = \picturedots(0,0)(4,7){ 0,0 1,2 2,4 3,6 } $ $ \quad E = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,1 1,1 2,1 3,1 } \quad F = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,1 1,1.5 2,2 3,2.5 } \quad G = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,1 1,2 2,3 3,4 } \quad H = \picturedots(0,0)(4,7){ 0,1 1,3 2,5 3,7 } $ $ \quad I = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,2 1,2 2,2 3,2 } \quad J = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,2 1,2.5 2,3 3,3.5 } \quad K = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,2 1,3 2,4 3,5 } \quad L = \picturedots(0,0)(4,8){ 0,2 1,4 2,6 3,8 } $ $ \quad M = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,2 1,2 2,2 3,2 } \quad N = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,2 1,1.5 2,1 3,.5 } \quad O = \picturedots(0,-1)(4,4){ 0,2 1,1 2,0 3,-1 } \quad P = \picturedots(0,-5)(4,3){ 0,2 1,0 2,-2 3,-4 } $ \bsk 4) $ A×A = \picturedots(0,0)(4,4){ 1,1 2,1 4,1 1,2 2,2 4,2 1,4 2,4 4,4 } \quad B×A = \picturedots(0,0)(4,4){ 2,1 3,1 2,2 3,2 2,4 3,4 } \quad C×A = \picturedots(0,0)(4,4){ 2,1 3,1 4,1 2,2 3,2 4,2 2,4 3,4 4,4 } $ \msk $ \quad A×B = \picturedots(0,0)(4,4){ 1,2 2,2 4,2 1,3 2,3 4,3 } \quad B×B = \picturedots(0,0)(4,4){ 2,2 3,2 2,3 3,3 } \quad C×B = \picturedots(0,0)(4,4){ 2,2 3,2 4,2 2,3 3,3 4,3 } $ \msk $ \quad A×C = \picturedots(0,0)(4,4){ 1,2 2,2 4,2 1,3 2,3 4,3 1,4 2,4 4,4 } \quad B×C = \picturedots(0,0)(4,4){ 2,2 3,2 2,3 3,3 2,4 3,4 } \quad C×C = \picturedots(0,0)(4,4){ 2,2 3,2 4,2 2,3 3,3 4,3 2,4 3,4 4,4 } $ \bsk 5) $ A = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,3 1,3 2,3 3,3 0,2 1,2 2,2 3,2 0,1 1,1 2,1 3,1 0,0 1,0 2,0 3,0 } \quad B = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,2 1,2 2,2 3,2 } \quad C = \picturedots(0,0)(4,4){ 1,0 1,1 1,2 1,3 } \quad D = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,0 1,1 2,2 3,3 } \quad E = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,0 1,2 2,4 } $ \msk $ \quad F = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,0 1,2 2,4 } \quad G = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,0 1,1 2,2 3,3 4,4 } \quad H = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,0 2,1 4,2 } \quad I = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,1 2,2 4,3 } $ \msk $ \quad J = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,0 1,2 2,4 } \quad K = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,0 1,1 2,2 3,3 4,4 } \quad L = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,0 2,1 4,2 } \quad M = \picturedots(0,0)(4,4){ 0,1 2,2 4,3 } $ \msk $ \quad N = \picturedots(0,0)(4,4){ 1,3 2,3 3,3 1,2 2,2 3,2 1,1 2,1 3,1 } \quad O = \picturedots(0,0)(4,4){ } \quad P = \picturedots(0,0)(4,4){ 3,3 2,2 3,2 1,1 2,1 3,1 } $ \newpage % _ _ % _ __ ___ _ __ | |_ ___ ___ ___ __ _____| |_ ___ _ __ ___ ___ % | '_ \ / _ \| '_ \| __/ _ \/ __| / _ \ \ \ / / _ \ __/ _ \| '__/ _ \/ __| % | |_) | (_) | | | | || (_) \__ \ | __/ \ V / __/ || (_) | | | __/\__ \ % | .__/ \___/|_| |_|\__\___/|___/ \___| \_/ \___|\__\___/|_| \___||___/ % |_| % % «pontos-e-vetores» (to ".pontos-e-vetores") % (gam171p 9 "pontos-e-vetores") \label{pontos-e-vetores} {\bf Pontos e vetores} \ssk Se $a,b,c$ são números então $(a,b)$ é um ponto de $\R^2$, $\VEC{a,b}$ é um vetor em $\R^2$, $(a,b,c)$ é um ponto de $\R^3$, $\VEC{a,b,c}$ é um vetor em $\R^3$. \msk Por enquanto nós só vamos usar $\R^2$ -- a {\sl terceira parte do curso} vai ser sobre $\R^3$. \msk Se $A$ é um ponto (de $\R^2$) e $\vv$ é um vetor (em $\R^2$) então $A_1$, $A_2$, $\vv_1$, $\vv_2$ são números e $A=(A_1A_2)$, $\vv=\VEC{\vv_1,\vv_2}$ (as operações $(\_,\_)$, $\VEC{\_,\_}$, $\__1$, $\__2$ ``montam'' e ``desmontam'' pontos e vetores). \msk Operações com pontos e vetores (obs: $a,b,c,d,k∈\R$): \ssk % (gaq161 1) 1) $(a,b) + \VEC{c,d} = (a+c,b+d)$ 2) $\VEC{a,b} + \VEC{c,d} = \VEC{a+c,b+d}$ 3) $(a,b) - (c,d) = \VEC{a-c,b-d}$ 4) $(a,b) - \VEC{c,d} = (a-c,b-d)$ 5) $\VEC{a,b} - \VEC{c,d} = \VEC{a-c,b-d}$ 6) $k·\VEC{a,b} = \VEC{ka,kb}$ 7) $\VEC{a,b}·\VEC{c,d} = ac+bd$ \quad (!!!!) \ssk As outras operações dão erro. Por exemplo: $\VEC{a,b}+(c,d) = \erro$ $(a,b)+(c,d) = \erro$ $(a,b)·k = \erro$ \bsk {\bf Exercícios} \ssk \def\V(#1){\VEC{#1}} \def\und#1#2{\underbrace{#1}_{#2}} \def\unds#1#2#3{\und {#1} {\sm{ \text{[regra #2]} \\ #3 }} } % (find-es "tex" "boxedminipage") 6) Calcule: \begin{minipage}[t]{2.25in} a) $(2,3)+(\V(4,5)+\V(10,20))$ b) $((2,3)+\V(4,5))+\V(10,20)$ c) $4·((20,30)-(5,10))$ d) $\V(2,3)·\V(5,10)$ e) $\V(5,10)·\V(2,3)$ f) $(\V(2,3)·\V(5,10))·\V(10,100)$ g) $\V(2,3)·(\V(5,10)·\V(10,100))$ h) $(\V(5,10)·\V(10,100))·\V(2,3)$ i) $(\V(10,100)·\V(5,10))·\V(2,3)$ j) $(\V(10,100)·\V(2,3))·\V(5,10)$ \end{minipage} % \begin{minipage}[t]{2in} Obs: dois modos de resolver o 6a: (o segundo é o modo padrão) \msk a) $\unds {(2,3)+(\unds {\V(4,5)+\V(10,20)} 2 {=\;\V(14,25)} )} 1 {=\;(16,28)} $ \msk a) $\begin{array}[t]{l} (2,3)+(\V(4,5)+\V(10,20)) \\ = (2,3)+\V(14,25) \\ = (16,28) \\ \end{array} $ \end{minipage} \newpage % _ _ _ % _ __ _ __ ___ _ __ _ __(_) ___ __| | __ _ __| | ___ ___ % | '_ \| '__/ _ \| '_ \| '__| |/ _ \/ _` |/ _` |/ _` |/ _ \/ __| % | |_) | | | (_) | |_) | | | | __/ (_| | (_| | (_| | __/\__ \ % | .__/|_| \___/| .__/|_| |_|\___|\__,_|\__,_|\__,_|\___||___/ % |_| |_| % % «propriedades» (to ".propriedades") % (gam171p 10 "propriedades") \label{propriedades} {\bf Propriedades} \ssk Será que $\V(2,3)·\V(5,10) = \V(5,10)·\V(2,3)$ ``vale sempre''? Isto é, será que $\V(a,b)·\V(c,d) = \V(c,d)·\V(a,b)$ vale $∀a,b,c,d∈\R$? \ssk {\sl Que propriedades as operações sobre pontos e vetores obedecem?} \msk Podemos começar pelas propriedades com nomes famosos... \ssk $\begin{array}{ll} \text{Comutatividade:} & A·B=B·A \\ & A+B=B+A \\ & A-B=B-A \\ \text{Associatividade:} & (A·B)·C=A·(B·C) \\ & (A+B)+C=A+(B+C) \\ & (A-B)-C=A-(B-C) \\ \text{Distributividade:} & A·(B+C)=A·B+A·C \\ & A·(B-C)=A·B-A·C \\ & (A+B)·C=A·C+B·C \\ & (A-B)·C=A·C-B·C \\ \end{array} $ \msk {\bf Exercícios} 7) V/F/Justifique: C1) (\;\;) $(a,b)+\V(c,d) = \V(c,d)+(a,b)$ C2) (\;\;) $\V(a,b)+\V(c,d) = \V(c,d)+\V(a,b)$ C3) (\;\;) $(a,b)-(c,d) = (c,d)-(a,b)$ C4) (\;\;) $(a,b)-\V(c,d) = \V(c,d)-(a,b)$ C5) (\;\;) $\V(a,b)-\V(c,d) = \V(c,d)-\V(a,b)$ C6) (\;\;) $k·\V(a,b) = \V(a,b)·k$ C7) (\;\;) $\V(a,b)·\V(c,d) = \V(c,d)·\V(a,b)$ A11) (\;\;) $((a,b)+\V(c,d))+\V(d,e) = (a,b)+(\V(c,d)+\V(d,e))$ A12) (\;\;) $(\V(a,b)+\V(c,d))+\V(d,e) = \V(a,b)+(\V(c,d)+\V(d,e))$ D6) \, (\;\;) $(a+b)·\V(u_1,u_2) = a·\V(u_1,u_2) + b·\V(u_1,u_2)$ D62) (\;\;) $k·(\V(u_1,u_2)+\V(v_1,v_2)) = k·\V(u_1,u_2) + k·\V(v_1,v_2)$ \msk \newpage % _ _ _ ____ % _ __ _ __ ___ _ __ _ __(_) ___ __| | __ _ __| | ___ ___ |___ \ % | '_ \| '__/ _ \| '_ \| '__| |/ _ \/ _` |/ _` |/ _` |/ _ \/ __| __) | % | |_) | | | (_) | |_) | | | | __/ (_| | (_| | (_| | __/\__ \ / __/ % | .__/|_| \___/| .__/|_| |_|\___|\__,_|\__,_|\__,_|\___||___/ |_____| % |_| |_| % % «propriedades-2» (to ".propriedades-2") % (gam171p 11 "propriedades-2") \label{propriedades-2} {\bf Propriedades: como provar?} \ssk Quando a gente diz \msk \qquad \begin{tabular}{l} V/J/Justifique: \\ (\;\;) $(a,b)+\V(c,d) = \V(c,d)+(a,b)$ \\ \end{tabular} \msk Esta pergunta quer dizer: será que $(a,b)+\V(c,d) = \V(c,d)+(a,b)$ é verdade {\sl sempre}, isto é, $∀a,b,c,d∈\R$? Se a gente encontrar {\sl um caso} no qual $(a,b)+\V(c,d)$ e $\V(c,d)+(a,b)$ dão resultados diferentes, a gente sabe que a resposta é ``F''... ``$(a,b)+\V(c,d) = \V(c,d)+(a,b)$ é sempre verdade?'' ``Não''. \msk Por exemplo, se $a=2$, $b=3$, $c=4$, $d=5$, então $(a,b)+\V(c,d) = (2,3)+\V(4,5) = (6,8)$ e $\V(c,d)+(a,b) = \V(4,5)+(2,3) = \text{erro}$, portanto {\sl neste caso} temos $(a,b)+\V(c,d) ≠ \V(c,d)+(a,b)$. \msk Provar que uma afirmação do exercício 7 é ``F'' é fácil --- a justificative é um contra-exemplo. Provar que uma afirmação do exercício 7 é ``V'' é difícil... (dica: improvisem por enquanto, depois vamos ver um método de demonstrar esses ``V''s). \newpage % _ % _ __ ___| |_ __ _ ___ % | '__/ _ \ __/ _` / __| % | | | __/ || (_| \__ \ % |_| \___|\__\__,_|___/ % % «retas» (to ".retas") % (gam171p 12 "retas") \label{retas} {\bf Retas} \ssk {\bf Exercícios} \ssk % (find-LATEXfile "2016-1-GA-material.tex" "em sala em 16/dez/2015") 8) Represente graficamente as retas abaixo. Dica: encontre dois pontos de cada reta e marque-os no gráfico. Nas parametrizadas indique no gráfico os pontos associados a $t=0$ e $t=1$. $r_a = \setofxyst{ x+2y=0 }$ $r_b = \setofxyst{ x+2y=4 }$ $r_c = \setofxyst{ x+2y=2 }$ $r_d = \setofxyst{ 2x+3y=0 }$ $r_e = \setofxyst{ 2x+3y=6 }$ $r_f = \setofxyst{ 2x+3y=3 }$ $r_l = \setofxyst{ y=4 }$ $r_m = \setofxyst{ y=4+x }$ $r_n = \setofxyst{ y=4-2x }$ $r_g = \setofpt 3 -1 -1 1 $ $r_h = \setofpt 3 -1 -2 1 $ $r_i = \setofpt 3 -1 1 -1 $ $r_j = \setofpt 0 3 2 0 $ $r_k = \setofpt 2 0 0 1 $ $s_a = \setofxyst{ \V(x,y)·\V(1,2)=0 }$ $s_b = \setofxyst{ \V(x,y)·\V(1,2)=4 }$ $s_c = \setofxyst{ \V(x,y)·\V(1,2)=2 }$ $s_d = \setofxyst{ \V(x,y)·\V(2,3)=0 }$ $s_e = \setofxyst{ \V(x,y)·\V(2,3)=6 }$ $s_f = \setofxyst{ \V(x,y)·\V(2,3)=3 }$ $r'_l = \setofxyst{ 0x+1y=4 }$ $r'_m = \setofxyst{ (-1)x+1y=4 }$ $r'_n = \setofxyst{ 2x+1y=4 }$ $s_l = \setofxyst{ \V(x,y)·\V(0,1)=4 }$ $s_m = \setofxyst{ \V(x,y)·\V(-1,1)=4 }$ $s_n = \setofxyst{ \V(x,y)·\V(2,1)=4 }$ \newpage % _ __ % / \ _ __ __ __ _ _ __ __ _ / _| % / _ \ _| |\ \ / / / _` | '__/ _` | |_ % / ___ \_ _\ V / | (_| | | | (_| | _| % /_/ \_\|_| \_/ \__, |_| \__,_|_| % |___/ % «pontos-vetores-graf» (to ".pontos-vetores-graf") % (gam171p 13 "pontos-vetores-graf") % (gaq171 4 "20170329" "Representações gráficas de pontos e vetores") \label{pontos-vetores-graf} {\bf Pontos e vetores graficamente} \ssk (Ainda não digitei... isto foi a aula de 29/mar/2017) \newpage % ____ _ _ _ % | _ \ __ _ _ __ __ _ _ __ ___ ___| |_ _ __(_)______ _ __| | __ _ ___ % | |_) / _` | '__/ _` | '_ ` _ \ / _ \ __| '__| |_ / _` |/ _` |/ _` / __| % | __/ (_| | | | (_| | | | | | | __/ |_| | | |/ / (_| | (_| | (_| \__ \ % |_| \__,_|_| \__,_|_| |_| |_|\___|\__|_| |_/___\__,_|\__,_|\__,_|___/ % % «parametrizadas» (to ".parametrizadas") % (gam171p 14 "parametrizadas") % (gaap162 14 "parametrizadas") \label{parametrizadas} {\setlength{\parindent}{0em} {\bf Interseções de retas parametrizadas} \ssk %L r0, rv = v(2,3), v(1,1) %L s0, sw = v(2,3), v(2,-1) %L rt = function (t) return r0 + t*rv end %L su = function (u) return s0 + u*sw end \pu \def\rt#1{\expr{rt(#1):xy()}} \def\su#1{\expr{su(#1):xy()}} % \rt 0 \rt 1 \rt 2 % \su 0 \su 1 \su 2 Se $r = \setofpt 3 3 2 -1 $ e $s = \setofpu 4 1 -1 1 $, então $r$ e $s$ se intersectam no ponto $P=(1,4)$, que está associado a $t=-1$ (em $r$) e a $u=3$ (em $s$). Graficamente, \msk %L inter = v(1,4) %L r0, rv = v(3,3), v(2,-1) %L s0, sw = v(4,1), v(-1,1) \pu % (find-pgfmanualpage 44 "3.9 Adding Labels Next to Nodes") % (find-pgfmanualtext 44 "3.9 Adding Labels Next to Nodes") $\tikzp{[scale=0.5,auto] \mygrid (-1,-1) (7,5); \draw[mycurve] \rt{-2} -- \rt{5}; \draw[mycurve] \su{-2} -- \su{5}; \node [cldot] at \rt{0} [label=60:${t{=}0}$] {}; \node [cldot] at \rt{1} [label=60:${t{=}1}$] {}; \node [cldot] at \su{0} [label=200:${u{=}0}$] {}; \node [cldot] at \su{1} [label=200:${u{=}1}$] {}; \node [cldot] at \su{3} [label=60:$P$] {}; } $ \msk Algebricamente, podemos convencer alguém do nosso resultado assim: $(1,4) = (3,3)+(-1)\VEC{2,-1} ∈ r$, $(1,4) = (4,1)+3\VEC{-1,1} ∈ s$, $(1,4) ∈ r∩s$. \ssk Repare que poderíamos ter encontrado $(x,y)=P∈r∩s$ usando um sistema: $(x,y) = (3+2t, 3-t)$ $(x,y) = (4-u, 1+u)$ Primeiro encontramos $t$ e $u$ tais que $(3+2t, 3-t) = (4-u, 1+u)$, depois encontramos $(x,y) = (3+2t, 3-t) = (4-u, 1+u)$. \msk {\bf Exercício} \ssk 14) Em cada um dos casos abaixo represente graficamente $r$ e $s$, encontre $P∈r∩s$, e verifique algebricamente que o seu $P$ está certo. a) $r = \setofpt 1 0 0 3 $, $s = \setofpu 0 4 2 0 $ b) $r = \setofpt 1 0 3 1 $, $s = \setofpu 0 2 2 3 $ c) $r = \setofet{ (1+3t,t) }$, $s = \setofeu{ (2u,2+3u) } $ d) $r = \setofpt 0 3 2 -1 $, $s = \setofpu 1 0 1 3 $ \ssk Obs: no (d) o olhômetro não basta, você vai precisar resolver um sistema. } \newpage % _____ __ __ % | ___| / / __ __ _ _ \ \ % | |_ | | \ \/ / | | | | | | % | _| | | > < _ | |_| | | | % |_| | | /_/\_( ) \__, | | | % \_\ |/ |___/ /_/ % % «Fxy» (to ".Fxy") % (gam171p 15 "Fxy") % (find-LATEX "2016-2-C2-integral.tex" "pict2e") % (find-LATEX "edrxgac2.tex" "pict2e") \label{Fxy} {\bf Visualizando $F(x,y)$} \ssk \unitlength=8pt \celllower=3pt \def\cellfont{\scriptsize} Um bom modo de começar a entender visualmente o comportamento de uma função $F(x,y):\R^2→\R$ é fazendo diagramas como os abaixo, em que a gente escreve sobre cada ponto $(x,y)$ o valor de $F(x,y)$ naquele ponto... por exemplo, se $F(x,y)=x^2+y^2$ então $F(3,4)=9+16=25$, e a gente escreve ``25'' no ponto $(3,4)$. Exemplos: \msk $\sm{F(x,y)\\\;\;\;\;=\,x} ⇒ \pictureFxy(-1,-2)(5,2){x} \quad \sm{F(x,y)\\\;\;\;\;=\,y} ⇒ \pictureFxy(-1,-2)(5,2){y} \quad \sm{F(x,y)\\=\,x+y} ⇒ \pictureFxy(-1,-2)(5,2){x+y} $ \msk \noindent Repare que dá pra usar o diagrama de $F(x,y)=x+y$ pra ver onde $x+y=0$, onde $x+y=3$, etc. \msk {\bf Exercícios} \ssk 9) Faça diagramas como os acima para as funções: a) $F(x,y) = \V(x,y)·\V(2,3)$ b) $F(x,y) = \V(x,y)·\V(3,1)$ c) $F(x,y) = \V(x,y)·\V(2,-1)$ d) $F(x,y) = x^2+y^2$ \qquad ($x,y∈\{-5,-4,\ldots,5\}^2$) e) $F(x,y) = x^2-y$ f) $F(x,y) = y^2-x$ g) $F(x,y) = xy$ \msk 10) Use os diagramas do exercício anterior para esboçar os conjuntos abaixo (que vão ser retas ou curvas): a0) $\setofxyst{ \V(x,y)·\V(2,3)=0 }$ a2) $\setofxyst{ \V(x,y)·\V(2,3)=2 }$ a4) $\setofxyst{ \V(x,y)·\V(2,3)=4 }$ a-2) $\setofxyst{ \V(x,y)·\V(2,3)=-2 }$ b0) $\setofxyst{ \V(x,y)·\V(3,1)=0 }$ b3) $\setofxyst{ \V(x,y)·\V(3,1)=3 }$ b6) $\setofxyst{ \V(x,y)·\V(3,1)=6 }$ % b-3) $\setofxyst{ \V(x,y)·\V(3,1)=-3 }$ c0) $\setofxyst{ \V(x,y)·\V(2,-1)=0 }$ c2) $\setofxyst{ \V(x,y)·\V(2,-1)=2 }$ c4) $\setofxyst{ \V(x,y)·\V(2,-1)=4 }$ % c-2) $\setofxyst{ \V(x,y)·\V(2,-1)=-2 }$ d25) $\setofxyst{ x^2+y^2=25 }$ d4) $\setofxyst{ x^2+y^2=4 }$ d1) $\setofxyst{ x^2+y^2=1 }$ d0) $\setofxyst{ x^2+y^2=0 }$ e0) $\setofxyst{ x^2-y=0 }$ e1) $\setofxyst{ x^2-y=1 }$ f0) $\setofxyst{ y^2-x=0 }$ f1) $\setofxyst{ y^2-x=1 }$ g0) $\setofxyst{ xy=0 }$ % g4) $\setofxyst{ xy=4 }$ \newpage % ___ % / _ \ _ _ __ __ % | | | | | | | | \ \ / / % | |_| | | |_| |_ \ V / % \___( ) \__,_( ) \_/ % |/ |/ % % «coordenadas» (to ".coordenadas") % (gam171p 16 "coordenadas") % (gaap162 11 "coordenadas") \label{coordenadas} {\setlength{\parindent}{0em} {\bf Sistemas de coordenadas} \ssk Em cada uma das figuras abaixo vamos definir o sistema de coordenadas $Σ$ por: $Σ=(O,\uu,\vv)$, $(a,b)_Σ = O+a\uu+b\vv$. \msk {\bf Exercício} \ssk 11) Sejam: $B = (1,3)_Σ$, \phantom{$E = (2,2)_Σ$} $C = (3,3)_Σ$, $D = (1,2)_Σ$, $E = (2,2)_Σ$, $A = (1,1)_Σ$. Em cada um dos casos abaixo desenhe a figura formada pelos pontos $A$, $B$, $C$, $D$ e $E$ e pelos segmentos de reta $\overline{AB}$, $\overline{BC}$ e $\overline{DE}$. (O item (a) já está feito.) } \msk { \unitlength=12pt \def\closeddot{\circle*{0.4}} \def\cellfont{\scriptsize} \def\cellfont{} a) $\vcenter{\hbox{% \beginpicture(-1,-1)(11,9)% \eval{O,uu,vv = v(3,1), v(2,1), v(-1,1)} \pictOuv(0.5, 0.7) \pictABCDE(180, 180, 0, 180, 0) \end{picture}% }} $ % \quad % b) $\vcenter{\hbox{% \beginpicture(-1,-1)(6,6) \eval{O, uu, vv = v(2, 2), v(1, 0), v(0, 1)} \pictOuv(0.5, 0.7) \end{picture}% }} $ c) $\unitlength=10pt \vcenter{\hbox{% \beginpicture(-6,-1)(3,6) \eval{O, uu, vv = v(-5, 1), v(2, 0), v(0, 1)} \pictOuv(0.5, 0.7) \end{picture}% }} $ % \quad % d) $\unitlength=10pt \vcenter{\hbox{% \beginpicture(-1,-1)(5,9) \eval{O, uu, vv = v(1, 1), v(1, 0), v(0, 2)} \pictOuv(0.5, 0.7) \end{picture}% }} $ % \quad % e) $\vcenter{\hbox{% \beginpicture(-1,-1)(6,6) \eval{O, uu, vv = v(2, 2), v(0, 1), v(1, 0)} \pictOuv(-0.5, 0.7) \end{picture}% }} $ f) $\unitlength=10pt \vcenter{\hbox{% \beginpicture(-8,-4)(6,8) \eval{O, uu, vv = v(4, 4), v(-2, 1), v(-1, -2)} \pictOuv(0.5, 0.7) \end{picture}% }} $ % \quad % g) $\vcenter{\hbox{% \beginpicture(-4,-1)(5,6) \eval{O, uu, vv = v(-3, 1), v(1, 0), v(1, 1)} \pictOuv(0.5, 0.7) \end{picture}% }} $ } \newpage % ___ _ % / _ \ _ __ _ _ _ _ | |____ __ % | | | |_| |_ / _` | | | |_| |_| '_ \ \ / / % | |_| |_ _| (_| | |_| |_ _| |_) \ V / % \___/ |_| \__,_|\__,_| |_| |_.__/ \_/ % % «O+au+bv» (to ".O+au+bv") % (gam171p 17 "O+au+bv") % (find-angg ".emacs.papers" "delgado") % (gaq171 6 "20170403" "Coordenadas") \label{O+au+bv} {\bf Resolvendo $O+a\uu+b\vv = P$ (visualmente)} \ssk Vários livros, como por exemplo o do CEDERJ, preferem trabalhar com figuras nas quais os eixos e as coordenadas não estão indicados... vamos ver como conectar a nossa abordagem com a deles. Lembre que um vetor $\vv$ pode ser desenhado em qualquer lugar do plano, mas que todas as representações de $\vv$ vão ter o mesmo {\sl comprimento}, {\sl direção} e {\sl sentido}, e que quando queremos representar graficamente $A+\vv$ nós desenhamos $\vv$ como um deslocamento que vai do ponto $A$ para outro ponto --- a cauda do $\vv$ toca no ponto $A$. \msk Exercícios: 1) Sejam $A=(1,1)$, $\uu=(-2,2)$, $\vv=(1,2)$. a) Represente $A+\uu$ e $A+\vv$ no plano. b) Faça uma cópia desses $A+\uu$ e $A+\vv$ em outro lugar do papel, agora sem desenhar os eixos, e desenhe {\sl no olho} $(A+\uu)+\uu$, $(A+\vv)+\vv$, $(A+\uu)+\vv$, $(A+\vv)+\uu$, $A+(\uu+\vv)$. Indique ao lado de cada ponto quem ele é, e faça o mesmo para cada seta. c) Faça uma cópia dos seus $A+\uu$ e $A+\vv$ em outro lugar do papel sem desenhar os eixos e represente graficamente $A+3\uu$, $A-2\vv$, $(A+3\uu)-2\vv$, $(A-2\vv)+3\uu$ (o ``paralelogramo gerado por $A$, $3\uu$ e $-2\vv$). d) Seja $B=A+2\uu$. Represente graficamente $B+t\vv$ para $t=0$, $t=1$, $t=2$ e $r=\setofst{B+t\vv}{t\R}$. \msk 2) Sejam $A=(0,2)$, $\uu=(1,1)$, $\vv=(2,-1)$, $P=(4,5)$. a) Represente graficamente $A+\uu$, $A+\vv$ e $P$ num gráfico com eixos e depois copie esses $A+\uu$, $A+\vv$ e $P$ para uma parte do papel sem eixos. b) Represente graficamente: $\setofst{A+t\uu}{t∈\R}$ (e escreva ``$A+t\uu$'' do lado dessa reta), $\setofst{A+t(-\uu)}{t∈\R}$ (``$A+t(-\uu)$''), $\setofst{A+t\vv}{t∈\R}$ (``$A+t\vv$''), $\setofst{P-t\uu}{t∈\R}$, $\setofst{P+t\vv}{t∈\R}$. \msk 3) Os livros às vezes usam notações mais compactas que as nossas para retas, como ``$r: A+t\uu$'' e ``a reta $A+t\uu$''... nós evitamos essas notações até agora porque elas às vezes são ambíguas, mas vamos vê-las em detalhes depois. a) Sejam $O=(2,0)$, $\uu=(1,1)$, $\vv=(-1,1)$, $P=(3,5)$, $Q=(-2,0)$. Represente-os num gráfico sem eixos. b) Represente graficamente as retas: $r:O+t\uu$, $s:O+t\vv$, $r':P+t\uu$, $s':P+t\vv$, $r''':Q+t\uu$, $s''':Q+t\vv$. c) Sejam $A=r∩s'$, $B=s∩r'$, $C=r∩s''$, $D=s∩r''$. Represente-os graficamente. (Repare que $OAPB$ é um paralelogramo, e que $ACQD$ também). d) Existe um $a∈\R$ tal que $A=O+a\uu$. Quanto vale $a$? Estime no olho. e) Faça o mesmo para $B=O+b\vv$. Quanto vale $b$? f) Faça o mesmo para $C=O+c\uu$. Quanto vale $c$? g) Faça o mesmo para $D=O+d\vv$. Quanto vale $d$? \newpage % ___ _ ________ % / _ \ _ __ _ _ _ _ | |____ __ / /___ \ \ % | | | |_| |_ / _` | | | |_| |_| '_ \ \ / / | | __) | | % | |_| |_ _| (_| | |_| |_ _| |_) \ V / | | / __/| | % \___/ |_| \__,_|\__,_| |_| |_.__/ \_/ | ||_____| | % \_\ /_/ % % «O+au+bv-2» (to ".O+au+bv") % (gam171p 17 "O+au+bv-2") % (find-angg ".emacs.papers" "delgado") % (gaq171 6 "20170403" "Coordenadas") \label{O+au+bv-2} {\bf Resolvendo $O+a\uu+b\vv = P$ (visualmente, 2)} \ssk Mais exercícios: \ssk 4) Sejam $O=(2,0)$, $\uu=(1,1)$, $\vv=(1,0)$, $P=(3,5)$, $Q=(-2,0)$. Represente-os num gráfico sem eixos. a) Represente graficamente o paralelogramo que tem lados paralelos a $\uu$ e $\vv$ e que tem $O$ e $P$ como dois dos seus vértices ($O$ e $P$ vão ser ``vértices opostos'' do paralelogramo). b) Escreva ``$O+a\uu$'' e ``$O+b\vv$'' nos outros vértices do parelelogramo. Note que nós {\sl ainda não sabemos os valores de $a$ e $b$}! c) Represente graficamente $O+a\uu$ e $O+b\vv$; lembre que isto quer dizer que vamos desenhar uma seta indo do ponto $O$ para o ponto $O+a\uu$ e escrever ``$a\uu$'' do lado dela, e fazer algo similar para $O+b\vv$. d) Represente graficamente $(O+a\uu)+b\vv$ e $(O+b\vv)+a\uu$. e) Estime no olho, comparando os vetores $\uu$ e $a\uu$, quanto vale $a$. Escreva $a \approx \text{(valor)}$ à direita do diagrama todo. f) Estime no olho, comparando os vetores $\vv$ e $b\vv$, quanto vale $b$. Escreva $b \approx \text{(valor)}$ à direita do diagrama todo. g) Faça o mesmo para o ponto $Q$: use-o para traçar um paralelogramo de vértices $O$, $O+c\uu$, $Q$, $O+d\vv$. Estime no olho $c$ e $d$ e escreva ``$c \approx \text{(valor)}$'' e ``$d \approx \text{(valor)}$'' à direita do diagrama todo. \msk 5) Sejam $O=(2,0)$, $\uu=(1,1)$, $\vv=(1,-1)$, $P=(3,5)$, $Q=(-2,0)$. Represente-os num gráfico sem eixos. Vamos fazer algo como no item anterior, mas agora usando a notação $(a,b)_Σ = O+a\uu+b\vv$. Escreva ``$=(a,b)_Σ$'' ao lado do ponto $P$, ``$=(c,d)_Σ$'' ao lado do ponto $Q$, e ``$=(0,0)_Σ$'' ao lado do ponto $O$. (...) \newpage % ____ _ _ % / ___|(_)___| |_ ___ _ __ ___ __ _ ___ % \___ \| / __| __/ _ \ '_ ` _ \ / _` / __| % ___) | \__ \ || __/ | | | | | (_| \__ \ % |____/|_|___/\__\___|_| |_| |_|\__,_|___/ % % «sistemas» (to ".sistemas") % (gam171p 17 "sistemas") % (gaap162 12 "sistemas") \label{sistemas} {\setlength{\parindent}{0em} {\bf Sistemas de equações e} {\bf sistemas de coordenadas} \ssk %L p = function (a, b) return O + a*uu + b*vv end \begin{minipage}[t]{2.5in} No item (f) da página anterior temos: \ssk $\unitlength=8pt \def\cellfont{} \def\cellfont{\footnotesize} \vcenter{\hbox{% \beginpicture(-8,-4)(6,8) \eval{O, uu, vv = v(4, 4), v(-2, 1), v(-1, -2)} \pictOuv(0.5, 0.7) \end{picture}% }} \quad {\footnotesize \begin{array}{l} O = (4,4) \\ \uu = \V(-2,1) \\ \vv = \V(-1,-2) \\ \end{array} } $ % \ssk $(a,b)_Σ = (4,4) + a\V(-2,1) + b\V(-1,-2)$ $(a,b)_Σ = (4-2a-b, 4+a-2b) \quad\; (*)$ \ssk $\begin{array}[t]{rcl} (a,b)_Σ &=& (x,y) \\\hline %---------------- (0,0)_Σ &=& (4,4) \\ (1,0)_Σ &=& (2,5) \\ (0,1)_Σ &=& (3,2) \\ A=(1,1)_Σ &=& ?_a \\ B=(1,3)_Σ &=& ?_b \\ C=(3,3)_Σ &=& ?_c \\ D=(1,2)_Σ &=& ?_d \\ E=(2,2)_Σ &=& ?_e \\ ?_f &=& (0,6) \\ ?_g &=& (-1,4) \\ ?_h &=& (5,1) \\ ?_i &=& (1,2) \\ ?_j &=& (1,1) \\ ?_k &=& (2,1) \\ \end{array} % $ \ssk Os itens (a) até (h) acima (``$?_a$'' a ``$?_h$'') são fáceis de resolver ``no olhômetro'' usando o gráfico, e é fácil conferir os resultados algebricamente usando a fórmula $(*)$. \msk No item (i) dá pra ver pelo gráfico que os valores de $a$ e $b$ em $(a,b)_Σ = (1,2)$ vão ser fracionários e difíceis de chutar -- mas podemos obtê-los {\sl algebricamente}, resolvendo um {\sl sistema de equações}. \end{minipage} % \qquad % \begin{minipage}[t]{2.25in} \begin{boxedminipage}[t]{2.25in} \footnotesize Solução do ``$?_i$'': \ssk $\begin{array}{rcl} (a,b)_Σ &=& (1,2) \\ (4-2a-b, 4+a-2b) &=& (1,2) \\ 4-2a-b &=& 1 \\ 4+a-2b &=& 2 \\ -2a-b &=& -3 \\ a-2b &=& -2 \\ -2a+3 &=& b \\ a &=& -2+2b \\ -2(-2+2b)+3 &=& \color{red}{b} \\ 4-4b+3 &=& b \\ 7 &=& 5b \\ b &=& \frac 7 5 \\ a &=& -2 + 2 \frac 7 5 \\ &=& \frac{-10}{5} + \frac{14}{5} \\ &=& \frac{4}{5} \\ (\frac{4}{5}, \frac{7}{5})_Σ &=& (1,2) \\ \end{array} % $ \end{boxedminipage} \bsk \begin{boxedminipage}[t]{2.25in} \footnotesize Uma generalização: \ssk $\begin{array}{rcl} (a,b)_Σ &=& (x,y) \\ (4-2a-b, 4+a-2b) &=& (x,y) \\ 4-2a-b &=& x \\ 4+a-2b &=& y \\ 4-2a-x &=& b \\ \end{array} $ \ssk $\begin{array}{rcl} a &=& y+2b-4 \\ &=& y+2(4-2a-x)-4 \\ &=& y+8-4a-2x-4 \\ &=& y-2x+4-4a \\ 5a &=& y-2x+4 \\ a &=& (y-2x+4)/5 \\ &=& \frac15 y - \frac25 x + \frac45 \\ &=& \frac45 - \frac25 x + \frac15 y \\ % b &=& 4-2(\frac15 y - \frac25 x + \frac45)-x \\ b &=& 4-2(\frac45 - \frac25 x + \frac15 y)-x \\ &=& \frac{20}5 - \frac85 + \frac45 x - \frac25 y -\frac55 x \\ &=& \frac{12}5 - \frac15 x - \frac25 y \\ \end{array} % $ \ssk $(\frac45 - \frac25 x + \frac15y, \frac{12}5 - \frac15 x - \frac25 y)_Σ = (x,y) $ \ssk Vamos chamar a fórmula acima de $(**)$. \end{boxedminipage} \end{minipage} \bsk {\bf Exercícios} 12a) Resolva ``$?_j$'' pelo sistema. 12b) Resolva ``$?_k$'' pelo sistema. 12c) Verifique que as suas soluções de ``$?_a$'' até ``$?_k$'' obedecem $(*)$ e $(**)$. 12d) Resolva ``$?_j$'' e ``$?_k$'' por $(**)$. } \newpage % ____ _ _ ____ % / ___|(_)___| |_ ___ _ __ ___ __ _ ___ |___ \ % \___ \| / __| __/ _ \ '_ ` _ \ / _` / __| __) | % ___) | \__ \ || __/ | | | | | (_| \__ \ / __/ % |____/|_|___/\__\___|_| |_| |_|\__,_|___/ |_____| % % «sistemas-2» (to ".sistemas-2") % (gam171p 18 "sistemas-2") % (gaap162 13 "sistemas-2") \label{sistemas-2} {\setlength{\parindent}{0em} {\bf Sistemas de equações e} {\bf sistemas de coordenadas (2)} \ssk Um outro modo de organizar os problemas da página anterior é o seguinte. Temos as equações $[x]$, $[y]$, $[a]$, $[b]$ abaixo, \ssk $\begin{array}{crcl} {}[x] & x &=& 4-2a-b \\ {}[y] & y &=& 4+a-2b \\ {}[a] & a &=& \frac45 -\frac25 x + \frac15 y \\ {}[b] & b &=& \frac{12}5 -\frac15 x - \frac25 y \\ \end{array} $ \ssk e queremos preencher a tabela abaixo de tal forma que em cada linha as equações $[x]$, $[y]$, $[a]$, $[b]$ sejam obedecidas: $\begin{array}{rrrr} a & b & x & y \\\hline %---------------- 0 & 0 & 4 & 4 \\ 1 & 0 & 2 & 5 \\ 0 & 1 & 3 & 2 \\ 1 & 1 & · & · \\ 1 & 3 & · & · \\ 3 & 3 & · & · \\ 1 & 2 & · & · \\ 2 & 2 & · & · \\ · & · & 0 & 6 \\ · & · &-1 & 4 \\ · & · & 5 & 1 \\ · & · & 1 & 2 \\ · & · & 1 & 1 \\ · & · & 2 & 1 \\ \end{array} % $ \msk Note que: 1) quando as lacunas são em $x$ e $y$ é mais rápido usar as equações $[x]$ e $[y]$, 2) quando as lacunas são em $a$ e $b$ é mais rápido usar as equações $[a]$ e $[b]$, 3) as equações $[a]$ e $[b]$ são {\sl consequências} das $[x]$ e $[y]$, 4) $[x]$ e $[y]$ são consequências de $(a,b)_Σ = (4-2a-b, 4+a-2b) = (x,y)$, 5) $\psm{x\\ y\\} = \psm{4-2a-b\\ 4+a-2b\\} = \psm{4\\ 4\\} + \psm{-2a-b\\ a-2b\\} = \psm{4\\ 4\\} + \psm{-2 & -1\\ 1 & -2\\} \psm{a\\ b\\} $ 6) $\psm{x\\ y\\} = \psm{O_1 +au_1 +bv_1 \\ O_2 + au_2 + bv_2\\} = \psm{O_1\\ O_2\\} + \psm{u_1 & v_1\\ u_2 & v_2\\} \psm{a\\ b\\} $ \msk {\bf Exercícios} \ssk 13a) No item (g) duas páginas atrás temos $O=(-3,1)$, $\uu=\V(1,0)$, $\vv=\V(1,1)$, $(a,b)_Σ = (-3+a+b, 1+b)$. Obtenha as equações $[x]$, $[y]$, $[a]$, $[b]$ para este caso. 13b) Faça o mesmo para o item (a), onde $O=(3,1)$, $\uu=\V(2,1)$, $\vv=\V(-1,1)$. } \newpage % ____ _ _ _____ % / ___|(_)___| |_ ___ _ __ ___ __ _ ___ |___ / % \___ \| / __| __/ _ \ '_ ` _ \ / _` / __| |_ \ % ___) | \__ \ || __/ | | | | | (_| \__ \ ___) | % |____/|_|___/\__\___|_| |_| |_|\__,_|___/ |____/ % % «sistemas-3» (to ".sistemas-3") % (gam171p 19 "sistemas-3") % (gaap162 15 "sistemas-3") \label{sistemas-3} {\bf Sistemas de corrdenadas (3)} \def\xx{\vec x} \def\yy{\vec y} \def\aa{\vec a} \def\bb{\vec b} \def\cc{\vec c} \def\dd{\vec d} \def\ee{\vec e} \def\ff{\vec f} \def\gg{\vec g} \def\hh{\vec h} \ssk Há muitas notações possíveis para lidar com situações em que temos vários sistemas de coordenadas ao mesmo tempo -- vamos ver {\sl uma} delas. Vamos ter: $\bullet$ as coordenadas $x,y$ e os eixos $x$ e $y$, $\bullet$ as coordenadas $a,b$ e os eixos $a$ e $b$, $\bullet$ as coordenadas $c,d$ e os eixos $d$ e $d$, $\bullet$ as coordenadas $e,f$ e os eixos $e$ e $f$, \noindent e além disso vamos ter as origens $O_{xy}$, $O_{ab}$, $O_{cd}$, $O_{ef}$ de cada um dos sistemas de coordenadas e os vetores $\xx$, $\yy$, $\aa$, $\bb$, $\cc$, $\dd$, $\ee$, $\ff$. \msk Um exemplo concreto: $\unitlength=15pt \def\closeddot{\circle*{0.2}} \def\cellfont{\scriptsize} \def\cellfont{} \vcenter{\hbox{% \beginpicture(-1,-2)(6,6)% \pictgrid% \pictaxes% {\linethickness{1.0pt} \expr{pictOOuuvv(v(0,0), v(1,0), v(0,1), "!;!;O_{xy}", "!xx", "!yy", 0.5, 0.7)} \expr{pictOOuuvv(v(2,-1), v(1,0), v(0,1), "!;!;O_{ab}", "!aa", "!bb", 0.5, 0.7)} \expr{pictOOuuvv(v(5,5), v(-2,0), v(0,-2), "!;!;O_{cd}", "!cc", "!dd", 0.5, 0.5)} \expr{pictOOuuvv(v(1,5), v(-1,-1), v(1,-1), "!;!;O_{ef}", "!ee", "!ff", 0.5, 0.5)} } \put(1,1){\closeddot} \put(3,1){\closeddot} \put(5,1){\closeddot} \put(1,3){\closeddot} \put(3,3){\closeddot} \end{picture}% }}% % \qquad % \begin{array}{l} \begin{array}{lll} O_{xy}=(0,0) & \xx=\V(1,0) & \yy=\V(0,1) \\ O_{ab}=(2,-1) & \aa=\V(1,0) & \bb=\V(0,1) \\ O_{cd}=(5,5) & \cc=\V(-2,0) & \dd=\V(0,-2) \\ O_{ef}=(1,5) & \ee=\V(-1,-1) & \ff=\V(1,-1) \\ \end{array} % \\[5pt] \\ % \begin{array}{lllll} (x,y)_{xy} & = & O_{xy} + x\xx + y\yy & = & (x,y) \\ (a,b)_{ab} & = & O_{ab} + a\aa + b\bb & = & (a+2,b-1) \\ (c,d)_{cd} & = & O_{cd} + c\cc + d\dd \\ (e,f)_{ef} & = & O_{ef} + e\ee + f\ff \\ \end{array} \end{array} $ \bsk Um ponto $P$ do plano tem coordenadas $P_x$ e $P_y$ no sistema $x,y$, coordenadas $P_a$ e $P_b$ no sistema $a,b$, e assim por diante, e em situações em que estamos falando das coordenadas de um ponto só -- como nos problemas das páginas 13 e 14 -- nós vamos nos referir às coordenadas deste ponto como $x$, $y$, ..., $e$, $f$. Usando as definições de $(\_,\_)_{xy}$, $(\_,\_)_{ab}$, $(\_,\_)_{cd}$, $(\_,\_)_{ef}$ acima temos: \msk $(P_x,P_y)_{xy} = (P_a,P_b)_{ab} = (P_c,P_d)_{cd} = (P_e,P_f)_{ef}$ $(x,y)_{xy} = (a,b)_{ab} = (c,d)_{cd} = (e,f)_{ef}$ \bsk {\bf Exercícios} \ssk 15a) Complete, usando o diagrama acima e olhômetro: $\begin{array}{cllll} \text{ponto} & (\_,\_)_{xy} & (\_,\_)_{ab} & (\_,\_)_{cd} & (\_,\_)_{ef} \\\hline P & (1,1)_{xy} & (-1,2)_{ab} & (2,2)_{cd} & \\ Q & (3,1)_{xy} & (1,2)_{ab} & (1,2)_{cd} & (1,3)_{ef} \\ R & (5,1)_{xy} \\ S & (1,3)_{xy} \\ T & (3,3)_{xy} \\ \end{array} $ \ssk 15b) Calcule as seguintes distâncias {\sl em cada sistema de coordenadas:} $d(P,Q)$, $d(P,R)$, $d(P,S)$, $d(S,T)$, $d(P,T)$. Dica: $d_{ef}(Q,R) = \sqrt{(R_e-Q_e)^2 + (R_f-Q_f)^2}$. 15c) Calcule os seguintes vetores em cada sistema de coordenadas: $\Vec{PP}$, $\Vec{PQ}$, $\Vec{PR}$, $\Vec{PS}$, $\Vec{PT}$. Dica: $(\Vec{PQ})_{ef} = \Vec{(Q_e-P_e,Q_f-P_f)}_{ef}$. \newpage % ____ _ _ _____ % / ___|(_)___| |_ ___ _ __ ___ __ _ ___ |___ / _____ __ % \___ \| / __| __/ _ \ '_ ` _ \ / _` / __| |_ \ / _ \ \/ / % ___) | \__ \ || __/ | | | | | (_| \__ \ ___) | __/> < % |____/|_|___/\__\___|_| |_| |_|\__,_|___/ |____/ \___/_/\_\ % % «sistemas-3-exercs» (to ".sistemas-3-exercs") % (gam171p 20 "sistemas-3-exercs") % (gaap162 16 "sistemas-3-exercs") \label{sistemas-3-exercs} (Exercícios, cont.) \ssk 15d) Calcule os seguintes produtos escalares em cada sistema de coordenadas: $\Vec{PQ}·\Vec{PS}$ e $\Vec{PQ}·\Vec{PT}$. Dica: $\V(α,β)_{ef} ·_{ef} \V(γ,δ)_{ef} = αγ+βδ$. 15e) Verifique em cada um dos sistemas de coordenadas se estas afirmações são verdadeiras: $\Vec{PQ}⊥\Vec{PS}$, $\Vec{PQ}⊥\Vec{PT}$. Dica: $\uu_{ef} ⊥_{ef} \vv_{ef}$ se e só se $\uu_{ef} ·_{ef} \vv_{ef} = 0$. \ssk 15f) Leia as páginas 9-14 e 16-19 do livro do CEDERJ. Note que ele não começa usando coordenadas desde o início como a gente fez... ele começa supondo que os pontos já estão desenhados num papel, e só quando se estabelece um sistema de coordenadas esses pontos passam a ter coordenadas. 15g) Leia as páginas 16-17 do Reis/Silva. \bsk \bsk {\bf Coordenadas ``tortas''} \ssk Em todos os sistemas de coordenadas da página anterior os dois vetores da ``base'' têm o mesmo comprimento e são (geometricamente) ortogonais um ao outro... mas quando definimos precisamente ``ortogonalidade'' no curso nós usamos uma definição {\sl algébrica}, isto é, uma {\sl conta}: $\uu⊥\vv$ é verdade se e só se $\uu·\vv=0$ -- e nós vimos no exercício 15d que o resultado de $\uu·\vv=0$ depende do sistema de coordenadas... Quando usamos coordenadas ``tortas'', como no sistema $O_{gh}$, $\gg$, $\hh$ abaixo, a noção de ortogonalidade {\sl pode} mudar. $\unitlength=15pt \def\closeddot{\circle*{0.2}} \def\cellfont{\scriptsize} \def\cellfont{} \vcenter{\hbox{% \beginpicture(-1,-2)(6,6)% \pictgrid% \pictaxes% {\linethickness{1.0pt} \expr{pictOOuuvv(v(0,0), v(1,0), v(0,1), "!;!;O_{xy}", "!xx", "!yy", 0.5, 0.7)} \expr{pictOOuuvv(v(1,5), v(0,-1), v(1,-1), "!;!;O_{gh}", "!gg", "!hh", 0.5, 0.5)} } \put(1,1){\closeddot} \put(3,1){\closeddot} \put(5,1){\closeddot} \put(1,3){\closeddot} \put(3,3){\closeddot} \end{picture}% }}% % \qquad % \begin{array}{l} \begin{array}{lll} O_{xy}=(0,0) & \xx=\V(1,0) & \yy=\V(0,1) \\ O_{gh}=(1,5) & \gg=\V(0,-1) & \hh=\V(1,-1) \\ \end{array} % \\[5pt] \\ % \begin{array}{lllll} (x,y)_{xy} & = & O_{xy} + x\xx + y\yy & = & (x,y) \\ (g,h)_{gh} & = & O_{gh} + g\gg + h\hh \\ \end{array} \end{array} $ \msk {\bf Exercícios} \ssk 16a) Encontre as coordenadas $(\_,\_)_{gh}$ dos pontos $P$, $Q$, $R$, $S$, $T$. 16b) Calcule $d_{gh}(S,P)$, $d_{gh}(S,Q)$, $d_{gh}(S,T)$. 16c) Calcule $d_{gh}(S,P)$, $d_{gh}(S,Q)$, $d_{gh}(S,T)$. 16d) Calcule $\Vec{SP} ·_{gh} \Vec{SQ}$ e $\Vec{SP} ·_{gh} \Vec{ST}$. 16e) Calcule $\Vec{SP} ⊥_{gh} \Vec{SQ}$ e $\Vec{SP} ⊥_{gh} \Vec{ST}$. \bsk {\sl Aviso importante: nós vamos usar ``coordenadas tortas'' \underline{pouquíssimo} em GA!!!} \newpage % ____ _ % | _ \ _ __ ___ (_) ___ ___ ___ ___ ___ % | |_) | '__/ _ \| |/ _ \/ __/ _ \ / _ \/ __| % | __/| | | (_) | | __/ (_| (_) | __/\__ \ % |_| |_| \___// |\___|\___\___/ \___||___/ % |__/ % % «projecoes» (to ".projecoes") % (gam171p 21 "projecoes") % (gaap162 17 "projecoes") \label{projecoes} {\bf Projeções} \ssk Até agora nós só vimos ``decomposições'' da seguinte forma: tínhamos $O$, $\uu$, $\vv$, $P$, e queríamos $a$ e $b$ tais que $O + a\uu + b\vv = P$ -- note que isto é equivalente a encontrar $a$ e $b$ tais que $a\uu + b\vv = \Vec{OP}$, ou seja vimos como decompor o vetor $\Vec{OP}$ em um múltiplo do vetor $\uu$ e um do vetor $\vv$... Agora vamos partir de vetores $\uu$ e $\ww$ e ver como decompor o vetor $\ww$ em $λ\uu+\vv = \ww$ tais que isto forme um triângulo retângulo. Mais precisamente: se $λ\uu+\vv = \ww$ então $\vv = -λ\uu+\ww$, e queremos que estes $λ\uu$ e $\vv$ sejam ortogonaisa, aliás, que $\uu$ e $\vv$ sejam ortogonais: $\uu⊥\vv$, ou seja, $\uu⊥(-λ\uu+\ww)$. \ssk {\sl Definição:} a {\sl projeção sobre $\uu$ de $\ww$}, $\Pr_{\uu} \ww$, é o vetor $λ\uu$ tal que $\uu⊥(-λ\uu+\ww)$. \bsk {\bf Exercícios} 17a) Sejam $\ww = \V(3,4)$, $\uu = \V(0,1)$, $A=(2,0)$, $B=A+\ww$. Represente graficamente $A$, $B$, $\uu$, $\ww$, e para cada $λ∈\{0,1,2,3,4,5\}$ desenhe no seu gráfico o triângulo $\ww = λ\uu+\vv$ correspondente e calcule $\vv$ e $\uu·\vv$. Qual o $λ$ que faz com que $\uu⊥\vv$? 17b) Faça a mesma coisa que no 17a, mas mudando o $\uu$ para $\uu=\V(1,1)$. \ssk 17c) Digamos que $\Pr_{\uu} \ww_1 = λ_1 \uu_1$, $\Pr_{\uu} \ww_2 = λ_1 \uu_2$, etc. Determine $λ_1$, $λ_2$, etc na figura abaixo à esquerda. 17d) Digamos que $\Pr_{\uu} \ww_1 = λ_1 \uu_1$, $\Pr_{\uu} \ww_2 = λ_1 \uu_2$, etc. Determine $λ_1$, $λ_2$, etc na figura abaixo à direita. %L p = function (a, b) return O + a*uu + b*vv end %L O, uu, vv = v(1, 1), v(2, 0), v(0, 2) %L myvec = function (a, b, label) %L local bprint, out = makebprint() %L local AA, BB = p(0,0), p(a,b) %L local AB = BB-AA %L local CC = BB + AB:unit(0.7) %L local f = function (str) return (str:gsub("!", "\\")) end %L bprint("\\Vector%s%s", AA, BB) %L bprint("\\put%s{\\cell{%s}}", CC, f(label)) %L return out() %L end \pu % (find-LATEX "edrxgac2.tex" "pict2e") $\unitlength=10pt \def\closeddot{\circle*{0.2}} \def\cellfont{\scriptsize} \def\cellfont{} \vcenter{\hbox{% \beginpicture(-7,-7)(9,9)% %\pictgrid% {\color{GrayPale}\expr{pictpgrid(-3,-3,3,3)}}% \pictaxes% {\linethickness{1.0pt} \expr{myvec(2, 0, "!uu")} \expr{myvec(3, 1, "!ww_1")} \expr{myvec(3, 2, "!ww_2")} \expr{myvec(3, 3, "!ww_3")} \expr{myvec(2, 3, "!ww_4")} \expr{myvec(1, 3, "!ww_5")} \expr{myvec(0, 3, "!ww_6")} \expr{myvec(-1, 3, "!ww_7")} \expr{myvec(-2, 3, "!ww_8")} \expr{myvec(-3, 3, "!ww_9")} \expr{myvec(-3, 2, "!ww_{10}")} \expr{myvec(-3, 1, "!ww_{11}")} \expr{myvec(-3, 0, "!ww_{12}")} \expr{myvec(-3, -1, "!ww_{13}")} \expr{myvec(-3, -2, "!ww_{14}")} \expr{myvec(-3, -3, "!ww_{15}")} \expr{myvec(-2, -3, "!ww_{16}")} \expr{myvec(-1, -3, "!ww_{17}")} \expr{myvec(-0, -3, "!ww_{18}")} } \end{picture}% }}% \quad % %L O, uu, vv = v(1, 1), v(1, 1), v(-1, 1) \pu % \unitlength=12pt \vcenter{\hbox{% \beginpicture(-7,-6)(7,8)% %\pictgrid% {\color{GrayPale}\expr{pictpgrid(-3,-3,3,3)}}% \pictaxes% {\linethickness{1.0pt} \expr{myvec(2, 0, "!uu")} \expr{myvec(3, 1, "!ww_1")} \expr{myvec(3, 2, "!ww_2")} \expr{myvec(3, 3, "!ww_3")} \expr{myvec(2, 3, "!ww_4")} \expr{myvec(1, 3, "!ww_5")} \expr{myvec(0, 3, "!ww_6")} \expr{myvec(-1, 3, "!ww_7")} \expr{myvec(-2, 3, "!ww_8")} \expr{myvec(-3, 3, "!ww_9")} \expr{myvec(-3, 2, "!ww_{10}")} \expr{myvec(-3, 1, "!ww_{11}")} \expr{myvec(-3, 0, "!ww_{12}")} \expr{myvec(-3, -1, "!ww_{13}")} \expr{myvec(-3, -2, "!ww_{14}")} \expr{myvec(-3, -3, "!ww_{15}")} \expr{myvec(-2, -3, "!ww_{16}")} \expr{myvec(-1, -3, "!ww_{17}")} \expr{myvec(-0, -3, "!ww_{18}")} } \end{picture}% }}% $ \bsk \bsk 17e) Leia a p.55 do livro do CEDERJ. 17f) Leia as págs 35 a 38 do Reis/Silva. % (find-reissilvapage (+ -14 35) "2.7 Projeção de vetores") % (find-GA1page (+ -2 55) "Projecao ortogonal") \newpage % _ _ _ _ _ % | \ | | ___ | |_ __ _ ___ __ _ ___ ( ) _ ( ) % | \| |/ _ \| __/ _` |/ __/ _` |/ _ \ \| (_) |/ % | |\ | (_) | || (_| | (_| (_| | (_) | _ % |_| \_|\___/ \__\__,_|\___\__,_|\___/ (_) % % «notacao-:» (to ".notacao-:") % (gam171p 22 "notacao-:") % (gaap162 18 "notacao-:") \label{notacao-:} \def\camat#1{\left\{\begin{array}{llll}#1\end{array}\right.} {\bf Notação com `:'} \ssk Em vários lugares -- por exemplo, nas páginas 35-41 do livro do CEDERJ, e na lista 3 da Ana Isabel -- a notação preferida para retas e outros conjuntos usa `:': % $$\begin{array}{rcl} r_a &:& 2x+3y=4 \\ r_b &:& \camat{x = 2+3t \\ y = 4+5t} \\ r_c &:& (2+3t, 4+5t) \\ r_d &:& (2,4) + u\V(3,5) \\ \end{array} \quad ⇒ \quad \begin{array}{rcl} r_a &=& \setofxyst{2x+3y=4} \\ r_b &=& \setofexprt{(2+3t, 4+5t)} \\ r_c &=& \setofexprt{(2+3t, 4+5t)} \\ r_d &=& \setofexpru{(2,4) + u\V(3,5)} \\ \end{array} $$ Essas notações com `:' são bem compactas mas elas deixam implícito quais são os geradores. \msk % (reparametrizações): {\bf Exercícios} Em cada um dos casos abaixo represente graficamente $r$ e $s$ e os pontos de $r$ e $s$ que correspondem a $t=0$, $t=1$, $u=0$, $u=1$. 18a) $r: (2,4)+t\V(1,0)$, $s: (2,4)+u(2·\V(1,0))$ 18b) $r: (2,2)+t\V(2,1)$, $s: (2,4)+u(2·\V(2,1))$ 18c) $r: (2,4)+t\V(1,0)$, $s: ((2,4)+2·\V(1,0))+u\V(1,0)$ 18d) $r: (2,2)+t\V(2,1)$, $s: ((2,2)+2·\V(2,1))+u\V(2,1)$ {\sl Importante:} muitas pessoas da sala já sabem desenhar cada uma das retas acima em segundos e quase sem fazer contas. Se você ainda não sabe como fazer isso descubra quem são essas pessoas e aprenda com elas! \ssk 18e) Traduza cada uma das retas $r_a$, ..., $r_k$ da p.\pageref{retas} para a notação com `:'. \ssk Às vezes o nome das retas é suprimido e dizemos só ``a reta com equação $2x+3y=4$'' ou ``a reta $2x+3y=4$'', e quando precisamos escrever o nome dessa reta no gráfico nós escrevemos ``$2x+3y=4$'' do lado da reta ao invés de escrevermos `$r$' ou `$s$'. Na p.\pageref{parametrizadas} nós encontramos a interseção de duas retas $r:(3+2t,3-t)$ e $s:(4-u,1+u)$ da seguinte forma: primeiro encontramos os valores de $t$ e $u$ que resolviam $(3+2t,3-t) = (4-u,1+u)$, depois fizemos $(x,y) = (3+2t,3-t)$. 18f) Se $s':(4-t,1+t)$ então $s=s'$, e este método deveria funcionar para encontrarmos $r∩s'$: primeiro encontramos o valor de $t$ que resolve $(3+2t,3-t) = (4-t,1+t)$, depois fazemos $(x,y) = (3+2t,3-t)$. O que dá errado? 18g) Se $r:(2t,t)$ e $s:(2u,u+3)$ então $r$ e $s$ são paralelas. O que dá errado se tentamos resolver o sistema $(2t,t)=(2u,u+3)$? 18h) Se $r:(2t,t)$ e $s:(2u+2,u+1)$ então $r$ e $s$ são coincidentes. O que dá errado se tentamos resolver o sistema $(2t,t)=(2u+2,u+1)$? 18i) Represente graficamente as retas $r:y=4-2x$, $x=0$, $x=1$, $y=0$, $y=1$, $y=2$ e encontre a interseção de $r$ com cada uma das outras retas algebricamente e no gráfico. 18j) Sejam $r:y=4-2x$, $A$ a interseção de $r$ com $x=0$, $B$ a interseção de $r$ com $x=1$, $s:A+t\Vec{AB}$. Expresse $r$ na forma $r:(\_+\_t, \_+\_t)$ e compare o resultado com $s:(x,4-2x)$. \newpage % ____ _ % / ___|___ _ __ ___| |_ _ __ _ _ ___ ___ ___ ___ % | | / _ \| '_ \/ __| __| '__| | | |/ __/ _ \ / _ \/ __| % | |__| (_) | | | \__ \ |_| | | |_| | (_| (_) | __/\__ \ % \____\___/|_| |_|___/\__|_| \__,_|\___\___/ \___||___/ % % «construcoes» (to ".construcoes") % (gam171p 25 "construcoes") % (gaap162 19 "construcoes") \label{construcoes} {\bf Construções} Você deve se lembrar que na Geometria do ensino médio tudo era feito com ``construções'' com régua, compasso, esquadro, etc, e nessas construções cada objeto novo era feito apoiado nos mais antigos... agora vamos fazer algo parecido, mas ``construindo'' (definindo) novos pontos, vetores, conjuntos, números, etc, a partir dos anteriores. \msk Exemplos: a) \begin{tabular}[t]{l} Sejam $r$ uma reta e $A$ um ponto de $\R^2$. \\ Sejam $B$ e $C$ dois pontos diferentes de $r$. \\ Seja $D = B + \Pr_{\Vec{BC}} \Vec{BA}$. \\ Então $D$ é o ponto de $r$ mais próximo de $A$. \\ \end{tabular} \ssk b) \begin{tabular}[t]{l} Sejam $r$ uma reta e $A$ um ponto de $\R^2$. \\ Sejam $B$ e $C$ dois pontos diferentes de $r$. \\ Sejam $\uu=\Vec{BC}$ e $\vv=\Vec{BA}$. \\ Sejam $D=B+\Pr_{\uu} \vv$, $\ww=\Vec{DA}$, $s:D+t\ww$, $r':D+t\uu$. \\ Então $r⊥s$, $r=r'$, e \\ o ponto de $r'$ mais próximo de $A$ é o que tem $t=0$. \\ \end{tabular} \ssk c) \begin{tabular}[t]{l} Sejam $r:B+t\uu$ uma reta e $A$ um ponto de $\R^2$. \\ Seja $\ww$ um vetor não-nulo ortogonal a $\uu$. \\ Seja $s:A+t\ww$. \\ Seja $D∈r∩s$. \\ Então $r⊥s$ e $D$ é o ponto de $r$ mais próximo de $A$. \\ \end{tabular} \msk Você vai precisar se familiarizar com a linguagem dessas construções. A coisa mais básica é aprender a aplicá-las em casos particulares. \msk {\bf Exercícios} \ssk 19a) Sejam $A=(2,0)$, $r:y=2+x$, $B=(-2,0)$, $C=(0,2)$ na construção (a). Represente todos os objetos graficamente. 19b) Faça o mesmo na (b), mas agora $r:y=2+\frac{x}{2}$, $A=(3,1)$, e você escolhe $B$ e $C$. Verifique se as afirmações do ``Então $r⊥s$, $r=r'$...'' são verdade neste caso. Repare que ainda não sabemos ver se elas serão verdadeiras {\sl sempre!} \ssk A construção (c) tem um passo, o ``seja $D∈r∩s$'', que é bem curto em português e bem simples graficamente, mas que é trabalhoso matematicamente. Faça o mesmo que no item anterior, mas em três casos: 19c) $\uu=\V(2,0)$, e escolha $A$, $B$, $\ww$, etc. 19c') idem, mas com $\uu=\V(1,3)$. 19c'') idem, ainda com $\uu=\V(1,3)$, mas agora escolha $A$, $B$, $\ww$, etc para que as contas sejam simples e todos os números sejam inteiros. \newpage % _ __ ____ __ % __| | / / | _ \ _ __ \ \ % / _` | | | | |_) | | '__| | | % | (_| | | | | __/ | | | | % \__,_| | | |_| ( ) |_| | | % \_\ |/ /_/ % % «distancia-ponto-reta» (to ".distancia-ponto-reta") % (gam171p 26 "distancia-ponto-reta") {\bf Distância entre ponto e reta em $\R^2$} \ssk Sejam $A∈\R^2$ e $r:y=mx+b$. Seja $C$ o ponto de $r$ mais próximo de $A$. {\sl Então $d(A,r)=d(A,C)$.} Sejam $r_v=\setofst{(A_x,y)}{y∈\R}$ uma reta vertical passando por $A$. Sejam $r_h=\setofst{(x,C_y)}{x∈\R}$ uma reta vertical passando por $C$. Sejam $B∈r_v∩r$ e $D∈r_v∩r$. Então $B=(A_x,mA_x+b)$ e $D=(A_x,C_y)$. A figura -- no caso em que $r:y=\frac x 2 +1$ e $A=(2,7)$ -- é: %L %L -- (find-LATEX "edrxtikz.lua" "Line") %L C = v(4,3) %L A = C + v(-2,4) %L B = C + v(-2,-1) %L D = C + v(-2,0) %L r = Line.new(B, v(2,1), -2.2, 2.2) %L pute = function (P) return formatt("\\put%s", P) end %L seg0 = function (P, Q) return Line.new(P, Q-P, 0, 1) end %L seg = function (P, Q) return Line.new(P, Q-P, 0, 1):pict() end \pu $$ \unitlength=10pt \def\closeddot{\circle*{0.25}} \def\closeddot{\circle*{0.3}} \def\pute#1{\expr{pute(#1)}} \vcenter{\hbox{% \beginpicture(-2,-1)(8,8)% \pictaxes% \pute{A}{\closeddot} \pute{A+v(-.3, 0)}{\cellw {A}} \pute{B}{\closeddot} \pute{B+v( .2,-.2)}{\cellse{B}} \pute{C}{\closeddot} \pute{C+v( .2,-.2)}{\cellse{C}} \pute{D}{\closeddot} \pute{D+v(-.3, 0)}{\cellw {D}} \pute{r:t(2.5)}{\cell{r}} \expr{r:pict()} \expr{seg(A,B)} \expr{seg(A,C)} \expr{seg(C,D)} \end{picture}% }}% $$ Note que $C\hat DB = A\hat D C = A\hat CB = 90^∘$ e que os triângulos $ΔCDB$, $ΔADC$ e $ΔACB$ são semelhantes; além disso, $d(D,B) = |m|d(D,C)$, \; $d(D,C) = |m|d(D,A)$, \; $d(C,B) = |m|d(C,A)$, $d(A,B) = √{1+m^2} \, d(A,C)$, $$\begin{array}{rcl} d(A,r) &=& d(A,C) \\ &=& d(A,B) / √{1+m^2} \\ &=& d((A_x,A_y),(A_x,mA_x+b)) / √{1+m^2} \\ &=& |mA_x+b-A_y| / √{1+m^2} \\ \end{array} $$ \msk {\bf Exercício} \ssk 1) Em cada um dos casos abaixo represente $r$, $A$, $B$, $C$, $D$ graficamente, des\-cu\-bra as coordenadas de $B$, $C$ e $D$, calcule $d(A,B)$ e $d(A,C)$ e verifique que $d(A,C) = d(A,B)/√{1+m^2}$. Dica: escreva os ``$d(A,C)$''s e ``$d(A,B)$''s na forma $√{\ldots}$ --- por exemplo, se $d(A,B)=4$ escreva isto como $√{16}$, e se $d(A,C)=2√2$ escreva isto como $√8$. \ssk a) $r:y=x+1$, $A=(1,6)$ b) $r:y=x+1$, $A=(3,6)$ c) $r:y=x+1$, $A=(3,2)$ d) $r:y=x+1$, $A=(3,0)$ e) $r:y=x+1$, $A=(3,4)$ f) $r:y=2x$, $A=(1,7)$ g) $r:y=-2x$, $A=(2,1)$ h) $r:y=3$, $A=(2,5)$ \newpage % _ ____ % _ __ _ __ ___ _ __ _ __ ___ __| | ___ | _ \ _ __ % | '_ \| '__/ _ \| '_ \| '__/ __| / _` |/ _ \ | |_) | '__| % | |_) | | | (_) | |_) | | \__ \ | (_| | (_) | | __/| | % | .__/|_| \___/| .__/|_| |___/ \__,_|\___/ |_| |_| % |_| |_| % % «propriedades-do-Pr» (to ".propriedades-do-Pr") % (gam171p 27 "propriedades-do-Pr") % (gaq171 14 "20170426" "Propriedades do Pr") {\bf Propriedades do $\Pr$ (e coisas sobre demonstrações)} \ssk Lembre que vimos em sala (em 19/abril) que se $\ww = λ\uu + \vv$ e $\uu⊥\vv$ então $λ=\frac{\uu·\ww}{\uu·\uu}$, e isto nos levou a uma fórmula para o `$\Pr$': $\Pr_\uu \ww = \frac{\uu·\ww}{\uu·\uu} \uu$. {\sl Você sabe reconstruir a demonstração disso você mesmo?} \ssk Na demonstração que vimos em sala nós usamos duas idéias importantes com as quais muita gente não tem prática: 1) a gente trabalhou com vetores ``sem abrí-los'' (sem reescrever $\uu = \VEC{u_1,u_2}$), 2) a gente trabalhou com ``hipóteses'' --- $\ww = λ\uu + \vv$ e $\uu⊥\vv$ . \msk {\bf Exercícios} \ssk 1) V/F/Justifique: \begin{tabular}[t]{l} a) (\;\;) $\Pr_\uu(\vv+\ww) = \Pr_\uu \vv + \Pr_\uu \ww$ \\ b) (\;\;) $\Pr_(\uu+\vv) \ww = \Pr_\uu \ww + \Pr_\vv \ww$ \\ c) (\;\;) $\Pr_\uu \ww = \Pr_\ww \uu$ \\ d) (\;\;) $\Pr_(k\uu) \ww = k \, \Pr_\uu \ww$ \\ e) (\;\;) $\Pr_(k\uu) \ww = |k| \, \Pr_\uu \ww$ \\ f) (\;\;) $\Pr_(k\uu) \ww = \Pr_\uu \ww$ \\ g) (\;\;) $\Pr_\uu (k\ww) = k \, \Pr_\uu \ww$ \\ h) (\;\;) $\Pr_\uu (k\ww) = |k| \, \Pr_\uu \ww$ \\ i) (\;\;) $\Pr_\uu (k\ww) = \Pr_\uu \ww$ \\ \end{tabular} \qquad \begin{tabular}[t]{l} j) (\;\;) $||k\vv|| = k||\vv||$ \\ k) (\;\;) $||k\vv|| = |k|\,||\vv||$ \\ l) (\;\;) $||k\vv|| = ||\vv||$ \\ m) (\;\;) Se $ab = ac$ então $b=c$ \\ n) (\;\;) Se $a\uu = b\uu$ então $a=b$ \\ o) (\;\;) Se $a\uu = a\vv$ então $\uu=\vv$ \\ p) (\;\;) Se $\uu·\vv = \uu·\ww$ então $\vv=\ww$ \\ \end{tabular} \msk 2) Demonstre (estes são mais difíceis, mas são bem importantes): Se $\vv⊥\ww$ e $\vv$ e $\ww$ são não-nulos então: a) $\Pr_\vv (k\ww) = 0$ b) $\Pr_\vv (k\vv) = k\vv$ c) $\Pr_\vv (a\vv+b\ww) + \Pr_\ww (a\vv+b\ww) = a\vv+b\ww$ \msk 3) Demonstre: a) Se $\uu⊥\vv$ então $||\uu+\vv||=||\uu-\vv||$ b) Se $\uu⊥\vv$ então $||\uu+\vv||^2=||\uu||^2+||\vv||^2$ c) Se $||\uu+\vv||=||\uu-\vv||$ então $\uu⊥\vv$ d) Se $||\uu+\vv||^2=||\uu||^2+||\vv||^2$ então $\uu⊥\vv$ \ssk e) Se $\uu⊥\vv$ então $||\vv+t\uu||≤||\vv+t\uu||$ f) Se $\uu⊥\vv$ e $\uu≠\VEC{0,0}$ então $||\vv+0\uu||<||\vv+t\uu||$ g) Se $r:A+t\uu$ é uma reta e $\Vec{AB}⊥\uu$ então o ponto de $r$ mais próximo de $B$ é o ponto $A$ h) $||\, ||\vv|| \ww \, || = || \, ||\ww|| \vv \, ||$ \bsk \bsk 4) Demonstre (este é {\sl bem} trabalhoso, pus como curiosidade): Sejam $P=(0,b)$, $\uu=\VEC{1,m}$, $r:P+t\uu$ e $A$ um ponto de de $\R^2$. Sejam $B:=(A_x,b+mA_x)$ e $C:=P+\Pr_\uu \Vec{PA}$. Então $C$ é o ponto de $r$ mais próximo de $A$, e $d(A,C) = d(A,B) / \sqrt{1+m^2} = |b+mA_x-A_y| / \sqrt{1+m^2}$. \newpage % _ _ _ _ _ % | | | |_ __ (_) |_ __ _ _ __(_) ___ ___ % | | | | '_ \| | __/ _` | '__| |/ _ \/ __| % | |_| | | | | | || (_| | | | | (_) \__ \ % \___/|_| |_|_|\__\__,_|_| |_|\___/|___/ % % «vetores-unitarios» (to ".vetores-unitarios") % (gam171p 28 "vetores-unitarios") {\bf Vetores unitários} \ssk Um vetor $\vv$ é {\sl unitário} se $||\vv||=1$. Para cada vetor $\ww$ não-nulo podemos obter um vetor $\uu$ com a mesma direção e sentido que $\ww$, mas tal que $\uu$ seja unitário -- por exemplo, se $\ww=\V(4,0)$ então $\uu=\V(1,0)$. O truque é este: $\uu = \frac{1}{||\ww||}\ww$. Vamos usar (temporariamente!) a seguinte notação para a ``unitarização'' de um vetor: % $$\vv' := \frac{1}{||\vv||}\vv$$ \msk {\bf Exercícios} 25a) calcule $\V(3,0)'$, $\V(2,0)'$, $\V(0,2)'$, $\V(0,1)'$, $\V(0,-2)'$, $\V(3,4)'$, $\V(1,1)'$, $\V(\frac{1}{10},0)'$, $\V(\frac{1}{100},0)'$, $\V(0,0)'$. 25b) Se $||\vv||=234$ então $||5\vv||=5·234$, e, como regra geral, esperaríamos que $||k\vv||=k||\vv||$ fosse verdade para todo $k∈\R$ e todo vetor $\vv$... mas isso {\sl não é verdade!} Verifique que $||(-2)\V(3,0)|| \neq (-2)||\V(3,0)||$. \msk 25c) A ``demonstração'' abaixo está errada -- se ela estiver certa então, por exemplo, $||(-2)·\V(3,0)|| = (-2)·||\V(3,0)||$. Descubra qual é o passo dela que está errado. Dica: faça $k=-2$, $a=3$, $b=0$ e calcule cada uma das expressões entre `$=$'s. % $$\begin{array}{rclcl} ||k·\V(a,b)|| &=& ||\V(ka,kb)|| \\ &=& √{\V(ka,kb)·\V(ka,kb)} \\ &=& √{(ka)^2 + (kb)^2} \\ &=& √{k^2a^2 + k^2b^2} \\ &=& √{k^2(a^2 + b^2)} \\ &=& k√{a^2 + b^2} \\ &=& k√{\V(a,b)·\V(a,b)} \\ &=& k·||\V(a,b)|| \\ \end{array} $$ 25d) Demonstre que $||k·\V(a,b)|| = |k|·||\V(a,b)||$ ($∀k,a,b∈\R$). 25e) Demonstre que $\vv = ||\vv||\vv'$ (para $\vv$ não-nulo). 25f) Demonstre que $\uu·\vv = ||\uu||·||\vv||·(\uu'·\vv')$ (para $\uu$ e $\vv$ não-nulos). 25g) Sejam $\uu$ e $\vv$ dois vetores unitários ortogonais entre si, e $\ww=a\uu + b\vv$. Demonstre que $\Pr_{\uu} \ww = \Pr_{\uu} (a\uu + b\vv)= \Pr_{\uu} (a\uu) = a\uu$ e que $||\Pr_{\uu} \ww|| = a$. \def\ang{\operatorname{ang}} 25h) (Re)leia a páginas 54 e 55 do livro do CEDERJ, e dê uma olhada nas páginas seguintes até a 58. Agora você já deve ser capaz de entender tudo ou quase tudo da ``regra do cosseno'', % $$\uu·\vv = ||\uu|| · ||\vv|| · \cos(\ang(\uu,\vv))$$ % que pra gente é um {\sl teorema} e pra ele é uma {\sl definição}. Vamos ver a demonstração completa em sala em breve, mas ela é complicada e quem estiver mais preparado vai entendê-la melhor. % (find-GA1page (+ -2 54) "Projecao ortogonal") % (find-GA1page (+ -2 55) "Projecao ortogonal") \newpage % ____ /\ _____ % | _ \/\|___ / % | |_) | |_ \ % | _ < ___) | % |_| \_\ |____/ % % «R3-retas-e-planos» (to ".R3-retas-e-planos") % (gam171p 29 "R3-retas-e-planos") {\bf Retas e planos em $\R^3$} \ssk Obs: adaptado da aula de 4/jul/2016: \url{http://angg.twu.net/2016.1-GA/2016.1-GA.pdf} \msk % {\bf Retas em $\R^3$} Sejam: $r_1 = \setofexprt{(2,2,0)+t\V(0,-1,0)}$ $r_2 = \setofexprt{(2,2,1)+t\V(0,-1,0)}$ $r_3 = \setofexprt{(2,2,0)+t\V(0,1,1)}$ $r_4 = \setofexprt{(0,2,1)+t\V(1,0,0)}$ $r_4 = \setofexprt{(1,2,1)+t\V(2,0,0)}$ Quais destas retas se interceptam? Em que pontos? Em que `$t$'s? Quais destas retas são paralelas? Quais destas retas são coincidentes? A terminologia para retas que não se interceptam e não são paralelas é estranha -- ``retas {\sl reversas}''. \msk As retas acima são {\sl parametrizadas}. O que é uma {\sl equação de reta} em $\R^3$? $\setofxyst{4x+5y=6}$ é uma reta em $\R^2$; $\setofxyzst{4x+5y+6z=7}$ é um {\sl plano} em $\R^3$... \msk Exercício: encontre três pontos não colineares de $\setofxyzst{z=0}$, três pontos não colineares de $\setofxyzst{z=2}$, três pontos não colineares de $\setofxyzst{x=1}$, três pontos não colineares de $\setofxyzst{y=3}$, três pontos não colineares de $\setofxyzst{\frac x2 + \frac y3 + \frac z4 = 1}$, e visualize cada um destes planos. \msk Alguns dos nossos planos preferidos: $π_{xy} = \setofxyzst{z=0}$ ($x$ e $y$ variam, $z=0$) $π_{xz} = \setofxyzst{y=0}$ ($x$ e $z$ variam, $y=0$) $π_{yz} = \setofxyzst{x=0}$ ($y$ e $z$ variam, $x=0$) \ssk Notação (temporária): $[\text{equação}] = \setofxyzst{\text{equação}}$ Obs: $π_{xy} = [z=0]$, $π_{xz} = [y=0]$, $π_{yz} = [x=0]$. \msk Exercício: visualize: $π_1 = [x=1]$, \qquad $π_8 = [y=x]$, $π_2 = [y=1]$, \qquad $π_9 = [y=2x]$, $π_3 = [z=1]$, \qquad $π_{10} = [z=x]$, $π_4 = [z=4]$, \qquad $π_{11} = [z=x+1]$, $π_5 = [z=2]$, Quais deles planos são paralelos? Quais deles planos se cortam? Onde? \newpage % ____ /\ _____ ________ % | _ \/\|___ / / /___ \ \ % | |_) | |_ \ | | __) | | % | _ < ___) | | | / __/| | % |_| \_\ |____/ | ||_____| | % \_\ /_/ % % «R3-retas-e-planos-2» (to ".R3-retas-e-planos-2") % (gam171p 30 "R3-retas-e-planos-2") {\bf Retas e planos em $\R^3$ (2)} \ssk Dá pra parametrizar planos em $\R^3$... Sejam $π_6 = \setofst{\und{(2,2,0) + a\V(1,0,0) + b\V(0,1,0)} {(a,b)_{Σ_6}} }{a,b∈\R}$, $π_7 = \setofst{\und{(3,2,1) + a\V(1,0,0) + b\V(0,1,0)} {(a,b)_{Σ_7}} }{a,b∈\R}$. Calcule e visualize: $(0,0)_{Σ_6}$, $(1,0)_{Σ_6}$, $(0,1)_{Σ_6}$, $(1,1)_{Σ_6}$, $(0,0)_{Σ_7}$, $(1,0)_{Σ_7}$, $(0,1)_{Σ_7}$, $(1,1)_{Σ_7}$, e resolva: $(a,b)_{Σ_6} = (0,3,0)$, $(a,b)_{Σ_7} = (2,4,1)$, $(a,b)_{Σ_7} = (2,4,0)$. \msk Nossos três modos preferidos de descrever planos em $\R^3$ (por equações) são: $[z = ax+by+c]$ (``$z$ em função de $x$ e $y$''), $[y = ax+bz+c]$ (``$y$ em função de $x$ e $z$''), $[x = ay+bz+c]$ (``$x$ em função de $y$ e $z$''). % (find-LATEX "2016-2-GA-algebra.tex" "Fxy") \msk Na p.10 nós vimos este tipo de diagrama aqui, que nos ajuda a visualizar as curvas de nível de funções de $x$ e $y$: $\sm{F(x,y)\\=\,x+2y} ⇒ \pictureFxy(-1,-2)(5,2){x+2*y} $ Use diagramas deste tipo para visualizar $[z=x+y]$, $[z=x+y+2]$, $[z=x-y+4]$. \msk Sejam: $π_{12} = [z = x+y]$, $π_{13} = [z = x-y+4]$ Exercício: encontre pontos de $r=π_{12}∩π_{13}$ tais que a) $x=0$, b) $x=1$, c) $x=3$; depois d) encontre uma parametrização para $r$, e) encontre uma parametrização para $r$ na qual $t=x$. \msk Alguns dos nossos modos preferidos de descrever retas em $\R^3$: $[y=ax+b, z=cx+d]$ (``$y$ e $z$ em função de $x$''), $[x=ay+b, z=cy+d]$ (``$x$ e $z$ em função de $y$''), $[x=az+b, y=cz+d]$ (``$x$ e $y$ em função de $z$''). Encontre uma descrição da forma $[y=ax+b, z=cx+d]$ para a $r$ acima. (Dica: use o ``chutar e testar''!) \newpage % ____ _ % | _ \ ___| |_ ___ % | | | |/ _ \ __/ __| % | |_| | __/ |_\__ \ % |____/ \___|\__|___/ % % «determinantes-em-R3» (to ".determinantes-em-R3") % (gam171p 31 "determinantes-em-R3") {\bf Determinantes em $\R^3$} \ssk Lembre que o determinante em $\R^2$ mede {\sl áreas} (de paralelogramos), e às vezes ele responde números negativos: % $$\vsm{a&b\\c&d\\} = ac-bd \qquad \vsm{c&d\\a&b\\} = bd-ac = -\vsm{a&b\\c&d\\} $$ Vamos usar a seguinte notação (temporária): $[\uu,\vv] = [\V(u_1, u_2), \V(v_1, v_2)] = \vsm{u_1 & u_2 \\ v_1 & v_2 \\} \qquad \text{(em $\R^2$)} $ $[\uu,\vv,\ww] = [\V(u_1, u_2, u_3), \V(v_1, v_2, v_3), \V(w_1, w_2, w_3)] = \vsm{u_1 & u_2 & u_3 \\ v_1 & v_2 & v_3 \\ w_1 & w_2 & w_3 \\} \qquad \text{(em $\R^3$)} $ ``$[\uu,\vv]$'' e ``$[\uu,\vv,\ww]$'' querem dizer ``empilhe os vetores numa matriz quadrada e tire o determinante dela''. \msk A definição de determinante em $\R^3$ -- como conta -- é: $$\begin{array}{rcl} \vmat{u_1 & u_2 & u_3 \\ v_1 & v_2 & v_3 \\ w_1 & w_2 & w_3 \\} &=& \pmat{u_1v_2w_3 + u_2v_3w_4 + u_3v_4w_5 \\ -u_3v_2w_1 - u_4v_3w_2 - u_5v_4w_3 \\ } \\ &=& \pmat{u_1v_2w_3 + u_2v_3w_1 + u_3v_1w_2 \\ -u_3v_2w_1 - u_1v_3w_2 - u_2v_1w_3 \\ } \end{array} $$ \def\ii{\vec{\mathbf{i}}} \def\jj{\vec{\mathbf{j}}} \def\kk{\vec{\mathbf{k}}} As seguintes definições são padrão: $$\ii=\V(1,0,0) \qquad \jj=\V(0,1,0) \qquad \kk=\V(0,0,1)$$ Exercício: calcule a) $[\ii,\jj,\kk]$ b) $[\ii,\kk,\jj]$ c) $[\jj,\ii,\kk]$ d) $[\jj,\kk,\ii]$ e) $[\kk,\ii,\jj]$ f) $[\kk,\jj,\ii]$ g) $[\ii,\jj,\ii]$ g) $[2\ii,3\jj,4\kk]$ h) $[a\ii,b\jj,c\kk]$ i) $[a\ii+b\jj+c\kk,d\jj+e\kk,f\kk]$ j) $[a\ii, b\ii+c\jj, d\ii+e\jj+f\kk]$ % (find-angg ".emacs" "gaq161") % (gaq161 58 "20160704" "Visualizar R^3") \newpage % ____ _ ____ /\ _____ ________ % | _ \ ___| |_ ___ ___ _ __ ___ | _ \/\|___ / / /___ \ \ % | | | |/ _ \ __/ __| / _ \ '_ ` _ \ | |_) | |_ \ | | __) | | % | |_| | __/ |_\__ \ | __/ | | | | | | _ < ___) | | | / __/| | % |____/ \___|\__|___/ \___|_| |_| |_| |_| \_\ |____/ | ||_____| | % \_\ /_/ % «determinantes-em-R3-2» (to ".determinantes-em-R3-2") % (gam171p 32 "determinantes-em-R3-2") {\bf Determinantes em $\R^3$ (2)} \ssk Lembre que o determinante em $\R^2$ mede áreas, que são ``base vezes altura'', e que a gente pode deslizar um lado ($\vv$) do paralelogramo gerado por $\uu$ e $\vv$ ``numa direço paralela a $\uu$'', sem alterar nem a ``base'' nem a ``altura''... Algebricamente: $[\uu,\vv] = [\uu,\vv+a\uu]$. E deslizando o $\uu$, temos $[\uu,\vv] = [\uu+a\vv,\vv]$. \msk Em $\R^3$ podemos pensar que o determinante $[\uu,\vv,\ww]$ mede a área da base --- a área do paralelogramo gerado por $\uu$ e $\vv$ --- vezes a altura. Se $\uu$, $\vv$ e $\ww$ são ortogonais entre si então a ``área da base'' é $||\uu||·||\vv||$, e a ``altura'' é $||\ww||$. \ssk (Obs: em $\R^3$, $\V(a,b,c)·\V(d,e,f) = ad+be+cf$, $||\vv|| = \sqrt{\uu·\vv}$, $\uu⊥\vv = (\uu·\vv=0)$, $\Pr_{\uu}\vv = \frac{\uu·\vv}{\uu·\uu}\uu$.) \msk Propriedades mais importantes dos determinantes em $\R^3$: $[a\uu,b\vv,c\ww] = abc[\uu,\vv,\ww]$ $[\uu,\vv,\ww] = [\uu,\vv,\ww+a\uu+b\vv]$ $[\uu,\vv,\ww] = [\uu,\vv+a\uu+b\ww,\ww]$ $[\uu,\vv,\ww] = [\uu+a\vv+b\ww,\vv,\ww]$ \msk Quase todas as idéias sobre determinantes em $\R^3$ que a gente vai ver agora ficam mais fáceis de entender se a gente as entende em três etapas: 1) com $\uu$, $\vv$, $\ww$ ortogonais entre si, e todos com comprimento 1; 2) usando vetores $\uu'=a\uu$, $\vv'=b\vv$, $\ww'=c\ww$ construídos a partir dos anteriores; estes $\uu'$, $\vv'$ e $\ww'$ são ortogonais entre si, mas podem ter qualquer comprimento, 3) usando vetores $\uu''=\uu'$, $\vv''=\vv'+d\uu'$ e $\ww'=\ww'+e\uu'+f\vv'$. \msk {\bf Exercício importantíssimo} (encontrar coeficientes): a) Encontre $a,b,c$ tais que $\V(a,b,c)·\V(x,y,z) = 2x+3y+4z$ b) Encontre $a,b,c,d$ tais que $\V(a,b,c)·\V(x,y,z)+d = 2x+3y+4z+5$ c) Encontre $a,b,c$ tais que $\vsm{1&2&3 \\ 4&5&6 \\ x&y&z \\} = \V(a,b,c)·\V(x,y,z)$ d) Encontre $a,b,c$ tais que $\vsm{u_1&u_2&u_3 \\ v_1&v_2&v_3 \\ x&y&z \\} = \V(a,b,c)·\V(x,y,z)$ e) Encontre $a,b,c$ tais que $\vsm{u_1&u_2&u_3 \\ v_1&v_2&v_3 \\ w_1&w_2&w_3 \\} = \V(a,b,c)·\V(w_1,w_2,w_3)$ % (find-fline "/tmp/33.jpg") \newpage % _ % ___ _ __ ___ ___ ___ _ __ _ __ ___ __| | % / __| '__/ _ \/ __/ __|_____| '_ \| '__/ _ \ / _` | % | (__| | | (_) \__ \__ \_____| |_) | | | (_) | (_| | % \___|_| \___/|___/___/ | .__/|_| \___/ \__,_| % |_| % % «cross-prod» (to ".cross-prod") % (gam171p 33 "cross-prod") {\bf O produto cruzado ($×$) em $\R^3$} \ssk \def\area{\textsf{área}} O ``produto cruzado'' (ou ``produto vetorial'') $\uu×\vv$ é definido como se ele fosse ``uma parte da conta do determinante'': $(\uu×\vv)·\ww = [\uu,\vv,\ww]$. Exercício: verifique que no item (e) acima temos $\uu×\vv = \V(\uu_2\vv_3-\uu_3\vv_2, \uu_3\vv_1-\uu_1\vv_3, \uu_1\vv_2-\uu_2\vv_1)$. \msk {\sl Idéia importantíssima:} 1) para quaisquer $\uu$ e $\vv$, se $\ww$ é ortogonal a $\uu$ e $\vv$ e $||\ww||=1$, então o volume $[\uu,\vv,\ww]$ é exatamente a área do paralelogramo gerado por $\uu$ e $\vv$ (exceto talvez pelo sinal); 2) para quaisquer $\uu$ e $\vv$, se $\ww$ é ortogonal a $\uu$ e $\vv$ e $||\ww||=1$, então o volume $[\uu,\vv,\ww+a\uu+b\vv]$ é exatamente a área do paralelogramo gerado por $\uu$ e $\vv$ (exceto talvez pelo sinal); 3) para quaisquer $\uu$ e $\vv$, se $\ww$ é ortogonal a $\uu$ e $\vv$ e $||\ww||=1$, então o volume $[\uu,\vv,a\uu+b\vv+c\ww]$ é $c·\area(\uu,\vv)$ (exceto talvez pelo sinal); 4) para quaisquer $\uu$ e $\vv$, se $\ww$ é ortogonal a $\uu$ e $\vv$ e $||\ww||=1$, então $(\uu×\vv)·(a\uu+b\vv+c\ww)$ é $c·\area(\uu,\vv)$ (exceto talvez pelo sinal); 5) para quaisquer $\uu$ e $\vv$, se $\ww$ é ortogonal a $\uu$ e $\vv$ e $||\ww||=1$, então $\uu×\vv = \area(\uu,\vv)·\ww$ (exceto talvez pelo sinal). \msk {\bf Exercício:} Use o (5) acima para tentar descobrir quais são as duas respostas possíveis para $\uu×\vv$ nos casos a e b abaixo, e depois compare as suas respostas com resposta ``algébrica'' dada pela fórmula lá no alto da página. a) $\uu=\V(3,0,0)$, $\vv=\V(0,4,0)$, $\ww=\V(0,0,1)$ b) $\uu=\V(0,3,0)$, $\vv=\V(0,3,3)$, $\ww=\V(1,0,0)$ \newpage % (find-fline "/tmp/34.jpg") % ___ % / _ \ _ __ ___ __ __ % | | | | '_ \/ __| \ \/ / % | |_| | |_) \__ \ > < % \___/| .__/|___/ /_/\_\ % |_| % % «alguns-usos-do-x» (to ".alguns-usos-do-x") % (gam171p 34 "alguns-usos-do-x") % (gaq 31) {\bf Alguns usos do `$×$'} \ssk 1) $||\uu×\vv|| = \area(\uu,\vv)$ 2) $\uu×\vv$ sempre dá um vetor ortogonal a $\uu$ e $\vv$ 3) $\uu×\vv=\V(0,0,0)$ se e só se $\area(\uu,\vv)=0$, ou seja, se $\uu$ e $\vv$ são colineares (i.e., paralelos). 4) Digamos que $r = \setofst{A+t \uu}{t \in\R}$, $r' = \setofst{B+t'\vv}{t'\in\R}$, $B = A+\ww$. Então $r$ e $r'$ são reversas se e só se $[\uu,\vv,\ww] \neq 0$. (Se $[\uu,\vv,\ww]=0$ então $r$ e $r'$ são ou paralelas, ou coincidentes, ou se cortam). 5) Pra testar se quatro pontos $A,B,C,D∈\R^3$ são coplanares, encontre $\uu,\vv,\ww$ tais que $A+\uu=B$, $A+\vv=C$, $A+\ww=D$; temos $[\uu,\vv,\ww]=0$ se e só se $A,B,C,D$ forem coplanares. 6) (Difícil!) Sejam $r = \setofst{A+t \uu}{t \in\R}$, $r' = \setofst{B+t'\vv}{t'\in\R}$, $B = A+\ww$. \def\ut#1#2{\underbrace{#1}_{\text{#2}}} Então: $d(r,r') = \ut{\ut{|[\uu,\vv,\ww]|}{volume} / \ut{\area(\uu,\vv)}{área da base}}{altura}$. 7) (Difícil!) Sejam $r = \setofst{A+t \uu}{t \in\R}$, $r' = \setofst{B+t'\vv}{t'\in\R}$, $B = A+\ww$. Como a gente encontra uma reta $s$ que corte $r$ e $r'$ e seja ortogonal a ambas? Sejam $C_t = A+t \uu$ e $D_{t'} = B+t' \vv$. Queremos que $\Vec{C_tD_{t'}}$ seja ortogonal a $\uu$ e $\vv$, ou seja, que $\Vec{C_tD_{t'}}$ seja paralelo a $\uu×\vv$, ou seja, que $\Vec{C_tD_{t'}}×(\uu×\vv)=\V(0,0,0)$, ou seja, que $(D_{t'}-C_t)×(\uu×\vv)=\V(0,0,0)$, ou seja, que $((B+t'\vv)-(A+t \uu))×(\uu×\vv)=\V(0,0,0)$, ou seja, que $(t'\vv - t\uu + \Vec{AB})×(\uu×\vv)=\V(0,0,0)$, o que dá um sistema que nos permite encontrar $t$ e $t'$ com poucas contas... Sabendo $t$ e $t'$ sabemos $C_t$ e $D_{t'}$, e a reta $s$ passa por $C_t$ e $D_{t'}$. \bsk {\sl Agora você deve ser capaz de resolver os exercícios 1 a 20 da lista 9 da} {\sl Ana Isabel! Yaaaaay!} $=)$ $=)$ $=)$ % (gaq161 8 "20160427" "||kv|| = |k| ||v||") \end{document} % Local Variables: % coding: utf-8-unix % ee-anchor-format: "«%s»" % End: