Enunciado

Mostre que a área do triângulo com vértices ( x i , y i ) , para i = 1,2 , 3 é igual à | d e t ⁡ ( A ) | / 2 , em que

A = x 1 y 1 1 x 2 y 2 1 x 3 y 3 1 .

(Sugestão: Marque os pontos P 1 = x 1 , y 1 , 1 ,   P 2 = x 2 , y 2 , 1 ,   P 3 = ( x 3 , y 3 , 1 ) e P ' 1 = ( x 1 , y 1 , 0 ) . O volume do paralelepípedo determinado por P 1 ,   P 2 , P 3   e   P ' 1   é dado por P 1 P ' 1 → ⋅ P 1 P 2 → × P 1 P 3 → . Mas, a altura deste paralelepípedo é igual à 1. Assim, o seu volume é igual à área da base que é o paralelogramo determinado por P 1 , P 2   e   P 3   . Observe que O P ' 1 → , P 1 P 2 →   e   P 1 P 3 → são paralelos ao plano x y .)

Passo 1

Opa! Tudo certinho contigo?

Vamos começar dando uma olhada neste paralelepípedo, saca só!

Okay! Agora analisando a sugestão do enunciado, vamos tomar que P 1 P 1 ' → = 1 (Já que esta é a altura de nosso paralelepípedo!). Mas isso nos ajuda em que?

Passo 2

Beleza, temos que o volume do paralelepípedo é dado como o produto entre a base e a altura, da seguinte forma:

V = A b a s e h → V = A b a s e

Uma vez que h = P 1 P 1 ' → = 1 . Mas vamos lembrar de mais uma coisinha!

Passo 3

O volume de um paralelepípedo cuja base é um paralelogramo, pode ser calculado através do seguinte produto misto:

V = P 1 P ' 1 → ⋅ P 1 P 3 → × P 1 P 3 →

Os vetores são os seguintes:

P 1 P 1 ' → = - P 1 ' P 1 → = - x 1 , - y 1 , - 1 → P 1 ' P 1 → = ( x 1 , y 1 , 1 )

Também temos que:

P 1 P 3 → = ( x 3 - x 1 , y 3 - y 1 , 0 )

E

P 1 P 2 → = ( x 2 - x 1 , y 2 - y 1 , 0 )

O produto misto toma então a forma;

V = d e t x 3 - x 1 y 3 - y 1 0 x 2 - x 1 y 2 - y 1 0 x 1 y 1 1 = A p a r a l e l o g r a m o

Como estamos interessados no módulo, não importa se usamos P 1 P 1 ' → ou P 1 ' P 1 → , beleza? Se a matriz dentro do determinante acima puder ser identificada como (ou seja equivalente à) a matriz A , nosso problema está resolvido! Vamos tentar fazer isso!

Passo 4

O determinante acima é tal que:

x 3 - x 1 y 2 - y 1 - y 3 - y 1 x 2 - x 1 = →

→ = x 3 y 2 - y 1 + y 1 x 2 - x 1 - x 1 y 2 - y 1 - y 3 ( x 2 - x 1 ) =

→ = | x 3 y 2 - x 2 y 3 + x 1 y 3 - x 3 y 1 + x 2 y 1 - x 1 y 2 | = A p a r a l e l o g r a m o

O determinante de A resulta em:

det ⁡ A = x 1 y 2 + x 3 y 1 + x 2 y 3 - x 3 y 2 - x 2 y 1 - x 1 y 3 = →

→ = x 2 y 3 - x 3 y 2 + x 3 y 1 - x 1 y 3 + ( x 1 y 2 - x 2 y 1 ) = →

→ = - x 3 y 2 - x 2 y 3 - x 2 y 3 - x 3 y 1 - x 2 y 1 - x 1 y 2 = →

→ = - [ x 3 y 2 - x 2 y 3 + x 2 y 3 - x 3 y 1 + ( x 2 y 1 - x 1 y 2 ) ] = →

→ = x 3 y 2 - x 2 y 3 + x 2 y 3 - x 3 y 1 + ( x 2 y 1 - x 1 y 2 )

Olha só que legal! O determinante da matriz A é o mesmo do que o que calculamos no produto misto a menos de um sinal global negativo. Sendo assim, quando tirarmos o módulo não fará a menor diferença! Ou seja, o determinante da matriz A (em módulo) é equivalente ao volume do paralelogramo, e assim, como h = 1 , é equivalente a área do paralelogramo. Mas como isso mostra o que o enunciado nos pede??

Passo 5

Vamos comparar a área de um paralelogramo gerado pelos pontos P 1 , P 2   e   P 3 com a área de um triângulo que tem estes pontos como vértice! Olha o esquema a seguir:

Os traços em azul indicam A p a r a l e l o g r a m o e os traços vermelhos A b a s e . Portanto podemos garantir que:

A b a s e = det ⁡ A 2

A questão foi isso, te vejo na próxima! Tchauzinho!

Resposta

Ao longo dos passos!

Exercícios de Livros Relacionados

Se V xx W = V xx U e V != overset(-)(0) , então W = U ?
Sejam U 1 , U 2eU 3 três vetores unitários mutualmente ortogonais. Se A = U 1 U 2 U 3 é uma matriz 3 × 3 cujas colunas são os vetores U 1 , U 2eU 3 , então A é invertível e A - 1 = A t . (Sugestão: mo
a) Prove que A × B × C + B × C × A + C × A × B = 0 (Sugestão: use o exercício anterior).
b) Mostre que se A × C × B = 0 - , então A × B × C = A × B × C , Ou seja, o produto vetorial é, neste caso, associativo.
Sejam U = ( u 1 , u 2 , u 3 ) , V = ( v 1 , v 2 , v 3 ) e W = ( w 1 , w 2 , w 3 ) . Prove a fórmula seguinte para o produto vetorial duplo U × V × W = U ⋅ W V - U ⋅ V W , Seguindo os seguintes passos: