Álgebra Linear Interactiva

A construção básica nesta secção é o produto ponto, que mede ângulos entre vectores e calcula o comprimento de um vector.

Definição

O produto ponto de dois vectores x,y em Rn é

x-y=GKKIx1x2…xnHLLJ-GKKIy1y2…ynHLLJ=x1y1+x2y2+—+xnyn.

Pensando x,y como vectores de coluna, isto é o mesmo que xTy.

Por exemplo,

E123F-E456F=A123BE456F=1-4+2-5+3-6=32.

Note que o produto ponto de dois vectores é um escalar.

Pode fazer aritmética com produtos de ponto, na maioria das vezes como de costume, desde que se lembre que só pode colocar dois vectores juntos, e que o resultado é um escalar.

Propriedades do Produto Ponto

Deixe x,y,z ser vectores em Rn e deixe c ser um escalar.

  1. Comutatividade: x-y=y-x.
  2. Distributividade com adição: (x+y)-z=x-z+y-z.
  3. Distributividade com multiplicação escalar: (cx)-y=c(x-y).

O produto ponto de um vector consigo mesmo é um caso especial importante:

GKKIx1x2…xnHLLJ-GKKIx1x2…xnHLLJ=x21+x22+—+x2n.

Portanto, para qualquer vector x, nós temos:

  • x-x≥0
  • x-x=0⇐⇒x=0.

Isto leva a uma boa definição de comprimento.

Facto

O comprimento de um vector x em Rn é o número

AxA=Bx-x=Nx21+x22+—+x2n.

É fácil ver porque é que isto é verdade para os vectores em R2, pelo teorema de Pitágoras.

O34PB32+42=534DDDDDDD=B32+42=5

Para vetores em R3, pode-se verificar que AxA realmente é o comprimento de x, embora agora isso requer duas aplicações do teorema de Pitágoras.

Notem que o comprimento de um vector é o comprimento da seta; se pensarmos em termos de pontos, então o comprimento é a sua distância da origem.

Facto

Se x é um vector e c é um escalar, então AcxA=|c|-AxA.

Isto diz que escalar um vector por c escalar o seu comprimento por |c|. Por exemplo,

DDDDO68PDDDDD=DDDDD2O34PDDDD=2DDDDDO34PDDDDD=10.

Agora temos uma boa noção de comprimento, podemos definir a distância entre pontos em Rn. Recordemos que a diferença entre dois pontos x,y é naturalmente um vector, ou seja, o vector y-x que aponta de x para y.

Definição

A distância entre dois pontos x,y em Rn é o comprimento do vector de x para y:

dist(x,y)=Ay-xA.

Vectores com comprimento 1 são muito comuns nas aplicações, pelo que lhes damos um nome.

Definição

Um vector unitário é um vector x com comprimento AxA=Bx-x=1.

Os vectores de coordenadas padrão e1,e2,e3,… são vectores de unidade:

Ae1A=DDDDDDE100FDDDDDD=M12+02+02=1.

Para qualquer vector x não nulo, existe um único vector de unidade que aponta na mesma direcção. É obtido dividindo pelo comprimento de x.

Facto

Deixe x ser um vector não nulo em Rn. A unidade vetorial na direção de x é o vetor x/AxA.

Este é de fato um vetor unitário (observando que AxA é um número positivo, portanto CC1/AxACC=1/AxA):

DDDDxAxADDDD=1AxAxAxA=1.

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