GEOMETRIA B´ASICA - Arquivo Escolar
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Notas 2.3 1. Em álgebra linear, uma aplicação linear é dita ortogonal se preservar o produto interno. Prova-se facilmente (consultar demonstração 2.1) que a expressão analítica de uma aplicação ortogonal é precisamente (ax1 −ǫbx2,bx1 +ǫax2) (ǫ = ±1) coma 2 +b 2 = 1. OconjuntodeaplicaçõesortogonaisdeR 2 éumgrupoparaacomposição, quecostumadesignar-seporO(R 2 ). Observe-seaindaqueumaaplicaçãoortogonaléuma isometriaquefixaaorigemO = (0,0)eportantoO(R 2 )éumsubgrupodogrupoIso(R 2 ). 2. Na representação matricial de uma isometria do plano euclideano, como a 2 + b 2 = 1, existe θ ∈ [0,2π[ tal que a = cosθ e b = sinθ e então f(x1,x2) = (q1 +x1cosθ −ǫx2sinθ,q2 +x1sinθ +x2ǫcosθ) Matricialmente, se f(x1,x2) = (y1,y2), podemos escrever y1 q1 cosθ −ǫsinθ = + sinθ ǫcosθ Exemplos . 2.4 y2 q2 x1 1. Representação matricial da translação pelo vector −→ v = (v1,v2), y1 v1 1 0 x1 = + 0 1 y2 v2 x2 x2 (ǫ = ±1) 2. Representação matricial da simetria central de centro o ponto Ω = (w1,w2) : y1 y2 2w1 = 2w2 y2 −1 0 + 0 −1 x1 3. Representação matricial da simetria em relação à recta y −x = 0 y1 0 0 1 x1 = + 0 1 0 4. A aplicação definida por h(x1,x2) = (x1,−x2) é uma isometria (note-se que os pontos A e h(A) são simétricos em relação à recta horizontal y = 0, ou sejam, é a reflexão na recta y = 0). A representação matricial de h é y1 = y2 0 0 1 0 + 0 −1 106 x2 x1 x2 x2
5. A aplicação definida por m(x1,x2) = (−x2,−x1) é uma isometria. Note-se que os pontos A e m(A) são simétricos em relação à recta y+x = 0 pelo que se trata da reflexão nessa recta. A representação matricial de m é y1 = y2 0 0 √ 2 6. A aplicação ρ(x1,x2) = (3+ 2 x1 − A representação matricial de ρ é: y1 y2 y2 = 3 −10 0 −1 + −1 0 x1 x2 √ 2 2 x2,−10+ √ 2 2 x1 √ 2 + 2 x2) é uma isometria. √ 2 + 7. A aplicação ρ ′ (x1,x2) = ( 1 2 x1 √ 3 + 2 x2,−2+ A representação matricial de ρ ′ é: 1 y1 = + 2 0 −2 2 − √ 2 2 √ 2 √2 2 2 x1 x2 √ 3 2 x1 − 1 2 x2) é uma isometria. √ 3 2 √ 3 2 −1 2 x1 Astranslaçõeseassimetriascentraisestãocaracterizadasgeometricamentepelapropriedade seguinte: Teorema . 2.5 Caracterização geométrica das translações e das simetrias centrais Seja f uma isometria distinta da identidade. Então f é uma translação ou uma simetria central se e só se < A,B > / < f(A),f(B) > ∀A,B ∈ R 2 . (Demonstração) Usando as definições, obtem-se directamente que se f for uma translação verifica-se que −→ AB = −−−−−−→ f(A)f(B) e se f for uma simetria central verifica-se que −→ −−−−−−→ AB = −f(A)f(B). Por tanto < A,B > / < f(A),f(B) > . Reciprocamente, se f é uma isometria que verifica esta propriedade então −→ f , a aplicação ortogonal associada, verifica que para todo o vector −→ v existe λ tal que −→ f ( −→ v ) = λ −→ v , isto é, todos os vectores são vectores próprios. Esta condição implica que −→ f é um múltiplo da identidade, λId, mas, como é ortogonal, isto só é possível se λ = ±1. 107 x2
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5. A aplicação definida por m(x1,x2) = (−x2,−x1) é uma isometria. Note-se que os pontos<br />
A e m(A) são simétricos em relação à recta y+x = 0 pelo que se trata da reflexão nessa<br />
recta.<br />
A representação matricial de m é<br />
<br />
y1<br />
=<br />
y2<br />
0<br />
0<br />
√<br />
2<br />
6. A aplicação ρ(x1,x2) = (3+<br />
2 x1 −<br />
A representação matricial de ρ é:<br />
y1<br />
y2<br />
y2<br />
<br />
=<br />
3<br />
−10<br />
<br />
0 −1<br />
+<br />
−1 0<br />
x1<br />
x2<br />
√<br />
2<br />
2 x2,−10+<br />
√<br />
2<br />
2 x1<br />
√<br />
2<br />
+<br />
2 x2) é uma isometria.<br />
√<br />
2<br />
+<br />
7. A aplicação ρ ′ (x1,x2) = ( 1<br />
2 x1<br />
√<br />
3<br />
+<br />
2 x2,−2+<br />
A representação matricial de ρ ′ é:<br />
<br />
1<br />
y1<br />
= + 2<br />
0<br />
−2<br />
2 −<br />
√ 2<br />
2<br />
√<br />
2<br />
√2 2<br />
2<br />
<br />
x1<br />
x2<br />
<br />
√ 3<br />
2 x1 − 1<br />
2 x2) é uma isometria.<br />
√ 3<br />
2<br />
√ 3<br />
2 −1<br />
2<br />
x1<br />
Astranslaçõeseassimetriascentraisestãocaracterizadasgeometricamentepelapropriedade<br />
seguinte:<br />
Teorema . 2.5 Caracterização geométrica das translações e das simetrias centrais<br />
Seja f uma isometria distinta da identidade. Então f é uma translação ou uma simetria central<br />
se e só se<br />
< A,B > / < f(A),f(B) > ∀A,B ∈ R 2 .<br />
(Demonstração)<br />
Usando as definições, obtem-se directamente que se f for uma translação verifica-se que −→<br />
AB =<br />
−−−−−−→<br />
f(A)f(B) e se f for uma simetria central verifica-se que −→ −−−−−−→<br />
AB = −f(A)f(B). Por tanto<br />
< A,B > / < f(A),f(B) > .<br />
Reciprocamente, se f é uma isometria que verifica esta propriedade então −→ f , a aplicação<br />
ortogonal associada, verifica que para todo o vector −→ v existe λ tal que −→ f ( −→ v ) = λ −→ v , isto<br />
é, todos os vectores são vectores próprios. Esta condição implica que −→ f é um múltiplo da<br />
identidade, λId, mas, como é ortogonal, isto só é possível se λ = ±1.<br />
107<br />
x2