Clase 12 Soluciones RD Sharma – Capítulo 24 Producto escalar o escalar – Ejercicio 24.1 | conjunto 3

Pregunta 33. Encuentra el ángulo entre los dos vectores  \vec{a}   \vec{b} , si

(i)  |\vec{a}|   =√3,  |\vec{b}|   = 2 y  \vec{a}.\vec{b}   = √6

Solución:

Sabemos, \vec{a}\vec{b} = |\vec{a}||\vec{b}|cos\theta

⇒ √6 = 2√3 cos θ

⇒ cos θ = 1/√2 

⇒ θ = cos -1 (1/√2)

⇒ θ = π/4

(ii)  |\vec{a}|   = 3,  |\vec{b}|   = 3 y  \vec{a}.\vec{b}  = 1

Solución:

Sabemos, \vec{a}\vec{b} = |\vec{a}||\vec{b}|cos\theta

⇒ 1 = 3×3 cos θ

⇒ cos θ = 1/9

⇒ θ = cos -1 (1/9)

Pregunta 34. Expresar el vector  \vec{a}=5\hat{i}-2\hat{j}+5\hat{k}   como la suma de dos vectores tales que uno es paralelo al vector  \vec{b}=3\hat{i}+\hat{k}   y el otro es perpendicular a \vec{b}         

Solución: 

Dado, \vec{a}=5\hat{i}-2\hat{j}+5\hat{k}

\vec{b}=3\hat{i}+\hat{k}

Sean los dos vectores \vec{a_1}, \vec{a_2}

Ahora,  \vec{a}=\vec{a_1}+\vec{a_2}           ….(1)

Suponiendo  \vec{a_1}  que es paralelo a \vec{b}

Entonces,  \vec{a_1}=λ\vec{b}             ……(2)

\vec{a_2}  es perpendicular a \vec{b}

Entonces,  \vec{a_2}.\vec{b}=0      ……(3)

De la ecuación (1) 

\vec{a_1}=λ\vec{b}

⇒ \vec{a_2} = \vec{a}-λ\vec{b}

⇒ \vec{a_2} =5\hat{i}-2\hat{j}+5\hat{k} -λ(3\hat{i}+\hat{k})

⇒ \vec{a_2} =(5-3λ)\hat{i}-2\hat{j}+(5-λ)\hat{k}

De la ecuación (3)

 \vec{a_2}.\vec{b}=0

⇒ ((5-3λ)\hat{i}-2\hat{j}+(5-λ)\hat{k})(3\hat{i}+\hat{k})

⇒ (5-3λ)3+(5-λ)=0

⇒ 15-9λ+5-λ=0

⇒ -10λ = -20

⇒ λ=2

De la ecuación (2)

\vec{a_1}=6\hat{i}+2\hat{k}

\vec{a_2}=-\hat{i}-2\hat{j}+3\hat{k}

\vec{a}=(6\hat{i}+2\hat{k})+(-\hat{i}-2\hat{j}+3\hat{k})

Pregunta 35. Si  \vec{a} \vec{b} son dos vectores de la misma magnitud inclinados en un ángulo de 30° tal que  \vec{a}.\vec{b} = 3, encuentre |\vec{a}|, |\vec{b}|.

Solución:

Dado que dos vectores de la misma magnitud inclinados en un ángulo de 30°, y \vec{a}.\vec{b} = 3

Encontrar |\vec{a}|, |\vec{b}|

Sabemos, \vec{a}\vec{b} = |\vec{a}||\vec{b}|cos\theta  

⇒ 3 = |\vec{a}||\vec{a}|cos θ    

⇒ 3 = |\vec{a}|^2 cos 30°

⇒ 3 =  |\vec{a}|^2   (√3/2)

 |\vec{a}|^2   = 6/√3

|\vec{a}|=|\vec{b}|=\sqrt{2\sqrt{3}}

Pregunta 36. Expresar  2\hat{i}-\hat{j}+3\hat{k}   como la suma de un vector paralelo y un vector perpendicular a 2\hat{i}+4\hat{j}-2\hat{k}.

Solución:

Asumiendo \vec{a}=2\hat{i}-\hat{j}+3\hat{k}

\vec{b}=2\hat{i}+4\hat{j}-2\hat{k}

Sean los dos vectores \vec{a_1}, \vec{a_2}

Ahora, \vec{a}=\vec{a_1}+\vec{a_2}         

\vec{a_2}=\vec{a}-\vec{a_1}          ….(1)

Suponiendo  \vec{a_1}   que es paralelo a \vec{b}

entonces,  \vec{a_1}=λ\vec{b}             …(2)

\vec{a_2}   es perpendicular a \vec{b}

entonces, \vec{a_2}.\vec{b}=0     ……(3)

Poniendo eq(2) en eq(1), obtenemos

\vec{a_1}=λ\vec{b}

⇒ \vec{a_2} = \vec{a}-λ\vec{b}

⇒ \vec{a_2} =2\hat{i}-\hat{j}+3\hat{k} -λ(2\hat{i}+4\vec{j}-2\hat{k})

⇒ \vec{a_2} =(2-2λ)\hat{i}-(1+4λ)\hat{j}+(3+2λ)\hat{k}

De la ecuación (3)

\vec{a_2}.\vec{b}=0

((2-2λ)\hat{i}-(1+4λ)\hat{j}+(3+2λ)\hat{k})(2\hat{i}+4\hat{j}-2\hat{k})=0

⇒ (2 – 2λ)2 – (1 + 4λ)4 – (3 + 2λ)2 = 0

⇒ 4 – 4λ – 4 – 16λ – 6 – 4λ = 0

⇒ 24λ = -6

⇒ λ = -6/24

De la ecuación (2)

\vec{a_1}=-1/4(2\hat{i}+4\hat{j}-2\hat{k})

\vec{a_1}=-1/2\hat{i}-1\hat{j}+1/2\hat{k}

\vec{a_2}=(2+1/2)\hat{i}-0\hat{j}+(3-1/2)\hat{k}

\vec{a_2}=5/2\hat{i}+5/2\hat{k}

\vec{a}=\vec{a_1}+\vec{a_2}

\vec{a}=(-1/2\hat{i}-1\hat{j}+1/2\hat{k})+(5/2\hat{i}+5/2\hat{k})

Pregunta 37. Descomponer el vector  6\hat{i}-3\hat{j}-6\hat{k}   en vectores paralelos y perpendiculares al vector  .\hat{i}+\hat{j}+\hat{k}.

Solución:

dejar  \vec{a}=6\hat{i}-3\hat{j}-6\hat{k}   \vec{m}=\hat{i}+\hat{j}+\hat{k}

Sea  \vec{b}   un vector paralelo a \hat{i}+\hat{j}+\hat{k}.

Por lo tanto, \vec{b} =λ(\hat{i}+\hat{j}+\hat{k})

\vec{a}   a descomponer en dos vectores

\vec{a}=\vec{b}+\vec{c}

⇒ \vec{c}=\vec{a}-\vec{b}

⇒ \vec{c}=(6-λ)\hat{i}+(-3-λ)\hat{j}+(-6-λ)\vec{k}

Ahora,  \vec{c}   es perpendicular a \vec{m}

\vec{c}.\vec{m}=0

((6-λ)\hat{i}+(-3-λ)\hat{j}+(-6-λ)\vec{k})(\hat{i}+\hat{j}+\hat{k})=0

⇒ 6 – λ – 3 – λ – 6 – λ = 0

⇒ λ = -1

Por lo tanto, los vectores requeridos son  \vec{b} =-\hat{i}-\hat{j}-\hat{k}  y \vec{c}=7\hat{i}-2\hat{j}-5\vec{k}

Pregunta 38. Sea  \vec{a}=5\hat{i}-\hat{j}+7\hat{k}   \vec{b}=\hat{i}-\hat{j}+λ\hat{k} . Encuentre λ tal que  \vec{a}+\vec{b}  sea ortogonal a \vec{a}-\vec{b}

Solución:

Dado, \vec{a}=5\hat{i}-\hat{j}+7\hat{k}

\vec{b}=\hat{i}-\hat{j}+λ\hat{k}

segun pregunta

(\vec{a}+\vec{b})(\vec{a}-\vec{b})=0

|\vec{a}|^2-|\vec{b}|^2=0

⇒ |\vec{a}|^2=|\vec{b}|^2

⇒ \sqrt{5^2+(-1)^2+7^2}=\sqrt{1^2+(-1)^2+λ^2}

⇒ 25 + 1 + 49 = 1 + 1 + λ 2

⇒ λ2 = 73

⇒ λ = √73

Pregunta 39. Si  \vec{a}.\vec{a}=0  y  \vec{a}.\vec{b}=0 , ¿qué puedes concluir sobre el vector  \vec{b} ?

Solución:

Dado,  \vec{a}.\vec{a}=0 ,\vec{a}.\vec{b}=0

|\vec{a}| = 0

Ahora, \vec{a}.\vec{b}=0

Concluimos que  \vec{a}=0 \vec{b}=0  o θ = 90°

Por lo tanto,  \vec{b}  puede ser cualquier vector arbitrario.

Pregunta 40. Si  \vec{c}  es perpendicular a ambos  \vec{a}  y  \vec{b} , entonces demuestre que es perpendicular a ambos  \vec{a}+\vec{b}  y \vec{a}-\vec{b}

Solución:

Dado  \vec{c}  es perpendicular a ambos  \vec{a}  y \vec{b}

\vec{c}.\vec{a}=0      ….(1)

\vec{c}.\vec{b}=0      ….(2)

para probar  \vec{c}.(\vec{a}+\vec{b})=0  y \vec{c}.(\vec{a}-\vec{b})=0

Ahora,\vec{c}.(\vec{a}+\vec{b})

 \vec{c}.\vec{a}+\vec{c}.\vec{b}=0          [De la ecuación (1) y (2)]

Otra vez, \vec{c}.(\vec{a}-\vec{b})

 \vec{c}.\vec{a}-\vec{c}.\vec{b}=0          [De la ecuación (1) y (2)] 

Por lo tanto probado

Pregunta 41. Si  |\vec{a}|= a  y  |\vec{b}|= b , demuestre que (\frac{\vec{a}}{a^2}-\frac{\vec{b}}{b^2})^2= (\frac{\vec{a}-\vec{b}}{ab})^2

Solución:

dado,  |\vec{a}|  = a  y  |\vec{b}|  = b,

Probar  

(\frac{\vec{a}}{a^2}-\frac{\vec{b}}{b^2})^2= (\frac{\vec{a}-\vec{b}}{ab})^2.

Tomando LHS

(\frac{\vec{a}}{a^2}-\frac{\vec{b}}{b^2})^2

=\frac{\vec{a}.\vec{a}}{a^4}+\frac{\vec{b}.\vec{b}}{b^4}-2\frac{\vec{a}.\vec{b}}{a^2b^2}

=\frac{a^2}{a^4}+\frac{b^2}{b^4}-2\frac{\vec{a}.\vec{b}}{a^2b^2}

\frac{1}{a^2}+\frac{1}{b^2}-2\frac{\vec{a}.\vec{b}}{a^2b^2}

Tomando RHS

(\frac{\vec{a}-\vec{b}}{ab})^2  \vec{d}.\vec{a}=0

=(\frac{a^2+b^2-2\vec{a}\vec{b}}{a^2b^2})

=\frac{1}{a^2}+\frac{1}{b^2}-2\frac{\vec{a}.\vec{b}}{a^2b^2}

LHS = RHS 

Por lo tanto probado

Pregunta 42. Si  \vec{a},\vec{b},\vec{c}  son tres vectores no coplanares tales que  \vec{d}.\vec{a}=\vec{d}.\vec{b}=\vec{d}.\vec{c}  =0 entonces muestre que  \vec{d}  es el vector nulo.

Solución:

Dado que \vec{d}.\vec{a}=0

Así que  \vec{d} = 0  o bien \vec{d}⊥\vec{a}=0

Similarmente, \vec{d}.\vec{b} = 0

O bien  \vec{d}= 0   \vec{d}⊥\vec{b}=0

También, \vec{d}.\vec{c} =0

Entonces  \vec{d}  = 0   \vec{d}⊥\vec{c}=0

Pero  \vec{d} no puede ser perpendicular a  \vec{a},\vec{b}  y  \vec{c}  porque  \vec{a},\vec{b},\vec{c}  no son coplanares.

Entonces  \vec{d}  = 0 o  \vec{d}   es un vector nulo  

Pregunta 43. Si un vector  \vec{a}   es perpendicular a dos vectores no colineales  \vec{b}   \vec{c}   , entonces es  \vec{a}   perpendicular a todo vector en el plano de  \vec{b}   \vec{c}          

Solución:

Dado que  \vec{a}  es perpendicular a  \vec{b}  y \vec{c}         

\vec{a}.\vec{b}=0 , \vec{a}.\vec{c}=0

Sea  \vec{r}    cualquier vector en el plano de   \vec{b}  y  \vec{c}  y  \vec{r}   es la combinación lineal de   \vec{b}   \vec{c}        

\vec{r} =x\vec{b}+y\vec{c}                      [x, y son escalares]

Ahora, \vec{a}.\vec{r}

⇒ \vec{a}.\vec{r} =\vec{a}(x\vec{b}+y\vec{c})

⇒ \vec{a}.\vec{r} =x(\vec{a}.\vec{b})+y(\vec{a}.\vec{c})

⇒ \vec{a}.\vec{r} =x0+y0

 \vec{a}.\vec{r} = 0

Por lo tanto,   \vec{a} es perpendicular a  es \vec{r}  decir  , \vec{a}  es perpendicular a todo vector.

Pregunta 44. Si  \vec{a}+\vec{b}+\vec{c}=\vec{0} , ¿cómo es que el ángulo θ entre los vectores  \vec{b}  y  \vec{c}  está dado por cos θ = \frac{|\vec{a}|^2-|\vec{b}|^2-|\vec{c}|^2}{2|\vec{b}||\vec{c}|}

Solución:

Dado que \vec{a}+\vec{b}+\vec{c}=\vec{0}          

 \vec{a}=-(\vec{b}+\vec{c})

 (\vec{a})^2=(\vec{b}+\vec{c})^2

⇒ \vec{a}.\vec{a}=(\vec{b}+\vec{c})(\vec{b}+\vec{c})

⇒ |\vec{a}|^2=|\vec{b}|^2+|\vec{b}||\vec{c}|+|\vec{b}||\vec{c}|+|\vec{c}|^2

⇒ |\vec{a}|^2-|\vec{b}|^2-|\vec{c}|^2=2|\vec{b}||\vec{c}|

⇒ |\vec{b}||\vec{c}|=(|\vec{a}|^2-|\vec{b}|^2-|\vec{c}|^2)/2

⇒ cos θ = \frac{|\vec{a}|^2-|\vec{b}|^2-|\vec{c}|^2}{2|\vec{b}||\vec{c}|}.

Pregunta 45. Sea  \vec{u},\vec{v}  y  \vec{w}   sea vector tal  \vec{u}+\vec{v}+\vec{w}=\vec{0} |\vec{u}|  = 3,  |\vec{v}|  = 4 y  |\vec{w}|  = 5, luego encuentra \vec{u}.\vec{v}+\vec{v}.\vec{w}+\vec{w}.\vec{u}

Solución:

Dado que  \vec{u},\vec{v} \vec{w}   son vectores tales que  \vec{u}+\vec{v}+\vec{w}=\vec{0} |\vec{u}|  = 3,  |\vec{v}|  = 4 y  |\vec{w}| =5,  

Encontrar \vec{u}.\vec{v}+\vec{v}.\vec{w}+\vec{w}.\vec{u}

Tomando  

\vec{u}+\vec{v}+\vec{w}=\vec{0}

Cuadrando en ambos lados, obtenemos 

⇒ (\vec{u}+\vec{v}+\vec{w})^2=\vec{0}

⇒ |\vec{u}|^2+|\vec{v}|^2+|\vec{w}|^2+2(\vec{u}.\vec{v}+\vec{v}.\vec{w}+\vec{w}.\vec{u})=0

⇒ 2(\vec{u}.\vec{v}+\vec{v}.\vec{w}+\vec{w}.\vec{u})=-(|\vec{u}|^2+|\vec{v}|^2+|\vec{w}|^2)

⇒ 2(\vec{u}.\vec{v}+\vec{v}.\vec{w}+\vec{w}.\vec{u})=-(3^2+4^2+5^2)

⇒ 2(\vec{u}.\vec{v}+\vec{v}.\vec{w}+\vec{w}.\vec{u})=-50

Por lo tanto, \vec{u}.\vec{v}+\vec{v}.\vec{w}+\vec{w}.\vec{u}=-25

Pregunta 46. Sean  \vec{a}=x^2\hat{i}+2\hat{j}-2\hat{k}, \vec{b}=\hat{i}-\hat{j}+\hat{k},   \vec{c}=x^2\hat{i}+5\hat{j}-4\hat{k}   tres vectores. Encuentre los valores de x para los cuales el ángulo entre  \vec{a}   \vec{b}   es agudo y el ángulo entre  \vec{b}   \vec{c}   es obtuso.

Solución:

Dado \vec{a}=x^2\hat{i}+2\hat{j}-2\hat{k}, \vec{b}=\hat{i}-\hat{j}+\hat{k}, \vec{c}=x^2\hat{i}+5\hat{j}-4\hat{k}

Caso I: Cuando el ángulo entre  \vec{a}   \vec{b}   es agudo:-

\vec{a}.\vec{b}   >0

 (x^2\hat{i}+2\hat{j}-2\hat{k})(\hat{i}-\hat{j}+\hat{k})>0

⇒ x 2 – 2 – 2 > 0

⇒x2 > 4

x ∈ (2, -2)

Caso II: Cuando el ángulo entre  \vec{b}   \vec{c}   es obtuso:-

\vec{b}.\vec{c}<0

⇒ (\hat{i}-\hat{j}+\hat{k})(x^2\hat{i}+5\hat{j}-4\hat{k})<0

⇒ x 2 – 5 – 4 < 0

⇒x2 < 9

x ∈ (3, -3)

Por lo tanto, x ∈ (-3, -2)∪(2, 3)

Pregunta 47. Encuentra el valor de x e y si los vectores  \vec{a}=3\hat{i}+x\hat{j}-\hat{k}   \vec{b}=2\hat{i}+\hat{j}+y\hat{k}  son vectores mutuamente perpendiculares de igual magnitud.

Solución:

Dados   \vec{a}=3\hat{i}+x\hat{j}-\hat{k}, \vec{b}=2\hat{i}+\hat{j}+y\hat{k}   son vectores mutuamente perpendiculares de igual magnitud.

|\vec{a}|^2=|\vec{b}|^2

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

⇒ x 2 + 10 = y 2 + 5

⇒ x2 – y2 + 5 = 0 ….(1)

Ahora,  \vec{a}.\vec{b} = 0

⇒ 6 + x – y = 0

⇒ y = x + 6 …..(2)

De la ecuación (1)

x 2 – (x + 6) 2 + 5 = 0

⇒ x2 – (x2 + 36 – 12x) + 5 = 0

⇒ -12x – 31 = 0

⇒ x = -31/12

Ahora, y = -31/12 + 6

y = 41/12

Pregunta 48. Si  \vec{a}   \vec{b}   son dos vectores unitarios no coplanares tales que  |\vec{a}+\vec{b}|  =√3 , hallar (2\vec{a}-5\vec{b}).(3\vec{a}+\vec{b}).

Solución:

Dado que  \vec{a}   \vec{b}    son dos vectores unitarios no coplanares tales que |\vec{a}+\vec{b}|  =√3  

Encontrar (2\vec{a}-5\vec{b}).(3\vec{a}+\vec{b}).

Ahora,  

|\vec{a}+\vec{b}|^2  =3

⇒|\vec{a}|^2+|\vec{b}|^2+2\vec{a}.\vec{b}=3

⇒ 1+1+2\vec{a}.\vec{b}=3      

⇒ \vec{a}.\vec{b}=1/2

Ahora, (2\vec{a}-5\vec{b}).(3\vec{a}+\vec{b})

6|\vec{a}|^2-13\vec{a}.\vec{b}-5|\vec{b}|^2

= 6 – 13(1/2) – 5

= 1 – 13/2

= -11/2

Pregunta 49. Si  \vec{a},\vec{b}   son dos vectores tales que | \vec{a}+\vec{b}  | =  |\vec{b}|  , luego demuestre que  \vec{a}+2\vec{b}   es perpendicular a \vec{a}.   

Solución:

Probar 

(\vec{a}+2\vec{b})\vec{a}= 0

Ahora, 

\vec{a}+\vec{b} = \vec{b}

Cuadrando en ambos lados, obtenemos

|\vec{a}+\vec{b}|^2=|\vec{b}|^2

⇒ (\vec{a}+\vec{b})(\vec{a}+\vec{b}) = \vec{b}.\vec{b}

⇒ \vec{a}\vec{a}+\vec{a}\vec{b}+\vec{b}\vec{a}+\vec{b}\vec{b} = \vec{b}.\vec{b}

⇒ \vec{a}\vec{a}+2\vec{a}\vec{b} = 0

⇒ \vec{a}(\vec{a}+2\vec{b}) = 0

Por lo tanto,  \vec{a}+2\vec{b}  es perpendicular a \vec{a}

Publicación traducida automáticamente

Artículo escrito por rahulsharma1771996 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA

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