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Questão de Matemática — Geometria Analítica — CESPE / CEBRASPE 2024

MatemáticaGeometria Analítica
Código
ce402834
Banca
CESPE / CEBRASPE
Órgão
UnB
Ano
2024
Cargo
Vest ( )

Técnicas de ciência de dados são geralmente aplicadas a conjuntos de dados representados por matrizes, o que facilita operações como a multiplicação matricial, usada para combinar dados com pesos em redes neurais. Além disso, matrizes são fundamentais para operações de transformação de dados, como na rotação de um vetor P = \binom{x}{y} no plano, realizada pela operação:

 

M. P = P', em que M = (−sen(θ)cos(θ)cos(θ)sen(θ))\begin{pmatrix} -sen( \theta) & cos( \theta)\\cos ( \theta)& sen( \theta) \end{pmatrix}

 

Essa transformação pode ser utilizada em algoritmos de aprendizado de máquina para ajustar os dados de maneira que padrões ocultos possam ser mais bem identificados.


Com base nessas informações e nos conceitos de operações de matrizes, julgue o próximo item.

 

Para π2<θ<π\frac{ \pi}{2} < \theta < \pi, o vetor P = \binom{-1}{1} será rotacionado para o quarto quadrante.

  1. CCerto
  2. EErrado
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GabaritoE — Errado

Comentário gerado por IA. É um apoio ao estudo, ancorado em fontes, mas pode conter imprecisões — confira sempre na fonte oficial (lei, súmula, edital e gabarito da banca). Encontrou um erro? Use “Reportar”.

Rotação de vetores por matrizes: análise do quadrante resultante

Gabarito: letra E (ERRADO). Para π2<θ<π\frac{\pi}{2} < \theta < \pi, o vetor P=(−11)P = \binom{-1}{1} NÃO será rotacionado para o quarto quadrante. Aplicando a matriz M=(−sin⁡(θ)cos⁡(θ)cos⁡(θ)sin⁡(θ))M = \begin{pmatrix} -\sin(\theta) & \cos(\theta) \\ \cos(\theta) & \sin(\theta) \end{pmatrix} ao vetor PP, obtemos P′=(−sin⁡(θ)−cos⁡(θ)−cos⁡(θ)+sin⁡(θ))P' = \binom{-\sin(\theta) - \cos(\theta)}{-\cos(\theta) + \sin(\theta)}. No intervalo dado, sin⁡(θ)>0\sin(\theta) > 0 e cos⁡(θ)<0\cos(\theta) < 0, o que torna a primeira coordenada de P′P' negativa (soma de dois números negativos) e a segunda coordenada positiva (soma de dois números positivos). Portanto, P′P' está no segundo quadrante, não no quarto.

A questão envolve a aplicação de uma matriz de transformação a um vetor, um conceito central em álgebra linear e geometria analítica. A matriz fornecida não é a matriz de rotação padrão (cos⁡(θ)−sin⁡(θ)sin⁡(θ)cos⁡(θ))\begin{pmatrix} \cos(\theta) & -\sin(\theta) \\ \sin(\theta) & \cos(\theta) \end{pmatrix}, mas sim uma variação que combina seno e cosseno de forma diferente. Para resolver, precisamos entender como a multiplicação matriz-vetor transforma as coordenadas e como os sinais das funções trigonométricas variam em cada quadrante.

No intervalo π2<θ<π\frac{\pi}{2} < \theta < \pi (segundo quadrante do círculo trigonométrico), o seno é positivo e o cosseno é negativo. Isso é fundamental para determinar o sinal das coordenadas do vetor resultante. Vamos calcular explicitamente:

P′=M⋅P=(−sin⁡(θ)cos⁡(θ)cos⁡(θ)sin⁡(θ))⋅(−11)=(−sin⁡(θ)⋅(−1)+cos⁡(θ)⋅1cos⁡(θ)⋅(−1)+sin⁡(θ)⋅1)=(sin⁡(θ)+cos⁡(θ)−cos⁡(θ)+sin⁡(θ))P' = M \cdot P = \begin{pmatrix} -\sin(\theta) & \cos(\theta) \\ \cos(\theta) & \sin(\theta) \end{pmatrix} \cdot \binom{-1}{1} = \binom{-\sin(\theta) \cdot (-1) + \cos(\theta) \cdot 1}{\cos(\theta) \cdot (-1) + \sin(\theta) \cdot 1} = \binom{\sin(\theta) + \cos(\theta)}{-\cos(\theta) + \sin(\theta)}

Agora, analisamos os sinais:

  • Primeira coordenada: sin⁡(θ)+cos⁡(θ)\sin(\theta) + \cos(\theta). Como sin⁡(θ)>0\sin(\theta) > 0 e cos⁡(θ)<0\cos(\theta) < 0, a soma pode ser positiva ou negativa dependendo dos valores absolutos. Por exemplo, para θ=2π3\theta = \frac{2\pi}{3}, sin⁡(θ)=32≈0.866\sin(\theta) = \frac{\sqrt{3}}{2} \approx 0.866 e cos⁡(θ)=−12=−0.5\cos(\theta) = -\frac{1}{2} = -0.5, então a soma é 0.866−0.5=0.366>00.866 - 0.5 = 0.366 > 0. Para θ=3π4\theta = \frac{3\pi}{4}, sin⁡(θ)=22≈0.707\sin(\theta) = \frac{\sqrt{2}}{2} \approx 0.707 e cos⁡(θ)=−22≈−0.707\cos(\theta) = -\frac{\sqrt{2}}{2} \approx -0.707, a soma é 00. Para θ\theta próximo de π\pi, sin⁡(θ)≈0\sin(\theta) \approx 0 e cos⁡(θ)≈−1\cos(\theta) \approx -1, a soma é negativa. Portanto, o sinal da primeira coordenada não é fixo no intervalo.

  • Segunda coordenada: −cos⁡(θ)+sin⁡(θ)-\cos(\theta) + \sin(\theta). Como cos⁡(θ)<0\cos(\theta) < 0, então −cos⁡(θ)>0-\cos(\theta) > 0. E sin⁡(θ)>0\sin(\theta) > 0. Portanto, a segunda coordenada é sempre positiva no intervalo.

Para que o vetor esteja no quarto quadrante, precisamos de primeira coordenada positiva e segunda coordenada negativa. Mas a segunda coordenada é sempre positiva, então o vetor nunca estará no quarto quadrante. Ele estará no primeiro quadrante (se a primeira coordenada for positiva) ou no segundo quadrante (se a primeira coordenada for negativa).

Vamos testar com um exemplo concreto: θ=2π3\theta = \frac{2\pi}{3} (120°).

  • sin⁡(θ)=32≈0.866\sin(\theta) = \frac{\sqrt{3}}{2} \approx 0.866

  • cos⁡(θ)=−12=−0.5\cos(\theta) = -\frac{1}{2} = -0.5

Então:

P′=(0.866+(−0.5)−(−0.5)+0.866)=(0.3661.366)P' = \binom{0.866 + (-0.5)}{-(-0.5) + 0.866} = \binom{0.366}{1.366}

Ambas as coordenadas são positivas, então P′P' está no primeiro quadrante.

Outro exemplo: θ=5π6\theta = \frac{5\pi}{6} (150°).

  • sin⁡(θ)=12=0.5\sin(\theta) = \frac{1}{2} = 0.5

  • cos⁡(θ)=−32≈−0.866\cos(\theta) = -\frac{\sqrt{3}}{2} \approx -0.866

Então:

P′=(0.5+(−0.866)−(−0.866)+0.5)=(−0.3661.366)P' = \binom{0.5 + (-0.866)}{-(-0.866) + 0.5} = \binom{-0.366}{1.366}

A primeira coordenada é negativa e a segunda é positiva, então P′P' está no segundo quadrante.

Em nenhum caso o vetor resultante cai no quarto quadrante, pois a segunda coordenada é sempre positiva. Portanto, a afirmação está incorreta.

A pegadinha aqui é que o candidato pode confundir a matriz fornecida com a matriz de rotação padrão, que para θ\theta no segundo quadrante rotacionaria o vetor de forma diferente. Mas mesmo com a matriz padrão, o vetor (−11)\binom{-1}{1} (que está no segundo quadrante) rotacionado por um ângulo entre 90° e 180° não necessariamente iria para o quarto quadrante. A análise correta exige calcular explicitamente a transformação.

NÃO CAIA NESSA!

A banca troca a matriz de rotação padrão por uma variação com seno e cosseno em posições diferentes. O candidato pode assumir que é a rotação usual e errar o sinal das coordenadas. Lembre-se: a segunda coordenada do vetor resultante é sempre positiva no intervalo dado, pois −cos⁡(θ)+sin⁡(θ)>0-\cos(\theta) + \sin(\theta) > 0 quando cos⁡(θ)<0\cos(\theta) < 0 e sin⁡(θ)>0\sin(\theta) > 0. Isso elimina o quarto quadrante de imediato.

  1. 1Calcular P' = M·P
  2. 2Sinais no intervalo (sen>0, cos<0)
  3. 32ª coordenada sempre positiva
  4. 4[-] Nunca no 4º quadrante
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Item — ❌ ERRADO

A afirmação diz que o vetor P=(−11)P = \binom{-1}{1} será rotacionado para o quarto quadrante quando π2<θ<π\frac{\pi}{2} < \theta < \pi. Calculando a transformação:

P′=M⋅P=(sin⁡(θ)+cos⁡(θ)−cos⁡(θ)+sin⁡(θ))P' = M \cdot P = \binom{\sin(\theta) + \cos(\theta)}{-\cos(\theta) + \sin(\theta)}

No intervalo dado, sin⁡(θ)>0\sin(\theta) > 0 e cos⁡(θ)<0\cos(\theta) < 0. Portanto, a segunda coordenada −cos⁡(θ)+sin⁡(θ)-\cos(\theta) + \sin(\theta) é a soma de dois termos positivos, logo é sempre positiva. Para estar no quarto quadrante, seria necessário que a segunda coordenada fosse negativa, o que nunca ocorre. Assim, o vetor resultante está no primeiro ou segundo quadrante, dependendo do sinal da primeira coordenada, mas nunca no quarto. A afirmação é falsa.

Gabarito: letra E (ERRADO).

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