Rodrigo Carlos Silva de Lima
‡rodrigo.uff.math@gmail.com
‡
1 M ´odulo e norma. 5
1.1 M´odulo e n´umeros reais . . . 5
1.1.1 Desigualdade triangular . . . 9
1.1.2 max(x, y) = x+y+|x−y| 2 e min(x, y) = x+y−|x−y| 2 . . . 12
1.2 Equa¸c˜oes Envolvendo M´odulo . . . 13
1.3 Desigualdades com m´odulo . . . 13
1.3.1 |an1 −bn1|≤|a−b|n1. . . 14
1.3.2 | Xb k=a g(k)|≤ Xb k=a |g(k)|. . . 15
1.3.3 Valor absoluto de n ´umeros complexos . . . 17
1.4 Norma . . . 21
1.4.1 ˆAngulo entre dois vetores . . . 25
3
M ´odulo e norma.
1.1 M ´odulo e n ´umeros reais
m
Defini ¸c ˜ao 1. Seja x um n ´umero real, definimos o m´odulo de x que simboli- zamos por |x| da seguinte maneira
|x|=xsex≥0
|x|= −xsex <0
b
Propriedade 1. |x|=max{x,−x}.ê Demonstra ¸c ˜ao.
Sex≥0 ent˜aox =|x|e max{x,−x}=x.Sex <0 ent˜ao|x|= −x e max{x,−x}= −x, pois −x ´e positivo e x ´e negativo.
$
Corol ´ario 1. |x|≥0.$
Corol ´ario 2. |x|≥x pois |x|=max{x,−x}, da mesma maneira |x|≥−x ⇒x≥−|x|.
5
b
Propriedade 2. |x| ´e o ´unico n ´umero real n˜ao negativo cujo quadrado ´e x2, isto ´e, se y2 =x2 e y≥0 ent˜ao y=|x|.ê Demonstra ¸c ˜ao.
Seja y≥0 tal quey2 =x2, da´ı(y−x)(y+x) =0, sex ≥0 ent˜aoy−x=0, y=x. Se x <0 ent˜ao y+x=0, y= −x, portanto y=|x|.
b
Propriedade 3 (Simetria). Seja a um n ´umero real ent˜ao tem-se |a|=|−a|.ê Demonstra ¸c ˜ao. Se a = 0 temos |0| = 0 e |−0| = |0| = 0. Se a > 0 segue
|a|=a e −a <0 logo para b= −a |b|= −b= −(−a) =a logo s˜ao iguais. Se a <0
|a|= −a e −a > 0 assim |−a|= −a assim tem-se a igualdade em todos os casos.
b
Propriedade 4.|a|2 =a2 para qualquer a real.
ê Demonstra ¸c ˜ao. Se a≥0 segue |a|=a e |a|2 =a2. Se a <0 ent˜ao |a|= −a e |a|2 = (−a)2 =a2.
b
Propriedade 5.√
a2=|a|Para qualquer areal. ê Demonstra ¸c ˜ao.
√
a2 =p
|a|2 =|a|.
b
Propriedade 6. Sejam 0≤x e 0≤y. Se x2 ≤y2 ent˜ao x≤y.ê Demonstra ¸c ˜ao. Vale (x−y)(x+y)≤0
como 0≤x+y deve valer (x−y)≤0 da´ı x ≤y .
b
Propriedade 7. Sejam 0≤x e 0≤y. Se x2 =y2 ent˜ao x=y.ê Demonstra ¸c ˜ao. Vale x ≤ y e n˜ao pode valer a desigualdade estrita x < y pois da´ı ter´ıamos x2< y2 que contraria a hip´otese, portanto y=x.
b
Propriedade 8 (Multiplicatividade).|a||b|=|a.b| para a e b reais quaisquer.
ê Demonstra ¸c ˜ao. Vale que |x.y|2 = (x.y)2 = x2y2 e (|x||y|)2 = |x|2|y|2 = x2.y2 os quadrados desses n ´umeros s˜ao iguais e eles s˜ao n˜ao negativos, ent˜ao segue que
|x.y|=|x||y|.
ê Demonstra ¸c ˜ao.[2] |a.b|=p
(a.b)2 =
√
a2.b2=
√ a2.
√
b2 =|a||b|.
b
Propriedade 9. |a|=0⇔a=0. ê Demonstra ¸c ˜ao.• ⇐). Se a=0 ent˜ao |a|=max{0,−0}=0.
• ⇒). Se |a|=0 ent˜ao |a|2 =a2 =0⇒a=0.
b
Propriedade 10.Yn k=1
|ak|=| Yn
k=1
ak|
ê Demonstra ¸c ˜ao. Por indu¸c˜ao, para n=1 vale, supondo para n n ´umeros Yn
k=1
|ak|=| Yn
k=1
ak| vamos provar para n+1
Yn+1 k=1
|ak|=| Yn+1
k=1
ak| temos
Yn+1 k=1
|ak|= Yn
k=1
|ak|.|an+1|=| Yn
k=1
ak||an+1|=| Yn
k=1
akan+1|=| Yn+1
k=1
ak| .
b
Propriedade 11. Se x6=0 ent˜ao |1 x|= 1|x|. ê Demonstra ¸c ˜ao. Vale |x||1
x|=|x
x|=1 da´ı |1
x| ´e inverso de |x|, sendo 1
|x|.
$
Corol ´ario 3 (Preserva divis˜ao).|x y|= |x|
|y|.
b
Propriedade 12. |a|≥a.ê Demonstra ¸c ˜ao. Se a ≥ 0 tem-se |a| = a logo vale a igualdade. Se a < 0,
|a|= −a e de −a > 0 segue |a|= −a > a.
Z
Exemplo 1.p(|a|+|b|)2 =|a|+|b|.
p(|a|+|b|)2 =||a|+|b||=|a|+|b| pois |a|+|b| ´e n˜ao negativo.
b
Propriedade 13. Vale que|x|+|y|=|x+y|⇔x.y ≥0.
ê Demonstra ¸c ˜ao. ⇒) Suponha que |x|+|y|=|x+y| , elevando ao quadrado e usando que |z|2 =z2 e (a+b)2 =a2+2ab+b2 tem-se
(|x|+|y|)2 =|x+y|2 =x2+2|x||y|+y2 = (x+y)2 =x2+2xy+y2⇒ cancelando os termos comuns em ambos lados segue que
|x||y|=x.y
como |xy|≥0 ent˜ao o mesmo segue para x.y.
⇐).
Suponha agora que x.y≥ 0, ent˜ao x e y possuem o mesmo sinal ou pelo menos um deles ´e nulo .
Se possuem o mesmo sinal, digamos positivo, temos que
|x|+|y|=x+ye|x+y|=x+y.
Se ambos possuem o sinal negativo, ent˜ao
|x|+|y|= −x−ye|x+y|= −x−y,
ent˜ao vale a igualdade . Agora se um dos elementos for nulo, digamos x = 0 sem perda de generalidade, ent˜ao
|x|+|y|=|y|e|x+y|=|y|, ent˜ao vale a igualdade, como quer´ıamos demonstrar.
b
Propriedade 14. Se x+y=z+we |z−w|≥|x−y|ent˜ao vale que x.y≥z.w.ê Demonstra ¸c ˜ao. De |z−w|≥|x−y| elevando ao quadrado, tem-se z2−2wz+w2 ≥x2−2xy+y2
elevando ao quadrado a identidade x+y=z+w, seguem tamb´em que
x2+2xy+y2 =z2+2zw+w2 (1.1) podemos usar essa identidade na desigualdade anterior pois podemos escrever
z2+2wz+w2−4wz≥x2+2xy+y2−4xy cancelando os termos iguais de ambos lados dados por (1.1), segue
−4wz≥−4xy ⇒xy≥wz como quer´ıamos demonstrar.
1.1.1 Desigualdade triangular
b
Propriedade 15. |a|≤b⇔−b≤a≤b.ê Demonstra ¸c ˜ao.
• ⇒). Se |a|≤b , vale −b≤−|a| e da´ı
−b≤−|a|≤a≤|a|≤b ent˜ao −b≤a≤b.
• ⇐).Se −b≤a≤b ent˜ao a≤b e −b≤a⇒−a≤b, portanto |a|≤b.
b
Propriedade 16 (Desigualdade triangular).|a+b|≤|a|+|b|
para quaisquer a e b reais.
ê Demonstra ¸c ˜ao. Sabemos que vale
a.b ≤|ab|=|a||b|. Multiplicando por 2 e somando a2+b2 em ambos lados
a2+2ab+b2= (a+b)2 ≤a2+2|a||b|+b2 =|a|2+2|a||b|+|b|2 = (|a|+|b|)2 logo (|a+b|)2 ≤(|a|+|b|)2 de onde segue usando a propriedade anterior
|a+b|≤|a|+|b|.
ê Demonstra ¸c ˜ao.[2] Valem as desigualdades
−|a|≤a≤|a|, −|b|≤b≤|b| somando ambas
−(|b|+|a|)≤a+b≤|b|+|a| que equivale `a
|a+b|≤|a|+|b|.
ê Demonstra ¸c ˜ao.[3] Sabemos que vale sempre x ≤ |x| e y ≤ |y| ent˜ao x+y ≤
|x|+|y|, da´ı se 0≤x+y temos
|x+y|=x+y≤|x|+|y|.
Vale tamb´em que −x≤|x| e −y≤|y|ent˜ao se x+y < 0 segue|x+y|= −(x+y)≤
|x|+|y|. Em qualquer dos casos temos |x+y|≤|x|+|y|.
$
Corol ´ario 4. Na desigualdade triangular|a+b|≤|a|+|b| tomando a=x−y , b=y−z segue
|x−z|≤|x−y|+|y−z|
b
Propriedade 17 (Idempotˆencia).||a||=|a|
para qualquer a real.
ê Demonstra ¸c ˜ao. |a|=b, com b≥0, logo |b|=b=|a|=||a||.
b
Propriedade 18.||a|−|b||≤|a−b|.
ê Demonstra ¸c ˜ao. Pela desigualdade triangular temos que
|a|≤|a−b|+|b| logo |a|−|b|≤|a−b| tem-se tamb´em que
|b|≤|a−b|+|a|⇒|b|−|a|= −
|a|−|b|
≤|a−b|⇒−|a−b|≤|a|−|b| juntando as duas desigualdades
−|a−b|≤|a|−|b|≤|a−b|
que implica
||a|−|b||≤|a−b|.
b
Propriedade 19. |a−b|< ε ⇒|a|<|b|+ε.ê Demonstra ¸c ˜ao. Partindo da desigualdade |a−b|< ε, somamos |b| a ambos lados
|a−b|+|b|< ε+|b| e usamos agora a desigualdade triangular
|a|≤|a−b|+|b|< ε+|b| da´ı segue
|a|≤ε+|b|.
Da mesma forma vale se |a−b| < ε ent˜ao |b| ≤ ε+|a| ⇒ |b|−ε ≤ |a| e com
|a|≤ε+|b|. temos
|b|−ε≤|a|≤ε+|b|.
Vimos que |a−b|< ε implica |a|<|b|+ε, mas como a≤|a| segue a < |b|+ε.
$
Corol ´ario 5. |x−y|≤|x|+|y|, pois da desigualdade triangular e de |y|=|−y| tem-se|x−y|≤|x|+|−y|=|x|+|y|.
1.1.2 max (x, y) = x + y + | x − y |
2 e min (x, y) = x + y − | x − y |
2 .
b
Propriedade 20.Vale max(x, y) = x+y+|x−y|2 e min(x, y) = x+y−|x−y|
2 .
ê Demonstra ¸c ˜ao. Se x ≥ y ent˜ao x−y =|x−y| da´ı x+y+x−y
2 = x como
vale max(x, y) +min(x, y) =x+y ent˜ao min(x, y) = x+y−|x−y|
2 .
1.2 Equa ¸c ˜ oes Envolvendo M ´odulo
$
Corol ´ario 6. Diretamente da defini¸c˜ao podemos concluir que|f(x)|=f(x)⇔f(x)≥0
pois se fosse f(x)<0 ent˜ao −f(x) =f(x) e da´ı f(x) =0 o que ´e absurdo.
Z
Exemplo 2. Quais s˜ao os valores de x tal que |3x −2| = 3x −2 ? pelo resultado anterior 3x−2 ≥0 ⇔x≥ 23.
Z
Exemplo 3. Se |x| = |y| ent˜ao x = y ou x = −y. Isso segue do fato que|x| = |y| implica, elevando ao quadrado, que |x|2 = |y|2 da´ı x2 =y2 e x2−y2 = 0 de onde segue fatorando (x−y)(x+y) =0 e portanto x =y ou x= −y, pois um dos fatores deve ser zero.
1.3 Desigualdades com m ´odulo
b
Propriedade 21. Vale a desigualdade|an−bn|≤nMn−1|a−b| onde M=max{|a|,|b|}.
ê Demonstra ¸c ˜ao. Vale an−bn = (a−b) Xn−1 k=0
akbn−1−k, tomando o m´odulo em ambos lados segue
|an−bn|=|(a−b)||
Xn−1 k=0
akbn−1−k|≤|(a−b)| Xn−1
k=0
|a|k|b|n−1−k≤|(a−b)| Xn−1 k=0
|M|k|M|n−1−k da´ı
|(a−b)|≤|a−b|nMn−1 .
1.3.1 | a − b | ≤ | a − b | .
b
Propriedade 22. Sejam a≥0, b≥0 ent˜ao|an1 −bn1|≤|a−b|n1
ê Demonstra ¸c ˜ao. Supondo a≥b , definindo c=an1 e d=bn1, ent˜ao c−d≥0 por expans˜ao binomial tem-se
cn = ((c−d) +d)n = Xn
k=0
n k
(c−d)kdn−k≥dn+ (c−d)n ≥0 da´ı cn−dn ≥(c−d)n ≥0 implicando
|a−b|≥|an1 −bn1|n e da´ı
|an1 −bn1|≤|a−b|n1.
b
Propriedade 23. Suponha (bn) n˜ao crescente com bn≥0. Sem≤ Xn
k=1
ak≤M
ent˜ao
b1m ≤ Xn
k=1
akbk ≤b1M.
ê Demonstra ¸c ˜ao. Vamos usar a soma por partes Xn
k=1
g(k)∆f(k) =f(n+1)g(n+1) −f(1)g(1) − Xn
k=1
f(k+1)∆g(k)
tomando g(k) =bk e ∆f(k) =ak tem-se f(n) = Xn−1
k=1
ak da´ı Xn
k=1
bkak=b(n+1) Xn
k=1
ak− Xn
k=1
( Xk
s=1
as)∆bk
b(n+1) Xn
k=1
ak+ Xn
k=1
( Xk
s=1
as)(−∆bk)
como m ≤ Xn
k=1
ak ≤ M podemos multiplicar por bn+1 de ambos lados sem alterar a desigualdade, da´ı
1.3.2 | X
bk=a
g(k) | ≤ X
bk=a
| g(k) | .
b
Propriedade 24 (Desigualdade triangular generalizada). Sejam g(k) definida para k inteiro ,a, b∈Z, ent˜ao vale| Xb k=a
g(k)|≤ Xb k=a
|g(k)|.
ê Demonstra ¸c ˜ao. Para cada k vale
−|g(k)|≤g(k)≤|g(k)| aplicando o somat´orio em ambos lados segue
− Xb k=a
|g(k)|≤ Xb
k=a
g(k)≤ Xb
k=a
|g(k)|
que implica
| Xb k=a
g(k)|≤| Xb k=a
|g(k)||= Xb k=a
|g(k)|
pois os termos |g(k)| somados s˜ao n˜ao negativos ,logo a soma desses termos ´e n˜ao- negativa e o m´odulo da soma ´e igual a soma.
b
Propriedade 25. A identidade que provamos acima vale para n ´umeros reais, vamos provar agora por indu¸c˜ao que se vale |z+w|≤|z|+|w| para quaisquer z, w ent˜ao vale| Xn
k=1
zk|≤ Xn
k=1
|zk|
de maneira que possa ser usada para n ´umeros complexos , normas e outras estru- turas que satisfazem a desigualdade triangular.
ê Demonstra ¸c ˜ao.[2] Por indu¸c˜ao sobre n, para n=1 tem-se
| X1
k=1
zk|=|z1|≤ X1
k=1
|zk|=|z1| logo vale. Supondo a validade para n
| Xn
k=1
zk|≤ Xn
k=1
|zk|
vamos provar para n+1
| Xn+1
k=1
zk|≤ Xn+1
k=1
|zk|.
Da hip´otese da indu¸c˜ao somamos |zn+1| em ambos lados, logo
| Xn+1
k=1
zk|=|zn+1+ Xn
k=1
zk|≤|zn+1|+| Xn
k=1
zk|≤ Xn+1
k=1
|zk|
Vejamos outras1 demonstra¸c˜oes da desigualdade triangular ê Demonstra ¸c ˜ao.[3] Vale
( Xn
k=1
ak)2 = Xn
k=1
a2k+X
k6=j
akaj
da´ı
( Xn
k=1
|ak|)2 = Xn
k=1
|ak|2+X
k6=j
|akaj|= Xn
k=1
a2k+X
k6=j
|akaj| como |ak.aj|≥akaj ent˜ao X
k6=j
|akaj|≥X
k6=j
akaj, disso segue que
( Xn
k=1
|ak|)2 ≥ Xn
k=1
a2k+X
k6=j
akaj = ( Xn
k=1
ak)2 disso segue que
( Xn
k=1
|ak|)2 ≥(| Xn
k=1
ak|)2 logo
Xn k=1
|ak|≥| Xn
k=1
ak|.
1Essas demonstra¸c˜oes aprendi com Pedro Kenzo, obrigado por compartilhar as solu¸c˜oes.
ê Demonstra ¸c ˜ao.[4] Vale |a−b| ≤ |a|+|b| de (ak)n1 sejam (ak)nj+1 os termos negativos da sequˆencia, ent˜ao podemos escrever
| Xn
k=1
ak|=| Xj
k=1
|ak|
| {z }
a
− Xn k=j+1
|ak|
| {z }
b
|≤|a|+|b|
pois Xj
k=1
|ak| = Xj
k=1
ak os termos s˜ao n˜ao negativos e Xn k=j+1
|ak| = − Xn k=j+1
ak da´ı vale a igualdade acima portanto
| Xn
k=1
ak|≤| Xn
k=1
|ak||+| Xn k=j+1
|ak||= Xn
k=1
|ak|.
1.3.3 Valor absoluto de n ´umeros complexos
m
Defini ¸c ˜ao 2 (Valor absoluto-m´odulo). Definimos o valor absoluto ou m´odulo de um n ´umero complexo z=x+yi como|z|=p
x2+y2.
$
Corol ´ario 7. O m´odulo de n´umeros complexos abrange o de n´umeros reais, pois se z =a+0.i ent˜ao |z|=pa2+02=
√
a2 =|a|=|z|.
$
Corol ´ario8. Sendoz=a+bient˜ao|iz|=|z|pois|i.z|=|ia−b|=pa2+ (−b)2 = pa2+ (b)2 = |z|. Vale tamb´em que |− iz| = |z| pois |− i.z| = |− ia + b| = p(−a)2+ (b)2 =p
a2+ (b)2 =|z|. Em especial |i|=|−i|=1.
$
Corol ´ario 9. Vale tamb´em |−z| = |z| pois z = a+bi, −z = −a−bi e da´ı|−z|=p
(−a)2+ (−b)2 =p
a2+b2.
b
Propriedade 26 (Idempotˆencia).||z||=|z|. ê Demonstra ¸c ˜ao.
|z|=p
a2+b2 e como p
a2+b2 ´e positivo real, ent˜ao |p
a2+b2|=p
a2+b2
|p
a2+b2|= q
(p
a2+b2)2 =p
a2+b2.
b
Propriedade 27. Valem as propriedadesRez ≤|Rez|≤|z|e Imz≤|Imz|≤|z|.
Seja z =a+bi, valem as desigualdades a2 < b2 +a2 e b2 < a2 +b2, tomando a raiz de ambos lados segue |a|<p
b2+a2 e |b|<p
b2+a2 , ent˜ao Rez≤|Rez|≤|z|eImz≤|Imz|≤|z|
pois Rez=a Imz=b e as desigualdades Rez≤|Rez| e Imz≤|Imz| s˜ao igualdade conhecidas de m´odulo de um n´umero real.
b
Propriedade 28.|z|2 =z.z.
$
Corol ´ario 10. Se z6=0 ent˜ao 1 z = z|z|2.
ê Demonstra ¸c ˜ao. |z|2=a2+b2 e z.z= (a+bi)(a−bi) =a2+b2, ent˜ao vale a igualdade.
b
Propriedade 29.|z|=|z|.
ê Demonstra ¸c ˜ao. z = a +bi ent˜ao |z| = p
a2+b2 e z = a −bi implica
|z|=p
a2+ (−b)2=p
a2+b2 .
b
Propriedade 30. |z.w|=|z| |w|ê Demonstra ¸c ˜ao. Sendoz =a+bi,w=x+yient˜aoz.w= (ax−by)+(ay+bx)i da´ı|zw|=p
(ax−by)2+ (ay+bx)2 =p
a2x2−2axby+b2y2+a2y2+2aybx+b2x2 = pa2x2+b2y2+a2y2+b2x2 e
|z||w|=p
a2+b2p
x2+y2 =p
(a2+b2)(x2+y2) =p
a2x2+a2y2+b2x2+b2y2 logo |z||w|=|zw|.
$
Corol ´ario 11. Se z 6= 0 ent˜ao |1| = 1 = |zz| = |z|.|1
z| da´ı |1 z| = 1
|z|. O mesmo valendo para z, essas propriedades implicam que
|w|
|z| =|w z|
w z = w
z.
b
Propriedade 31.Yn k=1
|zk|=| Yn
k=1
zk|.
ê Demonstra ¸c ˜ao. Por indu¸c˜ao sobre n. Para n = 1 vale, supondo para n, vamos provar para n+1.
| Yn
k=1
zk|=|( Yn
k=1
zk)zn+1|=| Yn
k=1
zk||zn+1|= Yn
k=1
|zk|.|zn+1|=| Yn+1
k=1
zk|.
$
Corol ´ario 12. wz=wz pois wz=w z=wz.$
Corol ´ario 13. 2Re z.w=z.w+z.w=z.w+wz.$
Corol ´ario 14. |z+w|2 =|z|2+2Re z.w+|w|2 pois|z+w|2 = (z+w)(z+w) = (z+w)(z+w) =z.z+z.w+zw+w.w=
=|z|2+2Re z.w+|w|2.
$
Corol ´ario 15 (Desigualdade triangular). Como Re z.w≤|z.w| ent˜ao|z|2+2Re z.w+|w|2 ≤|z|2+2|z.w|+|w|2 =|z|2+2|z|.|w|+|w|2 = (|z|+|w|)2. Ent˜ao tem-se
|z+w|2 ≤(|z|+|w|)2 implicando |z+w|≤|z|+|w|.
$
Corol ´ario 16. |z−w|≤|z|+|w| pois |−w|=|w| da´ı aplicamos a desigualdade triangular.b
Propriedade 32. Se z=x+yi e w=a+bi ent˜ao zw = ax+by
a2+b2 +iay−bx a2+b2 . ê Demonstra ¸c ˜ao.
z w =z 1
w = z.w
|2|2 = ax+by
a2+b2 +iay−bx a2+b2.
b
Propriedade 33. |z|=0 sse z=0. ê Demonstra ¸c ˜ao. Se z =0 ent˜ao |z| = √0 =0, se |z| = 0 ent˜ao |z|2 = 0 e da´ı a2+b2 =0, que s´o acontece quando a=b=0.
b
Propriedade 34. Se z=cosx+isenx para algum x ent˜ao |z|=1. ê Demonstra ¸c ˜ao. |z|=cos2x+sen2x=1.b
Propriedade 35. Vale a desigualdade||zn|−|z||≤|zn−z|.
ê Demonstra ¸c ˜ao. Por desigualdade triangular valem as desigualdades
|zn|−|z|≤|zn−z| e −|zn|+|z|≤|zn−z| ent˜ao
||zn|−|z||≤|zn−z|.
Z
Exemplo 4. Se z=reiθ ent˜ao |eiz|=e−rsen(θ). Valeiz=ir(cos(θ) +isen(θ)) =ircos(θ) −rsen(θ) ent˜ao
eiz =eircos(θ)e−rsen(θ) tomando o m´odulo
|eiz|=|| {z }eircos(θ)|
=1
|e| {z }−rsen(θ)
>0
|=e−rsen(θ).
1.4 Norma
m
Defini ¸c ˜ao 3 (Espa¸co vetorial normado). Um espa¸co vetorial V ´e dito ser normado se para cada elemento v de V ´e associado um n ´umero real kvk tal que valem as propriedades:1.
Positividade kvk=0 ⇔ v=0. 2.
Produto por constante kavk=|a|kvk.
3.
Desigualdade triangular ku+vk ≤ kuk+kvk.
sendo u ∈ V e a um escalar. Nesse caso dizemos que (V,k k) ´e um espa¸co vetorial normado.
b
Propriedade 36. Vale k−vk=kvk para todo v∈V.ê Demonstra ¸c ˜ao.
k−vk=|−1|kvk=kvk.
b
Propriedade 37. Vale kxk ≥0 para todo x ∈V. ê Demonstra ¸c ˜ao. Pela desigualdade triangularku+vk ≤ kuk+kvk tomando u=x e v= −x segue
kx−xk=0≤ kxk+k−xk=2kxk da´ı kxk ≥0.
b
Propriedade 38. Vale que| ||x||−||y|| | ≤||x−y||, ∀x, y ∈V.
ê Demonstra ¸c ˜ao. Pela desigualdade triangular, temos que
||x||≤||y||+||x−y||,
||y||≤||x||+||| {z }x−y||
=||y−x||
,
por isso temos que ||y||+||x−y||≥||x||−||y||.
m
Defini ¸c ˜ao 4. Seja V um espa¸co com produto interno h,i, definimos a norma (ou comprimento) de um vetor v em rela¸c˜ao a esse produto interno porkvk:= p hv, vi.
m
Defini ¸c ˜ao 5. Se kvk = 1 v ´e chamado vetor unit´ario e dizemos que v est´a normalizado.A seguir propriedades v´alidas para quaisquer v, w em um espa¸co vetorial V com produto interno e a∈R.
b
Propriedade 39. kvk ≥0 e kvk=0 sse v=0.ê Demonstra ¸c ˜ao. Temos
kvk=p hv, vi e como hv, vi ≥ 0 segue p
hv, vi ≥ 0 e hv, vi = 0 sse v = 0, segue p
hv, vi = 0 sse v=0.
b
Propriedade 40.kavk=|a|kvk.
ê Demonstra ¸c ˜ao. kavk=p
hav, avi=p
a2hv, vi=|a|p
hv, vi=|a|kvk.
b
Propriedade 41 (Desigualdade de Schwarz). kwk kvk ≥|hv, wi|.ê Demonstra ¸c ˜ao. Para v=0 vale a igualdade, pois kvk=0 e h0, wi=0, ent˜ao seja v6=0, para qualquer t real vale
htv+w, tv+wi ≥0 logo
t2hv, vi+2thv, wi+hw, wi ≥0
(tentar ver potencia¸c˜ao de produtos internos) como hv, vi ´e sempre positivo, temos que ter o discriminante negativo, logo
4hv, wi2−4hv, vi hw, wi ≤0 donde segue
kwk kvk ≥|hv, wi|. Se hv, wi ≥0 temos
kwk kvk ≥ hv, wi se hv, wi<0 ainda temos
kwk kvk ≥ hv, wi pois a norma ´e um n´umero n˜ao negativo.
b
Propriedade 42. Vale a seguinte identidadeku+vk2=kuk2+kvk2+2hu, vi.
ê Demonstra ¸c ˜ao. ku+vk2 =p
hu+v, u+vi2 =hu+v, u+vi=hu, ui+2hu, vi+hv, vi=
=kuk2+kvk2+2hu, vi.
b
Propriedade 43 (Desigualdade triangular).kuk+kvk ≥ ku+vk Da identidade
ku+vk2 =kuk2+kvk2+2hu, vi e da desigualdade
kuk kvk ≥ hu, vi
segue
ku+vk2 =kuk2+kvk2+2hu, vi ≤ kuk2+kvk2+2kuk kvk= (kuk+kvk)2 logo
(kuk+kvk)2 ≥ ku+vk2 de onde segue
kuk+kvk ≥ ku+vk.
1.4.1 Angulo entre dois vetores ˆ
A desigualdade de Schwarz nos possibilita definir ˆangulo entre vetores n˜ao nulo em um espa¸co vetorialV munido de um produto interno, da desigualdade de Schwarz temos
|hv, wi| kvk kwk ≤1 de onde temos se hv, wi<0
−hv, wi kvk kwk ≤1
hv, wi
kvk kwk ≥−1 e se hv, wi>0
hv, wi kvk kwk ≤1
logo
−1≤ hv, wi kvk kwk ≤1 portanto existe ˆangulo α em [0, π] tal que
cosα= hv, wi kvk kwk.