Recta y Planos En el espacio
- 1. Geometría Analítica Alejandro Aguilera Ing. Electrónica C.I 24.089.903 Plano y Recta en el Espacio En geometría euclidiana, la recta o la línea recta se extiende en una misma dirección por tanto tiene una sola dimensión y contiene infinitos puntos; se puede considerar que está compuesta de infinitos segmentos. Dicha recta también se puede describir como una sucesión continua e indefinida de puntos extendidos en una sola dimensión, es decir, no posee principio ni fin. Es uno de los entes geométricos fundamentales, junto al punto y el plano. Son considerados conceptos apriorísticos ya que su definición solo es posible a partir de la descripción de las características de otros elementos similares. Un ejemplo de las dificultades de la definición de la recta a partir de puntos es la llamada paradoja de Zenón de la dicotomía que ilustraba la desaparición de la recta al dividirla en puntos. Así, es posible elaborar definiciones basándose en los postulados característicos que determinan relaciones entre los entes fundamentales. Las rectas se suelen denominar con una letra minúscula. Un plano es un sistema bidimensional, donde se encuentran coordenadas cartesianas, que corresponden a un tipo de coordenadas denominadas ortogonales. Este plano cartesiano se constituye como un espacio euclídeo, y donde pueden ser representadas funciones, a partir de gráficos, como las que se utilizan en geometría analítica o en física. Dentro del plano cartesiano, las coordenadas utilizan como referencia unos ejes denominados ortogonales, y estos ejes se cortan entre sí en un punto de origen. De este modo, las coordenadas cartesianas responden y se definen de acuerdo a la distancia respecto del origen que poseen las proyecciones ortogonales, de acuerdo a los ejes.
- 2. Ecuación vectorial de la recta Sea P(x1, y1) es un punto de la recta r y su vector director, el vector tiene igual dirección que , luego es igual a multiplicado por un escalar:
- 3. Ecuaciones paramétricas de la recta Operando en la ecuación vectorial de la recta llegamos a la igualdad: Esta igualdad se verifica si: Ecuaciones implícitas de la recta Una recta puede venir determinada por la intersección de los planos. Si en las ecuaciones continuas de la recta quitamos denominadores y pasamos todo al primer miembro, obtenemos también lasecuaciones implícitas.
- 4. Ejemplos 1Hallar las ecuaciones paramétricas, en forma continua e implícitas de la recta que pasa por el punto A = (1, 2, 1) y cuyo vector director es . 2Hallar las ecuaciones paramétricas, en forma continua e implícita de la recta que pasa por los puntos A(1, 0, 1) y B(0, 1, 1).
- 5. 3Sea r la recta de ecuación: ¿Pertenecen a r los puntos A(0, −2, −2) y B(3, 2, 6)? 4Dada la recta r: Hallar las ecuaciones en forma continua y paramétrica.
- 7. Ecuación vectorial Un plano queda determinado por un punto P y un par de vectores con distinta dirección. Para que el punto P pertenezca al plano π el vector tiene que ser coplanario con y . Ecuaciones paramétricas del plano Operando en la ecuación vectorial del plano llegamos a la igualdad:
- 8. Esta igualdad se verifica si: Ecuación general o implícita del plano Un punto está en el plano π si tiene solución el sistema: Este sistema tiene que ser compatible determinado en las incógnitas λ y µ· Por tanto el determinante de la matriz ampliada del sistema con la columna de los términos independientes tiene que ser igual a cero. Desarrollamos el determinante. Damos los valores:
- 9. Sustituimos: Realizamos las operaciones y le damos a D el valor: Obtenemos la ecuación general de plano: Vector normal El vector es un vector normal al plano, es decir, perpendicular al plano. Si P(x0, y0, z0) es un punto del plano, el vector es perpendicular al vector , y por tanto el producto escalar es cero.
- 10. De este modo también podemos determinar la ecuación general del plano, a partir de un punto y un vector normal. Ecuación canónica o segmentaria del plano Sean los puntos A(a, 0, 0), B(0, b, 0) y C(0, 0, c), la ecuación canónica viene dada por:
- 11. Ejercicios 1Hallar las ecuaciones paramétricas e implícitas del plano que pasa por el punto A(1, 1, 1) y tiene como vectores directores a y . 2Hallar las ecuaciones paramétricas e implícitas del plano que pasa por los puntos A(−1, 2, 3) y B(3, 1, 4) y contiene al vector .
- 12. 3Hallar las ecuaciones paramétricas e implícitas del plano que pasa por los puntos A(−1, 1, −1), B(0, 1, 1) y C(4, −3, 2). 4Sea π el plano de ecuaciones paramétricas: Se pide comprobar si los puntos A (2, 1, 9/2) y B(0, 9, −1) pertenecen al plano.
- 13. 5Hallar la ecuación segmentaria del plano que pasa por los puntos A(1, 1, 0), B(1, 0, 1) y C(0, 1, 1). Dividiendo por −2 obtenemos la ecuación segmentaria: 6Hallar la ecuación de la recta r, que pasa por el punto (1, 0, 0) y es perpendicular al plano x − y − z + 2 = 0. Por ser la recta perpendicular al plano, el vector normal del plano, , será el vector director de la recta que pasa por el punto (1, 0, 0).
- 14. 7Hallar la ecuación del plano que pasa por el punto A(2, 0, 1 y contiene a la recta de ecuación: De la ecuación de la recta obtenemos el punto B y el vector .
- 15. Coordenadas del punto medio de un segmento Sean A (x1, y1, z1) y B (x2, y2, z2) los extremos de un segmento, el punto medio del segmento viene dado por: Ejemplo Dados los puntos A(3, −2, 5) y B(3, 1, 7) , hallar las coordenadas del punto medio del segmento que determinan. Coordenadas del baricentro de un triángulo Sean A (x1, y1, z1), B (x2, y2, z2) y C (x3, y3, z3) los vértices de un triángulo, las coordenadas del baricentro son:
- 16. Ejemplo Sean A = (1, −1, 3), B = (3, 2, -2) y C = (−1, 4, 1) los vértices de un triángulo. Determinar las coordenadas del baricentro. Puntos alineados Tres o más puntos esán alineados si están en una misma recta, y por tanto el rango de los vectores determinados por ellos es 1. Ejemplo Comprobar si los puntos A(2, 3, 1), B(5, 4, 3) y C(2, 1, 2) estánalineados. Los puntos no están alineados.
- 17. Puntos coplanarios Dos o más vectores son coplanarios si son linealmente dependientes, y por tanto sus componentes son proporcionales y surango es 2. Dos o más puntos son coplanarios, si los vectores determinados por ellos también son coplanarios. Ejemplo Comprobar si los puntos A(1, 2, 3), B(4, ,7, 8), C(3, 5, 5), D(−1, −2, −3) y E(2, 2, 2) son coplanarios. Los puntos A, B, C, D y E son coplanarios si: Los puntos A, B, C, D y E no son coplanarios.