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Vectores y geometría · Vectores

Módulo y dirección de un vector. Aplicaciones

Te conviene dominar: Teorema de Pitágoras (3° de secundaria)

Un dron del Zócalo de la CDMX sube y avanza siguiendo un vector de desplazamiento. ¿Cuánto recorrió en línea recta? ¿Y hacia dónde apunta? Conocer el módulo de un vector te dice cuánto; conocer su dirección te dice sobre qué recta se mueve. Con estas dos ideas resolverás problemas de distancias, fuerzas y velocidades.

Módulo de un vector y distancia entre puntos

Practica★☆☆Sin empezar
Calcula el módulo del vector $\vec{v} = (3, -4)$.

Calcula el módulo del vector $\vec{v} = (3, -4)$.

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Halla la distancia exacta entre los puntos $A(-2, 5)$ y $B(4, -3)$.

Halla la distancia exacta entre los puntos $A(-2, 5)$ y $B(4, -3)$.

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Un jugador de ajedrez mueve su peón desde la casilla representada por el punto $(1, 2)$ hasta la casilla $(1, 4)$, y a continuación mueve un caballo desde $(1, 4)$ hasta…

Un jugador de ajedrez mueve su peón desde la casilla representada por el punto $(1, 2)$ hasta la casilla $(1, 4)$, y a continuación mueve un caballo desde $(1, 4)$ hasta $(3, 5)$. Calcula el módulo del vector desplazamiento total de la pieza desde su posición inicial hasta la final.

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Calcula el perímetro exacto del triángulo cuyos vértices se encuentran en las coordenadas $A(-1, 2)$, $B(3, 5)$ y $C(5, -1)$.

Calcula el perímetro exacto del triángulo cuyos vértices se encuentran en las coordenadas $A(-1, 2)$, $B(3, 5)$ y $C(5, -1)$.

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Vector unitario

Proceso para obtener el vector unitario de v = (-5, 12): se divide entre su módulo 13 y resulta u = (-5/13, 12/13). v = (−5, 12)|v| = 13 dividir entre |v| u = (1/13)·(−5, 12)= (−5/13, 12/13) u es unitario: |u| = 1
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Obtén un vector unitario que tenga la misma dirección y sentido que el vector $\vec{w} = (-5, 12)$.

Obtén un vector unitario que tenga la misma dirección y sentido que el vector $\vec{w} = (-5, 12)$.

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Dirección de un vector

La dirección de un vector es la recta sobre la que se encuentra. Dos vectores tienen la misma dirección si son paralelos, es decir, si uno es múltiplo del otro: $\vec v = k\,\vec u$. Si $k>0$ tienen el mismo sentido; si $k<0$, sentidos opuestos.

Otra forma de describirla es la pendiente $m = \dfrac{v_2}{v_1}$ (si $v_1\neq 0$): vectores con la misma pendiente tienen la misma dirección.

Casos especiales: un vector $(0, b)$ está sobre el eje $y$ (vertical) y uno $(a, 0)$ sobre el eje $x$ (horizontal).

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Determina la pendiente (que indica la dirección) del vector que une los puntos $P(1, -4)$ y $Q(3, 8)$.

Determina la pendiente (que indica la dirección) del vector que une los puntos $P(1, -4)$ y $Q(3, 8)$.

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Comprueba analíticamente si los vectores $\vec{u} = (2, -5)$ y $\vec{v} = (-4, 10)$ tienen la misma dirección. En caso afirmativo, indica si tienen el mismo sentido o…

Comprueba analíticamente si los vectores $\vec{u} = (2, -5)$ y $\vec{v} = (-4, 10)$ tienen la misma dirección. En caso afirmativo, indica si tienen el mismo sentido o sentidos opuestos.

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Encuentra las componentes de un vector de módulo $7$ que tenga la dirección del eje de ordenadas y sentido negativo.

Encuentra las componentes de un vector de módulo $7$ que tenga la dirección del eje de ordenadas y sentido negativo.

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Hallar un vector con módulo y dirección dados

Desde el origen, el vector u = (1, -2) apunta a la derecha y hacia abajo; el vector v, más largo (figura sin escala), tiene su misma dirección y sentido opuesto, hacia arriba a la izquierda. u (módulo √5) v (módulo 10)
Practica★☆☆Sin empezar
Un dron se desplaza en línea recta según el vector $\vec{d} = (k, 6)$. Si la distancia total recorrida es de $10$ metros, calcula los posibles valores del parámetro $k$.

Un dron se desplaza en línea recta según el vector $\vec{d} = (k, 6)$. Si la distancia total recorrida es de $10$ metros, calcula los posibles valores del parámetro $k$.

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Practica★★☆Sin empezar
Halla las coordenadas de un vector $\vec{v}$ sabiendo que su módulo es $5\sqrt{2}$ y que tiene la misma dirección y sentido que el vector $\vec{u} = (-1, 1)$.

Halla las coordenadas de un vector $\vec{v}$ sabiendo que su módulo es $5\sqrt{2}$ y que tiene la misma dirección y sentido que el vector $\vec{u} = (-1, 1)$.

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Practica★★☆Sin empezar
Una embarcación se encuentra en el punto $A(2, -1)$ y se desplaza en línea recta una distancia de $13$ millas náuticas. Si el vector director de su trayectoria es…

Una embarcación se encuentra en el punto $A(2, -1)$ y se desplaza en línea recta una distancia de $13$ millas náuticas. Si el vector director de su trayectoria es proporcional a $\vec{d} = (5, 12)$ y se mueve en el mismo sentido que $\vec{d}$, determina las coordenadas exactas del punto de llegada.

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Practica★★☆Sin empezar
Un arquitecto está diseñando un tejado inclinado. El perfil del tejado sigue la dirección del vector $\vec{u} = (4, 3)$. Si por restricciones de la estructura la…

Un arquitecto está diseñando un tejado inclinado. El perfil del tejado sigue la dirección del vector $\vec{u} = (4, 3)$. Si por restricciones de la estructura la longitud total del perfil debe ser de $8.5$ metros, halla las componentes del vector que representa este perfil.

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Dos cables tiran de la parte superior de un poste. El primer cable ejerce una fuerza representada por el vector $\vec{T}1 = (120, 160)$ N. El segundo cable ejerce una…

Dos cables tiran de la parte superior de un poste. El primer cable ejerce una fuerza representada por el vector $\vec{T}_1 = (120, 160)$ N. El segundo cable ejerce una fuerza $\vec{T}_2$ de módulo $150$ N, que tiene la misma dirección pero sentido opuesto a $\vec{T}_1$. Halla las componentes exactas del vector $\vec{T}_2$.

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Un robot explorador se encuentra inicialmente en el punto $A(-3, 2)$. Se le programa para avanzar en línea recta en la dirección y sentido del vector $\vec{u} = (2, -1)$…

Un robot explorador se encuentra inicialmente en el punto $A(-3, 2)$. Se le programa para avanzar en línea recta en la dirección y sentido del vector $\vec{u} = (2, -1)$ hasta alcanzar un punto $B$, de forma que la distancia $AB$ sea igual a $4\sqrt{5}$. Seguidamente, gira y avanza en la dirección y sentido del vector $\vec{w} = (1, 2)$ una distancia de $3\sqrt{5}$ hasta detenerse en el punto $C$. Calcula las coordenadas exactas de los puntos $B$ y $C$.

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Resultante de varios vectores

La resultante de varias fuerzas (o velocidades, o desplazamientos) es su suma vectorial. Se suman componente a componente y después se calcula el módulo.

Fuerzas F1 = (30, -40), que baja a la derecha, y F2 = (-15, 20), que sube a la izquierda, con la resultante R = (15, -20), que baja a la derecha. Las tres están sobre la misma recta y se dibujan desplazadas para verlas. F1 = (30, −40) F2 = (−15, 20) R = (15, −20)

Si el objeto está en equilibrio, la resultante es el vector nulo $(0,0)$. Entonces la fuerza que falta es la opuesta de la suma de las demás.

Con velocidades pasa igual: la velocidad de un avión respecto al suelo es la suma de su velocidad respecto al aire y la del viento. Y con movimientos sucesivos a velocidad constante, el desplazamiento es $\vec v\cdot t$ en cada tramo.

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Sobre un cuerpo actúan dos fuerzas coplanarias representadas por los vectores $\vec{F}1 = (30, -40)$ N y $\vec{F}2 = (-15, 20)$ N. Calcula el módulo de la fuerza…

Sobre un cuerpo actúan dos fuerzas coplanarias representadas por los vectores $\vec{F}_1 = (30, -40)$ N y $\vec{F}_2 = (-15, 20)$ N. Calcula el módulo de la fuerza resultante $\vec{R} = \vec{F}_1 + \vec{F}_2$ y determina un vector unitario en la dirección de dicha resultante.

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Practica★★☆Sin empezar
En una simulación de física, una partícula parte del origen de coordenadas y se mueve con un vector velocidad constante $\vec{v} = (3, 4)$ m/s durante $2$ segundos.…

En una simulación de física, una partícula parte del origen de coordenadas y se mueve con un vector velocidad constante $\vec{v} = (3, 4)$ m/s durante $2$ segundos. Inmediatamente después, cambia su velocidad a $\vec{w} = (-1, 2)$ m/s y mantiene este movimiento durante $3$ segundos más. Calcula a qué distancia del origen se encuentra la partícula al finalizar su recorrido.

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Tres fuerzas coplanarias mantienen un objeto en equilibrio estático en el origen de coordenadas (es decir, la fuerza resultante es el vector nulo). Se conocen las…

Tres fuerzas coplanarias mantienen un objeto en equilibrio estático en el origen de coordenadas (es decir, la fuerza resultante es el vector nulo). Se conocen las componentes de dos de ellas: $\vec{F}_1 = (40, 30)$ N y $\vec{F}_2 = (-20, 50)$ N. Calcula las componentes de la tercera fuerza $\vec{F}_3$ y su módulo exacto.

X Y F₁ F₂ F₃ = ?
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Problemas con parámetros

Cuando una condición de distancia o módulo incluye una incógnita, se plantea $|\vec v| = $ valor, se elevan al cuadrado ambos lados y se resuelve la ecuación (casi siempre cuadrática).

Practica★★☆Sin empezar
Determina las coordenadas de los puntos situados sobre el eje de abscisas que se encuentran a una distancia exacta de $5$ unidades del punto $P(-2, 3)$.

Determina las coordenadas de los puntos situados sobre el eje de abscisas que se encuentran a una distancia exacta de $5$ unidades del punto $P(-2, 3)$.

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Practica★★★Sin empezar
Un avión vuela con una velocidad respecto al aire dada por el vector $\vec{v}a = (250, 150)$ km/h. En esa zona, el viento sopla con una velocidad representada por…

Un avión vuela con una velocidad respecto al aire dada por el vector $\vec{v}_a = (250, 150)$ km/h. En esa zona, el viento sopla con una velocidad representada por $\vec{v}_v = (k, -50)$ km/h. Si sabemos que la velocidad real del avión respecto al suelo, calculada como $\vec{v}_r = \vec{v}_a + \vec{v}_v$, tiene un módulo exacto de $300$ km/h, determina los posibles valores del parámetro $k$.

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Practica★★★Sin empezar
Dados los puntos $A(1, 2)$ y $B(m, m-1)$, halla el valor o valores reales de $m$ para que la distancia rectilínea entre $A$ y $B$ sea exactamente de $5$ unidades.

Dados los puntos $A(1, 2)$ y $B(m, m-1)$, halla el valor o valores reales de $m$ para que la distancia rectilínea entre $A$ y $B$ sea exactamente de $5$ unidades.

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Practica★★★Sin empezar
Encuentra analíticamente todos los vectores $\vec{v} = (x, y)$ de módulo $\sqrt{10}$ que cumplan la condición de que la suma de sus dos componentes sea exactamente $4$.

Encuentra analíticamente todos los vectores $\vec{v} = (x, y)$ de módulo $\sqrt{10}$ que cumplan la condición de que la suma de sus dos componentes sea exactamente $4$.

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Puntos sobre una recta y trayectorias

Una trayectoria en línea recta que sale de un punto $P$ en la dirección de un vector $\vec d$ (su vector director) está formada por los puntos

$$X = P + t\,\vec d,\qquad t\in\mathbb{R}$$

Si $t>0$ avanzas en el sentido de $\vec d$; si $t<0$, en el contrario. En componentes: $x = p_1 + t\,d_1$, $y = p_2 + t\,d_2$.

Si la recta se da por dos puntos $R$ y $S$, un vector director es $\overrightarrow{RS} = S - R$.

Para hallar dónde corta a un eje o a otra recta, sustituyes $x$ y $y$ en la condición (por ejemplo $y=0$ para el eje $x$, o $x=12$ para una recta vertical) y despejas $t$.

Practica★★★Sin empezar
En un plano de coordenadas de un videojuego, el personaje principal se encuentra en la posición $P(-4, 1)$. Debe recoger una moneda situada en un punto $Q$ que pertenece…

En un plano de coordenadas de un videojuego, el personaje principal se encuentra en la posición $P(-4, 1)$. Debe recoger una moneda situada en un punto $Q$ que pertenece a la recta que pasa por los puntos $R(0, 5)$ y $S(2, 7)$. Si el personaje se desplaza exactamente $3\sqrt{2}$ unidades en línea recta para llegar a $Q$, halla las posibles coordenadas donde se encuentra la moneda.

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Una señal luminosa parte del punto $A(0, 4)$ con un vector director $\vec{d} = (2, -1)$. Al llegar al eje de abscisas en un punto $P$, se refleja cambiando su dirección…

Una señal luminosa parte del punto $A(0, 4)$ con un vector director $\vec{d} = (2, -1)$. Al llegar al eje de abscisas en un punto $P$, se refleja cambiando su dirección y sentido según el nuevo vector director $\vec{d}' = (2, 1)$. Si la señal continúa su trayectoria hasta chocar con la recta vertical $x = 12$ en un punto $Q$, calcula la distancia total recorrida por la luz desde $A$ hasta $Q$.

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Aplicaciones geométricas

El módulo sirve para medir lados, perímetros y diagonales de figuras dadas por coordenadas. En un paralelogramo $ABCD$ se cumple $\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{DC}$, y de ahí sale el vértice faltante: $C = D + \overrightarrow{AB}$.

Practica★★★Sin empezar
Considera un romboide $ABCD$ del cual se conocen tres de sus vértices: $A(0, 0)$, $B(6, 2)$ y $D(2, 4)$. Calcula las coordenadas del vértice $C$, obtén el módulo de sus…

Considera un romboide $ABCD$ del cual se conocen tres de sus vértices: $A(0, 0)$, $B(6, 2)$ y $D(2, 4)$. Calcula las coordenadas del vértice $C$, obtén el módulo de sus dos diagonales y justifica analíticamente si se trata o no de un rombo (es decir, si tiene todos sus lados iguales).

X Y A B C D
Resolver

Vuelve al principio: el dron que se desplaza según $\vec d=(k,6)$ y recorre $10$ m cumple $k=\pm8$; el módulo da cuánto recorre y el vector da hacia dónde.

Resumen

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