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Vectores en el espacio · Vectores

Posiciones relativas de rectas y planos en el espacio

Te conviene dominar: Posición relativa de dos rectas (2° año de preparatoria (semestres 3 y 4))
Te conviene dominar: Combinaciones lineales de vectores. Bases (2° año de preparatoria (semestres 3 y 4))

Dos drones de reparto vuelan sobre la CDMX en línea recta. Sus trayectorias no son paralelas, pero uno pasa por encima del otro y nunca chocan. En el plano esto es imposible: dos rectas o se cortan o son paralelas. En el espacio hay una tercera opción. En esta página aprenderás a clasificar todos los casos entre rectas y planos con un solo método: comparar vectores y calcular rangos.

Una recta en el espacio: por dos puntos y pertenencia de un punto

Una recta queda fija con un punto $A$ y un vector director $\vec u$. Sus ecuaciones paramétricas son $X=A+t\,\vec u$, es decir, $x=a_1+tu_1$, $y=a_2+tu_2$, $z=a_3+tu_3$.

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Un satélite de observación sigue una trayectoria lineal en el espacio definida por la recta $r: (x, y, z) = (1, 2, 0) + \lambda(2, -1, 3)$. Se quiere comprobar si el…

Un satélite de observación sigue una trayectoria lineal en el espacio definida por la recta $r: (x, y, z) = (1, 2, 0) + \lambda(2, -1, 3)$. Se quiere comprobar si el satélite pasará exactamente por un punto de control situado en $P(5, 0, 6)$. Determina si el punto $P$ pertenece a la trayectoria del satélite.

X Y Z O A(1, 2, 0) v(2, −1, 3) P(5, 0, 6) r z=6
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Dos rectas: coincidentes, paralelas, secantes o cruzadas

Cuatro esquemas con las posiciones relativas de dos rectas en el espacio: paralelas, secantes en un punto, cruzadas y coincidentes. paralelas secantes cruzadas coincidentes (misma recta)

La perpendicular común a dos rectas cruzadas

Dos rectas cruzadas no se tocan, pero existe una única recta que las corta a las dos y es perpendicular a ambas. Es la que marca la distancia más corta entre ellas.

Vuelve al principio: los dos drones tienen direcciones distintas y $\vec{AB}$ no está en su plano, así que sus trayectorias son cruzadas y no hay riesgo de choque.

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Dadas las rectas $r$ y $s$ expresadas por sus ecuaciones paramétricas: $r: \begin{cases} x = 1 + \lambda \\ y = 2 - \lambda \\ z = 3 \lambda \end{cases}$ y…

Dadas las rectas $r$ y $s$ expresadas por sus ecuaciones paramétricas:

$r: \begin{cases} x = 1 + \lambda \\ y = 2 - \lambda \\ z = 3 \lambda \end{cases}$ y $s: \begin{cases} x = \mu \\ y = 1 + \mu \\ z = 2 - \mu \end{cases}$

Estudia la posición relativa de ambas comparando sus vectores directores. ¿Son paralelas o tienen direcciones distintas?

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Dados los puntos $A(1, 0, -1)$, $B(2, 1, 0)$ y $C(3, 2, 1)$, determina la posición relativa de la recta que pasa por $A$ y $B$ respecto a la recta que pasa por $B$ y…

Dados los puntos $A(1, 0, -1)$, $B(2, 1, 0)$ y $C(3, 2, 1)$, determina la posición relativa de la recta que pasa por $A$ y $B$ respecto a la recta que pasa por $B$ y $C$. ¿Se trata de la misma recta (coincidentes) o son rectas secantes en el punto $B$?

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Dos drones de vigilancia aérea siguen trayectorias rectilíneas definidas por las rectas $r$ y $s$. El centro de control necesita saber si existe algún riesgo de colisión…

Dos drones de vigilancia aérea siguen trayectorias rectilíneas definidas por las rectas $r$ y $s$. El centro de control necesita saber si existe algún riesgo de colisión (si las trayectorias se cortan). Las ecuaciones de las trayectorias son:

$r: \frac{x-1}{2} = \frac{y}{1} = \frac{z+2}{3}$

$s: \begin{cases} x + y - z = 0 \\ 2x - y + 3z = 1 \end{cases}$

Determina la posición relativa de ambas trayectorias.

X Y Z s Dron B r Dron A
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Se dan las rectas $r$ y $s$ de ecuaciones: $r: \frac{x-2}{1} = \frac{y+1}{2} = \frac{z}{-1}$ $s: \begin{cases} x - y + 2z = 4 \\ 2x + z = 1 \end{cases}$ a) Demuestra…

Se dan las rectas $r$ y $s$ de ecuaciones:

$r: \frac{x-2}{1} = \frac{y+1}{2} = \frac{z}{-1}$

$s: \begin{cases} x - y + 2z = 4 \\ 2x + z = 1 \end{cases}$

  1. a) Demuestra analíticamente que las rectas $r$ y $s$ se cruzan.
  2. b) Halla la ecuación de la perpendicular común a ambas rectas.
  3. c) Determina la posición relativa de esta perpendicular común con el plano coordenado $XZ$.
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Recta y plano: contenida, paralela o secante

Una recta que atraviesa un plano en un punto: posición secante. r secante

Si la recta viene dada como intersección de dos planos, su dirección es $\vec v=\vec n_1\times\vec n_2$ (producto cruz de sus normales). También puedes resolver el sistema y dejar un parámetro libre.

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Comprueba si la recta $r$, definida como la intersección de los planos $x + y = 2$ y $x - y = 0$, es paralela al plano de coordenadas $XY$ (el plano $z = 0$). Argumenta…

Comprueba si la recta $r$, definida como la intersección de los planos $x + y = 2$ y $x - y = 0$, es paralela al plano de coordenadas $XY$ (el plano $z = 0$). Argumenta tu respuesta basándote en el vector director de la recta.

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Un arquitecto utiliza un software de diseño para situar una viga estructural representada por la recta $r: \dfrac{x-2}{3} = \dfrac{y+1}{-2} = \dfrac{z-4}{4}$. Determina…

Un arquitecto utiliza un software de diseño para situar una viga estructural representada por la recta $r: \dfrac{x-2}{3} = \dfrac{y+1}{-2} = \dfrac{z-4}{4}$. Determina si la viga es perpendicular al plano de fachada $\pi: 3x - 2y + 4z + 1 = 0$. Justifica tu respuesta.

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Un rayo láser se propaga siguiendo la recta $r: \frac{x-1}{2} = \frac{y+2}{1} = \frac{z}{3}$ e incide sobre una lámina de cristal plana cuya ecuación es…

Un rayo láser se propaga siguiendo la recta $r: \frac{x-1}{2} = \frac{y+2}{1} = \frac{z}{3}$ e incide sobre una lámina de cristal plana cuya ecuación es $\pi: x + y + z - 1 = 0$. Determina la posición relativa entre el rayo láser y la lámina. En caso de que se corten, calcula las coordenadas del punto de impacto.

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Considera el plano $\pi: 2x - y + az + 3 = 0$ y la recta $r$ que pasa por los puntos $A(1, 0, -1)$ y $B(2, 1, 0)$. Determina el valor del parámetro $a \in \mathbb{R}$…

Considera el plano $\pi: 2x - y + az + 3 = 0$ y la recta $r$ que pasa por los puntos $A(1, 0, -1)$ y $B(2, 1, 0)$. Determina el valor del parámetro $a \in \mathbb{R}$ para que la recta sea paralela al plano. Para dicho valor de $a$, ¿está la recta contenida en el plano? Justifica tu respuesta.

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Dos planos: coincidentes, paralelos o secantes

Dos planos paralelos y distintos dibujados en perspectiva. π₁ π₂
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En el diseño de un edificio inteligente, se han definido dos superficies planas correspondientes al techo y al suelo de una planta técnica. Las ecuaciones de los planos…

En el diseño de un edificio inteligente, se han definido dos superficies planas correspondientes al techo y al suelo de una planta técnica. Las ecuaciones de los planos son $\pi_1: 2x - y + 3z - 5 = 0$ y $\pi_2: 4x - 2y + 6z + 8 = 0$. Analiza la posición relativa de ambos planos para confirmar si son paralelos.

π₂ π₁ n₂ n₁ d
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Determina el valor del parámetro $k$ para que los planos $\pi_1: x + ky + z - 2 = 0$ y $\pi_2: 2x - 4y + 2z + 1 = 0$ sean paralelos. Para ese valor de $k$, ¿podrían ser…

Determina el valor del parámetro $k$ para que los planos $\pi_1: x + ky + z - 2 = 0$ y $\pi_2: 2x - 4y + 2z + 1 = 0$ sean paralelos. Para ese valor de $k$, ¿podrían ser los planos coincidentes? Justifica tu respuesta observando los términos independientes.

π₂ π₂: 2x - 4y + 2z + 1 = 0 π₁ π₁: x + ky + z - 2 = 0 n₁ = (1, k, 1) n₂ = (2, −4, 2)
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Tres planos: el rango decide

Tres planos forman un sistema de tres ecuaciones con tres incógnitas. Sea $M$ la matriz de coeficientes y $M^*$ la matriz aumentada (con la columna de términos independientes). Es el mismo análisis de sistemas lineales de semestres anteriores, ahora con significado geométrico.

Tres planos que se cortan en un único punto P en el espacio. P
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Discute, en función del parámetro real $m$, la posición relativa de los siguientes tres planos: $\pi_1: mx + y + z = 1$ $\pi_2: x + my + z = m$ $\pi_3: x + y + mz = m^2$

Discute, en función del parámetro real $m$, la posición relativa de los siguientes tres planos:

$\pi_1: mx + y + z = 1$

$\pi_2: x + my + z = m$

$\pi_3: x + y + mz = m^2$

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En un proyecto de diseño industrial, se definen tres superficies mediante los siguientes planos en el espacio: $\pi_1: x + ay + z = a$ $\pi_2: ax + y + (a-1)z = 1$…

En un proyecto de diseño industrial, se definen tres superficies mediante los siguientes planos en el espacio:

$\pi_1: x + ay + z = a$

$\pi_2: ax + y + (a-1)z = 1$

$\pi_3: x + y + z = 1$

Discute la posición relativa de los tres planos según los diferentes valores del parámetro real $a$. En los casos en los que los tres planos se corten en una recta (formando un haz de planos), obtén la ecuación paramétrica de dicha recta.

π₁ π₂ π₃ r P vᵣ
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Construir planos: por tres puntos, paralelo a una recta y haz de planos

Muchos problemas piden un plano que cumpla una condición con respecto a puntos o rectas. Hay tres herramientas.

Haz de planos: varios planos que comparten una misma recta como arista. arista r
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Un haz de planos tiene como arista la recta $r: \begin{cases} 3x - y + z = 2 \\ x + 2y - z = 1 \end{cases}$. Encuentra cuál de los planos del haz pasa por el punto…

Un haz de planos tiene como arista la recta $r: \begin{cases} 3x - y + z = 2 \\ x + 2y - z = 1 \end{cases}$. Encuentra cuál de los planos del haz pasa por el punto $P(1, 1, 1)$. Una vez obtenido, determina la posición relativa de este plano con el eje $OY$.

X Z Y Eje OY π P(1,1,1) r arista
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Dadas las rectas $r$ y $s$, demuestra que se cruzan y halla la ecuación del plano que contiene a $s$ y es paralelo a $r$:…

Dadas las rectas $r$ y $s$, demuestra que se cruzan y halla la ecuación del plano que contiene a $s$ y es paralelo a $r$:

$r: \frac{x}{1} = \frac{y-1}{2} = \frac{z+1}{1}$

$s: \frac{x-1}{-1} = \frac{y}{3} = \frac{z}{2}$

Pₛ vₛ d Pᵣ vᵣ n π s r
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Se considera una trayectoria de un dron representada por la recta $r$ que pasa por el punto $A(1, 2, -1)$ y tiene como vector director $\vec{v} = (k, 1, 2)$. Por otro…

Se considera una trayectoria de un dron representada por la recta $r$ que pasa por el punto $A(1, 2, -1)$ y tiene como vector director $\vec{v} = (k, 1, 2)$. Por otro lado, un panel solar está contenido en el plano $\pi$ definido por los puntos $P(1, 0, 1)$, $Q(0, 2, 3)$ y $R(2, 1, 0)$.

Determine el valor del parámetro $k$ para que la trayectoria del dron sea paralela al panel solar. Para ese valor de $k$, ¿existe alguna recta $s$ contenida en el plano $\pi$ que sea perpendicular a $r$? Justifica la respuesta basándote en la posición relativa de los elementos.

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Resumen

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