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Geometry · Matemáticas
Geometría analítica · Geometría analítica

Operaciones con vectores

Te conviene dominar: Sistemas de ecuaciones (Matemáticas de 8.º grado (Pre-Álgebra))
Te conviene dominar: El teorema de Pitágoras (Matemáticas de 7.º grado)

Dos remolcadores tiran de una barcaza en el puerto de Nueva York, cada uno en una dirección distinta. Un viento cruzado desvía un avión de su ruta. Un videojuego suma el movimiento de un personaje al de un proyectil. En todos los casos tienes que combinar vectores, y las reglas son las mismas en un mapa real que en una cuadrícula coordenada. Al terminar esta página sabrás hallar la fuerza única que producen juntos los dos remolcadores.

Forma de componentes y puntos

Un vector $\vec v = (v_1, v_2)$ registra un cambio: $v_1$ unidades en horizontal y $v_2$ unidades en vertical. Algunos libros escriben $\langle v_1, v_2 \rangle$. Nosotros usamos $(v_1, v_2)$, como los ejercicios.

Para obtener el vector que va de un punto $A$ a un punto $B$, resta: punta menos cola.

Vector del punto A al punto B con un cambio horizontal de 4 y un cambio vertical de 2. A B cambio en x: 4 cambio en y: 2 AB = (4, 2)

Un punto también es un vector. El punto $(3, 2)$ es el vector que va del origen $O(0,0)$ a $(3, 2)$. Arrastra el punto de abajo y observa sus coordenadas.

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Dados los puntos $A(3, -2)$ y $B(5, 4)$, calcule las coordenadas del vector $\vec{AB}$ y del vector $\vec{BA}$.

Dados los puntos $A(3, -2)$ y $B(5, 4)$, calcule las coordenadas del vector $\vec{AB}$ y del vector $\vec{BA}$.

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El vector $\vec{v} = (5, 2)$ tiene su origen en el punto $A(-3, 1)$. Determine las coordenadas de su extremo $B$.

El vector $\vec{v} = (5, 2)$ tiene su origen en el punto $A(-3, 1)$. Determine las coordenadas de su extremo $B$.

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Magnitud y distancia

La magnitud de $\vec v = (v_1, v_2)$ es su longitud y se escribe $|\vec v|$ (o $\|\vec v\|$).

El vector (5, 12) dibujado como hipotenusa de un triángulo rectángulo con catetos 5 y 12 y longitud 13. 5 12 |v| = 13

Para hallar un perímetro, calcula la magnitud del vector de cada lado y suma las tres (o cuatro) longitudes.

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Calcule el módulo del vector $\vec{v} = (-6, 8)$.

Calcule el módulo del vector $\vec{v} = (-6, 8)$.

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Los vértices de una parcela triangular son $A(0, 0)$, $B(8, 6)$ y $C(12, -3)$ (medidos en yardas). Calcule el perímetro de la parcela.

Los vértices de una parcela triangular son $A(0, 0)$, $B(8, 6)$ y $C(12, -3)$ (medidos en yardas). Calcule el perímetro de la parcela.

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Halle las coordenadas de un punto $P$ situado sobre el eje de ordenadas de forma que el triángulo formado por los puntos $A(-3, 2)$, $B(1, 4)$ y $P$ sea isósceles,…

Halle las coordenadas de un punto $P$ situado sobre el eje de ordenadas de forma que el triángulo formado por los puntos $A(-3, 2)$, $B(1, 4)$ y $P$ sea isósceles, siendo los lados $AP$ y $BP$ de igual longitud. Es decir, debe cumplirse que $|\vec{AP}| = |\vec{BP}|$.

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Suma, resta y multiplicación por un escalar

Geométricamente, los vectores se suman de punta a cola: dibuja el segundo vector empezando donde termina el primero. La suma va desde el inicio del primero hasta el final del segundo.

Suma de punta a cola de dos fuerzas y el vector resultante desde el inicio de la primera hasta el final de la segunda. F₁ F₂ R = F₁ + F₂
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Dados los vectores $\vec{u} = (4, -1)$ y $\vec{v} = (-2, 5)$, calcule las coordenadas del vector suma $\vec{u} + \vec{v}$ y del vector diferencia $\vec{u} - \vec{v}$.

Dados los vectores $\vec{u} = (4, -1)$ y $\vec{v} = (-2, 5)$, calcule las coordenadas del vector suma $\vec{u} + \vec{v}$ y del vector diferencia $\vec{u} - \vec{v}$.

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Dado el vector $\vec{w} = (3, -7)$, calcule las coordenadas de los vectores $2\vec{w}$ y $-\frac{1}{2}\vec{w}$.

Dado el vector $\vec{w} = (3, -7)$, calcule las coordenadas de los vectores $2\vec{w}$ y $-\frac{1}{2}\vec{w}$.

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Practica★★☆Sin empezar
Sobre un cuerpo actúan dos fuerzas representadas por los vectores $\vec{F_1} = (15, -8)$ N y $\vec{F_2} = (-5, 12)$ N. Calcule el vector fuerza resultante…

Sobre un cuerpo actúan dos fuerzas representadas por los vectores $\vec{F_1} = (15, -8)$ N y $\vec{F_2} = (-5, 12)$ N. Calcule el vector fuerza resultante $\vec{R} = \vec{F_1} + \vec{F_2}$ y determine la magnitud (módulo) de dicha fuerza resultante.

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Cadenas de desplazamientos y ecuaciones vectoriales

Muchos problemas encadenan varios movimientos: ir de $A$ a $B$ y luego de $B$ a $C$. El recorrido total es la suma:

$$\vec{AC} = \vec{AB} + \vec{BC}$$

Cuando un problema te da una ecuación vectorial, trata los vectores como números en una ecuación. Usa operaciones inversas en ambos lados y luego halla un punto con $B = A + \vec{AB}$.

Camino de A a B y a C con el desplazamiento total AC como vector horizontal discontinuo. A (1, 1) B (3, 4) C (5, 1) u BC AC
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Un dron de entrega realiza el siguiente recorrido desde su base en el origen de coordenadas: primero se desplaza según el vector $\vec{d_1} = (4.5, 2.1)$ millas, luego…

Un dron de entrega realiza el siguiente recorrido desde su base en el origen de coordenadas: primero se desplaza según el vector $\vec{d_1} = (4.5, 2.1)$ millas, luego sigue el vector $\vec{d_2} = (-1.2, 3.4)$ millas y finalmente avanza según $\vec{d_3} = (0, -1.5)$ millas. Determine el vector de posición final del dron y a qué distancia en línea recta se encuentra de la base.

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Un robot explorador en Marte parte del punto $A(-3, 2)$ y realiza un desplazamiento descrito por el vector $\vec{u} = (5, 4)$ hasta llegar a un punto $B$. Desde $B$, se…

Un robot explorador en Marte parte del punto $A(-3, 2)$ y realiza un desplazamiento descrito por el vector $\vec{u} = (5, 4)$ hasta llegar a un punto $B$. Desde $B$, se mueve hacia un punto $C$ tal que $\vec{BC} = -2\vec{u} + \vec{w}$, siendo $\vec{w} = (1, -6)$. Determine las coordenadas de los puntos $B$ y $C$, y calcule el módulo del vector desplazamiento total $\vec{AC}$.

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Dados los puntos $A(1, 2)$, $B(3, -1)$ y $C(0, 4)$, halle las coordenadas de un punto $D$ que cumpla la ecuación vectorial $2\vec{AB} - 3\vec{CD} = \vec{v}$, sabiendo…

Dados los puntos $A(1, 2)$, $B(3, -1)$ y $C(0, 4)$, halle las coordenadas de un punto $D$ que cumpla la ecuación vectorial $2\vec{AB} - 3\vec{CD} = \vec{v}$, sabiendo que el vector $\vec{v}$ tiene coordenadas $(-5, 2)$.

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Vectores paralelos y puntos colineales

Dos vectores son paralelos (están sobre rectas paralelas) si uno es un múltiplo escalar del otro: $\vec v = k\vec u$. Si $k > 0$, además apuntan hacia el mismo lado. Si $k < 0$, apuntan en sentidos opuestos. Algunos problemas preguntan si dos vectores tienen el mismo sentido; eso solo significa si apuntan hacia el mismo lado.

Tres puntos colineales P, Q y R sobre una recta, con PR tres veces más largo que PQ. P (0, 1) Q (2, 4) R (6, 10)
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Compruebe si los vectores $\vec{a} = (2, -5)$ y $\vec{b} = (-6, 15)$ tienen la misma dirección, es decir, si son paralelos.

Compruebe si los vectores $\vec{a} = (2, -5)$ y $\vec{b} = (-6, 15)$ tienen la misma dirección, es decir, si son paralelos.

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Practica★★☆Sin empezar
En el diseño de un videojuego, el movimiento de un personaje viene dado por el vector $\vec{u} = (x, 12)$, y el de un proyectil por el vector $\vec{v} = (5, -4)$.…

En el diseño de un videojuego, el movimiento de un personaje viene dado por el vector $\vec{u} = (x, 12)$, y el de un proyectil por el vector $\vec{v} = (5, -4)$. Calcule el valor de $x$ para que ambos vectores tengan la misma dirección y averigüe si tienen el mismo sentido.

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En una obra de ingeniería civil, se deben alinear tres pilares. En el plano, sus posiciones son $P(1, -2)$, $Q(4, 2)$ y $R(10, k)$. Averigüe el valor de $k$ para que los…

En una obra de ingeniería civil, se deben alinear tres pilares. En el plano, sus posiciones son $P(1, -2)$, $Q(4, 2)$ y $R(10, k)$. Averigüe el valor de $k$ para que los tres pilares estén perfectamente alineados.

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Combinaciones lineales

Un vector w en el plano construido como una copia estirada de u más una copia estirada de v. a·u b·v w = a·u + b·v

Un atajo común: todo vector $(a, b)$ es igual a $a(1, 0) + b(0, 1)$. Así, cuando los dos vectores dados son $(1, 0)$ y $(0, 1)$, los números $a$ y $b$ son simplemente las componentes. Esto es útil en problemas de viento y velocidad, donde $\vec v_{\text{avión}} + \vec v_{\text{viento}} + \vec c = \vec v_{\text{meta}}$ y despejas la corrección $\vec c$.

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Exprese el vector $\vec{w} = (1, 11)$ como combinación lineal de los vectores $\vec{u} = (2, 3)$ y $\vec{v} = (-1, 5)$. Es decir, halle los valores de $a$ y $b$ tales…

Exprese el vector $\vec{w} = (1, 11)$ como combinación lineal de los vectores $\vec{u} = (2, 3)$ y $\vec{v} = (-1, 5)$. Es decir, halle los valores de $a$ y $b$ tales que $\vec{w} = a\vec{u} + b\vec{v}$.

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Un avión vuela con una velocidad propia representada por el vector $\vec{v_m} = (250, 150)$ mph. El viento sopla con una velocidad $\vec{v_v} = (-30, 40)$ mph. La…

Un avión vuela con una velocidad propia representada por el vector $\vec{v_m} = (250, 150)$ mph. El viento sopla con una velocidad $\vec{v_v} = (-30, 40)$ mph. La velocidad real del avión respecto al suelo es la suma de ambos vectores. Se quiere modificar la velocidad de los motores sumando un vector de corrección $\vec{c} = a\vec{u} + b\vec{w}$, donde $\vec{u} = (1, 0)$ y $\vec{w} = (0, 1)$, para que la velocidad real final del avión sea exactamente $\vec{v_r} = (300, 0)$ mph. Plantee la ecuación vectorial y halle los valores de $a$ y $b$.

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Vectores unitarios

Al dividir entre $|\vec v|$ el vector se reduce a longitud $1$. Como $|\vec v|$ es positivo, el vector sigue apuntando hacia el mismo lado.

El vector (4, 3) de longitud 5 y el vector unitario más corto (0.8, 0.6) que apunta hacia el mismo lado. v = (4, 3), |v| = 5 u = (0.8, 0.6)
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En física de partículas, un haz de protones sigue una trayectoria rectilínea con vector director $\vec{v} = (3, -4)$. Encuentre un vector unitario (de módulo 1) que…

En física de partículas, un haz de protones sigue una trayectoria rectilínea con vector director $\vec{v} = (3, -4)$. Encuentre un vector unitario (de módulo 1) que tenga la misma dirección y sentido que $\vec{v}$, y otro vector que tenga la misma dirección, sentido opuesto y módulo 10.

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Puntos medios y reflexiones respecto a un punto

Ahora supón que conoces el punto medio $M$ y un extremo $A$, y necesitas el otro extremo $A'$. Es la reflexión de $A$ respecto al punto $M$ (lo mismo que rotar $A$ $180^\circ$ alrededor de $M$). Algunos problemas lo llaman el punto simétrico de $A$ respecto a $M$.

El punto A y su reflexión A prima respecto al punto M, con M exactamente a la mitad entre ambos. dd AMA' M es el punto medio: AM = MA'
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Calcule las coordenadas del punto medio del segmento de extremos $P(-4, 7)$ y $Q(8, -1)$.

Calcule las coordenadas del punto medio del segmento de extremos $P(-4, 7)$ y $Q(8, -1)$.

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Halle las coordenadas del punto simétrico de $A(1, 4)$ respecto del punto $M(3, -2)$.

Halle las coordenadas del punto simétrico de $A(1, 4)$ respecto del punto $M(3, -2)$.

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Dos ciudades están situadas en un mapa en las coordenadas $A(-15, 20)$ y $B(35, -4)$ (en millas). Se quiere instalar una antena de telecomunicaciones exactamente en el…

Dos ciudades están situadas en un mapa en las coordenadas $A(-15, 20)$ y $B(35, -4)$ (en millas). Se quiere instalar una antena de telecomunicaciones exactamente en el punto medio entre ambas. Calcule las coordenadas donde debe situarse la antena y la longitud del cable de fibra óptica necesario para conectarla en línea recta con la ciudad $A$.

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Dividir un segmento en una razón dada

A veces quieres un punto $P$ que divida $\overline{AB}$ en una razón distinta de $1:1$. Por ejemplo, $\vec{AP} = 2\vec{PB}$ significa que el trozo $AP$ es el doble de largo que el trozo $PB$ (razón $2:1$). Traduce la condición a puntos y despeja $P$.

Segmento AB dividido por el punto P en trozos AP y PB con razón 2 a 1. A P B AP PB

En general, si $\vec{AP} = r\,\vec{PB}$, entonces $P = \dfrac{A + rB}{1 + r}$.

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Calcule las coordenadas de un punto $P$ que divide al segmento de extremos $A(-2, 5)$ y $B(7, -1)$ de modo que la distancia de $A$ a $P$ sea el doble que la distancia de…

Calcule las coordenadas de un punto $P$ que divide al segmento de extremos $A(-2, 5)$ y $B(7, -1)$ de modo que la distancia de $A$ a $P$ sea el doble que la distancia de $P$ a $B$. Es decir, se cumple la relación vectorial $\vec{AP} = 2\vec{PB}$.

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Usar vectores para analizar figuras

Los vectores te permiten demostrar propiedades de polígonos usando álgebra.

Paralelogramo ABCD con las dos diagonales cruzándose en su punto medio común. A B C D las diagonales se cruzan en el punto medio

Hexágonos regulares. Un hexágono regular con centro en el origen se divide en 6 triángulos equiláteros. Toma el vértice $A(6, 0)$. El siguiente vértice $B$ hace que $\triangle OAB$ sea equilátero, así que $B$ está sobre el punto medio de $\overline{OA}$ a una altura de $6 \cdot \tfrac{\sqrt 3}{2} = 3\sqrt 3$. Eso da $B = (3, 3\sqrt 3)$. Como $OABC$ es un rombo, $\vec{OC} = \vec{AB} = (-3, 3\sqrt 3)$. Los vértices opuestos son vectores opuestos: $D = -A$, $E = -B$, $F = -C$. Así, los vértices son $(6, 0)$, $(3, 3\sqrt 3)$, $(-3, 3\sqrt 3)$, $(-6, 0)$, $(-3, -3\sqrt 3)$, $(3, -3\sqrt 3)$. Comprueba: $|\vec{OB}| = \sqrt{9 + 27} = 6$ ✓.

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Tres de los vértices de un panel solar con forma de paralelogramo $ABCD$ están situados en los puntos $A(-1, 3)$, $B(5, 1)$ y $C(6, 4)$. Calcule las coordenadas del…

Tres de los vértices de un panel solar con forma de paralelogramo $ABCD$ están situados en los puntos $A(-1, 3)$, $B(5, 1)$ y $C(6, 4)$. Calcule las coordenadas del cuarto vértice $D$ sabiendo que los vectores $\vec{AB}$ y $\vec{DC}$ son equipolentes. Compruebe su resultado calculando el punto medio de ambas diagonales.

X Y A B C D(?)
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Demuestre analíticamente que el cuadrilátero de vértices $A(-2, 1)$, $B(4, 3)$, $C(6, -1)$ y $D(0, -3)$ es un rectángulo. Para ello, compruebe que los lados opuestos son…

Demuestre analíticamente que el cuadrilátero de vértices $A(-2, 1)$, $B(4, 3)$, $C(6, -1)$ y $D(0, -3)$ es un rectángulo. Para ello, compruebe que los lados opuestos son vectores equipolentes y que las diagonales tienen exactamente la misma longitud.

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El centro de un hexágono regular se encuentra en el origen de coordenadas $O(0,0)$ y uno de sus vértices es el punto $A(4, 0)$. Utilizando las propiedades de los…

El centro de un hexágono regular se encuentra en el origen de coordenadas $O(0,0)$ y uno de sus vértices es el punto $A(4, 0)$. Utilizando las propiedades de los vectores y sabiendo que el hexágono se puede dividir en 6 triángulos equiláteros idénticos, determine las coordenadas de los otros cinco vértices.

X Y O A(4,0) B(?)
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De vuelta a los remolcadores: Supón que los remolcadores tiran con $\vec F_1 = (30, 10)$ y $\vec F_2 = (10, 20)$, en miles de libras. La fuerza única que hace el mismo trabajo es la suma $\vec R = \vec F_1 + \vec F_2 = (40, 30)$, con intensidad $|\vec R| = \sqrt{40^2 + 30^2} = 50$ miles de libras. Eso son 50,000 lb, menos que el valor $|\vec F_1| + |\vec F_2|$ que obtendrías si ambos tiraran hacia el mismo lado.

Resumen

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