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1° EMS · Matemática
Geometría analítica · Geometría analítica

Movimientos y traslaciones

Te conviene dominar: Traslaciones (9.° grado de Educación Básica Integrada (3.° de liceo))
Te conviene dominar: Simetrías (9.° grado de Educación Básica Integrada (3.° de liceo))

Un dron de reparto que vuela sobre Montevideo, una pieza de un engranaje que gira, un rayo de luz que se refleja en un espejo: los tres son movimientos del plano. En Educación Básica Integrada los viste con dibujos; ahora los calculás con coordenadas, con fórmulas muy sencillas. Al final vamos a resolver una pregunta de billar: ¿dónde tiene que rebotar la bola para pegarle a otra?

Traslaciones: mover según un vector

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Un dron de reparto está en la posición $A(3, 5)$ y se desplaza siguiendo el vector $\vec{v} = (-4, 2)$. ¿Cuáles son las coordenadas de su posición final $A'$?

Un dron de reparto está en la posición $A(3, 5)$ y se desplaza siguiendo el vector $\vec{v} = (-4, 2)$. ¿Cuáles son las coordenadas de su posición final $A'$?

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En un tablero de ajedrez gigante, una pieza se mueve desde la casilla con coordenadas $P(-1, -3)$ hasta la casilla $Q(4, 2)$. Determina las componentes del vector de…

En un tablero de ajedrez gigante, una pieza se mueve desde la casilla con coordenadas $P(-1, -3)$ hasta la casilla $Q(4, 2)$. Determina las componentes del vector de traslación $\vec{PQ}$.

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En un software de arquitectura (CAD), el plano de una ventana está definido por el polígono de vértices $A(1, 1)$, $B(4, 1)$, $C(4, 3)$ y $D(1, 3)$. El diseñador decide…

En un software de arquitectura (CAD), el plano de una ventana está definido por el polígono de vértices $A(1, 1)$, $B(4, 1)$, $C(4, 3)$ y $D(1, 3)$. El diseñador decide trasladar la ventana aplicando el vector $\vec{v} = (-3, 2)$. Calcula las coordenadas de los nuevos vértices $A'$, $B'$, $C'$ y $D'$.

X Y A A' v
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Trasladar varias veces, o en el espacio

Si un punto sufre dos traslaciones seguidas, equivale a una sola con el vector suma. Por ejemplo, un robot aspirador que sale de $O(0,0)$ y sigue $(2,5)$ y luego $(1,-3)$ termina en $(3,2)$, porque $(2,5)+(1,-3)=(3,2)$.

En el espacio se hace igual, con tres componentes: $A(10,5,2)$ y $\vec v=(-8,3,-2)$ dan $A'=(2,8,0)$.

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Un robot aspirador se mueve desde su base siguiendo el vector $\vec{u} = (2, 5)$ y luego sigue el vector $\vec{w} = (1, -3)$. Si la base está en el origen $O(0,0)$,…

Un robot aspirador se mueve desde su base siguiendo el vector $\vec{u} = (2, 5)$ y luego sigue el vector $\vec{w} = (1, -3)$. Si la base está en el origen $O(0,0)$, ¿cuáles son las coordenadas de su posición final y qué vector único $\vec{v}$ representa el desplazamiento total?

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En un almacén automatizado, un paquete se mueve en línea recta desde la estantería $A(10, 5, 2)$ hasta la zona de carga $B(2, 8, 0)$. Determina el vector de traslación…

En un almacén automatizado, un paquete se mueve en línea recta desde la estantería $A(10, 5, 2)$ hasta la zona de carga $B(2, 8, 0)$. Determina el vector de traslación $\vec{AB}$. Si otro paquete situado en $C(4, 4, 4)$ realiza exactamente el mismo movimiento, ¿cuáles serán las coordenadas de su posición final $C'$?

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Giros: centro y ángulo

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Una pieza de un engranaje situada en el punto $K(5, 0)$ gira $90^\circ$ en sentido antihorario alrededor del origen de coordenadas $O(0, 0)$. ¿En qué posición $K'$…

Una pieza de un engranaje situada en el punto $K(5, 0)$ gira $90^\circ$ en sentido antihorario alrededor del origen de coordenadas $O(0, 0)$. ¿En qué posición $K'$ quedará la pieza tras el giro?

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Se aplica un giro de $180^\circ$ a una señal de tráfico circular con centro en el punto $C(3, 4)$ y radio $2$. ¿Qué punto exacto de la señal permanece en la misma…

Se aplica un giro de $180^\circ$ a una señal de tráfico circular con centro en el punto $C(3, 4)$ y radio $2$. ¿Qué punto exacto de la señal permanece en la misma posición (es invariante) tras el movimiento?

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Un brazo robótico articula en el punto $C(2, 1)$. Su pinza se encuentra inicialmente en $P(5, 3)$. Si el brazo realiza un giro de $180^\circ$ alrededor de la…

Un brazo robótico articula en el punto $C(2, 1)$. Su pinza se encuentra inicialmente en $P(5, 3)$. Si el brazo realiza un giro de $180^\circ$ alrededor de la articulación $C$, ¿cuáles serán las nuevas coordenadas $P'$ de la pinza?

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Una cámara de seguridad montada en un poste en $C(1, 2)$ enfoca inicialmente a una puerta situada en $P(4, 2)$. Para cubrir un pasillo, la cámara gira $90^\circ$ en…

Una cámara de seguridad montada en un poste en $C(1, 2)$ enfoca inicialmente a una puerta situada en $P(4, 2)$. Para cubrir un pasillo, la cámara gira $90^\circ$ en sentido antihorario alrededor de su eje en $C$. ¿Cuáles son las coordenadas del nuevo punto $P'$ al que apuntará la cámara? (Asume que la distancia focal se mantiene constante).

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Simetrías: respecto a un eje o a un punto

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Un jardinero quiere plantar un árbol en el punto $B'$, que debe ser simétrico al árbol situado en $B(2, -6)$ respecto al centro del jardín $C(0, 0)$. Calcula las…

Un jardinero quiere plantar un árbol en el punto $B'$, que debe ser simétrico al árbol situado en $B(2, -6)$ respecto al centro del jardín $C(0, 0)$. Calcula las coordenadas de $B'$.

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En el diseño de un logotipo, el punto $M(-4, 7)$ se refleja respecto al eje de ordenadas (eje Y). ¿Cuáles son las coordenadas del punto reflejado $M'$?

En el diseño de un logotipo, el punto $M(-4, 7)$ se refleja respecto al eje de ordenadas (eje Y). ¿Cuáles son las coordenadas del punto reflejado $M'$?

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Dos farolas están situadas en los puntos $F_1(-2, 8)$ y $F_2(6, -2)$. Se quiere colocar un transformador eléctrico en el centro de simetría de ambas. ¿Cuáles son las…

Dos farolas están situadas en los puntos $F_1(-2, 8)$ y $F_2(6, -2)$. Se quiere colocar un transformador eléctrico en el centro de simetría de ambas. ¿Cuáles son las coordenadas de dicho centro?

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En una fábrica de textiles, una máquina dobla una tela a lo largo de la recta horizontal $y = 2$. Si un patrón decorativo está impreso en el punto $P(3, -1)$, ¿cuáles…

En una fábrica de textiles, una máquina dobla una tela a lo largo de la recta horizontal $y = 2$. Si un patrón decorativo está impreso en el punto $P(3, -1)$, ¿cuáles serán las coordenadas del patrón $P'$ una vez doblada la tela?

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Reconocer y combinar movimientos

Si conocés una figura y su imagen, podés identificar el movimiento mirando cómo cambian las coordenadas: si a todos los puntos se les suma lo mismo, es una traslación; si $(x,y)\to(-x,-y)$, es un giro de $180^\circ$ (simetría central); si cambia el signo de una sola coordenada, es una simetría respecto a un eje.

También podés encadenar movimientos: se aplica uno, y al resultado se le aplica el siguiente. El orden importa en general.

Composición de dos movimientos: el punto P pasa a P' por un giro (arco alrededor del centro C) y luego a P'' por una traslación (flecha recta) C (centro) P P′ (giro) P″ (traslación)
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Un programa de impresión 3D primero traslada un vértice de un sólido mediante el vector $\vec{v} = (0, 0, 4)$ y, a continuación, le aplica una simetría central respecto…

Un programa de impresión 3D primero traslada un vértice de un sólido mediante el vector $\vec{v} = (0, 0, 4)$ y, a continuación, le aplica una simetría central respecto al origen de coordenadas $O(0, 0, 0)$. Si el vértice original estaba en la posición $V(2, -3, 1)$, ¿cuál es su posición final $V'$?

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Un rayo de luz atraviesa un cristal grueso y sufre una doble reflexión interna. Primero experimenta una simetría axial respecto a la recta vertical $x = 1$, y luego otra…

Un rayo de luz atraviesa un cristal grueso y sufre una doble reflexión interna. Primero experimenta una simetría axial respecto a la recta vertical $x = 1$, y luego otra simetría axial respecto a la recta $x = 4$. Si una impureza en el cristal está en el punto $M(-2, 3)$, halla su posición tras la primera simetría ($M'$) y tras la segunda ($M''$). ¿A qué vector de traslación directo equivale la composición de estas dos simetrías axiales?

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Practica★★★Sin empezar
En el mecanizado CNC de una pieza, la herramienta de corte se encuentra inicialmente en el punto $H(0, 5)$. El programa ejecuta dos comandos: primero, el plato de…

En el mecanizado CNC de una pieza, la herramienta de corte se encuentra inicialmente en el punto $H(0, 5)$. El programa ejecuta dos comandos: primero, el plato de sujeción gira $180^\circ$ respecto al centro $C(2, 3)$, llevando la herramienta a la posición $H'$. Inmediatamente después, el carro se traslada según el vector $\vec{u} = (-1, -4)$ hasta alcanzar la posición final $H''$. Determina las coordenadas exactas de $H'$ y $H''$.

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En un estudio de transformaciones geométricas, los vértices de un triángulo son $A(1, 2)$, $B(3, 1)$ y $C(2, 4)$. Tras aplicar un único movimiento en el plano, los…

En un estudio de transformaciones geométricas, los vértices de un triángulo son $A(1, 2)$, $B(3, 1)$ y $C(2, 4)$. Tras aplicar un único movimiento en el plano, los nuevos vértices resultan ser $A'(-1, -2)$, $B'(-3, -1)$ y $C'(-2, -4)$. Identifica de qué tipo de movimiento se trata (traslación, giro o simetría) y especifica sus elementos característicos (vector, centro y ángulo, o eje). Justifica analíticamente tu respuesta.

X Y A B C A' B' C'
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Aplicaciones: reflejos, rebotes y centros desconocidos

Las simetrías resuelven problemas de reflexión: un rayo de luz, o una bola de billar que rebota en una banda. El camino que toca el «espejo» se calcula reflejando uno de los puntos y uniendo con una recta.

Trayectoria de una bola que rebota en una banda vertical desde A hasta B, usando el punto simétrico B′ para hallar el punto de impacto M banda A B B′ M

Volvamos al billar del principio. Con la bola en $A(2,3)$, la banda $x=8$ y el objetivo $B(4,7)$: $B'=(2\cdot8-4,\ 7)=(12,7)$. La recta $AB'$ tiene pendiente $\frac{7-3}{12-2}=\frac{2}{5}$, o sea $y=\frac25x+\frac{11}{5}$. En $x=8$: $y=\frac{16+11}{5}=\frac{27}{5}=5{,}4$. La bola rebota en $P(8;\ 5{,}4)$.

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Un rayo láser se emite desde el punto $E(1, 5)$ y, tras reflejarse en un espejo plano y paralelo al eje X, impacta en el punto receptor $R(1, -1)$. Sabiendo que la…

Un rayo láser se emite desde el punto $E(1, 5)$ y, tras reflejarse en un espejo plano y paralelo al eje X, impacta en el punto receptor $R(1, -1)$. Sabiendo que la abscisa no cambia y la ordenada de los puntos simétricos equidista del espejo, ¿cuál es la ecuación de la recta que define la posición del espejo?

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En una mesa de billar, una bola está en la posición $A(2, 3)$. Un jugador quiere golpearla para que impacte en la banda derecha (situada a lo largo de la recta $x = 8$)…

En una mesa de billar, una bola está en la posición $A(2, 3)$. Un jugador quiere golpearla para que impacte en la banda derecha (situada a lo largo de la recta $x = 8$) y, tras rebotar, golpee a otra bola situada en $B(4, 7)$. Para calcular la trayectoria, utiliza el punto simétrico de $B$ respecto a la banda, llamémosle $B'$. Halla las coordenadas de $B'$ y encuentra la ecuación de la recta que une $A$ con $B'$. ¿En qué punto exacto $P$ de la banda rebotará la bola?

X Y x=8 A B B' P
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Una tubería recta de suministro de agua pasa por los puntos $A(0, 4)$ y $B(4, 0)$. Por motivos de redundancia en el diseño, se construye una segunda tubería que es…

Una tubería recta de suministro de agua pasa por los puntos $A(0, 4)$ y $B(4, 0)$. Por motivos de redundancia en el diseño, se construye una segunda tubería que es exactamente simétrica a la primera respecto al eje de abscisas (eje X). Halla las coordenadas de los puntos simétricos $A'$ y $B'$, y determina la ecuación explícita de la recta que define la trayectoria de esta segunda tubería.

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Una pieza triangular de un mosaico histórico con un vértice en $P(2, 6)$ se ha desprendido y, al caer, ha girado exactamente $90^\circ$ en sentido antihorario alrededor…

Una pieza triangular de un mosaico histórico con un vértice en $P(2, 6)$ se ha desprendido y, al caer, ha girado exactamente $90^\circ$ en sentido antihorario alrededor de un punto desconocido $C(x, y)$, quedando el vértice en la nueva posición $P'(-4, 4)$. Sabiendo que en un giro de $90^\circ$ antihorario alrededor del origen un vector $(a, b)$ se transforma en $(-b, a)$, plantea las ecuaciones correspondientes a la transformación del vector $\vec{CP}$ en $\vec{CP'}$ y resuelve el sistema para hallar las coordenadas del centro de giro $C$.

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Módulo de un vector y distancia entre dos puntos

Una traslación mueve un punto una cierta cantidad. ¿Cuánto es esa cantidad? Es el largo del vector de traslación, y se calcula con el teorema de Pitágoras.

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Un velero se desplaza en el mar impulsado por el viento, lo que le confiere un desplazamiento según el vector $\vec{v} = (12, -5)$ km. Simultáneamente, una corriente…

Un velero se desplaza en el mar impulsado por el viento, lo que le confiere un desplazamiento según el vector $\vec{v} = (12, -5)$ km. Simultáneamente, una corriente marina lo arrastra según el vector $\vec{c} = (-3, -2)$ km. Si el velero partió del puerto en $P(-4, 10)$, ¿cuál es su posición final $P'$ y a qué distancia en línea recta se encuentra del punto de partida?

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Un cuadrado tiene su centro geométrico en el origen $O(0, 0)$ y uno de sus vértices es $V_1(3, 3)$. Para encontrar los demás vértices, se aplican giros sucesivos de…

Un cuadrado tiene su centro geométrico en el origen $O(0, 0)$ y uno de sus vértices es $V_1(3, 3)$. Para encontrar los demás vértices, se aplican giros sucesivos de $90^\circ$ en sentido horario alrededor del origen, obteniendo $V_2$, $V_3$ y $V_4$. Calcula las coordenadas de los cuatro vértices y comprueba analíticamente que la distancia entre $V_1$ y $V_2$ es exactamente igual a la distancia entre $V_2$ y $V_3$.

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Resumen

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