Distancias en el espacio
Un cohete de sondeo lanzado desde Los Roques pasa cerca de una estación de seguimiento. ¿A qué distancia mínima va a pasar? Y dos vigas de un pabellón que casi se tocan, ¿necesitan un conector de seguridad? Todas las distancias en el espacio se reducen a unas pocas fórmulas, cada una ligada a una herramienta que ya conoces: el módulo de un vector, el producto escalar, el vectorial o el mixto. Aquí las juntamos para que sepas elegir la correcta según los datos que te den.
Distancia entre dos puntos
En un entorno de desarrollo de un videojuego en 3D, dos objetos están situados en los puntos $A(2, -3, 1)$ y $B(6, 1, 1)$, donde las unidades están en metros. Calcula la…
En un entorno de desarrollo de un videojuego en 3D, dos objetos están situados en los puntos $A(2, -3, 1)$ y $B(6, 1, 1)$, donde las unidades están en metros. Calcula la distancia que separa a ambos objetos para programar una colisión si esta es menor de 5 metros.
Calcula las coordenadas de los puntos del eje de abscisas (eje $OX$) cuya distancia al punto $P(3, 2, 2)$ es exactamente de $\sqrt{8}$ unidades. Explica por qué obtienes…
Calcula las coordenadas de los puntos del eje de abscisas (eje $OX$) cuya distancia al punto $P(3, 2, 2)$ es exactamente de $\sqrt{8}$ unidades. Explica por qué obtienes una única solución geométricamente.
Distancia de un punto a un plano
Una antena emisora de telefonía se encuentra en el punto $P(1, 2, -3)$. Se sabe que la señal es interceptada de forma óptima por un panel reflector plano cuya ecuación…
Una antena emisora de telefonía se encuentra en el punto $P(1, 2, -3)$. Se sabe que la señal es interceptada de forma óptima por un panel reflector plano cuya ecuación es $\pi: 3x - 4z + 2 = 0$. Determina la distancia mínima que debe recorrer la onda desde la antena hasta el panel.
Un sensor de profundidad láser se encuentra en el punto $S(5, -7, 4)$. El láser apunta directamente hacia la pared lateral, representada por el plano coordenado $XZ$. ¿A…
Un sensor de profundidad láser se encuentra en el punto $S(5, -7, 4)$. El láser apunta directamente hacia la pared lateral, representada por el plano coordenado $XZ$. ¿A qué distancia se encuentra el sensor de dicha pared?
Halla las coordenadas de los puntos de la recta $r \equiv x = y = z$ que se encuentran a una distancia de $2\sqrt{3}$ unidades del plano $\pi \equiv x + 2y - 2z + 1 = 0$.
Halla las coordenadas de los puntos de la recta $r \equiv x = y = z$ que se encuentran a una distancia de $2\sqrt{3}$ unidades del plano $\pi \equiv x + 2y - 2z + 1 = 0$.
Distancia de un punto a una recta
El gancho de una grúa de obra está suspendido en la posición $Q(4, -3, 12)$. Los técnicos necesitan conocer la distancia del gancho al eje de cotas (eje $OZ$). Calcula…
El gancho de una grúa de obra está suspendido en la posición $Q(4, -3, 12)$. Los técnicos necesitan conocer la distancia del gancho al eje de cotas (eje $OZ$). Calcula dicha distancia para verificar el espacio libre de giro de la grúa respecto al eje vertical de referencia.
Considera el punto $A(1, 5, -2)$ y la recta $r$ definida por sus ecuaciones paramétricas: $$r: \begin{cases} x = 2 + t \\ y = -1 \\ z = 3 \end{cases}$$ Halla la…
Considera el punto $A(1, 5, -2)$ y la recta $r$ definida por sus ecuaciones paramétricas:
$$r: \begin{cases} x = 2 + t \\ y = -1 \\ z = 3 \end{cases}$$Halla la distancia del punto $A$ a la recta $r$ aplicando la fórmula del producto vectorial.
Un cohete de sondeo sigue una trayectoria lineal definida por la recta $r \equiv \begin{cases} x = 1 + \lambda \\ y = 2 - \lambda \\ z = 3 + 2\lambda \end{cases}$. El…
Un cohete de sondeo sigue una trayectoria lineal definida por la recta $r \equiv \begin{cases} x = 1 + \lambda \\ y = 2 - \lambda \\ z = 3 + 2\lambda \end{cases}$. El cohete debe enviar una señal a la estación de seguimiento situada en el punto $P(5, -1, 4)$. Calcula la distancia mínima a la que pasará el cohete de la estación de seguimiento durante su vuelo.
Considera el cubo de arista 4 unidades con un vértice en el origen $(0,0,0)$ y sus aristas situadas sobre los ejes positivos de coordenadas. Calcula la distancia desde…
Considera el cubo de arista 4 unidades con un vértice en el origen $(0,0,0)$ y sus aristas situadas sobre los ejes positivos de coordenadas. Calcula la distancia desde el vértice $V(4, 4, 4)$ a la diagonal del cubo que une los puntos $(4, 0, 0)$ y $(0, 4, 0)$.
Distancia entre dos rectas
Se están diseñando las estructuras de soporte de un pabellón. Dos de las vigas principales se modelizan mediante las rectas…
Se están diseñando las estructuras de soporte de un pabellón. Dos de las vigas principales se modelizan mediante las rectas $r \equiv \frac{x-1}{2} = \frac{y}{1} = \frac{z+1}{-1}$ y $s \equiv \frac{x}{1} = \frac{y-2}{2} = \frac{z}{3}$. Determina la distancia mínima que separa a ambas vigas para comprobar si es necesario instalar un conector de seguridad entre ellas.
Un arquitecto diseña una estructura vanguardista compuesta por dos cables tensados. En un sistema de referencia cartesiano, el primer cable coincide con la recta $r$ que…
Un arquitecto diseña una estructura vanguardista compuesta por dos cables tensados. En un sistema de referencia cartesiano, el primer cable coincide con la recta $r$ que pasa por $A(1, 1, 1)$ y $B(2, 3, 0)$. El segundo cable sigue la dirección del vector $\vec{u} = (1, 0, 1)$ y pasa por el punto $C(0, 2, 2)$.
Calcula:
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La distancia mínima entre los dos cables.
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La ecuación de la recta que representa un refuerzo metálico que une ambos cables por el camino más corto posible (perpendicular común).
Dos satélites de comunicaciones siguen trayectorias lineales en el espacio (medidas en cientos de kilómetros) representadas por las rectas $r$ y $s$:…
Dos satélites de comunicaciones siguen trayectorias lineales en el espacio (medidas en cientos de kilómetros) representadas por las rectas $r$ y $s$:
$r: \begin{cases} x = 1 + \lambda \\ y = 2 - \lambda \\ z = \lambda \end{cases}$ y $s: \frac{x-3}{1} = \frac{y-1}{2} = \frac{z-k}{1}$
Se pide:
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Determinar los valores del parámetro $k$ para que la distancia mínima entre las dos trayectorias sea exactamente de $\sqrt{6}$ unidades (600 km).
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Para cada valor de $k$ obtenido en el apartado anterior, calcula los puntos de cada trayectoria donde se alcanza dicha distancia mínima (puntos de la perpendicular común).
Distancia entre planos paralelos
En el diseño de una sala de exposiciones, el suelo y el techo se han modelado como dos planos paralelos de ecuaciones $\pi_1: x - 2y + 2z - 4 = 0$ y…
En el diseño de una sala de exposiciones, el suelo y el techo se han modelado como dos planos paralelos de ecuaciones $\pi_1: x - 2y + 2z - 4 = 0$ y $\pi_2: x - 2y + 2z + 11 = 0$. Halla la altura de la sala.
Se ha instalado un raíl metálico para un robot industrial que sigue la trayectoria de la recta: $$r: \frac{x-1}{2} = \frac{y+3}{0} = \frac{z-2}{1}$$ Si el suelo de la…
Se ha instalado un raíl metálico para un robot industrial que sigue la trayectoria de la recta:
$$r: \frac{x-1}{2} = \frac{y+3}{0} = \frac{z-2}{1}$$Si el suelo de la fábrica es el plano $\pi: x - 2z + 5 = 0$, comprueba primero que el raíl es paralelo al suelo y calcula después la distancia de seguridad a la que se encuentra el raíl del mismo.
En una excavación arqueológica, se ha determinado que el suelo original de una estancia se encuentra sobre el plano $\pi \equiv 2x - y + 2z - 6 = 0$. Un equipo de…
En una excavación arqueológica, se ha determinado que el suelo original de una estancia se encuentra sobre el plano $\pi \equiv 2x - y + 2z - 6 = 0$. Un equipo de sensores se desplaza sobre una guía metálica representada por la recta $r \equiv \begin{cases} x = \mu \\ y = 4\mu - 1 \\ z = \mu + 1 \end{cases}$.
- a) Comprueba que la guía es paralela al suelo de la estancia.
- b) Calcula la distancia constante a la que se encuentran los sensores del suelo.
Calcula el valor del parámetro $k$ para que la distancia entre los planos paralelos $\pi_1 \equiv 2x + 2y - z + 3 = 0$ y $\pi_2 \equiv 4x + 4y - 2z + k = 0$ sea de 3…
Calcula el valor del parámetro $k$ para que la distancia entre los planos paralelos $\pi_1 \equiv 2x + 2y - z + 3 = 0$ y $\pi_2 \equiv 4x + 4y - 2z + k = 0$ sea de 3 unidades. Explica por qué existen dos posibles valores para $k$.
Lugares geométricos y problemas combinados
Muchos problemas mezclan las fórmulas anteriores con ideas ya conocidas. Estas son las más frecuentes:
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Puntos que equidistan de dos puntos $A$ y $B$: igualas $d(X, A)=d(X, B)$. Queda un plano (el plano mediador), perpendicular a $\vec{AB}$ y que pasa por el punto medio.
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Esfera tangente a un plano: el radio es la distancia del centro al plano, y el punto de tangencia es el pie de la perpendicular desde el centro.
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Punto de una recta a una distancia dada: escribes el punto con el parámetro, $P(\lambda)$, planteas la fórmula e igualas al valor dado. Suele dar una ecuación con módulo, es decir, dos soluciones.
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Punto de una recta más cercano a otro punto: el vector $\vec{AP(\lambda)}$ debe ser perpendicular a $\vec v$, o sea $\vec{AP(\lambda)}\cdot\vec v=0$.
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Reflexión (espejo): se usa el simétrico de uno de los puntos respecto del plano; el camino mínimo es la recta que une el simétrico con el otro punto.
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Perpendicular común de dos rectas que se cruzan: es la recta que pasa por los pies de la distancia mínima. Se toman $X(\lambda)\in r$ e $Y(\mu)\in s$ y se exige $\vec{XY}\cdot\vec u=0$ y $\vec{XY}\cdot\vec v=0$; resolver el sistema da $\lambda$ y $\mu$, y la recta pasa por $X$ e $Y$. También es la intersección de dos planos: el que contiene a $r$ y a $\vec u\times\vec v$, y el que contiene a $s$ y a $\vec u\times\vec v$.
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Simétrico de un punto respecto de una recta: se halla el pie $M$ de la perpendicular ($\vec{AM}\cdot\vec v=0$) y el simétrico es $P'=2M-P$.
Recta como intersección de planos y familias de planos
Una recta también puede venir dada como intersección de dos planos: $r:\begin{cases} A_1x+B_1y+C_1z+D_1=0 \\ A_2x+B_2y+C_2z+D_2=0 \end{cases}$. Sus puntos son las soluciones del sistema de las dos ecuaciones. Para usar las fórmulas necesitas un punto (damos un valor a una incógnita y resolvemos) y un vector dirección, que es $\vec n_1\times\vec n_2$ (perpendicular a las dos normales).
Una familia de planos es una ecuación con un parámetro, como $\pi_a: ax+y+z-a=0$ (agrupando: $a(x-1)+(y+z)=0$, que contiene a la recta $x=1,\ y+z=0$). Si todos sus miembros comparten una recta, esa recta se obtiene agrupando los términos que acompañan al parámetro: $a\,(\dots)+(\dots)=0$. Los puntos que anulan a la vez cada paréntesis pertenecen a todos los planos de la familia, y ese sistema de dos ecuaciones define la recta común.
Determina el lugar geométrico de los puntos del espacio que equidistan de los puntos $A(1, -2, 3)$ y $B(3, 0, 1)$. ¿Qué figura geométrica representa? Calcula la…
Determina el lugar geométrico de los puntos del espacio que equidistan de los puntos $A(1, -2, 3)$ y $B(3, 0, 1)$. ¿Qué figura geométrica representa? Calcula la distancia desde el origen de coordenadas a dicho lugar geométrico.
Un haz de luz láser sale del punto $A(1, 1, 1)$ en la dirección del vector $\vec{v} = (1, 0, 2)$. Queremos colocar un espejo plano paralelo al plano $XY$ de modo que la…
Un haz de luz láser sale del punto $A(1, 1, 1)$ en la dirección del vector $\vec{v} = (1, 0, 2)$. Queremos colocar un espejo plano paralelo al plano $XY$ de modo que la distancia del punto $A$ al espejo sea de 5 unidades.
- a) Halla las dos posibles ecuaciones de los planos que contienen al espejo.
- b) Calcula la distancia desde el origen a cada uno de esos planos.
Una empresa de logística utiliza drones para el transporte de paquetes. Un dron se desplaza desde el punto $A(1, 0, 2)$ en línea recta hacia el punto $B(5, 4, 10)$. En…
Una empresa de logística utiliza drones para el transporte de paquetes. Un dron se desplaza desde el punto $A(1, 0, 2)$ en línea recta hacia el punto $B(5, 4, 10)$. En el centro de la zona de operaciones existe una antena emisora situada en el punto $P(3, 5, 1)$.
Calcula:
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El punto exacto de la trayectoria del dron que se encuentra a la distancia mínima de la antena.
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Si la señal de la antena tiene un alcance de $5$ unidades, determina durante qué intervalo de su trayecto (valores del parámetro $\lambda$) el dron tiene cobertura.
Se considera un plano $\pi$ que pasa por el punto $M(1, 0, 3)$ y es perpendicular a la recta $r: \frac{x-2}{1} = \frac{y+1}{2} = \frac{z}{1}$. 1. Halla la ecuación de la…
Se considera un plano $\pi$ que pasa por el punto $M(1, 0, 3)$ y es perpendicular a la recta $r: \frac{x-2}{1} = \frac{y+1}{2} = \frac{z}{1}$.
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Halla la ecuación de la esfera que es tangente al plano $\pi$ y tiene su centro en el punto $C(4, 5, 2)$.
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Calcula la distancia desde el origen de coordenadas al punto de tangencia entre la esfera y el plano.
Halla las coordenadas de los puntos de la recta $r: \frac{x-1}{2} = \frac{y+2}{3} = \frac{z-3}{-1}$ que equidistan de los planos: $\pi_1: x + 2y - 2z + 1 = 0$…
Halla las coordenadas de los puntos de la recta $r: \frac{x-1}{2} = \frac{y+2}{3} = \frac{z-3}{-1}$ que equidistan de los planos:
$\pi_1: x + 2y - 2z + 1 = 0$
$\pi_2: 8x - 4y + z - 5 = 0$
Analiza si existe algún punto en la recta cuya distancia a ambos planos sea nula y explica su significado geométrico.
Sea el punto $P(1, 2, -1)$ y la recta $r: \begin{cases} x + y = 3 \\ 2x - z = 4 \end{cases}$. 1. Calcula el punto simétrico de $P$ respecto de la recta $r$. Llamémosle…
Sea el punto $P(1, 2, -1)$ y la recta $r: \begin{cases} x + y = 3 \\ 2x - z = 4 \end{cases}$.
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Calcula el punto simétrico de $P$ respecto de la recta $r$. Llamémosle $P'$.
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Determina la distancia de $P'$ al plano $\pi: 2x - 3y + z + 10 = 0$.
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¿Cuál es el volumen del tetraedro formado por el punto $P$, su proyección sobre la recta $r$, y los puntos de intersección del plano $\pi$ con los ejes $OX$ y $OY$?
Un rayo láser parte del punto $A(5, 2, 6)$ y se refleja en un espejo plano representado por el plano coordenado $XY$ ($z=0$). El rayo reflejado debe pasar por el punto…
Un rayo láser parte del punto $A(5, 2, 6)$ y se refleja en un espejo plano representado por el plano coordenado $XY$ ($z=0$). El rayo reflejado debe pasar por el punto $B(1, 4, 2)$.
Se pide:
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Hallar las coordenadas del punto de impacto $C$ del láser sobre el espejo.
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Calcular la distancia total recorrida por el rayo desde el punto $A$ hasta el punto $B$. (Nota: La distancia mínima se obtiene mediante el punto simétrico).
Dada la familia de planos $\pi_a: ax + (a-1)y + z + (a-2) = 0$, donde $a \in \mathbb{R}$: 1. Demuestra que todos los planos de la familia contienen a una misma recta…
Dada la familia de planos $\pi_a: ax + (a-1)y + z + (a-2) = 0$, donde $a \in \mathbb{R}$:
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Demuestra que todos los planos de la familia contienen a una misma recta común $r$. Halla las ecuaciones de dicha recta.
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Calcula la distancia del punto $Q(2, -1, 0)$ a la recta $r$.
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Determina el valor de $a$ para el cual el plano $\pi_a$ se encuentra a una distancia de $\frac{1}{\sqrt{2}}$ unidades del punto $P(0, 0, 0)$.
Vuelve al principio: el cohete respecto de la estación es una distancia de un punto a una recta (su trayectoria); las dos vigas se resuelven como la distancia mínima entre dos rectas que se cruzan.