a) Halla el plano que contiene a r y es paralelo a s.b) Deduce razonadamente que ningún plano perpendicular a s contiene a r.
Rectas en el espacioPlanosParalelismo
Resolución del ejercicio
Primero, identificamos los elementos de las rectas dadas.Para la recta r:
r≡⎩⎨⎧x=2+3λy=−1+2λz=3+λ
Un punto de la recta r es Pr(2,−1,3).Un vector director de la recta r es vr=(3,2,1).Para la recta s:
s≡{2x−y−2=0y+2z−4=0
Para encontrar un vector director de la recta s, calculamos el producto vectorial de los vectores normales de los planos que la definen:
n1=(2,−1,0)yn2=(0,1,2)
vs=n1×n2=i20j−11k02=(−2,−4,2)
Podemos simplificar el vector director de s dividiéndolo por −2: vs=(1,2,−1).
a) Halla el plano que contiene a r y es paralelo a s.
Sea π el plano que buscamos. Si el plano π contiene a la recta r, entonces:1. El punto Pr(2,−1,3) pertenece al plano π.2. El vector director de r, vr=(3,2,1), es un vector director del plano π.Si el plano π es paralelo a la recta s, entonces el vector director de s, vs=(1,2,−1), es otro vector director del plano π.El vector normal del plano π, nπ, se obtiene calculando el producto vectorial de los dos vectores directores del plano:
Podemos usar un vector normal simplificado nπ=(1,−1,−1) (dividiendo por −4).La ecuación general del plano es de la forma Ax+By+Cz+D=0. Con nπ=(1,−1,−1), tenemos:
x−y−z+D=0
Para encontrar D, sustituimos las coordenadas del punto Pr(2,−1,3) en la ecuación del plano:
2−(−1)−3+D=02+1−3+D=00+D=0⟹D=0
Por lo tanto, la ecuación del plano que contiene a r y es paralelo a s es:
x−y−z=0
b) Deduce razonadamente que ningún plano perpendicular a s contiene a r.
Para que un plano sea perpendicular a la recta s, su vector normal debe ser paralelo al vector director de s.
nπ′=kvs
Podemos tomar como vector normal de un plano perpendicular a s el propio vector vs=(1,2,−1). Así, la ecuación de cualquier plano perpendicular a s es de la forma:
x+2y−z+D′=0
Para que este plano contenga a la recta r, deben cumplirse dos condiciones:1. El punto Pr(2,−1,3) de la recta r debe pertenecer al plano.2. El vector director vr(3,2,1) de la recta r debe ser ortogonal al vector normal del plano, nπ′=(1,2,−1).Vamos a verificar la segunda condición, es decir, si vr⋅nπ′=0:
Dado que el producto escalar es 6=0, el vector director de r no es ortogonal al vector normal de un plano perpendicular a s. Esto significa que la recta r no es paralela a ningún plano perpendicular a s.Por lo tanto, ningún plano perpendicular a s puede contener a r, ya que la recta r no sería paralela a dicho plano, lo cual es una condición necesaria para que una recta esté contenida en un plano (salvo que la recta sea parte de la normal, lo cual implicaría que vr sería paralelo a nπ′, y por tanto a vs, pero no es el caso ya que vr y vs no son paralelos).