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Posiciones relativas
Problema
2020 · Extraordinaria · Titular
4
Examen

Considera el plano πxy+az=0\pi \equiv x - y + az = 0 y la recta r{4x3y+4z=13x2y+z=0r \equiv \begin{cases} 4x - 3y + 4z = 1 \\ 3x - 2y + z = 0 \end{cases}

a) Halla aa sabiendo que π\pi es paralelo a rr.b) Determina el plano perpendicular a rr que pasa por el punto P(1,2,3)P(1, 2, 3).
Geometría analíticaParalelismoPerpendicularidad
a) Halla aa sabiendo que π\pi es paralelo a rr.

Para que el plano π\pi sea paralelo a la recta rr, el vector normal del plano debe ser perpendicular al vector director de la recta. Es decir, su producto escalar debe ser cero.El vector normal del plano πxy+az=0\pi \equiv x - y + az = 0 es nπ=(1,1,a)\vec{n}_{\pi} = (1, -1, a).Para encontrar el vector director de la recta rr, calculamos el producto vectorial de los vectores normales de los planos que la definen:

n1=(4,3,4)yn2=(3,2,1)\vec{n}_1 = (4, -3, 4) \quad \text{y} \quad \vec{n}_2 = (3, -2, 1)
vr=n1×n2=ijk434321\vec{v}_r = \vec{n}_1 \times \vec{n}_2 = \begin{vmatrix} \mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \\ 4 & -3 & 4 \\ 3 & -2 & 1 \end{vmatrix}
vr=((3)(1)(4)(2))i((4)(1)(4)(3))j+((4)(2)(3)(3))k\vec{v}_r = ((-3)(1) - (4)(-2))\mathbf{i} - ((4)(1) - (4)(3))\mathbf{j} + ((4)(-2) - (-3)(3))\mathbf{k}
vr=(3+8)i(412)j+(8+9)k\vec{v}_r = (-3 + 8)\mathbf{i} - (4 - 12)\mathbf{j} + (-8 + 9)\mathbf{k}
vr=5i+8j+1k=(5,8,1)\vec{v}_r = 5\mathbf{i} + 8\mathbf{j} + 1\mathbf{k} = (5, 8, 1)

Ahora, aplicamos la condición de perpendicularidad entre nπ\vec{n}_{\pi} y vr\vec{v}_r:

nπvr=0\vec{n}_{\pi} \cdot \vec{v}_r = 0
(1, -1, a) \cdot (5, 8, 1) = 0
1(5)+(1)(8)+a(1)=01(5) + (-1)(8) + a(1) = 0
58+a=05 - 8 + a = 0
3+a=0-3 + a = 0
a=3a = 3
b) Determina el plano perpendicular a rr que pasa por el punto P(1,2,3)P(1, 2, 3).

Si un plano es perpendicular a la recta rr, su vector normal será paralelo al vector director de rr. Por lo tanto, podemos usar nplano=vr=(5,8,1)\vec{n}_{\text{plano}} = \vec{v}_r = (5, 8, 1).La ecuación general del plano será de la forma 5x+8y+1z+D=05x + 8y + 1z + D = 0.Como el plano pasa por el punto P(1,2,3)P(1, 2, 3), sustituimos sus coordenadas en la ecuación para hallar DD:

5(1)+8(2)+1(3)+D=05(1) + 8(2) + 1(3) + D = 0
5+16+3+D=05 + 16 + 3 + D = 0
24+D=024 + D = 0
D=24D = -24

Por lo tanto, la ecuación del plano perpendicular a rr que pasa por P(1,2,3)P(1, 2, 3) es:

5x+8y+z24=05x + 8y + z - 24 = 0