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Geometría métrica
Problema
2023 · Ordinaria · Suplente
7B
Examen

Determina el punto simétrico de A(2,4,3)A(2, -4, -3) con respecto al plano que contiene a los puntos B(1,1,2),C(0,1/3,1)B(1, 1, 2), C(0, 1/3, 1) y D(3,0,3)D(-3, 0, 3).

GeometríaPunto simétricoPlano+1
1. Hallar la ecuación del plano $\pi$

Para determinar la ecuación del plano que contiene a los puntos B(1,1,2)B(1, 1, 2), C(0,1/3,1)C(0, 1/3, 1) y D(3,0,3)D(-3, 0, 3), calculamos primero dos vectores directores del plano a partir de dichos puntos:

BC=CB=(01,131,12)=(1,23,1)\vec{BC} = C - B = \left(0-1, \frac{1}{3}-1, 1-2\right) = \left(-1, -\frac{2}{3}, -1\right)
BD=DB=(31,01,32)=(4,1,1)\vec{BD} = D - B = (-3-1, 0-1, 3-2) = (-4, -1, 1)

Para simplificar cálculos, podemos usar un vector proporcional a BC\vec{BC} multiplicándolo por 3-3: u=(3,2,3)\vec{u} = (3, 2, 3). El vector normal al plano n\vec{n} se obtiene mediante el producto vectorial de u\vec{u} y v=BD\vec{v} = \vec{BD}:

n=u×v=ijk323411=(2+3)i(3+12)j+(3+8)k=(5,15,5)\vec{n} = \vec{u} \times \vec{v} = \begin{vmatrix} \mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \\ 3 & 2 & 3 \\ -4 & -1 & 1 \end{vmatrix} = (2+3)\mathbf{i} - (3+12)\mathbf{j} + (-3+8)\mathbf{k} = (5, -15, 5)

Tomamos como vector normal simplificado n=(1,3,1)\vec{n} = (1, -3, 1). La ecuación del plano es de la forma x3y+z+D=0x - 3y + z + D = 0. Imponemos que pase por B(1,1,2)B(1, 1, 2):

13(1)+2+D=0    D=01 - 3(1) + 2 + D = 0 \implies D = 0

Por lo tanto, la ecuación del plano π\pi es x3y+z=0x - 3y + z = 0.

2. Proyección ortogonal de $A$ sobre el plano $\pi$

Sea rr la recta perpendicular a π\pi que pasa por A(2,4,3)A(2, -4, -3). Su vector director es el normal del plano dr=(1,3,1)\vec{d_r} = (1, -3, 1). Sus ecuaciones paramétricas son:

r:{x=2+ty=43tz=3+tr: \begin{cases} x = 2 + t \\ y = -4 - 3t \\ z = -3 + t \end{cases}

El punto de intersección MM de la recta rr con el plano π\pi es la proyección de AA sobre el plano:

(2+t)3(43t)+(3+t)=0(2 + t) - 3(-4 - 3t) + (-3 + t) = 0
2+t+12+9t3+t=0    11t+11=0    t=12 + t + 12 + 9t - 3 + t = 0 \implies 11t + 11 = 0 \implies t = -1

Sustituyendo t=1t = -1 en las ecuaciones de rr, obtenemos el punto MM:

M(21,43(1),31)=M(1,1,4)M(2 - 1, -4 - 3(-1), -3 - 1) = M(1, -1, -4)
3. Cálculo del punto simétrico $A'$

El punto MM es el punto medio del segmento AAAA', donde AA' es el simétrico buscado A(x,y,z)A'(x', y', z'):

M=A+A2    A=2MAM = \frac{A + A'}{2} \implies A' = 2M - A
x=2(1)2=0x' = 2(1) - 2 = 0
y=2(1)(4)=2+4=2y' = 2(-1) - (-4) = -2 + 4 = 2
z=2(4)(3)=8+3=5z' = 2(-4) - (-3) = -8 + 3 = -5

El punto simétrico de AA con respecto al plano es A(0,2,5)A'(0, 2, -5).