Considera las rectas r≡x=1−y=z y s≡{x+y−3z=43x−y+z=−2
a) Estudia la posición relativa de r y s.b) Calcula la ecuación del plano que contiene a s y es paralelo a r.
Posición relativaEcuación del planoRectas
Primero, expresamos las rectas r y s en su forma paramétrica o vectorial para obtener un punto y un vector director de cada una.
Recta r
La recta r≡x=1−y=z se puede escribir como:
x=z1−y=z⟹y=1−z
Si tomamos z=λ, las ecuaciones paramétricas son:
⎩⎨⎧x=λy=1−λz=λ
Un punto de la recta r es Pr=(0,1,0) (para λ=0).Un vector director de la recta r es dr=(1,−1,1).
Recta s
La recta s viene dada por la intersección de dos planos:
{x+y−3z=43x−y+z=−2
El vector director de s, ds, es perpendicular a los vectores normales de ambos planos. Por tanto, se obtiene mediante el producto vectorial de los vectores normales:
Un vector director para s es ds=(−2,−10,−4), que podemos simplificar a ds=(1,5,2).Para hallar un punto de la recta s, fijamos una de las coordenadas, por ejemplo z=0:
{x+y=43x−y=−2
Sumando ambas ecuaciones: 4x=2⟹x=1/2.Sustituyendo x en la primera ecuación: 1/2+y=4⟹y=4−1/2=7/2.Un punto de la recta s es Ps=(1/2,7/2,0).
a) Estudia la posición relativa de r y s.
Tenemos los puntos Pr=(0,1,0) y Ps=(1/2,7/2,0), y los vectores directores dr=(1,−1,1) y ds=(1,5,2).Primero, comprobamos si los vectores directores son paralelos. Es decir, si existe un escalar k tal que dr=kds:
(1,−1,1)=k(1,5,2)⟹⎩⎨⎧1=k−1=5k1=2k
Estas igualdades no se cumplen para un mismo valor de k (de la primera k=1, de la segunda k=−1/5). Por lo tanto, los vectores dr y ds no son paralelos, lo que significa que las rectas r y s no son paralelas ni coincidentes.Para determinar si se cruzan o se cortan, calculamos el vector PrPs y el determinante de la matriz formada por los tres vectores dr, ds y PrPs.
PrPs=Ps−Pr=(1/2−0,7/2−1,0−0)=(1/2,5/2,0)
det(dr,ds,PrPs)=111/2−155/2120
=1⋅(5⋅0−2⋅5/2)−(−1)⋅(1⋅0−2⋅1/2)+1⋅(1⋅5/2−5⋅1/2)
=1⋅(0−5)+1⋅(0−1)+1⋅(5/2−5/2)
=−5−1+0=−6
Dado que el determinante es distinto de cero (−6=0), las rectas r y s se cruzan (son alabeadas).
b) Calcula la ecuación del plano que contiene a s y es paralelo a r.
Un plano π que contiene a la recta s tiene como vector director a ds y contiene al punto Ps.Si el plano π es paralelo a la recta r, entonces el vector director dr también es un vector director del plano.Por lo tanto, el plano π está definido por el punto Ps=(1/2,7/2,0) y los vectores directores ds=(1,5,2) y dr=(1,−1,1).La ecuación general del plano se obtiene igualando a cero el determinante formado por un punto genérico (x,y,z), el punto Ps, y los dos vectores directores: