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Posiciones relativas y distancias
Problema
2024 · Ordinaria · Titular
8
Examen

Considera las rectas r{y=02xz=0r \equiv \begin{cases} y = 0 \\ 2x - z = 0 \end{cases} y s{x+y+7=0z=0s \equiv \begin{cases} x + y + 7 = 0 \\ z = 0 \end{cases}

a) Estudia la posición relativa de rr y ss.b) Calcula la ecuación del plano paralelo a rr y ss que equidista de ambas rectas.
Posición relativaDistancia entre rectasPlano paralelo
Resolución del ejercicio de posición relativa y planos equidistantes
a) Estudia la posición relativa de rr y ss.

Para estudiar la posición relativa, primero obtenemos un punto y un vector director de cada recta a partir de sus ecuaciones implícitas.Para la recta r{y=02xz=0r \equiv \begin{cases} y = 0 \\ 2x - z = 0 \end{cases}, si hacemos x=λx = \lambda:

Pr(0,0,0),dr=(1,0,2)P_r(0, 0, 0), \quad \vec{d_r} = (1, 0, 2)

Para la recta s{x+y+7=0z=0s \equiv \begin{cases} x + y + 7 = 0 \\ z = 0 \end{cases}, si hacemos y=μy = \mu:

Ps(7,0,0),ds=(1,1,0)P_s(-7, 0, 0), \quad \vec{d_s} = (1, -1, 0)

Analizamos la dependencia lineal de los vectores directores. Como sus componentes no son proporcionales, 1101\frac{1}{1} \neq \frac{0}{-1}, los vectores son linealmente independientes, por lo que las rectas no son paralelas ni coincidentes.Calculamos ahora el producto mixto de dr\vec{d_r}, ds\vec{d_s} y el vector que une un punto de cada recta PrPs=(7,0,0)\vec{P_r P_s} = (-7, 0, 0):

[dr,ds,PrPs]=102110700=2(07)=14[\vec{d_r}, \vec{d_s}, \vec{P_r P_s}] = \begin{vmatrix} 1 & 0 & 2 \\ 1 & -1 & 0 \\ -7 & 0 & 0 \end{vmatrix} = 2 \cdot (0 - 7) = -14

Como el determinante es distinto de cero, los tres vectores son linealmente independientes, lo que implica que las rectas rr y ss se cruzan en el espacio.

b) Calcula la ecuación del plano paralelo a rr y ss que equidista de ambas rectas.

El vector normal n\vec{n} del plano buscado debe ser perpendicular a los vectores directores de ambas rectas, por lo que lo calculamos mediante el producto vectorial:

n=dr×ds=ijk102110=(2,2,1)\vec{n} = \vec{d_r} \times \vec{d_s} = \begin{vmatrix} \mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \\ 1 & 0 & 2 \\ 1 & -1 & 0 \end{vmatrix} = (2, 2, -1)

La ecuación general del plano será de la forma 2x+2yz+D=02x + 2y - z + D = 0. La condición de que el plano π\pi equidiste de las rectas rr y ss (siendo paralelo a ambas) se traduce en que la distancia desde un punto de rr al plano sea igual a la distancia desde un punto de ss al plano:

d(Pr,π)=d(Ps,π)2(0)+2(0)(0)+D22+22+(1)2=2(7)+2(0)(0)+D22+22+(1)2d(P_r, \pi) = d(P_s, \pi) \Rightarrow \frac{|2(0) + 2(0) - (0) + D|}{\sqrt{2^2 + 2^2 + (-1)^2}} = \frac{|2(-7) + 2(0) - (0) + D|}{\sqrt{2^2 + 2^2 + (-1)^2}}
D=14+D|D| = |-14 + D|

Esta igualdad da lugar a dos posibles casos:1) D=14+DD = -14 + D, que no tiene solución (0=140 = -14).2) D=(14+D)D=14D2D=14D=7D = -(-14 + D) \Rightarrow D = 14 - D \Rightarrow 2D = 14 \Rightarrow D = 7.Por lo tanto, la ecuación del plano buscado es:

2x+2yz+7=02x + 2y - z + 7 = 0