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Geometría métrica
Problema
2021 · Extraordinaria · Suplente
7B
Examen
EJERCICIO 7

Considera el punto P(1,0,1)P(1, 0, 1) y el plano πxy+z+1=0\pi \equiv x - y + z + 1 = 0.

a) Halla el simétrico del punto PP respecto al plano π\pi.b) Halla la distancia del punto PP al plano π\pi.
Punto simétricoDistancia punto-plano
a) Halla el simétrico del punto PP respecto al plano π\pi.

Dado el punto P(1,0,1)P(1, 0, 1) y el plano πxy+z+1=0\pi \equiv x - y + z + 1 = 0.El vector normal al plano π\pi es n=(1,1,1)\vec{n} = (1, -1, 1).Consideramos la recta rr que pasa por PP y es perpendicular al plano π\pi. El vector director de esta recta es el vector normal del plano, n\vec{n}.

r{x=1+λy=0λz=1+λr \equiv \begin{cases} x = 1 + \lambda \\ y = 0 - \lambda \\ z = 1 + \lambda \end{cases}

Hallamos el punto de intersección MM de la recta rr y el plano π\pi. Para ello, sustituimos las ecuaciones paramétricas de la recta en la ecuación del plano:

(1 + \lambda) - (-\lambda) + (1 + \lambda) + 1 = 0
1+λ+λ+1+λ+1=01 + \lambda + \lambda + 1 + \lambda + 1 = 0
3λ+3=0    3λ=3    λ=13\lambda + 3 = 0 \implies 3\lambda = -3 \implies \lambda = -1

Sustituimos el valor de λ\lambda en las ecuaciones de la recta rr para obtener las coordenadas de MM:

{Mx=1+(1)=0My=0(1)=1Mz=1+(1)=0\begin{cases} M_x = 1 + (-1) = 0 \\ M_y = 0 - (-1) = 1 \\ M_z = 1 + (-1) = 0 \end{cases}

Así, el punto de intersección es M(0,1,0)M(0, 1, 0). Este punto MM es el punto medio del segmento que une PP con su simétrico P(x,y,z)P'(x', y', z').Utilizamos la fórmula del punto medio:

M=(xP+xP2,yP+yP2,zP+zP2)M = \left(\frac{x_P + x_{P'}}{2}, \frac{y_P + y_{P'}}{2}, \frac{z_P + z_{P'}}{2}\right)
(0,1,0)=(1+x2,0+y2,1+z2)(0, 1, 0) = \left(\frac{1 + x'}{2}, \frac{0 + y'}{2}, \frac{1 + z'}{2}\right)

Igualando coordenadas, obtenemos el punto PP':

{1+x2=0    1+x=0    x=10+y2=1    y=21+z2=0    1+z=0    z=1\begin{cases} \frac{1 + x'}{2} = 0 \implies 1 + x' = 0 \implies x' = -1 \\ \frac{0 + y'}{2} = 1 \implies y' = 2 \\ \frac{1 + z'}{2} = 0 \implies 1 + z' = 0 \implies z' = -1 \end{cases}

El punto simétrico de PP respecto al plano π\pi es P(1,2,1)P'(-1, 2, -1).

b) Halla la distancia del punto PP al plano π\pi.

Para hallar la distancia del punto P(x0,y0,z0)P(x_0, y_0, z_0) al plano πAx+By+Cz+D=0\pi \equiv Ax + By + Cz + D = 0, utilizamos la fórmula:

d(P,π)=Ax0+By0+Cz0+DA2+B2+C2d(P, \pi) = \frac{|Ax_0 + By_0 + Cz_0 + D|}{\sqrt{A^2 + B^2 + C^2}}

Dados el punto P(1,0,1)P(1, 0, 1) y el plano πxy+z+1=0\pi \equiv x - y + z + 1 = 0, tenemos que A=1,B=1,C=1,D=1A=1, B=-1, C=1, D=1 y x0=1,y0=0,z0=1x_0=1, y_0=0, z_0=1.Sustituimos los valores en la fórmula:

d(P,π)=(1)(1)+(1)(0)+(1)(1)+112+(1)2+12d(P, \pi) = \frac{|(1)(1) + (-1)(0) + (1)(1) + 1|}{\sqrt{1^2 + (-1)^2 + 1^2}}
d(P,π)=1+0+1+11+1+1d(P, \pi) = \frac{|1 + 0 + 1 + 1|}{\sqrt{1 + 1 + 1}}
d(P,π)=33d(P, \pi) = \frac{|3|}{\sqrt{3}}
d(P,π)=33=333=3d(P, \pi) = \frac{3}{\sqrt{3}} = \frac{3\sqrt{3}}{3} = \sqrt{3}

La distancia del punto PP al plano π\pi es 3\sqrt{3} unidades.