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Posiciones relativas y planos
Problema
2022 · Ordinaria · Reserva
7
Examen

Considera las rectas r{x=0z=0r \equiv \begin{cases} x = 0 \\ z = 0 \end{cases} y s{x+y=1xy=1s \equiv \begin{cases} x + y = 1 \\ x - y = 1 \end{cases}.

a) Determina la ecuación del plano que contiene a rr y es paralelo a ss.b) Determina la ecuación del plano que contiene a rr y es perpendicular a ss.
GeometríaRectasPlanos
Determinación de planos relacionados con rectas

Primero, vamos a expresar las rectas rr y ss en su forma paramétrica para identificar un punto y su vector director.Para la recta r{x=0 z=0r \equiv \begin{cases} x = 0 \ z = 0 \end{cases}:Un punto en rr es Pr=(0,0,0)P_r = (0, 0, 0). Si tomamos y=λy = \lambda, las ecuaciones paramétricas son x=0x=0, y=λy=\lambda, z=0z=0. Por lo tanto, su vector director es vr=(0,1,0)\vec{v_r} = (0, 1, 0).Para la recta s{x+y=1 xy=1s \equiv \begin{cases} x + y = 1 \ x - y = 1 \end{cases}:Sumando ambas ecuaciones, obtenemos (x+y)+(xy)=1+12x=2x=1(x+y) + (x-y) = 1+1 \Rightarrow 2x = 2 \Rightarrow x = 1. Sustituyendo x=1x=1 en la primera ecuación, tenemos 1+y=1y=01+y=1 \Rightarrow y=0. Si tomamos z=μz = \mu, las ecuaciones paramétricas son x=1x=1, y=0y=0, z=μz=\mu. Por lo tanto, un punto en ss es Ps=(1,0,0)P_s = (1, 0, 0) y su vector director es vs=(0,0,1)\vec{v_s} = (0, 0, 1).Resumen de las rectas:

r:Pr=(0,0,0),vr=(0,1,0)r: P_r = (0, 0, 0), \quad \vec{v_r} = (0, 1, 0)
s:Ps=(1,0,0),vs=(0,0,1)s: P_s = (1, 0, 0), \quad \vec{v_s} = (0, 0, 1)
a) Determina la ecuación del plano que contiene a rr y es paralelo a ss.

El plano π1\pi_1 contiene a la recta rr, lo que implica que el punto Pr=(0,0,0)P_r = (0, 0, 0) pertenece al plano y el vector director vr=(0,1,0)\vec{v_r} = (0, 1, 0) es un vector director del plano.Además, el plano π1\pi_1 es paralelo a la recta ss, lo que significa que el vector director de ss, vs=(0,0,1)\vec{v_s} = (0, 0, 1), es también un vector director del plano.Por lo tanto, el plano π1\pi_1 está definido por el punto Pr=(0,0,0)P_r = (0, 0, 0) y los vectores directores vr=(0,1,0)\vec{v_r} = (0, 1, 0) y vs=(0,0,1)\vec{v_s} = (0, 0, 1). El vector normal al plano, n1\vec{n_1}, se obtiene mediante el producto vectorial de vr\vec{v_r} y vs\vec{v_s}:

n1=vr×vs=ijk010001=i(1100)j(0100)+k(0010)=(1,0,0)\vec{n_1} = \vec{v_r} \times \vec{v_s} = \begin{vmatrix} \mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{vmatrix} = \mathbf{i}(1 \cdot 1 - 0 \cdot 0) - \mathbf{j}(0 \cdot 1 - 0 \cdot 0) + \mathbf{k}(0 \cdot 0 - 1 \cdot 0) = (1, 0, 0)

La ecuación general del plano es Ax+By+Cz+D=0Ax + By + Cz + D = 0. Usando n1=(1,0,0)\vec{n_1} = (1, 0, 0), tenemos 1x+0y+0z+D=0x+D=01x + 0y + 0z + D = 0 \Rightarrow x + D = 0.Como el punto Pr=(0,0,0)P_r = (0, 0, 0) pertenece al plano, sustituimos sus coordenadas:

0+D=0D=00 + D = 0 \Rightarrow D = 0

Así, la ecuación del plano π1\pi_1 es:

π1:x=0\pi_1: x = 0
b) Determina la ecuación del plano que contiene a rr y es perpendicular a ss.

El plano π2\pi_2 contiene a la recta rr, lo que implica que el punto Pr=(0,0,0)P_r = (0, 0, 0) pertenece al plano y el vector director vr=(0,1,0)\vec{v_r} = (0, 1, 0) es un vector director del plano.Además, el plano π2\pi_2 es perpendicular a la recta ss. Esto significa que el vector normal del plano π2\pi_2, n2\vec{n_2}, debe ser paralelo al vector director de la recta ss, vs=(0,0,1)\vec{v_s} = (0, 0, 1). Podemos tomar n2=vs=(0,0,1)\vec{n_2} = \vec{v_s} = (0, 0, 1).La ecuación general del plano es Ax+By+Cz+D=0Ax + By + Cz + D = 0. Usando n2=(0,0,1)\vec{n_2} = (0, 0, 1), tenemos 0x+0y+1z+D=0z+D=00x + 0y + 1z + D = 0 \Rightarrow z + D = 0.Como el punto Pr=(0,0,0)P_r = (0, 0, 0) pertenece al plano, sustituimos sus coordenadas:

0+D=0D=00 + D = 0 \Rightarrow D = 0

Así, la ecuación del plano π2\pi_2 es:

π2:z=0\pi_2: z = 0