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Posición relativa de rectas
Problema
2021 · Extraordinaria · Suplente
8B
Examen
EJERCICIO 8

Considera las rectas

rx22=y1=z2 y s{x+2y=32y+z=2r \equiv \frac{x - 2}{-2} = y - 1 = \frac{z}{-2} \text{ y } s \equiv \begin{cases} x + 2y = 3 \\ 2y + z = 2 \end{cases}
a) Estudia la posición relativa de rr y ss.b) Calcula, si es posible, el plano que contiene a rr y a ss.
Posición relativaPlano que contiene rectas
EJERCICIO 8
a) Estudio de la posición relativa de rr y ss.

Primero, expresamos las rectas en sus formas paramétricas o vectoriales.Recta rracx22=y1=racz2r \equiv rac{x - 2}{-2} = y - 1 = rac{z}{-2}:Un punto de la recta rr es Pr=(2,1,0)P_r = (2, 1, 0). Su vector director es dr=(2,1,2)\vec{d_r} = (-2, 1, -2).Recta s \equiv egin{cases} x + 2y = 3 \ 2y + z = 2 \end{cases}:Para obtener la forma paramétrica, hacemos y=λy = \lambda:

{x=32λy=λz=22λ\begin{cases} x = 3 - 2\lambda \\ y = \lambda \\ z = 2 - 2\lambda \end{cases}

Un punto de la recta ss es Ps=(3,0,2)P_s = (3, 0, 2) (para λ=0\lambda = 0). Su vector director es ds=(2,1,2)\vec{d_s} = (-2, 1, -2).Comparamos los vectores directores:

dr=(2,1,2)\vec{d_r} = (-2, 1, -2)
ds=(2,1,2)\vec{d_s} = (-2, 1, -2)

Dado que dr=ds\vec{d_r} = \vec{d_s}, los vectores directores son proporcionales (de hecho, son iguales). Esto significa que las rectas son paralelas o coincidentes.Para determinar si son paralelas o coincidentes, comprobamos si un punto de rr (por ejemplo, PrP_r) pertenece a ss.Sustituimos Pr=(2,1,0)P_r = (2, 1, 0) en las ecuaciones de ss:

x+2y=32+2(1)=43x + 2y = 3 \Rightarrow 2 + 2(1) = 4 \neq 3

Como el punto PrP_r no satisface la primera ecuación de ss, PrP_r no pertenece a ss.Por lo tanto, las rectas rr y ss son paralelas y distintas.

b) Cálculo del plano que contiene a rr y a ss.

Dado que las rectas son paralelas y distintas, definen un único plano.Para definir el plano necesitamos un punto y dos vectores directores no proporcionales.Podemos usar Pr=(2,1,0)P_r = (2, 1, 0) como punto del plano.Un vector director del plano es dr=(2,1,2)\vec{d_r} = (-2, 1, -2). Otro vector director se obtiene uniendo un punto de rr y un punto de ss, por ejemplo, PrPs\vec{P_r P_s}:

PrPs=PsPr=(32,01,20)=(1,1,2)\vec{P_r P_s} = P_s - P_r = (3 - 2, 0 - 1, 2 - 0) = (1, -1, 2)

La ecuación general del plano Π\Pi se obtiene a partir del determinante formado por el vector genérico (xx0,yy0,zz0)(x - x_0, y - y_0, z - z_0), dr\vec{d_r} y PrPs\vec{P_r P_s}.

x2y1z0212112=0\begin{vmatrix} x - 2 & y - 1 & z - 0 \\ -2 & 1 & -2 \\ 1 & -1 & 2 \end{vmatrix} = 0
(x2)(12(2)(1))(y1)((2)2(2)1)+z((2)(1)11)=0(x - 2)(1 \cdot 2 - (-2) \cdot (-1)) - (y - 1)((-2) \cdot 2 - (-2) \cdot 1) + z((-2) \cdot (-1) - 1 \cdot 1) = 0
(x2)(22)(y1)(4+2)+z(21)=0(x - 2)(2 - 2) - (y - 1)(-4 + 2) + z(2 - 1) = 0
(x2)(0)(y1)(2)+z(1)=0(x - 2)(0) - (y - 1)(-2) + z(1) = 0
0+2(y1)+z=00 + 2(y - 1) + z = 0
2y2+z=02y - 2 + z = 0

La ecuación del plano que contiene a rr y a ss es 2y+z2=02y + z - 2 = 0.