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

Considera las rectas

r≡x−2−2=y−1=z−2 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 r≡racx−2−2=y−1=racz−2r \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 dr⃗=(−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=3−2λy=λz=2−2λ\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 ds⃗=(−2,1,−2)\vec{d_s} = (-2, 1, -2).Comparamos los vectores directores:

dr⃗=(−2,1,−2)\vec{d_r} = (-2, 1, -2)
ds⃗=(−2,1,−2)\vec{d_s} = (-2, 1, -2)

Dado que dr⃗=ds⃗\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=3⇒2+2(1)=4≠3x + 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 dr⃗=(−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, PrPs⃗\vec{P_r P_s}:

PrPs⃗=Ps−Pr=(3−2,0−1,2−0)=(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 (x−x0,y−y0,z−z0)(x - x_0, y - y_0, z - z_0), dr⃗\vec{d_r} y PrPs⃗\vec{P_r P_s}.

∣x−2y−1z−0−21−21−12∣=0\begin{vmatrix} x - 2 & y - 1 & z - 0 \\ -2 & 1 & -2 \\ 1 & -1 & 2 \end{vmatrix} = 0
(x−2)(1⋅2−(−2)⋅(−1))−(y−1)((−2)⋅2−(−2)⋅1)+z((−2)⋅(−1)−1⋅1)=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
(x−2)(2−2)−(y−1)(−4+2)+z(2−1)=0(x - 2)(2 - 2) - (y - 1)(-4 + 2) + z(2 - 1) = 0
(x−2)(0)−(y−1)(−2)+z(1)=0(x - 2)(0) - (y - 1)(-2) + z(1) = 0
0+2(y−1)+z=00 + 2(y - 1) + z = 0
2y−2+z=02y - 2 + z = 0

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