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Simetría
Problema
2024 · Ordinaria · Titular
7
Examen
a) Halla el punto simétrico de P(2,2,1)P(2, 2, 1) respecto de la recta r{x2y+z=2yz=1r \equiv \begin{cases} x - 2y + z = 2 \\ y - z = 1 \end{cases}b) Halla el punto simétrico de Q(1,1,3)Q(1, -1, -3) respecto del plano πx2y+z+6=0\pi \equiv x - 2y + z + 6 = 0.
Punto simétricoRectaPlano
Resolución de Simetría en el Espacio
a) Halla el punto simétrico de P(2,2,1)P(2, 2, 1) respecto de la recta r{x2y+z=2yz=1r \equiv \begin{cases} x - 2y + z = 2 \\ y - z = 1 \end{cases}

Para hallar el punto simétrico respecto de una recta, primero determinamos la proyección ortogonal MM de PP sobre rr. Empezamos expresando la recta rr en ecuaciones paramétricas tomando z=λz = \lambda:

r{x=4+λy=1+λz=λ    vr=(1,1,1)r \equiv \begin{cases} x = 4 + \lambda \\ y = 1 + \lambda \\ z = \lambda \end{cases} \implies \vec{v}_r = (1, 1, 1)

Un punto genérico MM de la recta tiene la forma M(4+λ,1+λ,λ)M(4 + \lambda, 1 + \lambda, \lambda). El vector PM\vec{PM} que une el punto PP con su proyección debe ser perpendicular al vector director de la recta vr\vec{v}_r:

PM=(4+λ2,1+λ2,λ1)=(λ+2,λ1,λ1)\vec{PM} = (4 + \lambda - 2, 1 + \lambda - 2, \lambda - 1) = (\lambda + 2, \lambda - 1, \lambda - 1)

Aplicamos la condición de perpendicularidad mediante el producto escalar:

PMvr=0    (λ+2)1+(λ1)1+(λ1)1=0\vec{PM} \cdot \vec{v}_r = 0 \implies (\lambda + 2) \cdot 1 + (\lambda - 1) \cdot 1 + (\lambda - 1) \cdot 1 = 0

Resolviendo la ecuación obtenemos 3λ=03\lambda = 0, por lo que λ=0\lambda = 0. Sustituyendo este valor en el punto genérico, la proyección es M(4,1,0)M(4, 1, 0).Como MM es el punto medio del segmento que une PP con su simétrico P(x,y,z)P'(x, y, z), despejamos PP':

P=2MP=2(4,1,0)(2,2,1)=(6,0,1)P' = 2M - P = 2(4, 1, 0) - (2, 2, 1) = (6, 0, -1)
b) Halla el punto simétrico de Q(1,1,3)Q(1, -1, -3) respecto del plano πx2y+z+6=0\pi \equiv x - 2y + z + 6 = 0.

Para el simétrico respecto a un plano, trazamos la recta ss perpendicular al plano que pasa por QQ. El vector director de esta recta será el vector normal del plano nπ=(1,2,1)\vec{n}_{\pi} = (1, -2, 1):

s{x=1+μy=12μz=3+μs \equiv \begin{cases} x = 1 + \mu \\ y = -1 - 2\mu \\ z = -3 + \mu \end{cases}

Calculamos el punto de intersección MM' entre la recta ss y el plano π\pi (proyección ortogonal de QQ sobre el plano):

(1+μ)2(12μ)+(3+μ)+6=0(1 + \mu) - 2(-1 - 2\mu) + (-3 + \mu) + 6 = 0

Simplificando: 1+μ+2+4μ3+μ+6=0    6μ+6=0    μ=11 + \mu + 2 + 4\mu - 3 + \mu + 6 = 0 \implies 6\mu + 6 = 0 \implies \mu = -1. El punto de proyección es M(0,1,4)M'(0, 1, -4).Finalmente, utilizamos la fórmula del punto medio para hallar el simétrico QQ':

Q=2MQ=2(0,1,4)(1,1,3)=(1,3,5)Q' = 2M' - Q = 2(0, 1, -4) - (1, -1, -3) = (-1, 3, -5)