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Métrica en el espacio
Problema
2025 · Extraordinaria · Suplente
6
Examen

Considera la recta r≡{x+y+z=0y−z=0r \equiv \begin{cases} x + y + z = 0 \\ y - z = 0 \end{cases} y el punto P(2,1,0)P(2, 1, 0).

a) Halla la distancia del punto PP a la recta rr.b) Calcula la ecuación del plano que contiene a la recta rr y al punto PP.
Distancia punto-rectaEcuación del plano
Análisis de la recta y el punto

En primer lugar, determinamos un punto AA y un vector director u⃗r\vec{u}_r de la recta rr expresada mediante sus ecuaciones implícitas. Para ello, resolvemos el sistema en función de un parámetro λ\lambda haciendo z=λz = \lambda:

r≡{x+y+z=0y−z=0⇒{z=λy=λx=−2λr \equiv \begin{cases} x + y + z = 0 \\ y - z = 0 \end{cases} \Rightarrow \begin{cases} z = \lambda \\ y = \lambda \\ x = -2\lambda \end{cases}

De aquí obtenemos el punto A(0,0,0)A(0, 0, 0) y el vector director u⃗r=(−2,1,1)\vec{u}_r = (-2, 1, 1).

a) Halla la distancia del punto PP a la recta rr.

Para calcular la distancia del punto P(2,1,0)P(2, 1, 0) a la recta rr, utilizamos el vector AP⃗=P−A=(2,1,0)−(0,0,0)=(2,1,0)\vec{AP} = P - A = (2, 1, 0) - (0, 0, 0) = (2, 1, 0) y la fórmula de la distancia de un punto a una recta:

d(P,r)=∣AP⃗×u⃗r∣∣u⃗r∣d(P, r) = \frac{|\vec{AP} \times \vec{u}_r|}{|\vec{u}_r|}

Calculamos el producto vectorial AP⃗×u⃗r\vec{AP} \times \vec{u}_r:

AP⃗×u⃗r=∣i⃗j⃗k⃗210−211∣=(1−0)i⃗−(2−0)j⃗+(2+2)k⃗=(1,−2,4)\vec{AP} \times \vec{u}_r = \begin{vmatrix} \vec{i} & \vec{j} & \vec{k} \\ 2 & 1 & 0 \\ -2 & 1 & 1 \end{vmatrix} = (1 - 0)\vec{i} - (2 - 0)\vec{j} + (2 + 2)\vec{k} = (1, -2, 4)

Calculamos los módulos necesarios:

∣AP⃗×u⃗r∣=12+(−2)2+42=1+4+16=21|\vec{AP} \times \vec{u}_r| = \sqrt{1^2 + (-2)^2 + 4^2} = \sqrt{1 + 4 + 16} = \sqrt{21}
∣u⃗r∣=(−2)2+12+12=4+1+1=6|\vec{u}_r| = \sqrt{(-2)^2 + 1^2 + 1^2} = \sqrt{4 + 1 + 1} = \sqrt{6}

Sustituimos en la fórmula de la distancia:

d(P,r)=216=216=72=142 unidadesd(P, r) = \frac{\sqrt{21}}{\sqrt{6}} = \sqrt{\frac{21}{6}} = \sqrt{\frac{7}{2}} = \frac{\sqrt{14}}{2} \text{ unidades}
b) Calcula la ecuación del plano que contiene a la recta rr y al punto PP.

El plano π\pi que buscamos pasa por el punto A(0,0,0)A(0, 0, 0) y tiene como vectores directores u⃗r=(−2,1,1)\vec{u}_r = (-2, 1, 1) y AP⃗=(2,1,0)\vec{AP} = (2, 1, 0). Su ecuación general se obtiene mediante el determinante:

π≡∣x−0y−0z−0−211210∣=0\pi \equiv \begin{vmatrix} x - 0 & y - 0 & z - 0 \\ -2 & 1 & 1 \\ 2 & 1 & 0 \end{vmatrix} = 0

Desarrollando el determinante por la primera fila:

x(0−1)−y(0−2)+z(−2−2)=0⇒−x+2y−4z=0x(0 - 1) - y(0 - 2) + z(-2 - 2) = 0 \Rightarrow -x + 2y - 4z = 0

Multiplicando por −1-1 para obtener una expresión más sencilla, la ecuación del plano es:

π≡x−2y+4z=0\pi \equiv x - 2y + 4z = 0