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

Considera la recta r{x+y+z=0yz=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 ur\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=0yz=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 ur=(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 AP=PA=(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)=AP×ururd(P, r) = \frac{|\vec{AP} \times \vec{u}_r|}{|\vec{u}_r|}

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

AP×ur=ijk210211=(10)i(20)j+(2+2)k=(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:

AP×ur=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}
ur=(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 ur=(2,1,1)\vec{u}_r = (-2, 1, 1) y AP=(2,1,0)\vec{AP} = (2, 1, 0). Su ecuación general se obtiene mediante el determinante:

πx0y0z0211210=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(01)y(02)+z(22)=0x+2y4z=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:

πx2y+4z=0\pi \equiv x - 2y + 4z = 0