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Posiciones relativas
Problema
2024 · Extraordinaria · Titular
7
Examen
EJERCICIO 7

Considera el plano πx2y+z2=0\pi \equiv x - 2y + z - 2 = 0 y la recta r{x=1+2λy=λz=1λRr \equiv \begin{cases} x = 1 + 2\lambda \\ y = \lambda \\ z = 1 \end{cases} \lambda \in \mathbb{R}.

a) Estudia la posición relativa de π\pi y rr.b) Calcula la ecuación de la recta contenida en π\pi que pasa por el punto P(2,1,2)P(2, -1, -2) y es perpendicular a rr.
GeometríaRectasPlanos
Resolución del Ejercicio 7
a) Estudia la posición relativa de π\pi y rr.

Para estudiar la posición relativa, primero extraemos el vector normal del plano πx2y+z2=0\pi \equiv x - 2y + z - 2 = 0 y el vector director de la recta r{x=1+2λ,y=λ,z=1}r \equiv \{x = 1 + 2\lambda, y = \lambda, z = 1\}:

nπ=(1,2,1)\vec{n_\pi} = (1, -2, 1)
vr=(2,1,0)\vec{v_r} = (2, 1, 0)

Calculamos el producto escalar de ambos vectores para comprobar si la recta es paralela o está contenida en el plano:

nπvr=(1)(2)+(2)(1)+(1)(0)=22+0=0\vec{n_\pi} \cdot \vec{v_r} = (1)(2) + (-2)(1) + (1)(0) = 2 - 2 + 0 = 0

Como el producto escalar es cero, los vectores son perpendiculares, lo que implica que la recta rr es paralela al plano π\pi o está contenida en él. Para distinguirlo, comprobamos si un punto de la recta, por ejemplo Ar(1,0,1)A_r(1, 0, 1), pertenece al plano sustituyendo sus coordenadas en la ecuación de π\pi:

12(0)+12=1+12=01 - 2(0) + 1 - 2 = 1 + 1 - 2 = 0

Dado que el punto ArA_r satisface la ecuación del plano, la recta rr está contenida en el plano π\pi.

b) Calcula la ecuación de la recta contenida en π\pi que pasa por el punto P(2,1,2)P(2, -1, -2) y es perpendicular a rr.

Sea ss la recta que buscamos. Para que ss esté contenida en π\pi, su vector director vs\vec{v_s} debe ser perpendicular al vector normal del plano nπ\vec{n_\pi}. Además, el enunciado indica que ss debe ser perpendicular a rr, por lo que vs\vec{v_s} también debe ser perpendicular a vr\vec{v_r}. Por tanto, podemos obtener vs\vec{v_s} mediante el producto vectorial:

vs=nπ×vr=ijk121210=(01)i(02)j+(1(4))k=(1,2,5)\vec{v_s} = \vec{n_\pi} \times \vec{v_r} = \begin{vmatrix} \vec{i} & \vec{j} & \vec{k} \\ 1 & -2 & 1 \\ 2 & 1 & 0 \end{vmatrix} = (0 - 1)\vec{i} - (0 - 2)\vec{j} + (1 - (-4))\vec{k} = (-1, 2, 5)

Utilizando el punto P(2,1,2)P(2, -1, -2) y el vector director vs=(1,2,5)\vec{v_s} = (-1, 2, 5), escribimos la ecuación paramétrica de la recta ss:

s{x=2μy=1+2μz=2+5μμRs \equiv \begin{cases} x = 2 - \mu \\ y = -1 + 2\mu \\ z = -2 + 5\mu \end{cases} \mu \in \mathbb{R}