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Rectas y planos
Problema
2024 · Ordinaria · Suplente
7
Examen

Considera los puntos P(1,0,1)P(1, 0, 1) y Q(3,2,1)Q(3, -2, 1).

a) Calcula el plano perpendicular al segmento PQPQ que pasa por su punto medio.b) Calcula el plano paralelo a la recta r1x=y23=z+1r \equiv 1 - x = \frac{y - 2}{3} = z + 1 que pasa por PP y QQ.
Plano perpendicularPlano paraleloGeometría analítica
a) Calcula el plano perpendicular al segmento PQPQ que pasa por su punto medio.

El vector normal del plano, n\vec{n}, es el vector director del segmento PQPQ o cualquier otro vector proporcional a este. Calculamos el vector PQ\vec{PQ}:

PQ=QP=(31,20,11)=(2,2,0)\vec{PQ} = Q - P = (3 - 1, -2 - 0, 1 - 1) = (2, -2, 0)

Podemos simplificar el vector normal dividiendo entre 22, obteniendo n=(1,1,0)\vec{n} = (1, -1, 0). A continuación, calculamos el punto medio MM del segmento PQPQ:

M=P+Q2=(1+32,022,1+12)=(2,1,1)M = \frac{P + Q}{2} = \left( \frac{1 + 3}{2}, \frac{0 - 2}{2}, \frac{1 + 1}{2} \right) = (2, -1, 1)

La ecuación general del plano es de la forma Ax+By+Cz+D=0Ax + By + Cz + D = 0. Utilizando el vector normal n=(1,1,0)\vec{n} = (1, -1, 0), tenemos xy+D=0x - y + D = 0. Imponemos que el plano pase por el punto M(2,1,1)M(2, -1, 1) para hallar DD:

2(1)+D=03+D=0D=32 - (-1) + D = 0 \Rightarrow 3 + D = 0 \Rightarrow D = -3

Por tanto, la ecuación del plano perpendicular al segmento PQPQ que pasa por su punto medio es:

xy3=0x - y - 3 = 0
b) Calcula el plano paralelo a la recta r1x=y23=z+1r \equiv 1 - x = \frac{y - 2}{3} = z + 1 que pasa por PP y QQ.

Para determinar el plano, necesitamos un punto (por ejemplo, PP) y dos vectores directores. Estos vectores son el vector PQ\vec{PQ} y el vector director de la recta rr, vr\vec{v}_r, ya que el plano debe ser paralelo a dicha recta.Primero obtenemos el vector director de la recta rr reescribiendo su ecuación en forma continua estándar xx0u1=yy0u2=zz0u3\frac{x - x_0}{u_1} = \frac{y - y_0}{u_2} = \frac{z - z_0}{u_3}:

rx11=y23=z+11vr=(1,3,1)r \equiv \frac{x - 1}{-1} = \frac{y - 2}{3} = \frac{z + 1}{1} \Rightarrow \vec{v}_r = (-1, 3, 1)

Calculamos el vector PQ\vec{PQ} que también está contenido en el plano:

PQ=(2,2,0)\vec{PQ} = (2, -2, 0)

El vector normal del plano n\vec{n} se obtiene mediante el producto vectorial de vr\vec{v}_r y PQ\vec{PQ}:

n=vr×PQ=ijk131220=i(2)j(2)+k(26)=(2,2,4)\vec{n} = \vec{v}_r \times \vec{PQ} = \begin{vmatrix} \vec{i} & \vec{j} & \vec{k} \\ -1 & 3 & 1 \\ 2 & -2 & 0 \end{vmatrix} = \vec{i}(2) - \vec{j}(-2) + \vec{k}(2 - 6) = (2, 2, -4)

Podemos simplificar el vector normal tomando n=(1,1,2)\vec{n} = (1, 1, -2). La ecuación del plano será x+y2z+D=0x + y - 2z + D = 0. Substituimos las coordenadas del punto P(1,0,1)P(1, 0, 1):

1+02(1)+D=012+D=0D=11 + 0 - 2(1) + D = 0 \Rightarrow 1 - 2 + D = 0 \Rightarrow D = 1

La ecuación del plano buscado es:

x+y2z+1=0x + y - 2z + 1 = 0