AndalucíaAndalucía
MadridMadrid
CataluñaCataluña
GaliciaGalicia
MurciaMurcia
ValenciaValencia
En construcciónAñadimos comunidades, materias, años y soluciones de forma progresiva y constante.
Geometría métrica
Problema
2025 · Ordinaria · Reserva
4
Examen

Sean los puntos A(3,1,1)A(3, -1, 1), B(1,3,3)B(1, 3, -3) y C(2,2,1)C(-2, -2, 1).

a) Calcula el área del triángulo de vértices A,BA, B y CC.b) Halla los puntos DD pertenecientes al eje OZOZ para que el tetraedro de vértices A,B,CA, B, C y DD tenga un volumen de 2020 unidades cúbicas.
Área de un triánguloVolumen de un tetraedroPuntos en el espacio
a) Calcula el área del triángulo de vértices A,BA, B y CC.

El área de un triángulo de vértices AA, BB y CC se puede calcular mediante la mitad del módulo del producto vectorial de los vectores AB\vec{AB} y AC\vec{AC}:

Aˊrea=12AB×AC\text{Área} = \frac{1}{2} |\vec{AB} \times \vec{AC}|

Primero, determinamos los vectores AB\vec{AB} y AC\vec{AC} a partir de las coordenadas de los puntos A(3,1,1)A(3, -1, 1), B(1,3,3)B(1, 3, -3) y C(2,2,1)C(-2, -2, 1):

AB=(13,3(1),31)=(2,4,4)\vec{AB} = (1 - 3, 3 - (-1), -3 - 1) = (-2, 4, -4)
AC=(23,2(1),11)=(5,1,0)\vec{AC} = (-2 - 3, -2 - (-1), 1 - 1) = (-5, -1, 0)

Calculamos el producto vectorial AB×AC\vec{AB} \times \vec{AC}:

AB×AC=ijk244510=i(04)j(020)+k(2(20))=(4,20,22)\vec{AB} \times \vec{AC} = \begin{vmatrix} \mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \\ -2 & 4 & -4 \\ -5 & -1 & 0 \end{vmatrix} = \mathbf{i}(0 - 4) - \mathbf{j}(0 - 20) + \mathbf{k}(2 - (-20)) = (-4, 20, 22)

Hallamos el módulo de este vector:

AB×AC=(4)2+202+222=16+400+484=900=30|\vec{AB} \times \vec{AC}| = \sqrt{(-4)^2 + 20^2 + 22^2} = \sqrt{16 + 400 + 484} = \sqrt{900} = 30

Finalmente, el área del triángulo es:

Aˊrea=302=15 unidades cuadradas\text{Área} = \frac{30}{2} = 15 \text{ unidades cuadradas}
b) Halla los puntos DD pertenecientes al eje OZOZ para que el tetraedro de vértices A,B,CA, B, C y DD tenga un volumen de 2020 unidades cúbicas.

Un punto DD perteneciente al eje OZOZ tiene coordenadas de la forma D(0,0,z)D(0, 0, z). El volumen de un tetraedro se define como un sexto del valor absoluto del producto mixto de los vectores AB\vec{AB}, AC\vec{AC} y AD\vec{AD}:

V=16[AB,AC,AD]V = \frac{1}{6} |[\vec{AB}, \vec{AC}, \vec{AD}]|

Calculamos el vector AD\vec{AD}:

AD=(03,0(1),z1)=(3,1,z1)\vec{AD} = (0 - 3, 0 - (-1), z - 1) = (-3, 1, z - 1)

El producto mixto [AB,AC,AD][\vec{AB}, \vec{AC}, \vec{AD}] se puede calcular como el producto escalar del vector (AB×AC)(\vec{AB} \times \vec{AC}), ya obtenido anteriormente, por el vector AD\vec{AD}:

[AB,AC,AD]=(4,20,22)(3,1,z1)=12+20+22(z1)=32+22z22=10+22z[\vec{AB}, \vec{AC}, \vec{AD}] = (-4, 20, 22) \cdot (-3, 1, z - 1) = 12 + 20 + 22(z - 1) = 32 + 22z - 22 = 10 + 22z

Aplicamos la condición del volumen:

1610+22z=20    10+22z=120\frac{1}{6} |10 + 22z| = 20 \implies |10 + 22z| = 120

Esto genera dos posibles ecuaciones:1) 10+22z=120    22z=110    z=510 + 22z = 120 \implies 22z = 110 \implies z = 5. El primer punto es D1(0,0,5)D_1(0, 0, 5).2) 10+22z=120    22z=130    z=13022=651110 + 22z = -120 \implies 22z = -130 \implies z = -\frac{130}{22} = -\frac{65}{11}. El segundo punto es D2(0,0,6511)D_2(0, 0, -\frac{65}{11}).