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Problemas métricos
Problema
2023 · Extraordinaria · Reserva
7B
Examen

Considera el plano π\pi, determinado por los puntos A(1,0,0)A(-1, 0, 0), B(0,1,1)B(0, 1, 1) y C(2,1,0)C(2, 1, 0), y la recta

r{x2z3=0yz2=0r \equiv \begin{cases} x - 2z - 3 = 0 \\ y - z - 2 = 0 \end{cases}

Halla los puntos de rr cuya distancia a π\pi es 14\sqrt{14} unidades.

DistanciasRectas y planosPuntos
1. Determinación de la ecuación del plano $\pi$

Para hallar la ecuación del plano determinado por los puntos A(1,0,0)A(-1, 0, 0), B(0,1,1)B(0, 1, 1) y C(2,1,0)C(2, 1, 0), obtenemos primero dos vectores directores del mismo:

AB=BA=(0(1),10,10)=(1,1,1)\vec{AB} = B - A = (0 - (-1), 1 - 0, 1 - 0) = (1, 1, 1)
AC=CA=(2(1),10,00)=(3,1,0)\vec{AC} = C - A = (2 - (-1), 1 - 0, 0 - 0) = (3, 1, 0)

Calculamos el vector normal nπ\vec{n_\pi} mediante el producto vectorial de ambos vectores directores:

nπ=AB×AC=ijk111310=(1,3,2)\vec{n_\pi} = \vec{AB} \times \vec{AC} = \begin{vmatrix} \mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \\ 1 & 1 & 1 \\ 3 & 1 & 0 \end{vmatrix} = (-1, 3, -2)

La ecuación general del plano es 1(x+1)+3(y0)2(z0)=0-1(x + 1) + 3(y - 0) - 2(z - 0) = 0, lo que simplificando resulta en:

πx3y+2z+1=0\pi \equiv x - 3y + 2z + 1 = 0
2. Expresión paramétrica de la recta $r$

Despejamos xx e yy en función de zz en las ecuaciones implícitas de la recta rr, haciendo z=λz = \lambda:

r{x=3+2λy=2+λz=λr \equiv \begin{cases} x = 3 + 2\lambda \\ y = 2 + \lambda \\ z = \lambda \end{cases}

Por tanto, un punto genérico PP de la recta rr tiene la forma P(3+2λ,2+λ,λ)P(3 + 2\lambda, 2 + \lambda, \lambda).

3. Aplicación de la condición de distancia

Utilizamos la fórmula de la distancia de un punto PP a un plano π\pi e igualamos al valor dado 14\sqrt{14}:

d(P,π)=Ax0+By0+Cz0+DA2+B2+C2=14d(P, \pi) = \frac{|Ax_0 + By_0 + Cz_0 + D|}{\sqrt{A^2 + B^2 + C^2}} = \sqrt{14}
\frac{|(3 + 2\lambda) - 3(2 + \lambda) + 2\lambda + 1|}{\sqrt{1^2 + (-3)^2 + 2^2}} = \sqrt{14}

Simplificamos el numerador y operamos el denominador:

λ214=14    λ2=14\frac{|\lambda - 2|}{\sqrt{14}} = \sqrt{14} \implies |\lambda - 2| = 14

Resolvemos la ecuación con valor absoluto, lo que nos da dos posibles valores para el parámetro λ\lambda:Caso 1: λ2=14    λ1=16\lambda - 2 = 14 \implies \lambda_1 = 16 Caso 2: λ2=14    λ2=12\lambda - 2 = -14 \implies \lambda_2 = -12

4. Obtención de los puntos buscados

Sustituimos los valores obtenidos de λ\lambda en la expresión del punto genérico PP:Para λ1=16\lambda_1 = 16: P1(3+2(16),2+16,16)=(35,18,16)P_1(3 + 2(16), 2 + 16, 16) = (35, 18, 16) Para λ2=12\lambda_2 = -12: P2(3+2(12),212,12)=(21,10,12)P_2(3 + 2(-12), 2 - 12, -12) = (-21, -10, -12)