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geometria 3d con ejercicios resueltos Banhakeia
Tipo: Apuntes
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cos
exp cos exp log cos tan
det
det tan det
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Sean Los vectores u u u^ u^ v v v^ v^ A a a^ a^ B b b^ b b a b a b a v (^) v v v u (^) uu uu uu es representada por un punto (^) u v
u v u (^) proy v v (^) proy u
u v u v u v
u v es el menor angulo formado entre u y v
u v u v
Sean Los puntos A a a^ a^ B b b^ b^ C c c^ c^ D d d^ d
Sea M ese punto medio M a^ b^ a^ b^ a^ b
Sea G ese punto G a^ b^ c^ a^ b^ c^ a^ b^ c es una piramide triangular Es un poliedro regular formado por equilateros Sea G centro de gravedad G a^ b^ c^ d^ a^ b^ c^ d^ a^ b^ c^ d es representado por X o bien por
w u v quiere decir que w u y w v fuerza de lorentz q v X v y u v u v sen u v el producto vectorial sirve para hallar Area si u^ v^ los vectores son paralelos es decir u v (^) o bien u v
al menos uno de los dos vectores es cero
u v w u v w w w w
v v v
u u u
u v w (^) resa el volumen del paralelepipedo definido por los vectores u v w ver imagen u v w u v (^) w u v w (^) area altura s h el n real u^ v^ resa la area s del parale ramo que definen los vectores u y v y w^ es la altura del paralelepipedo vectores no nulos y no paralelos en el espacio es en el mismo plano o en planos paralelos Ssi el producto mixto entre ellos es cero u v y w son coplanares Ssi u^ v^ w u es combinacion lineal de v w z si y solo si existen no todos nulos tal que u v w z o bien u v w
u v w (^) u v y w es en el mismo plano coplanarios u v w
Vector definido por dos Puntos A y B Modulo del vector v
Vector unitario del vector u
Producto Escalar de u y v
Punto Medio del segmento de extremos A y B
Baricentro de un triangulo ABC
Centro de Gravedad de un tetraedro
Producto Vectorial
u v er ante v v v
u u u
i j k v v v
u u u
i j k es un vector
Producto Mixto
Combinacion Lineal
u v y w son Linealmente Dependiente
u v y w son Linealmente InDependiente
vea la imagen Ejemplo
u
u v
1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 1 2 2 3 3 12 22 32 1 2 3
1 1 2 2 3 3
1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
1 2 2 3 3
1 1 2 2 2 3 3 3
1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3
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Los elementos caracteristi de una Recta son un punto P a b c^ y un vector director v v v^ v x y z a b c v v v (^) siendo
z c k v
y b k v
x a k v siendo k
v
x a v
y b v
z c
A x B y C z D
Ax By Cz D dos planos cuya er cion es una recta
las ecuaciones implicitas son ecuaciones de
su vector director es w A B C
i j k B C
Los elementos caracteristi de un Plano son un punto P a b c y dos vectores directores u u u u y v v v v x y z a b c u u u v v v siendo
z c u v
y b u v
x a u v siendo
Ax By Cz D v v v
u u u
x a x b x c
el vector normal es n A B C uno de los vectores directores se puede coger como v B A Ecuacion de un plano que pasa por un punto P a b c^ y tiene un vector normal n A B C^ es A x^ a^ B y^ b^ C z^ c
Sean Dos rectas r y s Para estudiar su posicion relativa se considera el punto A a a^ a^ r y el punto B b b^ b^ s y los vectores directores u y v de las rectas r y s se estudia la dependencia lineal de los vectores b a b a b a (^) u u u u (^) y v v v v
Que es lo mismo que estudiar el rango de la matriz M v v v
u u u
b a b a b a
rag M^ independientesM r y s no eslos^ vectoresen el mismo plano^ u y v son r y s se cruzan
rag M^ las coordenadas de los vectores directores no son proporcionales^ r y s son^ antes las coordenadas de los vectores directores son proporcionales r y s son paralelas rag M Las coordenadas de losque las dos rectas r y s son coincidentes^ vectores^ u y v son proporcionales^ a decir
Ecuaciones de una RECTA
Ecuaciones de un
Ecuacion Vectorial
Ecuacion Parametrica
Ecuacion Continua
Ecuacion General
Implicita
Ecuacion Vectorial
Ecuacion Parametrica
Ecuacion General
Implicita
Metodo
Plano
o bien
o bien
pueden darse dos casos
1 2 3 1 2 3
3
2
1
1 2 3
1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 2
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1 2 3
1 2 3 1 2 3
1 1 2 2 3 3 1 2 3 1 2 3
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G
G
G
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Posicion relativa de un una recta y un Plano Sea la recta r de la cual conocemos su vector director v y un punto A y un plano P del cual conocemos su vector normal n si el producto escalar de v n v n entonces hay dos posibilidades
si A P Plano^ la recta es paralela al plano P
si A P Plano^ la recta esta contenida en el plano P
si el producto escalar de v n v n recta r y Plano P son antes vea las imagen de abajo
Posicion relativa de dos Planos Sean los planos P Ax By Cz D y P A x B y C z D A
B o bien C
Los Planos son Coincidentes Los Planos son Paralelos Los Planos son antes
b !
l l l l l
l l l l l l l l l l l l
sec
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min
tan
min
tan sec sup
Posicion relativa de una recta y un plano
r (^) A xAx B yBy^ CzC z^ DD^ y P A x B y C z D
Matriz coeficientes M A B C
Martiz Ampliada M A B C D
si ragM ragM la recta y el plano son antes r^ P si ragM y ragM la recta es paralela al plano r^ P si ragM ragM la recta esta incluida en el plano r^ P Posicion relativa de Dos plano P Ax By Cz D P A x B y C z D
M (^) AA BB^ CC^ M (^) AA BB^ CC DD
Si ragM ragM P y P son antes P^ P Si ragM y ragM P y P son paralelas P^ P Si ragM ragM P y P son coincidentes P^ P Posicion relativa de Tres plano P Ax By Cz D P A x B y C z D P A x B y C z D A B C A B C A B y C son llamados coeficientes de las variables D D y D son llamados ter os independientes
A x B y C z D
A x B y C z D
Ax By Cz D M A B C
Si ragM ragM sistema compatible los planos se cor en un punto
Si ragM y ragM sistema incompatible pueden darse dos casos los coeficientes de las variables de dos planos los coeficientes de las variables son proporcionales y no lo son sus ter os no son proporcionales independientes los coeficientes de las variables del tercer plano no son proporcionales a los otros los tres planos se cor dos a dos planos paralelos y otro es ante formando una erficie prismatica
l l l l ll^ ll^ ll^ ll
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l l l l l ll ll ll ll ll l l l ll ll ll l ll
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mod
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Modulo del
Dis cia entre dos Puntos sean los puntos A a a a y B b b b dist A B b a b a b a Dis cia entre un Punto y una Recta Hallar la dis cia entre el punto B y la recta r es calcular
dist B r^ v v v producto vectorial v
A r
v vector director de la recta r
Dis cia entre dos rectas paralelas
Sean las rectas r v vector directorA un punto a r^ s (^) B un puntov vector director a s
dist r s^ dist A s^ v v ulo del vector director vulo del producto vectorial^ v
Dis cia entre dos rectas que se cruzan
dist r s (^) v v^ v v ulo del producto vectorialulo del producto mixto
otra manera de calcular las dis cias r s dist r s^ r s dist r s^ r s dist r s^ dist A s
Dis cia de un punto a un plano Sea A a a^ a^ ese punto y el plano P Ax By Cz D
dist A P A B C
A a B a C a D (^) Valor absoluto
Dis cia de una recta a un plano Sea r la recta y P el plano r P dist r P^ r corta al P dist r P^ r P dist r P^ dist A P
Dis cia entre dos Planos Sean P y P dos planos P P dist P P^ P corta P dist P P^ P P dist P P^ dist A P
r
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1 2 3 1 2 3 1 1 2 2 2 2 3 32
1 2 3 2 2 2
1 2 3
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cos cos
tan cos
Angulo formado por dos rectas r de vector director u^ y s de vector director v
r s Angulo r s Angulo r s (^) uu v v^ r y s (^) uu v v
Angulo formado por una recta y un plano r de vector director u y P de vector normal n
r P Angulo r P Angulo r corta P sen (^) uu nn
Angulo formado por dos Planos Plano P con vector normal n y P con vector normal n
P P Angulo P P Angulo P P se cor (^) nn n n
se cruzan & & & &
a a a a
a a a
a a a
c c
c c
c c
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W
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Ejercicio n Sean los vectores u n v y w m a para que valores de m y n los vectores u v y w son linealmente dependientes y que u sea a w Respuesta
u v y w son linealmente dependientes m
n n m u w u w n m m n n m y nn^ mm^ nn^ mm^ m m n n n
Ejercicio n Halla la ecuacion Implicita del plano que pasa por los puntos A B y C Respuesta Antes de nada hay que averiguar que los puntos no es alineados para eso calculemos los vectores y
que las coordenadas de los vectores y no son proporcionales por lo to los puntos A B C no es alineados que si se puede hallar el plano que contenga los puntos Para hallar la ecuacion cartesiana del plano se necesita un punto y un vector normal n vea la imagen
n
i j k
k k k
La ecuacion Implicita de un plano su forma general es A x B y C z D siendo A B C su vector normal asi que el plano P es de la forma z D por estar el punto A en el plano D D y por ultimo P z P z Otra manera de hallar la ecuacion cartesiana del plano A
sea M x y z^ P plano
x y z z
por ultimo la forma cartesiana del plano P z
c
c
l l l l l l l (^) l l l
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G G
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tan
tan tan
unt
Ejercicio n Deducir la ecuacion parametrica y cartesiana del plano P que contiene los tres puntos A B y C Halla el Punto de er cion entre el plano y la recta r xx^ yy^ zz Respuesta Antes de nada hay que averiguar que los puntos no es alineados para eso calculemos los vectores y
que las coordenadas de los vectores y no son proporcionales por lo to los puntos A B C no es alineados que si se puede hallar el plano que contenga los puntos Para hallar la ecuacion cartesiana del plano se necesita un punto y un vector normal n vea la imagen A
n
i j k
i k j k j i i j k La ecuacion Implicita de un plano su forma general es A x B y C z D siendo A^ B^ C^ su vector normal asi que el plano P es de la forma x y z D por estar el punto A en el plano D D y por ultimo P x y z es la ecuacion implicita del plano Otra forma de hallar la ecuacion implicita del plano y es la mas directa es A sea M x y z^ P
z
y
x
z
y
x del plano P
Parametrica
Ecuacion
Ecuacion Implicita es
x y z P x y z
hallar el p o de entre la recta r xx^ yy^ z^ z y el plano P x y z
x y z
x y z
x y z utilizando la regla de Cramer
x y z
El punto de entre la recta y el plano es I
a b (^) a b
a b
a b
a b
a b
a b
a b
c
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a
bb bb bb bb
tan
Ejercicio n Sean los puntos A B y C deducir la ecuacion cartesiana y parametrica del plano P que contiene los puntos Hallar la ecuacion parametrica y continua de la recta r ortogonal al plano P y que pasa por el punto A hallar la ecuacion implicita del plano P paralelo P y pasa por el punto D calcula la entre la recta r y el plano P Respuesta antes de nada los puntos A B C no deben estar alineados para eso lo calculemos y A B y C como sus coordenadas no son proporcionales A B C no es alineados sabemos que A B y C pertenecen a P A se puede escoger cualquiera de los puntos Vea la imagen sea M x y z P
z
y
x
z
y
x del plano P
Parametrica
Ecuacion
Implicita es
x y z P x y z cartesiana Ecuacion parametrica y continua de la recta r P y que pasa por el punto A la ecuacion vectorrial de una recta r que pasa por A y de vector director v x y z v vea la imagen vector normal coincide con vector director v n A sea M x y z P v Ec Vect
r z
y
x Parametrica
Ecuacion z
y
x r x^ y (^) z Ec continua
la ecuacion implicita del plano P paralelo P y pasa por el punto D vea la imagen como se ve n n n n asi que P x y z D y como P pasa por D entonces D D luego P x y z calcular la entre la recta r y el plano P
r z
y
x P x y z x y z d
z c
y b
x a
d remplazando en la ecuaciones anteriores x y z r P I
r r
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2
a b a b
a b
a b
a b
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a a a (^) a a a
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bb b bb b
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b
a
Ejercicio n
Sean dos plano P z B
y
x P x y z
Ecuacion Vectorial y Implicita de P punto de y el vector director de la recta r P P deduzca la ecuacion cartesiana del plano P que pasa por B y es a r Respuesta
P z B
y
x
z
y
x dos vectores directores u y v del plano
de aqui podemos deducir un punto A y
A u v sea M x y z^ P u v Ecuacion Vectorial
Ecuacion Implicita u v
x y z
P x y z la recta r P P (^) PP x^ x y^ y zz x^ x y^ y zz consistema de incognitas^ Ec
sea x (^) b a^ b^ y z^ zy
Ecuacion parametrica de r z
y
x vector director v y el punto I
Ecuacion cartesiana del plano P que pasa por B y es a r el vector director v de la recta r es a la vez el vector normal del plano P asi que P x y z D pero como sabemos que P pasa por B B P D D luego P x y z
Ejercicio n Halla las ecuaciones vectorial parametrica y continua una recta que pasa por los puntos A y B Respuesta Sea r esa recta buscada y M x y z^ un punto cualquiera de r el vector un vector represen te del vector direccion de la recta r M x y z^ r siendo es la ecuacion vectorial de r
z
y
x z
y
x Ecuacion Parametrica de r
z
y
x
z
y
x x y^ z (^) Ecuacion continua de r
r
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a
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b
a b
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a b
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m (^) m m^ m m m
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c
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m m m m m m m m m
c
cos cos
Ejercicio n Calcula el angulo que forma la recta r x^ y^ z^ con el plano P x y z Respuesta r x^ y^ z^ v P x y z n angulo formado entre r P vea la imagen n v n^ v^ n v n v n^ v n v n^ v^ sen sen (^) nn v v
sen arcsen
Ejercicio n
Dado el punto P calcula la ecuacion de la recta r simetrica de r z
y
x
respecto al punto P en forma continua Respuesta
hallaremos dos puntos A y B de la recta r a los cuales les calcularemos sus semetricos A y B respecto al punto P una vez hallados podemos calcular la ecuacion de la recta r ya que conocemos dos puntos suyos
r z
y
x x y z (^) B
x y z (^) A P
fijandonos en la imagen sea A a b c^ B a^ b^ c A P PA a^ b^ c^ a b c A B P PB a^ b^ c^ a b c B r pasa por A y B su vector director es cogiendo el punto A
sea M x y z^ r r z
y
x Ec parametrica
la ecuacion Continua de r su forma general es x^ va^ y^ vb z^ vc
r z
y
x z
y
x x y^ z^ r x^ y^ z
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sec int sec
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Ejercicio n
dada la recta r z
y
x y un punto A
Hallar la ecuacion parametrica del plano P que contiene la recta r y pasa por A Hallar la ecuacion del plano P a la recta y pasa por el punto A Respuesta vea la imagen
r z
y
x y un vector director v
podemos despejar un pt B
para hallar la ecuacion de un plano se necesi puntos no alineados o bien vectores directores un punto o bien un vectro normal y un punto de la recta hemos despejado v que es a la vez un vector director del plano es otro vector director del plano y un punto A sea M x y z P v Ecuacion vectorial
z
y
x Parametrica
Ecuacion (^) Ec cart x^ y^ z P y z
P r vector normal de P es v y A P vea la imagen P x y z D P y z D A P D D P y z P y z
Ejercicio n sea P x y z y la recta r contiene los puntos A y B halla la ecuacion parametrica de la recta r demostrar que la recta r es ante al plano P halla el punto I de er cion Ecuacion cartesiana del plano CIA sabiendo que C Respuesta recta r contiene A y B el vector es el vector director de r
sea el punto M x y z^ r z
y
x parametrica de r
es la ecuacion
la recta r es ante al plano P y calcular el punto I de er cion
P x y z vectro normal n r z
y
x v
n v r y P son antes r P remplazando los valores de x y z de la recta en la Ec del plano x y z asi que I Sea el plano que pasa por los puntos C I y A x y z M x y z^ es combinacion lineal de y
z
y
x x y z x y z
r r r r r r
a
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a b
a b
a b
a b
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G
G
G
G
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sec
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r P
Ejercicio n a Estudia la posicion relativa del plano P y la recta r
P x y z r z k
y k
x k siendo k
b calcula la dis cia que hay entre la recta y el plano c Halla la ecuacion Parametrica e implicita del plano que contenga la recta r y es a P Respuesta Recuerda si la Ec de la recta r esta en forma Parametrica y Plano P en cartesiano k n de cero r P k cte r y P son antes k k in er ado r P
recta r y pasa por el punto A
de vector director v
Ec Parametrica plano P de vector normal nEc cartesiana
si n v n v si Asi A^ PP^ r^ r PP si n v r y P son antes recta r en forma implicita y el plano en forma implicita cartesiana se jun las ecuaciones de la recta con la del plano M matriz d coeficientes M matriz ampliada si ragM ragM r y P son antes si ragM y ragM r P si ragM ragM r M
a asi que para responder a esta pregunta se puede hacer de maneras dist as
r z k
y k
x k (^) P x y z k k k (^) k
Metodo
r z k
y k
x k r v^ A P x y z P n
v n v n veamos si A pertenece o no al plano A P por lo to r P Metodo
r z k
y k
x k la pasaremos a implicita para ello necesitamos pasarla antes a continua
k x^ y^ z^ r x^ y^ z^ y (^) z
x y y z
x y
r (^) yx yz^ P x y z ahora hagamos el estudio del sistema
x y z
x y z
x y z M M
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M ragM
M ragM
como ragM y ragM r P b la dis cia que hay entre la recta r y el plano P cuando nos referimos a la dis cia nos referimos a la disnacia ima que hay por ica si r P dist r P^ si la r y P son antes dist r P
Recuerda si r P dist r P n
A a B b C c D (^) siendo n es la normal del plano
dist un punto a b c^ de la recta^ P Ax^ By^ Cz^ D
r z k
y k
x k P x y z
dist r P^ dist u c Ecuacion Parametrica e implicita del plano que contenga la recta r y es a P vea la imagen el vector normal n de P representa un vector director del plano y com r el punto A y el vector director v de la recta tambien es del plano por lo to ya conocemos un punto y dos vectores directores del plano
sea M x y z^ tal que n v Ecuacion vectorial de
z
y
x
z
y
x ecuacion parametrica
Ecuacion Implicita es n^ v x y z x z y z x y y z
y z
mod
p
r r
r p r
r p r
ulo
valor absoluto
la recta
punto de del plano
la normal
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2
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