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Relación espacio afín, Apuntes de Álgebra Lineal

Asignatura: Álgebra lineal y geometría, Profesor: , Carrera: Física, Universidad: UGR

Tipo: Apuntes

2016/2017

Subido el 02/06/2017

guillermo_camacho-1
guillermo_camacho-1 🇪🇸

3.7

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Algebra Lineal y Geometr
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ıa, Grado en F´ısica, curso 2016-2017
Ejercicios del Tema 6: Espacio af´ın eucl´ıdeo
1. Encuentra las ecuaciones impl´ıcitas del subespacio af´ın de R3generado por los puntos
P0= (1,0,0), P1= (1,3,1), P2= (2,1,2) y P3= (0,1,2) y determina su dimensi´on.
2. En R3, considera los subespacios afines S1= (0,1,1) + L({(0,1,1),(1,2,0)}) y
S2=h{(1,2,3),(1,3,5)}i. Determina su posici´on relativa y calcula S1 S2.
3. Dados los pares de rectas siguientes, estudia su posici´on relativa. Si se cortan, determina el
´angulo que forman.
a)r1x=y,s12xy= 0. b)r2xy= 1, s2(2λ, 1+2λ).
4. Sean A,A0dos espacios afines y f:A A0una aplicaci´on af´ın. Prueba que si S1yS2son
dos subespacios afines de Atales que S1es paralelo a S2, entonces f(S1) es paralelo a f(S2).
5. Sean A,A0dos espacios afines y f:A→A0una aplicaci´on af´ın. Prueba que si P1, P2, P3son
tres puntos alineados, entonces f(P1), f(P2), f (P3) est´an alineados.
6. Sea Aun espacio af´ın, P A un punto y v~
Aun vector no nulo. Prueba que la traslaci´on
tvde vector vno deja ning´un punto fijo, y que deja fija una recta si, y olo si, ves un vector
director suyo.
7. Sean Aun espacio af´ın, P A un punto y λ6= 0 un escalar. Estudia los puntos fijos y las
rectas fijas de la homotecia hP,λ de centro Py raz´on λ.
8. Sea Aun espacio af´ın y f:A A una aplicaci´on af´ın que deja invariante una recta af´ın
r A. Prueba que todo vector director de res un vector propio de la aplicaci´on lineal ~
f
asociada a f.
9. Estudia los puntos fijos y las rectas fijas de las siguientes aplicaciones afines de R2:
a)f1(x, y) = (y2, x + 2) b)f2(x, y) = (2 y, x 2).
10. Sean Aun espacio af´ın, P1, P2 A dos puntos y λ1, λ2dos escalares no nulos. Para cada
i {1,2}, llamamos hi=hPiila homotecia de centro Piy raz´on λi, y h=h1h2. Prueba:
a) Si λ1λ2= 1, entonces hes una traslaci´on.
b) Si λ16=λ2, entonces hes una homotecia de raz´on λ1λ2.
11. Demuestra que si un movimiento r´ıgido de un espacio af´ın eucl´ıdeo Ade dimensi´on nadmite
n+ 1 puntos fijos que son af´ınmente independientes entonces es la identidad. ¿Es cierto el
resultado si los puntos fijos no son af´ınmente independientes?
12. Demuestra que, dadas dos rectas afines de R3, existe un movimiento r´ıgido de R3que lleva
una en otra. (Este resultado es cierto en cualquier espacio af´ın).
13. Clasifica los siguientes movimientos r´ıgidos del plano:
(a) fx
y=1/23/2
3/2 1/2 x
y+1
2
(b) f(x, y) = 1
2x+3
2y+ 1 ,3
2x+1
2y1
(c) fx
y=3/5 4/5
4/53/5 x
y+2
5
pf2

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Algebra Lineal y Geometr´´ ıa, Grado en F´ısica, curso 2016-

Ejercicios del Tema 6: Espacio af´ın eucl´ıdeo

  1. Encuentra las ecuaciones impl´ıcitas del subespacio af´ın de R^3 generado por los puntos P 0 = (1, 0 , 0), P 1 = (− 1 , 3 , −1), P 2 = (2, 1 , −2) y P 3 = (0, − 1 , 2) y determina su dimensi´on.
  2. En R^3 , considera los subespacios afines S 1 = (0, − 1 , 1) + L ({(0, 1 , 1), (1, 2 , 0)}) y S 2 = 〈{(1, 2 , 3), (1, 3 , 5)}〉. Determina su posici´on relativa y calcula S 1 ∩ S 2.
  3. Dados los pares de rectas siguientes, estudia su posici´on relativa. Si se cortan, determina el ´angulo que forman.

a) r 1 ≡ x = y, s 1 ≡ 2 x − y = 0. b) r 2 ≡ x − y = 1, s 2 ≡ (2λ, 1 + 2λ).

  1. Sean A, A′^ dos espacios afines y f : A → A′^ una aplicaci´on af´ın. Prueba que si S 1 y S 2 son dos subespacios afines de A tales que S 1 es paralelo a S 2 , entonces f (S 1 ) es paralelo a f (S 2 ).
  2. Sean A, A′^ dos espacios afines y f : A → A′^ una aplicaci´on af´ın. Prueba que si P 1 , P 2 , P 3 son tres puntos alineados, entonces f (P 1 ), f (P 2 ), f (P 3 ) est´an alineados.
  3. Sea A un espacio af´ın, P ∈ A un punto y v ∈ A~ un vector no nulo. Prueba que la traslaci´on tv de vector v no deja ning´un punto fijo, y que deja fija una recta si, y s´olo si, v es un vector director suyo.
  4. Sean A un espacio af´ın, P ∈ A un punto y λ 6 = 0 un escalar. Estudia los puntos fijos y las rectas fijas de la homotecia hP,λ de centro P y raz´on λ.
  5. Sea A un espacio af´ın y f : A → A una aplicaci´on af´ın que deja invariante una recta af´ın r ⊂ A. Prueba que todo vector director de r es un vector propio de la aplicaci´on lineal f~ asociada a f.
  6. Estudia los puntos fijos y las rectas fijas de las siguientes aplicaciones afines de R^2 :

a) f 1 (x, y) = (y − 2 , x + 2) b) f 2 (x, y) = (2 − y, x − 2).

  1. Sean A un espacio af´ın, P 1 , P 2 ∈ A dos puntos y λ 1 , λ 2 dos escalares no nulos. Para cada i ∈ { 1 , 2 }, llamamos hi = hPi,λi la homotecia de centro Pi y raz´on λi, y h = h 1 ◦ h 2. Prueba:

a) Si λ 1 λ 2 = 1, entonces h es una traslaci´on. b) Si λ 1 6 = λ 2 , entonces h es una homotecia de raz´on λ 1 λ 2.

  1. Demuestra que si un movimiento r´ıgido de un espacio af´ın eucl´ıdeo A de dimensi´on n admite n + 1 puntos fijos que son af´ınmente independientes entonces es la identidad. ¿Es cierto el resultado si los puntos fijos no son af´ınmente independientes?
  2. Demuestra que, dadas dos rectas afines de R^3 , existe un movimiento r´ıgido de R^3 que lleva una en otra. (Este resultado es cierto en cualquier espacio af´ın).
  3. Clasifica los siguientes movimientos r´ıgidos del plano:

(a) f

x y

√^3 /^2

x y

(b) f (x, y) =

− 12 x +

√ 3 2 y^ + 1^ ,

√ 3 2 x^ +^

1 2 y^ −^1

(c) f

x y

x y

  1. Clasifica los siguientes movimientos r´ıgidos del espacio:

(a) f

x y z

√^0 1

x y z

(b) f (x, y, z) =

2 x^ −

√ 3 2 z^ + 2^ , y^ + 2^ ,

√ 3 2 x^ +^

1 2 z^ + 2

(c) f

x y z

x y z

(d) f (x, y, z) =

− 45 x + 35 z + 3 , y + 4 , 35 x + 45 z − 1

(e) f

x y z

√^3

x y z

  1. Sea f : R^2 → R^2 la aplicaci´on af´ın definida por:

f (− 1 , −1) = (0, 0), f (1, 0) = (− 1 , 2), f (0, 1) = (− 2 , 1).

Demuestra que es un movimiento r´ıgido del plano, y descr´ıbelo.

  1. Sean f 1 , f 2 las simetr´ıas de R^2 respecto de las rectas r 1 = {(x, y) ∈ R^2 | x − y = 2} y r 2 = {(x, y) ∈ R^2 | x− 2 y = 1}, respectivamente. Calcula f 1 ◦f 2 y descr´ıbela geom´etricamente.
  2. En el plano af´ın eucl´ıdeo usual R^2 , demuestra que el lugar geom´etrico de los puntos tales que la suma de las distancias a dos puntos F 1 y F 2 , llamados focos, es constante, es una elipse.
  3. En el plano af´ın eucl´ıdeo usual R^2 , demuestra que el lugar geom´etrico de los puntos tales que la diferencia de las distancias a dos puntos distintos F 1 y F 2 , llamados focos, es constante, es una hip´erbola.
  4. En el plano af´ın eucl´ıdeo usual R^2 , demuestra que el lugar geom´etrico de los puntos tales que la distancia a un punto F , llamado foco, y la distancia a una recta af´ın r con F /∈ r, llamada directriz, son iguales, es una par´abola.
  5. Clasifica, dependiendo del par´ametro m cuando corresponda, la c´onica de R^2 dada por S = {(x, y) ∈ R^2 : F (x, y) = 0}, siendo:

(a) F (x, y) = 2x^2 − 2 xy + 2y^2 + 3x − 4 (b) F (x, y) = 4x^2 − 4 xy + y^2 + x + 4y (c) F (x, y) = 3x^2 − 2 xy + 4y^2 + 3x + 3y − 4 (d) F (x, y) = x^2 + 2xy − 3 y^2 + x + y − 2

(e) F (x, y) = 9x^2 − 6 xy + y^2 + 3y (f) F (x, y) = 2x^2 + y^2 − 2 xy + 2x − 2 y + m (g) F (x, y) = 2x^2 − y^2 − 2 xy + 2x − 2 y − m (h) F (x, y) = x^2 + y^2 − 2 xy + 2x − 2 my + 1

  1. Clasifica, dependiendo del par´ametro m cuando corresponda, la cu´adrica de R^3 dada por S = {(x, y, z) ∈ R^3 : F (x, y, z) = 0}, siendo:

(a) F (x, y, z) = x^2 + 2xz + z^2 − 4 (b) F (x, y, z) = xy +xz +yz − 2 x−y +3z + (c) F (x, y, z) = x^2 − y^2 + 6xy − 5 (d) F (x, y, z) = 2x^2 +y^2 +z^2 +2yz−

2 y+

2 z (e) F (x, y, z) = −z^2 + xy − 4 x + 2z + 5 (f) F (x, y, z) = xy + xz + yz − 1 (g) F (x, y, z) = x^2 −y^2 − 2

3 xy+x+

3 y− 2 z (h) F (x, y, z) = y^2 + z^2 + 4yz + 2x + 5y − z − 1

(i) F (x, y, z) = 2x^2 + y^2 + z^2 + 2yz − y + z (j) F (x, y, z) = 7x^2 + 5y^2 + 3z^2 − 2

3 xy − 1 (k) F (x, y, z) = 4x^2 + 2xy + 4y^2 − 9 z^2 − 6 z − 1 (l) F (x, y, z) = 2xy +2xz +2yz +2x− 2 y +m (m) F (x, y, z) = 2x^2 + 2y^2 + 2z^2 + 2xy − 2 xz + 2 x − 2 y − 2 z + m (n) F (x, y, z) = 2x^2 + y^2 + z^2 − 2 xy − 2 xz + 6 x − 4 y − 2 mz + 1