Tiza Paso a paso
Practicar →

Álgebra (27) · Unidad 1 — Vectores, rectas y planos

Vectores y operaciones

Un vector es a la vez una flecha y una lista de números. Todo lo de esta unidad sale de poder saltar de una lectura a la otra.

Practicar este tema →7 ejercicios que te corrigen paso a paso · gratis, sin cuenta

La explicación

Las dos lecturas

Geométricamente un vector es una flecha: queda determinado por su dirección, su sentido y su longitud. Algebraicamente es una lista de coordenadas.

Se conviene poner todos los vectores con origen en O, y entonces el punto P y la flecha OP son la misma cosa.

ℝ² : P = (p₁, p₂)      ℝ³ : P = (p₁, p₂, p₃)      ℝⁿ : P = (p₁, …, pn)

Suma y producto por un escalar

P + Q = (p₁ + q₁, p₂ + q₂, …)
k · P = (k p₁, k p₂, …)
P − Q = P + (−1)Q

La suma es la regla del paralelogramo. Multiplicar por k estira si |k| > 1, achica si |k| < 1, y da vuelta el sentido si k < 0. La dirección nunca cambia.

El vector que va de un punto a otro

AB⃗ = B − A      llegada menos salida
Es el que más se invierte. Si lo calculás al revés, el vector apunta para el otro lado y todo el ejercicio sale espejado. La regla corta: llegada menos salida, igual que una diferencia de posiciones en física.

Paralelismo

v ∥ w  ⟺  w = k·v para algún k ≠ 0

Se chequea viendo si las coordenadas son proporcionales, y la razón tiene que ser la misma en todas. Que coincida en dos no alcanza.

(2, −4, 6) y (−1, 2, −3)  →  k = −2 en las tres  →  paralelos
(1, 2, 3) y (2, 4, 5)       →  2, 2 y 5/3  →  no

Norma

‖(v₁, v₂)‖ = √(v₁² + v₂²)      ‖(v₁, v₂, v₃)‖ = √(v₁² + v₂² + v₃²)

Es la longitud, y es Pitágoras aplicado a las coordenadas. Propiedades:

‖v‖ ≥ 0, y vale 0 sólo si v = 0
‖k·v‖ = |k|·‖v‖             con el módulo de k
‖v + w‖ ≤ ‖v‖ + ‖w‖      desigualdad triangular

El |k| no es decoración: ‖−3v‖ = 3‖v‖, porque una longitud no puede ser negativa.

Distancia y versores

d(P, Q) = ‖P − Q‖
v̂ = v / ‖v‖      tiene norma 1 y la misma dirección y sentido

Normalizar es dividir por la propia longitud. Sirve cuando interesa la dirección y no el tamaño. Control: la suma de los cuadrados de las coordenadas de un versor da exactamente 1.

Un ejercicio resuelto, paso a paso

Dados A = (1, −1, 2) y B = (3, 2, 2), hallar AB, la distancia d(A, B), el punto medio, y el versor en la dirección de AB.

El vector. Llegada menos salida:

AB⃗ = B − A = (2, 3, 0)

Ojo con la segunda coordenada: 2 − (−1) = 3. Restar un negativo suma.

La distancia.

d(A, B) = ‖(2, 3, 0)‖ = √(4 + 9) = √13 ≈ 3,61
Control en dos segundos. La norma siempre queda entre la mayor coordenada (acá 3) y la suma de todas (acá 5). Y 3,61 está entre 3 y 5. ✔ Este sandwich caza al instante los errores gruesos, que son los que más pasan.

El punto medio es el promedio de los dos puntos:

M = (A + B)/2 = (2, 1/2, 2)

Otra forma de verlo, que explica por qué: salís de A y avanzás media flecha, M = A + ½·AB⃗ = (1,−1,2) + (1, 3/2, 0) = (2, 1/2, 2). Da lo mismo. ✔

El versor. Se divide cada coordenada por la norma:

v̂ = (2/√13, 3/√13, 0)

Verificación, con el cuadrado para evitar la raíz:

4/13 + 9/13 + 0 = 1  ✔

Si esa suma no da exactamente 1, la normalización está mal. Es el control más barato del tema.

Y uno del nivel del parcial

Sean A = (2, −1, 3) y B = (8, 2, −3). a) Hallar los dos puntos que dividen al segmento AB en tres partes iguales. b) Hallar todos los k ∈ ℝ para los que C = (k, 1, k − 1) está a distancia √14 de A. c) Hallar el vector de longitud 6 paralelo a AB y de sentido contrario.

a) Los puntos de tercio. Todo sale del vector que va de A a B:

AB⃗ = B − A = (6, 3, −6)      ⅓·AB⃗ = (2, 1, −2)

Se sale de A y se avanza un tercio de la flecha, y después dos tercios:

P₁ = A + ⅓·AB⃗ = (2, −1, 3) + (2, 1, −2) = (4, 0, 1)
P₂ = A + ⅔·AB⃗ = (2, −1, 3) + (4, 2, −4) = (6, 1, −1)

Control: un tercio más desde P₂ tiene que caer en B, y cae: (6, 1, −1) + (2, 1, −2) = (8, 2, −3) ✔. Y P₁ es el punto medio entre A y P₂: ((2 + 6)/2, (−1 + 1)/2, (3 − 1)/2) = (4, 0, 1) ✔.

El error que conviene evitar: dividir las coordenadas de B por 3. Daría (8/3, 2/3, −1), que ni siquiera está sobre el segmento, porque ignora dónde arranca. Lo que se reparte en partes iguales es el camino de A a B, no el punto B.

b) Los C a distancia √14. Se escribe la distancia en función de k y se pide que valga √14. Para no arrastrar la raíz, se igualan los cuadrados:

C − A = (k − 2, 2, k − 4)
d(A, C)² = (k − 2)² + 4 + (k − 4)² = 2k² − 12k + 24
2k² − 12k + 24 = 14  →  k² − 6k + 5 = 0  →  k = 1  o  k = 5

Los puntos son C = (1, 1, 0) y C = (5, 1, 4). Control con los dos: (1, 1, 0) − A = (−1, 2, −3), y 1 + 4 + 9 = 14 ✔; (5, 1, 4) − A = (3, 2, 1), y 9 + 4 + 1 = 14 ✔.

Que salgan dos no es casualidad. Al variar k, C recorre una recta —C = (0, 1, −1) + k(1, 0, 1)— y los puntos a distancia √14 de A forman una esfera. Una recta que atraviesa una esfera la corta en dos puntos; si la ecuación hubiera dado discriminante negativo, la recta pasaría de largo.

c) El vector de longitud 6. Primero la longitud de AB y el versor:

‖AB⃗‖ = √(36 + 9 + 36) = 9      versor: (2/3, 1/3, −2/3)

Sentido contrario es multiplicar por un número negativo, y longitud 6 es que ese número sea −6:

−6 · (2/3, 1/3, −2/3) = (−4, −2, 4)

Control: ‖(−4, −2, 4)‖ = √(16 + 4 + 16) = 6 ✔, y (−4, −2, 4) = −⅔·AB⃗, un múltiplo con factor negativo ✔.

Dónde se cae la mayoría

Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.

Practicar Vectores y operaciones →

Los otros temas de la unidad 1

Vectores, rectas y planos

Ver todos los temas de Álgebra (27)