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Álgebra (71) · Unidad 1 — Rectas y planos en ℝ² y ℝ³

Puntos y vectores del plano

Un punto del plano es un par ordenado (x, y), y con los puntos se opera coordenada a coordenada: se suman, se restan y se multiplican por un número. Dos puntos son iguales sólo si coinciden en las dos coordenadas, y eso convierte cualquier igualdad entre puntos en dos ecuaciones.

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La explicación

El plano como pares de números

ℝ² es el conjunto de los pares ordenados (x, y) de números reales. La primera coordenada es la abscisa y se lee sobre el eje horizontal; la segunda es la ordenada y se lee sobre el vertical. El orden importa: (2, 5) y (5, 2) son puntos distintos. Los ejes parten el plano en cuatro cuadrantes, y el signo de las coordenadas dice en cuál está cada punto: en el primero las dos son positivas, en el tercero las dos negativas. Los puntos del eje x son los de la forma (x, 0), y los del eje y, los de la forma (0, y).

Las cuatro operaciones

Todo se hace lugar por lugar. Con A = (−1, 4) y B = (3, 2):

A + B = (−1 + 3, 4 + 2) = (2, 6)
3A = (−3, 12)
−B = (−3, −2)
B − A = (3 − (−1), 2 − 4) = (4, −2)

El opuesto −B es (−1)·B: se cambia el signo de las dos coordenadas. Restar es sumar el opuesto, B − A = B + (−A), y ahí está la trampa más común: el menos afecta a las dos coordenadas de A, no sólo a la primera. Restar un número negativo es sumarlo.

Qué se ve en el dibujo

A cada punto se lo piensa como una flecha que sale del origen. Entonces:

Todos los múltiplos kA de un punto A ≠ (0, 0) caen sobre una recta que pasa por el origen: la que tiene la dirección de A. Con k = 0 se obtiene el origen, con k = 1 el propio A, con k = −1 su opuesto. Decidir si un punto P es de la forma kA es buscar un único k que sirva para las dos coordenadas.

La igualdad de puntos da ecuaciones

Dos puntos son iguales si y sólo si tienen la misma abscisa y la misma ordenada. Por eso una igualdad entre puntos con incógnitas es un sistema de dos ecuaciones, una por coordenada:

1. Hacé las operaciones de cada lado hasta que quede un solo punto a la izquierda y uno a la derecha.
2. Igualá primera coordenada con primera y segunda con segunda.
3. Resolvé. Si la incógnita aparece en las dos ecuaciones, el valor que sale de una tiene que cumplir la otra.
4. Si no la cumple, no hay ningún punto de esa forma: el problema no tiene solución, y eso también es una respuesta.

Por ejemplo, ¿hay un punto de la forma (x, 3x) con (x, 3x) + (2, −5) = (−2, −17)? La primera coordenada pide x + 2 = −2, o sea x = −4; la segunda pide 3x − 5 = −17, o sea x = −4. Coinciden: el punto es (−4, −12). Si la segunda hubiera dado otro valor, no existiría.

Conjuntos del plano descriptos con condiciones

El control que conviene hacer siempre

Reemplazá lo que encontraste en la igualdad original y hacé la cuenta de punta a punta. En una resta, controlá sumando: si B − A = (4, −2), entonces A + (4, −2) tiene que dar B.

Un ejercicio resuelto, paso a paso

Sean A = (−1, 4) y B = (3, 2). Calcular A + B, 2A − B y B − A, y decidir si el punto (2, −8) es de la forma kA.

Planteo: todas las operaciones se hacen coordenada a coordenada. Conviene resolver primero los múltiplos y después sumar o restar.

La suma:

A + B = (−1 + 3, 4 + 2) = (2, 6)

2A − B: primero 2A = (−2, 8), después se resta B lugar por lugar.

2A − B = (−2 − 3, 8 − 2) = (−5, 6)

B − A: cuidado con el signo de la primera coordenada de A, que es negativa.

B − A = (3 − (−1), 2 − 4) = (4, −2)

¿(2, −8) es de la forma kA? Tendría que haber un k con k·(−1, 4) = (2, −8), o sea −k = 2 y 4k = −8. La primera da k = −2 y la segunda también da k = −2: sí, (2, −8) = −2A. Está sobre la recta por el origen con la dirección de A, del otro lado del origen.

Control: A + (B − A) = (−1 + 4, 4 − 2) = (3, 2) = B ✔. Y en el dibujo, la flecha de 2A − B es la diagonal del paralelogramo de 2A y −B.

Dónde se pierde el punto: en B − A, escribir 3 − 1 = 2 en la primera coordenada. El control de sumar A lo caza enseguida: (−1 + 2, 4 − 2) = (1, 2) no es B.

Y uno del nivel del parcial

a) Hallar un punto P de la forma (x, 3x) tal que P + (2, −5) = (−2, −17). b) Decidir si hay algún punto con segunda coordenada 1 − x (siendo x la primera) que sumado a (3, 2) dé (1, 4). c) Hallar a y b tales que 3(a, 2) − (4, b) = (5, 1).

a) P + (2, −5) = (x + 2, 3x − 5). Igualando con (−2, −17):

x + 2 = −2 → x = −4
3x − 5 = −17 → x = −4 ✔

Las dos ecuaciones piden el mismo x, así que P = (−4, −12). Control: (−4 + 2, −12 − 5) = (−2, −17) ✔

b) Q + (3, 2) = (x + 3, 3 − x). Igualando con (1, 4):

x + 3 = 1 → x = −2
3 − x = 4 → x = −1

La primera coordenada exige x = −2 y la segunda x = −1: no hay un x que cumpla las dos. No existe un punto de esa forma. Dicho de otra manera: el único punto que sumado a (3, 2) da (1, 4) es (−2, 2), y ése no es de la forma (x, 1 − x), porque 1 − (−2) = 3, no 2.

c) 3(a, 2) − (4, b) = (3a − 4, 6 − b). Igualando con (5, 1):

3a − 4 = 5 → a = 3
6 − b = 1 → b = 5

Control: 3(3, 2) − (4, 5) = (9 − 4, 6 − 5) = (5, 1) ✔

Dónde se pierde el ejercicio: en b), resolver sólo la primera ecuación, contestar Q = (−2, 3) y no controlar la segunda. Con dos ecuaciones y una sola incógnita, el control no es opcional: es lo que decide si hay solución.

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.

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