Vectores en El Espacio Tridimensional

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA JOSÉ ANTONIO ANZOÁTEGUI INGENIERÍA PROCESOS QUÍMICOS                              

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[Escriba texto]  dR     

VECTORES EN EL ESPACIO TRIDIMENSIONAL    DEFINICIÓN DE ESPACIO NUMÉRICO TRIDIMENSIONAL    El conjunto de todos los temas ordenados de números reales recibe el nombre de espacio  numérico tridimensional, y se denota por  R3 . Cada tema ordenada  ( x, y, z )  se denomina  punto del espacio numérico tridimensional.  Con el fin de representar  R 3  en un espacio geométrico tridimensional, se consideran las  distancias  dirigidas  de  un  punto  a  tres  planos  mutuamente  perpendiculares.  Los  tres  planos se forman al tomar tres rectas perpendiculares entre sí, las cuales se intersectan en 

om

un  punto  llamado  origen  y  denotado  por  O .  Estas  rectas,  denominadas  ejes  de 

a1

.c

coordenadas, se designan como el eje  x , eje  y  y eje  z . Por lo común los ejes  x  y  y  se 

ic

consideran en un plano horizontal,  y  el eje  z  vertical. El sentido positivo, elegido en cada 

at

eje  como  se  muestra  en  la  figura  1,  proporciona  un  sistema  coordenado  derecho.  Este 

em

nombre  se  deriva  del  hecho  de  que  si  se  coloca  la  mano  derecha  de  modo  que  el  dedo 

M at

índice apunte en la dirección positiva del eje  x , y el dedo medio apunte hacia el sentido  positivo del eje  y , entonces el pulgar apuntará en la dirección positiva del eje  z . Observe 

w.

la figura 2. Los tres ejes determinan tres planos coordenados: el plano  xy  que contiene a 

ww

los ejes  x  y  y , el plano  xz  que contiene a los ejes  x  y  z , y el plano  yz  que contiene a  los ejes  y  y  z , como se muestra en la figura 3. 

 

  

 

Una  tema  ordenada  ( x, y, z )   se  asocia  con  cada  punto  P   del  espacio  geométrico  tridimensional.  La  distancia  dirigida  de  P   al  plano  yz   es  la  coordenada  x ,  su  distancia  1       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS                                                              

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[Escriba texto]  dR     

dirigida al plano  xz  es la coordenada  y , y la coordenada  z  es la distancia dirigida de  P   al plano  xy . Estas tres coordenadas se denominan coordenadas cartesianas rectangulares  de  P ,  y  existe  una  correspondencia  uno  a  uno,  denominada  sistema  coordenado  cartesiano  rectangular,  entre  las  temas  ordenadas  de  números  reales  y  los  puntos  del  espacio  geométrico  tridimensional.  En  consecuencia,  se  identifica  R 3   con  el  espacio  geométrico tridimensional. En la figura 4 se muestran los puntos  ( 2,3, 4 )  y  ( 4, −2, −5 ) . Los 

ic

a1

.c

om

tres  planos  coordenados  dividen  al  espacio  en  ocho  partes  denominadas  octantes.  El  primer octante es aquel en el que las tres coordenadas son positivas.  Una recta es paralela a un plano si y sólo si la distancia desde cualquier punto de la recta  al plano es constante. 

em

at

    Ejemplo   Una recta paralela al plano  yz , otra paralela al plano  xz , y otra más paralela al plano  xy , 

ww

w.

M at

se muestran en las figuras 5,6 y 7, respectivamente. 

    Nota:   1)  Una  recta  es  paralela  al  plano  yz   si  y  sólo  si  todos  los  puntos  de  la  recta  tienen  la  misma coordenada  x .  2)  Una  recta  es  paralela  al  plano  xz   si  y  solo  si  todos  los  puntos  de  la  recta  tienen  la  misma coordenada  y . 

2       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS                                                              

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[Escriba texto]  dR     

3)  Una  recta  es  paralela  al  plano  xy   si  y  sólo  si  todos  los  puntos  de  la  recta  tienen  la  misma coordenada  z .  4) En el espacio tridimensional, si una recta es paralela a cada uno de dos planos que se  intersectan, entonces la recta es paralela a la recta de intersección de los dos planos.   5) Si una recta dada es paralela a una segunda recta, entonces la recta dada es paralela a  cualquier plano que contenga a la segunda recta.  6) Una recta es paralela al eje  x  si y sólo si todos los puntos de la recta tienen la misma  coordenada  y  y la misma coordenada  z .  7) Una recta es paralela al eje  y  si y sólo si todos los puntos de la recta tienen la misma  coordenada  x  y la misma coordenada  z .  8) Una recta es paralela al eje  z  si y solo si todos los puntos de la recta tienen la misma  coordenada  x  y la misma coordenada  y . 

a1

.c

om

  Ejemplo   Una  recta  paralela  al  eje  x ,  otra  paralela  al  eje  y ,  y  otra  más  paralela  al  eje  z ,  se 

ww

w.

M at

em

at

ic

presentan en las figuras 8, 9 y 10, respectivamente. 

   

   

  

 

    DISTANCIA  DE  UN  PUNTO  A  OTRO  DE  UNA  RECTA  PARALELA  A  UNO  DE  LOS  EJES  COORDENADOS   1) Si  A ( x1 , y, z )  y  B ( x2 , y, z )  son dos puntos de una recta paralela al eje  x , entonces la  distancia dirigida de  A  a  B , denotada por  AB , está dada por  AB = x2 − x1 .  2) Si  C ( x, y1 , z )  y  D ( x, y2 , z )  son dos puntos de una recta paralela al eje  y , entonces la  distancia dirigida de  C  a  D , denotada por  CD , está dada por  CD = y2 − y1 .  3) Si  E ( x, y, z1 )  y  F ( x, y, z2 )  son dos puntos de una recta paralela al eje  z , entonces la  distancia dirigida de  E  a  F , denotada por  EF , está dada por  EF = z2 − z1 .  3       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS                                                              

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[Escriba texto]  dR     

Ejemplo:  La distancia dirigida  PQ  del punto  P ( 2, −5, −4 )  al punto  Q ( 2, −3, −4 )  está dada por el  

PQ = ( −3) − ( −5 ) = 2     DISTANCIA  NO  DIRIGIDA  ENTRE  DOS  PUNTOS  CUALESQUIERA  DEL  ESPACIO  TRIDIMENSIONAL.  La distancia no dirigida entre los puntos  P1 ( x1 , y1 , z1 )  y  P2 ( x2 , y2 , z2 )  está dada por   P1 P2 =

( x2 − x1 ) + ( y2 − y1 ) + ( z2 − z1 ) 2

2

2

 

  Ejemplo 

2

2

= 35  

.c

2

a1

( 2 + 3) + ( 5 − 4 ) + ( −4 + 1)

Solución:  PQ =

om

Calcule la distancia no dirigida entre los puntos  P ( −3, 4, −1)  y  Q ( 2,5, −4 ) . 

ic

  COORDENADAS DEL PUNTO MEDIO DE UN SEGMENTO DE RECTA  

x1 + x2 2

y=

y1 + y2 2

z1 + z2   2

w.

 

z=

M at

x=

em

y  P2 ( x2 , y2 , z2 )  están dadas por 

at

Las coordenadas del punto medio del segmento de recta cuyos extremos son  P1 ( x1 , y1 , z1 )  

ww

DEFINICIÓN DE LA GRÁFICA DE UNA ECUACIÓN EN  R3   La  gráfica  de  una  ecuación  en  R 3   es  el  conjunto  de  puntos  ( x, y, z )   cuyas  coordenadas  son números que satisfacen la ecuación. Una superficie es la gráfica de una ecuación en 

R 3 .   DEFINICIÓN DE ESFERA  Una esfera es el conjunto de todos los puntos del espacio tridimensional que equidistan  de un punto fijo. El punto fijo se denomina centro de la esfera y la medida de la distancia  constante se llama radio.  La ecuación de la esfera de radio  r  y centro en  ( h, k , l )  es 

( x − h) + ( y − k ) + ( z − l ) 2

2

2

= r 2   

 

 

 

 

Nota: La gráfica de cualquier ecuación de segundo grado en  x , y  y  z , de la forma 

x 2 + y 2 + z 2 + Gx + H y + I z + J = 0  es una esfera, un punto o el conjunto vacío.    4       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS                                                              

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Ejemplo   Determine la gráfica de la ecuación  x 2 + y 2 + z 2 − 6 x − 4 y + 2 z = 2   Solución:  Si se reagrupan los términos y se completan los cuadrados se tiene  x2 + 6 x + 9 + y 2 − 4 y + 4 + z 2 + 2 z + 1 = 2 + 9 + 4 + 1   2 2 2 ( x − 3) + ( y − 2 ) + ( z + 1) = 16

a1

.c

om

La gráfica es una esfera que tiene su centro en  ( 3, 2, −1)  y radio 4. 

 

at

ic

  Ejemplo  

em

Obtenga una ecuación de la esfera que tiene los puntos  A ( −5, 6, −2 )  y  B ( 9, −4, 0 )  como 

M at

los extremos de uno de sus diámetros.  Solución 

El  centro  de  la  esfera  es  el  punto  medio  del  segmento  de  recta  AB .  Sea  este  punto  9−5 −4 + 6 0−2 =2 y= =1 z= = −1   C x, y, z se tiene   x = 2 2 2

w.

)

ww

(

De modo que  C  es el punto  ( 2,1, −1) . El radio de la esfera es  CB . En consecuencia, 

r=

( 9 − 2 ) + ( −4 − 1) + ( 0 + 1) 2

2

2

= 75  

Por tanto, una ecuación de la esfera es 

( x − 2 ) + ( y − 1) + ( z + 1) 2

2

2

= 75

x 2 + y 2 + z 2 − 4 x − 2 y + 2 z − 69 = 0  

  5       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS                                                              

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[Escriba texto]  dR     

DEFINICIÓN DE VECTOR EN EL ESPACIO TRIDIMENSIONAL  Un vector en el espacio tridimensional es un tema ordenada de números reales  x, y, z .  Los números  x , y  y  z  se denominan componentes del vector  x, y, z .  Se  dice  que  los  vectores  a1 , a2 , a3   y  b1 , b2 , b3   son  iguales  si  y  sólo  si  a1 = b1 , a2 = b2   y 

a3 = b3 .  El conjunto de todas las temas ordenadas  x, y, z , donde  x , y  y  z  son números reales,  se denota por  V3 .  Un vector de  V3  puede representarse mediante un segmento dirigido.  G Si  A = a1 , a2 , a3 , entonces el segmento dirigido que tiene su punto inicial en el origen y 

om

su punto terminal en el punto  ( a1 , a2 , a3 )  recibe el nombre de representación de posición  G de  A . Un segmento dirigido que tiene su punto inicial en  ( x, y, z )  y su punto terminal en 

a1

.c

el punto  ( x + a1 , y + a2 , z + a3 )  es también una representación del vector  A .   El  vector  cero  es  el  vector  0, 0, 0   y  se  denota  por  0 .  Cualquier  punto  es  una 

at

ic

representación del vector cero.  El  módulo  de  un  vector  es  la  longitud  de  alguna  de  sus  representaciones.  Si  el  vector 

em

A = a1 , a2 , a3 , el módulo de  A  se denota por  A , y  A = a12 + a2 2 + a32  

M at

La  dirección  de  un  vector  diferente  del  vector  cero  de  V3   está  determinada  por  tres 

ww

w.

ángulos llamados ángulos directores del vector.    DEFINICIÓN DE ÁNGULOS DIRECTORES DE UN VECTOR  Los  ángulos  directores  de  un  vector  diferente  del  vector  cero  son  los  tres  ángulos  que  tienen la menor medida en radianes no negativa  α , β  y  γ  medidos a partir de los ejes  x , y  y  z , respectivamente, hasta la representación de posición del vector. 

La medida en radianes de cada ángulo director de un vector es mayor que o igual a  0  y  menor que o igual a  π .     G Los ángulos directores del vector  A = a1 , a2 , a3 , cuyas medidas en radianes son  α , β  y  G γ las componentes de  A  son números positivos, y los ángulos directores de este vector  tiene  medidas  en  radianes  positivas  menores  que 

π 2

.  En  la  figura  se  observa  que  el 

triángulo  POR  es un triángulo rectángulo y  a cos α = G1   A 6       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS                                                              

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[Escriba texto]  dR     

    Puede  demostrarse  que  la  misma  fórmula  se  cumple  si 

1 π ≤ α ≤ π .  De  igual  manera  2

pueden deducirse fórmulas para  cos β  y  cos γ  

a cos γ = G3    A

a cos β = G2 A

 

 

om

a cos α = G1 A

a1

.c

G Los tres números  cos α , cos β  y  cos γ  se denominan cosenos directores del vector  A .  

ic

  Ejemplo 

( 3) + ( 2 ) + ( −6 ) 2

2

2

=7 

M at

A =

em

at

G Se determinaran el módulo y los cosenos directores del vector  A = 3, 2, −6 . 

3 2 6 cos β = cos γ = −   7 7 7 Si  el  módulo  de  un  vector  y  sus  cosenos  directores  se  conocen,  entonces  el  vector  está  determinado de manera única  G G G a1 = A cos α a2 = A cos β a3 = A cos γ          

ww

w.

cos α =

Nota: Los tres cosenos directores de un vector no son independientes entre sí  Si  cos α , cos β  y  cos γ  son los cosenos directores de un vector, entonces 

cos 2 α + cos 2 β + cos 2 γ = 1     Ejemplo.  Se verificara para el vector del ejemplo anterior  2

2

2

9 4 36 ⎛3⎞ ⎛2⎞ ⎛ 6⎞ cos 2 α + cos 2 β + cos 2 γ = ⎜ ⎟ + ⎜ ⎟ + ⎜ − ⎟ = + + = 1  49 49 49 ⎝7⎠ ⎝7⎠ ⎝ 7⎠

El vector  A = a1 , a2 , a3  es un vector unitario si  A = 1   

7       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS                                                              

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[Escriba texto]  dR     

Las  operaciones  de  adición,  sustracción  y  multiplicación  por  un  escalar  en  V3   A = a1 , a2 , a3  y  B = b1 , b2 , b3  y  c  es un escalar, entonces  1) A + B = a1 + b1 , a2 + b2 , a3 + b3 2) − A = − a1 , − a2 , − a3

 

3) A − B = A + ( − B ) = a1 − b1 , a2 − b2 , a3 − b3 4) cA = c a1 , a2 , a3 = ( ca1 , ca2 , ca3 )

  Ejemplo   Dados  A = 5, −2, 6  y  B = 8, −5, −4 , calcule  A + B, A − B,3 A  y  −5B .  Solución 

3 A = 3 5, −2, 6 = 15, −6,18

.c

at

ic

−5 B = −5 8, −5, −4 = −40, 25, 20

 

a1

A − B = 5 − 8, −2 − ( −5 ) , 6 − ( −4 ) = −3,3,10

om

A + B = 5 + 8, −2 + ( −5 ) , 6 + ( −4 ) = 13, −7, 2

w.

M at

em

  LA INTERPRETACIÓN GEOMÉTRICA DE LA SUMA DE DOS VECTORES DE  V3    G JJJG G Si  P  es el punto  ( x, y, z ) , A = a1 , a2 , a3  y  PQ  es una representación de  A ; entonces  Q   JJJG G es  el  punto  ( x + a1 , y + a2 , z + a3 )   Sean  B = b1 , b2 , b3   y  QR   una  representación  de  B ,  JJJG entonces  ( x + ( a1 + b1 ) , y + ( a2 + b2 ) , z + ( a3 + b3 ) )   es  el  punto  R .  Por  tanto,  PR   es  una 

ww

representación del vector  A + B , y se cumple la ley del paralelogramo. 

  LA DIFERENCIA DE DOS VECTORES DE  V3   

G G Se puede obtener una representación del vector  A − B  al elegir las representaciones de  G G A   y  B   de  modo  que  tengan  el  mismo  punto  inicial.  Entonces,  una  representación  del 

8       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS                                                              

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[Escriba texto]  dR     

G G G vector  A − B   es  el  segmento  dirigido  del  punto  terminal  de  la  representación  de  B   al  G punto terminal de la representación de  A . 

  La  figura  18  muestra  los  puntos  P ( a1 , a2 , a3 )   y  Q ( b1 , b2 , b3 ) ,  y  los  segmentos  dirigidos  JJJG JJJG JJJG JJJG JJJG JJJG PQ, OP  y  OQ . Observe que  V PQ = V OQ − V OP = b1 , b2 , b3 − a1 , a2 , a3  

( ) ( )

M at

  Ejemplo  

em

( )

at

  Por tanto,  JJJG V PQ = b1 − a1 , b2 − a2 , b3 − a3  

ic

a1

.c

om

( )

ww

w.

JJJG La  figura  19  muestra  el  segmento  dirigido  PQ ,  donde  P   es  el  punto  (1,3,5 )   y  Q   es  el  JJJG punto  ( 2, −1, 4 ) . Por tanto,  V PQ = 2 − 1, −1 − 3, 4 − 5 = 1, −4, −1  

( )

  Suponga  que  A = a1 , a2 , a3   es  diferente  del  vector  cero  y  que  tiene  los  cosenos  directores  cos α , cos β  y  cos γ  y que  c  es cualquier escalar. Entonces  cA = ( ca1 , ca2 , ca3 ) ;  y si  cos α1 , cos β1  y  cos γ 1  son los cosenos directores de  cA , entonces se tiene  9       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS                                                              

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[Escriba texto]  dR     

cos α1 =

ca1 c a1 c ⇒ ⇒ cos α cA c A c

cos β1 =

ca2 c a2 c ⇒ ⇒ cos β    cA c A c

cos γ 1 =

ca3 c a3 c ⇒ ⇒ cos γ cA c A c

 

 

 

Por tanto, si  c  es un escalar diferente de cero, entonces el vector  cA  es un vector cuyo  módulo  es  c   veces  el  módulo  de  A .  Si  c > 0, cA   tiene  la  misma  dirección  que  A .  Si  c < 0 el sentido de  cA  es el opuesto al de  A       j = 0,1, 0 Los tres vectores unitarios  i = 1, 0, 0

 k = 0, 0,1  forman una base para 

.c

om

el  espacio  vectorial  V3   debido  a  que  cualquier  vector  a1 , a2 , a3   puede  expresarse  en 

a1

términos de ellos como sigue:  a1 , a2 , a3 = a1 1, 0, 0 + a2 0,1, 0 + a3 0, 0,1  

at

ic

En consecuencia, si  A = a1 , a2 , a3 , también se puede escribir  G A = a1i + a2 j + a3k  

M at

em

  Ecuación  que  permite  expresar  cualquier  vector  diferente  de  cero  en  términos  de  su  módulo y de sus cosenos directores. 

A = A cos α i + A cos β j + A cos γ k

 

 

 

 

 

w.

A = A ( cos α i + cos β j + cos γ k )

ww

  Ejemplo   Exprese  el  vector  del  ejemplo  anterior  en  términos  de  su  módulo  y  de  sus  cosenos  directores.  Solución  3 2 6 A = 7, cos α = , cos β =   y  cos γ = − .  A = 3, 2, −6   y  se  obtuvo  7 7 7 6 ⎞ ⎛3 2 A = 7⎜ i + j − k ⎟  7 ⎠ ⎝7 7 VECTOR UNITARIO  Si  A = a1i + a2 j + a3k  es diferente del vector cero, entonces el vector unitario  U  que tiene  G a a a la misma dirección que  A  está determinado por U = G1 i + G2 j + G3 k   A A A 10       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS                                                              

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[Escriba texto]  dR     

Ejemplo   Dados los puntos  R ( 2, −1,3)  y  S ( 3, 4,6 ) . Obtenga el vector unitario que tiene la misma  JJJG dirección que  V RS . 

( )

Solución  JJJG V RS = 3 − 2, 4 − ( −1) , 6 − 3 = i + 5 j + 3k   JJJG 2 2 2 V RS = 1 + 5 + 3 = 35

( ) ( )

el vector unitario pedido es  U =

1 5 3 i+ j+ k  35 35 35  

om

EJERCICIOS RESUELTOS 

A ( 0, 0, 0 ) ; B ( 7, 2,3)  

at

1.

ic

a1

.c

En los ejercicios 1 a 5, los puntos A y B son vértices opuestos de un paralelepípedo que tiene sus  caras  paralelas  a  los  planos  coordenados.  En  cada  ejercicio,  (a)  obtenga  las  coordenadas  de  los  otros seis vértices, (b) calcule la longitud de la diagonal AB. 

em

a ) (7, 2, 0) ; (0, 0,3) ;(0, 2, 0) ; (0, 2,3) ; (7, 0,3) ; (7, 0, 0)

2.

 

M at

b) AB = 7 − 02 + 2 − 02 + 3 − 02 = 49 + 4 + 9 = 62 A (1,1,1) ; B ( 3, 4, 2 )  

w.

a )(1,1, 2) ; (1, 4,1) ;(1, 4, 2) ; (3,1,1) ; (3,1, 2) ;( 3, 4,1)

ww

b) AB = 3 − 12 + 4 − 12 + 2 − 12 = 4 + 9 + 1 = 14 3.

 

A ( −1,1, 2 ) ; B ( 2,3,5 )  

a ) (2,1, 2) ; (−1,3, 2) ;(−1,1,5) ;( 2,3, 2) ; (−1,3,5) ; (2,1,5) b) AB = 2 + 12 + 3 − 12 + 5 − 22 = 9 + 4 + 9 = 22 4.

 

A ( 2, −1, −3) ; B ( 4, 0,1)  

a) Rectángulo ACDE Y FGBH  son caras paralelas.   

b) La línea BC es paralela al plano yz, entonces el punto B y C tiene  igual coordenadas en y  y z. Entonces  c = (4, −1, −3)  

De forma similar se determina las coordenadas de los demás vértices  D = (4, 0,3); E = (2, 0, −3); F = (2, −1, −1); G = (4, −1, −1); H = (2, 0, −1)  

b) AB = 4 − 22 + 0 + 12 + −1 + 32 = 3

 

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[Escriba texto]  dR     

  5.

A (1, −1, 0 ) ; B ( 3,3,5 )  

a ) (3, −1, 0) ; (3,3, 0) ;(1,3, 0) ; (1,3,5) ; (1, −1,5) ; (3, −1,5) b) AB = 3 − 12 + 3 + 12 + 5 − 02 = 4 + 16 + 25 = 3 5

 

ic

  d = 182 + 152 + 122 = 3 62 + 52 + 42 = 3 77  

a1

.c

om

6) El vértice opuesto al rincón de una sala está a 18 pie al este, 15 pie al sur y 12 pie por arriba del  primer rincón determine la longitud de la diagonal que une dos vértices opuestos 

em

at

En los ejercicios 7 a 11, determine (a) la distancia no dirigida entre los puntos A y B, y (b) el punto  medio del segmento de recta que une a A con B. 

AB = (3 − 1) 2 + (4 − 6) 2 + (2 − 3)2 = 4 + 4 + 1 = 9 = 3   3 +1 4+6 2+3 5 = 2; y = = 5; z = = ⇒ Pm(2,5, 52 )   2 2 2 2

ww

b) x =

w.

a)

M at

7)  A ( 3, 4, 2 ) ; B (1, 6,3)  

8) A ( 4, −3, 2 ) ; B ( −2,3, −5 )     a)

AB = (−2 − 4) 2 + (3 + 3) 2 + (−5 − 2) 2 = 62 + 62 + 7 2 = 11  

b) x =

4−2 −3 + 3 2−5 3 = 1; y = = 0; z = = − ⇒ Pm(1, 0, 32 )   2 2 2 2

9) A ( 2, −4,1) ; B ( 12 , 2,3)     2

a)

1⎞ 9 13 ⎛ AB = ⎜ 2 − ⎟ + (−4 − 2) 2 + (1 − 3) 2 = + 36 + 4 =   2⎠ 4 2 ⎝

b) x =

2 + 12 5 −4 + 2 1+ 3 ⎛5 ⎞ = ;y = = −1; z = = 2 ⇒ Pm = ⎜ , −1, 2 ⎟   2 4 2 2 ⎝4 ⎠

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[Escriba texto]  dR      10)  A ( −2, − 12 ,5 ) ; B ( 5,1, −4 )   2

a)

9 1 23 ⎛ 1⎞   AB = (5 + 2) + ⎜ 1 + ⎟ + (−4 − 5) 2 = 49 + + 81 = 529 = 4 2 2 ⎝ 2⎠ 2

b) x =

− 1 +1 1 −2 + 5 3 5−4 1 ⎛3 1 1⎞ = ;y = 2 = ;z = = ⇒ Pm = ⎜ , , ⎟   2 2 2 4 2 2 ⎝2 4 2⎠

11)  A ( −5, 2,1) ; B ( 3, 7, −2 )   a)

AB = (−5 − 3) 2 + (2 − 7) 2 + (1 + 2)2 = 64 + 25 + 9 = 98 = 7 2   −5 + 3 2+7 9 1− 2 1 9 1⎞ ⎛ = −1; y = = ;z = = − ⇒ Pm = ⎜ −1, , − ⎟   2 2 2 2 2 2 2⎠ ⎝

om

b) x =

a1

.c

12) Demuestre que los tres puntos  (1, −1,3) ; ( 2,1, 7 )  y  ( 4, 2, 6 )  son los vértices de  un triángulo 

ic

rectángulo, y calcule su área. 

at

AB = 2 − 12 + 1 + 12 + 7 − 32 = 21; BC = 4 − 22 + 2 − 12 + 6 − 7 2 = 6

AB + BC = 21 + 6 = 27 = AC 2

2

M at

2

em

AC = 4 − 12 + 2 + 12 + 6 − 32 = 27

 

ww

w.

El triángulo ABC es un triángulo rectángulo con hipotenusa AC.    Para calcular el área se toma en cuanta base AB y altura BC 

  Área  =

bh ⇒ 2

21 6 3 14   = 2 2

13)  Se  dibuja  una  recta  que  pasa  por  el  punto  ( 6, 4, 2 )   y  que  es  perpendicular  al  plano  yz .  Obtenga las  coordenadas de los puntos de la recta  que están  a una distancia de 10 unidades del  punto  ( 0, 4, 0 ) .  Como la recta es perpendicular al plano YZ, esta es paralela eje x, entonces el punto difiere de la  variable  x  y  tiene  la  forma  ( x, 4, 2) entonces  la  distancia  desde  ese  punto  hasta  (0, 4, 0) en  10  unidades se determina: 

( x − 0) 2 + (4 − 4) 2 + (2 − 0) 2 = 10 x 2 + 4 = 100 ⇒ x 2 = 96

 

x = ±4 6 ⇒ (4 6, 4, 2); (−4 6, 4, 2) 13       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS                                                              

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[Escriba texto]  dR     

14) Resuelva el ejercicio 13 si la recta se dibuja perpendicularmente al plano  xy .  El punto  6, 4, z  es 10 unidades de  0, 4, 0   (6 − 0) 2 + (4 − 4) 2 + ( z − 0) 2 = 102 ⇒ 36 + z 2 = 100 z 2 = 64 ⇒ z = ±8 ⇒ (6, 4,8) ∧ (6, 4, −8)

 

  15) Demuestre que los tres puntos ( −3, 2, 4);(6,1, 2); (−12,3, 6)  son colineales empleando la  fórmula de la distancia.  A(−3, 2, 4) ; B(6,1, 2) ; C (−12,3, 6)

AB = (6 + 3)2 + (1 − 2) 2 + (2 − 4)2 = 81 + 1 + 4 = 86  

AC = (−12 + 3) 2 + (3 − 2) 2 + (6 − 4) 2 = 81 + 1 + 4 = 86

JJJG

JJJG

JJJG

JJJG

.c

a1

Si A; B y C son los vértices de un triángulo, entonces 

om

BC = (−12 − 6) 2 + (3 − 1) 2 + (6 − 2) 2 = 324 + 4 + 16 = 344 = 2 86

JJJG

JJJG

at

ic

  AB + AC > BC pero AB + AC = 2 86 = BC  

em

Por lo tanto A, B y C no son los vértices de un triángulo, y son colineales. 

y  ( 0,3, 4 ) . 

M at

16) Determine los vértices del triángulo cuyos lados tienen los puntos medios en  ( 3, 2,3) ; ( −1,1,5 )  

ww

w.

Para encontrar los vértices de un triángulo, donde los puntos medios  son: D (3, 2, 3) ; E ( −1,1, 5) ; F = (0, 3, 4)   Sean A, B y C los puntos vértices del triángulo, con D el punto medio de BC, E el punto medio de AC  y F el punto medio de AB, entonces DEAF es un paralelogramo, y utilizando los vectores posiciones  tenemos:   

JJJG JJJG FA = DE ⇒ a − f = e − d ⇒ a = − d + e + f = −3, 2,3 + 0,3, 4 + −1,1,5 = −4, 2, 6 JJJG JJJG FB = ED ⇒ b − f = d − e ⇒ b = d − e + f = 3, 2,3 − 0,3, 4 + −1,1,5 = 2, 0, 4   JJJG JJJG DC = FE ⇒ c − d = e − f ⇒ c = d + e − f = 3, 2,3 + 0,3, 4 − −1,1,5 = 4, 4, 2

A(−4, 2, 6) ; B(2, 0, 4) ; C (4, 4, 2) 17)  Para  el  triángulo  que  tienen  vértices    A ( 2, −5,3) ; B ( −1, 7, 0 )   y  C ( −4,9, 7 )   calcule  (a)  la  longitud de cada lado, y (b) los puntos medios de cada lado. 

AB = (2 + 1) 2 + (−5 − 7) 2 + (3 − 0) 2 = 9 + 144 + 9 = 162 = 9 2   14       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS                                                              

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[Escriba texto]  dR     

AC = (2 + 4) 2 + (−5 − 9) 2 + (3 − 7)2 = 36 + 196 + 16 = 248 = 2 62  

BC = (−1 + 4) 2 + (7 − 9) 2 + (0 − 7) 2 = 9 + 4 + 49 = 62 ⎛ 2 − 1 −5 + 7 3 + 0 ⎞ ⎛1 3⎞ Pm( AB ) ⎜ , , ⎟ ⇒ Pm( AB ) ⎜ ,1, ⎟ 2 2 ⎠ ⎝ 2 ⎝2 2⎠ ⎛ 2 − 4 −5 + 9 3 + 7 ⎞ Pm( AC ) ⎜ , , ⎟ ⇒ Pm( AC )(−1, 2,5) 2 2 ⎠ ⎝ 2

 

⎛ −1 − 4 7 + 9 0 + 7 ⎞ ⎛ 5 7⎞ Pm( BC ) ⎜ , , ⎟ ⇒ Pm( BC ) ⎜ − ,8, ⎟ 2 2 ⎠ ⎝ 2 ⎝ 2 2⎠ 18)  Demuestre  que  cualquier  ecuación  de  la  forma  x 2 + y 2 + z 2 + Gx + Hy + Iz + J = 0   puede  expresarse en la forma  ( x − h ) + ( y − k ) + ( z − l ) = k .   2

om

2

.c

2

2

2

ic

a1

1 2⎞ ⎛ 2 1 ⎞ ⎛ 2 1 2⎞ 1 2 ⎛ 2 2 2 ⎜ x + Gx + G ⎟ + ⎜ y + Hy + H ⎟ + ⎜ z + lz + l ⎟ = G + H + I − 4 j 4 ⎠ ⎝ 4 ⎠ ⎝ 4 ⎠ 4 ⎝ 2

M at

Cuando 

 

em

at

1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ 1 2 ⎛ 2 2 ⎜ x + G ⎟ + ⎜ y + H ⎟ + ⎜ z + L ⎟ = G + H + I − 4J 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠ 4 ⎝ 2 2 2 x − h + y − k + z −1 = K

ww

w.

1 1 1 h=− G ;k =− H ; L=− 2 2 2   1 2 2 2 K = G + H + L − 4J 4

19) En los ejercicios 19 a 24, determine la gráfica de la ecuación. 

19) x 2 + y 2 + z 2 − 8 y + 6 z − 25 = 0   x 2 + y 2 − 8 y + 16 + z 2 + 6 z + 9 = 25 + 16 + 9 ⇒ x 2 + ( y − 4) 2 + ( z + 3) 2 = 50  

  15       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS                                                              

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[Escriba texto]  dR        20) x 2 + y 2 + z 2 − 8 x + 4 y + 2 z − 4 = 0  

x 2 − 8 x + 16 + y 2 + 4 y + 4 + z 2 + 2 z + 1 = 4 + 16 + 4 + 1 ⇒ ( x − 4) 2 + ( y + 2) 2 + ( z + 1) 2 = 25  

 

2

2

.c

1⎞ ⎛ 2 1⎞ ⎛ 2 9⎞ 1 1 9 ⎛ 2 ⎜ x − x + ⎟ + ⎜ y − y + ⎟ + ⎜ z − 3 z + ⎟ = −2 + + + 4⎠ ⎝ 4⎠ ⎝ 4⎠ 4 4 4 ⎝

om

  21) x 2 + y 2 + z 2 − x − y − 3z + 2 = 0  

2

 

 

ww

w.

M at

em

at

ic

a1

1⎞ ⎛ 1⎞ ⎛ 3⎞ 3 ⎛ ⎜x− ⎟ +⎜ y− ⎟ +⎜z − ⎟ = 2⎠ ⎝ 2⎠ ⎝ 2⎠ 4 ⎝

22) x 2 + y 2 + z 2 − 6 z + 9 = 0   x 2 + y 2 + ( z − 3)2 = 0   La gráfica es un punto (0,0,3) 

23) x 2 + y 2 + z 2 − 8 x + 10 y − 4 z + 13 = 0   x 2 − 8 x + 16 + y 2 + 10 y + 25 + z 2 − 4 z + 4 = −13 + 16 + 4 ⇒ ( x − 4) 2 + ( y + 5) 2 + ( z − 2) 2 = 32  

  16       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS                                                              

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[Escriba texto]  dR        24) x 2 + y 2 + z 2 − 6 x + 2 y − 4 z + 19 = 0  

x 2 − 6 x + 9 + y 2 + 2 y + 1 + z 2 − 4 z + 4 = −19 + 9 + 1 + 4 ⇒ ( x − 3) 2 + ( y + 1) 2 + ( z − 2)2 = −5     En los ejercicios 25 a 27, obtenga una ecuación de la esfera que satisface las condiciones iniciales.  25) Uno de los diámetros es el segmento de la recta que tiene extremos en  ( 6, 2, −5 )  y  ( −4, 0, 7 ) .  El diámetro tiene extremo 

A( h1 , k1 , l1 )  y  B (h2 , k2 , l2 )

 

a ) si P ( x, y, z ), está sobre la recta ⇒ APB es un triángulo rectángulo AP 2 + BP 2 = AB 2 , esto es ( x − h1 ) 2 + ( y − k1 ) 2 + ( z − l1 ) 2 + ( x − h2 ) 2 + ( y − k2 ) 2 + ( z − l2 ) 2 = (h2 − h1 ) 2 + (k2 − k1 ) 2 + (l2 − l12

om

2 ⎡⎣ x 2 − (h1 + h2 ) x + h1h2 ⎤⎦ + ⎡⎣ y 2 − (k1 + k2 ) y + k1k2 ⎤⎦ + ⎡⎣ z 2 − (l1 + l2 ) z + l1l2 ⎤⎦ = 0

a1

.c

b) Diámetro : (6, 2, −5) y ( − 4, 0, 7) ⇒ ( z − 6) ( z + 4) + ( y − 2)( y − 0) + ( z + 5) ( z − 7) = 0  

ic

2 2 2 26) Es concéntrica con la esfera que tiene la ecuación  x + y + z − 2 y + 8 z − 9 = 0  y tiene radio 

at

3. 

em

x 2 + ( y 2 − 2 y + 1) + ( z 2 + 8 z + 16) = 9 + 1 + 16 ⇒ x 2 + ( y − 1)2 + ( z + 4)2 = 26  

M at

El centro de la esfera está dado por el punto (0, 1, ‐4) y la ecuación de esfera es  

z 2 + ( y − 1) 2 + ( z + 4) = 9  

ww

w.

27) Contiene los puntos  ( 0, 0, 4 ) ; ( 2,1,3)  y  ( 0, 2, 6 )  y su centro se encuentra en el plano  yz .  Dado que  Gx + Hy + Lz + J = − x 2 + y 2 + z   El centro es en el plano  yz  entonces  G = 0   Se sustituye las coordenadas en los puntos dados 

Hy + Lz + J = − x 2 + y 2 + z 2 (0, 0, 4) ⇒ 4 I + J = −16   (2,1,3) ⇒ H + 3I + J = −14 (0, 2, 6) ⇒ 2 H + 6 I + J = −40 Resolviendo el sistema 

J = 12 I = −7 H = −5 ⇒ x 2 + y 2 + z 2 = −5 y − 7 z + 12   17       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS                                                              

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[Escriba texto]  dR     

G

G

G

G

En los ejercicios 28 a 33,  A = 1, 2,3 ; B = 4, −3, −1 ; C = −5, −3,5  y  D = −2,1, 6 .  28) Calcule  a.

G G A + 5B   1, 2, 3 + 5 4, −3, −1 = 1, 2, 3 + 20, −15, −5 = 21, −13, −2  

G

G

b. 7C − 5D  

7 −5, −3.5 − 5 −2,1, 6 = −35, −21, 35 + 10, −5, −30 = −25, −26, 5  

G G 7C − 5D  

c.

29) Calcule 

.c

G G 2A − C   2 1, 2,3 − −5, −3,5 = 2, 4, 6 + 5,3, −5 = 7, 7,1   G G b. 2A − C  

om

7 −5, −3,5 − 5 −2,1, 6 = 7 25 + 9 + 25 − 5 4 + 1 + 36 = 7 59 − 5 41  

at

ic

a1

a.

em

2 12 + 22 + 32 − 52 + 32 + 52 2 14 − 59   G G G c. 4 B + 6C − 2 D    

G G G 4 B + 6C − 2 D  

ww

w.

d.

M at

4 4, −3, −1 + 6 −5, −3,5 − 2 −2,1,6 = 16, −12, −4 + −30 −18,30 + 4, −2, −12 = −10, −32,14

4 42 + 32 + 12 + 6 52 + 32 + 52 − 2 22 + 12 + 62 = 4 26 + 6 59 − 2 41   30) Calcule 

G

G

G

a.   C + 3D − 8 A  

−5, −3,5 + 3 −2,1, 6 − 8 1, 2,3 = −5, −3,5 + −6,3,18 + −8, −16, −24 = −19, −16, −1   b.

G G G G A B C−D  

(

)

( 1 + 4 + 9)( 16 + 9 + 1)(−3, −4, −1) = 14 26(−3, −4, −1) = 22 ( 7 )13(−3, −4, −1) = 2 91(−3, −4, −1) = −6 91, −8 91, −2 91

 

  18       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS                                                              

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[Escriba texto]  dR      31) Calcule 

G

G

G

G

a.   3 A − 2 B + C − 12 D  

3 1, 2,3 − 2 4, −3, −1 + −5, −3,5 − 12 −2,1, 6 = 3, 6,9 + −8, 6, 2 + −5, −3,5 + 24, −12, −72 = 14, −3, −56 G G G G b.   A C − B D   A = 12 + 22 + 32

 

B = 42 + ( −3) + ( −1) = 26 2

2

14 −5, −3,5 − 26 −2,1, 6 = −5 14 + 2 26, −3 14 − 26,5 14 − 6 26

 

32) Determine los escalares a y b tales que 

G G G G a A+ B +b C + D = 0

) (

)

om

(

ic

a1

.c

a ⎡⎣ 1, 2,3 + 4, −3, −1 ⎤⎦ + b ⎡⎣ −5, −3,5 + −2,1, 6 ⎤⎦ = 0, 0, 0   a 5, −1, 2 + b −7, −2,11 = 0, 0, 0 Formando un sistema 

em

at

5a − 7b = 0 −a − 2b = 0  Resolviendo el sistema se tienen  a = 0 b = 0   2a + 11b = 0

M at

 

G

G

G

G

w.

33) Determine los escalares a, b y c tales que  aA + bB + cC = D  

Formando un sistema 

a + 4b − 5c = −2 2a − 3b − 3c = 1  

ww

a 1, 2,3 + b 4, −3, −1 + c −5, −3,5 = −2,1, 6  

Resolviendo el sistema se tienen  

3a − 3b + 5c = 6  

a=

141 16 67   ,b = − ,c = 129 129 129

JJJJG

( )

En  los  ejercicios  34  a  37,  determine  los  cosenos  directores  del  vector  V P1 P2   y  verifique  las  respuestas al mostrar que la suma de sus cuadrados es 1. 

34) P1 ( 3, −1, −4 ) ; P2 ( 7, 2, 4 ) JJJJG JJJJG JJJJG V ( P1 P2 ) = 7 − 3, 2 + 1, 4 + 4 ⇒ V ( P1 P2 ) = 4,3,8 ⇒ V P1 P2 = 16 + 9 + 64 = 89 cos α =

 

4 3 8 16 9 64 , cos β = , cos γ = ⇒ cos 2 α + cos 2 β + cos 2 γ = 1 ⇒ + + =1 89 89 89 89 89 89

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[Escriba texto]  dR     

35) P1 ( −2, 6,5 ) ; P2 ( 2, 4,1) JJJJG JJJJG V ( P1 P2 ) = 2 + 2, 4 − 6,1 − 5 = 4, −2, −4 ⇒ V P1 P2 = 16 + 4 + 16 = 6

  

2 1 2 4 1 4 cos α = , cos β = − , cos γ = − ⇒ cos 2 α + cos 2 β + cos 2 γ = 1 ⇒ + + = 1 3 3 3 9 9 9

36) P1 ( 4, −3, −1) ; P2 ( −2, −4, −8 ) JJJJG JJJJG V ( P1 P2 ) = −2 − 4, −4 + 3, −8 + 1 = −6, −1, −7 ⇒ V P1 P2 = 36 + 1 + 49 = 86 6 1 7 , cos β = − , cos γ = − 86 86 86 36 1 49 cos 2 α + cos 2 β + cos 2 γ = 1 ⇒ + + =1 86 86 86

 

cos α = −

ic

1 2 1 2 32 2 2, cos β = − 2, cos γ = − 2⇒ + + =1 6 3 6 36 36 36

at

cos α =

a1

.c

om

37) P1 (1,3,5 ) ; P2 ( 2, −1, 4 ) JJJJG JJJJG   V ( P1 P2 ) = 2 − 1, −1 − 3, 4 − 5 = 1, −4, −1 ⇒ V P1 P2 = 1 + 16 + 1 = 18 = 3 2  

JJJJG

( )

JJJG

( )

em

38) Utilice los puntos  del ejercicio 36 y obtenga el punto  Q  tal que  V P1 P2 = 3V PQ .  1

  

w.

13 4 ; 3 y + 3 = 3 ⇒ y = 0; 3z + 2 = 8 ⇒ z = − 3 3

ww

3x − 9 = 4 ⇒ x =

M at

Sea P1 (3, −1, 4); P2 (7, 2, 4); dado Q( x, y, z ) ⇒ JJJJG JJJG V ( P1 P2 ) − 3V PQ 1 ⇒ 4,3,8 − 3 x − 3, y + 1, z + 4

4⎞ ⎛ 13 , 0, − ⎟ 3⎠  ⎝ 3

El punto es  Q = ⎜

JJJG

( )

JJJG

( )

39) Utilice los puntos del ejercicio 37 y obtenga el punto  R  tal que  V P1 R = −2V P2 R   Dados  P1 (1,3,5 ) ; P2 ( −5, 4, 2 ) Utilizando la definición de vectores de posición  

r − P1 = −2 ( r − P2 ) = −2r + 2 P2 3r = P1 + 2 P2 = 1,3,5 + 2 2, −1, 4 = 5,1,13 5 1 13 ⎛ 5 1 13 ⎞ r =⎜ , , ⎟⇒ R= , , 3 3 3 ⎝3 3 3 ⎠

 

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[Escriba texto]  dR     

JJJJG

( )

(

JJJJG

)

40) Dados  P1 ( 3, 2, −4 )  y  P2 ( −5, 4, 2 ) , determine el punto  P3  tal que  4V P1 P2 = −3V P2 P3 . 

JJJJG JJJJG Sea P3 ( x, y, z ) ⇒ 4V P1 P2 = −3V P2 P3

( )

(

)

4 −5 − 3, 4 − 2, 2 + 4 = −3 x + 5, y − 4, z − 2   −32,8, 24 = −3x + 15, −3 y + 12, −3z + 6 Formando un sistema 

−3 x − 15 = −32 −3 y + 12 = 8 −3 z + 6 = 24

  

Se tiene 

x=

⎛ 17 4 ⎞ P3 = ⎜ , , −6 ⎟ ⎝ 3 3 ⎠

17 4 , y = , z = −6   3 3

om

 

JJJJG

( )

(

JJJJG

)

a1

.c

41) Dados  P1 ( 7, 0, −2 )  y  P2 ( 2, −3,5 ) , determine el punto  P3  tal que  V P1 P3 = 5V P2 P3  

JJJJG JJJJG V P1 P3 = 5V P2 P3 ⇒ P3 − P1 = 5( P3 − P2 ) ⇒ 4 P3 = 5 P2 − P1

(

)

ic

( )

 

em

at

3, −15, 27 (5 P2 − P1 ) ⎛ 3 15 27 ⎞ P3 ⇒ P3 = ⇒ P3 ⎜ , − , ⎟ 4 4 ⎝4 4 4 ⎠

G    42) A = −6i + 2 j + 3k  

M at

En los ejercicios 42 y 43, exprese el vector en términos de su módulo y de sus cosenos directores.  

G







ww

w.

Sea  α , β , γ  la dirección del ángulo del vector.  V = ai + bj + ck  

G G    a b c cos α = G ; cos β = G ; cos γ = G ⇒ V = V (cos α i + cos β j + cos γ k ) V V V A = 36 + 4 + 9 = 49 = 7

 

G 6 2 3 ⎛ 6  2  3 ⎞ cos α = − ; cos β = ; cos γ = ⇒ A = 7 ⎜ − i + j + k ⎟ 7 7 7 7 7 ⎠ ⎝ 7 G    43) A = −2i + j − 3k  

G 1  3 ⎞ ⎛ 2  A = 4 + 1 + 9 = 14 ⇒ A = 14 ⎜ − i+ j− k ⎟  14 14 ⎠ ⎝ 14   21       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS                                                              

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[Escriba texto]  dR     

G    44) A = 3i + 4 j − 5k  

⎛3 2  2 2  2 ⎞ A = 9 + 16 + 25 = 50 = 5 2 ⇒ A = 5 2 ⎜⎜ i+ j− k ⎟⎟   10 5 2 ⎝ ⎠ JJJJG

( )

En los ejercicios 45 y 46, obtenga el vector unitario que tiene la misma dirección de  V P1 P2  

45) a ) P1 ( 4, −1, −6 ) ; P2 ( 5, 7, −2 )   JJJJG V P1 P2 = 5 − 4, 7 + 1, −2 + 6 = 1,8, 4

( ) JJJJG V (PP ) = 1 2

1 + 64 + 16 = 81 = 9 ⇒ U =

1 8 4   , , 9 9 9

om

b) P1 ( −2,5,3) ; P2 ( −4, 7,5 )   

a1

ic

46) a) P1 ( 3, 0, −1) ; P2 ( −3,8, −1)  

at

1 2

G 1 1 1   4 + 4 + 4 = 12 = 2 3 ⇒ U = − , , 3 3 3

em

( ) JJJJG V (PP ) =

.c

JJJJG V P1 P2 = −4 + 2, 7 − 5,5 − 3 = −2, 2, 2

ww

1 2

  G 3 4 36 + 64 + 0 = 100 = 10 ⇒ U = − , , 0 5 5

w.

( ) JJJJG V (PP ) =

M at

JJJJG V P1 P2 = −3 − 3,8 − 0, −1 + 1 = −6,8, 0

b) P1 ( −8, −5, 2 ) ; P2 ( −3, −9, 4 )   JJJJG V P1 P2 = −3 + 8, −9 + 5, 4 − 2 = 5, −4, 2

( ) JJJJG V (PP ) = 1 2

G 25 + 16 + 4 = 45 = 3 5 ⇒ U =

−4 2   , 3 5 3 5 3 5 5

,

En los ejercicios 47 y 48, demuestre la propiedad si  A, B  y C  son tres vectores cualesquiera de  V3   y c es cualquier escalar. 

G G 47) A = a1 , a2 , a3 B = b1 , b2 , b3 G G G G G G G G a) A + B = B + A ⇒ A + B = a1 + b1 , a2 + b2 , a3 + b3 = b1 + a1 , b2 + a2 , b3 + a3 = B + A G G G G G b) A + 0 = A ⇒ sea : 0 = 0,0,0 ⇒ A + 0 = a1 + 0, a2 + 0, a3 + 0 = a1 , a2 , a3 = A   22       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS                                                              

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[Escriba texto]  dR     

G G G G c ) A + − A = 0 ⇒ A + − A = a1 + − a1 , a2 + − a2 , a3 + − a3 = 0, 0, 0 = 0   G G G G d )c ( A + B ) = cA + cB G G c ( A + B ) = c a1 + b1 , a2 + b2 , a3 + b3 = c a1 + b1 , c a2 + b2 , c a3 + b3   G G = ca1 + cb1 , ca2 + cb2 , ca3 + cb3 = ca1 , ca2 , ca3 + cb1 , cb2 , cb3 = cA + cB

G G G 48) A = a1 , a2 , a3 B = b1 , b2 , b3 C = c1 , c2 , c3   G G G G G G a ) A + B + C = A + B + C   Ley asociativa.  G G G A + B + C = a1 , a2 , a3 + b1 , b2 , b3 + c1 , c2 , c3

(

) (

)

= a1 , a2 , a3 + b1 + c1 , b2 + c2 , b3 + c3

= a1 + b1 + c1 , a2 + b2 + c2 , a3 + b3 + c3   G G G = a1 + b1 , a2 + b2 , a3 + b3 + c1 , c2 , c3 = a1 , a2 , a3 + b1 , b2 , b3 + c1 , c2 , c3 = A + B + C

.c om

= a1 + b1 + c1 , a2 + b2 + c2 , a3 + b3 + c3

G G b) ( cd ) A = c dA   Ley asociativa.  G G (cd ) A = (cd ) a1, a2 , a3 = (cd ) a1,(cd ) a2 ,(cd ) a3 = c da1 , c da2 , c da3 = c da1, da2 , da3 = c (dA)

ic

a1

( )

at em

at

  49) Si P, Q, R y S son cuatro puntos del espacio tridimensional y A, B, C y D son los puntos medios  de PQ, Q R, R S y SP, respectivamente, demuestre mediante geometría analítica que  A B C D   es un  paralelogramo. 

M

si : P, Q, R, S son 4 puntos de R 3 ⇒ los puntos medios : A, B, C , D de

ww w.

PQ, QR, RS , SP forman un paralelogramo   a = p + q ,b = q + r ,c = r + s , d = s + p

2

 

 

2 2 2 JJJG JJJG r− p por lo tanto : AB = b − a = = c − d = DC 2

50)  Demuestre  mediante  geometría  analítica  que  las  cuatro  diagonales  de  un  paralelepípedo  rectangular tienen la misma longitud. 

A ( 0, 0, 0 ) , B ( a, b, c ) , C ( a, b, 0 ) , H ( a, 0, 0 ) , G ( 0, b, c ) , E ( a, 0, c ) , F ( 0, b, 0 ) JJJG AB = a − 02 + b − 02 + c − 02 = a 2 + b 2 + c 2 JJJG CH = a − 02 + 0 − b 2 + 0 − c 2 = a 2 + b 2 + c 2 JJJG DG = a − 02 + b − 02 + 0 − c 2 = a 2 + b 2 + c 2 JJJG EF = 0 − a 2 + b − 02 + 0 − c 2 = a 2 + b 2 + c 2

 

DÁMASO ROJAS (MAYO 2011)  23       http://www.damasorojas.com.ve               Dr. DÁMASO ROJAS