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GEOMETRÍA ANALÍTICA – TEMA 5. 1.º BACHILLERATO - CIENCIAS Unidad 5│Geometría Analítica Matemáticas I - 1.º Bachillerato – Ciencias - 1 IES H u arte D e San Ju an - Lin ares TEMA 5 – GEOMETRÍA ANALÍTICA Ecuación general de la recta. Una recta queda determinada por un vector que tenga su dirección (llamado vector director) y un punto que pertenezca a esa recta. Tipos de ecuaciones de una recta: Nombre Ecuación Necesitamos Ecuación Vectorial 1 2 1 2(x, y) = (a , a ) + λ (u ,u ), con λ Un punto A 1 2(a , a ) Un vector u = 1 2(u ,u ) Ecuación Paramétrica Por coordenadas, desde la ecuación anterior: 1 1 2 2 x = a + λu con λ y = a + λu Un punto A 1 2(a , a ) Un vector u = 1 2(u ,u ) Ecuación Continua Despejando λ e igualando en la ecuación anterior: 1 1 1 1 1 2 2 1 2 2 2 2 x - a x = a + λu λ = u x - a y - a y - a u u y = a + λu λ = u Un punto A 1 2(a , a ) Un vector u = 1 2(u ,u ) Ecuación General Multiplicando en cruz y pasando todos los términos a un miembro obtenemos: 0Ax By C Obtenemos el vector director: u = (-B,A) . Ecuación Explícita Despejando y en la ecuación continua: y = m x +n La pendiente m Ordenada en el origen n: P(0, n) Ecuación Punto-Pendiente 2 1y - a = m (x - a ) Un punto A 1 2(a , a ) La pendiente m 2 2 2 1 1 1 b - a y - a = (x - a ) b - a Dos puntos A 1 2(a , a ) y B 1 2(b , b ) GEOMETRÍA ANALÍTICA – TEMA 5. 1.º BACHILLERATO - CIENCIAS Unidad 5│Geometría Analítica Matemáticas I - 1.º Bachillerato – Ciencias - 2 IES H u arte D e San Ju an - Lin ares Algunas consideraciones sobre la pendiente m. La pendiente m mide la inclinación de la recta. La dirección de una recta es dada por su vector director. Podemos medir la inclinación a partir del argumento del vector. Así pues m = tg α = 2 1 u u m = tg α = 2 1 u u EJEMPLO Dados los puntos A(1,1) y B(2,3), calcula la ecuación de la recta en todas sus formas. El vector director de la recta es: u = (1, 2) . Ecuación vectorial: (x, y) = (1, 1) + λ (1, 2), con λ . Ecuación paramétrica: x = 1+ λ con λ y = 1+ 2λ Ecuación continua: x -1 y -1 1 2 . Ecuación general: 2x – y – 1 = 0. Ecuación explícita: y = 2x – 1 Ecuación punto-pendiente: y – 1 = 2 (x – 1) Ejercicio. Pág 125 (22,24) Rectas paralelas a los ejes coordenados. Cuando la recta es paralela a uno de los dos ejes coordenados, su ecuaciones son: Recta paralela al eje Y x = k , con m infinita Eje Y: x = 0 Recta paralela al eje X y = k, con m = 0 Eje X: y = 0 Ejercicio. Pág 123 (4,7,8) GEOMETRÍA ANALÍTICA – TEMA 5. 1.º BACHILLERATO - CIENCIAS Unidad 5│Geometría Analítica Matemáticas I - 1.º Bachillerato – Ciencias - 3 IES H u arte D e San Ju an - Lin ares Paralelismo y perpendicularidad. Dos rectas r y s son paralelas si tienen la misma inclinación. Por tanto, dos rectas r y s son paralelas cuando tienen la misma pendiente y el mismo vector director. Paralelas ms = mr Dos rectas r y s son perpendiculares cuando el ángulo comprendido entre ambas es de 90º. Dada la recta r: Ax + By + C = 0, su vector director: u = (-B, A) . El vector perpendicular, o normal, es n = (A, B) Director: u = (-B, A) Normal: n = (A, B) JUSTIFICACIÓN. u n = (A,B) (-B, A) = -AB + AB = 0 Ortogonales Dada la recta r: Ax + By + C = 0 y su pendiente m, la pendiente perpendicular a la recta r es: m’ = -1 m JUSTIFICACIÓN. Vector director: u = (-B, A) 2 1 u A m = u -B Vector normal: n = (A,B) 2 1 u B m´= u A m’ = 1 -1 A -A Bm -B B A m’ = -1 m EJEMPLO Halla una recta paralela y otra perpendicular (o normal) a la recta r: 2x – 3y + 2 = 0 y que pasen por el punto A(-1, 3) Tenemos que el vector director es u = (3,2) y que el vector normal es n = (2,-3) . Paralela: x +1 y - 3 2x + 2 = 3y - 9 2x - 3y +11 = 0 3 2 Perpendicular: x +1 y - 3 -3x - 3 = 2y - 6 -3x -2y + 3 = 0 3x + 2y - 3 = 0 2 -3 GEOMETRÍA ANALÍTICA – TEMA 5. 1.º BACHILLERATO - CIENCIAS Unidad 5│Geometría Analítica Matemáticas I - 1.º Bachillerato – Ciencias - 4 IES H u arte D e San Ju an - Lin ares Ecuación normal de la recta. Sea la recta r: Ax + By + C = 0, su vector normal n = (A, B) y un punto Q(q1, q2) de la misma recta. Dado cualquier punto P(x,y) de esa misma recta se verifica que: n PQ = 0 . La ecuación normal de la recta se calcula mediante la fórmula: 1 2n PQ = 0 (A,B) (x - q ,y - q ) = 0 EJEMPLO Halla la recta perpendicular (o normal) a la recta r: 2x – 3y + 2 = 0 que pasen por el punto A(-1, 3). Nota, el vector director de la recta dada es normal a la que me están pidiendo. Usando la ecuación normal de a recta: 3 3 2 6 0 v = (3,2) (3,2) (x +1,y - 3) = 0 3x + 2y - 3 = 0 P = (-1, 3) x y Ejercicio. Pág 124 (16 , 19) Posiciones relativas de dos rectas. Dadas dos rectas r: Ax + By + C = 0 y s: A’x + B’y + C’ = 0, pueden tener las siguientes posiciones relativas: Coincidentes si verifican: 'C C 'B B 'A A Paralelas si verifican: ''' C C B B A A Secantes si verifican: 'A A 'B B Nota. La comparación por vectores o por pendientes no puede distinguir entre paralelas o coincidentes. Nota. Para calcular el punto de corte en el caso de las rectas secantes, basta resolver el sistema de ecuaciones. GEOMETRÍA ANALÍTICA – TEMA 5. 1.º BACHILLERATO - CIENCIAS Unidad 5│Geometría Analítica Matemáticas I - 1.º Bachillerato – Ciencias - 5 IES H u arte D e San Ju an - Lin ares EJEMPLO Calcula la posición relativa de las rectas r : 2x – y – 3 = 0 y s: 2 2 4 1 yx Pasamos s a su forma general: x + 1 y + 2 s : = 2x + 2 = 4y + 8 2x - 4y - 6 = 0. 4 2 Son secantes porque se verifica: 2 -1 2 -4 ( 4) 1 y 2x - y - 3 = 0 -8x + 4y + 12 = 0 -6x + 6 = 0 x = 1 2x - 4y - 6 = 0 2x - 4y - 6 = 0 x = 1 2 - y - 3 = 0 - 1. Haz de rectas secantes. Se llama haz de rectas secantes de vértice P(a, b) al conjunto de todas las rectas del plano que pasan por el punto P. La ecuación del haz es: y -b =m (x -a) El parámetro m puede tomar cualquier valor real. Haz de rectas paralelas. Se llama haz de rectas paralelas a la recta r: Ax + By + C = 0 al conjunto de todas las rectas del plano que son paralelas a r. La ecuación del haz es: Ax + By + K = 0 El parámetro K puede tomar cualquier valor real. Ejercicio. Pág 127 (32,33) Distancias. La distancia entre dos puntos A 1 2(a , a ) y B 1 2(b , b )coincide con el módulo del vector AB . d(A,B) = 2 2 1 1 2 2b - a + b - a La distancia entre un punto P 1 2(a , a ) y una recta r: Ax + By + C = 0 se halla con la fórmula: d(P, r) = 1 2 2 2 A p + B p + C A + B . Si un punto está en una recta la distancia es 0. GEOMETRÍA ANALÍTICA – TEMA 5. 1.º BACHILLERATO - CIENCIAS Unidad 5│Geometría Analítica Matemáticas I - 1.ºBachillerato – Ciencias - 6 IES H u arte D e San Ju an - Lin ares La distancia entre dos rectas paralelas: r: Ax + By + C = 0 y s: Ax + By + C’ = 0 se halla con la fórmula: d(r, s) = 2 2 C - C' A + B . Si dos rectas son secantes o coincidentes, su distancia es 0. Ángulos. El ángulo entre dos rectas r: Ax + By + C = 0 y s: A’x + B’y + C’ = 0 se puede calcular como en el tema anterior a partir de sus vectores directores. Como queremos el menor ángulo, cambiaremos ligeramente la fórmula, poniendo un valor absoluto. u v cos α = u v 2 2 2 2 AA ' BB' A B A ' B' El ángulo entre dos rectas r: y = mx + n y s: y = m’x + n’ se puede calcular por sus pendientes. Como queremos el menor ángulo pondremos valor absoluto. 1 ' ' m m tg m m Lugares Geométricos. Dados dos puntos A y B, se denomina mediatriz de dicho segmento a la recta perpendicular al mismo por su punto medio M. La mediatriz de un segmento de extremos A y B es el lugar geométrico de los puntos del plano que equidistan de A y B. EJEMPLO Calcula la ecuación de la mediatriz de extremos A(1, -1) y B(2,4). Sea P(x, y) un punto genérico de la mediatriz. 2 2 2 2 2 2 2 2 d(A,P) = d(B,P) (x - 1) + (y + 1) = (x - 2) + (y - 4) De donde : x - 2x + 1 + y + 2y + 1 = x - 4x + 4 + y - 8y + 16 Simplificando : 2x + 10y - 18 = 0 x + 5y - 9 = 0 es la mediatriz. Ejercicio. Pág 133 (53 54) GEOMETRÍA ANALÍTICA – TEMA 5. 1.º BACHILLERATO - CIENCIAS Unidad 5│Geometría Analítica Matemáticas I - 1.º Bachillerato – Ciencias - 7 IES H u arte D e San Ju an - Lin ares Dadas dos rectas r y s, las bisectrices de dichas rectas son otras dos rectas que dividen a los ángulos determinados por r y s en dos partes iguales Las bisectrices de dos rectas constituyen el lugar geométrico de los puntos del plano que equidistan de r y s. EJEMPLO Calcula la ecuación de las bisectrices de las rectas r: 6x + 8y -1 = 0 y s: 4x - 3y +3 = 0. Sea P(x, y) un punto genérico de la bisectriz. 2 2 2 2 6x + 8y - 1 4x - 3y + 3 10 5 6x + 8y - 1 4x - 3y + 3 6x + 8y - 1 4x - 3y + 3 d(P,r) = d(P,s) 100 256 + 8 4 + (-3) 6x + 8y - 1 4x - 3y + 3 10 5 30x + 40y - 5 40x - 30y + 30 10x - 70y + 35 = 0 2x - 14y + 7 = 0 30x + 40y - 5 40x + 30y - 30 70x + 10y + 25 = 0 14x - 2y + 5 = 0 Ejercicio. Pág 133 (55) Simetrías El punto simétrico de A respecto a otro punto P, es aquel punto A’ que verifica que P es el punto medio entre A y A’. EJEMPLO Halla el punto simétrico de A(2, 1) respecto al punto P(3, 5) Sea A’(x, y) el punto simétrico de A. Entonces: 2 1 , (3,5) 2 2 2 3 2 6 4 2 ' 4, 9 1 5 1 10 9 2 x y M P x x x A y y y GEOMETRÍA ANALÍTICA – TEMA 5. 1.º BACHILLERATO - CIENCIAS Unidad 5│Geometría Analítica Matemáticas I - 1.º Bachillerato – Ciencias - 8 IES H u arte D e San Ju an - Lin ares El punto simétrico de A respecto a una recta r (simetría axial) es aquel punto A’ que verifica que d(A, r) = d(A’, r). Pasos: Buscamos una recta perpendicular a la recta r por A. Hallamos P, punto de corte de las dos rectas. Calculamos el punto simétrico de A respecto al punto P. EJEMPLO Halla el punto simétrico de A(2, 1) respecto de la recta r: x – 2y + 5 = 0. Una recta perpendicular a r sería s: 2x + y + k = 0. Cambiando A(2, 1), obtenemos que k = -5. Buscamos el punto de corte P de ambas rectas. 2 x - 2y + 5 = 0 x - 2y + 5 = 0 2x + y - 5 = 0 4x + 2y -10 = 0 5x - 5 = 0 x = 1 ; 2 + y - 5 = 0 y = 3 P es el punto medio entre A y su simétrico. Sea A’(x, y) el punto simétrico de A respecto P(1,3). Entonces: 2 1 , (1,3) 2 2 2 1 2 2 0 2 ' 0,5 1 3 1 6 5 2 x y M P x x x A y y y REPASO. CLASIFICACIÓN DE UN TRIÁNGULO. Según sus lados: Equilátero: Tres lados iguales. Isósceles: Dos lados iguales y el tercero con otra medida. Escaleno: Tres lados con distinta medida. Según sus ángulos: Rectángulo: Un ángulo recto. Acutángulo: Tres ángulos agudos Obtusángulo: Un ángulo obtuso GEOMETRÍA ANALÍTICA – TEMA 5. 1.º BACHILLERATO - CIENCIAS Unidad 5│Geometría Analítica Matemáticas I - 1.º Bachillerato – Ciencias - 9 IES H u arte D e San Ju an - Lin ares Clasificación por sus ángulos de un triángulo, usando el teorema de Pitágoras. Sean a, b y c los tres lados de un triángulo, siendo a el lado de mayor longitud. Entonces: El triángulo es rectángulo si: a2 = b2 +c2 El triángulo es obtusángulo si: a2 > b2 +c2 El triángulo es acutángulo si: a2 < b2 + c2. PUNTOS Y RECTAS NOTABLES DE UN TRIÁNGULO ORTOCENTRO H: Punto de corte de tres las alturas (recta que pasa por un vértice y es perpendicular al lado opuesto). BARICENTRO G: Punto de corte de las tres medianas (recta que une un vértice y el punto medio del lado opuesto). El baricentro es el centro de gravedad del triángulo. La distancia de G al vértice correspondiente es 2/3 de la longitud de la mediana. 1 1 1 2 2 2a +b + c a +b + cG = , 3 3 INCENTRO I: Punto de corte de las tres bisectrices de los ángulos del triángulo. El incentro es el centro de la circunferencia inscrita al triángulo. CIRCUNCENTRO O. Punto de corte de las tres mediatrices de los lados del triángulo. El circuncentro es el centro de la circunferencia circunscrita. GEOMETRÍA ANALÍTICA – TEMA 5. 1.º BACHILLERATO - CIENCIAS Unidad 5│Geometría Analítica Matemáticas I - 1.º Bachillerato – Ciencias - 10 IES H u arte D e San Ju an - Lin ares EJERCICIOS DEL TEMA Soluciones 1. Dados los puntos A(1,2) y B(2,-3), calcula la ecuación de la recta que pasa por ellos en todas sus formas. 2. De una recta r se conoce un punto A(2,-3) y un vector director u = ( -1, 2). Calcula la ecuación de esta recta en todas las formas. 3. Indica un vector director y un vector normal para la recta r: 3x + 4y – 1 = 0 4. Dada la ecuación de la recta r: x = -2 + 2λ y = a + 3λ , IR, averigua el valor de “a” sabiendo que un punto de la recta es (4, 5) a = - 4 5. Dadas las rectas r : ax + (a - 1) y + 1 = 0 y s : 2ax + ay - 2 = 0 , determina el valor de “a” para que las rectas sean: a) Paralelas. b) Perpendiculares. a) a=2 b) 1 a = 3 6. Halla una recta paralela y otra perpendicular (o normal) a la recta r: x – 2y + 3 = 0 y que pasen por el punto A(-2,3) 7. Halla el simétrico del punto A(2,3) respecto de P(5,4). A’(8,5) 8. Calcular el simétrico del punto P(1,1) respecto de la recta r: y = 3x – 7. P’(4,0) 9. Dados los puntos A(1, 1) y B(3, 2) y la recta r: x y + 5 = 0. Halla: a. El simétrico de A respecto B. b. El simétrico de B respecto r. a) A’(5, 3) b) B’(3, 8) 10. Calcula los vértices del paralelogramo ABCD, sabiendo que la ecuación del lado AB es x - 2y = 0, la ecuación del lado AD es 3x + y = 0 y las coordenadas del punto C (3,5). 11. Calcula la posición relativa de las rectas r: -3x + y + 1 = 0 y s: x + 3y 7 = 0. Secantes en P(1,2) GEOMETRÍA ANALÍTICA – TEMA 5. 1.º BACHILLERATO - CIENCIAS Unidad 5│Geometría AnalíticaMatemáticas I - 1.º Bachillerato – Ciencias - 11 IES H u arte D e San Ju an - Lin ares 12. Comprueba si las rectas son secantes, paralelas o coincidentes: a) x + 2y - 3 = 0 x + 2y + 6 = 0 b) 5x + 3y - 4 = 0 5x + 6y - 15 = 0 c) 3x + 3y - 9 = 0 2x + 2y - 6 = 0 13. Halla la ecuación de la recta paralela a la recta r: 2 3 0x y y que pasa por el punto de intersección de las rectas s: 3 2 10 0x y y t: 4 3 7 0x y . 34 17 29 0x y 14. Halla la ecuación de una recta que pasa por el punto P(-1,4) y es: b) Paralela al eje OX. c) Paralela al eje OY. d) Paralela a la bisectriz del primer-tercer cuadrante. e) Paralela a la bisectriz del segundo-cuarto cuadrante. f) Perpendicular a la recta 2x + 4y – 1 = 0 15. Calcula las coordenadas de los vértices y el área del triángulo cuyos lados están sobre las rectas: : 2 4 0r x y , : 2 3 1 0s x y , : 4 5 0t x y A(2, 1), B(2,3), C(-1, -1) Área: 9 u2 16. Dadas las rectas r: 2x + 4y - 5 = 0 y s: x + y - 1 = 0: a) Halla la ecuación del haz de rectas que pasa por el punto de intersección de las dos. b) Averigua si hay alguna recta del haz que pase por el origen de coordenadas. 17. Calcula la distancia entre las rectas r y s, siendo r: x + 3y +1 = 0 y s: x + 3y 2 = 0. 3 10 10 18. Calcula k para que las rectas r: kx + y = 12 y s: 4x - 3y = k+1 sean paralelas. Calcula la distancia entre ambas. 19. Dados el punto P(k, 1) y la recta r: 3x -4y + 1 = 0, halla el valor de k para que la distancia de P a r sea 3. k = 6; k = -4 20. Sabiendo que dos de los lados de un cuadrado están sobre las rectas: r: 2x 3y 4 0 y s: 2x 3y 1 0. Calcula su área. 9/13 u 2 GEOMETRÍA ANALÍTICA – TEMA 5. 1.º BACHILLERATO - CIENCIAS Unidad 5│Geometría Analítica Matemáticas I - 1.º Bachillerato – Ciencias - 12 IES H u arte D e San Ju an - Lin ares 21. Calcula el ángulo formado por las rectas: y = 2x + 3, y = 4x + 1. 40 36 5 22. Calcula el ángulo formado por las rectas -3x + 2 r : y = 2 y s: 2x -3y + 4 = 0 . 90º 23. Halla el ángulo formado por las rectas de ecuaciones: x = 2t x = 1- t r: y s: y = 1+ t y = 2 + t 71 33 54 24. Las ecuaciones de los lados de un triángulo son las rectas AB: x + 2y – 4 = 0, AC: x – 2y = 0, BC: x + y = 0. Calcula los vértices. 25. Dado el triángulo de vértice los puntos A(1, 1), B(3, 5) y C(1, 2), calcula su área y la ecuación de : a. La mediana que parte de B. b. La altura que parte de C. Área: a) 11x + 6y + 3 = 0 b) x y 1 = 0 26. Halla la ecuación de la recta mediatriz del segmento de extremos A(4,3) y B(-5,7). 18x – 8y + 49 = 0 27. Halla la ecuación de la recta mediatriz del segmento de extremos A(-2,3) y B(6,-5). x – y – 3 = 0 28. La recta r: 2x + 3y – 6 = 0 determina, al cortar a los ejes de coordenadas, un segmento AB. Calcula la ecuación de su mediatriz. 6x – 4y – 5 = 0 29. Halla la ecuación de la mediatriz del segmento que tiene como extremo los puntos de corte de la recta 3x + 4y - 12 = 0 con los ejes de coordenadas 8 6 7 0x y 30. La recta r: 4x - 3y – 12 = 0 es la mediatriz del segmento AB. Halla las coordenadas del punto B, sabiendo que las del punto A son (1,0). 31. Las coordenadas de dos vértices consecutivos de un hexágono regular son A(2, 4) y B(3, 4+ 3 ). Hallar las coordenadas del GEOMETRÍA ANALÍTICA – TEMA 5. 1.º BACHILLERATO - CIENCIAS Unidad 5│Geometría Analítica Matemáticas I - 1.º Bachillerato – Ciencias - 13 IES H u arte D e San Ju an - Lin ares centro del hexágono, sabiendo que éste se encuentra en la bisectriz del primer cuadrante. 32. Dado el triángulo de vértices A(2, 4) , B(6, 5) y C(4, 1), halla: a) Las ecuaciones de las alturas que parten de A y de C. b) El ortocentro. a) 2 10 0x y 4 17 0x y b) 24 23 7 7 , 33. Dadas las rectas r: 3x + 4y 1 = 0 y s: 4x 3y + 2 = 0, calcular las ecuaciones de las bisectrices. x 7y + 3 = 0 7x + y + 1 = 0 34. Los puntos A(-1, 3) y B(3, -3), son vértices de un triángulo isósceles ABC. El vértice C está en la recta r: 2 x - 4 y + 3 = 0. Calcular las coordenadas del vértice C. C(17/2, 5) 35. Determina el área del círculo circunscrito al triángulo que con los ejes determina la recta 4x + 3y - 24 = 0 A = 25 36. Determina la ecuación de una recta r que pasa por el punto P(-4,3), cuya dirección es perpendicular a la del vector 2)(3,n y la distancia que la separa del origen de coordenadas. 3x – 2y +18 = 0 18 13 13 u 37. Los puntos B(-1,3) y C(3,-3) son los vértices del lado desigual de un triángulo isósceles cuyo tercer vértice A está en la recta de ecuación x + 2y - 15 = 0. Calcula las coordenadas de A, la ecuación de la altura correspondiente a dicho vértice y el área del triángulo. FÓRMULAS GEOMETRÍA – TEMA 5. 1.º BACHILLERATO - CIENCIAS Unidad 5│Geometría Matemáticas I - 1.º Bachillerato – Ciencias - 14 IES H u arte D e San Ju an - Lin ares TEMA 5 - GEOMETRÍA Vectorial Paramétrica Continua General Explícita Punto-pendiente 1 2 1 2(x, y)=(a , a )+ λ (u ,u ), con λ 1 1 2 2 x = a + λu con λ y = a + λu 1 2 1 2 x - a y - a u u 0 Ax By C u = (-B,A) y =m x +n 2 1y -a =m (x -a ) Normal Pendiente m Distancia entre dos puntos Distancia entre punto y recta Distancia entre dos rectas 1 2(A,B) (x - q ,y - q ) = 0 m = tg α = 2 1 u u d(A,B) = 2 2 1 1 2 2b - a + b - a d(P, r) = 1 2 2 2 A p + B p + C A + B . d(r, s) = 2 2 C - C' A + B . Ángulo entre dos rectas El triángulo es… Posiciones relativas de dos rectas u v cos α = u v 2 2 2 2 AA ' BB' A B A ' B' 1 ' ' m m tg m m Rectángulo si: a2 = b2 +c2 Obtusángulo si: a2 > b2 +c2 Acutángulo si: a2 < b2 + c2 Haz rectas secantes Haz rectas paralelas Baricentro y -b =m (x -a) m real Ax + By + K = 0 K real 1 1 1 2 2 2a +b + c a +b + cG = , 3 3 Ortocentro Baricentro Incentro Cincuncentro Simetría respecto punto Simetría axial Altura: A – m perp BC Mediana: A - MBC Bisectrices Mediatrices
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