Vista previa del material en texto
1 EJERCICIOS DE PUNTOS, RECTAS Y PLANOS PUNTOS Ejercicio nº 1.- Representa los puntos siguientes: A(0, 5, 2), B(1, 3, 0) y C(2, −3, 1) Ejercicio nº 2.- Representa los puntos siguientes: A(4, −1, 2), B(2, 3, 1) y C(0, 4, 0) Ejercicio nº 3.- Representa los puntos siguientes: A(0, 0, 2), B(3, 2, 4) y C(4, −1, 3) Ejercicio nº 4.- Representa los puntos siguientes: A(0, 3, 1), B(0, 3, 0) y C(1, −2, 4) Ejercicio nº 5.- Representa los puntos siguientes: A(2, 3, −4), B(5, 3, 0) y C(0, 0, 4) Ejercicio nº 6.- Halla las coordenadas de los puntos P y Q que dividen al segmento de extremos A(3, −1, 2) y B(−2, 2, 4) en tres partes iguales. Ejercicio nº 7.- Halla el simétrico, P ', del punto P(2, 1, −3) respecto de Q(3, 5, 1). 2 Ejercicio nº 8.- Calcula el valor de a para el cual los siguientes puntos están alineados: A(2, a, 0), B(6, 5, 2), C(8, 7, 3) Ejercicio nº 9.- Dos de los vértices de un paralelogramo son los puntos A(3, 0, −1) y B(2, −2, 3). El centro del paralelogramo está en el punto M(1, 2, −1). Halla los otros dos vértices. Ejercicio nº 10.- Los puntos A(3, 0, 2), B(5, −1, 1) y C(−2, 3, 1) son vértices consecutivos de un paralelogramo. Obten el cuarto vértice y el centro del paralelogramo. RECTAS Ejercicio nº 11.- a) Investiga la posición relativa de las dos rectas siguientes en el espacio: La primera está dada por x − 5 = y − 7 = z, y la segunda, por los planos: b) Halla si es posible, el punto de intersección. Ejercicio nº 12.- Consideramos las dos rectas: Halla el valor de d para que las rectas se corten. Halla el punto de intersección para el valor de d obtenido. nto.procedimie el Explica 072 01132 . =−− =+− zy yx =−−− =+++ 01 03 zyx zyx r : 2 1 2 1 − + =+= + dzyxs : 3 Ejercicio nº 13.- a) Estudia la posición relativa de las siguientes rectas: b) Comprueba si los puntos A(1, 0, −2) y B(2, −10,−6) pertenecen a alguna de las rectas anteriores. Ejercicio nº 14.- Estudia la posición relativa de las siguientes rectas según los valores de k: Ejercicio nº 15.- Estudia la posición relativa de las rectas r1 y r2: Razona la respuesta. PLANOS Ejercicio nº 16.- Halla la ecuación del plano que pasa por el punto de intersección de: y es paralelo al plano que contiene a los puntos: A(1, 0, −3), B(2, 1, 4) y C(0, 2, 3) Ejercicio nº 17.- Determina, en función de a, la posición relativa de los siguientes planos: 610 1 2 2y 222 42 − = − + = − =+− =−+ zyxs zyx zyx r :: 32 3y 54 3 2 1 kzyxszyxr − == − = − = − :: λ−= λ+= λ−= =−+− =+−+ 3 31 3 012 012 21 z y x r zyx zyx r :: =+ =− =+− 1 532 02 yx zx zyx ( ) ( ) ( ) =++− =+−+−+− −=−+− azayx azayaax zyxa 212 12 4 Ejercicio nº 18.- Dados los planos: π: 4x + my + mz = 6 y σ: mx + y + z + 3 = 0 estudia su posición relativa según los valores de m. Ejercicio nº 19.- a) Halla los valores de m y n para que los siguientes planos sean paralelos: π1: 2x − y + z − 5 = 0 y π2: mx + ny + 2z + 3 = 0 b) Obtén la ecuación de un plano paralelo a π1 que pase por el punto A(3, −2, 1). Ejercicio nº 20.- Halla la posición relativa de los siguientes planos según el valor del parámetro a: π2: 4x + ay − 2z = 5 RECTAS Y PLANOS Ejercicio nº 21.- Explica cuál ha de ser el valor de m que hace que el tercer plano de la siguiente familia contenga a la recta definida por los dos primeros. Los planos son: Ejercicio nº 22.- Halla la ecuación del plano que contiene a la recta: y al punto P(2, −3, 1). Explica el procedimiento. µ+= µ−λ= µ+λ−= π 21 23 1 z y x : =++ =++ =++ 11410 332 2 zymx zyx zyx =+−+ =−+− 043 022 zyx zyx r : 5 Ejercicio nº 23.- Nos dan las rectas r, determinada por los puntos A(2, −1, 1), B(0, 1, −1), y s determinada por C(2, 0, −1) y D(2, 1, −1). a) Escribe la ecuación general (o implícita) del plano paralelo a r y s que pasa por el origen de coordenadas. b) Escribe la ecuación general del plano que pasa por B y es perpendicular a r. Ejercicio nº 24.- Se consideran las rectas: y el plano π, que pasa por los puntos A(1, 0, 2), B(2, 1, 2) y C(1, 0, 1). a) Da la ecuación general o implícita de π. b) Una de las dos rectas corta a π. Determínala. c) Comprueba que la otra recta es paralela a π. Ejercicio nº 25.- Halla la ecuación del plano π que contiene a la recta r y es paralelo a la recta s, siendo: =−− =−− =−+ =− 02 02 012 01 zy zx s zy x r :,: 11 20 1 10 83 42 zyxs zx zy r = − − = − −= −= :: 6 SOLUCIONES PUNTOS Ejercicio nº 1.- Representa los puntos siguientes: A(0, 5, 2), B(1, 3, 0) y C(2, −3, 1) Solución: Ejercicio nº 2.- Representa los puntos siguientes: A(4, −1, 2), B(2, 3, 1) y C(0, 4, 0) Solución: Ejercicio nº 3.- Representa los puntos siguientes: A(0, 0, 2), B(3, 2, 4) y C(4, −1, 3) 7 Solución: Ejercicio nº 4.- Representa los puntos siguientes: A(0, 3, 1), B(0, 3, 0) y C(1, −2, 4) Solución: Ejercicio nº 5.- Representa los puntos siguientes: A(2, 3, −4), B(5, 3, 0) y C(0, 0, 4) Solución: 8 Ejercicio nº 6.- Halla las coordenadas de los puntos P y Q que dividen al segmento de extremos A(3, −1, 2) y B(−2, 2, 4) en tres partes iguales. Solución: Ejercicio nº 7.- Halla el simétrico, P ', del punto P(2, 1, −3) respecto de Q(3, 5, 1). Solución: Llamamos P '(α, β, γ), de manera que: Ejercicio nº 8.- Calcula el valor de a para el cual los siguientes puntos están alineados: A(2, a, 0), B(6, 5, 2), C(8, 7, 3) = ++−− = 2, 3 1, 3 1 3 42, 3 21, 3 23P ( ) ( ) ( ) = ++−− = 4, 3 2, 3 2 3 422, 3 212, 3 232Q ( )5,9,4' 51 2 3 95 2 1 43 2 2 P =γ→= γ+− =β→= β+ =α→= α+ 9 Solución: misma dirección. Esto ocurre cuando sus coordenadas son proporcionales: Ejercicio nº 9.- Dos de los vértices de un paralelogramo son los puntos A(3, 0, −1) y B(2, −2, 3). El centro del paralelogramo está en el punto M(1, 2, −1). Halla los otros dos vértices. Solución: Llamemos C = (x1, y1, z1) y D = (x2, y2, z2). C es el simétrico de A respecto de M, por tanto: Por otro lado, D es el simétrico de B respecto de M. Así: Los puntos , y están alineados siempre que los vectores y tengan laA B C AB BC 23 02 57 5 68 26 − − = − − = − − a 1452 2 5 =→=−→= − aaa ( )1,4,1 11 2 1 42 2 0 11 2 3 1 1 1 1 1 1 −−= −=→−= +− =→= + −=→= + C zz yy xx ( )5,6,0 51 2 3 62 2 2 01 2 2 2 2 2 2 2 2 −= −=→−= + =→= +− =→= + D zz yy xx 10 Ejercicio nº 10.- Los puntos A(3, 0, 2), B(5, −1, 1) y C(−2, 3, 1) son vértices consecutivos de un paralelogramo. Obten el cuarto vértice y el centro del paralelogramo. Solución: (2, −1, −1) = (−2 − x, 3 − y, 1 − z) de donde: x = −4, y = 4, z = 2 → D(−4, 4, 2) El centro del paralelogramo es el punto medio de una de las dos diagonales, así: RECTAS Ejercicio nº 11.- a) Investiga la posición relativa de las dos rectas siguientes en el espacio: La primera está dada por x − 5 = y − 7 = z, yla segunda, por los planos: b) Halla si es posible, el punto de intersección. Solución: ( ):,, Si . que tiene se amo,paralelogr un de trata se Como zyxDDCAB == = 2 3, 2 3, 2 1M nto.procedimie el Explica 072 01132 . =−− =+− zy yx ( ) ( ) = • 1,1,1d :dirección Vector 0,7,5 :Punto : recta, Primeraa) r R r ( ) ( ) ( ) ( ) =−×−= −−→−=−== • 2,4,62,1,00,3,2d :dirección Vector 3,1,43,4,1 :Punto : recta, Segunda s Szxy s cruzan. se o cortan se y tanto, Por paralelos. son no d y d dirección vectores Los sr sr 11 se cortan. Sustituimos en uno de los planos que definen a la segunda recta: 2(5 + λ) − 3(7 + λ) + 11 = 0 → λ = 0 Sustituimos este valor de λ y obtenemos P(5, 7, 0). Ejercicio nº 12.- Consideramos las dos rectas: Halla el valor de d para que las rectas se corten. Halla el punto de intersección para el valor de d obtenido. Solución: • Veamos cuáles son las ecuaciones paramétricas de r : Un punto de r: y = 0 → x = 1, z = −2 → R(−1, 0, −2) Vector dirección: (1, 1, 1) × (1, −1, −1) = (0, 2, −2) // (0, 1, −1) • Ecuaciones paramétricas de s: mismo el en no o está , vector el si vemos otro, lo o uno lo ocurre si averiguar Para RS las por formada matriz la de tedeterminan el osestudiarem ello Para .d y d que plano sr . y d ,d de scoordenada sr RS ( )3,6,9 −−−=RS 0 123 123 111 6 369 246 111 =−= −−− srsrRS y rectas las que implica que lo , y que plano mismo el en está tanto, Por λ= λ+= λ+= z 7y 5x :asparamétric en recta primera la Expresamosb) =−−− =+++ 01 03 zyx zyx r : 2 1 2 1 − + =+= + dzyxs : λ−−= λ= −= 2 1 : de asparamétric Ecuaciones z y x r 12 Un punto: (−1, −1, −d) Vector dirección: (2, 1, −2) Para que r y s se corten, el siguiente sistema ha de tener solución: Si d = 1, las rectas se cortan en el punto (−1, −1, −1), (se obtiene al sustituir λ en las ecuaciones de r, o bien µ y d en las ecuaciones de s). Ejercicio nº 13.- a) Estudia la posición relativa de las siguientes rectas: b) Comprueba si los puntos A(1, 0, −2) y B(2, −10,−6) pertenecen a alguna de las rectas anteriores. Solución: nos informa sobre la posicioón relativa de r y s. b) Ni A ni B pertenecen a las rectas r y s. µ−−= µ+−= µ+−= 2 1 21 : de asparamétric Ecuaciones dz y x s 11 1 0 22 1 211 =→−=− −=λ =µ µ−−=λ−− µ+−=λ µ+−=− ddd 610 1 2 2y 222 42 − = − + = − =+− =−+ zyxs zyx zyx r :: ( ) ( ) ( ) ( ) 1Vector dirección: d 2, 1, 1 1, 2, 2 0, 5, 5 a) : Un punto: si 0 0, 2 2, 0, 0 r z y x P = − × − = − − = → = = → ( ) ( ) − −−= 0,1,2 :punto Un 6,10,2d :dirección Vector: 2 Q s ( )0,1,0 −=PQ PQyd,d vectores los de scoordenada las por formada matriz la de rango El 21 010 62 50 1 010 6102 550 ≠= − − ⋅= − −− −− ( ) cruzan. se rectas las tanto, Por tres. es ,d,d de rango El 21 PQ 13 Ejercicio nº 14.- Estudia la posición relativa de las siguientes rectas según los valores de k: Solución: Ejercicio nº 15.- Estudia la posición relativa de las rectas r1 y r2: Razona la respuesta. Solución: 32 3y 54 3 2 1 kzyxszyxr − == − = − = − :: ( ) ( ) ( ) ( ) ( )kRS kSs Rr s r ,3,2 ,0,33,1,2d: 0,3,15,4,2d: −= =→= =→= : y d,d de scoordenada las por formada matriz la de rango el osEstudiarem RSsr 3 1026;26 32 312 542 =→=+−+−= − kkk k se rectas las tanto por es,dependient elinealment son y d ,d vectores los 3 1 Si RSk sr = cruzan. se rectas las , 3 1 Si cortan. ≠k λ−= λ+= λ−= =−+− =+−+ 3 31 3 012 012 21 z y x r zyx zyx r :: ( ) ( ) ( ) ( ) −→−==→= −−−=−×−= 0,1,01,00 si :punto Un 3,5,11,1,22,1,1d :dirección de Vector: 1 1 1 Ryxz r 14 sobre la posición relativa de r1 y r2: PLANOS Ejercicio nº 16.- Halla la ecuación del plano que pasa por el punto de intersección de: y es paralelo al plano que contiene a los puntos: A(1, 0, −3), B(2, 1, 4) y C(0, 2, 3) Solución: El sistema: Obtenemos el plano que contiene a A, B y C: −8(x − 1) − 13(y − 0) + 3 (z + 1) = 0 → −8x − 13y + 3z + 11 = 0 ( ) ( ) −−= 0,1,0 :punto Un 3,3,3d :dirección Vector: 2 2 2 R r ( )0,2,021 =RR informa nos y d,d vectores los de scoordenada las por formada matriz la de rango El 2121 RR ( ) 01262 33 31 ·2 020 333 351 ≠=−⋅−= −− −− −=−− −−− cruzan. se rectas las tanto, Por 3. es ),d,d( de rango El 2121 RR =+ =− =+− 1 532 02 yx zx zyx ( )1,0,1 :punto el solución como tiene 1 532 02 − =+ =− =+− P yx zx zyx ( ) ( ) ( )3,13,8n 6,2,1 7,1,1 −−=×= −= = ACAB AC AB ( ) ( ) así: ,1,0,1 por pasa y 3,13,8n normal vector como tiene buscado plano El −−−= P 15 Ejercicio nº 17.- Determina, en función de a, la posición relativa de los siguientes planos: Solución: Estudiamos la posición relativa a partir de los determinantes: • a = 1 • a = −1 Los tres planos se cortan en una recta. • a ≠ 1 y a ≠ −1, los tres planos se cortan en un punto. Ejercicio nº 18.- Dados los planos: π: 4x + my + mz = 6 y σ: mx + y + z + 3 = 0 estudia su posición relativa según los valores de m. Solución: Las ecuaciones de los planos son: • Los coeficientes de las incógnitas son proporcionales si m = 2. ( ) ( ) ( ) =++− =+−+−+− −=−+− azayx azayaax zyxa 212 12 ( ) ( )1·11 11 212 112 223 +−=+−−= − +−−− −− aaaaa a aaa a corta. los )(1 otro ely )3 y (2 escoincident planos dos Tenemos 1 1 1 o oo =++− =++− =−+− zyx zyx zyx −− −−− → −− −− −−− → −−− −− −−− + ⋅+ 0000 1002 1113 2004 4008 1113 1111 1331 1113 )1()3( )1(3)2( aa aa −=++ =++ 3 64 zymx mzmyx 16 En tal caso, las ecuaciones son: Los planos son paralelos, pues sus términos independientes no siguen la misma relación de proporcionalidad que los coeficientes de las incógnitas. • Si m ≠ 2, los planos se cortan en una recta, pues el sistema es compatible indeterminado de rango 2. Ejercicio nº 19.- a) Halla los valores de m y n para que los siguientes planos sean paralelos: π1: 2x − y + z − 5 = 0 y π2: mx + ny + 2z + 3 = 0 b) Obtén la ecuación de un plano paralelo a π1 que pase por el punto A(3, −2, 1). Solución: a) Si π1 y π2 han de ser paralelos, se tiene que: b) El plano buscado ha de ser de la forma: 2x − y + z + D = 0 Si contiene al punto A, debe verificarse: 2 · 3 − 1(−2) + 1 + D = 0 → D = −9 El plano será: 2x − y + z −9 = 0 Ejercicio nº 20.- Halla la posición relativa de los siguientes planos según el valor del parámetro a: π2: 4x + ay − 2z = 5 −=++ =++ 32 6224 zyx zyx 2,4 1 2 12 −==→= − = nmnm µ+= µ−λ= µ+λ−= π 21 23 1 z y x : 17 Solución: π1, expresado de forma implícita, es: 2x + 2y − z = 5 Así, tenemos el sistema: • Los coeficientes de las incógnitas son proporcionales si a = 4. En tal caso, los planos son paralelos, pues sus términos independientes no siguen la misma relación de proporcionalidad que los coeficientes de las incógnitas. • Si a ≠ 4, los planos se cortan en una recta, pues el sistema es compatible indeterminado de rango 2. RECTAS Y PLANOS Ejercicio nº 21.- Explicacuál ha de ser el valor de m que hace que el tercer plano de la siguiente familia contenga a la recta definida por los dos primeros. Los planos son: Solución: Se trata de hallar el valor de m para que el sistema sea compatible indeterminado. Matricialmente: recta. Para que el 3er plano contenga a dicha recta, ha de ser ran(A) = ran(A') = 2. =−+ =−+ 524 522 zayx zyx =++ =++ =++ 11410 332 2 zymx zyx zyx ' 11410 3 2 13 11 2 1 A A m una de largo lo a cortan se planos primeros dos los nteefectivame ,02 13 11 Como ≠−= 18 Para estudiar el rango de A' hallamos el determinante siguiente: Con todo esto podemos afirmar que ran(A) = ran(A'). Para que este rango sea 2, bastará con que |A | = 0: Conclusión: Para m = 7, el sistema es compatible determinado. Ejercicio nº 22.- Halla la ecuación del plano que contiene a la recta: y al punto P(2, −3, 1). Explica el procedimiento. Solución: 1º. Hallamos un punto, R ∈ r. Por ejemplo, haciendo x = 0 obtenemos: R(0, −1, 1) 0 11410 313 211 = 7014281032012 410 132 111 =→=+−=−−−++== mmmm m A =+−+ =−+− 043 022 zyx zyx r : 2 . Hallamos d , vector dirección de :r r º ( ) ( ) ( )7,3,21,3,11,1,2d −=−×−=r 3 . El vector será normal al plano buscado :rRP d× º ( )0,2,2 −RP ( ) ( ) ( )2,14,147,3,20,2,2d −−=−×−=× rRP ( ).177n tomar Podemos −,, 19 4º. El plano pasa por P(2, −3, 1) y es perpendicular a (7, 7, −1). Su ecuación será: 7(x − 2) + 7(y + 3) − 1(z − 1) = 0 → 7x − 14 + 7y + 21 − z + 1 = 0 → 7x + 7y − z + 8 = 0 Ejercicio nº 23.- Nos dan las rectas r, determinada por los puntos A(2, −1, 1), B(0, 1, −1), y s determinada por C(2, 0, −1) y D(2, 1, −1). a) Escribe la ecuación general (o implícita) del plano paralelo a r y s que pasa por el origen de coordenadas. b) Escribe la ecuación general del plano que pasa por B y es perpendicular a r. Solución: Ecuación del plano: −1x + 0y + 1z = 0 → −x + z = 0 Ecuación del plano buscado: 1(x − 0) − 1(y − 1) + 1(z + 1) = 0 → x − y + z + 2 = 0 Ejercicio nº 24.- Se consideran las rectas: y el plano π, que pasa por los puntos A(1, 0, 2), B(2, 1, 2) y C(1, 0, 1). a) Da la ecuación general o implícita de π. b) Una de las dos rectas corta a π. Determínala. c) Comprueba que la otra recta es paralela a π. Solución: a) Obtención del vector normal al plano π: ( ) buscado. plano al larperpendicu vector un es n1,0,1dda) =−=× sr ( ).1,1,1d normal vector por tiene a larperpendicu plano Unb) −=rr =−− =−− =−+ =− 02 02 012 01 zy zx s zy x r :,: 20 Ecuación del plano: −1(x − 1) + 1(y − 0) + 0(z − 2) = 0 → π: x − y + 1 = 0 b) Hallamos los vectores de dirección de las rectas: Por tanto, r corta a π. Por tanto, s es paralela a π o, acaso, está contenida en π. Hallamos un punto de s: z = 0 → x = 2, y = 2 → S(2, 2, 0) S no pertenece a π, por tanto, s es paralela a π. Ejercicio nº 25.- Halla la ecuación del plano π que contiene a la recta r y es paralelo a la recta s, siendo: Solución: El vector de dirección de r se obtiene a partir de los vectores normales a los planos que definen la recta r. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )0,1,1n 1,0,02,0,11,0,1 0,1,12,0,12,1,2 −=×= −=−= =−= ACAB AC AB ( ) ( ) ( )2,1,01,2,00,0,1d −=×=r ( ) ( ) ( )1,1,11,1,01,0,1d =−×−=s :n a paralelo no o es d si Veamos? a corta ¿ rr π ( ) ( ) 010,1,12,1,0nd ≠−=−−= ·· r :n a paralelo no o es d si Veamos? a corta ¿c) ss π ( ) ( ) 00,1,11,1,1d =−= ·· ns 11 20 1 10 83 42 zyxs zx zy r = − − = − −= −= :: ( ) ( )3,0,1n,2,1,0n 21 −=−= ( ) ( ) ( )1,2,33,0,12,1,0d =−×−=r :tanto Por .d y d a larperpendicu es buscado plano al ,n normal, vector El sr π 21 Puesto que π contiene a r, localicemos un punto de π a partir de r: En r, si z = 0, se obtiene y = −4, x = −8. Por tanto, (−8, −4, 0) ∈ π. Ecuación de π: 3(x + 8) − 2(y + 4) − 5 (z − 0) = 0 → 3x − 2y − 5z + 16 = 0 ( ) ( ) ( )5,2,31,1,11,2,3n −−=−×=