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Elementos filtrados por fecha: Domingo, 23 Junio 2013

6. Ecuación normal de la recta. Cosenos directores

ecnormal01

En la figura 9 hemos tomado la recta

parpend11

Sobre ella se consideran los puntos A(a1,a2) y X(x,y) que determinan el vector

ecnormal02

El vector z se ha construido unitario y perpendicular a r. Por tanto tiene la misma dirección que el vector v=(A,B). Para obtener z basta multiplicar v por el inverso de su módulo:

ecnormal03

Ahora bien:

ecnormal04

O sea:

ecnormal05

Pero si en la ecuación general sustituimos las coordenadas del punto A, resulta:

ecnormal06

Sustituyendo en (*):

ecnormal07

La ecuación anterior es la ecuación normal de la recta. Surge una pregunta: ¿qué significado tienen los coeficientes de la x y de la y de esa ecuación normal de la recta? Obsérvese que son las componentes del vector unitario z. Tales componentes de un vector unitario en una base ortonormal {i,j}, son el coseno y el seno del ángulo que forma con el vector i de la base. Así pues:

ecnormal08

Esas expresiones reciben el nombre de cosenos directores de r, pues la segunda también puede escribirse:

ecnormal09

Ejemplo 13

Halla los cosenos directores y escribe en forma normal la recta

ecnormal10


 Los cosenos directores son:

ecnormal11

Entonces:

ecnormal12

← 5. Paralelismo y perpendicularidad

7. Distancia de un punto a una recta →

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5. Paralelismo y perpendicularidad

Si dos rectas rs de pendientes respectivas m1 y m2 son paralelas, forman un ángulo de 0º. En ese caso:

parpend01

Esto nos lleva a un resultado conocido: dos rectas son paralelas si sus pendientes son iguales.

parpend02

Este resultado está de acuerdo con la fórmula que veíamos en la sección 1 pues, efectivamente, si consideramos dos rectas

recta06

tenemos que:

parpend03

Ejemplo 9

Calcula k para que las rectas

 parpend04

sean paralelas.


parpend05

Ejemplo 10

Calcula la ecuación de la recta s paralela a la recta ≡ x+3y−5=0, y que pasa por el punto A(2,5).


parpend06

Usando la eucación punto-pendiente:

parpend07

Si dos rectas son perpendiculares, forman un ángulo de 90º. En ese caso, la fórmula

pendiente17

exige que tg90º→∞. Para ello, el denominador ha de ser nulo. O sea:

parpend09

Es decir:

parpend10

Así pues, dos rectas perpendiculares tienen pendientes inversas y cambiadas de signo.

Observando la expresión de la sección 4:

pendiente07

se puede comprender esta interesante interpretación de los coeficientes de los términos lineales de la ecuación general de una recta. Veamos, sea r una recta:

parpend11

Un vector director de r es:

parpend12

Si consideramos ahora el vector

parpend13

y hacemos el producto escalar de ambos vectores

parpend14

La conclusión de todo lo anterior es, por tanto, la siguiente:

parpend15

Ejemplo 11

Calcula la ecuación de la recta s, perpendicular a ≡ x+2y+3=0, por el punto A(3,5).


Calculamos la pendiente de la recta r y obtenemos así la de s (la inversa de la de r cambiada de signo):

parpend16

Entonces:

parpend17

Ejemplo 12

Haz el ejercicio anterior, usando vectores directores y la forma continua de la recta.


 

Un vector director de r es:

parpend18

y un vector perpendicular a r será pues :

parpend19

Por tanto, este último vector, será un vector director de la recta s. Entonces:

parpend20

← 4. Ecuación punto-pendiente. Otras ecuaciones de la recta

6. Ecuación normal de la recta. Cosenos directores →

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4. Ecuación punto-pendiente. Otras ecuaciones de la recta

Observemos la figura 5:

pendiente01

En primer lugar vamos a hallar el vector director p=(p1,p2) de la recta r que venga dada en su forma general:

pendiente02

En la figura se ha dibujado la recta r y otra paralela a ella, s, que pasa por el origen de coordenadas. Por tanto la ecuación de será de la forma:

pendiente03

Tomemos un punto cualquiera A(x1,y1) de s distinto del origen de coordenadas, es decir, x1≠0.  Este punto ha de satisfacer la ecuación de la recta s, o sea:

pendiente04

Ahora, dividiendo por x1:

pendiente05

 Observemos ahora que en los triángulos OABOPT se cumple:

pendiente06

Es conocido que la tangente de la inclinación de una recta (ángulo que forma con el eje OX) se le llama pendiente, y se la representa por m. Entonces:

pendiente07

Y, por tanto, un vector director de r es:

pendiente08

Ejemplo 7

Calcula el ángulo que forman las rectas

pendiente09


 

Utilizando lo que hemos visto anteriormente, es fácil darse cuenta de que vectores directores de rs son, respectivamente:

pendiente10

Por tanto:

pendiente11

Por cierto, hay otra manera de calcular el ángulo de dos rectas, sin necesidad de hallar antes vectores directores suyos. Observa la figura 6.

pendiente12

En la figura, las rectas:


pendiente13

se cortan en T bajo un ángulo α, y forman con el eje de abscisas el triángulo TPQ. El ángulo γ es ángulo exterior del triángulo, y es igual a la suma de los dos interiores no adyacentes. O sea:

pendiente14

Las pendientes de r y s son, respectivamente:

pendiente15

Entonces utilizando una conocida identidad trigonométrica:

pendiente16

Fórmula que si la escribirmos en funcón de las pendientes de las rectas, queda de la forma:

pendiente17

Ejemplo 8

Calcula, usando las pendientes, el ángulo que forman las rectas:

pendiente18


Hallemos las pendientes y usemos la fórmula anterior:

pendiente19

Observemos ahora la figura 7. En ella se representa la recta r de inclinación α y de pendiente m=tgα.

pendiente20

Consideremos sobre la recta un punto determinado A(x0,y0), y también, un punto cualquiera de ella X(x,y). En la figura se ha formado el triángulo ABX en el que se cumple:

pendiente21

Es decir:

pendiente22

La ecuación anterior se suele llamar ecuación punto-pendiente de la recta r, y es muy cómoda cuando se conoce un punto de la recta y su pendiente.

Observemos ahora la figura 8:

pendiente23

Si aplicamos la ecuación punto-pendiente al punto Q(0,b), se obtiene:

pendiente24

Es decir:

pendiente25

La ecuación anterior es la llamada forma explícita de la recta r. El término b es la ordenada en el origen.

Otro enfoque es el siguiente. Un vector director de r es:

pendiente26

Considerando el punto P(a,0), la ecuación continua de una recta, nos lleva al siguiente resultado:

pendiente27

Dividiendo todos los términos entre ab:

pendiente28

La ecuación anterior suele llamarse ecuación canónica de la recta. En ella ab son, respectivamente, la abscisa y la ordenada en el origen.

← 3. Ángulo de dos rectas

5. Paralelismo y perpendicularidad →

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