Matemáticas IIMedio2 pts

Rectas y planos

Extremadura · 2020 · Septiembre
Enunciado
Dados el plano Π1\Pi_1 determinado por los puntos (0,1,1)(0, 1, 1), (2,0,2)(2, 0, 2) y (1,2,6)(1, 2, 6) y el plano Π2\Pi_2 dado por la ecuación x−y+z=3x - y + z = 3. Calcule una recta que sea paralela a los dos planos y que no esté contenida en ninguno de ellos.
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Resultado
Π1: 2x+3y−z=2\boxed{\Pi_1:\ 2x + 3y - z = 2}r: (x,y,z)=t (2,−3,−5), t∈R(x2=y−3=z−5)\boxed{r:\ (x, y, z) = t\,(2, -3, -5),\ t \in \mathbb{R} \quad\Big(\tfrac{x}{2} = \tfrac{y}{-3} = \tfrac{z}{-5}\Big)}
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Estrategia

Una recta es paralela a un plano cuando su vector director es perpendicular al vector normal del plano. Para que lo sea a los dos planos, su director tiene que ser perpendicular a los dos vectores normales: lo da su producto vectorial. Así que primero hallamos la ecuación de Π1\Pi_1 (y con ella su normal), después el director d⃗=n⃗1×n⃗2\vec d = \vec n_1 \times \vec n_2, y por último elegimos un punto que no esté en ninguno de los dos planos: la recta que pasa por él con director d⃗\vec d es paralela a ambos sin estar contenida en ellos.
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Desarrollo

Ecuación de Π1\Pi_1. Con P(0,1,1)P(0, 1, 1), Q(2,0,2)Q(2, 0, 2) y R(1,2,6)R(1, 2, 6):PQ→=(2,−1,1),PR→=(1,1,5)\overrightarrow{PQ} = (2, -1, 1), \qquad \overrightarrow{PR} = (1, 1, 5)PQ→×PR→=∣i⃗j⃗k⃗2−11115∣=(−5−1, 1−10, 2+1)=(−6,−9,3)\overrightarrow{PQ} \times \overrightarrow{PR} = \begin{vmatrix} \vec i & \vec j & \vec k \\ 2 & -1 & 1 \\ 1 & 1 & 5 \end{vmatrix} = (-5 - 1,\ 1 - 10,\ 2 + 1) = (-6, -9, 3)Tomamos como normal el vector proporcional n⃗1=(2,3,−1)\vec n_1 = (2, 3, -1). El plano es 2x+3y−z=D2x + 3y - z = D y, como pasa por PP, D=0+3−1=2D = 0 + 3 - 1 = 2:Π1: 2x+3y−z=2\Pi_1:\ 2x + 3y - z = 2Comprobamos con los otros dos puntos: QQ: 4+0−2=24 + 0 - 2 = 2 ✓; RR: 2+6−6=22 + 6 - 6 = 2 ✓.

Los planos se cortan. n⃗1=(2,3,−1)\vec n_1 = (2, 3, -1) y n⃗2=(1,−1,1)\vec n_2 = (1, -1, 1) no son proporcionales (21≠3−1\frac{2}{1} \neq \frac{3}{-1}), así que Π1\Pi_1 y Π2\Pi_2 son secantes y las rectas paralelas a los dos son las que tienen la dirección de su recta de corte.

Vector director. Debe ser perpendicular a n⃗1\vec n_1 y a n⃗2\vec n_2:d⃗=n⃗1×n⃗2=∣i⃗j⃗k⃗23−11−11∣=(3−1, −1−2, −2−3)=(2,−3,−5)\vec d = \vec n_1 \times \vec n_2 = \begin{vmatrix} \vec i & \vec j & \vec k \\ 2 & 3 & -1 \\ 1 & -1 & 1 \end{vmatrix} = (3 - 1,\ -1 - 2,\ -2 - 3) = (2, -3, -5)Comprobación: d⃗⋅n⃗1=4−9+5=0\vec d \cdot \vec n_1 = 4 - 9 + 5 = 0 ✓ y d⃗⋅n⃗2=2+3−5=0\vec d \cdot \vec n_2 = 2 + 3 - 5 = 0 ✓.

Un punto fuera de los dos planos. El origen O(0,0,0)O(0, 0, 0) sirve: en Π1\Pi_1 daría 0≠20 \neq 2 y en Π2\Pi_2, 0≠30 \neq 3.

La recta. La que pasa por OO con director d⃗\vec d:r: (x,y,z)=(0,0,0)+t (2,−3,−5),es decir,x2=y−3=z−5r:\ (x, y, z) = (0, 0, 0) + t\,(2, -3, -5), \qquad \text{es decir,} \qquad \frac{x}{2} = \frac{y}{-3} = \frac{z}{-5}Por qué cumple lo pedido. Su director es perpendicular a los dos vectores normales, así que rr es paralela a Π1\Pi_1 y a Π2\Pi_2 (o está contenida en ellos). Y no puede estar contenida en ninguno, porque uno de sus puntos, OO, no pertenece a ninguno de los dos planos. Una recta paralela a un plano y con un punto fuera de él no lo toca nunca.

(Hay infinitas respuestas: vale cualquier punto que no esté en Π1\Pi_1 ni en Π2\Pi_2 con ese mismo director.)
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Consejo

Paralela a dos planos secantes significa con la dirección de su recta de corte: el director es n⃗1×n⃗2\vec n_1 \times \vec n_2. Pero eso no basta: si tomas un punto de uno de los planos, la recta queda contenida en él y el enunciado lo prohíbe.

Comprueba expresamente que el punto elegido no cumple ninguna de las dos ecuaciones; es la mitad de la justificación.
Paso 1 de 3
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