Matemáticas IIFácilProblema · 2,5 pts

Rectas y planos

Castilla-La Mancha · 2023 · Julio
Enunciado
Sean el plano π≡a⋅x+y−z=1\pi \equiv a\cdot x + y - z = 1, con a∈Ra \in \mathbb{R}, y los puntos A(1,0,0)A(1, 0, 0) y B(b,1,−1)B(b, 1, -1), con b∈Rb \in \mathbb{R}.

a) (1,5 puntos) Determina el valor de aa, bb para que el vector AB→\overrightarrow{AB} sea perpendicular al plano π\pi y el punto AA esté contenido en el plano π\pi.

b) (1 punto) Con los valores de aa, bb obtenidos en el apartado anterior, escribe la ecuación de la recta que pasa por AA y es perpendicular al plano π\pi.
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Resultado
a) a=1,b=2\boxed{\text{a) } a = 1,\quad b = 2}b) x−11=y1=z−1((x,y,z)=(1+t, t, −t))\boxed{\text{b) } \frac{x - 1}{1} = \frac{y}{1} = \frac{z}{-1}\quad \bigl((x,y,z) = (1+t,\ t,\ -t)\bigr)}
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Estrategia

Dos condiciones, dos incógnitas. Que AA esté en el plano se comprueba sustituyendo sus coordenadas en la ecuación de π\pi: eso da aa. Que AB→\overrightarrow{AB} sea perpendicular al plano significa que es paralelo al vector normal n⃗=(a,1,−1)\vec n = (a, 1, -1), es decir, que sus coordenadas son proporcionales: eso da bb.

En b) la recta perpendicular a π\pi tiene como vector director el normal del plano; con el punto AA ya está determinada.
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Desarrollo

a) A∈πA \in \pi. Sustituyo A(1,0,0)A(1, 0, 0) en ax+y−z=1a x + y - z = 1:a⋅1+0−0=1⟹a=1a\cdot 1 + 0 - 0 = 1 \quad\Longrightarrow\quad a = 1AB→⊥π\overrightarrow{AB} \perp \pi. El vector normal del plano es n⃗=(a,1,−1)=(1,1,−1)\vec n = (a, 1, -1) = (1, 1, -1) yAB→=B−A=(b−1, 1, −1)\overrightarrow{AB} = B - A = (b - 1,\ 1,\ -1)AB→\overrightarrow{AB} es perpendicular al plano si es paralelo a n⃗\vec n, es decir, si existe λ\lambda con AB→=λ n⃗\overrightarrow{AB} = \lambda\,\vec n:(b−1, 1, −1)=λ (1, 1, −1)(b - 1,\ 1,\ -1) = \lambda\,(1,\ 1,\ -1)La segunda (o la tercera) coordenada da λ=1\lambda = 1, y la primera, b−1=1b - 1 = 1, así que b=2b = 2.

Comprobación: con estos valores AB→=(1,1,−1)\overrightarrow{AB} = (1, 1, -1) coincide con n⃗\vec n, y AA cumple la ecuación del plano, 1+0−0=11 + 0 - 0 = 1.

b) La recta ss perpendicular a π≡x+y−z=1\pi \equiv x + y - z = 1 que pasa por A(1,0,0)A(1, 0, 0) tiene vector director n⃗=(1,1,−1)\vec n = (1, 1, -1):s≡(x,y,z)=(1,0,0)+t (1,1,−1),t∈R⟺{x=1+ty=tz=−ts \equiv (x, y, z) = (1, 0, 0) + t\,(1, 1, -1), \quad t \in \mathbb{R} \qquad\Longleftrightarrow\qquad \left\{\begin{array}{l} x = 1 + t \\ y = t \\ z = -t \end{array}\right.En forma continua:x−11=y1=z−1\frac{x - 1}{1} = \frac{y}{1} = \frac{z}{-1}Como AB→=n⃗\overrightarrow{AB} = \vec n, esta recta es justamente la que pasa por AA y B(2,1,−1)B(2, 1, -1) (con t=1t = 1 se obtiene BB).
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Consejo

Una recta (o un vector) perpendicular a un plano es paralela a su vector normal: la condición es la proporcionalidad, no que el producto escalar valga cero. Ese cambio de idea es el fallo más frecuente en este tipo de ejercicio.

Usa primero la condición que da un número directamente (A∈πA \in \pi) y luego la otra.
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