Matemáticas IIFácil2 pts

Rectas y planos

También trata: Vectores y ángulos
Extremadura · 2024 · Julio
Enunciado
Se consideran las rectasr:{x=1−2λy=5+2λz=−6λys:x+11=y−1a=z3r : \left\{\begin{array}{rcl} x & = & 1 - 2\lambda \\ y & = & 5 + 2\lambda \\ z & = & -6\lambda \end{array}\right. \qquad \text{y} \qquad s : \frac{x + 1}{1} = \frac{y - 1}{a} = \frac{z}{3}a) (1 punto) Calcular aa para que ambas rectas sean paralelas.

b) (1 punto) Hallar el ángulo que forman la recta rr y el plano de ecuación −3x+4y−4=0-3x + 4y - 4 = 0.
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Resultado
a) a=−1 (paralelas y distintas)\boxed{\text{a) } a = -1 \ \text{(paralelas y distintas)}}b) sen⁡α=71155  ⇒  α≈24,97∘\boxed{\text{b) } \operatorname{sen}\alpha = \frac{7\sqrt{11}}{55} \;\Rightarrow\; \alpha \approx 24{,}97^\circ}
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Estrategia

De cada recta se leen un punto y un vector director. En a) dos rectas son paralelas cuando sus directores son proporcionales y no comparten ningún punto (si lo compartieran, serían la misma recta).

En b) el ángulo entre una recta y un plano se calcula con el seno, porque el vector normal del plano forma con la recta el ángulo complementario:sen⁡α=∣d⃗r⋅n⃗∣∣d⃗r∣ ∣n⃗∣\operatorname{sen}\alpha = \frac{|\vec d_r \cdot \vec n|}{|\vec d_r|\,|\vec n|}
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Desarrollo

De las ecuaciones paramétricas de rr y de la continua de ss:r: Pr=(1,5,0),  d⃗r=(−2,2,−6)s: Ps=(−1,1,0),  d⃗s=(1,a,3)r:\ P_r = (1, 5, 0),\ \ \vec d_r = (-2, 2, -6) \qquad\qquad s:\ P_s = (-1, 1, 0),\ \ \vec d_s = (1, a, 3)a) El director de rr es proporcional a (1,−1,3)(1, -1, 3), ya que (−2,2,−6)=−2 (1,−1,3)(-2, 2, -6) = -2\,(1, -1, 3). Para que d⃗s=(1,a,3)\vec d_s = (1, a, 3) sea proporcional a él:1−2=a2=3−6  ⟹  a=−1\frac{1}{-2} = \frac{a}{2} = \frac{3}{-6} \;\Longrightarrow\; a = -1Falta ver que no son la misma recta. ¿Está Ps=(−1,1,0)P_s = (-1, 1, 0) en rr?1−2λ=−1⇒λ=1,5+2⋅1=7≠11 - 2\lambda = -1 \Rightarrow \lambda = 1, \qquad 5 + 2\cdot 1 = 7 \neq 1No lo está, así que con a=−1a = -1 las rectas son paralelas (distintas). Para cualquier otro valor de aa los directores no son proporcionales y las rectas no pueden ser paralelas.

b) El plano −3x+4y−4=0-3x + 4y - 4 = 0 tiene vector normal n⃗=(−3,4,0)\vec n = (-3, 4, 0). Calculamos:d⃗r⋅n⃗=(−2)(−3)+2⋅4+(−6)⋅0=14\vec d_r \cdot \vec n = (-2)(-3) + 2\cdot 4 + (-6)\cdot 0 = 14∣d⃗r∣=4+4+36=44=211,∣n⃗∣=9+16+0=5|\vec d_r| = \sqrt{4 + 4 + 36} = \sqrt{44} = 2\sqrt{11}, \qquad |\vec n| = \sqrt{9 + 16 + 0} = 5sen⁡α=14211⋅5=7511=71155≈0,4221\operatorname{sen}\alpha = \frac{14}{2\sqrt{11}\cdot 5} = \frac{7}{5\sqrt{11}} = \frac{7\sqrt{11}}{55} \approx 0{,}4221α=arcsen⁡71155≈24,97∘≈24∘ 58′\alpha = \operatorname{arcsen}\frac{7\sqrt{11}}{55} \approx 24{,}97^\circ \approx 24^\circ\, 58'Comprobación de sentido: como d⃗r⋅n⃗≠0\vec d_r\cdot\vec n \neq 0, la recta no es paralela al plano y el ángulo no puede ser 0∘0^\circ; y como d⃗r\vec d_r no es proporcional a n⃗\vec n, tampoco es 90∘90^\circ. Un ángulo agudo intermedio encaja.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

Entre recta y plano el ángulo va con el seno, no con el coseno: con el coseno saldría 65,03∘65{,}03^\circ, que es el ángulo entre la recta y el vector normal, el complementario del pedido.

En a), además de los directores proporcionales, comprueba que un punto de ss no está en rr: si estuviera, las rectas serían coincidentes, no paralelas.
Paso 1 de 3
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