vectores

7. Operaciones con vectores

Operaciones con vectores en el plano

Objetivo de la página

  • Operar vectores en el plano mediante suma, resta y multiplicación por escalar, interpretando cada operación como un desplazamiento.

Operaciones con vectores

Como un vector representa un desplazamiento, operar vectores permite combinar, comparar o modificar desplazamientos.

En esta página trabajaremos tres operaciones básicas:

  • suma de vectores,
  • resta de vectores,
  • multiplicación de un vector por un escalar.

Operatoria básica en coordenadas

Si \(\vec{u}=(a,b)\) y \(\vec{v}=(c,d)\), entonces:

\[ \vec{u}+\vec{v}=(a+c,\;b+d) \]

\[ \vec{u}-\vec{v}=(a-c,\;b-d) \]

Si \(k\) es un número real, entonces:

\[ k\vec{u}=(ka,\;kb) \]

Ejemplo 1: suma de vectores con el método punta-cola

Observa los vectores \(\overrightarrow{AB}\) y \(\overrightarrow{BC}\). Al recorrer primero \(\overrightarrow{AB}\) y luego \(\overrightarrow{BC}\), se obtiene directamente el desplazamiento \(\overrightarrow{AC}\).

Calculamos:

\[ \overrightarrow{AB}=(3-0,\;1-0)=(3,1) \]

\[ \overrightarrow{BC}=(5-3,\;4-1)=(2,3) \]

Entonces:

\[ \overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}=(3,1)+(2,3)=(5,4) \]

Pero también:

\[ \overrightarrow{AC}=(5-0,\;4-0)=(5,4) \]

Por lo tanto, \(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{AC}\).

Idea clave

Sumar vectores significa realizar un desplazamiento y luego otro.

Geométricamente, esto se puede representar colocando la cola del segundo vector en la punta del primero.

Ejemplo 2: multiplicación por escalar

Consideremos el vector \(\overrightarrow{OA}=(2,1)\).

Como \(\overrightarrow{OA}=(2,1)\), entonces:

\[ 2\overrightarrow{OA}=2(2,1)=(4,2) \]

Este vector corresponde a \(\overrightarrow{OB}\).

Además:

\[ -\overrightarrow{OA}=-(2,1)=(-2,-1) \]

Este vector corresponde a \(\overrightarrow{OC}\).

Multiplicar por un escalar positivo mantiene el sentido. Multiplicar por un escalar negativo invierte el sentido.

Error frecuente

Al multiplicar un vector por un escalar, se multiplican todas sus componentes.

Por ejemplo, si \(\vec{u}=(-3,4)\), entonces:

\[ 2\vec{u}=2(-3,4)=(-6,8) \]

No corresponde multiplicar solo una componente.

Usar un vector como desplazamiento

Si un vector \(\vec{v}=(a,b)\) comienza en un punto \(P=(x_P,y_P)\), entonces el punto final \(Q\) se obtiene sumando componente a componente:

\[ Q=(x_P+a,\;y_P+b) \]

Esto significa que el vector actúa como una instrucción de movimiento desde el punto inicial.

Ejemplo 3: determinar el punto final de un desplazamiento

Un vector de coordenadas \((3,2)\) comienza en \(P=(1,1)\). Determinemos el punto donde termina.

Sumamos el vector al punto inicial:

\[ Q=(1+3,\;1+2)=(4,3) \]

Entonces el vector termina en \(Q=(4,3)\).

En este caso:

\[ \overrightarrow{PQ}=(3,2) \]

Determinar el punto inicial

Si un vector \(\vec{v}=(a,b)\) termina en un punto \(Q=(x_Q,y_Q)\), entonces el punto inicial \(P\) se obtiene restando el vector al punto final:

\[ P=(x_Q-a,\;y_Q-b) \]

Esto permite reconstruir desde dónde comenzó el desplazamiento.

Ejemplo 4: determinar el punto inicial de un desplazamiento

Un vector de coordenadas \((3,2)\) termina en \(Q=(7,5)\). Determinemos el punto donde comenzó.

Restamos el vector al punto final:

\[ P=(7-3,\;5-2)=(4,3) \]

Entonces el vector comenzó en \(P=(4,3)\).

En este caso:

\[ \overrightarrow{PQ}=(3,2) \]

Ejercicio 1: operar componente a componente

Calcula las siguientes sumas y restas de vectores:

  1. \((3,2)+(4,1)\)
  2. \((-5,3)+(2,-7)\)
  3. \((8,-2)-(3,5)\)
  4. \((-4,-6)-(-1,2)\)

Ejercicio 2: verificar una suma en el plano

Observa la figura. Calcula \(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}\) y verifica que coincide con \(\overrightarrow{AC}\).

Ejercicio 3: multiplicar por un escalar

Calcula:

  1. Si \(\vec{u}=(4,-2)\), calcula \(3\vec{u}\).
  2. Si \(\vec{v}=(-6,9)\), calcula \(\frac{1}{3}\vec{v}\).
  3. Si \(\vec{w}=(5,1)\), calcula \(-2\vec{w}\).
  4. Si \(\vec{z}=(-8,-4)\), calcula \(-\frac{1}{2}\vec{z}\).

Ejercicio 4: igualdad de vectores con incógnitas

Determina los valores de \(a\) y \(b\) para que se cumpla:

\[ (a,3)+(2,b)=(6,-3) \]

Luego calcula:

\[ a+b \]

Ejercicio 5: combinación de operaciones

Resuelve la siguiente igualdad vectorial:

\[ 2(x,1)+(3,y)=(11,8) \]

Halla el valor de:

\[ x+y \]

Ejercicio 6: punto final de un desplazamiento

Un vector comienza en el punto \(P=(-2,5)\) y tiene coordenadas:

\[ \vec{v}=(6,-3) \]

Determina el punto final \(Q\).

Ejercicio 7: punto inicial de un desplazamiento

Un vector \(\vec{w}=(-4,7)\) termina en el punto \(T=(3,10)\).

Determina el punto donde comenzó.

Ejercicio 8: escalar desconocido

Determina el valor de \(k\) para que se cumpla:

\[ k(2,-3)=(8,-12) \]

Ejercicio 9: corregir un error frecuente

Un estudiante afirma que si \(\vec{u}=(3,-5)\), entonces:

\[ 2\vec{u}=(6,-5) \]

porque solo debe duplicarse la primera componente.

¿Es correcta su afirmación? Justifica y corrige si es necesario.

Para continuar

Las operaciones con vectores permiten resolver desplazamientos, reconstruir puntos y plantear igualdades con componentes desconocidas.

En la siguiente parte podremos usar estas operaciones para trabajar con vectores unitarios, productos punto y relaciones entre vectores.