CAPITULO 7 funciones de R^2 en R: f(x,y)=z

4. Familias de Rectas: Explorando Haces con f(x, y) = ax + by

Familias de Rectas: Explorando Haces con \(f(x,y)=ax+by\)

Idea inicial

En las páginas anteriores, hemos visto cómo la ecuación \[ ax+by=c \] representa una línea recta en el plano cartesiano. También exploramos cómo el valor de \(c\) afecta la posición de la recta, y cómo \(a\) y \(b\) determinan su pendiente.

Ahora estudiaremos familias de rectas, es decir, conjuntos de rectas que comparten alguna característica.

¿Qué es un Haz de Rectas?

Haz de rectas paralelas

Un haz de rectas es un conjunto de rectas que comparten una característica común.

En la ecuación \[ ax+by=c, \] si mantenemos constantes \(a\) y \(b\), y variamos \(c\), se obtiene una familia de rectas paralelas.

Esto ocurre porque todas tienen la misma pendiente:

\[ m=-\frac{a}{b} \]

siempre que \(b\neq 0\).

Atención

Cuando \(a\) y \(b\) se mantienen fijos y solo cambia \(c\), las rectas no se cortan entre sí: son paralelas.

También existen haces de rectas que pasan por un punto común. En esta página, el caso principal será el haz de rectas paralelas; el haz concurrente quedará como desafío.

Visualizando un Haz de Rectas

Haz generado al variar \(c\)

Si fijamos los valores de \(a\) y \(b\), y luego cambiamos el valor de \(c\), la recta se desplaza en el plano sin cambiar su inclinación.

Por ejemplo, para la familia \[ -2x+3y=c, \] al variar \(c\), todas las rectas mantienen la misma pendiente:

\[ m=-\frac{-2}{3}=\frac{2}{3} \]

Ejemplo: Un Haz de Rectas Paralelas

Ejemplo con \(-2x+3y=c\)

Consideremos la ecuación:

\[ -2x+3y=c \]

Si le damos a \(c\) diferentes valores, como \(-3\), \(0\), \(3\) y \(6\), obtenemos:

  • \(-2x+3y=-3\)
  • \(-2x+3y=0\)
  • \(-2x+3y=3\)
  • \(-2x+3y=6\)

Para analizar la pendiente, despejamos \(y\):

\[ -2x+3y=c \]

\[ 3y=2x+c \]

\[ y=\frac{2}{3}x+\frac{c}{3} \]

Todas las rectas tienen pendiente \(\frac{2}{3}\), pero distintas intersecciones con el eje \(y\), porque el término \(\frac{c}{3}\) cambia.

Conclusión: al variar \(c\), se forma un haz de rectas paralelas.

Comparación de valores de \(c\)

Para la familia \[ -2x+3y=c, \] se obtiene:

Valor de \(c\) Ecuación Forma despejada Pendiente
\(-3\) \(-2x+3y=-3\) \(y=\frac{2}{3}x-1\) \(\frac{2}{3}\)
\(0\) \(-2x+3y=0\) \(y=\frac{2}{3}x\) \(\frac{2}{3}\)
\(3\) \(-2x+3y=3\) \(y=\frac{2}{3}x+1\) \(\frac{2}{3}\)

La pendiente se mantiene igual. Solo cambia la intersección con el eje \(y\).

Ejercicios

Nivel Básico

Ejercicio 1

Describe cómo se vería el haz de rectas generado por la ecuación \[ x+y=c \] para diferentes valores de \(c\). ¿Cuál es la pendiente de todas las rectas en este haz?

Ejercicio 2

¿Qué valor de \(c\) en la ecuación \[ 4x-2y=c \] produce una recta que pasa por el origen?

Ejercicio 3

Considera la familia \[ 3x+y=c. \] Escribe tres rectas de esta familia usando \(c=-2\), \(c=0\) y \(c=4\). Luego indica si son paralelas.

Nivel Intermedio

Ejercicio 4

Considera el haz de rectas \[ 2x+3y=c. \] Encuentra la ecuación de la recta que pertenece a este haz y que pasa por el punto \((1,-2)\).

Ejercicio 5

Determina si las rectas \[ -2x+3y=6 \] y \[ -2x+3y=-3 \] pertenecen al mismo haz de rectas paralelas. Justifica tu respuesta.

Ejercicio 6

Considera la familia \[ 5x-2y=c. \] ¿Cuál es la pendiente de todas las rectas de esta familia?

Desafío

Ejercicio 7

¿Cómo podrías modificar la idea de \[ ax+by=c \] para generar un haz de rectas que, en lugar de ser paralelas, todas pasen por un punto común?

Ejercicio 8

Demuestra que todas las rectas de la forma \[ ax+by=a+b \] pasan por el punto \((1,1)\), donde \(a\) y \(b\) no son simultáneamente cero.

Ejercicio 9

¿Qué se puede decir sobre el haz de rectas generado por la ecuación \[ y=mx+2, \] donde \(m\) puede variar?