vectores
| Sitio: | MATEMÁTICAS × Profe Arauco |
| Curso: | Geometía 3d |
| Libro: | vectores |
| Imprimido por: | Invitado |
| Día: | lunes, 25 de mayo de 2026, 00:35 |
Tabla de contenidos
- 1. Vectores para comprender la Geometría 3D
- 2. Vectores para comprender la Geometría 3D
- 3. Vectores para comprender la Geometría 3D
- 4. Vector entre dos puntos
- 5. Módulo de un vector
- 6. Dirección de un vector en el plano
- 7. Operaciones con vectores
- 8. Vector unitario en el plano
- 9. Producto punto y perpendicularidad entre vectores
- 10. Del plano al espacio
- 11. Distancia y desplazamiento en el espacio
1. Vectores para comprender la Geometría 3D
Vectores para comprender la Geometría 3D
Objetivo de la página
- Comprender qué es un vector y reconocerlo como una herramienta para representar desplazamientos, direcciones, sentidos y magnitudes.
¿Qué es un vector?
Un vector es un objeto matemático que permite representar un desplazamiento. Para describirlo correctamente no basta con indicar cuánto mide: también importa hacia dónde va y en qué sentido se recorre.
En geometría, un vector suele representarse mediante una flecha. El punto donde comienza la flecha se llama origen y el punto donde termina se llama extremo.
Elementos de un vector
Un vector se caracteriza por tres elementos principales:
- Módulo: corresponde a la longitud del vector.
- Dirección: corresponde a la recta o inclinación sobre la que se ubica.
- Sentido: corresponde hacia dónde apunta la flecha.
Ejemplo 1: un desplazamiento representado por un vector
Observa los puntos \(A\) y \(B\). El vector \(\overrightarrow{AB}\) representa el desplazamiento desde \(A\) hasta \(B\).
La flecha no solo muestra que hay una distancia entre \(A\) y \(B\), sino también que el movimiento parte en \(A\) y termina en \(B\).
Por eso escribimos:
\[ \overrightarrow{AB} \]
y se lee: “vector desde \(A\) hasta \(B\)”.
Atención
No es lo mismo \(\overrightarrow{AB}\) que \(\overrightarrow{BA}\).
Ambos tienen el mismo módulo y la misma dirección, pero tienen sentidos opuestos.
Ejemplo 2: sentido del vector
Si una persona se desplaza desde \(P\) hasta \(Q\), el vector que representa ese movimiento es \(\overrightarrow{PQ}\).
En cambio, si se desplaza desde \(Q\) hasta \(P\), el vector es \(\overrightarrow{QP}\).
Aunque ambos desplazamientos ocurren entre los mismos puntos, no representan el mismo vector:
\[ \overrightarrow{PQ}\neq \overrightarrow{QP} \]
El orden de las letras importa, porque indica el sentido del desplazamiento.
Idea clave
Un vector no describe solamente una posición. Describe un cambio de posición.
Por eso será útil más adelante para estudiar movimientos, traslaciones, distancias y objetos en el espacio tridimensional.
Ejercicio 1
Observa los puntos \(A\) y \(B\). Explica con tus palabras qué representa el vector \(\overrightarrow{AB}\).
El vector \(\overrightarrow{AB}\) representa el desplazamiento que comienza en el punto \(A\) y termina en el punto \(B\).
Esto significa que la flecha indica tres aspectos:
- la distancia entre \(A\) y \(B\), que corresponde al módulo;
- la inclinación del desplazamiento, que corresponde a la dirección;
- el recorrido desde \(A\) hacia \(B\), que corresponde al sentido.
Por lo tanto, \(\overrightarrow{AB}\) representa un desplazamiento desde \(A\) hasta \(B\), no solo una línea entre dos puntos.
Ejercicio 2
¿Por qué los vectores \(\overrightarrow{AB}\) y \(\overrightarrow{BA}\) no representan el mismo desplazamiento?
El vector \(\overrightarrow{AB}\) comienza en \(A\) y termina en \(B\). En cambio, el vector \(\overrightarrow{BA}\) comienza en \(B\) y termina en \(A\).
Ambos usan los mismos puntos, pero el recorrido ocurre en sentido contrario.
Por eso tienen el mismo módulo y la misma dirección, pero distinto sentido.
Entonces, \(\overrightarrow{AB}\neq\overrightarrow{BA}\), porque el sentido del desplazamiento es diferente.
Ejercicio 3
Un dron se mueve desde un punto inicial \(I\) hasta un punto final \(F\). Luego vuelve desde \(F\) hasta \(I\). Escribe los dos vectores que representan estos desplazamientos e indica qué diferencia hay entre ellos.
El primer desplazamiento va desde el punto inicial \(I\) hasta el punto final \(F\). Por lo tanto, se representa mediante:
\[ \overrightarrow{IF} \]
El segundo desplazamiento va desde \(F\) hasta \(I\). Por lo tanto, se representa mediante:
\[ \overrightarrow{FI} \]
Ambos desplazamientos recorren la misma distancia, pero en sentidos opuestos.
Los vectores son \(\overrightarrow{IF}\) y \(\overrightarrow{FI}\). Se diferencian en el sentido del movimiento.
2. Vectores para comprender la Geometría 3D
Objetivo de la página
- Distinguir entre punto y vector, reconociendo que un punto representa una ubicación y un vector representa un desplazamiento.
Puntos y vectores no son lo mismo
En geometría analítica usamos coordenadas para ubicar puntos y también para describir vectores. Esto puede producir una confusión inicial, porque ambos pueden escribirse con pares ordenados.
Por ejemplo, \(A=(3,2)\) y \(\vec{v}=(3,2)\) se parecen en la escritura, pero no significan lo mismo.
Diferencia fundamental
| Objeto | Qué representa | Ejemplo |
|---|---|---|
| Punto | Una ubicación fija en el plano o en el espacio. | \(A=(3,2)\) |
| Vector | Un desplazamiento con módulo, dirección y sentido. | \(\vec{v}=(3,2)\) |
Ejemplo 1: el punto \(A=(3,2)\)
El punto \(A=(3,2)\) indica una posición: desde el origen \(O=(0,0)\), se avanza 3 unidades hacia la derecha y 2 unidades hacia arriba para llegar a \(A\).
Cuando un vector comienza en el origen y termina en un punto, se llama vector posición de ese punto.
En este caso:
\[ \overrightarrow{OA}=(3,2) \]
El vector \(\overrightarrow{OA}\) ayuda a describir la posición de \(A\), pero el punto \(A\) y el vector \(\overrightarrow{OA}\) no son exactamente el mismo objeto matemático.
Ejemplo 2: el vector \(\vec{v}=(3,2)\)
El vector \(\vec{v}=(3,2)\) no describe necesariamente una ubicación fija. Describe un desplazamiento: avanzar 3 unidades hacia la derecha y 2 unidades hacia arriba.
Por eso, el mismo desplazamiento puede comenzar en distintos puntos.
Por ejemplo, si \(C=(1,0)\) y \(D=(4,2)\), el desplazamiento desde \(C\) hasta \(D\) también consiste en avanzar 3 unidades hacia la derecha y 2 unidades hacia arriba.
Entonces:
\[ \overrightarrow{CD}=(3,2) \]
Así, \(\overrightarrow{OA}\) y \(\overrightarrow{CD}\) representan el mismo desplazamiento, aunque estén dibujados en lugares distintos.
Idea clave
Un punto responde a la pregunta: ¿dónde está?
Un vector responde a la pregunta: ¿cuánto y hacia dónde se desplaza?
Error frecuente
No conviene decir que \(A=(3,2)\) y \(\vec{v}=(3,2)\) son lo mismo solo porque tienen los mismos números.
El punto \(A\) es una ubicación. El vector \(\vec{v}\) es un desplazamiento.
Ejercicio 1
Indica si cada expresión representa un punto o un vector:
- \(P=(5,1)\)
- \(\vec{u}=(-2,4)\)
- \(B=(0,-3)\)
- \(\overrightarrow{MN}\)
Analizamos cada expresión:
- \(P=(5,1)\) representa un punto, porque se nombra con una letra mayúscula y se interpreta como una ubicación.
- \(\vec{u}=(-2,4)\) representa un vector, porque aparece una flecha sobre la letra y describe un desplazamiento.
- \(B=(0,-3)\) representa un punto, porque indica una posición en el plano.
- \(\overrightarrow{MN}\) representa un vector, porque indica el desplazamiento desde \(M\) hasta \(N\).
Las respuestas son: punto, vector, punto y vector.
Ejercicio 2
Explica la diferencia entre \(A=(4,2)\) y \(\vec{v}=(4,2)\).
La expresión \(A=(4,2)\) representa un punto. Esto significa que \(A\) está ubicado 4 unidades a la derecha del origen y 2 unidades hacia arriba.
En cambio, \(\vec{v}=(4,2)\) representa un vector. Esto significa que el desplazamiento asociado a \(\vec{v}\) avanza 4 unidades hacia la derecha y 2 unidades hacia arriba.
La diferencia principal es que el punto indica una posición, mientras que el vector indica un desplazamiento.
Aunque ambos usan los números \(4\) y \(2\), no representan el mismo tipo de objeto matemático.
Ejercicio 3
Un vector indica avanzar 2 unidades hacia la derecha y 3 unidades hacia arriba. Da dos ejemplos distintos de desplazamientos que representen ese mismo vector.
El vector descrito es:
\[ \vec{v}=(2,3) \]
Un primer ejemplo puede ser partir desde \(A=(0,0)\). Si se avanza 2 unidades hacia la derecha y 3 hacia arriba, se llega a \(B=(2,3)\). Entonces:
\[ \overrightarrow{AB}=(2,3) \]
Un segundo ejemplo puede ser partir desde \(C=(1,1)\). Si se avanza 2 unidades hacia la derecha y 3 hacia arriba, se llega a \(D=(3,4)\). Entonces:
\[ \overrightarrow{CD}=(2,3) \]
Dos desplazamientos posibles son \(\overrightarrow{AB}\), con \(A=(0,0)\) y \(B=(2,3)\), y \(\overrightarrow{CD}\), con \(C=(1,1)\) y \(D=(3,4)\).
3. Vectores para comprender la Geometría 3D
Objetivo de la página
- Representar vectores en el plano cartesiano mediante sus componentes horizontal y vertical.
Vectores en 2D
En el plano cartesiano, un vector se puede describir usando dos componentes.
Si un vector se escribe como:
\[ \vec{v}=(a,b) \]
entonces \(a\) indica el desplazamiento horizontal y \(b\) indica el desplazamiento vertical.
Componentes de un vector en el plano
Para un vector \(\vec{v}=(a,b)\):
- La primera componente, \(a\), indica cuánto se avanza hacia la derecha o hacia la izquierda.
- La segunda componente, \(b\), indica cuánto se avanza hacia arriba o hacia abajo.
Si \(a>0\), el desplazamiento horizontal es hacia la derecha. Si \(a<0\), es hacia la izquierda.
Si \(b>0\), el desplazamiento vertical es hacia arriba. Si \(b<0\), es hacia abajo.
Ejemplo 1: el vector \(\vec{v}=(4,3)\)
El vector \(\vec{v}=(4,3)\) indica un desplazamiento de 4 unidades hacia la derecha y 3 unidades hacia arriba.
Desde el origen \(O=(0,0)\), el vector llega al punto \(A=(4,3)\).
Su primera componente es \(4\), porque se avanza 4 unidades hacia la derecha.
Su segunda componente es \(3\), porque se avanza 3 unidades hacia arriba.
Por lo tanto:
\[ \vec{v}=(4,3) \]
Idea clave
Las componentes de un vector indican cómo se descompone el desplazamiento en dos movimientos más simples: uno horizontal y otro vertical.
Por eso, el vector \((4,3)\) puede entenderse como “avanzar 4 y subir 3”.
Ejemplo 2: interpretación de signos
Consideremos algunos vectores:
| Vector | Interpretación horizontal | Interpretación vertical |
|---|---|---|
| \(\vec{u}=(5,2)\) | 5 unidades hacia la derecha | 2 unidades hacia arriba |
| \(\vec{v}=(-3,4)\) | 3 unidades hacia la izquierda | 4 unidades hacia arriba |
| \(\vec{w}=(2,-5)\) | 2 unidades hacia la derecha | 5 unidades hacia abajo |
| \(\vec{z}=(-4,-1)\) | 4 unidades hacia la izquierda | 1 unidad hacia abajo |
El signo de cada componente indica el sentido del desplazamiento respecto de los ejes coordenados.
Error frecuente
No confundas las componentes de un vector con las coordenadas de un punto.
En \(A=(4,3)\), los números indican una ubicación. En \(\vec{v}=(4,3)\), los números indican un desplazamiento.
Ejercicio 1
Describe con palabras el desplazamiento representado por cada vector:
- \(\vec{a}=(6,2)\)
- \(\vec{b}=(-4,3)\)
- \(\vec{c}=(5,-1)\)
- \(\vec{d}=(-2,-7)\)
Analizamos el signo de cada componente:
- \(\vec{a}=(6,2)\): 6 unidades hacia la derecha y 2 unidades hacia arriba.
- \(\vec{b}=(-4,3)\): 4 unidades hacia la izquierda y 3 unidades hacia arriba.
- \(\vec{c}=(5,-1)\): 5 unidades hacia la derecha y 1 unidad hacia abajo.
- \(\vec{d}=(-2,-7)\): 2 unidades hacia la izquierda y 7 unidades hacia abajo.
Cada componente se interpreta según su signo y según el eje al que corresponde.
Ejercicio 2
Escribe el vector que representa cada desplazamiento:
- Avanzar 3 unidades hacia la derecha y 5 unidades hacia arriba.
- Avanzar 6 unidades hacia la izquierda y 2 unidades hacia arriba.
- Avanzar 4 unidades hacia la derecha y 7 unidades hacia abajo.
- Avanzar 1 unidad hacia la izquierda y 3 unidades hacia abajo.
Recordemos que la primera componente corresponde al desplazamiento horizontal y la segunda al desplazamiento vertical.
- Derecha y arriba: \((3,5)\).
- Izquierda y arriba: \((-6,2)\).
- Derecha y abajo: \((4,-7)\).
- Izquierda y abajo: \((-1,-3)\).
Los vectores son \((3,5)\), \((-6,2)\), \((4,-7)\) y \((-1,-3)\).
Ejercicio 3
Un estudiante afirma que el vector \(\vec{v}=(-5,4)\) significa “retroceder 5 unidades y bajar 4 unidades”. ¿Es correcta su interpretación? Justifica.
El vector dado es:
\[ \vec{v}=(-5,4) \]
La primera componente es \(-5\). Como es negativa, indica un desplazamiento de 5 unidades hacia la izquierda.
La segunda componente es \(4\). Como es positiva, indica un desplazamiento de 4 unidades hacia arriba.
Por lo tanto, la parte “retroceder 5 unidades” puede aceptarse si se interpreta como ir hacia la izquierda, pero la parte “bajar 4 unidades” es incorrecta.
La interpretación correcta es: 5 unidades hacia la izquierda y 4 unidades hacia arriba.
Ejercicio 4: dibujar vectores desde el origen
Dibuja en el plano cartesiano los siguientes vectores, todos comenzando en el origen \(O=(0,0)\):
- \(\overrightarrow{OU}=(3,2)\)
- \(\overrightarrow{OV}=(-4,1)\)
- \(\overrightarrow{OW}=(2,-3)\)
- \(\overrightarrow{OZ}=(-1,-4)\)
Para dibujar un vector desde el origen, se parte en \(O=(0,0)\) y se llega al punto indicado por sus componentes.
- \(\overrightarrow{OU}=(3,2)\): termina en \(U=(3,2)\).
- \(\overrightarrow{OV}=(-4,1)\): termina en \(V=(-4,1)\).
- \(\overrightarrow{OW}=(2,-3)\): termina en \(W=(2,-3)\).
- \(\overrightarrow{OZ}=(-1,-4)\): termina en \(Z=(-1,-4)\).
Cada vector se dibuja como una flecha que comienza en \(O\) y termina en el punto indicado por sus coordenadas.
Ejercicio 5: coordenadas de vectores centrados en el origen
Observa los vectores dibujados desde el origen. Determina las coordenadas de \(\overrightarrow{OA}\), \(\overrightarrow{OB}\), \(\overrightarrow{OC}\) y \(\overrightarrow{OD}\).
Cuando un vector comienza en el origen, sus coordenadas coinciden con las coordenadas del punto donde termina.
- \(\overrightarrow{OA}\) termina en \(A=(4,2)\), por lo tanto \(\overrightarrow{OA}=(4,2)\).
- \(\overrightarrow{OB}\) termina en \(B=(-3,4)\), por lo tanto \(\overrightarrow{OB}=(-3,4)\).
- \(\overrightarrow{OC}\) termina en \(C=(5,-2)\), por lo tanto \(\overrightarrow{OC}=(5,-2)\).
- \(\overrightarrow{OD}\) termina en \(D=(-2,-4)\), por lo tanto \(\overrightarrow{OD}=(-2,-4)\).
Si el vector parte en \(O=(0,0)\), basta identificar el punto donde termina.
Para continuar
Hasta ahora hemos representado vectores desde el origen. En la siguiente página estudiaremos cómo calcular las coordenadas de un vector cuando comienza en cualquier punto del plano.
4. Vector entre dos puntos
Objetivo de la página
- Calcular las coordenadas de un vector a partir de su punto inicial y su punto final en el plano cartesiano.
Vector entre dos puntos
Cuando un vector comienza en un punto \(A\) y termina en un punto \(B\), se escribe:
\[ \overrightarrow{AB} \]
El orden de las letras es importante: la primera letra indica el punto inicial y la segunda letra indica el punto final.
Fórmula del vector entre dos puntos
Si \(A=(x_A,y_A)\) y \(B=(x_B,y_B)\), entonces:
\[ \overrightarrow{AB}=(x_B-x_A,\;y_B-y_A) \]
Es decir, se resta:
\[ \text{punto final}-\text{punto inicial} \]
Ejemplo 1: calcular \(\overrightarrow{AB}\)
Sean los puntos:
\[ A=(1,2) \qquad B=(5,4) \]
El vector \(\overrightarrow{AB}\) comienza en \(A\) y termina en \(B\).
Aplicamos la fórmula:
\[ \overrightarrow{AB}=(x_B-x_A,\;y_B-y_A) \]
Reemplazamos:
\[ \overrightarrow{AB}=(5-1,\;4-2)=(4,2) \]
Por lo tanto:
\[ \overrightarrow{AB}=(4,2) \]
Esto significa que, desde \(A\), se avanza 4 unidades hacia la derecha y 2 unidades hacia arriba para llegar a \(B\).
Ejemplo 2: comparar \(\overrightarrow{AB}\) y \(\overrightarrow{BA}\)
Usando los mismos puntos:
\[ A=(1,2) \qquad B=(5,4) \]
Ya calculamos que:
\[ \overrightarrow{AB}=(5-1,\;4-2)=(4,2) \]
Ahora calculemos el vector contrario:
\[ \overrightarrow{BA}=(1-5,\;2-4)=(-4,-2) \]
Entonces:
\[ \overrightarrow{BA}=-\overrightarrow{AB} \]
Ambos vectores tienen la misma dirección, pero sentidos opuestos.
Error frecuente
No se debe calcular \(\overrightarrow{AB}\) como \(A-B\).
Lo correcto es:
\[ \overrightarrow{AB}=B-A \]
porque el vector comienza en \(A\) y termina en \(B\).
Idea clave
Para calcular un vector entre dos puntos, piensa en el cambio que ocurre desde el punto inicial hasta el punto final.
Primero compara las coordenadas \(x\), luego compara las coordenadas \(y\).
Ejercicio 1
Calcula las coordenadas de cada vector:
- \(A=(2,1)\), \(B=(6,4)\). Calcula \(\overrightarrow{AB}\).
- \(C=(-3,2)\), \(D=(1,5)\). Calcula \(\overrightarrow{CD}\).
- \(E=(4,-1)\), \(F=(7,-5)\). Calcula \(\overrightarrow{EF}\).
- \(G=(-2,-4)\), \(H=(-6,3)\). Calcula \(\overrightarrow{GH}\).
Usamos la regla:
\[ \overrightarrow{PQ}=(x_Q-x_P,\;y_Q-y_P) \]
- \(\overrightarrow{AB}=(6-2,\;4-1)=(4,3)\)
- \(\overrightarrow{CD}=(1-(-3),\;5-2)=(4,3)\)
- \(\overrightarrow{EF}=(7-4,\;-5-(-1))=(3,-4)\)
- \(\overrightarrow{GH}=(-6-(-2),\;3-(-4))=(-4,7)\)
Las coordenadas son \((4,3)\), \((4,3)\), \((3,-4)\) y \((-4,7)\).
Ejercicio 2
Observa los vectores dibujados. Determina las coordenadas de \(\overrightarrow{AB}\), \(\overrightarrow{CD}\), \(\overrightarrow{EF}\) y \(\overrightarrow{GH}\).
Leemos los puntos desde la imagen y usamos:
\[ \overrightarrow{PQ}=(x_Q-x_P,\;y_Q-y_P) \]
- \(A=(-4,1)\), \(B=(2,4)\), entonces \(\overrightarrow{AB}=(2-(-4),\;4-1)=(6,3)\).
- \(C=(5,3)\), \(D=(1,-2)\), entonces \(\overrightarrow{CD}=(1-5,\;-2-3)=(-4,-5)\).
- \(E=(-5,-3)\), \(F=(-1,-1)\), entonces \(\overrightarrow{EF}=(-1-(-5),\;-1-(-3))=(4,2)\).
- \(G=(3,-4)\), \(H=(-2,2)\), entonces \(\overrightarrow{GH}=(-2-3,\;2-(-4))=(-5,6)\).
Las coordenadas son \(\overrightarrow{AB}=(6,3)\), \(\overrightarrow{CD}=(-4,-5)\), \(\overrightarrow{EF}=(4,2)\) y \(\overrightarrow{GH}=(-5,6)\).
Ejercicio 3
Para cada par de puntos, calcula ambos vectores: \(\overrightarrow{AB}\) y \(\overrightarrow{BA}\).
- \(A=(1,1)\), \(B=(4,5)\)
- \(A=(-2,3)\), \(B=(2,-1)\)
- \(A=(5,-4)\), \(B=(-1,-2)\)
Recordemos que invertir el orden cambia el sentido del vector.
-
\[ \overrightarrow{AB}=(4-1,\;5-1)=(3,4) \]
\[ \overrightarrow{BA}=(1-4,\;1-5)=(-3,-4) \]
-
\[ \overrightarrow{AB}=(2-(-2),\;-1-3)=(4,-4) \]
\[ \overrightarrow{BA}=(-2-2,\;3-(-1))=(-4,4) \]
-
\[ \overrightarrow{AB}=(-1-5,\;-2-(-4))=(-6,2) \]
\[ \overrightarrow{BA}=(5-(-1),\;-4-(-2))=(6,-2) \]
En cada caso, \(\overrightarrow{BA}\) es el vector opuesto de \(\overrightarrow{AB}\).
Ejercicio 4
Un vector comienza en el punto \(P=(2,-1)\) y termina en el punto \(Q=(7,3)\).
- Calcula \(\overrightarrow{PQ}\).
- Explica qué significa el resultado obtenido.
Aplicamos la fórmula:
\[ \overrightarrow{PQ}=(x_Q-x_P,\;y_Q-y_P) \]
Reemplazamos:
\[ \overrightarrow{PQ}=(7-2,\;3-(-1))=(5,4) \]
Esto significa que para ir desde \(P\) hasta \(Q\), se avanza 5 unidades hacia la derecha y 4 unidades hacia arriba.
Por lo tanto, \(\overrightarrow{PQ}=(5,4)\).
Ejercicio 5
Un estudiante calcula el vector desde \(A=(3,2)\) hasta \(B=(8,6)\) de la siguiente manera:
\[ \overrightarrow{AB}=(3-8,\;2-6)=(-5,-4) \]
¿El procedimiento es correcto? Justifica y corrige si es necesario.
El procedimiento no es correcto, porque el estudiante restó punto inicial menos punto final.
Para calcular \(\overrightarrow{AB}\), se debe hacer:
\[ \overrightarrow{AB}=B-A \]
Entonces:
\[ \overrightarrow{AB}=(8-3,\;6-2)=(5,4) \]
El resultado \((-5,-4)\) corresponde al vector contrario, es decir, a \(\overrightarrow{BA}\).
La respuesta correcta es \(\overrightarrow{AB}=(5,4)\).
5. Módulo de un vector
Objetivo de la página
- Calcular e interpretar el módulo de un vector en el plano cartesiano, usando sus componentes y el teorema de Pitágoras.
Módulo de un vector
El módulo de un vector corresponde a su longitud.
Si un vector representa un desplazamiento, entonces su módulo indica cuántas unidades mide ese desplazamiento.
El módulo de un vector \(\vec{v}\) se escribe:
\[ |\vec{v}| \]
Fórmula del módulo en 2D
Si un vector tiene coordenadas:
\[ \vec{v}=(a,b) \]
entonces su módulo se calcula mediante:
\[ |\vec{v}|=\sqrt{a^2+b^2} \]
Esta fórmula se obtiene aplicando el teorema de Pitágoras al triángulo rectángulo formado por las componentes horizontal y vertical del vector.
Ejemplo 1: módulo de \(\overrightarrow{OA}\)
Observa el vector \(\overrightarrow{OA}\), donde \(O=(0,0)\) y \(A=(4,3)\).
Como \(\overrightarrow{OA}=(4,3)\), su módulo es:
\[ |\overrightarrow{OA}|=\sqrt{4^2+3^2} \]
\[ |\overrightarrow{OA}|=\sqrt{16+9} \]
\[ |\overrightarrow{OA}|=\sqrt{25}=5 \]
Por lo tanto, el vector mide \(5\) unidades.
Idea clave
El módulo no depende del sentido del vector, sino de su longitud.
Por ejemplo, \((4,3)\) y \((-4,-3)\) tienen el mismo módulo, porque ambos forman un triángulo rectángulo con catetos de longitudes \(4\) y \(3\).
Ejemplo 2: módulo de un vector entre dos puntos
Sean los puntos:
\[ A=(1,1) \qquad B=(5,4) \]
Primero calculamos el vector:
\[ \overrightarrow{AB}=(5-1,\;4-1)=(4,3) \]
Luego calculamos su módulo:
\[ |\overrightarrow{AB}|=\sqrt{4^2+3^2} \]
\[ |\overrightarrow{AB}|=\sqrt{16+9}=\sqrt{25}=5 \]
Entonces, la distancia desde \(A\) hasta \(B\) es \(5\) unidades.
Módulo de un vector entre dos puntos
Si \(A=(x_A,y_A)\) y \(B=(x_B,y_B)\), entonces:
\[ \overrightarrow{AB}=(x_B-x_A,\;y_B-y_A) \]
Por lo tanto:
\[ |\overrightarrow{AB}|=\sqrt{(x_B-x_A)^2+(y_B-y_A)^2} \]
Error frecuente
No se calcula el módulo sumando directamente las componentes.
Por ejemplo, si \(\vec{v}=(4,3)\), no corresponde hacer:
\[ |\vec{v}|=4+3=7 \]
Lo correcto es usar:
\[ |\vec{v}|=\sqrt{4^2+3^2}=5 \]
Ejercicio 1
Calcula el módulo de cada vector:
- \(\vec{u}=(6,8)\)
- \(\vec{v}=(5,12)\)
- \(\vec{w}=(-3,4)\)
- \(\vec{z}=(-8,-6)\)
Usamos la fórmula:
\[ |\vec{v}|=\sqrt{a^2+b^2} \]
-
\[ |\vec{u}|=\sqrt{6^2+8^2}=\sqrt{36+64}=\sqrt{100}=10 \]
-
\[ |\vec{v}|=\sqrt{5^2+12^2}=\sqrt{25+144}=\sqrt{169}=13 \]
-
\[ |\vec{w}|=\sqrt{(-3)^2+4^2}=\sqrt{9+16}=\sqrt{25}=5 \]
-
\[ |\vec{z}|=\sqrt{(-8)^2+(-6)^2}=\sqrt{64+36}=\sqrt{100}=10 \]
Los módulos son \(10\), \(13\), \(5\) y \(10\), respectivamente.
Ejercicio 2
Observa los vectores dibujados desde el origen. Calcula el módulo de \(\overrightarrow{OA}\), \(\overrightarrow{OB}\), \(\overrightarrow{OC}\) y \(\overrightarrow{OD}\).
Leemos las coordenadas de cada punto final:
- \(\overrightarrow{OA}=(3,4)\)
- \(\overrightarrow{OB}=(-5,0)\)
- \(\overrightarrow{OC}=(2,-2)\)
- \(\overrightarrow{OD}=(-4,-3)\)
Calculamos los módulos:
-
\[ |\overrightarrow{OA}|=\sqrt{3^2+4^2}=\sqrt{25}=5 \]
-
\[ |\overrightarrow{OB}|=\sqrt{(-5)^2+0^2}=\sqrt{25}=5 \]
-
\[ |\overrightarrow{OC}|=\sqrt{2^2+(-2)^2}=\sqrt{8}=2\sqrt{2} \]
-
\[ |\overrightarrow{OD}|=\sqrt{(-4)^2+(-3)^2}=\sqrt{25}=5 \]
Los módulos son \(5\), \(5\), \(2\sqrt{2}\) y \(5\), respectivamente.
Ejercicio 3
Calcula el módulo de cada vector entre dos puntos:
- \(A=(1,2)\), \(B=(4,6)\). Calcula \(|\overrightarrow{AB}|\).
- \(C=(-2,1)\), \(D=(4,9)\). Calcula \(|\overrightarrow{CD}|\).
- \(E=(3,-1)\), \(F=(-1,2)\). Calcula \(|\overrightarrow{EF}|\).
- \(G=(-5,-2)\), \(H=(-1,-5)\). Calcula \(|\overrightarrow{GH}|\).
Primero calculamos cada vector y luego su módulo.
-
\[ \overrightarrow{AB}=(4-1,\;6-2)=(3,4) \]
\[ |\overrightarrow{AB}|=\sqrt{3^2+4^2}=\sqrt{25}=5 \]
-
\[ \overrightarrow{CD}=(4-(-2),\;9-1)=(6,8) \]
\[ |\overrightarrow{CD}|=\sqrt{6^2+8^2}=\sqrt{100}=10 \]
-
\[ \overrightarrow{EF}=(-1-3,\;2-(-1))=(-4,3) \]
\[ |\overrightarrow{EF}|=\sqrt{(-4)^2+3^2}=\sqrt{25}=5 \]
-
\[ \overrightarrow{GH}=(-1-(-5),\;-5-(-2))=(4,-3) \]
\[ |\overrightarrow{GH}|=\sqrt{4^2+(-3)^2}=\sqrt{25}=5 \]
Los módulos son \(5\), \(10\), \(5\) y \(5\), respectivamente.
Ejercicio 4
Observa los vectores del plano cartesiano. Calcula el módulo de \(\overrightarrow{AB}\), \(\overrightarrow{CD}\) y \(\overrightarrow{EF}\).
Calculamos primero las coordenadas de cada vector.
-
\[ \overrightarrow{AB}=(2-(-4),\;2-(-1))=(6,3) \]
\[ |\overrightarrow{AB}|=\sqrt{6^2+3^2}=\sqrt{36+9}=\sqrt{45}=3\sqrt{5} \]
-
\[ \overrightarrow{CD}=(1-4,\;1-5)=(-3,-4) \]
\[ |\overrightarrow{CD}|=\sqrt{(-3)^2+(-4)^2}=\sqrt{25}=5 \]
-
\[ \overrightarrow{EF}=(-5-(-2),\;0-4)=(-3,-4) \]
\[ |\overrightarrow{EF}|=\sqrt{(-3)^2+(-4)^2}=\sqrt{25}=5 \]
Los módulos son \(3\sqrt{5}\), \(5\) y \(5\), respectivamente.
Ejercicio 5
Un estudiante afirma que los vectores \(\vec{u}=(6,8)\) y \(\vec{v}=(-6,-8)\) tienen distinto módulo porque apuntan en sentidos opuestos.
¿Es correcta su afirmación? Justifica.
La afirmación no es correcta. El módulo mide la longitud del vector, no su sentido.
Calculamos ambos módulos:
\[ |\vec{u}|=\sqrt{6^2+8^2}=\sqrt{36+64}=\sqrt{100}=10 \]
\[ |\vec{v}|=\sqrt{(-6)^2+(-8)^2}=\sqrt{36+64}=\sqrt{100}=10 \]
Ambos vectores tienen el mismo módulo, aunque apuntan en sentidos opuestos.
La afirmación es falsa: los dos vectores tienen módulo \(10\).
6. Dirección de un vector en el plano
Objetivo de aprendizaje
- Determinar e interpretar la dirección de un vector en el plano cartesiano usando sus componentes, su módulo y un ángulo de inclinación.
Idea inicial
En las páginas anteriores se estudió que un vector puede describir un desplazamiento mediante sus componentes.
Por ejemplo, el vector
\[ \vec{v}=(3,4) \]
indica avanzar \(3\) unidades en dirección horizontal y \(4\) unidades en dirección vertical.
Además de sus componentes y su módulo, un vector también tiene una dirección, que puede representarse mediante el ángulo que forma con el eje \(x\) positivo.
Dirección de un vector
Si un vector del plano se escribe como
\[ \vec{v}=(a,b), \]
entonces su dirección puede relacionarse con el ángulo \(\theta\) que forma con el eje \(x\) positivo.
Cuando \(a>0\), se puede usar la razón trigonométrica:
\[ \tan(\theta)=\frac{b}{a} \]
Esta relación aparece porque las componentes \(a\) y \(b\) forman un triángulo rectángulo con el vector.
Ejemplo 1: dirección del vector \(\vec{v}=(3,4)\)
Consideremos el vector:
\[ \vec{v}=(3,4) \]
Su componente horizontal es \(3\) y su componente vertical es \(4\).
El módulo del vector es:
\[ |\vec{v}|=\sqrt{3^2+4^2} \]
\[ |\vec{v}|=\sqrt{9+16}=\sqrt{25}=5 \]
Para encontrar su dirección, usamos:
\[ \tan(\theta)=\frac{4}{3} \]
Por lo tanto, el ángulo \(\theta\) es aproximadamente:
\[ \theta \approx 53{,}1^\circ \]
Esto significa que el vector \(\vec{v}\) apunta formando un ángulo aproximado de \(53{,}1^\circ\) con el eje \(x\) positivo.
Lectura geométrica
El vector \((3,4)\) no solo indica cuánto se avanza en cada eje. También permite reconocer:
- su módulo: \(5\) unidades,
- su sentido: hacia la derecha y hacia arriba,
- su dirección: inclinada respecto del eje \(x\) positivo.
Ejemplo 2: comparar dos vectores con igual dirección
Consideremos los vectores:
\[ \vec{u}=(2,1) \qquad \vec{w}=(4,2) \]
Observamos que:
\[ \vec{w}=2\vec{u} \]
porque:
\[ 2(2,1)=(4,2) \]
Entonces, \(\vec{u}\) y \(\vec{w}\) tienen la misma dirección y el mismo sentido, pero distinto módulo.
Calculamos sus módulos:
\[ |\vec{u}|=\sqrt{2^2+1^2}=\sqrt{5} \]
\[ |\vec{w}|=\sqrt{4^2+2^2}=\sqrt{20}=2\sqrt{5} \]
El vector \(\vec{w}\) mide el doble que \(\vec{u}\), pero apunta hacia la misma dirección.
Vectores con la misma dirección
Dos vectores tienen la misma dirección si uno se puede obtener multiplicando el otro por un número real distinto de cero.
Si
\[ \vec{u}=k\vec{v}, \]
entonces \(\vec{u}\) y \(\vec{v}\) son vectores paralelos.
- Si \(k>0\), tienen el mismo sentido.
- Si \(k<0\), tienen sentidos opuestos.
Ejemplo 3: misma dirección, sentidos opuestos
Consideremos los vectores:
\[ \vec{a}=(3,-6) \qquad \vec{b}=(-1,2) \]
Podemos escribir:
\[ \vec{a}=-3\vec{b} \]
ya que:
\[ -3(-1,2)=(3,-6) \]
Como el número multiplicador es negativo, los vectores tienen la misma dirección, pero sentidos opuestos.
Error frecuente
No basta con mirar si las componentes tienen números parecidos.
Por ejemplo, los vectores
\[ (2,3) \qquad (4,5) \]
no tienen la misma dirección, porque no existe un mismo número \(k\) que multiplique ambas componentes de \((2,3)\) para obtener \((4,5)\).
En cambio:
\[ (4,6)=2(2,3) \]
sí tiene la misma dirección que \((2,3)\).
Ejercicio 1
Calcula el módulo del vector \(\vec{v}=(6,8)\) y determina aproximadamente el ángulo que forma con el eje \(x\) positivo.
Primero calculamos el módulo:
\[ |\vec{v}|=\sqrt{6^2+8^2} \]
\[ |\vec{v}|=\sqrt{36+64}=\sqrt{100}=10 \]
Luego usamos la relación:
\[ \tan(\theta)=\frac{b}{a} \]
Como \(\vec{v}=(6,8)\), se tiene:
\[ \tan(\theta)=\frac{8}{6}=\frac{4}{3} \]
Por lo tanto:
\[ \theta \approx 53{,}1^\circ \]
El vector tiene módulo \(10\) y forma un ángulo aproximado de \(53{,}1^\circ\) con el eje \(x\) positivo.
Ejercicio 2
Determina si los vectores \(\vec{u}=(3,5)\) y \(\vec{w}=(6,10)\) tienen la misma dirección. Justifica.
Comparamos las componentes.
Observamos que:
\[ 2(3,5)=(6,10) \]
Entonces:
\[ \vec{w}=2\vec{u} \]
Como \(\vec{w}\) se obtiene multiplicando \(\vec{u}\) por un número positivo, ambos vectores tienen la misma dirección y el mismo sentido.
Ejercicio 3
Determina si los vectores \(\vec{a}=(-2,4)\) y \(\vec{b}=(1,-2)\) tienen la misma dirección. Indica si tienen el mismo sentido o sentidos opuestos.
Buscamos si uno de los vectores es múltiplo del otro.
Observamos que:
\[ -2(1,-2)=(-2,4) \]
Por lo tanto:
\[ \vec{a}=-2\vec{b} \]
Como el número multiplicador es negativo, los vectores tienen la misma dirección, pero sentidos opuestos.
Ejercicio 4
Un estudiante afirma que los vectores \((2,4)\) y \((3,6)\) tienen la misma dirección porque ambos tienen componentes positivas. ¿Es correcta su afirmación? Justifica.
La afirmación es incompleta: tener componentes positivas no basta para asegurar que dos vectores tienen la misma dirección.
En este caso particular, sí tienen la misma dirección, pero no por tener componentes positivas, sino porque uno es múltiplo del otro.
Observamos que:
\[ \frac{3}{2}=1{,}5 \qquad \frac{6}{4}=1{,}5 \]
Entonces:
\[ (3,6)=1{,}5(2,4) \]
Por lo tanto, los vectores tienen la misma dirección y el mismo sentido. La justificación correcta es que uno es múltiplo positivo del otro.
Para continuar
La dirección de un vector permite comparar desplazamientos que apuntan hacia una misma línea, aunque tengan distinta longitud. En la siguiente página se puede profundizar en el vector unitario, que conserva la dirección y el sentido de un vector, pero tiene módulo \(1\).
7. Operaciones con vectores
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
Calcula las siguientes sumas y restas de vectores:
- \((3,2)+(4,1)\)
- \((-5,3)+(2,-7)\)
- \((8,-2)-(3,5)\)
- \((-4,-6)-(-1,2)\)
Operamos componente a componente.
- \((3,2)+(4,1)=(3+4,\;2+1)=(7,3)\)
- \((-5,3)+(2,-7)=(-5+2,\;3+(-7))=(-3,-4)\)
- \((8,-2)-(3,5)=(8-3,\;-2-5)=(5,-7)\)
- \((-4,-6)-(-1,2)=(-4-(-1),\;-6-2)=(-3,-8)\)
Los resultados son \((7,3)\), \((-3,-4)\), \((5,-7)\) y \((-3,-8)\).
Ejercicio 2
Observa la figura. Calcula \(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}\) y verifica que coincide con \(\overrightarrow{AC}\).
Calculamos cada vector:
\[ \overrightarrow{AB}=(3-(-1),\;2-1)=(4,1) \]
\[ \overrightarrow{BC}=(5-3,\;6-2)=(2,4) \]
Sumamos:
\[ \overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}=(4,1)+(2,4)=(6,5) \]
Ahora calculamos directamente:
\[ \overrightarrow{AC}=(5-(-1),\;6-1)=(6,5) \]
Por lo tanto, \(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{AC}=(6,5)\).
Ejercicio 3
Calcula:
- Si \(\vec{u}=(4,-2)\), calcula \(3\vec{u}\).
- Si \(\vec{v}=(-6,9)\), calcula \(\frac{1}{3}\vec{v}\).
- Si \(\vec{w}=(5,1)\), calcula \(-2\vec{w}\).
- Si \(\vec{z}=(-8,-4)\), calcula \(-\frac{1}{2}\vec{z}\).
Multiplicamos cada componente por el escalar correspondiente.
- \(3\vec{u}=3(4,-2)=(12,-6)\)
- \(\frac{1}{3}\vec{v}=\frac{1}{3}(-6,9)=(-2,3)\)
- \(-2\vec{w}=-2(5,1)=(-10,-2)\)
- \(-\frac{1}{2}\vec{z}=-\frac{1}{2}(-8,-4)=(4,2)\)
Los resultados son \((12,-6)\), \((-2,3)\), \((-10,-2)\) y \((4,2)\).
Ejercicio 4
Un vector comienza en el punto indicado y tiene las coordenadas dadas. Determina el punto donde termina.
- Comienza en \(A=(2,1)\) y tiene coordenadas \((3,4)\).
- Comienza en \(B=(-1,5)\) y tiene coordenadas \((4,-2)\).
- Comienza en \(C=(6,-3)\) y tiene coordenadas \((-5,1)\).
- Comienza en \(D=(-4,-2)\) y tiene coordenadas \((-2,-3)\).
Para encontrar el punto final, sumamos componente a componente.
- \((2,1)+(3,4)=(5,5)\)
- \((-1,5)+(4,-2)=(3,3)\)
- \((6,-3)+(-5,1)=(1,-2)\)
- \((-4,-2)+(-2,-3)=(-6,-5)\)
Los puntos finales son \((5,5)\), \((3,3)\), \((1,-2)\) y \((-6,-5)\).
Ejercicio 5
Un vector tiene las coordenadas dadas y termina en el punto indicado. Determina el punto donde comenzó.
- \(\vec{v}=(3,2)\) termina en \(Q=(7,5)\).
- \(\vec{u}=(-4,1)\) termina en \(R=(2,6)\).
- \(\vec{w}=(5,-3)\) termina en \(S=(8,-1)\).
- \(\vec{z}=(-2,-6)\) termina en \(T=(-5,-4)\).
Para encontrar el punto inicial, restamos el vector al punto final.
- \((7,5)-(3,2)=(4,3)\)
- \((2,6)-(-4,1)=(6,5)\)
- \((8,-1)-(5,-3)=(3,2)\)
- \((-5,-4)-(-2,-6)=(-3,2)\)
Los puntos iniciales son \((4,3)\), \((6,5)\), \((3,2)\) y \((-3,2)\).
Ejercicio 6
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.
La afirmación no es correcta. Al multiplicar un vector por un escalar, se deben multiplicar todas sus componentes.
Como \(\vec{u}=(3,-5)\), entonces:
\[ 2\vec{u}=2(3,-5)=(2\cdot 3,\;2\cdot (-5))=(6,-10) \]
El resultado \((6,-5)\) es incorrecto porque no se multiplicó la segunda componente.
La respuesta correcta es \(2\vec{u}=(6,-10)\).
8. Vector unitario en el plano
Objetivo de aprendizaje
- Determinar e interpretar el vector unitario asociado a un vector no nulo, reconociendo que conserva su dirección y sentido, pero tiene módulo \(1\).
Idea inicial
En la página anterior se estudió que un vector puede describirse mediante sus componentes, su módulo y su dirección.
Ahora estudiaremos un vector especial: el vector unitario.
Un vector unitario es un vector que tiene módulo \(1\). Sirve para indicar una dirección y un sentido sin importar la longitud original del vector.
Definición de vector unitario
Sea \(\vec{v}\) un vector distinto del vector cero. El vector unitario asociado a \(\vec{v}\) se define como:
\[ \hat{v}=\frac{\vec{v}}{|\vec{v}|} \]
Esto significa que cada componente del vector se divide por su módulo.
Si \(\vec{v}=(a,b)\), entonces:
\[ \hat{v}=\left(\frac{a}{|\vec{v}|},\frac{b}{|\vec{v}|}\right) \]
Atención
El vector cero \(\vec{0}=(0,0)\) no tiene vector unitario asociado.
Esto ocurre porque su módulo es \(0\), y no se puede dividir por cero:
\[ \frac{\vec{0}}{|\vec{0}|}=\frac{(0,0)}{0} \]
Ejemplo 1: vector unitario asociado a \(\vec{v}=(3,4)\)
Consideremos el vector:
\[ \vec{v}=(3,4) \]
Primero calculamos su módulo:
\[ |\vec{v}|=\sqrt{3^2+4^2} \]
\[ |\vec{v}|=\sqrt{9+16}=\sqrt{25}=5 \]
Luego dividimos cada componente por el módulo:
\[ \hat{v}=\frac{\vec{v}}{|\vec{v}|} \]
\[ \hat{v}=\left(\frac{3}{5},\frac{4}{5}\right) \]
Por lo tanto, el vector unitario asociado a \(\vec{v}\) es:
\[ \hat{v}=\left(\frac{3}{5},\frac{4}{5}\right) \]
Este vector tiene la misma dirección y el mismo sentido que \(\vec{v}\), pero su módulo es \(1\).
Ejemplo 2: comprobar que el vector obtenido es unitario
En el ejemplo anterior se obtuvo:
\[ \hat{v}=\left(\frac{3}{5},\frac{4}{5}\right) \]
Para comprobar que es unitario, calculamos su módulo:
\[ |\hat{v}|=\sqrt{\left(\frac{3}{5}\right)^2+\left(\frac{4}{5}\right)^2} \]
\[ |\hat{v}|=\sqrt{\frac{9}{25}+\frac{16}{25}} \]
\[ |\hat{v}|=\sqrt{\frac{25}{25}}=\sqrt{1}=1 \]
Por lo tanto, efectivamente \(\hat{v}\) es un vector unitario.
Interpretación geométrica
Calcular un vector unitario no cambia la dirección ni el sentido del vector original.
Lo que cambia es su módulo: el nuevo vector queda con longitud \(1\).
Por eso, el vector unitario permite representar solo la dirección y el sentido de un desplazamiento.
Ejemplo 3: vector unitario con componentes negativas
Consideremos el vector:
\[ \vec{u}=(-5,12) \]
Calculamos su módulo:
\[ |\vec{u}|=\sqrt{(-5)^2+12^2} \]
\[ |\vec{u}|=\sqrt{25+144}=\sqrt{169}=13 \]
Dividimos cada componente por \(13\):
\[ \hat{u}=\left(\frac{-5}{13},\frac{12}{13}\right) \]
Entonces:
\[ \hat{u}=\left(-\frac{5}{13},\frac{12}{13}\right) \]
Este vector unitario apunta hacia la izquierda y hacia arriba, igual que el vector original.
Procedimiento
- Identifica las componentes del vector \(\vec{v}=(a,b)\).
- Calcula su módulo usando \( |\vec{v}|=\sqrt{a^2+b^2} \).
- Divide cada componente por el módulo.
- Verifica, si es necesario, que el módulo del vector obtenido sea \(1\).
Error frecuente
No se debe dividir el vector por la suma de sus componentes.
Por ejemplo, si \(\vec{v}=(3,4)\), no corresponde hacer:
\[ \left(\frac{3}{7},\frac{4}{7}\right) \]
Lo correcto es dividir por el módulo:
\[ |\vec{v}|=5 \]
Entonces:
\[ \hat{v}=\left(\frac{3}{5},\frac{4}{5}\right) \]
Ejercicio 1
Calcula el vector unitario asociado a \(\vec{v}=(6,8)\).
Primero calculamos el módulo de \(\vec{v}\):
\[ |\vec{v}|=\sqrt{6^2+8^2} \]
\[ |\vec{v}|=\sqrt{36+64}=\sqrt{100}=10 \]
Luego dividimos cada componente por \(10\):
\[ \hat{v}=\left(\frac{6}{10},\frac{8}{10}\right) \]
Simplificando:
\[ \hat{v}=\left(\frac{3}{5},\frac{4}{5}\right) \]
Por lo tanto, el vector unitario asociado a \(\vec{v}\) es:
\[ \hat{v}=\left(\frac{3}{5},\frac{4}{5}\right) \]
Ejercicio 2
Calcula el vector unitario asociado a \(\vec{u}=(-12,5)\).
Primero calculamos el módulo:
\[ |\vec{u}|=\sqrt{(-12)^2+5^2} \]
\[ |\vec{u}|=\sqrt{144+25}=\sqrt{169}=13 \]
Dividimos cada componente por \(13\):
\[ \hat{u}=\left(\frac{-12}{13},\frac{5}{13}\right) \]
Entonces:
\[ \hat{u}=\left(-\frac{12}{13},\frac{5}{13}\right) \]
El vector unitario tiene la misma dirección y sentido que \(\vec{u}\), pero módulo \(1\).
Ejercicio 3
Verifica si el vector \(\vec{a}=\left(\frac{8}{17},\frac{15}{17}\right)\) es unitario.
Para verificar si es unitario, calculamos su módulo:
\[ |\vec{a}|=\sqrt{\left(\frac{8}{17}\right)^2+\left(\frac{15}{17}\right)^2} \]
\[ |\vec{a}|=\sqrt{\frac{64}{289}+\frac{225}{289}} \]
\[ |\vec{a}|=\sqrt{\frac{289}{289}} \]
\[ |\vec{a}|=\sqrt{1}=1 \]
Por lo tanto, \(\vec{a}\) sí es un vector unitario.
Ejercicio 4
Un estudiante afirma que el vector unitario asociado a \(\vec{w}=(4,3)\) es \(\left(\frac{4}{7},\frac{3}{7}\right)\), porque \(4+3=7\). ¿Es correcta su afirmación? Justifica y corrige si es necesario.
La afirmación no es correcta, porque para calcular un vector unitario se divide por el módulo del vector, no por la suma de sus componentes.
Calculamos el módulo de \(\vec{w}\):
\[ |\vec{w}|=\sqrt{4^2+3^2} \]
\[ |\vec{w}|=\sqrt{16+9}=\sqrt{25}=5 \]
Ahora dividimos cada componente por \(5\):
\[ \hat{w}=\left(\frac{4}{5},\frac{3}{5}\right) \]
Por lo tanto, el vector unitario correcto es:
\[ \hat{w}=\left(\frac{4}{5},\frac{3}{5}\right) \]
Ejercicio 5
Explica por qué el vector \(\vec{0}=(0,0)\) no tiene vector unitario asociado.
Para calcular el vector unitario asociado a un vector \(\vec{v}\), usamos:
\[ \hat{v}=\frac{\vec{v}}{|\vec{v}|} \]
Si \(\vec{v}=(0,0)\), entonces su módulo es:
\[ |\vec{v}|=\sqrt{0^2+0^2}=0 \]
Por lo tanto, habría que dividir por \(0\):
\[ \frac{(0,0)}{0} \]
Como la división por cero no está definida, el vector cero no tiene vector unitario asociado.
Además, el vector cero no determina una dirección específica.
Para continuar
El vector unitario permite separar la dirección de la longitud. En la siguiente página se puede estudiar cómo reconocer perpendicularidad entre vectores usando una herramienta algebraica llamada producto punto.
9. Producto punto y perpendicularidad entre vectores
Objetivo de aprendizaje
- Calcular el producto punto entre dos vectores del plano e interpretarlo como una herramienta para reconocer perpendicularidad.
Idea inicial
En las páginas anteriores se estudió que los vectores tienen componentes, módulo, dirección y sentido.
Ahora veremos una operación entre dos vectores llamada producto punto. Esta operación entrega un número y permite reconocer si dos vectores son perpendiculares.
Producto punto en el plano
Si
\[ \vec{u}=(a,b) \qquad \vec{v}=(c,d), \]
entonces el producto punto entre \(\vec{u}\) y \(\vec{v}\) se define como:
\[ \vec{u}\cdot\vec{v}=ac+bd \]
Es decir, se multiplican las componentes correspondientes y luego se suman los resultados.
Ejemplo 1: calcular un producto punto
Sean los vectores:
\[ \vec{u}=(2,5) \qquad \vec{v}=(3,-1) \]
Calculamos:
\[ \vec{u}\cdot\vec{v}=2\cdot3+5\cdot(-1) \]
\[ \vec{u}\cdot\vec{v}=6-5=1 \]
Por lo tanto:
\[ \vec{u}\cdot\vec{v}=1 \]
El resultado del producto punto es un número, no un vector.
Criterio de perpendicularidad
Dos vectores no nulos son perpendiculares si su producto punto es igual a cero.
\[ \vec{u}\perp\vec{v} \quad \Longleftrightarrow \quad \vec{u}\cdot\vec{v}=0 \]
Este criterio permite verificar perpendicularidad usando solo las componentes de los vectores.
Ejemplo 2: vectores perpendiculares
Sean los vectores:
\[ \vec{a}=(3,2) \qquad \vec{b}=(2,-3) \]
Calculamos el producto punto:
\[ \vec{a}\cdot\vec{b}=3\cdot2+2\cdot(-3) \]
\[ \vec{a}\cdot\vec{b}=6-6=0 \]
Como el producto punto es \(0\), los vectores son perpendiculares:
\[ \vec{a}\perp\vec{b} \]
Ejemplo 3: vectores que no son perpendiculares
Sean los vectores:
\[ \vec{p}=(4,1) \qquad \vec{q}=(2,3) \]
Calculamos:
\[ \vec{p}\cdot\vec{q}=4\cdot2+1\cdot3 \]
\[ \vec{p}\cdot\vec{q}=8+3=11 \]
Como el producto punto no es \(0\), los vectores no son perpendiculares.
Relación con el ángulo entre vectores
El producto punto también se relaciona con el ángulo \(\theta\) que forman dos vectores:
\[ \vec{u}\cdot\vec{v}=|\vec{u}||\vec{v}|\cos(\theta) \]
Si dos vectores son perpendiculares, entonces forman un ángulo de \(90^\circ\).
Como
\[ \cos(90^\circ)=0, \]
se obtiene:
\[ \vec{u}\cdot\vec{v}=0 \]
Por eso el producto punto igual a cero permite reconocer perpendicularidad.
Ejemplo 4: encontrar un valor para que dos vectores sean perpendiculares
Determina el valor de \(k\) para que los vectores
\[ \vec{u}=(k,4) \qquad \vec{v}=(2,-3) \]
sean perpendiculares.
Para que sean perpendiculares, debe cumplirse:
\[ \vec{u}\cdot\vec{v}=0 \]
Calculamos:
\[ (k,4)\cdot(2,-3)=2k+4(-3) \]
\[ 2k-12=0 \]
Resolviendo:
\[ 2k=12 \]
\[ k=6 \]
Por lo tanto, si \(k=6\), los vectores son perpendiculares.
Error frecuente
No confundas el producto punto con la multiplicación por escalar.
La multiplicación por escalar produce un vector:
\[ 3(2,5)=(6,15) \]
En cambio, el producto punto entre dos vectores produce un número:
\[ (2,5)\cdot(3,-1)=1 \]
Procedimiento
- Identifica las componentes de ambos vectores.
- Multiplica las primeras componentes entre sí.
- Multiplica las segundas componentes entre sí.
- Suma ambos productos.
- Si el resultado es \(0\), los vectores son perpendiculares.
Ejercicio 1
Calcula el producto punto entre los vectores \(\vec{u}=(5,-2)\) y \(\vec{v}=(3,4)\).
Usamos la fórmula:
\[ \vec{u}\cdot\vec{v}=ac+bd \]
Como \(\vec{u}=(5,-2)\) y \(\vec{v}=(3,4)\), se tiene:
\[ \vec{u}\cdot\vec{v}=5\cdot3+(-2)\cdot4 \]
\[ \vec{u}\cdot\vec{v}=15-8=7 \]
Por lo tanto:
\[ \vec{u}\cdot\vec{v}=7 \]
Ejercicio 2
Determina si los vectores \(\vec{a}=(4,3)\) y \(\vec{b}=(6,-8)\) son perpendiculares.
Calculamos el producto punto:
\[ \vec{a}\cdot\vec{b}=4\cdot6+3\cdot(-8) \]
\[ \vec{a}\cdot\vec{b}=24-24=0 \]
Como el producto punto es \(0\), los vectores son perpendiculares.
\[ \vec{a}\perp\vec{b} \]
Ejercicio 3
Determina si los vectores \(\vec{p}=(-1,7)\) y \(\vec{q}=(3,2)\) son perpendiculares.
Calculamos:
\[ \vec{p}\cdot\vec{q}=(-1)\cdot3+7\cdot2 \]
\[ \vec{p}\cdot\vec{q}=-3+14=11 \]
Como el producto punto no es \(0\), los vectores no son perpendiculares.
Ejercicio 4
Encuentra el valor de \(k\) para que los vectores \(\vec{u}=(3,k)\) y \(\vec{v}=(4,-6)\) sean perpendiculares.
Para que sean perpendiculares, debe cumplirse:
\[ \vec{u}\cdot\vec{v}=0 \]
Calculamos:
\[ (3,k)\cdot(4,-6)=3\cdot4+k\cdot(-6) \]
\[ 12-6k=0 \]
Resolviendo:
\[ -6k=-12 \]
\[ k=2 \]
Por lo tanto, el valor que permite que los vectores sean perpendiculares es:
\[ k=2 \]
Ejercicio 5
Un estudiante afirma que los vectores \((2,6)\) y \((3,-1)\) son perpendiculares porque una componente es positiva y la otra es negativa. ¿Es correcta su afirmación? Justifica.
La afirmación no es correcta. Para verificar perpendicularidad se debe calcular el producto punto.
Calculamos:
\[ (2,6)\cdot(3,-1)=2\cdot3+6\cdot(-1) \]
\[ (2,6)\cdot(3,-1)=6-6=0 \]
En este caso, los vectores sí son perpendiculares, pero no por la razón indicada por el estudiante.
La justificación correcta es que su producto punto es igual a cero.
Para continuar
El producto punto permite estudiar perpendicularidad en el plano y también será útil más adelante para analizar relaciones entre vectores en el espacio.
10. Del plano al espacio
Objetivo de la página
- Comprender cómo se representan vectores en 3D mediante tres componentes y relacionarlos con vectores en 2D.
Del plano al espacio
En 2D, un vector se representa mediante dos componentes:
\[ \vec{v}=(a,b) \]
La primera componente indica el desplazamiento en el eje \(x\), y la segunda componente indica el desplazamiento en el eje \(y\).
En 3D aparece una tercera dirección, asociada al eje \(z\). Por eso, un vector en el espacio se representa mediante tres componentes:
\[ \vec{v}=(a,b,c) \]
Componentes de un vector en 3D
Si \(\vec{v}=(a,b,c)\), entonces:
- \(a\) representa el desplazamiento en el eje \(x\).
- \(b\) representa el desplazamiento en el eje \(y\).
- \(c\) representa el desplazamiento en el eje \(z\).
La lógica es la misma que en 2D, pero ahora se incorpora una tercera componente.
Ejemplo 1: interpretar el vector \(\overrightarrow{OP}=(4,2,3)\)
Consideremos el vector:
\[ \overrightarrow{OP}=(4,2,3) \]
Este vector representa un desplazamiento desde el origen \(O=(0,0,0)\) hasta el punto \(P=(4,2,3)\).
El vector \(\overrightarrow{OP}=(4,2,3)\) indica que, desde el origen, se avanza:
- 4 unidades en la dirección del eje \(x\),
- 2 unidades en la dirección del eje \(y\),
- 3 unidades en la dirección del eje \(z\).
Por lo tanto, el punto final del desplazamiento es:
\[ P=(4,2,3) \]
Idea clave
Un vector en 3D conserva la misma idea de desplazamiento que un vector en 2D.
La diferencia es que ahora el desplazamiento puede ocurrir en tres direcciones independientes: \(x\), \(y\) y \(z\).
Ejemplo 2: comparación entre 2D y 3D
| Tipo de vector | Forma | Interpretación |
|---|---|---|
| Vector en 2D | \((3,5)\) | 3 unidades en \(x\) y 5 unidades en \(y\). |
| Vector en 3D | \((3,5,2)\) | 3 unidades en \(x\), 5 unidades en \(y\) y 2 unidades en \(z\). |
El vector en 3D necesita una tercera componente porque describe desplazamientos en el espacio, no solo en el plano.
Ejemplo 3: vector entre dos puntos en 3D
Sean los puntos:
\[ A=(1,2,3) \qquad B=(5,4,8) \]
Para calcular \(\overrightarrow{AB}\), restamos punto final menos punto inicial, componente a componente:
\[ \overrightarrow{AB}=(5-1,\;4-2,\;8-3) \]
\[ \overrightarrow{AB}=(4,2,5) \]
Esto significa que para ir desde \(A\) hasta \(B\), el desplazamiento cambia 4 unidades en \(x\), 2 unidades en \(y\) y 5 unidades en \(z\).
Vector entre dos puntos en 3D
Si \(A=(x_A,y_A,z_A)\) y \(B=(x_B,y_B,z_B)\), entonces:
\[ \overrightarrow{AB}=(x_B-x_A,\;y_B-y_A,\;z_B-z_A) \]
Es la misma regla usada en 2D, pero agregando la resta de la tercera componente.
Error frecuente
No olvides la tercera componente al trabajar en 3D.
Por ejemplo, si \(A=(1,2,3)\) y \(B=(5,4,8)\), no basta con calcular:
\[ (5-1,\;4-2) \]
También se debe considerar:
\[ 8-3 \]
Ejercicio 1
Interpreta con palabras cada vector en 3D:
- \(\vec{u}=(3,2,5)\)
- \(\vec{v}=(-4,1,6)\)
- \(\vec{w}=(2,-3,-1)\)
- \(\vec{z}=(-5,-2,4)\)
Interpretamos cada componente según el eje correspondiente.
- \(\vec{u}=(3,2,5)\): 3 unidades en \(x\), 2 en \(y\) y 5 en \(z\).
- \(\vec{v}=(-4,1,6)\): 4 unidades en sentido negativo de \(x\), 1 en \(y\) y 6 en \(z\).
- \(\vec{w}=(2,-3,-1)\): 2 unidades en \(x\), 3 en sentido negativo de \(y\) y 1 en sentido negativo de \(z\).
- \(\vec{z}=(-5,-2,4)\): 5 unidades en sentido negativo de \(x\), 2 en sentido negativo de \(y\) y 4 en \(z\).
Cada vector se interpreta leyendo sus componentes en el orden \((x,y,z)\).
Ejercicio 2
Escribe el vector en 3D que representa cada desplazamiento:
- Avanzar 4 unidades en \(x\), 3 unidades en \(y\) y 2 unidades en \(z\).
- Avanzar 5 unidades en sentido negativo de \(x\), 1 unidad en \(y\) y 6 unidades en \(z\).
- Avanzar 2 unidades en \(x\), 4 unidades en sentido negativo de \(y\) y 3 unidades en sentido negativo de \(z\).
- Avanzar 1 unidad en sentido negativo de \(x\), 2 unidades en sentido negativo de \(y\) y 5 unidades en \(z\).
Escribimos las componentes en el orden \(x,y,z\).
- \((4,3,2)\)
- \((-5,1,6)\)
- \((2,-4,-3)\)
- \((-1,-2,5)\)
Los vectores son \((4,3,2)\), \((-5,1,6)\), \((2,-4,-3)\) y \((-1,-2,5)\).
Ejercicio 3
Calcula las coordenadas de cada vector en 3D:
- \(A=(1,2,3)\), \(B=(4,6,8)\). Calcula \(\overrightarrow{AB}\).
- \(C=(-2,1,5)\), \(D=(3,4,2)\). Calcula \(\overrightarrow{CD}\).
- \(E=(5,-1,0)\), \(F=(2,3,-4)\). Calcula \(\overrightarrow{EF}\).
- \(G=(-3,-2,6)\), \(H=(-7,1,10)\). Calcula \(\overrightarrow{GH}\).
Usamos:
\[ \overrightarrow{AB}=(x_B-x_A,\;y_B-y_A,\;z_B-z_A) \]
- \(\overrightarrow{AB}=(4-1,\;6-2,\;8-3)=(3,4,5)\)
- \(\overrightarrow{CD}=(3-(-2),\;4-1,\;2-5)=(5,3,-3)\)
- \(\overrightarrow{EF}=(2-5,\;3-(-1),\;-4-0)=(-3,4,-4)\)
- \(\overrightarrow{GH}=(-7-(-3),\;1-(-2),\;10-6)=(-4,3,4)\)
Los vectores son \((3,4,5)\), \((5,3,-3)\), \((-3,4,-4)\) y \((-4,3,4)\).
Ejercicio 4
Un estudiante afirma que para calcular un vector en 3D basta con restar las coordenadas \(x\) e \(y\), porque el eje \(z\) solo sirve para dibujar profundidad.
¿Es correcta su afirmación? Justifica.
La afirmación no es correcta. En 3D, la tercera componente también forma parte del vector.
Un vector en el espacio tiene la forma:
\[ (x,y,z) \]
Por ejemplo, si \(A=(1,2,3)\) y \(B=(4,6,8)\), entonces:
\[ \overrightarrow{AB}=(4-1,\;6-2,\;8-3)=(3,4,5) \]
La componente \(5\) en \(z\) es parte del desplazamiento.
La afirmación es falsa: en 3D se deben considerar las tres componentes.
11. Distancia y desplazamiento en el espacio
Objetivo de la página
- Calcular e interpretar la distancia y el desplazamiento entre puntos del espacio usando vectores en 3D.
Distancia y desplazamiento en el espacio
En 3D, un vector puede representar el desplazamiento desde un punto inicial hasta un punto final.
Si el vector es:
\[ \vec{v}=(a,b,c) \]
entonces sus componentes indican cuánto cambia la posición en los ejes \(x\), \(y\) y \(z\).
La distancia recorrida en línea recta corresponde al módulo de ese vector.
Módulo de un vector en 3D
Si \(\vec{v}=(a,b,c)\), entonces:
\[ |\vec{v}|=\sqrt{a^2+b^2+c^2} \]
Esta fórmula extiende la idea del módulo en 2D, agregando la tercera componente.
Ejemplo 1: desplazamiento en una caja 3D
La siguiente figura representa un desplazamiento en el espacio. El vector \(\overrightarrow{OP}\) tiene componentes:
\[ \overrightarrow{OP}=(4,4,2) \]
Para calcular la distancia real en el espacio usamos las componentes del vector:
\[ |\overrightarrow{OP}|=\sqrt{4^2+4^2+2^2} \]
\[ |\overrightarrow{OP}|=\sqrt{16+16+4} \]
\[ |\overrightarrow{OP}|=\sqrt{36}=6 \]
Por lo tanto, la distancia desde \(O\) hasta \(P\) es \(6\) unidades.
Distancia entre dos puntos en 3D
Si \(A=(x_A,y_A,z_A)\) y \(B=(x_B,y_B,z_B)\), entonces:
\[ \overrightarrow{AB}=(x_B-x_A,\;y_B-y_A,\;z_B-z_A) \]
La distancia entre \(A\) y \(B\) es el módulo de ese vector:
\[ d(A,B)=|\overrightarrow{AB}|=\sqrt{(x_B-x_A)^2+(y_B-y_A)^2+(z_B-z_A)^2} \]
Ejemplo 2: distancia entre dos puntos del espacio
Sean los puntos:
\[ A=(1,2,3) \qquad B=(5,5,15) \]
Primero calculamos el vector:
\[ \overrightarrow{AB}=(5-1,\;5-2,\;15-3) \]
\[ \overrightarrow{AB}=(4,3,12) \]
Luego calculamos su módulo:
\[ |\overrightarrow{AB}|=\sqrt{4^2+3^2+12^2} \]
\[ |\overrightarrow{AB}|=\sqrt{16+9+144} \]
\[ |\overrightarrow{AB}|=\sqrt{169}=13 \]
Por lo tanto, la distancia entre \(A\) y \(B\) es \(13\) unidades.
Idea clave
El vector \(\overrightarrow{AB}\) describe el desplazamiento desde \(A\) hasta \(B\).
La distancia entre \(A\) y \(B\) corresponde a la longitud de ese desplazamiento:
\[ d(A,B)=|\overrightarrow{AB}| \]
Error frecuente
No confundas desplazamiento con distancia.
El desplazamiento es un vector, por ejemplo:
\[ \overrightarrow{AB}=(4,3,12) \]
La distancia es un número positivo:
\[ |\overrightarrow{AB}|=13 \]
Ejercicio 1
Calcula el módulo de cada vector en 3D:
- \(\vec{u}=(2,3,6)\)
- \(\vec{v}=(-4,0,3)\)
- \(\vec{w}=(1,-2,2)\)
- \(\vec{z}=(-6,-2,-3)\)
Usamos:
\[ |\vec{v}|=\sqrt{a^2+b^2+c^2} \]
-
\[ |\vec{u}|=\sqrt{2^2+3^2+6^2}=\sqrt{4+9+36}=\sqrt{49}=7 \]
-
\[ |\vec{v}|=\sqrt{(-4)^2+0^2+3^2}=\sqrt{16+0+9}=\sqrt{25}=5 \]
-
\[ |\vec{w}|=\sqrt{1^2+(-2)^2+2^2}=\sqrt{1+4+4}=\sqrt{9}=3 \]
-
\[ |\vec{z}|=\sqrt{(-6)^2+(-2)^2+(-3)^2}=\sqrt{36+4+9}=\sqrt{49}=7 \]
Los módulos son \(7\), \(5\), \(3\) y \(7\), respectivamente.
Ejercicio 2
Calcula \(\overrightarrow{AB}\) y luego la distancia entre los puntos:
- \(A=(1,2,0)\), \(B=(5,5,0)\)
- \(A=(-1,2,1)\), \(B=(2,6,13)\)
- \(A=(4,-2,5)\), \(B=(0,1,5)\)
- \(A=(-3,-1,2)\), \(B=(-1,1,4)\)
Calculamos primero el vector \(\overrightarrow{AB}\) y luego su módulo.
-
\[ \overrightarrow{AB}=(5-1,\;5-2,\;0-0)=(4,3,0) \]
\[ d(A,B)=\sqrt{4^2+3^2+0^2}=5 \]
-
\[ \overrightarrow{AB}=(2-(-1),\;6-2,\;13-1)=(3,4,12) \]
\[ d(A,B)=\sqrt{3^2+4^2+12^2}=\sqrt{169}=13 \]
-
\[ \overrightarrow{AB}=(0-4,\;1-(-2),\;5-5)=(-4,3,0) \]
\[ d(A,B)=\sqrt{(-4)^2+3^2+0^2}=5 \]
-
\[ \overrightarrow{AB}=(-1-(-3),\;1-(-1),\;4-2)=(2,2,2) \]
\[ d(A,B)=\sqrt{2^2+2^2+2^2}=\sqrt{12}=2\sqrt{3} \]
Las distancias son \(5\), \(13\), \(5\) y \(2\sqrt{3}\), respectivamente.
Ejercicio 3
Un desplazamiento en el espacio tiene componentes \(6\) en \(x\), \(2\) en \(y\) y \(3\) en \(z\).
- Escribe el vector que representa el desplazamiento.
- Calcula la distancia recorrida en línea recta.
El vector se escribe respetando el orden de las componentes:
\[ \vec{v}=(6,2,3) \]
La distancia recorrida en línea recta es el módulo del vector:
\[ |\vec{v}|=\sqrt{6^2+2^2+3^2} \]
\[ |\vec{v}|=\sqrt{36+4+9} \]
\[ |\vec{v}|=\sqrt{49}=7 \]
El vector es \((6,2,3)\) y la distancia recorrida es \(7\) unidades.
Ejercicio 4
Un estudiante afirma que si \(\overrightarrow{AB}=(-3,4,-12)\), entonces la distancia entre \(A\) y \(B\) es \(-13\), porque una de las componentes es negativa.
¿Es correcta su afirmación? Justifica.
La afirmación no es correcta. La distancia siempre es un número mayor o igual que cero.
Calculamos el módulo del vector:
\[ |\overrightarrow{AB}|=\sqrt{(-3)^2+4^2+(-12)^2} \]
\[ |\overrightarrow{AB}|=\sqrt{9+16+144} \]
\[ |\overrightarrow{AB}|=\sqrt{169}=13 \]
Las componentes negativas indican sentido en ciertos ejes, pero no hacen que la distancia sea negativa.
La afirmación es falsa: la distancia entre \(A\) y \(B\) es \(13\) unidades.