Libro de geometria analitica rectas y circunsferencia
| Sitio: | MATEMÁTICAS × Profe Arauco |
| Curso: | Media 4 |
| Libro: | Libro de geometria analitica rectas y circunsferencia |
| Imprimido por: | Invitado |
| Día: | jueves, 23 de julio de 2026, 19:09 |
Tabla de contenidos
- 1. Recordatorio del plano cartesiano y lectura geométrica de rectas
- 2. Pendiente e interpretación
- 3. Ecuación de la recta y relación con función lineal y afín
- 4. Costos, ingresos y punto de equilibrio con rectas
- 5. Condiciones de paralelismo e intersección entre rectas
- 6. Paso entre ecuación cartesiana y ecuación general de la recta
- 7. Distancia entre puntos y punto medio
- 8. Ecuación de la circunferencia y lectura de centro/radio
- 9. Traslaciones y movimientos de circunferencias en el plano
- 10. Puntos de encuentro con circunferencias
- 11. Recta y circunferencia: secante, tangente y exterior
- 12. Seguridad en el trabajo: tangente y zona segura
- 13. Problemas integrados con rectas y circunferencias
1. Recordatorio del plano cartesiano y lectura geométrica de rectas
Recordatorio del plano cartesiano y lectura geométrica de rectas
Inicio
Antes de estudiar con más detalle la pendiente y las ecuaciones de la recta, conviene recordar algunas ideas fundamentales del plano cartesiano.
En esta página revisaremos cómo ubicar puntos, cómo leer coordenadas y cómo interpretar geométricamente una recta a partir de su posición, su dirección y su relación con los ejes.
Objetivo de la página
- Recordar la estructura del plano cartesiano y la ubicación de puntos.
- Interpretar geométricamente rectas en el plano.
- Distinguir rectas crecientes, decrecientes, horizontales y verticales.
- Relacionar la posición de una recta con información geométrica básica.
Al finalizar esta página deberías poder
- Ubicar correctamente puntos en el plano a partir de sus coordenadas.
- Identificar cuadrantes y ejes.
- Describir una recta a partir de su forma y orientación.
- Reconocer si una recta sube, baja, es horizontal o es vertical.
Recordatorio básico
En el plano cartesiano, cada punto se representa mediante un par ordenado:
\[ (x,y) \]
donde:
- \(x\) indica la posición horizontal.
- \(y\) indica la posición vertical.
El punto \((0,0)\) se llama origen.
Cuadrantes
Los ejes dividen el plano en cuatro regiones llamadas cuadrantes:
- I cuadrante: \(x>0\) e \(y>0\).
- II cuadrante: \(x<0\) e \(y>0\).
- III cuadrante: \(x<0\) e \(y<0\).
- IV cuadrante: \(x>0\) e \(y<0\).
Si un punto está sobre un eje, entonces no pertenece a ningún cuadrante.
Idea clave
Una recta puede leerse geométricamente observando:
- si sube o baja al avanzar hacia la derecha,
- si corta a los ejes,
- si es horizontal o vertical,
- si pasa por ciertos puntos del plano.
Error frecuente
No hay que confundir el orden de las coordenadas.
El punto \((2,3)\) no es lo mismo que el punto \((3,2)\), porque el primer número indica la posición horizontal y el segundo número indica la posición vertical.
Resumen conceptual
| Elemento | Interpretación |
|---|---|
| Eje \(x\) | Eje horizontal |
| Eje \(y\) | Eje vertical |
| Origen | Punto \((0,0)\) |
| Recta creciente | Sube al avanzar hacia la derecha |
| Recta decreciente | Baja al avanzar hacia la derecha |
| Recta horizontal | Tiene altura constante: \(y=k\) |
| Recta vertical | Tiene valor de \(x\) constante: \(x=k\) |
Ejemplo guiado 1: lectura de puntos en el plano
Consideremos los siguientes puntos:
\[ A(2,3),\qquad B(-3,2),\qquad C(-2,-3),\qquad D(3,-2) \]
Podemos leerlos así:
- \(A(2,3)\): 2 unidades a la derecha y 3 hacia arriba.
- \(B(-3,2)\): 3 unidades a la izquierda y 2 hacia arriba.
- \(C(-2,-3)\): 2 unidades a la izquierda y 3 hacia abajo.
- \(D(3,-2)\): 3 unidades a la derecha y 2 hacia abajo.
| Punto | Signo de \(x\) | Signo de \(y\) | Cuadrante |
|---|---|---|---|
| \(A(2,3)\) | Positivo | Positivo | I |
| \(B(-3,2)\) | Negativo | Positivo | II |
| \(C(-2,-3)\) | Negativo | Negativo | III |
| \(D(3,-2)\) | Positivo | Negativo | IV |
Esto permite recordar que el signo de cada coordenada ayuda a identificar en qué zona del plano se encuentra el punto.
Ejemplo guiado 2: primera lectura geométrica de una recta
Observemos la recta:
\[ y=x \]
La recta pasa por el origen y sube a medida que avanzamos hacia la derecha.
Geométricamente, eso significa que es una recta creciente.
Ejemplo guiado 3: tipos de rectas según su orientación
Comparemos cuatro rectas:
\[ y=x,\qquad y=-x,\qquad y=2,\qquad x=2 \]
| Recta | Lectura geométrica |
|---|---|
| \(y=x\) | Creciente: sube al avanzar hacia la derecha. |
| \(y=-x\) | Decreciente: baja al avanzar hacia la derecha. |
| \(y=2\) | Horizontal: mantiene siempre la misma altura. |
| \(x=2\) | Vertical: mantiene siempre el mismo valor de \(x\). |
Una recta vertical no se escribe como \(y=f(x)\), porque para un mismo valor de \(x\) tiene muchos valores posibles de \(y\).
Ejercicios
Ejercicio 1: ubicación de puntos
Indica en qué cuadrante o eje se ubica cada punto:
\[ P(4,1),\qquad Q(-2,5),\qquad R(-3,-4),\qquad S(5,-2),\qquad T(0,3),\qquad U(-4,0) \]
- \(P(4,1)\): \(x>0\), \(y>0\), por lo tanto está en el I cuadrante.
- \(Q(-2,5)\): \(x<0\), \(y>0\), por lo tanto está en el II cuadrante.
- \(R(-3,-4)\): \(x<0\), \(y<0\), por lo tanto está en el III cuadrante.
- \(S(5,-2)\): \(x>0\), \(y<0\), por lo tanto está en el IV cuadrante.
- \(T(0,3)\): como \(x=0\), está sobre el eje \(y\).
- \(U(-4,0)\): como \(y=0\), está sobre el eje \(x\).
Ejercicio 2: orden de las coordenadas
Explica por qué los puntos \((2,5)\) y \((5,2)\) no representan la misma ubicación.
En el punto \((2,5)\), la coordenada \(x\) es \(2\) y la coordenada \(y\) es \(5\). Esto significa avanzar 2 unidades a la derecha y 5 hacia arriba.
En el punto \((5,2)\), la coordenada \(x\) es \(5\) y la coordenada \(y\) es \(2\). Esto significa avanzar 5 unidades a la derecha y 2 hacia arriba.
Por lo tanto, \((2,5)\neq(5,2)\). El orden de las coordenadas cambia la ubicación del punto.
Ejercicio 3: clasificación de rectas
Clasifica cada recta como creciente, decreciente, horizontal o vertical:
- \(y=3x-1\)
- \(y=-2x+4\)
- \(y=-3\)
- \(x=5\)
- \(y=3x-1\) es creciente, porque al aumentar \(x\), el valor de \(y\) aumenta. Su coeficiente de \(x\) es positivo.
- \(y=-2x+4\) es decreciente, porque al aumentar \(x\), el valor de \(y\) disminuye. Su coeficiente de \(x\) es negativo.
- \(y=-3\) es horizontal, porque todos sus puntos tienen la misma altura: \(y=-3\).
- \(x=5\) es vertical, porque todos sus puntos tienen el mismo valor de \(x\): \(x=5\).
Ejercicio 4: lectura de rectas a partir de puntos
Para cada par de puntos, indica si la recta que pasa por ellos sube, baja, es horizontal o es vertical.
- \(A(-2,-1)\) y \(B(3,4)\)
- \(C(-1,3)\) y \(D(4,-2)\)
- \(E(-3,2)\) y \(F(4,2)\)
- \(G(1,-3)\) y \(H(1,4)\)
- De \(A(-2,-1)\) a \(B(3,4)\), al avanzar hacia la derecha, \(y\) pasa de \(-1\) a \(4\). La recta sube, por lo tanto es creciente.
- De \(C(-1,3)\) a \(D(4,-2)\), al avanzar hacia la derecha, \(y\) pasa de \(3\) a \(-2\). La recta baja, por lo tanto es decreciente.
- En \(E(-3,2)\) y \(F(4,2)\), la coordenada \(y\) es siempre \(2\). La recta es horizontal.
- En \(G(1,-3)\) y \(H(1,4)\), la coordenada \(x\) es siempre \(1\). La recta es vertical.
Ejercicio 5: interpretación de una gráfica
Observa la gráfica y responde:
- ¿Cuál recta es creciente?
- ¿Cuál recta es decreciente?
- ¿Cuál recta es horizontal?
- ¿Cuál recta es vertical?
- La recta creciente es \(y=x+1\), porque sube al avanzar hacia la derecha.
- La recta decreciente es \(y=-x+2\), porque baja al avanzar hacia la derecha.
- La recta horizontal es \(y=-2\), porque todos sus puntos tienen la misma altura.
- La recta vertical es \(x=-3\), porque todos sus puntos tienen el mismo valor de \(x\).
2. Pendiente e interpretación
Pendiente e interpretación
Inicio
En la clase anterior recordamos el plano cartesiano y la lectura geométrica de rectas. Ahora profundizaremos en una idea central: la pendiente.
La pendiente permite describir qué tan inclinada está una recta y, sobre todo, interpretar cómo cambia una variable respecto de otra.
Objetivo de la página
- Comprender la pendiente como medida de inclinación de una recta.
- Calcular la pendiente a partir de dos puntos.
- Interpretar el signo y el valor de la pendiente.
- Relacionar pendiente con rectas crecientes, decrecientes y horizontales.
Al finalizar esta página deberías poder
- Calcular la pendiente usando coordenadas.
- Explicar qué significa una pendiente positiva, negativa o nula.
- Comparar rectas según su inclinación.
- Interpretar la pendiente en situaciones simples de cambio.
Definición
La pendiente de una recta se representa normalmente con la letra \(m\).
Si una recta pasa por dos puntos \(A(x_1,y_1)\) y \(B(x_2,y_2)\), con \(x_1\neq x_2\), su pendiente se calcula con:
\[ m=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1} \]
Es decir:
\[ m=\frac{\text{cambio vertical}}{\text{cambio horizontal}} \]
Lectura intuitiva
- Si \(m>0\), la recta es creciente.
- Si \(m<0\), la recta es decreciente.
- Si \(m=0\), la recta es horizontal.
- Si la recta es vertical, su pendiente no está definida.
Idea clave
La pendiente indica cuánto cambia \(y\) cuando \(x\) aumenta una unidad.
Por ejemplo, si \(m=2\), significa que por cada 1 unidad que avanza \(x\), la variable \(y\) aumenta 2 unidades.
Error frecuente
No hay que restar “cruzado”.
Si en el numerador haces \(y_2-y_1\), en el denominador debes hacer \(x_2-x_1\), respetando el mismo orden.
Por ejemplo, con \(A(1,4)\) y \(B(3,8)\), es correcto calcular \(\dfrac{8-4}{3-1}\), pero no \(\dfrac{8-4}{1-3}\), porque ahí se cambió el orden solo en el denominador.
Resumen conceptual
| Tipo de recta | Pendiente | Interpretación |
|---|---|---|
| Creciente | \(m>0\) | Sube al avanzar hacia la derecha |
| Decreciente | \(m<0\) | Baja al avanzar hacia la derecha |
| Horizontal | \(m=0\) | La altura no cambia |
| Vertical | No definida | No hay avance horizontal |
Ejemplo guiado 1: calcular la pendiente a partir de dos puntos
Consideremos los puntos \(A(1,1)\) y \(B(3,5)\).
Aplicamos la fórmula:
\[ m=\frac{5-1}{3-1}=\frac{4}{2}=2 \]
La pendiente es \(2\).
Esto significa que por cada 1 unidad que aumenta \(x\), la variable \(y\) aumenta 2 unidades.
Como la pendiente es positiva, la recta es creciente.
Ejemplo guiado 2: comparar pendientes
Comparemos las rectas:
\[ y=2x+1,\qquad y=\frac{1}{2}x+1,\qquad y=-x+1 \]
- \(y=2x+1\) tiene pendiente \(m=2\): sube rápido.
- \(y=\frac{1}{2}x+1\) tiene pendiente \(m=\frac{1}{2}\): también sube, pero más lentamente.
- \(y=-x+1\) tiene pendiente \(m=-1\): baja al avanzar hacia la derecha.
Entonces, el valor absoluto de la pendiente también ayuda a describir qué tan inclinada está una recta: mientras mayor sea \(|m|\), mayor es la inclinación respecto del eje \(x\).
Ejemplo guiado 3: pendiente nula
Consideremos la recta:
\[ y=3 \]
En esta recta, aunque \(x\) cambie, el valor de \(y\) se mantiene siempre en \(3\).
Por eso su pendiente es:
\[ m=0 \]
Geométricamente, es una recta horizontal.
Ejemplo guiado 4: pendiente no definida
Consideremos ahora una recta vertical, por ejemplo:
\[ x=2 \]
En una recta vertical, el valor de \(x\) no cambia.
Si tomamos dos puntos de esta recta, por ejemplo \(A(2,-2)\) y \(B(2,3)\), el cambio horizontal es:
\[ x_2-x_1=2-2=0 \]
Entonces, en la fórmula de la pendiente aparecería una división por cero:
\[ m=\frac{3-(-2)}{2-2}=\frac{5}{0} \]
Como no se puede dividir por \(0\), la pendiente de una recta vertical no está definida.
Ejemplo guiado 5: interpretación en contexto
Supongamos que el costo total \(C\), en miles de pesos, de cierta compra está dado por:
\[ C(x)=4x+3 \]
donde \(x\) representa la cantidad de artículos comprados.
La pendiente es \(4\).
Eso significa que por cada artículo adicional, el costo total aumenta en \(4\) miles de pesos.
El número \(3\) indica un costo inicial fijo de \(3\) miles de pesos.
Aquí la pendiente ya no solo se interpreta como inclinación geométrica, sino también como tasa de cambio.
Lectura de la pendiente
Cuando veas una recta, puedes hacerte estas preguntas:
- ¿sube o baja?
- ¿sube mucho o poco?
- ¿se mantiene horizontal?
- ¿es vertical?
Todas esas preguntas están relacionadas con la pendiente.
Aplicación en el mundo real
La pendiente puede representar velocidad, precio por unidad, variación de temperatura, altura ganada por unidad de recorrido y muchas otras tasas de cambio.
Ejercicios
Ejercicio 1
Calcula la pendiente de la recta que pasa por los puntos \(A(2,1)\) y \(B(5,7)\).
Usamos la fórmula:
\[ m=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1} \]
Con \(A(2,1)\) y \(B(5,7)\):
\[ m=\frac{7-1}{5-2}=\frac{6}{3}=2 \]
La pendiente es \(m=2\). La recta es creciente.
Ejercicio 2
Calcula la pendiente de la recta que pasa por los puntos \(A(-1,4)\) y \(B(3,2)\).
Aplicamos la fórmula de la pendiente:
\[ m=\frac{2-4}{3-(-1)}=\frac{-2}{4}=-\frac{1}{2} \]
La pendiente es \(m=-\frac{1}{2}\). Como es negativa, la recta es decreciente.
Ejercicio 3
Indica si una recta con pendiente \(m=3\) es creciente, decreciente, horizontal o vertical.
Como \(m=3\) y \(3>0\), la pendiente es positiva.
Por lo tanto, la recta es creciente.
Ejercicio 4
Indica si una recta con pendiente \(m=-2\) es creciente, decreciente, horizontal o vertical.
Como \(m=-2\) y \(-2<0\), la pendiente es negativa.
Por lo tanto, la recta es decreciente.
Ejercicio 5
¿Cuál es la pendiente de la recta \(y=5\)? Explica brevemente.
La recta \(y=5\) es horizontal, porque todos sus puntos tienen la misma coordenada \(y\).
Si \(y\) no cambia, entonces el cambio vertical es \(0\).
\[ m=\frac{\Delta y}{\Delta x}=\frac{0}{\Delta x}=0 \]
La pendiente de \(y=5\) es \(m=0\).
Ejercicio 6
¿La recta \(x=-3\) tiene pendiente definida? Justifica.
La recta \(x=-3\) es vertical, porque todos sus puntos tienen el mismo valor de \(x\).
En una recta vertical no hay cambio horizontal:
\[ \Delta x=0 \]
Entonces la pendiente tendría una división por cero:
\[ m=\frac{\Delta y}{0} \]
Por lo tanto, la recta \(x=-3\) no tiene pendiente definida.
Ejercicio 7
En una situación, la expresión \(y=6x+2\) modela el valor de una variable. Interpreta la pendiente en contexto.
En la expresión \(y=6x+2\), el número que acompaña a \(x\) es \(6\).
Por lo tanto, la pendiente es:
\[ m=6 \]
Esto significa que por cada unidad que aumenta \(x\), la variable \(y\) aumenta 6 unidades.
Ejercicio 8
Un estudiante dice: “Si una recta tiene pendiente pequeña, entonces siempre es decreciente”. ¿Es correcta esa afirmación? Justifica.
La afirmación no es correcta.
Una pendiente puede ser pequeña y positiva, por ejemplo:
\[ m=0{,}2 \]
Como \(0{,}2>0\), una recta con esa pendiente es creciente, aunque suba lentamente.
Para saber si una recta es creciente o decreciente, importa el signo de la pendiente, no solo si su valor parece pequeño.
Ejercicio 9
Observa las rectas representadas y responde cuál tiene mayor pendiente.
La recta \(r\) tiene ecuación \(y=x+1\), por lo tanto su pendiente es:
\[ m_r=1 \]
La recta \(s\) tiene ecuación \(y=2x-1\), por lo tanto su pendiente es:
\[ m_s=2 \]
Como \(2>1\), la recta \(s\) tiene mayor pendiente.
La recta con mayor pendiente es \(s: y=2x-1\).
Ejercicios tipo PAES
PAES 1
La pendiente de la recta que pasa por \((1,2)\) y \((3,6)\) es:
- 1
- 2
- 3
- 4
Calculamos:
\[ m=\frac{6-2}{3-1}=\frac{4}{2}=2 \]
Alternativa correcta: b.
PAES 2
Si una recta tiene pendiente negativa, entonces:
- sube al avanzar hacia la derecha
- baja al avanzar hacia la derecha
- es horizontal
- es vertical
Una pendiente negativa indica que, al avanzar hacia la derecha, el valor de \(y\) disminuye.
Alternativa correcta: b.
PAES 3
La recta \(y=4\) tiene pendiente:
- \(-4\)
- 0
- 1
- No definida
La recta \(y=4\) es horizontal, ya que el valor de \(y\) se mantiene constante.
Toda recta horizontal tiene pendiente \(0\).
Alternativa correcta: b.
PAES 4
¿Cuál de las siguientes rectas tiene pendiente no definida?
- \(y=-2\)
- \(y=x+1\)
- \(x=5\)
- \(y=3x\)
Las rectas de la forma \(x=k\) son verticales.
En una recta vertical no hay cambio horizontal, por lo que su pendiente no está definida.
Alternativa correcta: c.
Cierre
Síntesis
En esta página estudiamos la pendiente como medida de inclinación y como tasa de cambio.
Vimos cómo calcularla a partir de dos puntos y cómo interpretar su signo y su valor en distintos tipos de rectas.
En la siguiente clase relacionaremos esta idea con la ecuación de la recta y su vínculo con la función lineal y afín.
Para recordar
- \(m=\dfrac{y_2-y_1}{x_2-x_1}\), siempre que \(x_1\neq x_2\).
- Si \(m>0\), la recta es creciente.
- Si \(m<0\), la recta es decreciente.
- Si \(m=0\), la recta es horizontal.
- Las rectas verticales no tienen pendiente definida.
3. Ecuación de la recta y relación con función lineal y afín
Ecuación de la recta y relación con función lineal y afín
Inicio
En la clase anterior estudiamos la pendiente como medida de inclinación y como tasa de cambio. Ahora daremos un paso más: veremos cómo escribir una ecuación de la recta y cómo esta se relaciona con las funciones lineales y afines.
La idea central es que una recta no solo se puede observar en un gráfico, sino también describir mediante una expresión algebraica que permite reconocer su pendiente y su ubicación en el plano.
Objetivo de la página
- Reconocer la ecuación de la recta en la forma \(y=mx+n\).
- Relacionar la pendiente con el coeficiente \(m\).
- Interpretar el coeficiente \(n\) como intersección con el eje \(y\).
- Distinguir entre función lineal y función afín.
Al finalizar esta página deberías poder
- Identificar la pendiente y la intersección con el eje \(y\) en una recta.
- Reconocer cuándo una recta corresponde a una función lineal o a una función afín.
- Escribir la ecuación de una recta a partir de su pendiente y su corte con el eje \(y\).
- Interpretar ecuaciones de rectas en forma gráfica y contextual.
Forma de la ecuación de una recta
Una forma muy importante de escribir la ecuación de una recta es:
\[ y=mx+n \]
donde:
- \(m\) representa la pendiente,
- \(n\) representa la intersección con el eje \(y\).
Lectura de los coeficientes
En la ecuación \(y=mx+n\):
- el número \(m\) indica cuánto cambia \(y\) cuando \(x\) aumenta una unidad,
- el número \(n\) indica el valor de \(y\) cuando \(x=0\).
Por eso, \(n\) corresponde al punto donde la recta corta al eje \(y\):
\[ (0,n) \]
Función lineal y función afín
Cuando una recta tiene ecuación:
\[ y=mx \]
decimos que corresponde a una función lineal. En este caso, la recta pasa por el origen \((0,0)\).
Cuando la recta tiene ecuación:
\[ y=mx+n \qquad \text{con } n\neq 0 \]
decimos que corresponde a una función afín. En este caso, la recta no pasa por el origen.
Idea clave
La pendiente determina la inclinación de la recta, mientras que la intersección con el eje \(y\) determina dónde queda ubicada verticalmente en el plano.
Error frecuente
No toda recta es una función lineal.
Solo las rectas que pasan por el origen tienen forma \(y=mx\). Si una recta tiene forma \(y=mx+n\) con \(n\neq 0\), corresponde a una función afín.
Resumen conceptual
| Expresión | Tipo o elemento | Interpretación |
|---|---|---|
| \(y=mx\) | Función lineal | Pasa por el origen |
| \(y=mx+n\), con \(n\neq 0\) | Función afín | Corta al eje \(y\) en \((0,n)\) |
| \(m\) | Pendiente | Indica inclinación o tasa de cambio |
| \(n\) | Coeficiente de posición | Indica intersección con el eje \(y\) |
Ejemplo guiado 1: leer una ecuación de recta
Consideremos la recta:
\[ y=2x+3 \]
Comparando con la forma \(y=mx+n\), se observa que:
\[ m=2 \qquad\text{y}\qquad n=3 \]
- La pendiente es \(2\), por lo tanto la recta es creciente.
- La intersección con el eje \(y\) es \(3\).
Eso significa que cuando \(x=0\), se cumple:
\[ y=2\cdot 0+3=3 \]
Entonces la recta corta al eje \(y\) en el punto \((0,3)\).
Ejemplo guiado 2: función lineal y función afín
Comparemos las funciones:
\[ y=2x \qquad\text{y}\qquad y=2x+3 \]
Ambas rectas tienen la misma pendiente:
\[ m=2 \]
Por eso tienen la misma inclinación.
Pero no están en la misma posición:
- \(y=2x\) pasa por el origen, por lo tanto es una función lineal.
- \(y=2x+3\) corta al eje \(y\) en \(3\), por lo tanto es una función afín.
Ejemplo guiado 3: construir la ecuación a partir de pendiente e intersección
Supongamos que una recta tiene pendiente \(m=-1\) y corta al eje \(y\) en \(4\).
Usamos la forma:
\[ y=mx+n \]
Reemplazando \(m=-1\) y \(n=4\):
\[ y=-1x+4 \]
Como \(-1x=-x\), la ecuación queda:
\[ y=-x+4 \]
La recta baja al avanzar hacia la derecha porque su pendiente es negativa.
Además, corta al eje \(y\) en el punto \((0,4)\).
Ejemplo guiado 4: lectura desde una tabla
Observa la siguiente tabla:
| \(x\) | 0 | 1 | 2 | 3 |
|---|---|---|---|---|
| \(y\) | 5 | 8 | 11 | 14 |
Cuando \(x\) aumenta en \(1\), el valor de \(y\) aumenta en \(3\).
Por lo tanto, la pendiente es:
\[ m=3 \]
Además, cuando \(x=0\), se tiene \(y=5\). Entonces:
\[ n=5 \]
La ecuación de la recta es:
\[ y=3x+5 \]
Ejemplo guiado 5: interpretación en contexto
Supongamos que el costo total \(C\), en miles de pesos, de un servicio está dado por:
\[ C(x)=4x+2 \]
donde \(x\) representa la cantidad de horas utilizadas.
- La pendiente es \(4\): por cada hora adicional, el costo aumenta en \(4\) miles de pesos.
- La intersección con el eje \(y\) es \(2\): existe un cobro fijo inicial de \(2\) miles de pesos.
Entonces, la ecuación de la recta permite interpretar simultáneamente un cambio por unidad y un valor inicial.
Cómo leer una recta desde su ecuación
Al ver una ecuación como \(y=mx+n\), conviene preguntarse:
- ¿cuál es la pendiente?
- ¿la recta sube o baja?
- ¿dónde corta al eje \(y\)?
- ¿pasa por el origen o no?
Estas preguntas ayudan a decidir si corresponde a una función lineal o afín y a interpretar su comportamiento gráfico.
Aplicación en el mundo real
Las ecuaciones de rectas aparecen en situaciones con cambio constante, como tarifas con cobro fijo y costo por unidad, temperatura que varía uniformemente, distancia recorrida con velocidad constante o consumo acumulado de recursos.
Ejercicios
Ejercicio 1
En la ecuación \(y=3x-2\), identifica:
- la pendiente,
- la intersección con el eje \(y\).
Comparamos \(y=3x-2\) con la forma general:
\[ y=mx+n \]
Se observa que:
\[ m=3 \qquad\text{y}\qquad n=-2 \]
La pendiente es \(3\) y la recta corta al eje \(y\) en \((0,-2)\).
Ejercicio 2
Indica si la función \(y=-4x\) es lineal o afín. Justifica.
La función \(y=-4x\) tiene la forma:
\[ y=mx \]
En este caso \(m=-4\) y no aparece un término independiente distinto de cero.
Es una función lineal, porque tiene la forma \(y=mx\) y pasa por el origen.
Ejercicio 3
Indica si la función \(y=5x+1\) es lineal o afín. Justifica.
La función \(y=5x+1\) tiene la forma:
\[ y=mx+n \]
Aquí \(m=5\) y \(n=1\). Como \(n\neq 0\), la recta no pasa por el origen.
Es una función afín.
Ejercicio 4
Escribe la ecuación de la recta que tiene pendiente \(2\) y corta al eje \(y\) en \(-3\).
Usamos la forma:
\[ y=mx+n \]
Como \(m=2\) y \(n=-3\), reemplazamos:
\[ y=2x+(-3) \]
La ecuación es \(y=2x-3\).
Ejercicio 5
Escribe la ecuación de la recta que tiene pendiente \(-1\) y corta al eje \(y\) en \(5\).
Usamos la forma:
\[ y=mx+n \]
Como \(m=-1\) y \(n=5\), reemplazamos:
\[ y=-1x+5 \]
Como \(-1x=-x\), queda:
\(y=-x+5\).
Ejercicio 6
Observa la tabla y determina la ecuación de la recta.
| \(x\) | 0 | 1 | 2 | 3 |
|---|---|---|---|---|
| \(y\) | -1 | 1 | 3 | 5 |
Cuando \(x\) aumenta en \(1\), los valores de \(y\) aumentan en \(2\):
\[ -1,\ 1,\ 3,\ 5 \]
Por lo tanto, la pendiente es:
\[ m=2 \]
Además, cuando \(x=0\), se tiene \(y=-1\), entonces:
\[ n=-1 \]
La ecuación de la recta es \(y=2x-1\).
Ejercicio 7
En la expresión \(C(x)=7x+4\), interpreta el significado de \(7\) y de \(4\) en un contexto de costo.
La expresión tiene la forma:
\[ C(x)=mx+n \]
En este caso:
\[ m=7 \qquad\text{y}\qquad n=4 \]
El \(7\) representa el costo por cada unidad adicional.
El \(4\) representa un costo fijo inicial.
En miles de pesos, por ejemplo, significaría un cobro fijo de \(4\) mil pesos más \(7\) mil pesos por cada unidad.
Ejercicio 8
Un estudiante dice: “Toda recta de la forma \(y=mx+n\) es lineal”. ¿Es correcta esa afirmación? Justifica.
La afirmación no es correcta.
Una función lineal debe tener la forma:
\[ y=mx \]
Esto ocurre solo cuando \(n=0\). Si \(n\neq 0\), la función tiene la forma \(y=mx+n\) y corresponde a una función afín.
Por lo tanto, no toda recta de la forma \(y=mx+n\) es lineal.
Ejercicio 9
Observa las rectas y clasifica cada una como función lineal o función afín.
- \(r: y=x\) es función lineal, porque tiene la forma \(y=mx\) y pasa por el origen.
- \(s: y=-x+3\) es función afín, porque tiene \(n=3\), con \(n\neq 0\).
- \(t: y=2x-2\) es función afín, porque tiene \(n=-2\), con \(n\neq 0\).
Ejercicios tipo PAES
PAES 1
En la ecuación \(y=-2x+5\), la pendiente es:
- \(-2\)
- 5
- 2
- \(-5\)
Comparamos \(y=-2x+5\) con \(y=mx+n\).
El coeficiente que acompaña a \(x\) es \(-2\), por lo tanto:
\[ m=-2 \]
Alternativa correcta: a.
PAES 2
En la ecuación \(y=-2x+5\), la recta corta al eje \(y\) en:
- \(-2\)
- 0
- 5
- 7
En la forma \(y=mx+n\), el número \(n\) indica el corte con el eje \(y\).
En \(y=-2x+5\), se tiene:
\[ n=5 \]
Por lo tanto, la recta corta al eje \(y\) en \((0,5)\).
Alternativa correcta: c.
PAES 3
¿Cuál de las siguientes expresiones corresponde a una función lineal?
- \(y=3x+1\)
- \(y=-x+4\)
- \(y=2x\)
- \(y=5\)
Una función lineal tiene la forma \(y=mx\), es decir, no tiene término independiente distinto de cero.
La única alternativa con esa forma es:
\[ y=2x \]
Alternativa correcta: c.
PAES 4
¿Cuál de las siguientes expresiones corresponde a una función afín?
- \(y=4x\)
- \(y=-3x\)
- \(y=x\)
- \(y=2x-1\)
Una función afín tiene la forma \(y=mx+n\), con \(n\neq 0\).
En \(y=2x-1\), el término independiente es \(-1\), que es distinto de cero.
Alternativa correcta: d.
PAES 5
La recta con pendiente \(3\) e intersección con el eje \(y\) igual a \(-2\) tiene ecuación:
- \(y=-2x+3\)
- \(y=3x-2\)
- \(y=2x-3\)
- \(y=3x+2\)
Usamos la forma:
\[ y=mx+n \]
Como \(m=3\) y \(n=-2\), reemplazamos:
\[ y=3x-2 \]
Alternativa correcta: b.
PAES 6
Si una recta tiene ecuación \(y=-x+4\), entonces su pendiente indica que la recta es:
- horizontal
- vertical
- creciente
- decreciente
En la ecuación \(y=-x+4\), la pendiente es:
\[ m=-1 \]
Como la pendiente es negativa, la recta baja al avanzar hacia la derecha.
Alternativa correcta: d.
Cierre
Síntesis
En esta página estudiamos la ecuación de la recta en la forma \(y=mx+n\) y su relación con las funciones lineales y afines.
Vimos que la pendiente \(m\) describe la inclinación de la recta y que el coeficiente \(n\) indica dónde corta al eje \(y\).
En la siguiente clase trabajaremos con condiciones de paralelismo e intersección entre rectas, usando justamente estas ideas sobre pendiente y ecuación.
Para recordar
- \(y=mx+n\) es una forma importante de la ecuación de la recta.
- \(m\) es la pendiente.
- \(n\) es la intersección con el eje \(y\), es decir, el punto \((0,n)\).
- \(y=mx\) es función lineal.
- \(y=mx+n\), con \(n\neq 0\), es función afín.
4. Costos, ingresos y punto de equilibrio con rectas
Objetivos
- Modelar costos e ingresos mediante funciones afines.
- Interpretar la intersección de dos rectas como punto de equilibrio.
- Fundamentar decisiones usando información algebraica y gráfica.
Rectas para tomar decisiones
Una recta puede modelar situaciones donde una cantidad cambia a razón constante. En economía básica, los costos y los ingresos pueden representarse mediante funciones afines.
El punto donde la recta de ingresos se intersecta con la recta de costos se llama punto de equilibrio: allí no hay ganancia ni pérdida.
Modelos lineales frecuentes
Si \(x\) representa la cantidad de productos, el costo puede modelarse como:
donde \(b\) es el costo fijo y \(m\) es el costo variable por unidad.
El ingreso puede modelarse como:
donde \(p\) es el precio de venta por unidad. La ganancia se puede estimar como:
En el punto de equilibrio se cumple:
Ajuste de escala para graficar
Para que el gráfico sea más legible, representaremos el dinero en miles de pesos. Así, \(\$30\,000\) se grafica como \(30\), \(\$55\,000\) como \(55\), y así sucesivamente.
Ejemplo 1: punto de equilibrio
Un emprendimiento tiene un costo fijo de \(\$30\,000\) y un costo variable de \(\$500\) por producto. Cada producto se vende a \(\$1\,100\). Determina el punto de equilibrio.
El costo es:
\[ C(x)=500x+30\,000 \]
El ingreso es:
\[ I(x)=1\,100x \]
En el punto de equilibrio:
\[ I(x)=C(x) \]
\[ 1\,100x=500x+30\,000 \]
\[ 600x=30\,000 \]
\[ x=50 \]
Para calcular el valor monetario en ese punto, reemplazamos \(x=50\):
\[ I(50)=1\,100\cdot 50=55\,000 \]
\[ C(50)=500\cdot 50+30\,000=55\,000 \]
Para graficar en miles de pesos, usamos:
\[ C(x)=0{,}5x+30 \qquad\text{e}\qquad I(x)=1{,}1x \]
El punto de equilibrio es \((50,55)\) en el gráfico, es decir, \((50,55\,000)\) en pesos. Debe vender \(50\) productos para no tener pérdida ni ganancia.
Ejemplo 2: interpretar ganancia
Usando los modelos anteriores, ¿hay ganancia o pérdida si se venden \(80\) productos?
Ingreso:
\[ I(80)=1\,100\cdot 80=88\,000 \]
Costo:
\[ C(80)=500\cdot 80+30\,000=40\,000+30\,000=70\,000 \]
Ganancia:
\[ G(80)=I(80)-C(80) \]
\[ G(80)=88\,000-70\,000=18\,000 \]
En el gráfico, \(88\,000\) pesos se representa como \(88\) y \(70\,000\) pesos se representa como \(70\).
Hay una ganancia de \(\$18\,000\), porque el ingreso es mayor que el costo.
Lectura gráfica
Antes del punto de equilibrio, la recta de costos está sobre la recta de ingresos: hay pérdida.
Después del punto de equilibrio, la recta de ingresos queda sobre la recta de costos: hay ganancia.
Ejercicio 1
Un taller tiene \(C(x)=700x+42\,000\) e \(I(x)=1\,400x\). Calcula el punto de equilibrio.
En el punto de equilibrio se cumple:
\[ I(x)=C(x) \]
Igualamos costo e ingreso:
\[ 1\,400x=700x+42\,000 \]
\[ 700x=42\,000 \]
\[ x=60 \]
Calculamos el valor monetario:
\[ I(60)=1\,400\cdot 60=84\,000 \]
\[ C(60)=700\cdot 60+42\,000=84\,000 \]
El punto de equilibrio es \((60,84\,000)\). Se alcanza al vender \(60\) unidades.
Ejercicio 2
Con los modelos del ejercicio anterior, determina si hay ganancia o pérdida al vender \(50\) unidades.
Calculamos el ingreso:
\[ I(50)=1\,400\cdot 50=70\,000 \]
Calculamos el costo:
\[ C(50)=700\cdot 50+42\,000=35\,000+42\,000=77\,000 \]
Entonces:
\[ G(50)=I(50)-C(50) \]
\[ G(50)=70\,000-77\,000=-7\,000 \]
Hay una pérdida de \(\$7\,000\), porque el costo es mayor que el ingreso.
Ejercicio 3
Una productora estima \(C(x)=1\,200x+80\,000\) e \(I(x)=2\,000x\). ¿Cuántas unidades debe vender para obtener una ganancia de \(\$40\,000\)?
La ganancia se calcula como:
\[ G(x)=I(x)-C(x) \]
Pedimos \(G(x)=40\,000\):
\[ 2\,000x-(1\,200x+80\,000)=40\,000 \]
\[ 2\,000x-1\,200x-80\,000=40\,000 \]
\[ 800x-80\,000=40\,000 \]
\[ 800x=120\,000 \]
\[ x=150 \]
Debe vender \(150\) unidades para obtener una ganancia de \(\$40\,000\).
Ejercicio 4
Explica por qué el punto de equilibrio corresponde a la intersección de dos rectas.
En el punto de equilibrio se cumple que ingreso y costo tienen el mismo valor:
\[ I(x)=C(x) \]
Gráficamente, esto significa que ambas rectas tienen el mismo valor de \(y\) para el mismo valor de \(x\).
Por eso el punto de equilibrio corresponde al punto de intersección de las rectas \(I(x)\) y \(C(x)\).
Ejercicio 5
Una persona afirma: “Si el ingreso por unidad es mayor que el costo variable, entonces siempre hay ganancia”. ¿Es correcta la afirmación?
La afirmación no siempre es correcta.
Aunque el ingreso por unidad sea mayor que el costo variable por unidad, puede existir un costo fijo inicial.
Mientras no se vendan suficientes unidades para cubrir ese costo fijo, el costo total puede seguir siendo mayor que el ingreso total.
Por lo tanto, antes del punto de equilibrio puede haber pérdida.
Ejercicio 6
Da una interpretación en contexto de una pendiente mayor en la recta de ingresos.
La recta de ingresos suele tener la forma:
\[ I(x)=px \]
Su pendiente es \(p\), que representa el precio de venta por unidad.
Una pendiente mayor en la recta de ingresos significa que por cada unidad vendida el ingreso aumenta más; en este contexto, corresponde a un mayor precio de venta por unidad.
Ejercicio 7
Una empresa tiene \(C(x)=900x+36\,000\) e \(I(x)=1\,500x\). Determina si al vender \(40\), \(60\) y \(80\) unidades hay pérdida, equilibrio o ganancia.
Primero encontramos el punto de equilibrio:
\[ 1\,500x=900x+36\,000 \]
\[ 600x=36\,000 \]
\[ x=60 \]
Entonces:
- Si \(x=40\), está antes del equilibrio: hay pérdida.
- Si \(x=60\), está en el equilibrio: no hay ganancia ni pérdida.
- Si \(x=80\), está después del equilibrio: hay ganancia.
Para \(40\) unidades hay pérdida; para \(60\), equilibrio; para \(80\), ganancia.
Limitación del modelo
Estos modelos suponen que el costo variable y el precio de venta se mantienen constantes. En una situación real, pueden cambiar por descuentos, volumen de producción, impuestos, inflación o variación de demanda.
5. Condiciones de paralelismo e intersección entre rectas
Condiciones de paralelismo e intersección entre rectas
Inicio
En la clase anterior estudiamos la ecuación de la recta en la forma \(y=mx+n\), identificando la pendiente y la intersección con el eje \(y\).
Ahora usaremos esas ideas para comparar rectas y decidir si son paralelas, si se intersectan o si, en realidad, representan la misma recta.
Objetivo de la página
- Reconocer las condiciones de paralelismo entre rectas.
- Determinar cuándo dos rectas se intersectan.
- Encontrar el punto de intersección entre dos rectas.
- Interpretar geométrica y algebraicamente la relación entre pendientes e intersecciones.
Al finalizar esta página deberías poder
- Decidir si dos rectas son paralelas comparando sus pendientes.
- Reconocer que si dos rectas tienen pendientes distintas, entonces se cortan.
- Identificar cuándo dos ecuaciones representan la misma recta.
- Calcular el punto de intersección entre dos rectas sencillas.
Condición de paralelismo
Si dos rectas no verticales tienen ecuaciones:
\[ y=m_1x+n_1 \qquad\text{y}\qquad y=m_2x+n_2 \]
entonces son paralelas si cumplen:
\[ m_1=m_2 \qquad\text{y}\qquad n_1\neq n_2 \]
Es decir, tienen la misma pendiente, pero cortan al eje \(y\) en puntos distintos.
Condición de intersección
Dos rectas no verticales se intersectan en un único punto si tienen pendientes distintas:
\[ m_1\neq m_2 \]
En ese caso, las rectas tienen inclinaciones distintas y se cruzan en un solo punto del plano.
Misma recta
Si dos rectas tienen la misma pendiente y la misma intersección con el eje \(y\), entonces:
\[ m_1=m_2 \qquad\text{y}\qquad n_1=n_2 \]
no son dos rectas distintas, sino la misma recta. En ese caso se llaman rectas coincidentes.
Idea clave
La pendiente decide la inclinación. Por eso:
- si las pendientes son iguales, las rectas tienen la misma inclinación;
- si además tienen distinto corte con el eje \(y\), son paralelas;
- si las pendientes son distintas, las rectas se intersectan en un punto.
Error frecuente
No basta con mirar solo el número independiente.
Para decidir si dos rectas son paralelas, primero hay que comparar sus pendientes. Dos rectas con números independientes distintos no siempre son paralelas.
Resumen conceptual
Relación entre rectas
| Relación entre rectas | Condición | Consecuencia geométrica |
|---|---|---|
| Paralelas | \(m_1=m_2\) y \(n_1\neq n_2\) | No se cortan |
| Secantes | \(m_1\neq m_2\) | Se cortan en un punto |
| Coincidentes | \(m_1=m_2\) y \(n_1=n_2\) | Son la misma recta |
Ejemplo guiado 1: rectas paralelas
Comparemos las rectas:
\[ y=2x+1 \qquad\text{y}\qquad y=2x-3 \]
Ambas tienen pendiente \(2\):
\[ m_1=2 \qquad\text{y}\qquad m_2=2 \]
Pero sus intersecciones con el eje \(y\) son distintas:
\[ n_1=1 \qquad\text{y}\qquad n_2=-3 \]
Por lo tanto, cumplen:
\[ m_1=m_2 \qquad\text{y}\qquad n_1\neq n_2 \]
Las rectas son paralelas: tienen la misma inclinación y no se cruzan.
Ejemplo guiado 2: rectas que se intersectan
Comparemos ahora las rectas:
\[ y=2x+1 \qquad\text{y}\qquad y=-x+4 \]
Sus pendientes son distintas:
\[ m_1=2 \qquad\text{y}\qquad m_2=-1 \]
Por lo tanto, las rectas se intersectan en un único punto.
Para encontrarlo, igualamos ambas expresiones de \(y\):
\[ 2x+1=-x+4 \]
\[ 3x=3 \]
\[ x=1 \]
Reemplazando en una de las rectas:
\[ y=2(1)+1=3 \]
El punto de intersección es \((1,3)\).
Ejemplo guiado 3: misma recta escrita de dos formas
Consideremos las ecuaciones:
\[ y=3x-2 \qquad\text{y}\qquad 2y=6x-4 \]
La segunda ecuación se puede simplificar dividiendo por \(2\):
\[ 2y=6x-4 \]
\[ y=3x-2 \]
Entonces ambas ecuaciones representan la misma recta:
\[ m_1=m_2=3 \qquad\text{y}\qquad n_1=n_2=-2 \]
No son dos rectas distintas: son coincidentes.
Ejemplo guiado 4: interpretación geométrica rápida
Si dos rectas tienen la misma pendiente, comparten la misma inclinación.
Eso produce dos posibilidades:
- si cortan al eje \(y\) en puntos distintos, son paralelas;
- si cortan al eje \(y\) en el mismo punto, son la misma recta.
En cambio, si las pendientes son distintas, las rectas tienen inclinaciones distintas y se cruzan en un único punto.
Ejemplo guiado 5: interpretación en contexto
Supongamos dos planes de cobro:
\[ C_1(x)=3x+4 \qquad\text{y}\qquad C_2(x)=3x+1 \]
Ambos planes aumentan \(3\) unidades por cada unidad consumida, por eso tienen la misma pendiente.
Sin embargo, uno parte con costo fijo \(4\) y el otro con costo fijo \(1\).
Geométricamente, las rectas son paralelas; en contexto, eso significa que ambos planes crecen al mismo ritmo, pero parten desde valores iniciales distintos.
Cómo comparar dos rectas
Cuando tengas dos rectas de la forma \(y=mx+n\), revisa este orden:
- compara las pendientes;
- si son iguales, compara la intersección con el eje \(y\);
- si son distintas, concluye que se intersectan.
Aplicación en el mundo real
Comparar rectas permite analizar tarifas, tendencias, ritmos de cambio y momentos en que dos situaciones alcanzan el mismo valor.
El punto de intersección puede representar, por ejemplo, el instante en que dos costos se igualan o cuando dos magnitudes tienen el mismo valor.
Ejercicios
Ejercicio 1
Determina si las rectas \(y=4x+1\) e \(y=4x-3\) son paralelas, secantes o coincidentes.
Comparamos sus pendientes:
\[ m_1=4 \qquad\text{y}\qquad m_2=4 \]
Luego comparamos sus intersecciones con el eje \(y\):
\[ n_1=1 \qquad\text{y}\qquad n_2=-3 \]
Tienen la misma pendiente, pero distinto valor de \(n\).
Son paralelas.
Ejercicio 2
Determina si las rectas \(y=-2x+5\) e \(y=x-1\) son paralelas, secantes o coincidentes.
Comparamos sus pendientes:
\[ m_1=-2 \qquad\text{y}\qquad m_2=1 \]
Como las pendientes son distintas, se cumple:
\[ m_1\neq m_2 \]
Son secantes, es decir, se intersectan en un punto.
Ejercicio 3
Calcula el punto de intersección entre las rectas:
\[ y=x+2 \qquad\text{y}\qquad y=-x+4 \]
Igualamos ambas expresiones:
\[ x+2=-x+4 \]
\[ 2x=2 \]
\[ x=1 \]
Reemplazamos en \(y=x+2\):
\[ y=1+2=3 \]
El punto de intersección es \((1,3)\).
Ejercicio 4
Determina si las ecuaciones \(y=2x-1\) e \(y=2x-1\) representan rectas paralelas, secantes o coincidentes.
Ambas ecuaciones son iguales.
Por lo tanto:
\[ m_1=m_2=2 \qquad\text{y}\qquad n_1=n_2=-1 \]
Representan rectas coincidentes, es decir, la misma recta.
Ejercicio 5
Explica por qué dos rectas con pendientes distintas no pueden ser paralelas.
La pendiente determina la inclinación de una recta.
Si dos rectas tienen pendientes distintas, entonces tienen inclinaciones distintas.
Por eso no pueden ser paralelas; en el plano se cruzan en un único punto.
Ejercicio 6
Dos rectas tienen ecuaciones \(y=5x+2\) e \(y=5x-4\). ¿Qué tienen en común y qué tienen de diferente?
Tienen en común la misma pendiente:
\[ m_1=m_2=5 \]
Por lo tanto, tienen la misma inclinación.
Se diferencian en la intersección con el eje \(y\):
\[ n_1=2 \qquad\text{y}\qquad n_2=-4 \]
Como tienen la misma pendiente y distinto corte con el eje \(y\), son paralelas.
Ejercicio 7
Encuentra el punto de intersección entre:
\[ y=3x \qquad\text{y}\qquad y=x+4 \]
Igualamos ambas ecuaciones:
\[ 3x=x+4 \]
\[ 2x=4 \]
\[ x=2 \]
Reemplazamos en \(y=3x\):
\[ y=3\cdot 2=6 \]
El punto de intersección es \((2,6)\).
Ejercicio 8
Un estudiante afirma: “Si dos rectas tienen el mismo número independiente, entonces siempre son paralelas”. ¿Es correcta esa afirmación? Justifica.
La afirmación no es correcta.
Compartir el mismo número independiente solo significa que las rectas cortan al eje \(y\) en el mismo punto.
Para que sean paralelas, deben tener la misma pendiente y distinto número independiente.
Por ejemplo:
\[ y=x+2 \qquad\text{y}\qquad y=-x+2 \]
tienen el mismo número independiente, pero pendientes distintas, por lo tanto se intersectan.
No basta con mirar \(n\); hay que comparar las pendientes.
Ejercicio 9
Observa las rectas del gráfico y determina si son paralelas, secantes o coincidentes.
La primera recta tiene pendiente:
\[ m_1=1 \]
La segunda recta tiene pendiente:
\[ m_2=-2 \]
Como las pendientes son distintas, las rectas son secantes.
Las rectas se intersectan en el punto \((1,2)\).
Ejercicios tipo PAES
PAES 1
¿Cuál es la condición para que dos rectas de la forma \(y=mx+n\) sean paralelas?
- Tener el mismo número independiente.
- Tener pendientes distintas.
- Tener la misma pendiente y distinta intersección con el eje \(y\).
- Cortar al eje \(x\) en el mismo punto.
Dos rectas paralelas tienen la misma inclinación, por lo tanto deben tener la misma pendiente.
Además, para que sean rectas distintas, deben cortar al eje \(y\) en puntos diferentes.
Alternativa correcta: c.
PAES 2
Las rectas \(y=2x+1\) e \(y=2x-5\) son:
- secantes
- paralelas
- coincidentes
- verticales
Ambas rectas tienen pendiente \(2\):
\[ m_1=m_2=2 \]
Sus números independientes son distintos:
\[ 1\neq -5 \]
Alternativa correcta: b.
PAES 3
Las rectas \(y=-x+2\) e \(y=3x-1\) son:
- paralelas
- coincidentes
- secantes
- horizontales
Sus pendientes son:
\[ m_1=-1 \qquad\text{y}\qquad m_2=3 \]
Como las pendientes son distintas, las rectas se intersectan.
Alternativa correcta: c.
PAES 4
El punto de intersección entre \(y=x+1\) e \(y=-x+5\) es:
- \((1,4)\)
- \((2,3)\)
- \((3,2)\)
- \((4,1)\)
Igualamos ambas ecuaciones:
\[ x+1=-x+5 \]
\[ 2x=4 \]
\[ x=2 \]
Reemplazamos en \(y=x+1\):
\[ y=2+1=3 \]
Alternativa correcta: b.
Cierre
Síntesis
En esta página estudiamos las condiciones de paralelismo e intersección entre rectas.
Vimos que la pendiente es la herramienta principal para comparar rectas: si es igual, las rectas pueden ser paralelas o coincidentes; si es distinta, necesariamente se cortan.
En la siguiente clase trabajaremos el paso entre ecuación cartesiana y ecuación general de la recta.
Para recordar
- Si \(m_1=m_2\) y \(n_1\neq n_2\), las rectas son paralelas.
- Si \(m_1\neq m_2\), las rectas se intersectan en un único punto.
- Si \(m_1=m_2\) y \(n_1=n_2\), son la misma recta.
- El punto de intersección se obtiene igualando las ecuaciones.
6. Paso entre ecuación cartesiana y ecuación general de la recta
Paso entre ecuación cartesiana y ecuación general de la recta
Inicio
En la clase anterior trabajamos la ecuación de la recta en la forma \(y=mx+n\), identificando la pendiente y la intersección con el eje \(y\).
Ahora aprenderemos a pasar entre dos formas habituales de escribir una recta:
- la ecuación cartesiana, de la forma \(y=mx+n\),
- la ecuación general, de la forma \(Ax+By+C=0\).
Ambas representan la misma recta, pero cada una resulta más útil en distintos contextos.
Objetivo de la página
- Reconocer la ecuación cartesiana y la ecuación general de la recta.
- Transformar una ecuación cartesiana en ecuación general.
- Transformar una ecuación general en ecuación cartesiana, cuando sea posible.
- Interpretar qué información geométrica aporta cada forma.
Al finalizar esta página deberías poder
- Identificar si una ecuación está en forma cartesiana o general.
- Reescribir una recta de una forma a otra.
- Reconocer cuándo una recta no puede escribirse como \(y=mx+n\).
- Relacionar ambas expresiones con la misma recta en el plano.
Dos formas de escribir una recta
Ecuación cartesiana:
\[ y=mx+n \]
donde:
- \(m\) es la pendiente,
- \(n\) es la intersección con el eje \(y\).
Ecuación general:
\[ Ax+By+C=0 \]
donde \(A\), \(B\) y \(C\) son números reales, con \(A\) y \(B\) no ambos nulos.
¿Cómo pasar de una forma a otra?
De cartesiana a general: se trasladan todos los términos a un solo lado de la igualdad.
Por ejemplo:
\[ y=2x+3 \]
\[ 2x-y+3=0 \]
De general a cartesiana: se despeja \(y\), siempre que el término en \(y\) no desaparezca.
Por ejemplo:
\[ 3x+2y-6=0 \]
\[ 2y=-3x+6 \]
\[ y=-\frac{3}{2}x+3 \]
Idea clave
La ecuación cartesiana permite leer con facilidad la pendiente y el corte con el eje \(y\).
La ecuación general es más amplia, porque también permite representar rectas verticales, como por ejemplo:
\[ x-2=0 \]
Error frecuente
Al pasar de una forma a otra, hay que cuidar los signos.
Por ejemplo, de \(y=2x+3\) no se obtiene \(2x+y+3=0\), sino:
\[ 2x-y+3=0 \]
porque al llevar \(y\) al otro lado cambia de signo.
Resumen conceptual
Comparación de formas
| Forma | Expresión | Ventaja principal |
|---|---|---|
| Cartesiana | \(y=mx+n\) | Permite leer pendiente e intersección con el eje \(y\) |
| General | \(Ax+By+C=0\) | Representa todas las rectas, incluidas las verticales |
Ejemplo guiado 1: pasar de cartesiana a general
Consideremos la recta:
\[ y=2x+1 \]
Queremos escribirla en forma general. Para ello, trasladamos todo al mismo lado:
\[ y=2x+1 \]
\[ y-2x-1=0 \]
Una forma equivalente, usualmente ordenada como \(Ax+By+C=0\), es:
\[ 2x-y+1=0 \]
Ambas expresiones, \(y=2x+1\) y \(2x-y+1=0\), representan exactamente la misma recta.
Ejemplo guiado 2: pasar de general a cartesiana
Consideremos ahora la ecuación:
\[ 3x+2y-4=0 \]
Despejamos \(y\):
\[ 3x+2y-4=0 \]
\[ 2y=-3x+4 \]
\[ y=-\frac{3}{2}x+2 \]
Ahora podemos leer con facilidad:
- pendiente: \(-\dfrac{3}{2}\),
- intersección con el eje \(y\): \(2\).
Ejemplo guiado 3: misma recta en dos escrituras
Comparemos:
\[ y=-x+4 \qquad\text{y}\qquad x+y-4=0 \]
Si despejamos \(y\) en la segunda ecuación:
\[ x+y-4=0 \]
\[ y=-x+4 \]
Obtenemos exactamente la primera ecuación. Por lo tanto, ambas ecuaciones corresponden a la misma recta.
Ejemplo guiado 4: una recta vertical
Consideremos la ecuación:
\[ x-2=0 \]
Esta ecuación equivale a:
\[ x=2 \]
Representa una recta vertical. En este caso no es posible despejarla en la forma \(y=mx+n\), porque la recta vertical no tiene pendiente definida.
Esto muestra una ventaja de la ecuación general: permite escribir rectas que no son funciones de \(x\).
Ejemplo guiado 5: interpretación rápida de ambas formas
Si una recta está en forma cartesiana \(y=mx+n\), conviene leer:
- la pendiente,
- el corte con el eje \(y\).
Si está en forma general \(Ax+By+C=0\), conviene decidir si se puede despejar \(y\).
- si se puede, se puede pasar a cartesiana y leer mejor la pendiente;
- si no se puede, se trata de una recta vertical.
¿Para qué sirve cambiar de forma?
Cambiar entre ecuación cartesiana y general permite adaptar la recta al tipo de análisis que queremos hacer.
Si queremos interpretar inclinación e intersección con el eje \(y\), suele convenir la forma cartesiana. Si queremos una expresión más general, conviene la forma \(Ax+By+C=0\).
Aplicación en el mundo real
En problemas geométricos y analíticos, una misma recta puede aparecer escrita de distintas maneras. Saber cambiar de forma ayuda a comparar rectas, estudiar intersecciones y resolver problemas con mayor flexibilidad.
Ejercicios
Ejercicio 1
Pasa la ecuación \(y=3x-2\) a forma general.
Partimos de:
\[ y=3x-2 \]
Llevamos todos los términos a un mismo lado:
\[ 3x-y-2=0 \]
La forma general es \(3x-y-2=0\).
Ejercicio 2
Pasa la ecuación \(y=-2x+5\) a forma general.
Partimos de:
\[ y=-2x+5 \]
Sumamos \(2x\) a ambos lados:
\[ 2x+y=5 \]
Llevamos todo al mismo lado:
\[ 2x+y-5=0 \]
La forma general es \(2x+y-5=0\).
Ejercicio 3
Pasa la ecuación \(4x+y-7=0\) a forma cartesiana.
Partimos de:
\[ 4x+y-7=0 \]
Despejamos \(y\):
\[ y=-4x+7 \]
La forma cartesiana es \(y=-4x+7\).
Ejercicio 4
Pasa la ecuación \(2x-3y+6=0\) a forma cartesiana.
Partimos de:
\[ 2x-3y+6=0 \]
Despejamos el término con \(y\):
\[ -3y=-2x-6 \]
Dividimos por \(-3\):
\[ y=\frac{2}{3}x+2 \]
La forma cartesiana es \(y=\frac{2}{3}x+2\).
Ejercicio 5
Indica si la ecuación \(x+4=0\) puede escribirse en la forma \(y=mx+n\). Justifica.
La ecuación equivale a:
\[ x=-4 \]
Esta es una recta vertical, porque todos sus puntos tienen el mismo valor de \(x\).
Las rectas verticales no pueden escribirse como \(y=mx+n\), ya que no tienen pendiente definida.
Por lo tanto, no puede escribirse en forma cartesiana.
Ejercicio 6
Escribe en forma general la recta \(y=\frac{1}{2}x+3\).
Primero eliminamos fracciones multiplicando por \(2\):
\[ 2y=x+6 \]
Llevamos todos los términos a un mismo lado:
\[ x-2y+6=0 \]
También se acepta cualquier ecuación equivalente, por ejemplo:
\[ -x+2y-6=0 \]
Una forma general válida es \(x-2y+6=0\).
Ejercicio 7
Explica qué ventaja tiene la forma \(y=mx+n\) respecto de la forma general.
La forma \(y=mx+n\) permite leer directamente dos elementos importantes:
- la pendiente \(m\),
- la intersección con el eje \(y\), dada por \(n\).
Por eso es muy útil cuando se quiere interpretar la inclinación y la posición de una recta.
Ejercicio 8
Un estudiante afirma: “Toda ecuación general puede escribirse en forma cartesiana”. ¿Es correcta esa afirmación? Justifica.
La afirmación no siempre es correcta.
Si la ecuación general representa una recta vertical, como:
\[ x-2=0 \]
entonces equivale a \(x=2\), y no se puede escribir como \(y=mx+n\).
Solo se puede pasar a forma cartesiana cuando es posible despejar \(y\).
Ejercicios tipo PAES
PAES 1
La forma general de la recta \(y=2x+3\) es:
- \(2x+y+3=0\)
- \(2x-y+3=0\)
- \(2x-y-3=0\)
- \(y-2x+3=0\)
Partimos de:
\[ y=2x+3 \]
Llevamos todos los términos a un mismo lado:
\[ 2x-y+3=0 \]
Alternativa correcta: b.
PAES 2
La forma cartesiana de \(3x+y-5=0\) es:
- \(y=3x-5\)
- \(y=-3x+5\)
- \(y=5x-3\)
- \(y=-5x+3\)
Despejamos \(y\):
\[ 3x+y-5=0 \]
\[ y=-3x+5 \]
Alternativa correcta: b.
PAES 3
¿Cuál de las siguientes ecuaciones representa una recta vertical?
- \(y=4\)
- \(x=-2\)
- \(y=-2x+1\)
- \(y=\frac{1}{2}x\)
Una recta vertical tiene la forma \(x=k\), donde \(k\) es constante.
La ecuación \(x=-2\) indica que todos los puntos de la recta tienen coordenada \(x=-2\).
Alternativa correcta: b.
PAES 4
¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta?
- Toda ecuación general representa una parábola.
- Toda recta vertical puede escribirse como \(y=mx+n\).
- La forma general puede representar rectas verticales.
- La forma cartesiana siempre es la única manera de escribir una recta.
La forma general \(Ax+By+C=0\) permite representar rectas verticales.
Por ejemplo:
\[ x-2=0 \]
equivale a \(x=2\), que es una recta vertical.
Alternativa correcta: c.
Cierre
Síntesis
En esta página estudiamos el paso entre la ecuación cartesiana y la ecuación general de la recta.
Vimos que ambas expresiones pueden representar la misma recta, pero que la forma cartesiana facilita la lectura de la pendiente y del corte con el eje \(y\), mientras que la forma general permite describir también rectas verticales.
En la siguiente clase comenzaremos a trabajar con circunferencias en el plano, identificando su centro y su radio a partir de su ecuación.
Para recordar
- Forma cartesiana: \(y=mx+n\).
- Forma general: \(Ax+By+C=0\).
- Para pasar de cartesiana a general, se llevan todos los términos a un lado.
- Para pasar de general a cartesiana, se despeja \(y\), cuando sea posible.
- Las rectas verticales no pueden escribirse en la forma \(y=mx+n\).
7. Distancia entre puntos y punto medio
Objetivos
- Calcular la distancia entre dos puntos del plano cartesiano.
- Determinar el punto medio de un segmento.
- Usar distancia y punto medio para preparar el estudio de circunferencias y zonas de alcance.
Medir en el plano cartesiano
Para resolver problemas con rectas y circunferencias, muchas veces necesitamos medir la distancia entre dos puntos o ubicar el punto que queda justo al centro de un segmento.
Estas herramientas permiten interpretar radios, centros, trayectos, zonas de alcance y puntos de encuentro.
Distancia entre dos puntos
Si \(A(x_1,y_1)\) y \(B(x_2,y_2)\), entonces la distancia entre ellos es:
Esta fórmula proviene del teorema de Pitágoras: el cambio horizontal y el cambio vertical forman los catetos de un triángulo rectángulo.
Punto medio
El punto medio del segmento que une \(A(x_1,y_1)\) y \(B(x_2,y_2)\) es:
Es decir, se promedian las coordenadas \(x\) y también se promedian las coordenadas \(y\).
Ejemplo 1: distancia
Calcula la distancia entre \(A(1,2)\) y \(B(7,10)\).
Aplicamos la fórmula:
\[ d(A,B)=\sqrt{(7-1)^2+(10-2)^2} \]
\[ d(A,B)=\sqrt{6^2+8^2} \]
\[ d(A,B)=\sqrt{36+64}=\sqrt{100}=10 \]
La distancia entre los puntos es \(10\) unidades.
Ejemplo 2: punto medio
Determina el punto medio del segmento que une \(A(-2,4)\) y \(B(6,8)\).
Usamos la fórmula del punto medio:
\[ M=\left(\frac{-2+6}{2},\frac{4+8}{2}\right) \]
\[ M=\left(\frac{4}{2},\frac{12}{2}\right)=(2,6) \]
El punto medio es \(M(2,6)\).
Relación con circunferencias
Una circunferencia está formada por todos los puntos que están a una misma distancia de un centro. Por eso, la fórmula de distancia es la base para comprender la ecuación de una circunferencia.
Si \(C\) es el centro y \(A\) está en la circunferencia, entonces la distancia \(d(C,A)\) corresponde al radio.
Error frecuente
No calcules la distancia restando solo las coordenadas \(x\) o solo las coordenadas \(y\). En el plano, la distancia combina ambos cambios mediante el teorema de Pitágoras.
Ejercicios
Ejercicio 1
Calcula la distancia entre \(P(0,0)\) y \(Q(3,4)\).
Aplicamos la fórmula de distancia:
\[ d(P,Q)=\sqrt{(3-0)^2+(4-0)^2} \]
\[ d(P,Q)=\sqrt{3^2+4^2}=\sqrt{9+16}=\sqrt{25}=5 \]
La distancia es \(5\) unidades.
Ejercicio 2
Determina la distancia entre \(A(-1,5)\) y \(B(5,-3)\).
Aplicamos la fórmula:
\[ d(A,B)=\sqrt{(5-(-1))^2+(-3-5)^2} \]
\[ d(A,B)=\sqrt{6^2+(-8)^2} \]
\[ d(A,B)=\sqrt{36+64}=\sqrt{100}=10 \]
La distancia es \(10\) unidades.
Ejercicio 3
Calcula el punto medio entre \(A(4,-2)\) y \(B(10,6)\).
Usamos la fórmula del punto medio:
\[ M=\left(\frac{4+10}{2},\frac{-2+6}{2}\right) \]
\[ M=\left(\frac{14}{2},\frac{4}{2}\right)=(7,2) \]
El punto medio es \(M(7,2)\).
Ejercicio 4
Un centro de distribución está en \(C(2,3)\) y una tienda está en \(T(8,11)\). Si cada unidad representa \(1\) km, ¿a qué distancia están?
Calculamos la distancia entre \(C(2,3)\) y \(T(8,11)\):
\[ d(C,T)=\sqrt{(8-2)^2+(11-3)^2} \]
\[ d(C,T)=\sqrt{6^2+8^2} \]
\[ d(C,T)=\sqrt{36+64}=\sqrt{100}=10 \]
Están a \(10\) km.
Ejercicio 5
El diámetro de una circunferencia tiene extremos \(A(-4,1)\) y \(B(6,7)\). Determina el centro de la circunferencia.
El centro de una circunferencia queda en el punto medio de cualquier diámetro.
\[ C=\left(\frac{-4+6}{2},\frac{1+7}{2}\right) \]
\[ C=\left(\frac{2}{2},\frac{8}{2}\right)=(1,4) \]
El centro es \(C(1,4)\).
Ejercicio 6
Explica por qué la distancia entre dos puntos nunca puede ser negativa.
La distancia representa una longitud, por lo tanto no puede ser negativa.
Además, en la fórmula:
\[ d(A,B)=\sqrt{(x_2-x_1)^2+(y_2-y_1)^2} \]
se suman cuadrados, y los cuadrados siempre son mayores o iguales que \(0\). Luego se calcula la raíz cuadrada principal, que también es mayor o igual que \(0\).
Por eso la distancia siempre es mayor o igual que \(0\).
Ejercicio 7
El diámetro de una circunferencia tiene extremos \(A(2,-1)\) y \(B(8,7)\). Determina el centro y el radio de la circunferencia.
Primero calculamos el centro como punto medio del diámetro:
\[ C=\left(\frac{2+8}{2},\frac{-1+7}{2}\right) \]
\[ C=\left(\frac{10}{2},\frac{6}{2}\right)=(5,3) \]
El radio es la distancia desde el centro hasta uno de los extremos:
\[ r=d(C,A)=\sqrt{(2-5)^2+(-1-3)^2} \]
\[ r=\sqrt{(-3)^2+(-4)^2}=\sqrt{9+16}=\sqrt{25}=5 \]
El centro es \(C(5,3)\) y el radio es \(5\) unidades.
8. Ecuación de la circunferencia y lectura de centro/radio
Ecuación de la circunferencia y lectura de centro/radio
Inicio
En las clases anteriores trabajamos con rectas en el plano cartesiano. Ahora comenzaremos el estudio de otra figura muy importante en geometría analítica: la circunferencia.
En esta página aprenderemos a reconocer su ecuación y a leer, a partir de ella, dos elementos fundamentales:
- su centro,
- su radio.
La idea es relacionar la expresión algebraica con la figura geométrica en el plano.
Objetivo de la página
- Reconocer la ecuación de una circunferencia en el plano.
- Leer el centro y el radio a partir de su ecuación.
- Distinguir el caso de centro en el origen y el caso de centro trasladado.
- Construir la ecuación de una circunferencia a partir de su centro y su radio.
Al finalizar esta página deberías poder
- Identificar ecuaciones de circunferencia escritas en forma canónica.
- Reconocer el centro y el radio en ecuaciones simples.
- Escribir la ecuación de una circunferencia con datos geométricos dados.
- Relacionar cambios en la ecuación con cambios en la posición de la circunferencia.
¿Qué es una circunferencia?
Una circunferencia es el conjunto de todos los puntos del plano que están a una misma distancia fija de un punto llamado centro.
Esa distancia fija se llama radio.
Caso 1: centro en el origen
Si el centro está en el origen \((0,0)\) y el radio es \(r\), la ecuación de la circunferencia es:
\[ x^2+y^2=r^2 \]
Por ejemplo, si \(r=3\), entonces:
\[ x^2+y^2=9 \]
Caso 2: centro trasladado
Si el centro de la circunferencia es \((h,k)\) y el radio es \(r\), la ecuación es:
\[ (x-h)^2+(y-k)^2=r^2 \]
En esta forma:
- el centro es \((h,k)\),
- el radio es \(r\).
Idea clave
En la ecuación \((x-h)^2+(y-k)^2=r^2\), el centro se lee como \((h,k)\), pero hay que poner atención al signo dentro del paréntesis.
Por ejemplo:
\[ (x-2)^2+(y+3)^2=16 \]
tiene centro \((2,-3)\), no \((2,3)\), porque \(y+3=y-(-3)\).
Error frecuente
Al leer el centro, los signos cambian respecto de lo que aparece dentro de los paréntesis.
Por ejemplo:
\[ (x+4)^2+(y-1)^2=25 \]
tiene centro \((-4,1)\).
Resumen conceptual
Formas principales
| Ecuación | Centro | Radio |
|---|---|---|
| \(x^2+y^2=r^2\) | \((0,0)\) | \(r\) |
| \((x-h)^2+(y-k)^2=r^2\) | \((h,k)\) | \(r\) |
Ejemplo guiado 1: circunferencia con centro en el origen
Consideremos la ecuación:
\[ x^2+y^2=16 \]
Aquí se reconoce directamente la forma:
\[ x^2+y^2=r^2 \]
Por lo tanto:
\[ r^2=16 \]
\[ r=\sqrt{16}=4 \]
Entonces, la circunferencia tiene:
- centro en \((0,0)\),
- radio \(4\).
La circunferencia \(x^2+y^2=16\) tiene centro \((0,0)\) y radio \(4\).
Ejemplo guiado 2: leer centro y radio en una ecuación trasladada
Consideremos la ecuación:
\[ (x-2)^2+(y+1)^2=9 \]
La comparamos con la forma general:
\[ (x-h)^2+(y-k)^2=r^2 \]
Entonces:
- \(h=2\), porque aparece \(x-2\),
- \(k=-1\), porque \(y+1=y-(-1)\),
- \(r^2=9\), por lo tanto \(r=3\).
La circunferencia tiene centro \((2,-1)\) y radio \(3\).
Ejemplo guiado 3: construir la ecuación a partir del centro y el radio
Supongamos que una circunferencia tiene:
- centro \((3,2)\),
- radio \(5\).
Usamos la forma:
\[ (x-h)^2+(y-k)^2=r^2 \]
Reemplazando \(h=3\), \(k=2\) y \(r=5\):
\[ (x-3)^2+(y-2)^2=5^2 \]
\[ (x-3)^2+(y-2)^2=25 \]
La ecuación de la circunferencia es \((x-3)^2+(y-2)^2=25\).
Ejemplo guiado 4: cuidado con los signos
Consideremos la ecuación:
\[ (x+4)^2+(y-2)^2=36 \]
Comparando con \((x-h)^2+(y-k)^2=r^2\), se obtiene:
- \(x+4=x-(-4)\), entonces \(h=-4\),
- \(y-2\), entonces \(k=2\),
- \(r^2=36\), entonces \(r=6\).
El centro es \((-4,2)\) y el radio es \(6\). No es centro \((4,2)\).
Ejemplo guiado 5: interpretar cambios en la ecuación
Comparemos estas circunferencias:
\[ x^2+y^2=4 \qquad\text{y}\qquad (x-2)^2+y^2=4 \]
En la primera:
- centro \((0,0)\),
- radio \(2\).
En la segunda:
- centro \((2,0)\),
- radio \(2\).
Ambas tienen el mismo radio, pero la segunda está desplazada \(2\) unidades hacia la derecha.
Cómo leer rápidamente una circunferencia
Cuando veas una ecuación de circunferencia, conviene revisar:
- dónde está el centro,
- cuál es el radio,
- si está en el origen o trasladada,
- si el radio está dado directamente o hay que calcularlo a partir de \(r^2\).
Aplicación en el mundo real
Las circunferencias aparecen en ruedas, trayectorias circulares, zonas de cobertura, áreas de influencia y muchos problemas geométricos donde importa una distancia fija respecto de un centro.
Ejercicios
Ejercicio 1
Determina el centro y el radio de la circunferencia:
\[ x^2+y^2=25 \]
La ecuación tiene la forma:
\[ x^2+y^2=r^2 \]
Por lo tanto, el centro es \((0,0)\).
Además:
\[ r^2=25 \Rightarrow r=5 \]
Centro: \((0,0)\). Radio: \(5\).
Ejercicio 2
Determina el centro y el radio de:
\[ (x-1)^2+(y-4)^2=16 \]
Comparamos con:
\[ (x-h)^2+(y-k)^2=r^2 \]
Se observa que:
- \(h=1\),
- \(k=4\),
- \(r^2=16\), entonces \(r=4\).
Centro: \((1,4)\). Radio: \(4\).
Ejercicio 3
Determina el centro y el radio de:
\[ (x+3)^2+(y+2)^2=49 \]
Reescribimos mentalmente los paréntesis:
\[ x+3=x-(-3) \]
\[ y+2=y-(-2) \]
Entonces el centro es \((-3,-2)\).
Además:
\[ r^2=49 \Rightarrow r=7 \]
Centro: \((-3,-2)\). Radio: \(7\).
Ejercicio 4
Escribe la ecuación de la circunferencia con centro \((0,0)\) y radio \(6\).
Si el centro está en el origen, usamos:
\[ x^2+y^2=r^2 \]
Como \(r=6\), entonces:
\[ r^2=6^2=36 \]
La ecuación es \(x^2+y^2=36\).
Ejercicio 5
Escribe la ecuación de la circunferencia con centro \((2,-5)\) y radio \(3\).
Usamos la forma:
\[ (x-h)^2+(y-k)^2=r^2 \]
Con \(h=2\), \(k=-5\) y \(r=3\):
\[ (x-2)^2+(y-(-5))^2=3^2 \]
\[ (x-2)^2+(y+5)^2=9 \]
La ecuación es \((x-2)^2+(y+5)^2=9\).
Ejercicio 6
Explica qué diferencia geométrica existe entre:
\[ x^2+y^2=9 \qquad\text{y}\qquad x^2+y^2=25 \]
Ambas ecuaciones tienen la forma:
\[ x^2+y^2=r^2 \]
Por eso ambas tienen centro en \((0,0)\).
En la primera:
\[ r^2=9 \Rightarrow r=3 \]
En la segunda:
\[ r^2=25 \Rightarrow r=5 \]
Tienen el mismo centro, pero distinto radio.
Ejercicio 7
Explica qué diferencia geométrica existe entre:
\[ x^2+y^2=16 \qquad\text{y}\qquad (x-2)^2+y^2=16 \]
En ambas ecuaciones se cumple:
\[ r^2=16 \Rightarrow r=4 \]
Por lo tanto, tienen el mismo radio.
La primera tiene centro \((0,0)\).
La segunda tiene centro \((2,0)\), porque \((x-2)^2\) indica \(h=2\) y \(y^2=(y-0)^2\).
Tienen el mismo radio, pero distintos centros.
Ejercicio 8
Un estudiante afirma: “La ecuación \((x+1)^2+(y-3)^2=4\) tiene centro \((1,3)\)”. ¿Es correcta esa afirmación? Justifica.
La afirmación no es correcta.
La forma general es:
\[ (x-h)^2+(y-k)^2=r^2 \]
En el primer paréntesis:
\[ x+1=x-(-1) \]
Por lo tanto, \(h=-1\).
En el segundo paréntesis, \(y-3\), entonces \(k=3\).
El centro correcto es \((-1,3)\).
Ejercicios tipo PAES
PAES 1
La circunferencia de ecuación \((x-2)^2+(y+1)^2=25\) tiene centro en:
- \((2,1)\)
- \((-2,-1)\)
- \((2,-1)\)
- \((-2,1)\)
Comparamos con:
\[ (x-h)^2+(y-k)^2=r^2 \]
De \(x-2\), se obtiene \(h=2\).
De \(y+1=y-(-1)\), se obtiene \(k=-1\).
Entonces el centro es \((2,-1)\).
Alternativa correcta: c.
PAES 2
La circunferencia \(x^2+y^2=36\) tiene radio:
- 3
- 6
- 12
- 18
La forma es:
\[ x^2+y^2=r^2 \]
Entonces:
\[ r^2=36 \Rightarrow r=6 \]
Alternativa correcta: b.
PAES 3
¿Cuál de las siguientes ecuaciones representa una circunferencia con centro \((0,0)\)?
- \((x-1)^2+y^2=9\)
- \((x+2)^2+(y-3)^2=16\)
- \(x^2+y^2=49\)
- \((x-4)^2+(y+1)^2=25\)
Una circunferencia con centro en el origen tiene la forma:
\[ x^2+y^2=r^2 \]
La única alternativa con esa forma es \(x^2+y^2=49\).
Alternativa correcta: c.
PAES 4
La ecuación de la circunferencia con centro \((-2,3)\) y radio \(4\) es:
- \((x-2)^2+(y-3)^2=16\)
- \((x+2)^2+(y-3)^2=16\)
- \((x+2)^2+(y+3)^2=16\)
- \((x-2)^2+(y+3)^2=16\)
Usamos la forma:
\[ (x-h)^2+(y-k)^2=r^2 \]
Con centro \((-2,3)\), se tiene \(h=-2\) y \(k=3\):
\[ (x-(-2))^2+(y-3)^2=r^2 \]
\[ (x+2)^2+(y-3)^2=4^2 \]
\[ (x+2)^2+(y-3)^2=16 \]
Alternativa correcta: b.
Cierre
Síntesis
En esta página estudiamos la ecuación de la circunferencia y aprendimos a leer su centro y su radio a partir de la expresión algebraica.
Vimos el caso de centro en el origen y el caso de centro trasladado, además de construir ecuaciones a partir de datos geométricos.
En la siguiente clase trabajaremos con traslaciones y movimientos de circunferencias en el plano.
Para recordar
- \(x^2+y^2=r^2\) representa una circunferencia con centro en el origen.
- \((x-h)^2+(y-k)^2=r^2\) representa una circunferencia con centro \((h,k)\).
- El radio se obtiene desde \(r^2\).
- Hay que tener cuidado con los signos al leer el centro.
9. Traslaciones y movimientos de circunferencias en el plano
Traslaciones y movimientos de circunferencias en el plano
Inicio
En la clase anterior estudiamos la ecuación de la circunferencia y aprendimos a leer su centro y su radio. Ahora daremos un paso más: analizaremos cómo cambia una circunferencia cuando se traslada en el plano y qué movimientos pueden describirse a partir de su ecuación.
La idea central es observar cómo cambia la posición del centro sin perder de vista el radio, y cómo esos cambios se reflejan en la expresión algebraica.
Objetivo de la página
- Comprender la traslación de circunferencias en el plano cartesiano.
- Relacionar cambios en la ecuación con desplazamientos del centro.
- Distinguir entre mover una circunferencia y cambiar su radio.
- Interpretar movimientos horizontales y verticales de circunferencias.
Al finalizar esta página deberías poder
- Describir cómo se traslada una circunferencia a partir de su ecuación.
- Reconocer cuándo una circunferencia mantiene su radio y solo cambia de posición.
- Construir la nueva ecuación de una circunferencia después de una traslación.
- Comparar geométricamente dos circunferencias a partir de sus ecuaciones.
Recordatorio
La ecuación de una circunferencia con centro \((h,k)\) y radio \(r\) es:
\[ (x-h)^2+(y-k)^2=r^2 \]
Por lo tanto, si cambia el centro, la circunferencia se mueve en el plano.
Traslación
Una traslación es un movimiento que desplaza todos los puntos de una figura la misma cantidad y en la misma dirección.
En una circunferencia, una traslación mueve el centro, pero no cambia el radio.
Idea clave
Si una circunferencia cambia de posición pero conserva su radio, entonces se trata de una traslación.
Si cambia el radio, ya no estamos frente al mismo movimiento, sino ante una modificación del tamaño.
Error frecuente
No hay que confundir mover la circunferencia con agrandarla o achicarla.
Por ejemplo, pasar de \(x^2+y^2=9\) a \((x-2)^2+y^2=9\) es una traslación, pero pasar de \(x^2+y^2=9\) a \(x^2+y^2=16\) cambia el radio.
Resumen conceptual
Cambios en la ecuación
| Cambio en la ecuación | Interpretación geométrica |
|---|---|
| \((x-h)^2+y^2=r^2\) | Traslación horizontal del centro a \((h,0)\) |
| \(x^2+(y-k)^2=r^2\) | Traslación vertical del centro a \((0,k)\) |
| \((x-h)^2+(y-k)^2=r^2\) | Traslación horizontal y vertical del centro a \((h,k)\) |
| \((x-h)^2+(y-k)^2=R^2\), con \(R\neq r\) | Cambio de radio |
Ejemplo guiado 1: traslación horizontal
Comparemos las circunferencias:
\[ x^2+y^2=4 \qquad\text{y}\qquad (x-3)^2+y^2=4 \]
En la primera circunferencia:
- centro \((0,0)\),
- radio \(2\).
En la segunda:
- centro \((3,0)\),
- radio \(2\).
La segunda es la misma circunferencia trasladada \(3\) unidades hacia la derecha.
Ejemplo guiado 2: traslación vertical
Comparemos ahora:
\[ x^2+y^2=9 \qquad\text{y}\qquad x^2+(y-2)^2=9 \]
La primera tiene centro \((0,0)\) y radio \(3\).
La segunda tiene centro \((0,2)\) y radio \(3\).
La segunda se obtuvo trasladando la primera \(2\) unidades hacia arriba. El radio no cambió, así que se trata de una traslación.
Ejemplo guiado 3: traslación horizontal y vertical
Consideremos la circunferencia:
\[ (x-2)^2+(y+1)^2=16 \]
Su centro es \((2,-1)\) y su radio es \(4\).
Esto significa que, respecto de la circunferencia \(x^2+y^2=16\), hubo una traslación:
- \(2\) unidades hacia la derecha,
- \(1\) unidad hacia abajo.
La circunferencia se trasladó desde el centro \((0,0)\) hasta el centro \((2,-1)\), manteniendo radio \(4\).
Ejemplo guiado 4: mover no es cambiar el radio
Comparemos estas dos circunferencias:
\[ (x-1)^2+(y-2)^2=9 \qquad\text{y}\qquad (x-1)^2+(y-2)^2=25 \]
Ambas tienen el mismo centro:
\[ (1,2) \]
Pero sus radios son distintos:
- en la primera, \(r=3\),
- en la segunda, \(r=5\).
Aquí no hubo traslación, porque el centro no cambió. Lo que cambió fue el tamaño de la circunferencia.
Ejemplo guiado 5: construir la ecuación después de una traslación
Supongamos una circunferencia con centro \((1,-2)\) y radio \(3\).
Su ecuación es:
\[ (x-1)^2+(y+2)^2=9 \]
Ahora se traslada \(4\) unidades hacia la derecha y \(2\) unidades hacia arriba.
El nuevo centro será:
\[ (1+4,\,-2+2)=(5,0) \]
Como el radio no cambia, la nueva ecuación es:
\[ (x-5)^2+y^2=9 \]
La circunferencia trasladada tiene centro \((5,0)\), radio \(3\) y ecuación \((x-5)^2+y^2=9\).
Cómo leer movimientos en la ecuación
Para interpretar el movimiento de una circunferencia, conviene comparar:
- el centro inicial,
- el centro final,
- el radio inicial y final.
Si el radio se mantiene y el centro cambia, hubo traslación.
Si el centro se mantiene y el radio cambia, no hubo traslación, sino cambio de tamaño.
Aplicación en el mundo real
Los movimientos de circunferencias aparecen al modelar ruedas, trayectorias circulares, zonas de cobertura móviles y desplazamientos de objetos cuyo borde mantiene una distancia fija respecto de un centro.
Ejercicios
Ejercicio 1
Describe el movimiento entre estas circunferencias:
\[ x^2+y^2=16 \qquad\text{y}\qquad (x-3)^2+y^2=16 \]
La primera circunferencia tiene centro \((0,0)\) y radio \(4\).
La segunda tiene centro \((3,0)\) y radio \(4\).
Como el radio se mantiene y el centro cambia de \((0,0)\) a \((3,0)\), hubo una traslación.
La segunda se obtiene trasladando la primera \(3\) unidades hacia la derecha.
Ejercicio 2
Describe el movimiento entre:
\[ x^2+y^2=25 \qquad\text{y}\qquad x^2+(y+4)^2=25 \]
La primera circunferencia tiene centro \((0,0)\) y radio \(5\).
En la segunda, \(y+4=y-(-4)\), por lo tanto el centro es \((0,-4)\).
El radio sigue siendo \(5\).
La segunda se obtiene trasladando la primera \(4\) unidades hacia abajo.
Ejercicio 3
Indica el centro y el radio de la circunferencia:
\[ (x-4)^2+(y-1)^2=36 \]
Comparamos con:
\[ (x-h)^2+(y-k)^2=r^2 \]
Se obtiene:
- \(h=4\),
- \(k=1\),
- \(r^2=36\), por lo tanto \(r=6\).
Centro: \((4,1)\). Radio: \(6\).
Ejercicio 4
Una circunferencia de centro \((0,0)\) y radio \(2\) se traslada \(5\) unidades hacia la izquierda y \(3\) unidades hacia arriba. Escribe su nueva ecuación.
El centro inicial es \((0,0)\).
Al trasladar \(5\) unidades hacia la izquierda, la coordenada \(x\) queda en \(-5\).
Al trasladar \(3\) unidades hacia arriba, la coordenada \(y\) queda en \(3\).
El nuevo centro es:
\[ (-5,3) \]
El radio sigue siendo \(2\), entonces \(r^2=4\).
La nueva ecuación es \((x+5)^2+(y-3)^2=4\).
Ejercicio 5
Una circunferencia tiene ecuación \((x-2)^2+(y+1)^2=9\). Se traslada \(1\) unidad hacia la izquierda y \(4\) unidades hacia abajo. Escribe la nueva ecuación.
Centro inicial:
\[ (2,-1) \]
Al trasladar \(1\) unidad hacia la izquierda:
\[ x=2-1=1 \]
Al trasladar \(4\) unidades hacia abajo:
\[ y=-1-4=-5 \]
Nuevo centro:
\[ (1,-5) \]
El radio no cambia, por lo tanto \(r^2=9\).
La nueva ecuación es \((x-1)^2+(y+5)^2=9\).
Ejercicio 6
Explica la diferencia geométrica entre:
\[ (x-3)^2+(y-2)^2=9 \qquad\text{y}\qquad (x-3)^2+(y-2)^2=16 \]
Ambas circunferencias tienen el mismo centro:
\[ (3,2) \]
Pero sus radios son distintos:
- en la primera, \(r^2=9\), entonces \(r=3\),
- en la segunda, \(r^2=16\), entonces \(r=4\).
No hay traslación, sino cambio de tamaño.
Ejercicio 7
Indica si hubo traslación, cambio de radio o ambas cosas entre:
\[ (x-1)^2+y^2=4 \qquad\text{y}\qquad (x-4)^2+(y-2)^2=9 \]
Primera circunferencia:
- centro \((1,0)\),
- radio \(2\), porque \(r^2=4\).
Segunda circunferencia:
- centro \((4,2)\),
- radio \(3\), porque \(r^2=9\).
Hubo ambas cosas: el centro cambió de \((1,0)\) a \((4,2)\) y el radio cambió de \(2\) a \(3\).
Ejercicio 8
Un estudiante afirma: “Si cambia la ecuación de una circunferencia, entonces siempre cambia el radio”. ¿Es correcta esa afirmación? Justifica.
La afirmación no es correcta.
La ecuación puede cambiar porque cambia el centro, es decir, por una traslación, aunque el radio se mantenga igual.
Por ejemplo:
\[ x^2+y^2=9 \qquad\text{y}\qquad (x-2)^2+y^2=9 \]
tienen el mismo radio \(3\), pero distinto centro.
Cambió la ecuación, pero no cambió el radio.
Ejercicios tipo PAES
PAES 1
La circunferencia \((x-2)^2+y^2=9\), respecto de \(x^2+y^2=9\), se ha trasladado:
- 2 unidades hacia la izquierda
- 2 unidades hacia la derecha
- 3 unidades hacia arriba
- 3 unidades hacia la derecha
La circunferencia \(x^2+y^2=9\) tiene centro \((0,0)\).
La circunferencia \((x-2)^2+y^2=9\) tiene centro \((2,0)\).
El centro pasó de \((0,0)\) a \((2,0)\).
Alternativa correcta: b.
PAES 2
¿Cuál de las siguientes ecuaciones representa una circunferencia con centro \((0,-3)\) y radio \(4\)?
- \(x^2+(y+3)^2=16\)
- \((x-3)^2+y^2=16\)
- \(x^2+(y-3)^2=16\)
- \((x+3)^2+y^2=16\)
Usamos la forma:
\[ (x-h)^2+(y-k)^2=r^2 \]
Con centro \((0,-3)\), se tiene \(h=0\) y \(k=-3\).
Además, si \(r=4\), entonces \(r^2=16\).
\[ (x-0)^2+(y-(-3))^2=16 \]
\[ x^2+(y+3)^2=16 \]
Alternativa correcta: a.
PAES 3
Entre las circunferencias \(x^2+y^2=25\) y \((x-1)^2+(y-2)^2=25\), se mantiene:
- el centro
- el radio
- la posición en el plano
- la ecuación completa
La primera tiene centro \((0,0)\) y la segunda tiene centro \((1,2)\).
El centro cambió, pero en ambas ecuaciones se cumple:
\[ r^2=25 \Rightarrow r=5 \]
Alternativa correcta: b.
PAES 4
Si una circunferencia tiene ecuación \((x+2)^2+(y-1)^2=9\), entonces su centro es:
- \((2,1)\)
- \((-2,1)\)
- \((2,-1)\)
- \((-2,-1)\)
Comparamos con:
\[ (x-h)^2+(y-k)^2=r^2 \]
En \(x+2\), se tiene:
\[ x+2=x-(-2) \]
Por lo tanto, \(h=-2\). En \(y-1\), se tiene \(k=1\).
Alternativa correcta: b.
Cierre
Síntesis
En esta página estudiamos traslaciones y movimientos de circunferencias en el plano, observando cómo cambian sus ecuaciones cuando el centro se desplaza.
Vimos que una traslación modifica la posición de la circunferencia, pero no su radio. También distinguimos ese caso de los cambios de tamaño.
En la siguiente clase resolveremos problemas integrados con rectas y circunferencias.
Para recordar
- Trasladar una circunferencia significa mover su centro.
- En una traslación, el radio se mantiene constante.
- Si cambia el radio, no se trata solo de una traslación.
- La ecuación permite leer con claridad el movimiento realizado.
10. Puntos de encuentro con circunferencias
Objetivos
- Interpretar circunferencias como zonas de alcance en el plano cartesiano.
- Determinar si dos circunferencias tienen cero, uno o dos puntos de intersección.
- Resolver problemas de puntos de encuentro usando centros, radios y distancia.
Circunferencias como zonas de alcance
Si una persona, robot o señal puede desplazarse o alcanzar todos los puntos que están a cierta distancia fija de un centro, esa frontera se puede representar con una circunferencia.
Cuando dos circunferencias se intersectan, sus puntos comunes representan lugares que cumplen simultáneamente ambas condiciones de distancia.
Criterio usando distancia entre centros
Sean dos circunferencias de radios \(r_1\) y \(r_2\), con centros separados por una distancia \(d\).
- Si \(d>r_1+r_2\), no se intersectan.
- Si \(d=r_1+r_2\), son tangentes exteriormente y tienen un punto común.
- Si \(|r_1-r_2|<d<r_1+r_2\), tienen dos puntos de intersección.
- Si \(d=|r_1-r_2|\) y los radios son distintos, son tangentes interiormente y tienen un punto común.
- Si \(d<|r_1-r_2|\), una queda dentro de la otra sin intersección.
Si \(d=0\) y \(r_1=r_2\), entonces las circunferencias coinciden completamente: no hay solo uno o dos puntos comunes, sino infinitos.
Ejemplo 1: dos puntos de encuentro
Dos personas están en \(A(0,0)\) y \(B(6,0)\). Ambas pueden caminar \(5\) km. ¿Existen lugares que estén a \(5\) km de ambas?
Los centros están separados por:
\[ d=6 \]
Los radios son:
\[ r_1=5 \qquad\text{y}\qquad r_2=5 \]
Comparamos:
\[ |5-5|<6<5+5 \]
\[ 0<6<10 \]
Las circunferencias tienen dos puntos de intersección. Existen dos posibles lugares que están a \(5\) km de ambas personas.
Ejemplo 2: sin encuentro
Dos antenas están a \(20\) km de distancia. Una tiene alcance \(8\) km y la otra \(7\) km. ¿Se superponen sus fronteras de alcance?
La suma de los radios es:
\[ 8+7=15 \]
Como la distancia entre centros es \(20\) km:
\[ 20>15 \]
Las circunferencias no se intersectan. No hay puntos que estén exactamente a ambas distancias dadas.
Interpretación
La intersección de circunferencias no es solo un cálculo: representa lugares posibles. Por eso conviene preguntar siempre qué significa cada centro, cada radio y cada punto común.
Ejercicio 1
Dos circunferencias tienen radios \(4\) y \(6\), y sus centros están a \(9\) unidades. ¿Cuántos puntos de intersección tienen?
Identificamos los datos:
\[ r_1=4,\qquad r_2=6,\qquad d=9 \]
Comparamos:
\[ |6-4|=2 \]
\[ 4+6=10 \]
Como:
\[ 2<9<10 \]
Las circunferencias tienen dos puntos de intersección.
Ejercicio 2
Dos circunferencias tienen radios \(3\) y \(5\), y sus centros están a \(8\) unidades. Clasifica su posición relativa.
Calculamos la suma de los radios:
\[ 3+5=8 \]
La distancia entre centros también es:
\[ d=8 \]
Entonces:
\[ d=r_1+r_2 \]
Son tangentes exteriormente y tienen un punto común.
Ejercicio 3
Una estación está en \(A(1,2)\) y otra en \(B(7,10)\). Calcula la distancia entre ellas.
Usamos la fórmula de distancia entre dos puntos:
\[ d=\sqrt{(x_2-x_1)^2+(y_2-y_1)^2} \]
Reemplazamos:
\[ d=\sqrt{(7-1)^2+(10-2)^2} \]
\[ d=\sqrt{6^2+8^2}=\sqrt{36+64}=\sqrt{100}=10 \]
La distancia entre estaciones es \(10\) unidades.
Ejercicio 4
Usando la distancia del ejercicio anterior, si ambas estaciones tienen alcance \(5\), ¿cuántos puntos comunes tienen sus circunferencias de alcance?
Del ejercicio anterior:
\[ d=10 \]
Los radios son:
\[ r_1=5 \qquad\text{y}\qquad r_2=5 \]
La suma de los radios es:
\[ r_1+r_2=5+5=10 \]
Entonces:
\[ d=r_1+r_2 \]
Las circunferencias son tangentes exteriormente y tienen un punto común.
Ejercicio 5
Dos circunferencias tienen el mismo centro y radios \(4\) y \(9\). ¿Tienen puntos de intersección? Explica.
Como tienen el mismo centro, la distancia entre centros es:
\[ d=0 \]
Los radios son distintos:
\[ r_1=4,\qquad r_2=9 \]
Calculamos la diferencia de radios:
\[ |9-4|=5 \]
Como:
\[ 0<5 \]
una circunferencia queda dentro de la otra sin tocarla.
No tienen puntos de intersección.
Ejercicio 6
En un problema de encuentro, ¿qué representa un punto de intersección de dos circunferencias?
Un punto de intersección pertenece a ambas circunferencias al mismo tiempo.
Eso significa que cumple las dos condiciones de distancia: está a una distancia determinada del primer centro y también a una distancia determinada del segundo centro.
En contexto, puede representar un lugar alcanzable desde dos centros con radios dados.
Atención
La región interior de un círculo no es lo mismo que la circunferencia. La circunferencia representa puntos a distancia exacta del centro; el círculo incluye todos los puntos a distancia menor o igual al radio.
11. Recta y circunferencia: secante, tangente y exterior
Objetivos
- Clasificar la posición de una recta respecto de una circunferencia.
- Interpretar intersecciones entre rectas y circunferencias en contexto.
- Reconocer la tangencia como un caso de un único punto común.
Una trayectoria y una zona circular
Una recta puede representar una trayectoria, un borde, una ruta o una barrera. Una circunferencia puede representar el límite de una zona de alcance, una zona segura o una zona de riesgo.
Comparar una recta con una circunferencia permite decidir si la trayectoria cruza la zona, toca su borde o queda fuera.
Tres posiciones posibles
- Secante: la recta corta a la circunferencia en dos puntos.
- Tangente: la recta toca a la circunferencia en un solo punto.
- Exterior: la recta no tiene puntos comunes con la circunferencia.
Ejemplo 1: intersección algebraica
Clasifica la recta \(y=0\) respecto de la circunferencia \(x^2+y^2=9\).
Sustituimos \(y=0\) en la circunferencia:
\[ x^2+0^2=9 \]
\[ x^2=9 \]
\[ x=-3 \quad \text{o} \quad x=3 \]
Hay dos puntos de intersección: \((-3,0)\) y \((3,0)\). Por lo tanto, la recta es secante.
Ejemplo 2: recta tangente
Clasifica la recta \(y=3\) respecto de la circunferencia \(x^2+y^2=9\).
Sustituimos \(y=3\):
\[ x^2+3^2=9 \]
\[ x^2+9=9 \]
\[ x^2=0 \]
\[ x=0 \]
Hay un solo punto de intersección: \((0,3)\). Por lo tanto, la recta es tangente.
Interpretación con soluciones
Al sustituir la ecuación de la recta en la circunferencia, se obtiene una ecuación. La cantidad de soluciones reales permite clasificar la posición:
- dos soluciones reales: recta secante;
- una solución real: recta tangente;
- ninguna solución real: recta exterior.
Ejercicio 1
Clasifica la recta \(y=5\) respecto de la circunferencia \(x^2+y^2=9\).
Sustituimos \(y=5\) en la circunferencia:
\[ x^2+5^2=9 \]
\[ x^2+25=9 \]
\[ x^2=-16 \]
Como ningún número real al cuadrado puede ser negativo, no hay soluciones reales.
La recta es exterior a la circunferencia.
Ejercicio 2
Encuentra los puntos de intersección entre \(y=2\) y \(x^2+y^2=13\).
Sustituimos \(y=2\) en la circunferencia:
\[ x^2+2^2=13 \]
\[ x^2+4=13 \]
\[ x^2=9 \]
\[ x=-3 \quad \text{o} \quad x=3 \]
Como la recta es \(y=2\), ambos puntos tienen coordenada \(y=2\).
Los puntos de intersección son \((-3,2)\) y \((3,2)\).
Ejercicio 3
Clasifica la recta \(x=4\) respecto de la circunferencia \(x^2+y^2=16\).
Sustituimos \(x=4\) en la circunferencia:
\[ 4^2+y^2=16 \]
\[ 16+y^2=16 \]
\[ y^2=0 \]
\[ y=0 \]
Hay un único punto común: \((4,0)\).
La recta es tangente a la circunferencia.
Ejercicio 4
Una zona de riesgo se modela por \(x^2+y^2=25\). Una ruta se modela por \(y=4\). ¿La ruta cruza la zona, toca el borde o queda fuera?
Sustituimos \(y=4\) en la circunferencia:
\[ x^2+4^2=25 \]
\[ x^2+16=25 \]
\[ x^2=9 \]
\[ x=-3 \quad \text{o} \quad x=3 \]
Hay dos puntos de intersección con el borde de la zona: \((-3,4)\) y \((3,4)\).
La recta es secante a la circunferencia; en contexto, la ruta cruza la zona.
Ejercicio 5
Explica qué significa, en contexto, que una recta sea tangente a una circunferencia que representa una zona de seguridad.
Si la recta es tangente, entonces tiene un solo punto común con la circunferencia.
En contexto, eso significa que la trayectoria o borde toca la zona de seguridad exactamente en un punto.
Está justo en el límite: no cruza el interior, pero alcanza el borde.
Ejercicio 6
Una recta y una circunferencia no tienen puntos comunes. ¿Qué puede decirse de la recta respecto de la circunferencia?
Si una recta y una circunferencia no tienen puntos comunes, entonces la recta no corta ni toca la circunferencia.
La recta es exterior a la circunferencia.
En contexto, la trayectoria o borde queda fuera de la zona representada por la circunferencia.
Error frecuente
No basta mirar si la recta “parece cerca”. La clasificación depende de cuántos puntos comunes existen entre la recta y la circunferencia.
También es importante distinguir entre circunferencia y círculo: la circunferencia es solo el borde; el círculo incluye el interior.
12. Seguridad en el trabajo: tangente y zona segura
Objetivos
- Modelar una zona de seguridad mediante una circunferencia.
- Interpretar rectas tangentes como límites seguros.
- Fundamentar decisiones usando distancia, radio y posición relativa.
Zona segura y límite
En algunos contextos de seguridad, una máquina, una grúa o una herramienta puede tener una zona de riesgo alrededor de un punto. Esa zona puede modelarse con una circunferencia o un círculo.
Una barrera o ruta será segura si no cruza el interior de la zona de riesgo. Si toca el borde en un solo punto, se interpreta como un límite tangente.
Tangente y radio
Una recta tangente a una circunferencia toca la circunferencia en un solo punto. En ese punto, el radio es perpendicular a la tangente.
Si la distancia desde el centro de la circunferencia a la recta es igual al radio, la recta es tangente.
Criterio de clasificación
Si una circunferencia tiene centro \(C\), radio \(r\), y la distancia desde el centro a la recta es \(d\), entonces:
- si \(d<r\), la recta es secante;
- si \(d=r\), la recta es tangente;
- si \(d>r\), la recta es exterior.
Ejemplo 1: barrera horizontal
Una zona de riesgo se modela por la circunferencia \(x^2+y^2=16\). Una barrera se ubica sobre la recta \(y=4\). Clasifica la barrera respecto de la zona.
La circunferencia tiene centro \((0,0)\) y radio \(4\).
La recta \(y=4\) está a distancia \(4\) del centro.
Como la distancia del centro a la recta coincide con el radio, la recta es tangente.
La barrera toca el borde de la zona de riesgo en un solo punto. Por lo tanto, es tangente.
Ejemplo 2: ruta que cruza la zona
La misma zona de riesgo es \(x^2+y^2=16\). Una ruta se modela por \(y=2\). ¿Cruza la zona?
Sustituimos \(y=2\):
\[ x^2+2^2=16 \]
\[ x^2+4=16 \]
\[ x^2=12 \]
Como \(x^2=12\) tiene dos soluciones reales, la recta corta la circunferencia en dos puntos.
La recta cruza la circunferencia y pasa por el interior de la zona de riesgo.
Decisión de seguridad
En un modelo de seguridad, una distancia exacta al borde puede no ser suficiente. En la práctica se suelen agregar márgenes extra, porque las mediciones, movimientos y condiciones reales pueden variar.
Ejercicio 1
Una zona de riesgo tiene centro \((0,0)\) y radio \(6\). Clasifica la recta \(y=6\).
La distancia del centro \((0,0)\) a la recta horizontal \(y=6\) es \(6\).
El radio de la zona de riesgo también es:
\[ r=6 \]
Como la distancia del centro a la recta coincide con el radio:
\[ d=r \]
La recta es tangente.
Ejercicio 2
Para la misma zona de radio \(6\), clasifica la recta \(y=8\).
La distancia del centro \((0,0)\) a la recta \(y=8\) es:
\[ d=8 \]
El radio es:
\[ r=6 \]
Como:
\[ d>r \]
La recta es exterior y no toca la zona.
Ejercicio 3
Para la misma zona de radio \(6\), clasifica la recta \(y=3\).
La distancia del centro \((0,0)\) a la recta \(y=3\) es:
\[ d=3 \]
El radio es:
\[ r=6 \]
Como:
\[ d<r \]
La recta corta la circunferencia en dos puntos y pasa por el interior de la zona.
Ejercicio 4
Una máquina está ubicada en \((2,1)\) y su radio de riesgo es \(5\). Escribe la ecuación de la circunferencia que representa el borde de la zona de riesgo.
La circunferencia con centro \((h,k)\) y radio \(r\) es:
\[ (x-h)^2+(y-k)^2=r^2 \]
En este caso:
\[ h=2,\qquad k=1,\qquad r=5 \]
Entonces:
\[ (x-2)^2+(y-1)^2=5^2 \]
La ecuación es \((x-2)^2+(y-1)^2=25\).
Ejercicio 5
Explica por qué, en un contexto de seguridad, puede ser insuficiente que una barrera sea tangente a la zona de riesgo.
Una recta tangente está justo en el límite de la zona de riesgo, porque toca el borde en un solo punto.
En situaciones reales puede haber errores de medición, movimientos inesperados o variaciones del radio de riesgo.
Por eso suele ser necesario dejar un margen adicional de seguridad.
Ejercicio 6
Una zona de riesgo se modela por \(x^2+y^2=25\). ¿La recta \(y=-5\) es tangente? Justifica.
La circunferencia \(x^2+y^2=25\) tiene centro \((0,0)\).
Además:
\[ r^2=25 \Rightarrow r=5 \]
La recta \(y=-5\) está a distancia \(5\) del centro.
Como:
\[ d=r=5 \]
Sí, la recta es tangente.
Para recordar
La geometría analítica ayuda a justificar decisiones: una recta tangente, secante o exterior no solo es una clasificación, sino una interpretación sobre seguridad, alcance o trayectoria.
13. Problemas integrados con rectas y circunferencias
Problemas integrados con rectas y circunferencias
Inicio
En las clases anteriores estudiamos por separado las rectas y las circunferencias en el plano. Ahora daremos un paso más: resolveremos problemas integrados en los que ambas figuras aparecen al mismo tiempo.
La idea es combinar lo aprendido sobre:
- pendiente y ecuación de la recta,
- paralelismo e intersección,
- centro y radio de la circunferencia,
- traslaciones y lectura geométrica en el plano.
En esta página trabajaremos problemas donde una recta y una circunferencia se relacionan en un mismo sistema de ejes, interpretando puntos, posiciones y ecuaciones.
Objetivo de la página
- Integrar el estudio de rectas y circunferencias en el plano cartesiano.
- Interpretar situaciones geométricas que involucren ambas figuras.
- Resolver problemas sencillos de pertenencia, intersección y lectura gráfica.
- Relacionar ecuaciones con configuraciones geométricas.
Al finalizar esta página deberías poder
- Decidir si un punto pertenece a una recta, a una circunferencia o a ambas.
- Interpretar si una recta corta, toca o no alcanza una circunferencia.
- Usar la ecuación de una recta y de una circunferencia en un mismo problema.
- Resolver problemas geométricos integrando varias ideas de la unidad.
Ideas que se integran
En esta clase conviene tener presentes dos formas fundamentales:
Recta:
\[ y=mx+n \]
Circunferencia:
\[ (x-h)^2+(y-k)^2=r^2 \]
La primera nos permite leer inclinación y posición de la recta. La segunda nos permite leer centro y radio de la circunferencia.
Idea clave
Un problema integrado no exige aprender una figura nueva, sino coordinar varias ideas ya conocidas dentro de una misma situación.
Atención
Cuando trabajes con rectas y circunferencias a la vez, conviene revisar siempre:
- qué información entrega cada ecuación,
- qué representa cada punto,
- si la pregunta es algebraica, geométrica o ambas.
Resumen conceptual
Elementos a observar
| Elemento | Qué conviene observar |
|---|---|
| Recta | Pendiente, intersección con el eje \(y\), puntos por los que pasa |
| Circunferencia | Centro, radio, posición en el plano |
| Punto | Si satisface una ecuación, ambas o ninguna |
| Relación entre ambas figuras | Si la recta corta, toca o queda fuera de la circunferencia |
Ejemplo guiado 1: un punto que pertenece a una recta y a una circunferencia
Consideremos:
\[ \text{Recta: } y=x \qquad\qquad \text{Circunferencia: } x^2+y^2=2 \]
Estudiemos el punto \(P(1,1)\).
Primero revisamos si pertenece a la recta:
\[ y=x \Rightarrow 1=1 \]
Sí pertenece a la recta.
Ahora revisamos si pertenece a la circunferencia:
\[ x^2+y^2=2 \]
\[ 1^2+1^2=2 \]
\[ 2=2 \]
También pertenece a la circunferencia.
El punto \(P(1,1)\) pertenece a ambas figuras.
Ejemplo guiado 2: una recta secante a una circunferencia
Consideremos la circunferencia:
\[ x^2+y^2=9 \]
y la recta:
\[ y=1 \]
La circunferencia tiene centro \((0,0)\) y radio \(3\).
La recta \(y=1\) es horizontal y se ubica a una distancia \(1\) del centro, menor que el radio.
También podemos sustituir \(y=1\):
\[ x^2+1^2=9 \]
\[ x^2=8 \]
Como hay dos soluciones reales, la recta corta a la circunferencia en dos puntos.
La recta es secante a la circunferencia.
Ejemplo guiado 3: una recta tangente a una circunferencia
Consideremos nuevamente la circunferencia:
\[ x^2+y^2=9 \]
y ahora la recta:
\[ y=3 \]
La circunferencia tiene radio \(3\) y centro en el origen.
La recta \(y=3\) está exactamente a una distancia \(3\) del centro.
Sustituyendo:
\[ x^2+3^2=9 \]
\[ x^2=0 \]
\[ x=0 \]
La recta toca a la circunferencia en un solo punto: \((0,3)\). Por eso es tangente.
Ejemplo guiado 4: una recta exterior a una circunferencia
Tomemos otra vez:
\[ x^2+y^2=9 \qquad\text{y}\qquad y=5 \]
La circunferencia tiene centro \((0,0)\) y radio \(3\).
La recta \(y=5\) se encuentra a distancia \(5\) del centro.
Como \(5>3\), no la corta ni la toca.
La recta es exterior a la circunferencia.
Ejemplo guiado 5: problema integrado con centro, radio y una recta
Sea la circunferencia:
\[ (x-2)^2+(y-1)^2=4 \]
y la recta:
\[ x=2 \]
La circunferencia tiene:
- centro \((2,1)\),
- radio \(2\).
La recta \(x=2\) es una recta vertical que pasa justamente por la coordenada horizontal del centro.
Para encontrar sus puntos de intersección, sustituimos \(x=2\):
\[ (2-2)^2+(y-1)^2=4 \]
\[ (y-1)^2=4 \]
\[ y-1=-2 \quad \text{o} \quad y-1=2 \]
\[ y=-1 \quad \text{o} \quad y=3 \]
La recta corta a la circunferencia en dos puntos: \((2,-1)\) y \((2,3)\). Por lo tanto, es secante.
Cómo abordar un problema integrado
Cuando aparezcan una recta y una circunferencia en el mismo ejercicio, conviene:
- leer primero la recta: pendiente, tipo y posición;
- leer luego la circunferencia: centro y radio;
- interpretar cómo están ubicadas una respecto de la otra;
- revisar si la pregunta pide justificar con ecuaciones, con gráfica o con ambas.
Aplicación en el mundo real
Problemas de este tipo aparecen al estudiar trayectorias circulares cortadas por caminos rectos, ruedas respecto de superficies, zonas de alcance respecto de trayectorias lineales y muchas configuraciones geométricas en diseño, física y tecnología.
Ejercicios
Ejercicio 1
Determina si el punto \(A(3,4)\) pertenece a la circunferencia:
\[ x^2+y^2=25 \]
Sustituimos \(x=3\) e \(y=4\) en la ecuación:
\[ 3^2+4^2=9+16=25 \]
Como se cumple la igualdad, el punto satisface la ecuación.
Sí, el punto pertenece a la circunferencia.
Ejercicio 2
Determina si el punto \(B(2,2)\) pertenece a la recta \(y=x\), a la circunferencia \(x^2+y^2=8\), o a ambas.
Para la recta:
\[ y=x \Rightarrow 2=2 \]
Entonces el punto sí pertenece a la recta.
Para la circunferencia:
\[ x^2+y^2=8 \]
\[ 2^2+2^2=4+4=8 \]
Entonces el punto también pertenece a la circunferencia.
El punto \(B(2,2)\) pertenece a ambas figuras.
Ejercicio 3
Describe la relación entre la recta \(y=4\) y la circunferencia \(x^2+y^2=9\).
La circunferencia \(x^2+y^2=9\) tiene centro \((0,0)\) y radio \(3\).
La recta \(y=4\) está a distancia \(4\) del centro.
Como:
\[ 4>3 \]
La recta es exterior a la circunferencia.
Ejercicio 4
Describe la relación entre la recta \(y=3\) y la circunferencia \(x^2+y^2=9\).
La circunferencia tiene centro \((0,0)\) y radio \(3\).
La recta \(y=3\) está a distancia \(3\) del centro.
Como la distancia coincide con el radio, la recta toca la circunferencia en un solo punto.
La recta es tangente y el punto de tangencia es \((0,3)\).
Ejercicio 5
Describe la relación entre la recta \(y=1\) y la circunferencia \(x^2+y^2=9\).
La circunferencia tiene centro \((0,0)\) y radio \(3\).
La recta \(y=1\) está a distancia \(1\) del centro.
Como:
\[ 1<3 \]
La recta corta a la circunferencia en dos puntos; es secante.
Ejercicio 6
La circunferencia \((x-1)^2+(y+2)^2=16\) tiene centro \((1,-2)\) y radio \(4\). Explica por qué la recta \(x=1\) la atraviesa.
La recta \(x=1\) es vertical.
Como el centro de la circunferencia es \((1,-2)\), esa recta pasa por la misma coordenada horizontal del centro.
Al sustituir \(x=1\):
\[ (1-1)^2+(y+2)^2=16 \]
\[ (y+2)^2=16 \]
Esta ecuación tiene dos soluciones reales:
\[ y+2=-4 \quad \text{o} \quad y+2=4 \]
La recta atraviesa la circunferencia y la corta en dos puntos.
Ejercicio 7
Escribe la ecuación de una recta horizontal que sea tangente a la circunferencia \(x^2+y^2=16\) por arriba.
La circunferencia tiene centro \((0,0)\).
Además:
\[ r^2=16 \Rightarrow r=4 \]
Una recta horizontal tangente por arriba debe estar a distancia \(4\) del centro y sobre el eje \(x\).
La tangente horizontal superior es \(y=4\).
Ejercicio 8
Un estudiante afirma: “Si una recta pasa por el centro de una circunferencia, entonces es tangente”. ¿Es correcta esa afirmación? Justifica.
La afirmación no es correcta.
Una recta tangente toca la circunferencia en un solo punto y no pasa por el centro.
Si una recta pasa por el centro de una circunferencia, normalmente la corta en dos puntos.
Eso corresponde a una recta secante, no tangente.
Ejercicios tipo PAES
PAES 1
El punto \((3,4)\) pertenece a la circunferencia:
- \(x^2+y^2=20\)
- \(x^2+y^2=25\)
- \(x^2+y^2=30\)
- \(x^2+y^2=35\)
Sustituimos \(x=3\) e \(y=4\):
\[ 3^2+4^2=9+16=25 \]
Por lo tanto, el punto pertenece a la circunferencia \(x^2+y^2=25\).
Alternativa correcta: b.
PAES 2
La recta \(y=3\) respecto de la circunferencia \(x^2+y^2=9\) es:
- secante
- tangente
- exterior
- vertical
La circunferencia \(x^2+y^2=9\) tiene radio \(3\).
La recta \(y=3\) está a distancia \(3\) del centro.
Como esa distancia coincide con el radio, la recta toca la circunferencia en un solo punto.
Alternativa correcta: b.
PAES 3
La recta \(y=5\) respecto de la circunferencia \(x^2+y^2=9\) es:
- tangente
- secante
- exterior
- coincidente
La circunferencia tiene centro \((0,0)\) y radio \(3\).
La recta \(y=5\) está a distancia \(5\) del centro.
Como \(5>3\), no tiene puntos comunes con la circunferencia.
Alternativa correcta: c.
PAES 4
Si una circunferencia tiene centro \((2,1)\), ¿cuál de las siguientes rectas verticales pasa por el centro?
- \(x=1\)
- \(x=2\)
- \(y=1\)
- \(y=2\)
Una recta vertical tiene la forma \(x=a\). Para que pase por el punto \((2,1)\), debe cumplirse \(x=2\).
Alternativa correcta: b.
Cierre
Síntesis
En esta página resolvimos problemas integrados con rectas y circunferencias, combinando varias ideas trabajadas en las clases anteriores.
Vimos cómo analizar puntos, relaciones geométricas e interpretaciones entre ambas figuras dentro del mismo plano cartesiano.
En la siguiente clase realizaremos la evaluación final integradora y cierre previo a la etapa PAES.
Para recordar
- Un punto puede pertenecer a una recta, a una circunferencia, a ambas o a ninguna.
- Una recta puede ser secante, tangente o exterior respecto de una circunferencia.
- Leer bien centro, radio y posición de la recta facilita mucho el análisis.
- Los problemas integrados exigen conectar ideas, no aprender una figura nueva.