8. Vector unitario en el plano

Objetivo de aprendizaje

  • Determinar e interpretar el vector unitario asociado a un vector no nulo, reconociendo que conserva su dirección y sentido, pero tiene módulo \(1\).

Idea inicial

En la página anterior se estudió que un vector puede describirse mediante sus componentes, su módulo y su dirección.

Ahora estudiaremos un vector especial: el vector unitario.

Un vector unitario es un vector que tiene módulo \(1\). Sirve para indicar una dirección y un sentido sin importar la longitud original del vector.

Definición de vector unitario

Sea \(\vec{v}\) un vector distinto del vector cero. El vector unitario asociado a \(\vec{v}\) se define como:

\[ \hat{v}=\frac{\vec{v}}{|\vec{v}|} \]

Esto significa que cada componente del vector se divide por su módulo.

Si \(\vec{v}=(a,b)\), entonces:

\[ \hat{v}=\left(\frac{a}{|\vec{v}|},\frac{b}{|\vec{v}|}\right) \]

Atención

El vector cero \(\vec{0}=(0,0)\) no tiene vector unitario asociado.

Esto ocurre porque su módulo es \(0\), y no se puede dividir por cero:

\[ \frac{\vec{0}}{|\vec{0}|}=\frac{(0,0)}{0} \]

Ejemplo 1: vector unitario asociado a \(\vec{v}=(3,4)\)

Consideremos el vector:

\[ \vec{v}=(3,4) \]

Primero calculamos su módulo:

\[ |\vec{v}|=\sqrt{3^2+4^2} \]

\[ |\vec{v}|=\sqrt{9+16}=\sqrt{25}=5 \]

Luego dividimos cada componente por el módulo:

\[ \hat{v}=\frac{\vec{v}}{|\vec{v}|} \]

\[ \hat{v}=\left(\frac{3}{5},\frac{4}{5}\right) \]

Por lo tanto, el vector unitario asociado a \(\vec{v}\) es:

\[ \hat{v}=\left(\frac{3}{5},\frac{4}{5}\right) \]

Este vector tiene la misma dirección y el mismo sentido que \(\vec{v}\), pero su módulo es \(1\).

Ejemplo 2: comprobar que el vector obtenido es unitario

En el ejemplo anterior se obtuvo:

\[ \hat{v}=\left(\frac{3}{5},\frac{4}{5}\right) \]

Para comprobar que es unitario, calculamos su módulo:

\[ |\hat{v}|=\sqrt{\left(\frac{3}{5}\right)^2+\left(\frac{4}{5}\right)^2} \]

\[ |\hat{v}|=\sqrt{\frac{9}{25}+\frac{16}{25}} \]

\[ |\hat{v}|=\sqrt{\frac{25}{25}}=\sqrt{1}=1 \]

Por lo tanto, efectivamente \(\hat{v}\) es un vector unitario.

Interpretación geométrica

Calcular un vector unitario no cambia la dirección ni el sentido del vector original.

Lo que cambia es su módulo: el nuevo vector queda con longitud \(1\).

Por eso, el vector unitario permite representar solo la dirección y el sentido de un desplazamiento.

Ejemplo 3: vector unitario con componentes negativas

Consideremos el vector:

\[ \vec{u}=(-5,12) \]

Calculamos su módulo:

\[ |\vec{u}|=\sqrt{(-5)^2+12^2} \]

\[ |\vec{u}|=\sqrt{25+144}=\sqrt{169}=13 \]

Dividimos cada componente por \(13\):

\[ \hat{u}=\left(\frac{-5}{13},\frac{12}{13}\right) \]

Entonces:

\[ \hat{u}=\left(-\frac{5}{13},\frac{12}{13}\right) \]

Este vector unitario apunta hacia la izquierda y hacia arriba, igual que el vector original.

Procedimiento

  1. Identifica las componentes del vector \(\vec{v}=(a,b)\).
  2. Calcula su módulo usando \( |\vec{v}|=\sqrt{a^2+b^2} \).
  3. Divide cada componente por el módulo.
  4. Verifica, si es necesario, que el módulo del vector obtenido sea \(1\).

Error frecuente

No se debe dividir el vector por la suma de sus componentes.

Por ejemplo, si \(\vec{v}=(3,4)\), no corresponde hacer:

\[ \left(\frac{3}{7},\frac{4}{7}\right) \]

Lo correcto es dividir por el módulo:

\[ |\vec{v}|=5 \]

Entonces:

\[ \hat{v}=\left(\frac{3}{5},\frac{4}{5}\right) \]

Ejercicio 1

Calcula el vector unitario asociado a \(\vec{v}=(6,8)\).

Ejercicio 2

Calcula el vector unitario asociado a \(\vec{u}=(-12,5)\).

Ejercicio 3

Verifica si el vector \(\vec{a}=\left(\frac{8}{17},\frac{15}{17}\right)\) es unitario.

Ejercicio 4

Un estudiante afirma que el vector unitario asociado a \(\vec{w}=(4,3)\) es \(\left(\frac{4}{7},\frac{3}{7}\right)\), porque \(4+3=7\). ¿Es correcta su afirmación? Justifica y corrige si es necesario.

Ejercicio 5

Explica por qué el vector \(\vec{0}=(0,0)\) no tiene vector unitario asociado.

Para continuar

El vector unitario permite separar la dirección de la longitud. En la siguiente página se puede estudiar cómo reconocer perpendicularidad entre vectores usando una herramienta algebraica llamada producto punto.