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Problemas de distancias

De Wikillerato

(Diferencias entre revisiones)
Revisión actual (14:18 18 nov 2011) (editar) (deshacer)
 
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==Distancia entre dos puntos==
==Distancia entre dos puntos==
Línea 50: Línea 49:
r
r
</math>.
</math>.
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[[Imagen:dcPnLi.png]]
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<br/>
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Línea 411: Línea 416:
==Distancia de un punto a un plano==
==Distancia de un punto a un plano==
-
 
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<br/>
 
<br/>
<br/>
Línea 450: Línea 453:
<center>
<center>
<math>
<math>
-
\frac{\left| \, \mathbf{n} \cdot \vec{PQ}}{\left| \vec{PQ} \right| \cdot \left|
+
\frac{\left| \, \mathbf{n} \cdot \vec{PQ} \, \right|}{\left| \vec{PQ} \right| \cdot \left|
\, \mathbf{n} \, \right|}}
\, \mathbf{n} \, \right|}}
</math>
</math>
Línea 457: Línea 460:
<br/>
<br/>
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===Ejemplo===
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[[Imagen:dcPnPlg.png]]
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<br/>
<br/>
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Calculemos la distancia del punto &nbsp;
+
Now we know who the sensilbe one is here. Great post!
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<math>
+
 
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P = \left( \, 2, \, 1, \, 0 \, \right)
+
==Distancia de una recta a un plano==
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&nbsp; al plano
+
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\pi
+
-
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de ecuación:
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Sea
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-
x - y - z = 9
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r
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una recta paralela a un plano
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\pi
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Un vector normal al plano
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Para calcular la distancia de
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r
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a
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\pi
\pi
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es el vector
+
lo unico que tenemos que hacer es encontrar un punto
-
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+
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\mathbf{n} = \left( \, 1, \, -1, \, -1 \, \right)
+
P
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en la recta
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r
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y [[Problemas de distancias#Distancia de un punto a un plano|calcular la distancia de este punto al plano]]
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\pi
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</math>.
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==Distancia entre dos rectas==
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Para encontrar un punto
+
Para calcular la distancia entre dos rectas,
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Q
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r
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del plano
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y
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<math>
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\pi
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s
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</math>
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</math>,
-
damos valores a
+
que se cruzan se procede de la siguiente manera:
 +
 
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En primer lugar, se encuentran vectores directores de ambas rectas, &nbsp;
<math>
<math>
-
x
+
\mathbf{u}_r
</math>
</math>
-
y a
+
&nbsp; y &nbsp;
<math>
<math>
-
y
+
\mathbf{u}_s
 +
</math>, y un par de puntos, &nbsp;
 +
<math>
 +
P
</math>
</math>
-
en la ecuación del plano
+
&nbsp; y &nbsp;
<math>
<math>
-
\pi
+
Q
</math>,
</math>,
-
por ejemplo,
+
&nbsp; en
-
&nbsp;
+
<math>
<math>
-
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+
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-
</math>,
+
</math>
-
&nbsp;
+
y en
-
y despejamos
+
<math>
<math>
-
z
+
s
</math>,
</math>,
-
lo que nos da una ecuación en
+
respectivamente.
-
<math>
+
-
z
+
-
</math>:
+
<br/>
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<center>
+
A continuación, se calcula la longitud de la proyección del vector
<math>
<math>
-
1 - 1 - z = 9
+
\vec{PQ}
</math>
</math>
-
</center>
+
en la dirección normal a un plano paralelo a
-
cuya solución es:
+
-
<center>
+
<math>
<math>
-
z = -9
+
r
</math>
</math>
-
</center>
+
y a
 +
<math>
 +
s
 +
</math>. Esta dirección es la del vector
<br/>
<br/>
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Por lo tanto &nbsp;
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<center>
<math>
<math>
-
Q = \left( \, 1, \, 1, \, -9 \, \right)
+
\mathbf{n} = \mathbf{u}_r \times \mathbf{u}_s
</math>
</math>
-
&nbsp; es un punto del plano
+
</center>
-
<math>
+
-
\pi
+
-
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+
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<br/>
+
La distancia que buscamos la podemos cacular con la formula
-
 
+
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La distancia de
+
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+
-
P
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</math>
+
-
a
+
-
<math>
+
-
\pi
+
-
</math>
+
-
es
+
<br/>
<br/>
Línea 570: Línea 574:
<center>
<center>
<math>
<math>
-
\frac{\left| \, \vec{PQ} \cdot \mathbf{n} \, \right|}{\left| \, \vec{PQ} \,
+
\frac{\left| \, \mathbf{n} \cdot \vec{PQ} \, \right|}
-
\right| \cdot \left| \mathbf{n} \right|} =
+
{\left| \vec{PQ} \right| \cdot \left| \, \mathbf{n} \, \right|}}
-
\frac{\left| \left( \, 1 - 2, \, 1 - 1, \, -9 - 0 \, \right) \cdot \left( \,
+
-
1, \, -1, \, -1 \, \right)
+
-
\right|}{\left| \left( \, -1, \, 0, \, -9 \, \right) \right| \cdot \left| \left(\, 1, \, -1, \, -1 \, \right)
+
-
\right|} =
+
-
<center>
+
-
<math>
+
</math>
</math>
</center>
</center>
-
= \frac{\left| \, \left( \, 1 - 2, \, 1 - 1, \, -9 - 0 \, \right) \cdot \left( \,
 
-
1, \, -1, \, -1 \, \right)
 
-
\right|}{\left| \left( \, -1, \, 0, \, -9 \, \right) \right| \cdot \left|
 
-
\left( \, 1,
 
-
\, -1, \, -1 \, \right) \right|} = \frac{-1 + 0 + 9}{\sqrt{246}}
 
-
</math>
 
-
</center>
 
-
[[Category:Matemáticas]]
+
<br/>
 +
 
 +
[[categoría: matemáticas]]

Revisión actual

Tabla de contenidos

Distancia entre dos puntos


La distancia entre dos puntos   
P = \left( \, x, \, y, \, z \, \right)
  y   
P^\prime = \left( \, x^\prime, \, y^\prime, \, z^\prime \, \right)
  es


\mathrm{d} \left( \, P, \, P^\prime \, \right) = 
\sqrt{
</p>
<pre> \left( \, x - x^\prime \, \right)^2 +
 \left( \, y - y^\prime \, \right)^2 +
 \left( \, z - z^\prime \, \right)^2 
</pre>
<p>}


Distancia entre un punto y una recta


La distancia de un punto 
P
a una recta 
r
es la distancia entre 
P
y su proyeccion 
P^\prime 
en la recta 
r
.


Imagen:dcPnLi.png


Ejemplo


Calculemos la distancia del punto   
P = \left( \, 2, \, 1, \, 0 \, \right)
  a la recta 
r
de ecuaciones



r:
\left\{
</p>
<pre> \begin{array}{l}
   0 = x - 2y + 3z
   \\
   0 = 2x - y + 4
 \end{array}
</pre>
<p>\right.


Sea   
P^\prime = \left( \, x, \, y, \, z \, \right)
  la proyección del punto 
P
en la recta 
r
. Queremos calcular la distancia de 
P
a 
P^\prime 
y para ello necesitamos conocer 
P^\prime 
.


Para hallar 
P^\prime 
vamos a resolver un sistema de tres ecuaciones, dos de ellas son las de la recta 
r
y la otra ecuación procede de igualar a cero el producto escalar del vector


\vec{PP^\prime} =
\left(
</p>
<pre> \, x, \, y, \, z \,
</pre>
<p>\right)
-
\left(
</p>
<pre> \, 2, \, 1, \, 0 \,
</pre>
<p>\right)

por un vector director de la recta 
r
. El producto escalar de ambos vectores es cero porque son perpendiculares (la recta que pasa por 
P
y 
P^\prime
es perpendicular a la recta 
r
).


Podemos obtener un vector director 
\mathbf{u}
de la recta 
r
multiplicando vectorialmente un vector perpendicular al plano 
\pi_1 
por un vector perpendicular al plano 
\pi_2
.

Un vector 
\mathbf{n}_1
perpendicular al plano 
\pi_1
lo podemos obtener de los coeficientes de x, y, z en la ecuación de 
\pi_1
:


\mathbf{n}_1 = \left( \, 1, \, -2, \, 3 \, \right)

De la misma forma obtenemos un vector 
\mathbf{n}_2
perpendicular al plano 
\pi_2
:


\mathbf{n}_2 = \left( \, 2, \, -1, \, 0 \, \right)

El producto vectorial de ambos vectores, 
\mathbf{n}_1
y 
\mathbf{n}_2
es



\mathbf{u} = 
\left|
</p>
<pre> \begin{array}{ccc}
   \mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k}
   \\
   1 & -2 & 3
   \\
   2 & -1 & 0
 \end{array}
</pre>
<p>\right| = \left( \, 3, \, 6, \, 3 \, \right)


donde


\begin{array}{ll}
</p>
<pre> \mathbf{i} & = \left( \, 1, \, 0, \, 0 \, \right)
 \\
 \mathbf{j} & = \left( \, 0, \, 1, \, 0 \, \right)
 \\
 \mathbf{k} & = \left( \, 0, \, 0, \, 1 \, \right)
</pre>
<p>\end{array}


El producto escalar de 
\mathbf{u}
por   
\vec{PP^\prime }
  es



\left|
</p>
<pre> \begin{array}{ccc}
   x - 2 & y - 1 & z - 0
   \\
   1 & -2 & 3
   \\
   2 & -1 & 0
 \end{array}
</pre>
<p>\right|
= \left( \, x - 2,  \, y - 1, \, z - 0 \, \right) \cdot  \left( \, 3, \, 6, \, 3
</p>
<pre> \, \right) = 
</pre>
<p>


= 3 \cdot \left( \, x - 2 \, \right) + 6 \cdot \left( \, y - 1 \,
\right) + 3 \cdot \left( \, z - 0 \, \right) = 3x + 6y + 3z -12 = 0
\right|


donde la primera fila del determinante es el vector   
\vec{PP^\prime }
.


El punto 
P^\prime
es, pues, la solución del sistema de ecuaciones



\left\{ 
</p>
<pre> \begin{array}{l}
   0 = 3x + 6y + 3z -12 
   \\
   0 = x - 2y + 3z
   \\
   0 = 2x - y + 4
 \end{array}
</pre>
<p>\right.


Restando a la tercera ecuación la primera y la segunda se tiene que



0 = 9y - 16


con lo cual   
y = \frac{16}{9}
.   Sustituyendo 
y
por 
\frac{16}{9}
en la tercera ecuación del sistema y despejando 
x
se llega a que


x = \frac{y}{2} - 2 = \frac{8}{9} - 2 = -\frac{10}{9}


Finalmente, sustituyendo 
y
por 
\frac{16}{9}
y 
x
por   
\frac{-10}{9}
  en la segunda ecuación del sistema y despejando 
z
se llega a que


z = \frac{1}{3} \cdot \left( \, 2y  - x \, \right) = \frac{1}{3} \cdot \left( \,
</p>
<pre> 2 \cdot \frac{16}{9} + \frac{10}{9} \, \right) = \frac{42}{27} = \frac{14}{9}
</pre>
<p>

La distancia de 
P
a 
r
coincide con la distancia de 
P
a 
P^\prime 
y esta es:



\sqrt{\left( \, 2 - \left( \, -\frac{10}{9} \, \right) \right)^2 + \left( \, 1 - \frac{16}{9} \, \right)^2 + \left( \, 0 -
</p>
<pre>   \frac{14}{9} \, \right)^2}
</pre>
<p>


Distancia de un punto a un plano


Sea 
\pi
un plano con vector normal 
\mathbf{n}
y al que pertenece el punto   
Q
.


La distancia de un punto 
P
al plano 
\pi 
es la longitud de la proyección del vector 
\vec{PQ}
en la dirección normal al plano 
\pi
, que se puede calcular mediante la fórmula:


\frac{\left| \, \mathbf{n} \cdot \vec{PQ}  \, \right|}{\left| \vec{PQ} \right| \cdot \left|
</p>
<pre>     \, \mathbf{n} \, \right|}}
</pre>
<p>


Imagen:dcPnPlg.png


Now we know who the sensilbe one is here. Great post!

Distancia de una recta a un plano


Sea 
r
una recta paralela a un plano 
\pi
.


Para calcular la distancia de 
r
a 
\pi 
lo unico que tenemos que hacer es encontrar un punto 
P
en la recta 
r
y calcular la distancia de este punto al plano 
\pi 
.


Distancia entre dos rectas


Para calcular la distancia entre dos rectas, 
r
y 
s
, que se cruzan se procede de la siguiente manera:

En primer lugar, se encuentran vectores directores de ambas rectas,   
\mathbf{u}_r
  y   
\mathbf{u}_s
, y un par de puntos,   
P
  y   
Q
,   en 
r
y en 
s
, respectivamente.


A continuación, se calcula la longitud de la proyección del vector 
\vec{PQ}
en la dirección normal a un plano paralelo a 
r
y a 
s
. Esta dirección es la del vector



\mathbf{n} = \mathbf{u}_r \times \mathbf{u}_s

La distancia que buscamos la podemos cacular con la formula



\frac{\left| \, \mathbf{n} \cdot \vec{PQ} \, \right|}
{\left| \vec{PQ} \right| \cdot \left| \, \mathbf{n} \, \right|}}


   
 
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