PROBLEMAS RESUELTOS SELECTIVIDAD ANDALUCÍA 2011 MATEMÁTICAS II TEMA 3: ESPACIO AFIN Y EUCLIDEO

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1 PROBLEMAS RESUELTOS SELECTIVIDAD ANDALUCÍA 0 MATEMÁTICAS II TEMA 3: ESPACIO AFIN Y EUCLIDEO Junio, Ejercicio 4, Opción A Junio, Ejercicio 4, Opción B Reserva, Ejercicio 4, Opción A Reserva, Ejercicio 4, Opción B Reserva, Ejercicio 4, Opción A Reserva, Ejercicio 4, Opción B Reserva 3, Ejercicio 4, Opción A Reserva 3, Ejercicio 4, Opción B Reserva 4, Ejercicio 4, Opción A Reserva 4, Ejercicio 4, Opción B Septiembre, Ejercicio 4, Opción A Septiembre, Ejercicio 4, Opción B

2 Determina el punto simétrico del punto A( 3,, 6), respecto de la recta r de ecuaciones: y3 z x. MATEMÁTICAS II. 0. JUNIO. EJERCICIO 4. OPCIÓN A. Pasamos la recta a paramétricas: xt y3 z x y 3 t z t El punto A' simétrico del punto A respecto de una recta está situado en un plano que pasando por el punto A es perpendicular a dicha recta y además la distancia que hay desde el punto A a la recta es la misma que la que hay desde el punto A' hasta dicha recta. Calculamos la ecuación del plano que pasando por el punto A es perpendicular a la recta. Como la recta es perpendicular al plano, el vector director de dicha recta y el vector normal del plano son paralelos, luego: Vector normal del plano = vector director de la recta = (,, ) La ecuación de todos los planos perpendiculares a dicha recta es: x y z D 0. Como nos interesa el que pasa por el punto A( 3,,6) 3 6 D 0 D x y z 0 Calculamos las coordenadas del punto de intersección de la recta con el plano (M); para ello sustituimos la ecuación de la recta en la del plano: ( t) ( 3 t) ( t) 0 t luego las coordenadas del punto M son: x 3; y 3 4 ; z 4 3 Como el punto M es el punto medio del segmento A A', si llamamos (a,b,c) a las coordenadas del punto 3a b 6 c A', se debe verificar que: 3; a 9 ; ; b ; 3; c 0 Luego, el punto simétrico es: 9,,0.

3 x y Considera los puntos A (,0, ) y B (,,0) y la recta r dada por x z a) Determina la ecuación del plano que es paralelo a r y pasa por A y B. b) Determina si la recta que pasa por los puntos P (,,) y Q (3,4,) está contenida en dicho plano. MATEMÁTICAS II. 0. JUNIO. EJERCICIO 4. OPCIÓN B a) Calculamos el vector director de la recta r. i j k 0 (,, ) u 0 El plano que nos piden viene definido por el punto A, el vector AB (,,) y el vector u (,, ) y su ecuación es: x y 0 y z 0 y z 0 z b) Si la recta que pasa por P y Q está contenida en el plano eso quiere decir que los puntos P y Q son del plano. Vemos que el punto P si verifica la ecuación del plano, pero el punto Q no la verifica, luego, la recta que pasa por P y Q no está contenida en el plano. 0 P está en el plano 4 0 Q no está en el plano

4 Considera los puntos A (,0, ) y B(,, ). x y a) Halla un punto C de la recta de ecuación z que verifica que el triángulo de vértices 3 A, B y C tiene un ángulo recto en B. b) Calcula el área del triángulo de vértices A, B y D, donde D es el punto de corte del plano de ecuación x y 3z 6 con el eje OX. MATEMÁTICAS II. 0. RESERVA. EJERCICIO 4. OPCIÓN A. a) Si pasamos la recta a paramétricas, cualquier punto C tendrá de coordenadas C ( 3 t, t, t). Como el triángulo es rectángulo en B, los vectores BA (0,,3) y BC (3 t,t, t ), tienen que ser perpendiculares, luego, su producto escalar debe valer cero. BA BC (0,,3) (3 t, t, t ) 4t 4 3t 3 0 t 7 Luego, el punto C tiene de coordenadas C ( 3 t, t, t) (,4,7) b) Calculamos el punto de corte del plano con el eje OX, que será: D (3,0,0) Calculamos los vectores AB (0,, 3) y AD (,0, ). i j k Hacemos el producto vectorial de los vectores: i 6 j 4 k 0 Área del triángulo = 68 módulo AB AC ( 4) ( 6) ( 4) u

5 Considera los planos, y 3 dados respectivamente por las ecuaciones: 3x y z 4 0, x y z 0 y x z 4 0 Halla la ecuación de la recta que pasa por el punto P(3,, ), es paralela a y corta a la recta intersección de los planos y 3. MATEMÁTICAS II. 0. RESERVA. EJERCICIO 4. OPCIÓN B Pasamos a paramétricas la recta intersección de los planos y 3. x4 t x y z 0 3 y x z 4 0 z t 3 Luego, cualquier punto A de la recta tiene de coordenadas A(4 t,, t). La recta que nos piden pasa por P y A, y tiene que ser paralela al plano, luego el vector normal del plano n (3,,) y el vector PA ( t,, t ) tienen que ser perpendiculares, luego, su producto escalar debe valer cero. 7 n PA (3,,) ( t,, t ) 3 3t t 0 t 4 El vector de la recta es: PA (,, ),, Por lo tanto, la recta que nos piden es: x 3 y z 3 4 4

6 Dados los puntos A (,0,0), B (0,0,) y P(,,), y la recta r definida por a) Halla los puntos de la recta r cuya distancia al punto P es de 3 unidades. b) Calcula el área del triángulo ABP. MATEMÁTICAS II. 0. RESERVA. EJERCICIO 4. OPCIÓN A. x y 0 z 0 a) Pasamos la recta a paramétricas: x t x y 0 y t z 0 z 0 Cualquier punto C tendrá de coordenadas C ( t, t,0). Calculamos el módulo del vector PC ( t, t, ) y lo igualamos a 3. PC t t t t t t ( ) ( ) ( ) ; 3 Luego, los puntos son: C(3,,0) ; C (, 3,0). b) Calculamos los vectores AB (,0,) y AP (0,,). i j k Hacemos el producto vectorial de los vectores: 0 i j k 0 Área del triángulo = 3 módulo AB AP () () () u

7 xz Dados el punto P(,, ), y la recta r de ecuaciones yz 0 a) Halla la ecuación del plano que contiene a r y pasa por P. b) Halla la ecuación de la recta contenida en el plano de ecuación yz 0, que es perpendicular a r y pasa por P. MATEMÁTICAS II. 0. RESERVA. EJERCICIO 4. OPCIÓN B. a) Pasamos la recta a paramétricas: xt xz y t yz 0 z t La recta pasa por el punto y su vector director es u (,,). El plano que nos piden viene definido por el punto A (,0,0), el vector u (,,) y el vector AP (0,, ), luego, su ecuación es: x 0 y 0 y z 0 z b) La recta pasa por el punto P (,, ) y su vector director es v ( a, b, c). Como la recta es perpendicular a r, el producto escalar de u v 0 a b c 0. Además la recta está contenida en el plano yz 0, entonces el producto escalar del vector normal del plano n (0,,) y el vector v ( a, b, c), también es cero, luego: bc 0. Resolviendo el sistema formado por las dos ecuaciones, tenemos: a b c 0 v ( c, c, c) bc0 Vemos que hay infinitos vectores. Si por ejemplo, damos a c el valor, la recta será: x y z

8 x Sea el punto P(,3, ), y la recta r dada por las ecuaciones y z a) Halla la ecuación del plano perpendicular a r y que pasa por P. b) Calcula la distancia del punto P a la recta r y determina el punto simétrico de P respecto de r. MATEMÁTICAS II. 0. RESERVA 3. EJERCICIO 4. OPCIÓN A. a) El vector normal del plano es el vector director de la recta u n (0,,). Luego, todos los planos perpendiculares a r tienen de ecuación: y z D 0. Nos interesa el que pasa por P (,3, ), luego su ecuación será: 3 D 0 D 7 y z 7 0 b) Calculamos el punto de corte de la recta con el plano. Para ello sustituimos la ecuación de la recta en la del plano. 7 y z 7 0 ( ) Luego, el punto de corte es: M,,,, La distancia que nos piden viene dada por el módulo del vector PM,, d PM ( ) u M es el punto medio del segmento PP, siendo P el simétrico, luego: 4 7 a 3 b c 3 9 M,,,, a 0 ; b ; c Luego, el simétrico es: 3 9 P ' 0,, 5 5

9 Considera los planos y dados, respectivamente, por las ecuaciones ( x, y, z) (,0,7) (,,0) (0,, ) y x y z 5 0 z Determina los puntos de la recta r definida por x y que equidistan de y. 3 MATEMÁTICAS II. 0. RESERVA 3. EJERCICIO 4. OPCIÓN B. Pasamos el plano a forma general: x 0 y 0 x y z 3 0 z 7 0 Cualquier punto de la recta tiene de coordenadas: A ( t, t, 3 t). Aplicamos la fórmula de la distancia de un punto a un plano. t t 3t 3 t t 3t 5 3 6t 3 t 0 ; t Luego, los puntos son: si t 0 A (0,,) ; t A (,,4)

10 x y Dada la recta r definida por z 3, y la recta s definida por 3 a) Halla la ecuación del plano que pasa por el origen y contiene a r. b) Halla la ecuación del plano que contiene a s y es paralelo a r. MATEMÁTICAS II. 0. RESERVA 4. EJERCICIO 4. OPCIÓN A. x y z a) Pasamos la recta r a implícitas: x y x3z 0 z 3 3 yz 5 Calculamos el haz de planos, es decir la ecuación de todos los planos que contienen a r. x 3z 0 k( y z 5) 0 De todos esos planos nos interesa el que pasa por el origen de coordenadas, luego, ese punto debe satisfacer la ecuación del plano. x 3z 0 k( y z 5) k(0 0 5) 0 k Luego, la ecuación del plano que nos piden es: x 3z 0 ( y z 5) 0 x y z 0. b) Calculamos la ecuación de todos los planos que contienen a s. x k(y z ) 0 x ky kz k 0 Como queremos que sea paralelo a r, el vector normal del plano n (, k, k) y el vector director de la recta u (3,, ), tienen que ser perpendiculares, luego, su producto escalar debe valer cero. 3 u n (3,, ) (, k, k) 3 4k k 0 k 5 Por lo tanto, la ecuación del plano que nos piden es: x ky kz k 0 5x 6y 3z 0

11 x x7 y7 Dada la recta r definida por z y la recta s definida por y 5. z a) Halla la ecuación de la recta que corta perpendicularmente a ambas. b) Calcula la distancia entre r y s. MATEMÁTICAS II. 0. RESERVA 4. EJERCICIO 4. OPCIÓN B. Escribimos las ecuaciones de las dos rectas en forma paramétrica. x 7 t x r y 7 t y s y 5 z t z s A 7 t,7 t, t y cualquier punto de la recta Cualquier punto de la recta r tendrá de coordenadas s tendrá de coordenadas B, 5, s El vector Como el vector AB tendrá de coordenadas: AB 9 t, t, s t AB tiene que ser perpendicular a la recta r y s se debe cumplir que: AB u 0 (9 t, t, s t) (,,) t s 0 AB v 0 (9 t, t, s t) (0,0,) 0 s t 0 Resolviendo las dos ecuaciones, obtenemos que t 6 ; s 6 Luego, los puntos A y B que están a mínima distancia tienen de coordenadas 5,, 6 ; B, 5, 6 A. Su ecuación es: a) La recta que nos piden viene definida por: A 5,,6 y AB 3, 6,0 x 5 y z b) La distancia es el módulo del vector AB 3, 6,0 d AB ( 3) ( 6) 0 45 u

12 Considera los puntos A(, k, 3), B( k, 0, ), C(,, 0) y D(, 0,). a) Existe algún valor de k para el que los vectores AB, BC y CD sean linealmente dependientes?. b) Calcula los valores de k para los que los puntos A, B, C y D forman un tetraedro de volumen. MATEMÁTICAS II. 0. SEPTIEMBRE. EJERCICIO 4. OPCIÓN A. a) Calculamos los vectores: AB ( k, k, ) ; BC ( k,, ) ; CD (,,). Para que sean linealmente dependientes, su determinante debe valer cero, luego: k k k k k 0 No tiene solución real Luego, no hay ningún valor de k para el que los vectores sean linealmente dependientes. b) Calculamos los vectores: AB ( k, k, ) ; AC (, k, 3) ; AD (3, k, ). k k V k k k k k k 3 6 k k 6 No k k k 6 5

13 3x y5 Dados el plano de ecuación x y z 0 y la recta r de ecuaciones x y 4z 3 a) Halla el punto de intersección del plano y la recta r. b) Halla el punto simétrico del punto Q (,,3) respecto del plano. MATEMÁTICAS II. 0. SEPTIEMBRE. EJERCICIO 4. OPCIÓN B a) Calculamos el punto de intersección resolviendo el sistema formado por las tres ecuaciones Luego, el punto de intersección es (,,4) b) Q x y z 0 3x y 5 x ; y ; z 4 x y 4z 3 M Q Calculamos la ecuación de la recta que pasando por el punto Q es perpendicular al plano. Como la recta es perpendicular al plano, el vector director de dicha recta y el vector normal del plano son paralelos, luego: Vector normal del plano = vector director de la recta = (,, ). x t La ecuación paramétrica de la recta será: y t z 3 t Calculamos las coordenadas del punto de intersección de la recta con el plano (M); para ello sustituimos la ecuación de la recta en la del plano: ( t) ( t) (3 t) 0 t Luego, las coordenadas del punto M son: x ; y 0; z Como el punto M es el punto medio del segmento Q Q, si llamamos (a,b,c) a las coordenadas del punto Q, se debe verificar que: Luego, el punto simétrico es el a b c 3 ; a 3 ; 0; b ; ; c Q ' 3,,