UNI DAD 3 ESPACIO BIDIMENSIONAL: LA RECTA

Transcripción

1 UNI DAD 3 ESPACIO BIDIMENSIONAL: LA RECTA Objetivos

2

3 Geoetría analítica Introducción U 3.1. Definición de recta 91

4 Dos puntos sólo pueden ser unidos por una sola recta la relación ateática que satisface la unión de estos se llaa ecuación de la recta. = 0. = 0. = = k h = k = h Ejeplo 1 A B A B Ángulo de inclinación de una recta 92

5 Geoetría analítica Inclinación de una recta Es el ángulo que fora con la dirección positiva del eje X. Se ide a partir del eje X en el sentido contrario al recorrido de las anecillas del reloj los valores son de 0 a 180 coo se aprecia en la figura 3.1. Y L 2 L O (, X La inclinación de la recta L 1 se representa por el ángulo ; asiiso, la inclinación de la recta L 2 es el ángulo. = L 2 L 93

6 Ejeplo 2 B A = 3.3. Pendiente de una recta La pendiente de una recta el valor de la tangente del ángulo de inclinación pendiente es positiva pendiente es negativa Pendiente de una recta que pasa por dos puntos Sean A( 1, 1 ) B( 2, 2 ), puntos de la recta L, si desde A trazaos una línea recta paralela al eje X e igualente desde B una paralela al eje Y, se fora el triángulo ABC. La inclinación de la recta AB es el ángulo éste es igual al ángulo CAB, coo se observa en la figura 3.2. Y L ( ( 2 X Entonces, por la definición de pendiente se tiene que la pendiente de: 94

7 Geoetría analítica La pendiente de una recta, llaada tabién por algunos autores coeficiente angular de la recta, se suele representar por la letra. Así, se tiene la siguiente fórula: Significa que la pendiente de la recta que pasa por dos puntos es igual a la diferencia de ordenadas dividida entre la diferencia de abscisas, toadas en el iso orden. 2 2 Ejeplo 3 A C B D B A A B 95

8 AB AB CD CD 3.4. Ecuación punto-pendiente de una recta el origen La ecuación de una recta que pasa por el origen tiene pendiente, se puede obtener de una anera sencilla, considerando la figura 3.3, en donde si A( 1, 1 ), B( 2, 2 ) C( 3, 3 ), son puntos de la recta AB, los triángulos AOA, BOB COC son seejantes; entonces se tiene que: Y O X 96

9 Geoetría analítica, entonces, es decir: para cualquier punto P(, ) de la recta AB se verifica que: Así, la ecuación de una recta que pasa por el origen tiene una pendiente es =. Ahora bien, para la obtención de la ecuación de la recta que pasa por un punto tiene una pendiente dada, se considerará que A( 1, 1 ) es un punto de la recta 1 su pendiente. Si P (, ) es un punto cualquiera de la recta, por definición de pendiente se tendrá la ecuación: ; por lo tanto que es la ecuación buscada. A esta ecuación se le suele llaar fora ordinaria de la ecuación de la recta o ecuación punto-pendiente. Ejeplo 4 A = = 2 97

10 Ejeplo 5 A B A (, B ( 2, 2, AB AB = 3.5. Ecuación pendiente-ordenada al origen de una recta = Se llaa ordenada al origen de una recta, al valor de la ordenada en el punto de intersección de la recta con el eje Y. Se representa por la letra b. Para obtener la ecuación de una recta con pendiente ordenada al origen b se procederá coo sigue: 98

11 Geoetría analítica Y L 2 L b 0 X Considerando la figura 3.4 se tiene que la recta L 1, cua ecuación es = pasa por el origen es paralela a L 2, de lo que si la pendiente de L 1 es la de L 2, tabién lo es. Analizando ahora la relación que ha entre las coordenadas de los puntos correspondientes A A, B B sobre abas rectas, se tiene que: Las abscisas son las isas para las dos parejas de puntos, esto es, la abscisa de A es la isa que la de A, la abscisa de B es la isa que la de B. Las ordenadas de los puntos A, B, de la recta L 2 son iguales a las de los puntos correspondientes A, B, de la recta L 1 auentadas siepre en la isa cantidad b, que es la ordenada en el origen de la recta L 2, es decir: La ordenada de A = ordenada de A + b. La ordenada de B = ordenada de B + b. De una anera general, para un punto cualquiera P(, ) de la recta L 2 se tendrá que: ordenada de P = ordenada P + b Por lo tanto, la ordenada al origen de la recta L 1, cua ecuación es =, tiene valor cero; asiiso, la ordenada al origen de la recta L 2 tiene el valor b, por lo que concluios que la ecuación es = + b. Esta relación entre las coordenadas (, ) de un punto cualquiera de la recta L 2, su pendiente su ordenada en el origen b es la ecuación de la recta, se suele llaar fora tangencial o abreviada de la ecuación de la recta. 99

12 Ejeplo 6 = = + 2 = = + Ejercicio

13 Geoetría analítica 3.6. Ecuación siétrica de una recta - Ecuación siétrica es aquella que está deterinada en función de los segentos a b, en agnitud signo, los que deterinan las intersecciones sobre los ejes de las coordenadas. Coo se aprecia en la figura 3.5, la ecuación de la recta que pasa por los puntos A B se obtiene utilizando la ecuación puntopendiente, esto es: Y B b b 0 a (a X esto es, a = b ab, trasponiendo térinos dividiendo por ab, resulta pasa por los puntos A B., es la ecuación siétrica de la recta que Ejeplo 7 101

14 b a 3.7. Ecuación general de una recta La ecuación general de prier grado con dos variables es de la fora: A + B + C = 0 Si alguno de los coeficientes es igual a cero, se tienen los casos siguientes: A = 0, C = 0 B no es igual a cero, la ecuación es de la fora B = 0, equivale a = 0, que representa al eje X. B = 0, C = 0 A no es igual a cero, la ecuación es de la fora A = 0, equivale a = 0, que representa al eje Y. A = 0 B C no son iguales a cero, la ecuación es de la fora B + C = 0; esto es = C/B, que representa una recta paralela al eje X a la distancia C/B. B = 0 A C no son iguales a cero, la ecuación es de la fora A + C = 0; esto es, = C/A, que representa una recta paralela al eje Y a la distancia C/A. 102

15 Geoetría analítica C = 0 A B no son cero, la ecuación es de la fora A + B = 0; esto es, = A/B, que representa una recta que pasa por el origen tiene de pendiente A/B. En resuen, cualesquiera que sean los valores de A, B C, con A B diferentes de cero, una ecuación de la fora: A + B + C = 0 representa una recta. A esta ecuación se le llaa fora general de la ecuación de la recta. A B C B = + b C/B A/B Ejeplo 8 = 0 = 0 103

16 Ejeplo 9 A + B + C = fora general NOTA B B B 3.8. Distancia de un punto a una recta fora noral Fora noral de la ecuación de la recta Es aquella que viene deterinada en función de la distancia (d) del origen a la recta del ángulo, que es el ángulo forado por el segento d con la dirección positiva del eje X, coo se uestra en la figura

17 Geoetría analítica Y b d 0 a X BOP AB AOP Sustituendo estos valores en la ecuación siétrica anterior, resulta:, entonces la ecuación noral de la recta es: + = d A + B +C d A + B +C + d dk = C (*) 105

18 k = d d d A + B + C

19 Geoetría analítica Ejeplo d d P( P A + B + C A + B + C

20 en valor absoluto, A + B + C C A B d A + B + C P( 108

21 Geoetría analítica Ejeplo O P Q O d P d = Q d = 3.9. Intersección de rectas intersección Ecuación de todas las rectas que pasan por un punto dado A ( 1, 1 ) Se denoina haz de rectas a la failia de rectas que pasan por el punto A difieren sólo en su pendiente. Si se nobra a una pendiente cualquiera, entonces la ecuación de todas las rectas que pasan por el punto A, con eclusión de la paralela al eje Y, que no tiene pendiente, es: A cada valor de le corresponderá una recta del haz. Asiiso, la ecuación de la recta que pasa por A es paralela al eje Y es = 1, ahora bien, si se conocen por lo enos dos rectas de esta failia, cóo podreos calcular el punto de intersección. Cálculo del punto de intersección de dos rectas. Para hallar el punto de intersección de las dos rectas. 109

22 Se resuelve el sistea de ecuaciones. Las soluciones del sistea forado por las ecuaciones de las rectas dan las coordenadas del punto de intersección. Ejeplo 12 A + = ( A P Ángulo entre rectas rectas ángulo entre dos 110

23 Geoetría analítica Ángulo de dos rectas en función de sus pendientes Sean las rectas L 1 L 2, de la figura 3.8, cua inclinación es 1 2 cuas pendientes son 1 2, respectivaente. Consideraos el ángulo, edido de L 1 a L 2, en dirección contraria de las anecillas del reloj. se puede calcular en función de las pendientes de L 1 L 2, es decir 1 2. En el triángulo MNP, el ángulo es eterior consecuenteente: 2 2 = 1 + ; por lo tanto = 2 1 De la fórula de la tangente de la diferencia de dos ángulos, resulta: Si se quisiera calcular el ángulo de L 2 a L 1 en dirección contraria de las anecillas del reloj, la fórula sería: que es igual a tan pero con signo contrario, lo que nos dice que se trata de ángulos supleentarios, coo a lo habíaos encionado. 111

24 Ejeplo 13 A A B C AB A AC Y X A A NOTA la fórula no se puede aplicar 112

25 Geoetría analítica Ejercicio 2 A B A Failia de rectas paralelas Ecuación de todas las rectas paralelas a una recta de pendiente dada Es la ecuación de la failia de rectas paralelas a una recta dada. Todas estas rectas se diferencian en la ordenada en el origen. Así, si 1 es la pendiente de la recta dada llaaos b a una ordenada al origen cualquiera, tendreos que la ecuación buscada es: = 1 + b Ahora bien, cóo saber si dos rectas son paralelas. La condición de paraleliso de dos rectas es que sus pendientes sean iguales. Si dos rectas son paralelas, su ángulo es cero la tangente de cero grados es tabién cero. Por lo tanto, en la fórula: el nuerador es igual a cero, o sea 1 2 = 0, entonces 1 = 2, por lo que si las pendientes son iguales, las rectas son paralelas. 113

26 Ejeplo 14 = 4 = 4 = 4 + n Distancia entre rectas paralelas Para calcular la distancia entre dos rectas paralelas, se toa un punto cualquiera de una de las rectas se calcula la distancia de este punto a la otra recta. Si abas rectas están en su fora noral, sus ecuaciones solaente se diferencian en sus distancias d d al origen. La distancia entre las dos rectas será: d d o d + d dependiendo de si las rectas se encuentran en el iso cuadrante o en cuadrantes distintos (el origen se encuentra entre las dos rectas) respectivaente. Ejeplo

27 Geoetría analítica d d d d d d d Ecuación de una recta es paralela a otra que pasa por un punto dado Ejeplo 16 A = ( A = 3, = = ( + = ( =. 115

28 3.12. Failia de rectas perpendiculares Condición de perpendicularidad entre rectas Si dos rectas son perpendiculares, el ángulo entre ellas es de 90 la tangente de 90 no eiste, pero la cotangente es igual a cero. Entonces, para que: sea igual a cero se debe cuplir que:, por lo que, o tabién. Así dos rectas son perpendiculares si sus pendientes son negativaente recíprocas, es decir, si su producto es igual a 1. Entonces, una failia de rectas perpendiculares es la que todas sus rectas foran un ángulo de 90 con una recta dada, sus pen dientes son negativaente recíprocas su producto es igual a 1. Ejeplo 17 D l A B l 2 C AB AB CD CD 116

29 Geoetría analítica Ecuación de una recta perpendicular a otra que pasa por un punto deterinado Ejeplo 18 : P P + 9 = Representación de regiones en el plano utilizando desigualdades rectas ( 117

30 = + b. = + b. > + b < + b Y Y > + b = + b X X < + b = + b > a < a = a = a 118

31 Geoetría analítica Ejeplo

32 Ejercicio 3 A A D Ejercicios resueltos A B 120

33 Geoetría analítica 2. AB A B B B 3. b 4. b 121

34 M 2 5. M A + B + C, A B 6. M M 2 M M 2 122

35 Geoetría analítica 7. A B AB AC AB AC BC BC 123

36 8. A d d

37 Geoetría analítica 10. A B C AB AB AC AC BC BC AB AC 2 125

38 11. P C O : CO CO P P CO 12., 2 126

39 Geoetría analítica 13. d A u d 2 u 127

40 d d 14. A B C 15. = A D 128

41 Geoetría analítica AD L L 2 L 0 L L 2 P L L Q L 2 L R L L L 2 L 2 L 129