VECTORES EN EL ESPACIO 2º Bachillerato

VECTORES FIJOS EN EL ESPACIO.
VECTORES
EN EL
ESPACIO
2º Bachillerato
VECTORES FIJOS EN EL ESPACIO.
VECTORES FIJOS EN EL ESPACIO.
VECTORES LIBRES EN EL ESPACIO.
OPERACIONES CON VECTORES LIBRES.
OPERACIONES CON VECTORES LIBRES.
OPERACIONES CON VECTORES LIBRES.
u
→
→
–3u
→
2u
OPERACIONES CON VECTORES LIBRES.
DEPENDENCIA LINEAL, BASES, COORDENADAS.
DEPENDENCIA LINEAL, BASES, COORDENADAS.
DEPENDENCIA LINEAL, BASES, COORDENADAS.
DEPENDENCIA LINEAL, BASES, COORDENADAS.
DEPENDENCIA LINEAL, BASES, COORDENADAS.
Estudia si el vector
combinación lineal de
DEPENDENCIA LINEAL, BASES, COORDENADAS.
Se consideran los siguientes vectores: u = (1,1, 0) , v = (1, 0,1) y w = (0,1,1)
a) Probar que forman una base B’ de V3.
b) Calcular las coordenadas del vector p = (2,3,1) respecto de B’
a) 1 1 0
1 0 1 = −2 ≠ 0 → Son linealmente independientes y forman una base.
0 1 1
b)
a + b = 2

(2,3,1) = a(1,1, 0) + b(1, 0,1) + c(0,1,1) = (a + b, a + c, b + c) → a + c = 3
b + c = 1

a = 2, b = 0 y c = 1 → p = (2, 0,1) B'
se puede expresar como
PRODUCTO ESCALAR DE DOS VECTORES.
PRODUCTO ESCALAR DE DOS VECTORES.
PRODUCTO ESCALAR DE DOS VECTORES.
u ⋅ v = u ⋅ v ⋅ cos(u
, v)
Propiedades:
1) u ⋅ v = 0 → u ⊥ v si u ≠ 0 y v ≠ 0
(u
, v) agudo → u ⋅ v > 0
2)  , v) obstuso → u ⋅ v < 0
(u
3) u ⋅ v = v ⋅ u
4) λ (u ⋅ v) = (λu) ⋅ v = u ⋅ (λv)
5) u ⋅ (v + w) = u ⋅ v + u ⋅ w
PRODUCTO ESCALAR DE DOS VECTORES.
PRODUCTO ESCALAR DE DOS VECTORES.
Expresión analítica en una base ortonormal:
B = i , j, k
{
}
u(x1 , y1 , z1 )B

 v(x 2 , y 2 , z 2 ) B
i ⋅ i = i ⋅ i ⋅ cos(i , i ) = 1
i ⋅ j = i ⋅ j ⋅ cos( i , j) = 0
u ⋅ v = x1 i + y1 j + z1k ⋅ x 2 i + y 2 j + z 2 k = ( x1x 2 ) i ⋅ i + ( x1 y 2 ) i ⋅ j + ( x1z 2 ) i ⋅ k +
(
La base canónica de V3 es la base ortonormal B = i , j, k
{
}
)(
)
( )
( )
( )
+ ( y1x 2 ) i ⋅ i + ( y1 y 2 ) i ⋅ j + ( y1z 2 ) i ⋅ k + ( z1x 2 ) i ⋅ i + ( z1 y 2 ) i ⋅ j + ( z1z 2 ) i ⋅ k =
( )
( )
( )
( )
( )
( )
= ( x1x 2 ) ⋅1 + ( x1 y 2 ) ⋅ 0 + ( x1z 2 ) ⋅ 0 + ( y1x 2 ) ⋅ 0 + ( y1 y 2 ) ⋅1 + ( y1z 2 ) ⋅ 0 + ( z1x 2 ) ⋅ 0 + ( z1 y 2 ) ⋅ 0 +
+ ( z1z 2 ) ⋅1 = x1x 2 + y1 y 2 + z1z 2
u ⋅ v = x1x 2 + y1 y 2 + z1z 2
PRODUCTO ESCALAR DE DOS VECTORES.
Respecto a una base ortonormal las coordenadas de tres vectores son:
u = (2, −3,1)
v = (5, 4, −1)
w = (k, 7,1)
a) Calcular u ⋅ v
b) Averiguar el valor de k para que u ⊥ w
a)
u ⋅ v = ( 2, −3,1) ⋅ ( 5, 4, −1) = 2 ⋅ 5 − 3 ⋅ 4 − 1 ⋅1 = −3
b)
u ⋅ w = ( 2, −3,1) ⋅ ( k, 7,1) = 2 ⋅ k − 3 ⋅ 7 + 1 ⋅1 = 2k − 20
PRODUCTO ESCALAR DE DOS VECTORES.
Módulo de un vector (en una base ortonormal):
u = (x, y, z)
2
2
u ⋅ u = u ⋅ u ⋅ cos(u
, u) = u ⋅ cos 0 = u
2 u = u ⋅ u = x 2 + y2 + z2 → u = x 2 + y2 + z2
u ⊥ w → u ⋅ w = 0 → 2k − 20 = 0 → k = 10
PRODUCTO ESCALAR DE DOS VECTORES.
Módulo de un vector (en una base ortonormal):
u = x 2 + y2 + z2
Ejemplo: Respecto a una base ortonormal las coordenadas de dos vectores son:
u = (2, −1,5)
v = (1,3, 2)
a) Calcular u ⋅ v
b) El módulo de cada vector.
c) Un vector unitario en la dirección de u
a)
u ⋅ v = ( 2, −1,5 ) ⋅ (1,3, 2 ) = 2 ⋅1 − 1 ⋅ 3 + 5 ⋅ 2 = 9
b)
u = 22 + ( −12 ) + 52 = 30
c)
1
5 
 2
w =
,−
,

30 30 
 30
u = x 2 + y2 + z2
PRODUCTO ESCALAR DE DOS VECTORES.
Ángulo de dos vectores (en una base ortonormal):
u = (x1 , y1 , z1 )
u = x12 + y12 + z12
v = (x 2 , y 2 , z 2 )
v = x 22 + y22 + z22
u ⋅ v = x1x 2 + y1 y 2 + z1z 2
u ⋅ v = u ⋅ v ⋅ cos(u
, v)
u⋅v
cos(u
, v) = u⋅v
v = 12 + 32 + 22 = 14
cos(u
, v) =
x1x 2 + y1 y 2 + z1z 2
2
x1 + y12 + z12 ⋅
x 22 + y22 + z 22
PRODUCTO ESCALAR DE DOS VECTORES.
PRODUCTO VECTORIAL DE DOS VECTORES.
Ejemplo: Respecto a una base ortonormal las coordenadas de dos vectores son:
u = (2, −3, 0)
v = (−1, 0, 0)
a) Calcular u ⋅ v
b) El módulo de cada vector.
c) El ángulo que forman los dos vectores.
a) u ⋅ v = ( 2, −3, 0 ) ⋅ ( −1, 0, 0 ) = 2 ⋅ ( −1) − 3 ⋅ 0 + 0 ⋅ 0 = −2
b)
u = 22 + ( −32 ) + 02 = 13
v=
( −1)
2
+ 02 + 02 = 1
u⋅v
−2
−2
 −2 
c) cos(u , v) = =
=
→ (u
, v) = arccos 
 = 123º 41' 24, 2 ''
u⋅v
13 ⋅1
13
 13 
PRODUCTO VECTORIAL DE DOS VECTORES.
Interpretación geométrica del producto vectorial.
BB'
sen(u , v) = v
⇒
PRODUCTO VECTORIAL DE DOS VECTORES.
Propiedades del producto vectorial.
BB ' = v ⋅ sen(u
, v)
u × v = u ⋅ v ⋅ sen(u
, v) = u ⋅ BB' = base × altura
PRODUCTO VECTORIAL DE DOS VECTORES.
PRODUCTO VECTORIAL DE DOS VECTORES.
Ejemplo:
Expresión analítica del producto vectorial en una base ortonormal.
 3 0 0 1 1 3 
u ×v = 
,
,
 = ( 9, −3, −13 )
 − 1 3 3 4 4 −1 
PRODUCTO MIXTO DE TRES VECTORES.
PRODUCTO MIXTO DE TRES VECTORES.
Expresión analítica del producto mixto.
Interpretación geométrica del producto mixto.
, v × w)
[ u , v, w ] = u ⋅ ( v × w ) = u ⋅ v × w ⋅ cos(u
, v × w) ) =
[ u , v, w ] = ( v × w ) ⋅ ( u ⋅ cos(u
= Área de la base × altura = Volumen
PRODUCTO MIXTO DE TRES VECTORES.
Propiedades del producto mixto.
1. [ u , w, v ] = − [ u , v, w ]
2. [ u , v, w ] = 0 si, y solo si, u , v, w son linelamente dependientes.
3. [ a u , b v, c w ] = abc [ u, v, w ]
PRODUCTO MIXTO DE TRES VECTORES.
Ejemplo:
Respecto de una base ortonormal, tres vectores se expresan como:
u = ( 2,3, 4 ) , v = ( 0, 2,1) y w = ( 3, 2,1)
a) Halla [ u, v, w ].
b) Halla el volumen del tetraedro formado por los tres vectores.
2 3 4
a) [ u, v, w ] = 0 2 1 = 4 + 9 − 24 − 4 = −15
3 2 1
4. [ u + u ', v, w ] = [ u, v, w ] + [ u ', v, w ]
b) Vtetraedro =
1 1
15
[ u, v, w ] = −15 = = 2 '5 u 3
6
6
6