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MATEMATICAS
                                                                             1Āŗ Bachillerato


                                   MaTEX
                                                                                       r=A+lu


                      Proyecto                                              A


                                                                                   d

                                                                                B
                                                                                s=B+mv


                Vectores en el plano                                            CIENCIAS




                                                                           MaTEX
                         Fco Javier GonzĀ“lez Ortiz
                                        a
                                               āˆ’2v




                                                                                   Vectores
                                        w
Directorio                                                       u
      Tabla de Contenido
      Inicio ArtĀ“
                ıculo

                                                                     v
                                                     āˆ’2u

c 2004 javier.gonzalez@unican.es                                             Doc Doc
D.L.:SA-1415-2004                                    ISBN: 84-688-8267-4
                                                                           Volver Cerrar
MATEMATICAS
                                                 1Āŗ Bachillerato

                 Tabla de Contenido             A
                                                           r=A+lu




1. Vectores en el plano                                d


   1.1. Vector ļ¬jo y libre                          B
                                                    s=B+mv

   1.2. Operaciones con vectores                    CIENCIAS

   1.3. CombinaciĀ“n lineal de vectores. Base
                  o
2. Coordenada cartesianas                      MaTEX
   2.1. Base canĀ“nica
                o
3. Producto escalar de vectores




                                                       Vectores
   3.1. Vectores ortogonales
   3.2. Producto escalar
   3.3. MĀ“dulo de un vector
          o
        Ā“
   3.4. Angulo de dos vectores
   Soluciones a los Ejercicios
   Soluciones a los Tests




                                                 Doc Doc

                                               Volver Cerrar
MATEMATICAS
SecciĀ“n 1: Vectores en el plano
     o                                                                        3     1Āŗ Bachillerato
                                                                                              r=A+lu
1. Vectores en el plano                                                            A


1.1. Vector ļ¬jo y libre                                                                   d

                                                                                       B
Deļ¬niciĀ“n 1
       o                                                                               s=B+mv
                                       āˆ’āˆ’
                                        ā†’                                              CIENCIAS
                  Llamamos vector ļ¬jo AB al segmento orientado que tiene su
                  origen en el punto A y su extremo en el punto B.
                                                                                  MaTEX
      MĀ“dulo: Es la longitud del
         o




                                                                                          Vectores
      vector. Lo representamos por
       āˆ’
       āˆ’ā†’                                      y1
      |AB|                                                  āˆ’ā†’          B
                                                            AB
      DirecciĀ“n: Es la direcciĀ“n
              o                 o
      de la recta que lo contiene.             y0    A
      Si dos vectores son paralelos
      tienen la misma direcciĀ“n.
                             o
                                                       x0            x1
      Sentido: Es el que va del
                                                     āˆ’ā†’
      origen al extremo. Lo rep-                     AB(x1 āˆ’ x0 , y1 āˆ’ y0 )
      resentamos por la punta de
      la ļ¬‚echa. Una direcciĀ“n tiene
                           o
      dos sentidos.

                                                                                    Doc Doc

                                                                                  Volver Cerrar
MATEMATICAS
SecciĀ“n 1: Vectores en el plano
     o                                                                              4     1Āŗ Bachillerato
                                                                                                    r=A+lu
Deļ¬niciĀ“n 2
       o                                                                                 A

                  Vectores equipolentes son los vectores que tinen : mismo
                                                                                                d
                  mĀ“dulo, direcciĀ“n y sentido
                   o             o
                                                                                             B
                                                                                             s=B+mv
                                                                                             CIENCIAS


Todos los vectores del grĀ“ļ¬co tienen la
                         a
misma direcciĀ“n, sentido y magnitud,
                o
                                                                B           D
                                                                                        MaTEX
                                                            ā†’
                                                            āˆ’
                                                            u           ā†’
                                                                        āˆ’
                                                                        u           F
son todos ellos equipolentes. TambiĀ“n
                                    e
decimos que son representantes del




                                                                                                Vectores
                                                    A               C           ā†’
                                                                                āˆ’
vector libre u.                                                                 u
                   āˆ’ āˆ’ā†’
                   āˆ’ āˆ’
                    ā†’         āˆ’ā†’
                               āˆ’                ā†’
                                                āˆ’
                                                u                       E
AsĀ“ los vectores AB,CD y EF son
   ı,
equipolentes y representantes del mis-
mo vector libre u.
En el paralelogramo ABDC, son                               C           u           D
                          āˆ’
                          āˆ’ā†’ āˆ’ā†’  āˆ’
equipolentes los vectores AB y CD, y
representantes de u.
                                                        v                       v

TambiĀ“n son equipolentes los vectores
     e
āˆ’ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’
AC y BD, y representantes de v.                     A           u           B


                                                                                          Doc Doc

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MATEMATICAS
SecciĀ“n 1: Vectores en el plano
     o                                                                    5     1Āŗ Bachillerato
                                                                                          r=A+lu
1.2. Operaciones con vectores                                                  A


Deļ¬niciĀ“n 3
       o                                                                              d

                  El producto de un nĀ“mero Ī± por un vector u es otro vector
                                       u                                           B
                                                                                   s=B+mv
                  libre representado por Ī± Ā· u                                     CIENCIAS

El vector Ī± Ā· u mantiene la direcciĀ“n pero
                                   o
puede cambiar el sentido o la magnitud del
vector u.                                            u
                                                           1
                                                           2u                 MaTEX
      Si Ī± > 0, Ī±Ā·u tiene el mismo sentido que              2u




                                                                                      Vectores
      u , y si Ī± < 0 tienen sentido contrario.
      Si Ī± > 1, el vector Ī± Ā· u se dilata o alarga
      y si Ī± < 1, el vector Ī± Ā· u se contrae o
      acorta.                                                       āˆ’u
      El caso que Ī± = 0, el vector Ī± Ā· u corre-
      sponde al vector nulo (0, 0)


   En el grĀ“ļ¬co se muestran los vectores mĀ“ltiplos de u, la mitad de u con
           a                              u
    1
Ī± = , el doble de u con Ī± = 2 y el opuesto de u con Ī± = āˆ’1.
    2

                                                                                Doc Doc

                                                                              Volver Cerrar
MATEMATICAS
SecciĀ“n 1: Vectores en el plano
     o                                                                          6      1Āŗ Bachillerato
                                                                                                 r=A+lu
Deļ¬niciĀ“n 4 La suma de los vectores libres u y v es otro vector libre
       o                                                                              A


                                       u+v                                                   d

                                                                                          B
                                                                                          s=B+mv
que se obtiene grĀ“ļ¬camente, tomando repre-
                   a                                                                      CIENCIAS

sentantes de u y v con el mismo origen, y
trazando la diagonal del paralelogramo que de-
terminan. TambiĀ“n se llama la resultante.
                 e
                                                        v
                                                                 u+v                 MaTEX




                                                                                             Vectores
                                                             u
Deļ¬niciĀ“n 5 La resta de los vectores libres u(u1 , u2 ) y v(v1 , v2 ) es otro vec-
          o
tor libre deļ¬nido por
                             u āˆ’ v = (u1 āˆ’ v1 , u2 āˆ’ v2 )

la interpretaciĀ“n grĀ“ļ¬ca de la resta se muestra
               o     a                                              u
en el dibujo. El vector resta uāˆ’v es la diagonal
del paralelogramo construido con u y āˆ’v.
                                                                 uāˆ’v
                                                        āˆ’v




                                                                                       Doc Doc

                                                                                     Volver Cerrar
MATEMATICAS
SecciĀ“n 1: Vectores en el plano
     o                                                                           7     1Āŗ Bachillerato
                                                                                                 r=A+lu
Ejemplo 1.1. Dados dos vectores no dependientes u y v hallar 3 Ā· u + 2 v              A


SoluciĀ“n:
      o                                                                                      d
                                          3u
                                                                                          B
                                                                                          s=B+mv
                                                                                          CIENCIAS
                                  u


                                      v
                                                    w                                MaTEX




                                                                                             Vectores
                                               2v

                                                              āˆ’
                                                              āˆ’ā†’
Ejemplo 1.2. Expresar como combinaciĀ“n lineal de los vectores AB = u y
                                    o
āˆ’ā†’
āˆ’
BC = v, los siguientes vectores:
     āˆ’
     āˆ’ā†’                        āˆ’ ā†’                  āˆ’ā†’
                                                     āˆ’
  a) BA                     b) AC                c) DB
SoluciĀ“n:
      o
     āˆ’
     āˆ’ā†’    āˆ’āˆ’ā†’                                              A   u    B
  a) BA = āˆ’AB = āˆ’u
     āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ā†’ āˆ’ā†’āˆ’
  b) AC = AB + BC = u + v                                                v
     āˆ’ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ā†’
      āˆ’    āˆ’    āˆ’
  c) DB = DC + CB = 2 u āˆ’ v
                                                        D       2u           C         Doc Doc

                                                                                     Volver Cerrar
MATEMATICAS
SecciĀ“n 1: Vectores en el plano
     o                                                                     8         1Āŗ Bachillerato
                                                                                               r=A+lu
Ejemplo 1.3.                                                                        A

Considera el hexĀ“gono regular de la ļ¬gura. Expresar como combinaciĀ“n lineal
                 a                                                o
                āˆ’
                āˆ’ā†’       āˆ’ā†’                                                                d
de los vectores AB = u y AC = v, los siguientes vectores:                               B
      āˆ’ā†’
       āˆ’                       āˆ’ā†’                        āˆ’ā†’
                                                          āˆ’                             s=B+mv
  a) BC                    b) AO                     c) AD                              CIENCIAS
      āˆ’ā†’
       āˆ’                       āˆ’ā†’
                                āˆ’                        āˆ’ā†’
  d ) DO                   e) CD                     f ) AE
SoluciĀ“n:
      o
                                                                                   MaTEX
      āˆ’ā†’
      āˆ’                                              C             B
  a) BC = āˆ’u + v




                                                                                           Vectores
      āˆ’ā†’ āˆ’ā†’āˆ’
  b) AO = BC = āˆ’u + v                                                  u
      āˆ’ā†’
       āˆ’    āˆ’ā†’
  c) AD = 2 AO = āˆ’2 u + 2 v                                    v
      āˆ’ā†’
       āˆ’     āˆ’ā†’
             āˆ’
  d ) DO = āˆ’ BC = u āˆ’ v                      D                                 A
      āˆ’ā†’ āˆ’
       āˆ’    ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’
                                                             O
  e) CD = CA + AD = āˆ’v + (āˆ’2 u + 2 v)
      āˆ’ā†’
       āˆ’
      CD = āˆ’2 u + v
      āˆ’ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ā†’
           āˆ’      āˆ’
  f ) AE = AD + DE = (āˆ’2 u + 2 v) āˆ’ u
      āˆ’ā†’                                             E             F
      AE = āˆ’3 u + 2 v



                                                                                     Doc Doc

                                                                                   Volver Cerrar
MATEMATICAS
SecciĀ“n 1: Vectores en el plano
     o                                                                               9     1Āŗ Bachillerato
                                                                                                     r=A+lu
Ejercicio 1. Dados dos vectores no dependientes u y v hallar āˆ’2 Ā· u āˆ’ 2 Ā· v               A

                                                              āˆ’ā†’
                                                               āˆ’
Ejercicio 2. Expresar como combinaciĀ“n lineal de los vectores BC = u y
                                      o                                                          d
āˆ’ā†’
 āˆ’
CD = v, los siguientes vectores:                                                              B
                                                                                              s=B+mv
                                                                                              CIENCIAS
     āˆ’ā†’
      āˆ’                                         B           u   C
  a) BD
     āˆ’ā†’
  b) AC                                                                  v
                                                                                         MaTEX
     āˆ’
     āˆ’ā†’
  c) AB




                                                                                                 Vectores
                                                A               2u               D
Ejercicio 3. Siendo M, N, P los puntos medios de los lados, expresar como
                                   āˆ’ā†’
                                    āˆ’       āˆ’ā†’
combinaciĀ“n lineal de los vectores AM = u y AP = v, los siguientes vectores:
         o
     āˆ’ā†’
      āˆ’                        āˆ’
                               āˆ’ā†’                                    C
  a) M B                   b) AB
     āˆ’ā†’
     āˆ’                         āˆ’ā†’
                                āˆ’
  c) BC                    d ) AN                           P
     āˆ’ā†’
      āˆ’                        āˆ’ā†’
                                āˆ’                       v
  e) P M                   f ) MC
                                                                         N
                                                    A
                                                            u
                                                                M

                                                                             B             Doc Doc

                                                                                         Volver Cerrar
MATEMATICAS
SecciĀ“n 1: Vectores en el plano
     o                                                                       10     1Āŗ Bachillerato
                                                                                              r=A+lu
1.3. CombinaciĀ“n lineal de vectores. Base
              o                                                                    A


    En los ejercicios anteriores, bĀ“sicamente hemos hecho dos cosas con los
                                   a                                                      d

vectores. Multiplicarlos por un nĀ“mero y sumarlos (restarlos). Esas dos op-
                                   u                                                   B
                                                                                       s=B+mv
eraciones constituyen lo que se llama una combinaciĀ“n lineal, bien de uno o
                                                    o                                  CIENCIAS
mĀ“s vectores.
  a
Deļ¬niciĀ“n 6
         o
                Decimos que el vector v es combinaciĀ“n lineal del vector u si
                                                    o
                                                                                  MaTEX
                existe un escalar Ī± con
                                           v =Ī±Ā·u




                                                                                          Vectores
                  tambiĀ“n decimos que u y v son dependientes o proporcionales.
                        e
                  Si u y v no son dependientes decimos que son independientes.
Deļ¬niciĀ“n 7
       o
                  Decimos que el vector w es combinaciĀ“n lineal de los vectores
                                                       o
                  u y v si existen escalares Ī± y Ī² con
                                        w =Ī±Ā·u+Ī²Ā·v
Deļ¬niciĀ“n 8 (Base)
       o
             Decimos que los vectores u y v forman una base en el plano R2
             si son linealmente independientes. Esto signiļ¬ca que cualquier
             vector w āˆˆ R2 se obtiene por combinaciĀ“n lineal de u y v.
                                                      o
                                                                                    Doc Doc

                                                                                  Volver Cerrar
MATEMATICAS
SecciĀ“n 2: Coordenada cartesianas
     o                                                                             11      1Āŗ Bachillerato
                                                                                                     r=A+lu
2. Coordenada cartesianas                                                                 A


   Tomando en el plano un punto cualquiera O como origen de referencia                           d

vamos a introducir coordenadas para trabajar con los vectores.                                B
                                                                                              s=B+mv
                                                                                              CIENCIAS
2.1. Base canĀ“nica
             o
   De entre todas las bases elegimos la base canĀ“nica determinada por los
                                                       o
vectores i(1, 0) y j(0, 1). AsĀ“ cualquier vector u(u1 , u2 ) se pude expresar como
                              ı
                                                                                         MaTEX
                         (u1 , u2 ) = u1 Ā· (1, 0) + u2 Ā· (0, 1)




                                                                                                 Vectores
                                    u = u1 Ā· i + u2 Ā· j

Los nĀ“meros u1 y u2 por este orden son
       u
las componentes del vector.                                            u = u1 i + u2 j
                                                     u2 j
La magnitud o mĀ“dulo del vector
                         o
u(u1 , u2 ) por el teorema de PitĀ“goras cor-
                                 a
responde a                                                                     u2

              |u| =    u2 + u2                            j       u1
                        1    2
                                                          O   i             u1 i



                                                                                           Doc Doc

                                                                                         Volver Cerrar
MATEMATICAS
SecciĀ“n 2: Coordenada cartesianas
     o                                                                    12     1Āŗ Bachillerato
                                                                                           r=A+lu
Ejemplo 2.1. Expresar los vectores del grĀ“ļ¬co en funciĀ“n de la base canĀ“nica
                                           a           o               o        A

i(1, 0) y j(0, 1) y determinar el mĀ“dulo de de los mismos.
                                   o
                                                                                       d

SoluciĀ“n:
       o                                                                            B
                                                                                    s=B+mv

                                                                  āˆ’
                                                                  ā†’
                                                                  v
                                                                                    CIENCIAS
      v =2Ā·i+4Ā·j
                           āˆš
      |v| =    22 + 42 =       20                                              MaTEX
      w = āˆ’3 Ā· i + 2 Ā· j                         āˆ’
                                                 ā†’
                                                 w
                                āˆš                      ā†’
                                                       āˆ’
               (āˆ’3)2 + 22 =                            j




                                                                                       Vectores
      |v| =                         13

      n = āˆ’3 Ā· i āˆ’ Ā·j
                                                             ā†’
                                                             āˆ’
                                        āˆš
                                                             i
      |v| =    (āˆ’3)2 + (āˆ’1)2 =              10   āˆ’
                                                 ā†’
                                                 n
      c=4Ā·iāˆ’2Ā·j                                                          ā†’
                                                                         āˆ’
                                                                         c
                                    āˆš
      |c| =    (4)2 + (āˆ’2)2 =           20




   A continuaciĀ“n vamos a repasar los conceptos de dependencia, inde-
               o
pendencia, bases y combinaciĀ“n lineal de vectores utilizando coorde-
                               o                                                 Doc Doc
nadas.
                                                                               Volver Cerrar
MATEMATICAS
SecciĀ“n 2: Coordenada cartesianas
     o                                                               13     1Āŗ Bachillerato
                                                                                      r=A+lu
Ejemplo 2.2. Comprobar que el vector w(4, 8) es combinaciĀ“n lineal del
                                                         o                 A

vector u(1, 2)
                                                                                  d

SoluciĀ“n: Comprobamos si existe un escalar Ī± con
      o                                                                        B
                                                                               s=B+mv

                                    (4, 8) = Ī± Ā· (1, 2)                        CIENCIAS


Igualando componentes se tiene
                             4 = 1Ī±
                                                                          MaTEX
                                               =ā‡’ Ī± = 4
                             8 = 2Ī±




                                                                                  Vectores
Ejemplo 2.3. Dado el vector v(8, 12) hallar:
                                          1                   1
  a) 3 Ā· v        b) āˆ’2 Ā· v           c) Ā· v              d) āˆ’ Ā· v
                                          4                   3
SoluciĀ“n:
      o
  a) 3 Ā· v = 3 Ā· (8, 12) = (24, 36)
  b) āˆ’2 Ā· v = āˆ’2 Ā· (8, 12) = (āˆ’16, āˆ’24)
      1      1
  c) Ā· v = Ā· (8, 12) = (2, 3)
      4      4
        1       1               8
  d ) āˆ’ Ā· v = āˆ’ Ā· (8, 12) = (āˆ’ , āˆ’4)
        3       3               3
                                                                            Doc Doc

                                                                          Volver Cerrar
MATEMATICAS
SecciĀ“n 2: Coordenada cartesianas
     o                                                                 14     1Āŗ Bachillerato
                                                                                        r=A+lu
Test.                                                                        A


 1. Los vectores u(2, 2) y v(3, 3) son..?                                           d

    (a) Independientes                    (b) Dependientes                       B
                                                                                 s=B+mv

 2. Los vectores u(2, 2) y v(3, 4) son..?                                        CIENCIAS


    (a) Independientes                    (b) Dependientes
                                                                            MaTEX
Ejemplo 2.4. Dados los vectores u(2, 1) y v(āˆ’1, 3) hallar:
  a) 3 Ā· u + 2 v
               Ėœ         b) āˆ’2 Ā· u + 3 Ā· v         c) āˆ’u + 2 Ā· v




                                                                                    Vectores
SoluciĀ“n:
      o
  a) 3 Ā· u + v = 3 Ā· (2, 1) + (āˆ’1, 3) = (5, 6)
  b) āˆ’2 Ā· u + 3 Ā· v = āˆ’2 Ā· (2, 1) + 3 Ā· (āˆ’1, 3) = (āˆ’7, 1)
  c) āˆ’u + 2 Ā· v = āˆ’(2, 1) + 2 Ā· (āˆ’1, 3) = (āˆ’4, 5)


Ejemplo 2.5. Comprobar que el vector w(4, 7) es combinaciĀ“n lineal de los
                                                          o
vectores u(2, 1) y v(0, 5).
SoluciĀ“n: Comprobamos si (4, 7) = Ī± Ā· (4, 7) + Ī² Ā· (0, 5)
      o
Igualando componentes se tiene
                     4 = 2Ī± + 0Ī²
                                         =ā‡’ Ī± = 2      Ī²=1
                     7 = 1Ī± + 5Ī²
                                                                              Doc Doc

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MATEMATICAS
SecciĀ“n 2: Coordenada cartesianas
     o                                                                      15      1Āŗ Bachillerato
                                                                                              r=A+lu
Deļ¬niciĀ“n 9 (Base)
       o                                                                           A

             Decimos que los vectores u(u1 , u2 ) y v(v1 , v2 ) forman una base           d
             en el plano R2 si son linealmente independientes. Esto signiļ¬-            B
             ca que cualquier vector w āˆˆ R2 se obtiene por combinaciĀ“n       o         s=B+mv
                                                                                       CIENCIAS
             lineal de u(u1 , u2 ) y v(v1 , v2 ).
Ejemplo 2.6. Comprobar que los vectores u(2, 1) y v(0, 5) forman una base.        MaTEX
SoluciĀ“n: Los dos vectores u(2, 1) y v(0, 5) forman una base, pues son inde-
      o
pendientes ya que no hay ningĀ“n escalar Ī± tal que u(2, 1) = Ī± Ā· v(0, 5).
                              u
Observa que las componentes no son proporcionales:




                                                                                          Vectores
                                   0    5
                                     =
                                   2    1


Ejemplo 2.7. ĀæForman una base los vectores u(2, 1) y v(4, 2)?
SoluciĀ“n: No forman una base, pues los vectores son dependientes, ya que:
      o
                                v(4, 2) = 2 Ā· u(2, 1)
Otra forma es ver que las componentes son proporcionales:
                       2    1
                          = =ā‡’ son dependientes
                       4    2

                                                                                    Doc Doc

                                                                                  Volver Cerrar
MATEMATICAS
SecciĀ“n 2: Coordenada cartesianas
     o                                                                      16     1Āŗ Bachillerato
                                                                                             r=A+lu
Test. Responde a las cuestiones:                                                  A


 1. Los vectores u(2, 2) y v(3, 3) forman una base en R2 .                               d

    (a) Verdadero                       (b) Falso                                     B
                                                                                      s=B+mv

 2. Los vectores u(1, 0) y v(2, 1) forman una base en R2 .                            CIENCIAS


    (a) Verdadero                       (b) Falso
                                                                                 MaTEX
Ejercicio 4. Expresar el vector w(5, 2) como combinaciĀ“n lineal de los vec-
                                                        o
tores u(1, 2) y w(3, āˆ’2). Efectuar una representaciĀ“n grĀ“ļ¬ca.
                                                   o    a




                                                                                         Vectores
Ejercicio 5. Dados los vectores u(1, āˆ’2) y w(2, 3), hallar v con
                                    w =2Ā·u+3Ā·v

Ejercicio 6. Sean los vectores u(1, 1) y w(āˆ’1, 1). Comprobar que forman
una base.
Ejercicio 7. Sean los vectores u(2, a) y w(1, 1). Hallar los valores de a para
que formen una base.




                                                                                   Doc Doc

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MATEMATICAS
SecciĀ“n 3: Producto escalar de vectores
     o                                                                    17     1Āŗ Bachillerato
                                                                                           r=A+lu
3. Producto escalar de vectores                                                 A


3.1. Vectores ortogonales                                                              d

                                                                                    B
                                                                                    s=B+mv
    Supongamos dos vectores u y v en (ļ¬gu-                                          CIENCIAS
    ra). Diremos que son perpendiculares u
    ortogonales si se satisface el teorema de
    PitĀ“goras:
       a
                                                        v
                                                                               MaTEX
                                                                   uāˆ’v
                |u|2 + |v|2 = |u āˆ’ v|2




                                                                                       Vectores
                                                            u

Aplicando la ecuaciĀ“n, la condiciĀ“n se transforma en
                   o             o

             (u2 + u2 ) + (v1 + v2 ) = (u1 āˆ’ v1 )2 + (u2 āˆ’ v2 )2
                1   2
                            2    2

Simpliļ¬cando tĀ“rminos comunes queda
              e
                                 (u1 v1 + u2 v2 ) = 0
AsĀ“ la igualdad es vĀ“lida si el producto cruzado es cero. Diremos que dos
  ı                  a
vectores u y v son ortogonales u āŠ„ v si
                            u āŠ„ v ā‡ā‡’ u1 v1 + u2 v2 = 0                   (1)
                                                                                 Doc Doc

                                                                               Volver Cerrar
MATEMATICAS
SecciĀ“n 3: Producto escalar de vectores
     o                                                                         18     1Āŗ Bachillerato
                                                                                                r=A+lu
3.2. Producto escalar                                                                A


   Al producto anterior de las componentes de dos vectores le deļ¬nimos como                 d

producto escalar de dos vectores                                                         B
                                                                                         s=B+mv
                                                                                         CIENCIAS
                        u(u1 , u2 ) Ā· v(v1 , v2 ) = u1 v1 + u2 v2             (2)
Cuando el producto escalar de dos vectores es cero, los vectores son ortog-
onales o perpendiculares.
                                                                                    MaTEX
Para hallar un vector perpendicular a u(u1 , u2 ) basta cambiar el orden y el
signo de una de las componentes.




                                                                                            Vectores
                   u(u1 , u2 ) Ā· v(āˆ’u2 , u1 ) = āˆ’u1 u2 + u2 u1 = 0
AsĀ“
  ı,
            (1, 5) āŠ„ (āˆ’5, 1)       (2, 3) āŠ„ (āˆ’3, 2)        (8, 7) āŠ„ (āˆ’7, 8)

3.3. MĀ“dulo de un vector
      o
   Observar que si multiplicamos escalarmente un vector u por si mismo se
obtiene el cuadrado de su mĀ“dulo o longitud:
                            o
                                u Ā· u = u2 + u2 = |u|2
                                         1    2                               (3)
o dicho de otra forma, el mĀ“dulo de un vector es la raĀ“ positiva de su producto
                           o                          ız
escalar                                āˆš
                                 |u| = u Ā· u                                (4)
                                                                                      Doc Doc

                                                                                    Volver Cerrar
MATEMATICAS
SecciĀ“n 3: Producto escalar de vectores
     o                                                                      19       1Āŗ Bachillerato
                                                                                               r=A+lu
     Ā“
3.4. Angulo de dos vectores                                                         A


                                                                                           d
    Del teorema del coseno en un triĀ“ngulo se tiene
                                    a
                                                                                        B
                                                             |v|                        s=B+mv
                                                                                        CIENCIAS
               2         2    2
        |u āˆ’ v| = |u| + |v| āˆ’ 2 |u| |v| cos Ī±          (5)
    donde Ī± es el Ā“ngulo determinado por u y v.
                  a                                            Ī±         |u āˆ’ v|
                                                                                   MaTEX
                     2
             |u āˆ’ v| =(u āˆ’ v) Ā· (u āˆ’ v)
                     =u Ā· u āˆ’ 2 u Ā· v + v Ā· v                      |u|




                                                                                           Vectores
                    =|u|2 āˆ’ 2 u Ā· v + |v|2
Por otra parte, igualando las ecuaciones anteriores se tiene
                                  u Ā· v = |u| Ā· |v| cos Ī±                  (6)
que nos da una segunda deļ¬niciĀ“n del producto escalar. Por ello se obtiene
                                o
que el Ā“ngulo Īø de dos vectores u y v viene dado por
       a
                                                 uĀ·v
                                  cos(u, v) =                              (7)
                                                |u| Ā· |v|




                                                                                     Doc Doc

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MATEMATICAS
SecciĀ“n 3: Producto escalar de vectores
     o                                                                    20     1Āŗ Bachillerato
                                                                                           r=A+lu
Ejemplo 3.1. Determinar el Ā“ngulo de los vectores de R2 , u = (2, 1) y v =
                             a                                                  A

(0, 1).
                                                                                       d

SoluciĀ“n: Tenemos:
        o                                                                           B
                                                                                    s=B+mv
                                 (2, 1) Ā· (0, 1)       1                            CIENCIAS
                 cos(u, v) =                        =āˆš āˆš
                              |(2, 1)| cot |(0, 1)|   6 1
y de esto bastarĀ“ hallar
                ıa                                                             MaTEX
                                                   1
                              Ī± = āˆ (u, v) = arcos āˆš
                                                    6




                                                                                       Vectores
Ejercicio 8. Dados los vectores u = (2, āˆ’3) y v = (6, āˆ’1) hallar:
 1. los mĀ“dulos de u y v.
          o
 2. El producto escalar de u y v
 3. El coseno del Ā“ngulo que forman.
                  a
 4. Hallar m para que el vector w(m, 2) sea ortogonal a u
Ejercicio 9. Hallar todos los vectores w perpendiculares a u(u1 , u2 ) y con
el mismo mĀ“dulo.
           o
Ejercicio 10. Dados los vectores u(āˆ’4, 6) y v(5, m). Hallar m para que:
  a) Sean dependientes
  b) Sean perpendiculares                                                        Doc Doc

                                                                               Volver Cerrar
MATEMATICAS
Soluciones a los Ejercicios                                    21      1Āŗ Bachillerato
                                                                                 r=A+lu
Soluciones a los Ejercicios                                           A


Ejercicio 1.                                                                 d

                                                                          B
                                                                          s=B+mv
                              w = āˆ’2 Ā· u āˆ’ 2 Ā· v                          CIENCIAS

                              āˆ’2v
                                                                     MaTEX
                          w




                                                                             Vectores
                                               u


                                                   v
                                     āˆ’2u
                                                       Ejercicio 1




                                                                       Doc Doc

                                                                     Volver Cerrar
MATEMATICAS
Soluciones a los Ejercicios                        22      1Āŗ Bachillerato
                                                                     r=A+lu
Ejercicio 2.                                              A



     āˆ’ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ā†’
      āˆ’    āˆ’    āˆ’             B   u   C                          d
  a) BD = BC + CD = u + v                                     B
     āˆ’ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ā†’
          āˆ’    āˆ’                           v
                                                              s=B+mv

  b) AC = AD + DC = 2 u āˆ’ v                                   CIENCIAS

     āˆ’
     āˆ’ā†’ āˆ’  ā†’ āˆ’ā†’āˆ’
  c) AB = AC + CB = u āˆ’ v
                              A       2u       D
                                           Ejercicio 2
                                                         MaTEX




                                                                 Vectores
                                                           Doc Doc

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MATEMATICAS
Soluciones a los Ejercicios                                   23      1Āŗ Bachillerato
                                                                                r=A+lu
Ejercicio 3.                                                         A



      āˆ’ ā†’ āˆ’ā†’
       āˆ’     āˆ’                                    C                         d
  a) M B = AM = u                                                        B
      āˆ’
      āˆ’ā†’    āˆ’ā†’
             āˆ’                                                           s=B+mv

  b) AB = 2 AM = 2 u                                                     CIENCIAS

      āˆ’ā†’ āˆ’
      āˆ’     āˆ’
            ā†’ āˆ’   ā†’                       P
  c) BC = BA + AC = āˆ’2 u + 2 v
      āˆ’ā†’ āˆ’
       āˆ’    ā†’ 1 āˆ’ā†’ āˆ’
                                      v                             MaTEX
  d ) AN = AC + CB = u + v                              N
                 2                A
      āˆ’ā†’ āˆ’
       āˆ’     ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’
  e) P M = P A + AM = u āˆ’ v




                                                                            Vectores
                                          u
      āˆ’ ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’
       āˆ’     āˆ’     ā†’
  f ) M C = M A + AC = āˆ’u + 2 v               M

                                                            B
                                                      Ejercicio 3




                                                                      Doc Doc

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MATEMATICAS
Soluciones a los Ejercicios                                     24      1Āŗ Bachillerato
                                                                                  r=A+lu
Ejercicio 4. Buscamos escalares Ī± y Ī² con                              A


                                  w =Ī±Ā·u+Ī²Ā·v                                  d

                                                                           B
Igualando componentes se tiene                                             s=B+mv
                                                                           CIENCIAS
                       5 = 1Ī± + 3Ī²
                                       =ā‡’ Ī± = 2   Ī²=1
                       2 = 2Ī± āˆ’ 2Ī²
                                                                      MaTEX
                                  2u




                                                                              Vectores
                                                  w
                              u




                                  v

                                                        Ejercicio 4
                                                                        Doc Doc

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MATEMATICAS
Soluciones a los Ejercicios                                         25      1Āŗ Bachillerato
                                                                                      r=A+lu
Ejercicio 5. Igualando componentes se tiene                                A



                   2 = 2 (1) + 3 v1                     7                         d
                                       =ā‡’ v1 = 0 v2 =
                   3 = 2 (āˆ’2) + 3 v2                    3                      B
                                                                               s=B+mv
                                                                               CIENCIAS
                                                            Ejercicio 5

                                                                          MaTEX




                                                                                  Vectores
                                                                            Doc Doc

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Soluciones a los Ejercicios                                               26     1Āŗ Bachillerato
                                                                                           r=A+lu
Ejercicio 6. Basta comprobar que los vectores u(1, 1) y w(āˆ’1, 1) son lineal-    A

mente independientes. Como las componentes no son proporcionales:
                                                                                       d

                      1   1                                                         B
                        = =ā‡’ son independientes                                     s=B+mv
                     āˆ’1   1                                                         CIENCIAS

                                                                Ejercicio 6
                                                                               MaTEX




                                                                                       Vectores
                                                                                 Doc Doc

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Soluciones a los Ejercicios                                                 27     1Āŗ Bachillerato
                                                                                             r=A+lu
Ejercicio 7. Basta exigir que los vectores u(2, a) y w(1, 1) sean linealmente     A

independientes., es decir que las componentes no sean proporcionales. Como
                                                                                         d

                               2    a                                                 B
                                 = =ā‡’ a = 2                                           s=B+mv
                               1    1                                                 CIENCIAS

Si a = 2 son dependientes y no forman base. Para cualquier valor a = 2 son
independientes y forman una base.
                                                                   Ejercicio 7
                                                                                 MaTEX




                                                                                         Vectores
                                                                                   Doc Doc

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Soluciones a los Ejercicios                                                     28      1Āŗ Bachillerato
                                                                                                  r=A+lu
Ejercicio 8.                                                                           A
                       āˆš
 1. |u| = 22 + (āˆ’3)2 = āˆš 13                                                                   d

     |v| = 62 + (āˆ’1)2 = 37                                                                 B
                                                                                           s=B+mv

  2. El producto escalar                                                                   CIENCIAS


                         u Ā· v = (2, āˆ’3) (6, āˆ’1) = 2 . 6 + 3 . 1 = 15
  3. Como u . v = ||u|| ||v|| cosĪ±, tenemos,
                                                                                      MaTEX
                                                  15
                                     cos Ī± = āˆš     āˆš




                                                                                              Vectores
                                                 13 37
  4. w ortogonal a u si w . u = 0, luego,
                       (m, 2) . (2, āˆ’3) = 0 ā‡’ 2m āˆ’ 6 = 0 ā‡’ m = 3
                                                                        Ejercicio 8




                                                                                        Doc Doc

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Soluciones a los Ejercicios                                             29     1Āŗ Bachillerato
                                                                                         r=A+lu
Ejercicio 9. Los vectores w perpendiculares a u(u1 , u2 ) y con el mismo      A

mĀ“dulo, son
 o
                                                                                     d
                       w(āˆ’u2 , u1 )  w(u2 , āˆ’u1 )                                 B
                                                                                  s=B+mv
                                                               Ejercicio 9        CIENCIAS




                                                                             MaTEX




                                                                                     Vectores
                                                                               Doc Doc

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Soluciones a los Ejercicios                                              30     1Āŗ Bachillerato
                                                                                          r=A+lu
Ejercicio 10.                                                                  A


  a) los vectores u(āˆ’4, 6) y v(5, m) son dependientes si                              d


                              āˆ’4   6          15                                   B
                                                                                   s=B+mv
                                 =   =ā‡’ m = āˆ’                                      CIENCIAS
                               5   m           2
   b) los vectores u(āˆ’4, 6) y v(5, m) son perpendiculares si
                                                                              MaTEX
                                                              10
                  (āˆ’4, 6) Ā· (5, m) = 0 =ā‡’ āˆ’20 + 6m = 0 =ā‡’ m =
                                                               3




                                                                                      Vectores
                                                               Ejercicio 10




                                                                                Doc Doc

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MATEMATICAS
Soluciones a los Tests                                                   31     1Āŗ Bachillerato
                                                                                          r=A+lu
Soluciones a los Tests                                                         A


SoluciĀ“n al Test: En efecto los vectores u(2, 2) y v(3, 3) son linealmente
      o                                                                               d

dependientes pues                                                                  B
                                                                                   s=B+mv
                                    3
                          v(3, 3) = Ā· u(2, 2)                                      CIENCIAS
                                    2
                                                             Final del Test
                                                                              MaTEX




                                                                                      Vectores
                                                                                Doc Doc

                                                                              Volver Cerrar
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                                    1Āŗ Bachillerato
                                              r=A+lu
                                   A

Ā“
Indice alfabĀ“tico
             e                            d

a
Ā“ngulo de dos vectores, 19             B
                                       s=B+mv
                                       CIENCIAS
base, 10, 15

combinaciĀ“n lineal , 10
         o                        MaTEX
norma, 18




                                          Vectores
producto escalar, 18

vectores
    por un nĀ“mero, 5
             u
    resta, 6
    suma, 6
vectores ortogonales, 17




                                    Doc Doc

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  • 1. MATEMATICAS 1Āŗ Bachillerato MaTEX r=A+lu Proyecto A d B s=B+mv Vectores en el plano CIENCIAS MaTEX Fco Javier GonzĀ“lez Ortiz a āˆ’2v Vectores w Directorio u Tabla de Contenido Inicio ArtĀ“ ıculo v āˆ’2u c 2004 javier.gonzalez@unican.es Doc Doc D.L.:SA-1415-2004 ISBN: 84-688-8267-4 Volver Cerrar
  • 2. MATEMATICAS 1Āŗ Bachillerato Tabla de Contenido A r=A+lu 1. Vectores en el plano d 1.1. Vector ļ¬jo y libre B s=B+mv 1.2. Operaciones con vectores CIENCIAS 1.3. CombinaciĀ“n lineal de vectores. Base o 2. Coordenada cartesianas MaTEX 2.1. Base canĀ“nica o 3. Producto escalar de vectores Vectores 3.1. Vectores ortogonales 3.2. Producto escalar 3.3. MĀ“dulo de un vector o Ā“ 3.4. Angulo de dos vectores Soluciones a los Ejercicios Soluciones a los Tests Doc Doc Volver Cerrar
  • 3. MATEMATICAS SecciĀ“n 1: Vectores en el plano o 3 1Āŗ Bachillerato r=A+lu 1. Vectores en el plano A 1.1. Vector ļ¬jo y libre d B Deļ¬niciĀ“n 1 o s=B+mv āˆ’āˆ’ ā†’ CIENCIAS Llamamos vector ļ¬jo AB al segmento orientado que tiene su origen en el punto A y su extremo en el punto B. MaTEX MĀ“dulo: Es la longitud del o Vectores vector. Lo representamos por āˆ’ āˆ’ā†’ y1 |AB| āˆ’ā†’ B AB DirecciĀ“n: Es la direcciĀ“n o o de la recta que lo contiene. y0 A Si dos vectores son paralelos tienen la misma direcciĀ“n. o x0 x1 Sentido: Es el que va del āˆ’ā†’ origen al extremo. Lo rep- AB(x1 āˆ’ x0 , y1 āˆ’ y0 ) resentamos por la punta de la ļ¬‚echa. Una direcciĀ“n tiene o dos sentidos. Doc Doc Volver Cerrar
  • 4. MATEMATICAS SecciĀ“n 1: Vectores en el plano o 4 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Deļ¬niciĀ“n 2 o A Vectores equipolentes son los vectores que tinen : mismo d mĀ“dulo, direcciĀ“n y sentido o o B s=B+mv CIENCIAS Todos los vectores del grĀ“ļ¬co tienen la a misma direcciĀ“n, sentido y magnitud, o B D MaTEX ā†’ āˆ’ u ā†’ āˆ’ u F son todos ellos equipolentes. TambiĀ“n e decimos que son representantes del Vectores A C ā†’ āˆ’ vector libre u. u āˆ’ āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ ā†’ āˆ’ u E AsĀ“ los vectores AB,CD y EF son ı, equipolentes y representantes del mis- mo vector libre u. En el paralelogramo ABDC, son C u D āˆ’ āˆ’ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ equipolentes los vectores AB y CD, y representantes de u. v v TambiĀ“n son equipolentes los vectores e āˆ’ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ AC y BD, y representantes de v. A u B Doc Doc Volver Cerrar
  • 5. MATEMATICAS SecciĀ“n 1: Vectores en el plano o 5 1Āŗ Bachillerato r=A+lu 1.2. Operaciones con vectores A Deļ¬niciĀ“n 3 o d El producto de un nĀ“mero Ī± por un vector u es otro vector u B s=B+mv libre representado por Ī± Ā· u CIENCIAS El vector Ī± Ā· u mantiene la direcciĀ“n pero o puede cambiar el sentido o la magnitud del vector u. u 1 2u MaTEX Si Ī± > 0, Ī±Ā·u tiene el mismo sentido que 2u Vectores u , y si Ī± < 0 tienen sentido contrario. Si Ī± > 1, el vector Ī± Ā· u se dilata o alarga y si Ī± < 1, el vector Ī± Ā· u se contrae o acorta. āˆ’u El caso que Ī± = 0, el vector Ī± Ā· u corre- sponde al vector nulo (0, 0) En el grĀ“ļ¬co se muestran los vectores mĀ“ltiplos de u, la mitad de u con a u 1 Ī± = , el doble de u con Ī± = 2 y el opuesto de u con Ī± = āˆ’1. 2 Doc Doc Volver Cerrar
  • 6. MATEMATICAS SecciĀ“n 1: Vectores en el plano o 6 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Deļ¬niciĀ“n 4 La suma de los vectores libres u y v es otro vector libre o A u+v d B s=B+mv que se obtiene grĀ“ļ¬camente, tomando repre- a CIENCIAS sentantes de u y v con el mismo origen, y trazando la diagonal del paralelogramo que de- terminan. TambiĀ“n se llama la resultante. e v u+v MaTEX Vectores u Deļ¬niciĀ“n 5 La resta de los vectores libres u(u1 , u2 ) y v(v1 , v2 ) es otro vec- o tor libre deļ¬nido por u āˆ’ v = (u1 āˆ’ v1 , u2 āˆ’ v2 ) la interpretaciĀ“n grĀ“ļ¬ca de la resta se muestra o a u en el dibujo. El vector resta uāˆ’v es la diagonal del paralelogramo construido con u y āˆ’v. uāˆ’v āˆ’v Doc Doc Volver Cerrar
  • 7. MATEMATICAS SecciĀ“n 1: Vectores en el plano o 7 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Ejemplo 1.1. Dados dos vectores no dependientes u y v hallar 3 Ā· u + 2 v A SoluciĀ“n: o d 3u B s=B+mv CIENCIAS u v w MaTEX Vectores 2v āˆ’ āˆ’ā†’ Ejemplo 1.2. Expresar como combinaciĀ“n lineal de los vectores AB = u y o āˆ’ā†’ āˆ’ BC = v, los siguientes vectores: āˆ’ āˆ’ā†’ āˆ’ ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ a) BA b) AC c) DB SoluciĀ“n: o āˆ’ āˆ’ā†’ āˆ’āˆ’ā†’ A u B a) BA = āˆ’AB = āˆ’u āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ā†’ āˆ’ā†’āˆ’ b) AC = AB + BC = u + v v āˆ’ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ āˆ’ c) DB = DC + CB = 2 u āˆ’ v D 2u C Doc Doc Volver Cerrar
  • 8. MATEMATICAS SecciĀ“n 1: Vectores en el plano o 8 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Ejemplo 1.3. A Considera el hexĀ“gono regular de la ļ¬gura. Expresar como combinaciĀ“n lineal a o āˆ’ āˆ’ā†’ āˆ’ā†’ d de los vectores AB = u y AC = v, los siguientes vectores: B āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ s=B+mv a) BC b) AO c) AD CIENCIAS āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ā†’ d ) DO e) CD f ) AE SoluciĀ“n: o MaTEX āˆ’ā†’ āˆ’ C B a) BC = āˆ’u + v Vectores āˆ’ā†’ āˆ’ā†’āˆ’ b) AO = BC = āˆ’u + v u āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ā†’ c) AD = 2 AO = āˆ’2 u + 2 v v āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ā†’ āˆ’ d ) DO = āˆ’ BC = u āˆ’ v D A āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ O e) CD = CA + AD = āˆ’v + (āˆ’2 u + 2 v) āˆ’ā†’ āˆ’ CD = āˆ’2 u + v āˆ’ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ f ) AE = AD + DE = (āˆ’2 u + 2 v) āˆ’ u āˆ’ā†’ E F AE = āˆ’3 u + 2 v Doc Doc Volver Cerrar
  • 9. MATEMATICAS SecciĀ“n 1: Vectores en el plano o 9 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Ejercicio 1. Dados dos vectores no dependientes u y v hallar āˆ’2 Ā· u āˆ’ 2 Ā· v A āˆ’ā†’ āˆ’ Ejercicio 2. Expresar como combinaciĀ“n lineal de los vectores BC = u y o d āˆ’ā†’ āˆ’ CD = v, los siguientes vectores: B s=B+mv CIENCIAS āˆ’ā†’ āˆ’ B u C a) BD āˆ’ā†’ b) AC v MaTEX āˆ’ āˆ’ā†’ c) AB Vectores A 2u D Ejercicio 3. Siendo M, N, P los puntos medios de los lados, expresar como āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ā†’ combinaciĀ“n lineal de los vectores AM = u y AP = v, los siguientes vectores: o āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ āˆ’ā†’ C a) M B b) AB āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ā†’ āˆ’ c) BC d ) AN P āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ā†’ āˆ’ v e) P M f ) MC N A u M B Doc Doc Volver Cerrar
  • 10. MATEMATICAS SecciĀ“n 1: Vectores en el plano o 10 1Āŗ Bachillerato r=A+lu 1.3. CombinaciĀ“n lineal de vectores. Base o A En los ejercicios anteriores, bĀ“sicamente hemos hecho dos cosas con los a d vectores. Multiplicarlos por un nĀ“mero y sumarlos (restarlos). Esas dos op- u B s=B+mv eraciones constituyen lo que se llama una combinaciĀ“n lineal, bien de uno o o CIENCIAS mĀ“s vectores. a Deļ¬niciĀ“n 6 o Decimos que el vector v es combinaciĀ“n lineal del vector u si o MaTEX existe un escalar Ī± con v =Ī±Ā·u Vectores tambiĀ“n decimos que u y v son dependientes o proporcionales. e Si u y v no son dependientes decimos que son independientes. Deļ¬niciĀ“n 7 o Decimos que el vector w es combinaciĀ“n lineal de los vectores o u y v si existen escalares Ī± y Ī² con w =Ī±Ā·u+Ī²Ā·v Deļ¬niciĀ“n 8 (Base) o Decimos que los vectores u y v forman una base en el plano R2 si son linealmente independientes. Esto signiļ¬ca que cualquier vector w āˆˆ R2 se obtiene por combinaciĀ“n lineal de u y v. o Doc Doc Volver Cerrar
  • 11. MATEMATICAS SecciĀ“n 2: Coordenada cartesianas o 11 1Āŗ Bachillerato r=A+lu 2. Coordenada cartesianas A Tomando en el plano un punto cualquiera O como origen de referencia d vamos a introducir coordenadas para trabajar con los vectores. B s=B+mv CIENCIAS 2.1. Base canĀ“nica o De entre todas las bases elegimos la base canĀ“nica determinada por los o vectores i(1, 0) y j(0, 1). AsĀ“ cualquier vector u(u1 , u2 ) se pude expresar como ı MaTEX (u1 , u2 ) = u1 Ā· (1, 0) + u2 Ā· (0, 1) Vectores u = u1 Ā· i + u2 Ā· j Los nĀ“meros u1 y u2 por este orden son u las componentes del vector. u = u1 i + u2 j u2 j La magnitud o mĀ“dulo del vector o u(u1 , u2 ) por el teorema de PitĀ“goras cor- a responde a u2 |u| = u2 + u2 j u1 1 2 O i u1 i Doc Doc Volver Cerrar
  • 12. MATEMATICAS SecciĀ“n 2: Coordenada cartesianas o 12 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Ejemplo 2.1. Expresar los vectores del grĀ“ļ¬co en funciĀ“n de la base canĀ“nica a o o A i(1, 0) y j(0, 1) y determinar el mĀ“dulo de de los mismos. o d SoluciĀ“n: o B s=B+mv āˆ’ ā†’ v CIENCIAS v =2Ā·i+4Ā·j āˆš |v| = 22 + 42 = 20 MaTEX w = āˆ’3 Ā· i + 2 Ā· j āˆ’ ā†’ w āˆš ā†’ āˆ’ (āˆ’3)2 + 22 = j Vectores |v| = 13 n = āˆ’3 Ā· i āˆ’ Ā·j ā†’ āˆ’ āˆš i |v| = (āˆ’3)2 + (āˆ’1)2 = 10 āˆ’ ā†’ n c=4Ā·iāˆ’2Ā·j ā†’ āˆ’ c āˆš |c| = (4)2 + (āˆ’2)2 = 20 A continuaciĀ“n vamos a repasar los conceptos de dependencia, inde- o pendencia, bases y combinaciĀ“n lineal de vectores utilizando coorde- o Doc Doc nadas. Volver Cerrar
  • 13. MATEMATICAS SecciĀ“n 2: Coordenada cartesianas o 13 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Ejemplo 2.2. Comprobar que el vector w(4, 8) es combinaciĀ“n lineal del o A vector u(1, 2) d SoluciĀ“n: Comprobamos si existe un escalar Ī± con o B s=B+mv (4, 8) = Ī± Ā· (1, 2) CIENCIAS Igualando componentes se tiene 4 = 1Ī± MaTEX =ā‡’ Ī± = 4 8 = 2Ī± Vectores Ejemplo 2.3. Dado el vector v(8, 12) hallar: 1 1 a) 3 Ā· v b) āˆ’2 Ā· v c) Ā· v d) āˆ’ Ā· v 4 3 SoluciĀ“n: o a) 3 Ā· v = 3 Ā· (8, 12) = (24, 36) b) āˆ’2 Ā· v = āˆ’2 Ā· (8, 12) = (āˆ’16, āˆ’24) 1 1 c) Ā· v = Ā· (8, 12) = (2, 3) 4 4 1 1 8 d ) āˆ’ Ā· v = āˆ’ Ā· (8, 12) = (āˆ’ , āˆ’4) 3 3 3 Doc Doc Volver Cerrar
  • 14. MATEMATICAS SecciĀ“n 2: Coordenada cartesianas o 14 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Test. A 1. Los vectores u(2, 2) y v(3, 3) son..? d (a) Independientes (b) Dependientes B s=B+mv 2. Los vectores u(2, 2) y v(3, 4) son..? CIENCIAS (a) Independientes (b) Dependientes MaTEX Ejemplo 2.4. Dados los vectores u(2, 1) y v(āˆ’1, 3) hallar: a) 3 Ā· u + 2 v Ėœ b) āˆ’2 Ā· u + 3 Ā· v c) āˆ’u + 2 Ā· v Vectores SoluciĀ“n: o a) 3 Ā· u + v = 3 Ā· (2, 1) + (āˆ’1, 3) = (5, 6) b) āˆ’2 Ā· u + 3 Ā· v = āˆ’2 Ā· (2, 1) + 3 Ā· (āˆ’1, 3) = (āˆ’7, 1) c) āˆ’u + 2 Ā· v = āˆ’(2, 1) + 2 Ā· (āˆ’1, 3) = (āˆ’4, 5) Ejemplo 2.5. Comprobar que el vector w(4, 7) es combinaciĀ“n lineal de los o vectores u(2, 1) y v(0, 5). SoluciĀ“n: Comprobamos si (4, 7) = Ī± Ā· (4, 7) + Ī² Ā· (0, 5) o Igualando componentes se tiene 4 = 2Ī± + 0Ī² =ā‡’ Ī± = 2 Ī²=1 7 = 1Ī± + 5Ī² Doc Doc Volver Cerrar
  • 15. MATEMATICAS SecciĀ“n 2: Coordenada cartesianas o 15 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Deļ¬niciĀ“n 9 (Base) o A Decimos que los vectores u(u1 , u2 ) y v(v1 , v2 ) forman una base d en el plano R2 si son linealmente independientes. Esto signiļ¬- B ca que cualquier vector w āˆˆ R2 se obtiene por combinaciĀ“n o s=B+mv CIENCIAS lineal de u(u1 , u2 ) y v(v1 , v2 ). Ejemplo 2.6. Comprobar que los vectores u(2, 1) y v(0, 5) forman una base. MaTEX SoluciĀ“n: Los dos vectores u(2, 1) y v(0, 5) forman una base, pues son inde- o pendientes ya que no hay ningĀ“n escalar Ī± tal que u(2, 1) = Ī± Ā· v(0, 5). u Observa que las componentes no son proporcionales: Vectores 0 5 = 2 1 Ejemplo 2.7. ĀæForman una base los vectores u(2, 1) y v(4, 2)? SoluciĀ“n: No forman una base, pues los vectores son dependientes, ya que: o v(4, 2) = 2 Ā· u(2, 1) Otra forma es ver que las componentes son proporcionales: 2 1 = =ā‡’ son dependientes 4 2 Doc Doc Volver Cerrar
  • 16. MATEMATICAS SecciĀ“n 2: Coordenada cartesianas o 16 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Test. Responde a las cuestiones: A 1. Los vectores u(2, 2) y v(3, 3) forman una base en R2 . d (a) Verdadero (b) Falso B s=B+mv 2. Los vectores u(1, 0) y v(2, 1) forman una base en R2 . CIENCIAS (a) Verdadero (b) Falso MaTEX Ejercicio 4. Expresar el vector w(5, 2) como combinaciĀ“n lineal de los vec- o tores u(1, 2) y w(3, āˆ’2). Efectuar una representaciĀ“n grĀ“ļ¬ca. o a Vectores Ejercicio 5. Dados los vectores u(1, āˆ’2) y w(2, 3), hallar v con w =2Ā·u+3Ā·v Ejercicio 6. Sean los vectores u(1, 1) y w(āˆ’1, 1). Comprobar que forman una base. Ejercicio 7. Sean los vectores u(2, a) y w(1, 1). Hallar los valores de a para que formen una base. Doc Doc Volver Cerrar
  • 17. MATEMATICAS SecciĀ“n 3: Producto escalar de vectores o 17 1Āŗ Bachillerato r=A+lu 3. Producto escalar de vectores A 3.1. Vectores ortogonales d B s=B+mv Supongamos dos vectores u y v en (ļ¬gu- CIENCIAS ra). Diremos que son perpendiculares u ortogonales si se satisface el teorema de PitĀ“goras: a v MaTEX uāˆ’v |u|2 + |v|2 = |u āˆ’ v|2 Vectores u Aplicando la ecuaciĀ“n, la condiciĀ“n se transforma en o o (u2 + u2 ) + (v1 + v2 ) = (u1 āˆ’ v1 )2 + (u2 āˆ’ v2 )2 1 2 2 2 Simpliļ¬cando tĀ“rminos comunes queda e (u1 v1 + u2 v2 ) = 0 AsĀ“ la igualdad es vĀ“lida si el producto cruzado es cero. Diremos que dos ı a vectores u y v son ortogonales u āŠ„ v si u āŠ„ v ā‡ā‡’ u1 v1 + u2 v2 = 0 (1) Doc Doc Volver Cerrar
  • 18. MATEMATICAS SecciĀ“n 3: Producto escalar de vectores o 18 1Āŗ Bachillerato r=A+lu 3.2. Producto escalar A Al producto anterior de las componentes de dos vectores le deļ¬nimos como d producto escalar de dos vectores B s=B+mv CIENCIAS u(u1 , u2 ) Ā· v(v1 , v2 ) = u1 v1 + u2 v2 (2) Cuando el producto escalar de dos vectores es cero, los vectores son ortog- onales o perpendiculares. MaTEX Para hallar un vector perpendicular a u(u1 , u2 ) basta cambiar el orden y el signo de una de las componentes. Vectores u(u1 , u2 ) Ā· v(āˆ’u2 , u1 ) = āˆ’u1 u2 + u2 u1 = 0 AsĀ“ ı, (1, 5) āŠ„ (āˆ’5, 1) (2, 3) āŠ„ (āˆ’3, 2) (8, 7) āŠ„ (āˆ’7, 8) 3.3. MĀ“dulo de un vector o Observar que si multiplicamos escalarmente un vector u por si mismo se obtiene el cuadrado de su mĀ“dulo o longitud: o u Ā· u = u2 + u2 = |u|2 1 2 (3) o dicho de otra forma, el mĀ“dulo de un vector es la raĀ“ positiva de su producto o ız escalar āˆš |u| = u Ā· u (4) Doc Doc Volver Cerrar
  • 19. MATEMATICAS SecciĀ“n 3: Producto escalar de vectores o 19 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Ā“ 3.4. Angulo de dos vectores A d Del teorema del coseno en un triĀ“ngulo se tiene a B |v| s=B+mv CIENCIAS 2 2 2 |u āˆ’ v| = |u| + |v| āˆ’ 2 |u| |v| cos Ī± (5) donde Ī± es el Ā“ngulo determinado por u y v. a Ī± |u āˆ’ v| MaTEX 2 |u āˆ’ v| =(u āˆ’ v) Ā· (u āˆ’ v) =u Ā· u āˆ’ 2 u Ā· v + v Ā· v |u| Vectores =|u|2 āˆ’ 2 u Ā· v + |v|2 Por otra parte, igualando las ecuaciones anteriores se tiene u Ā· v = |u| Ā· |v| cos Ī± (6) que nos da una segunda deļ¬niciĀ“n del producto escalar. Por ello se obtiene o que el Ā“ngulo Īø de dos vectores u y v viene dado por a uĀ·v cos(u, v) = (7) |u| Ā· |v| Doc Doc Volver Cerrar
  • 20. MATEMATICAS SecciĀ“n 3: Producto escalar de vectores o 20 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Ejemplo 3.1. Determinar el Ā“ngulo de los vectores de R2 , u = (2, 1) y v = a A (0, 1). d SoluciĀ“n: Tenemos: o B s=B+mv (2, 1) Ā· (0, 1) 1 CIENCIAS cos(u, v) = =āˆš āˆš |(2, 1)| cot |(0, 1)| 6 1 y de esto bastarĀ“ hallar ıa MaTEX 1 Ī± = āˆ (u, v) = arcos āˆš 6 Vectores Ejercicio 8. Dados los vectores u = (2, āˆ’3) y v = (6, āˆ’1) hallar: 1. los mĀ“dulos de u y v. o 2. El producto escalar de u y v 3. El coseno del Ā“ngulo que forman. a 4. Hallar m para que el vector w(m, 2) sea ortogonal a u Ejercicio 9. Hallar todos los vectores w perpendiculares a u(u1 , u2 ) y con el mismo mĀ“dulo. o Ejercicio 10. Dados los vectores u(āˆ’4, 6) y v(5, m). Hallar m para que: a) Sean dependientes b) Sean perpendiculares Doc Doc Volver Cerrar
  • 21. MATEMATICAS Soluciones a los Ejercicios 21 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Soluciones a los Ejercicios A Ejercicio 1. d B s=B+mv w = āˆ’2 Ā· u āˆ’ 2 Ā· v CIENCIAS āˆ’2v MaTEX w Vectores u v āˆ’2u Ejercicio 1 Doc Doc Volver Cerrar
  • 22. MATEMATICAS Soluciones a los Ejercicios 22 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Ejercicio 2. A āˆ’ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ āˆ’ B u C d a) BD = BC + CD = u + v B āˆ’ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ v s=B+mv b) AC = AD + DC = 2 u āˆ’ v CIENCIAS āˆ’ āˆ’ā†’ āˆ’ ā†’ āˆ’ā†’āˆ’ c) AB = AC + CB = u āˆ’ v A 2u D Ejercicio 2 MaTEX Vectores Doc Doc Volver Cerrar
  • 23. MATEMATICAS Soluciones a los Ejercicios 23 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Ejercicio 3. A āˆ’ ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ C d a) M B = AM = u B āˆ’ āˆ’ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ s=B+mv b) AB = 2 AM = 2 u CIENCIAS āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ āˆ’ ā†’ āˆ’ ā†’ P c) BC = BA + AC = āˆ’2 u + 2 v āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ ā†’ 1 āˆ’ā†’ āˆ’ v MaTEX d ) AN = AC + CB = u + v N 2 A āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ e) P M = P A + AM = u āˆ’ v Vectores u āˆ’ ā†’ āˆ’ā†’ āˆ’ āˆ’ āˆ’ ā†’ f ) M C = M A + AC = āˆ’u + 2 v M B Ejercicio 3 Doc Doc Volver Cerrar
  • 24. MATEMATICAS Soluciones a los Ejercicios 24 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Ejercicio 4. Buscamos escalares Ī± y Ī² con A w =Ī±Ā·u+Ī²Ā·v d B Igualando componentes se tiene s=B+mv CIENCIAS 5 = 1Ī± + 3Ī² =ā‡’ Ī± = 2 Ī²=1 2 = 2Ī± āˆ’ 2Ī² MaTEX 2u Vectores w u v Ejercicio 4 Doc Doc Volver Cerrar
  • 25. MATEMATICAS Soluciones a los Ejercicios 25 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Ejercicio 5. Igualando componentes se tiene A 2 = 2 (1) + 3 v1 7 d =ā‡’ v1 = 0 v2 = 3 = 2 (āˆ’2) + 3 v2 3 B s=B+mv CIENCIAS Ejercicio 5 MaTEX Vectores Doc Doc Volver Cerrar
  • 26. MATEMATICAS Soluciones a los Ejercicios 26 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Ejercicio 6. Basta comprobar que los vectores u(1, 1) y w(āˆ’1, 1) son lineal- A mente independientes. Como las componentes no son proporcionales: d 1 1 B = =ā‡’ son independientes s=B+mv āˆ’1 1 CIENCIAS Ejercicio 6 MaTEX Vectores Doc Doc Volver Cerrar
  • 27. MATEMATICAS Soluciones a los Ejercicios 27 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Ejercicio 7. Basta exigir que los vectores u(2, a) y w(1, 1) sean linealmente A independientes., es decir que las componentes no sean proporcionales. Como d 2 a B = =ā‡’ a = 2 s=B+mv 1 1 CIENCIAS Si a = 2 son dependientes y no forman base. Para cualquier valor a = 2 son independientes y forman una base. Ejercicio 7 MaTEX Vectores Doc Doc Volver Cerrar
  • 28. MATEMATICAS Soluciones a los Ejercicios 28 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Ejercicio 8. A āˆš 1. |u| = 22 + (āˆ’3)2 = āˆš 13 d |v| = 62 + (āˆ’1)2 = 37 B s=B+mv 2. El producto escalar CIENCIAS u Ā· v = (2, āˆ’3) (6, āˆ’1) = 2 . 6 + 3 . 1 = 15 3. Como u . v = ||u|| ||v|| cosĪ±, tenemos, MaTEX 15 cos Ī± = āˆš āˆš Vectores 13 37 4. w ortogonal a u si w . u = 0, luego, (m, 2) . (2, āˆ’3) = 0 ā‡’ 2m āˆ’ 6 = 0 ā‡’ m = 3 Ejercicio 8 Doc Doc Volver Cerrar
  • 29. MATEMATICAS Soluciones a los Ejercicios 29 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Ejercicio 9. Los vectores w perpendiculares a u(u1 , u2 ) y con el mismo A mĀ“dulo, son o d w(āˆ’u2 , u1 ) w(u2 , āˆ’u1 ) B s=B+mv Ejercicio 9 CIENCIAS MaTEX Vectores Doc Doc Volver Cerrar
  • 30. MATEMATICAS Soluciones a los Ejercicios 30 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Ejercicio 10. A a) los vectores u(āˆ’4, 6) y v(5, m) son dependientes si d āˆ’4 6 15 B s=B+mv = =ā‡’ m = āˆ’ CIENCIAS 5 m 2 b) los vectores u(āˆ’4, 6) y v(5, m) son perpendiculares si MaTEX 10 (āˆ’4, 6) Ā· (5, m) = 0 =ā‡’ āˆ’20 + 6m = 0 =ā‡’ m = 3 Vectores Ejercicio 10 Doc Doc Volver Cerrar
  • 31. MATEMATICAS Soluciones a los Tests 31 1Āŗ Bachillerato r=A+lu Soluciones a los Tests A SoluciĀ“n al Test: En efecto los vectores u(2, 2) y v(3, 3) son linealmente o d dependientes pues B s=B+mv 3 v(3, 3) = Ā· u(2, 2) CIENCIAS 2 Final del Test MaTEX Vectores Doc Doc Volver Cerrar
  • 32. MATEMATICAS 1Āŗ Bachillerato r=A+lu A Ā“ Indice alfabĀ“tico e d a Ā“ngulo de dos vectores, 19 B s=B+mv CIENCIAS base, 10, 15 combinaciĀ“n lineal , 10 o MaTEX norma, 18 Vectores producto escalar, 18 vectores por un nĀ“mero, 5 u resta, 6 suma, 6 vectores ortogonales, 17 Doc Doc Volver Cerrar 32