Posiciones relativas de rectas & planos

Posiciones relativasde rectas & planos

ParalelismoOrtogonalidadProyecciones

Distancia entre rectas

c©Jana Rodriguez Hertz – p. 1/15

Rectas paralelas - definición

Dos rectas r1 y r2 son paralelas si sus vectoresdirectores son paralelos.

Rectas paralelas - definición

Dos rectas r1 y r2 son paralelas si sus vectoresdirectores son paralelos.

Se denotar1||r2

Posiciones relativas de rectas

I se cortan

I no se cortan

I se cortanI son ||

I no se cortanI son ||

I se cortanI son ||I no son ||

I no se cortanI son ||I no son ||

I se cortanI son || → son =

I no son ||I no se cortan

I son ||I no son || → se cruzan

Planos paralelos

Dos planos π1 y π2 son paralelos si sus vectoresnormales son paralelos.

Planos paralelos

Dos planos π1 y π2 son paralelos si sus vectoresnormales son paralelos.

Se denotaπ1||π2

Perpendicularidad entre rectas

Dos r1 y r2 son perpendiculares si sus vectoresdirectores son perpendiculares.

Perpendicularidad entre rectas

Dos r1 y r2 son perpendiculares si sus vectoresdirectores son perpendiculares.

Se denotar1⊥r2

Proyecciones sobre un plano - Caso 1

Seaπ0)X · N = 0

un plano que pasa por (0, 0, 0).

Seaπ0)X · N = 0 |N | = 1

un plano que pasa por (0, 0, 0).

Seaπ0)X · N = 0

un plano que pasa por (0, 0, 0). Sea Y ∈ R3 un

vector cualquiera.

Seaπ0)X · N = 0

vector cualquiera. Buscamos la proyección de Y

sobre π0:

Seaπ0)X · N = 0

vector cualquiera. Buscamos la proyección de Y

sobre π0:

Podemos descomponer a Y en

I (Y · N)N

(componente ⊥π0)

I (Y · N)N

(componente ⊥π0)

I Y − (Y · N)N

(componente ||π0)

I (Y · N)N

(componente ⊥π0)

I Y − (Y · N)N

(componente ||π0)

Y = (Y · N)N+ Y − (Y · N)N

I (Y · N)N

(componente ⊥π0)

I Y − (Y · N)N

(componente ||π0)

Y = (Y · N)N+ Y − (Y · N)N

Y = (Y · N)N+ Pπ0Y

I (Y · N)N

(componente ⊥π0)

I Y − (Y · N)N

(componente ||π0)

Y = (Y · N)N+ Y − (Y · N)N

Y = (Y · N)N+ Pπ0Y

Pπ0es la proyección ortogonal de Y sobre π0

Observación 1

Pπ0Y ⊥N :

Observación 1

Pπ0Y ⊥N :

[Y − (Y · N)N ] · N =

Observación 1

Pπ0Y ⊥N :

[Y − (Y · N)N ] · N = (Y · N) − (Y · N)(N · N)

Observación 1

Pπ0Y ⊥N :

[Y − (Y · N)N ] · N = (Y · N) − (Y · N)1

Observación 1

Pπ0Y ⊥N :

[Y − (Y · N)N ] · N = 0

Observación 1

Pπ0Y ⊥N :

[Y − (Y · N)N ] · N = 0

∴ Pπ0Y ⊥N

y por lo tanto Pπ0Y ∈ π0

Observación 2

Pπ0Y es el vector de π0 más proximo a Y

Observación 2

d(Y, π0) = d(Y, Pπ0Y )

Observación 2

d(Y, π0) = d(Y, Pπ0Y ) = |Y − Pπ0

Observación 2

d(Y, π0) = d(Y, Pπ0Y ) = |Y − Pπ0

Y | = |Y · N |

Ejemplo

Consideremos el plano

π0)x + y − 2z = 0

y el punto Y = (1,−2, 1),

Ejemplo

π0)x + y − 2z = 0 Y = (1,−2, 1)

y hallemos la distancia d(Y, π0) y el punto Pπ0Y

Ejemplo

π0)x + y − 2z = 0 Y = (1,−2, 1)

un versor normal a π0 es:

N =(1, 1,−2)√

Ejemplo

π0)x + y − 2z = 0 Y = (1,−2, 1) N =

1√6,

1√6,− 2√

Entonces

Ejemplo

π0)x + y − 2z = 0 Y = (1,−2, 1) N =

1√6,

1√6,− 2√

Entonces

Y = Y − (Y · N)N =

Ejemplo

π0)x + y − 2z = 0 Y = (1,−2, 1) N =

1√6,

1√6,− 2√

Entonces

Y = Y −[

(1,−2, 1) ·(

6, 1√

6,− 2

6, 1√

6,− 2

Ejemplo

π0)x + y − 2z = 0 Y = (1,−2, 1) N =

1√6,

1√6,− 2√

Entonces

Y = Y + 3√

6, 1√

6,− 2

Ejemplo

π0)x + y − 2z = 0 Y = (1,−2, 1) N =

1√6,

1√6,− 2√

Entonces

Y = (1,−2, 1) + (1

2,−1)

Ejemplo

π0)x + y − 2z = 0 Y = (1,−2, 1) N =

1√6,

1√6,− 2√

Entonces

Y = (3

2,−3

Ejemplo

π0)x + y − 2z = 0 Y = (1,−2, 1) N =

1√6,

1√6,− 2√

Entonces

Y = (3

2,−3

Por otra parte

d(Y, π0) = |Y · N | =3√6

Proyección sobre un plano cualquiera

Sean π)(X − P0) · N = 0

y Q ∈ R3 un punto cualquiera

Sean π)(X − P0) · N = 0

π = P0 + π0

Sean π)(X − P0) · N = 0

π = P0 + π0

Llamando Y = Q − P0, tenemos

Y = (Y · N)N + Pπ0Y

Sean π)(X − P0) · N = 0

π = P0 + π0

Y + P0 = (Y · N)N + Pπ0Y + P0

Sean π)(X − P0) · N = 0

π = P0 + π0

Q = (Y · N)N + PπQ

Sean π)(X − P0) · N = 0

π = P0 + π0

Q = (Y · N)N + PπQ

PπQ es la proyeccioón de Q sobre el plano π

Distancia de un punto a un plano

PπQ es el punto de π más cercano a Q.

PπQ es el punto de π más cercano a Q. Además

d(Q, π) = d(Q,PπQ) =

PπQ es el punto de π más cercano a Q. Además

d(Q, π) = d(Q,PπQ) = |(Q − P0)N |

Dados Q = (x, y, z) y π)ax + by + cz + d = 0,tenemos

d(Q, π) =

d(Q, π) =|(Q − P0) · (a, b, c)|

|(a, b, c)|

d(Q, π) =|(Q − P0) · (a, b, c)|

|(a, b, c)|donde P0 = (x0, y0, z0) ∈ π,

d(Q, π) =|a(x − x0) + b(x − x0) + c(x − x0)|

|(a, b, c)|donde P0 = (x0, y0, z0) ∈ π,

d(Q, π) =|a(x − x0) + b(x − x0) + c(x − x0)|

|(a, b, c)|donde P0 = (x0, y0, z0) ∈ π, ahora

ax0 + by0 + cz0 + d = 0

d(Q, π) =|ax + by + cz + d|

|(a, b, c)|

Ejemplo

Sea el plano

π)2x − y − z + 2 = 0

Ejemplo

Sea el plano y el punto

π)2x − y − z + 2 = 0 Q = (1, 0,−1)

Ejemplo

π)2x − y − z + 2 = 0 Q = (1, 0,−1)

La distancia

d(Q, π) =|2 + 1 + 2|√

4 + 1 + 1=

Ejemplo

π)2x − y − z + 2 = 0 Q = (1, 0,−1)

La distancia

d(Q, π) =|2 + 1 + 2|√

4 + 1 + 1=

y la proyección de Q sobre π:

PπQ = (1, 0,−1) − 5

6(2,−1,−1) =

6,−1

Consideremos las rectas

r)X = P + λU

s)X = Q + µV

r)X = P + λU

s)X = Q + µV

tales que U y V no sean colineales

r)X = P + λU

s)X = Q + µV

queremos calcular la distancia de r a s:

d(r, s) = min{d(P ′, Q′) : P ′ ∈ r,Q′ ∈ s}

r)X = P + λU

s)X = Q + µV

Afirmación:

d(r, s) =|[Q − P,U, V ]|

|U ∧ V |

Posiciones relativas de rectas & planos

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