Puntos y Vectores en el Plano

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¿Alguna vez has jugado un videojuego y quieres mover a tu personaje de un punto a otro en la pantalla? ¿Cómo le indicas al ordenador hacia dónde debe ir? ¡Exacto! Utilizando coordenadas, que son la base para entender los puntos en un plano. ️ Y si quieres que tu personaje se mueva en una dirección específica, necesitarás conocer los vectores. ➡️ En esta clase, aprenderemos a dominar estas herramientas matemáticas que están presentes en muchas de las actividades que realizamos a diario! ⚽️

¡Vamos a revisar el tema de Puntos y Vectores en el Plano! Este es un concepto A continuación, desarrollaremos los conceptos clave y veremos cómo se aplican en ejercicios prácticos.

Conceptos

Fundamentales en la geometría y el álgebra vectorial, son utilizados para describir la posición y la dirección en un espacio bidimensional.

Puntos en el Plano:

  • Un punto en el plano se representa por un par de coordenadas \((x, y)\), donde:
    • \(x\) es la coordenada en el eje horizontal (eje \(x\)).
    • \(y\) es la coordenada en el eje vertical (eje \(y\)).
  • Ejemplo: El punto \((3, 4)\) está ubicado 3 unidades a la derecha del origen y 4 unidades hacia arriba.

Vectores en el Plano:

  • Un vector en el plano se representa como un segmento de recta dirigido con un punto de inicio (origen) y un punto de fin (extremo).
  • Se denota generalmente como \(\vec{v} = (x, y)\), donde \(x\) y \(y\) indican cuánto se desplaza en cada dirección.
  • Los vectores tienen módulo (longitud), dirección, y sentido.

Operaciones con Vectores

Suma de Vectores:

  • Para sumar dos vectores \(\vec{u} = (u_1, u_2)\) y \(\vec{v} = (v_1, v_2)\):

    \[ \vec{u} + \vec{v} = (u_1 + v_1, u_2 + v_2) \]
  • Ejemplo: Si \(\vec{u} = (2, 3)\) y \(\vec{v} = (4, 1)\), entonces:

    \[ \vec{u} + \vec{v} = (2 + 4, 3 + 1) = (6, 4) \]

Resta de Vectores:

  • Para restar dos vectores \(\vec{u} – \vec{v}\):

    \[ \vec{u} – \vec{v} = (u_1 – v_1, u_2 – v_2) \]
  • Ejemplo: Si \(\vec{u} = (5, 7)\) y \(\vec{v} = (2, 3)\), entonces:

    \[ \vec{u} – \vec{v} = (5 – 2, 7 – 3) = (3, 4) \]

Producto de un Vector por un Escalar:

  • Multiplicar un vector por un número real \(k\):

    \[ k \cdot \vec{v} = (k \cdot v_1, k \cdot v_2) \]
  • Ejemplo: Si \(\vec{v} = (3, 4)\) y \(k = 2\), entonces:

    \[ 2 \cdot (3, 4) = (6, 8) \]

Producto de un Vector por un Escalar:

  • Multiplicar un vector por un número real \(k\):

    \[ k \cdot \vec{v} = (k \cdot v_1, k \cdot v_2) \]
  • Ejemplo: Si \(\vec{v} = (3, 4)\) y \(k = 2\), entonces:

    \[ 2 \cdot (3, 4) = (6, 8) \]

Producto de un Vector por un Escalar:

  • Multiplicar un vector por un número real \(k\):

    \[ k \cdot \vec{v} = (k \cdot v_1, k \cdot v_2) \]
  • Ejemplo: Si \(\vec{v} = (3, 4)\) y \(k = 2\), entonces:

    \[ 2 \cdot (3, 4) = (6, 8) \]

Producto de un Vector por un Escalar:

  • Multiplicar un vector por un número real \(k\):

    \[ k \cdot \vec{v} = (k \cdot v_1, k \cdot v_2) \]
  • Ejemplo: Si \(\vec{v} = (3, 4)\) y \(k = 2\), entonces:

    \[ 2 \cdot (3, 4) = (6, 8) \]

Módulo de un Vector:

  • La longitud o módulo de un vector \(\vec{v} = (x, y)\) se calcula como:

    \[ |\vec{v}| = \sqrt{x^2 + y^2} \]
  • Ejemplo: Si \(\vec{v} = (3, 4)\), entonces:

    \[ |\vec{v}| = \sqrt{3^2 + 4^2} = \sqrt{9 + 16} = 5 \]

Vectores Unitarios:

  • Un vector unitario tiene módulo 1 y se obtiene dividiendo un vector por su módulo:

    \[ \vec{u} = \frac{\vec{v}}{|\vec{v}|} \]

Ejercicios

Ejercicio 1: Distancia entre Dos Puntos

Problema: Calcula la distancia entre los puntos \( A(1, 2) \) y \( B(4, 6) \).

Solución:

  1. Usamos la fórmula de la distancia entre dos puntos:

    \[ d = \sqrt{(x_2 – x_1)^2 + (y_2 – y_1)^2} \]
  2. Sustituimos los valores:

    \[ d = \sqrt{(4 – 1)^2 + (6 – 2)^2} = \sqrt{3^2 + 4^2} = \sqrt{9 + 16} = 5 \]

Aplicación: Este cálculo es útil en navegación, diseño gráfico y cualquier situación que implique medir la distancia entre dos ubicaciones.

Ejercicio 2: Suma de Vectores en Física

Problema: Un barco se desplaza 5 km al norte y luego 12 km al este. Encuentra el vector resultante de su desplazamiento.

Solución:

  1. Representamos los movimientos como vectores: \( \vec{v_1} = (0, 5) \) y \( \vec{v_2} = (12, 0) \).
  2. Sumamos los vectores:

    \[ \vec{v} = (0 + 12, 5 + 0) = (12, 5) \]
  3. Módulo del vector resultante:

    \[ |\vec{v}| = \sqrt{12^2 + 5^2} = \sqrt{144 + 25} = \sqrt{169} = 13 \, \text{km} \]

Aplicación: Este ejercicio simula cálculos de rutas en navegación y aviación, donde se requiere determinar la dirección y distancia total recorrida.

Ejercicio 3: Dirección de un Vector

Problema: Encuentra la dirección del vector \(\vec{v} = (3, 4)\).

Solución:

  1. La dirección \(\theta\) se calcula con:

    \[ \theta = \tan^{-1}\left(\frac{y}{x}\right) = \tan^{-1}\left(\frac{4}{3}\right) \]
  2. Calculando el ángulo:

    \[ \theta \approx 53.13^\circ \]

Aplicación: Calcular la dirección es fundamental en problemas de ingeniería, física y robótica, donde se necesita saber la orientación de un objeto en movimiento.

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