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Bachillerato

Ecuaciones de rectas en el plano

Una recta contiene infinitos puntos, pero no cualquier punto del plano. Su ecuación describe exactamente qué coordenadas pertenecen a ella. La construiremos desde un punto y una dirección, después la escribiremos con una normal o una pendiente, y comprobaremos que cambiar de forma no cambia la recta.

1. La ecuación selecciona puntos; dos escrituras pueden seleccionar los mismos

y = 2x y 2x − y = 0 describen los mismos pares (x; y).

Si damos una x, la primera calcula y; si probamos un punto, la segunda comprueba una condición. La recta es el conjunto de puntos, no los símbolos particulares de una de sus ecuaciones.

Multiplicar una ecuación por un número no nulo conserva sus soluciones: 4x − 2y = 0 describe la misma recta. No se exige que todos los coeficientes sean distintos de cero; sí hace falta una dirección geométrica válida.

Un punto que pertenece

¿Pertenece (2; 4) a y = 2x? ¿Y a 4x − 2y = 0?

  1. Primera ecuación

    4 = 2 · 2.
  2. Segunda

    4 · 2 − 2 · 4 = 8 − 8 = 0.
  3. Misma condición

    Las dos se cumplen.

Resultado

Sí a las dos.

Lo comprobamos

La segunda ecuación es dos veces 2x − y = 0.

Cambiar una constante puede cambiar la recta

Compara 2x − y = 0 y 2x − y = 3.

  1. Prueba del origen

    (0; 0) satisface la primera.

  2. Segunda condición

    0 no es igual a tres.

  3. Conclusión

    No son la misma recta.

Resultado

Son rectas distintas.

Lo comprobamos

Una transformación equivalente debe afectar a toda la igualdad, no solo a un término.

2. Un punto fija el lugar y un director fija hacia dónde avanzar

Si A = (aₓ; aᵧ) está en la recta y u = (uₓ; uᵧ) es un director no nulo, cada punto se escribe X = A + tu, con t real. t = 0 recupera A; positivo avanza en un sentido y negativo en el contrario.

Separar componentes da las ecuaciones paramétricas x = aₓ + tuₓ e y = aᵧ + tuᵧ.

Las dos usan el mismo t. Un múltiplo no nulo de u describe la misma dirección, cambiando la velocidad con que t recorre la recta.

Construir y evaluar una paramétrica

A = (−1; 2), u = (2; −1). Escribe la recta y halla el punto para t = 2.

  1. Forma vectorial

    X = (−1; 2) + t(2; −1).
  2. Componentes

    x = −1 + 2t; y = 2 − t.
  3. Valor

    t = 2 da (3; 0).
Resultado

X = (−1; 2) + t(2; −1); punto (3; 0).

Lo comprobamos

El desplazamiento desde A es dos veces u.

Cambiar director sin cambiar recta

Compara A + t(2; −1) con A + s(−4; 2), para t,s reales.

  1. Múltiplo

    (−4; 2) = −2(2; −1).
  2. Relación de parámetros

    t = −2s.
  3. Cobertura

    Ambos parámetros recorren todos los reales.

Resultado

Describen la misma recta.

Lo comprobamos

Igual punto base y dirección paralela no nula conservan el conjunto.

3. Una normal convierte perpendicularidad en forma general

Una normal n = (a; b), no nula, es perpendicular al director.

Los puntos X de una recta que pasa por A cumplen n · (X − A) = 0.

Al desarrollar queda ax + by + c = 0, con c = −aaₓ − baᵧ.
El director sigue la recta; la normal sale perpendicular
(1,2)(3,6)n=(2,−1)y=2x ↔ 2x−y=0
Los puntos(1,2) y(3,6) pertenecen a y=2x. Un director es(1,2); la normal(2,−1) tiene producto escalar cero con él. Los ejes usan igual escala.
Así, (a; b) es normal y (−b; a) es un director, porque su producto es −ab + ab = 0.

La condición a y b no simultáneamente cero distingue una recta de una igualdad constante que podría describir todo el plano o ningún punto.

Desde un punto y una normal

A = (1; −2), n = (2; 3). Halla forma general.

  1. Desplazamiento

    (x − 1; y + 2).

  2. Producto cero

    2(x − 1) + 3(y + 2) = 0.
  3. Desarrollamos

    2x + 3y + 4 = 0.
Resultado

2x + 3y + 4 = 0.

Lo comprobamos

En A: 2 − 6 + 4 = 0; un director es (−3; 2).

Leer normal y director

Para 3x − 2y + 1 = 0, da una normal y un director.

  1. Normal

    Coeficientes de x e y: (3; −2).

  2. Director

    (−b; a) = (2; 3).
  3. Prueba

    3 · 2 + (−2) · 3 = 0.
Resultado

Normal (3; −2); director (2; 3).

Lo comprobamos

La constante desplaza la recta, pero no cambia estas direcciones.

4. La pendiente es cambio vertical entre cambio horizontal, si este no es cero

Para un director con uₓ ≠ 0, m = uᵧ/uₓ.
Con dos puntos de abscisas distintas, m = (y₂ − y₁)/(x₂ − x₁).

Es un cociente de cambios con signo.

En la forma y = mx + b, b es la altura cuando x = 0.
La pendiente compara un cambio vertical con uno horizontal
m = Δy / Δx = −2/4 = −1/2-3-2-1012345-2-1234Δx = 4Δy = −2ABA = (−2; 2) · B = (2; 0)
Entre A menos dos dos y B dos cero, x aumenta cuatro y y disminuye dos. La pendiente es menos dos entre cuatro, menos un medio. El triángulo usa la misma escala de cuarenta y cinco unidades de dibujo por unidad en ambos ejes.

La forma punto–pendiente y − aᵧ = m(x − aₓ) sale de comparar el desplazamiento desde A con ese cociente. Una recta vertical tiene x constante y cambio horizontal cero: no tiene pendiente finita ni forma y = mx + b, aunque siga siendo una recta válida.

Pendiente de una bajada

A = (−2; 2), B = (2; 0). Halla pendiente y ecuación.

  1. Cambios

    Δy = −2; Δx = 4.
  2. Pendiente

    m = −2/4 = −1/2.
  3. Usamos B

    0 = (−1/2) · 2 + b: b = 1.
Resultado

y = −x/2 + 1.

Lo comprobamos

La ecuación devuelve dos en x = −2 y cero en x = 2.

Signos en punto–pendiente

La recta pasa por (2; −1) y tiene pendiente −1/2.

  1. Sustituimos

    y − (−1) = (−1/2)(x − 2).
  2. Desarrollamos

    y + 1 = −x/2 + 1.
  3. Despejamos

    y = −x/2.
Resultado

y = −x/2.

Lo comprobamos

En x = 2 produce −1, y su pendiente es la dada.

5. La forma continua iguala los valores del mismo parámetro

Si las dos componentes del director son distintas de cero, de x = aₓ + tuₓ e y = aᵧ + tuᵧ despejamos t: (x − aₓ)/uₓ = (y − aᵧ)/uᵧ. Es la forma continua. La igualdad conserva que ambas coordenadas proceden del mismo punto del recorrido.

Una recta vertical no necesita una pendiente finita
(4; 4)(4; 2)(4; 0)x = 4x fija · y puede ser cualquier real
Tres puntos de la recta x igual a cuatro comparten coordenada horizontal cuatro y tienen distintas alturas. En un desplazamiento entre ellos el cambio horizontal es cero, de modo que el cociente de pendiente no está definido. La forma general y la paramétrica sí describen la recta.

Si una componente vale cero, no escribimos una división por ella. Esa coordenada queda fija y conservamos la otra relación o la paramétrica.

Para x = 4, por ejemplo, el director (0; 1) produce x = 4, y = t.

Eliminar el parámetro

X = (−1; 2) + t(2; −1). Escribe forma continua.

  1. De x

    t = (x + 1)/2.
  2. De y

    t = (y − 2)/(−1).
  3. Igualamos

    (x + 1)/2 = (y − 2)/(−1).
Resultado

(x + 1)/2 = (y − 2)/(−1).

Lo comprobamos

Las dos divisiones tienen denominador no nulo.

La excepción vertical

Recta por (4; 1) con director (0; 2).

  1. Paramétrica

    x = 4; y = 1 + 2t.
  2. Coordenada fija

    x nunca cambia.

  3. Conjunto completo

    y recorre todos los reales: x = 4.
Resultado

Su ecuación es x = 4.

Lo comprobamos

No se usa (x − 4)/0; no es una expresión real válida.

6. Pertenecer exige la ecuación entera; un corte exige las dos rectas

En forma general probamos las dos coordenadas y vemos si la suma da cero. En forma paramétrica buscamos un mismo t para todas las coordenadas. No basta que cada coordenada pueda obtenerse con un parámetro diferente.

Para intersectar dos rectas resolvemos sus ecuaciones a la vez. Puede haber un punto, ninguno o toda una recta si coinciden. La clasificación y la comprobación final forman parte de la respuesta.

Un t común

¿Pertenece Q = (3; 1) a x = −1 + 2t, y = 2 − t?

  1. Desde x

    3 = −1 + 2t: t = 2.
  2. Con ese mismo t

    y = 2 − 2 = 0, no uno.
  3. Decisión

    La coordenada x sola no basta.

Resultado

Q no pertenece.

Lo comprobamos

El punto (3; 0) sí corresponde a t = 2.

Dos condiciones simultáneas

Halla el corte de y = 2x − 1 e y = −x + 5.

  1. Igualamos salidas

    2x − 1 = −x + 5.
  2. Despejamos

    3x = 6, luego x = 2.
  3. Altura

    y = 3; se verifica en ambas.
Resultado

Punto de corte (2; 3).

Lo comprobamos

Cuatro menos uno y menos dos más cinco dan la misma altura tres.

7. Directores y normales permiten ángulos y distancias

El ángulo menor entre dos rectas no orientadas usa el valor absoluto del producto de directores: cos α = |u · v|/(‖u‖‖v‖), con 0 ≤ α ≤ 90°. Invertir un director no cambia la recta y tampoco debe cambiar ese ángulo menor.

La distancia de P = (x₀; y₀) a ax + by + c = 0 es |ax₀ + by₀ + c|/√(a² + b²).

La normal (a; b) explica el denominador: necesitamos una componente en una dirección unitaria. La distancia detallada y el pie se estudiarán después.

Dos sentidos de un mismo director

Calcula el ángulo menor entre rectas de directores (1; 0) y (−1; −1).

  1. Producto en valor absoluto

    |−1| = 1.
  2. Módulos

    Uno y √2.

  3. Ángulo menor

    arccos(1/√2) = 45°.
Resultado

45°.

Lo comprobamos

El ángulo entre esas flechas orientadas sería 135°, pero el menor entre las rectas es 45°.

Una distancia vertical sencilla

Halla la distancia de (1; 3) a la recta x = 4.

  1. Forma general

    x − 4 = 0: normal (1; 0).
  2. Fórmula

    |1 − 4|/√1 = 3.
  3. Pie

    (4; 3), con segmento horizontal.

Resultado

Tres unidades.

Lo comprobamos

La recta es vertical; el recorrido más corto hacia ella es horizontal.

8. Construimos una representación y verificamos punto y dirección

Desde dos puntos distintos hallamos su diferencia para obtener un director. Desde una normal no nula obtenemos la ecuación con un punto. Desde una pendiente finita usamos punto–pendiente. No todos los datos determinan una recta única: un solo punto sin dirección deja muchas posibilidades.

La verificación comprueba que el punto o los puntos dados pertenecen y que el director o pendiente es el pedido. Dos ecuaciones generales representan la misma recta si sus tres coeficientes son proporcionales mediante un factor no nulo.

Una paralela por un punto

Busca la paralela a 2x − y + 3 = 0 que pasa por (1; −1).

  1. Misma normal

    Usamos 2x − y + c = 0.
  2. Punto

    2 · 1 − (−1) + c = 0: c = −3.
  3. Resultado

    2x − y − 3 = 0.
Resultado

2x − y − 3 = 0.

Lo comprobamos

Tiene la misma pendiente dos y pasa por el punto dado.

Una perpendicular por un punto

Busca una perpendicular a y = 2x por (0; 1).

  1. Director de la original

    (1; 2).

  2. Normal de la nueva

    Tomamos (1; 2), perpendicular a su dirección.

  3. Ecuación

    x + 2(y − 1) = 0: x + 2y − 2 = 0.
Resultado

x + 2y − 2 = 0.

Lo comprobamos

Un director (−2; 1) tiene producto cero con (1; 2).

Ahora lo resolvemos de principio a fin.

EJEMPLO RESUELTO 1

Por dos puntos

Halla la recta por (1,2) y (3,6).

  1. Dos puntos distintos

    A = (1; 2), B = (3; 6).
  2. Cambios

    Δx = 2 y Δy = 4: pendiente dos.
  3. Punto–pendiente

    y − 2 = 2(x − 1).
  4. Simplificamos

    y = 2x, equivalente a 2x − y = 0.
  5. Comprobación

    Las dos parejas dadas satisfacen y = 2x.
Resultado

y=2x, o 2x−y=0.

Lo comprobamos

Ambos puntos satisfacen la ecuación.

EJEMPLO RESUELTO 2

Punto y normal

Recta por (2,1) con normal (3,−1). Halla forma general.

  1. Punto y normal

    A = (2; 1), n = (3; −1).
  2. Desplazamiento

    P − A = (x − 2; y − 1).
  3. Producto perpendicular

    3(x − 2) − (y − 1) = 0.
  4. Forma general

    3x − y − 5 = 0.
  5. Comprobación

    3 · 2 − 1 − 5 = 0; un director (1; 3) es perpendicular a n.
Resultado

3x−y−5=0.

Lo comprobamos

En (2,1): 6−1−5=0.

Los símbolos que hemos usado

P₀=(x₀,y₀)
Punto conocido de la recta.
d=(d₁,d₂)
Vector director no nulo, paralelo a la recta.
t
Parámetro real que recorre los puntos de la recta.
n=(A,B)
Vector normal no nulo, perpendicular a la dirección.
Ax+By+C=0
Forma general, con (A,B)≠(0,0).
m
Pendiente d₂/d₁ cuando d₁≠0.
y=mx+b
Forma explícita para rectas no verticales.
d(P₀,r)
Distancia de un punto a una recta, medida perpendicularmente.

Ahora te toca a ti.

Tienes cinco ejercicios. Inténtalos; las pistas te ayudan si te atascas.

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