La PizarraMatemática.

Secundaria

Simetrías, giros, traslaciones y homotecias

Una figura puede deslizarse, reflejarse como en un espejo, girar o cambiar de escala. No son el mismo movimiento. Primero veremos qué le pasa a un punto y después repetiremos la misma regla en todos los vértices. Así podremos dibujar la imagen y entender las fórmulas de coordenadas sin aprender cambios de signo al azar.

1. Transformar una figura empieza por saber qué hacer con cada punto

Llamamos P al punto inicial y P′, leído «P prima», a su imagen. La prima solo distingue el antes y el después. Si el punto pertenece a un triángulo ABC, transformamos A, B y C con una misma regla y unimos A′ con B′, B′ con C′ y C′ con A′.

Antes de dibujar necesitamos la instrucción completa. «Mover» no dice cuánto ni hacia dónde; «girar» no dice alrededor de qué punto. Una traslación se fija con un desplazamiento, una reflexión con un eje, un giro con centro, ángulo y sentido; una homotecia, con centro y razón.

Repetir una sola regla

Se pide mover un triángulo dos unidades a la derecha. ¿Basta mover solo su vértice A?

  1. Leemos qué se transforma

    La figura completa, no un vértice aislado.

  2. Aplicamos a todos

    A, B y C avanzan dos unidades a la derecha.

  3. Unimos en el mismo orden

    A′B′C′ es la imagen del triángulo.

Resultado

Hay que mover los tres vértices.

Lo comprobamos

Mover solo uno cambiaría la forma del triángulo.

Una orden incompleta

«Gira la figura 90°». ¿Queda determinada su imagen?

  1. Buscamos el centro

    No se ha indicado.

  2. Buscamos el sentido

    Tampoco dice horario o antihorario.

  3. Completamos datos

    Por ejemplo, centro origen y sentido antihorario.

Resultado

Faltan el centro y el sentido.

Lo comprobamos

Dos centros diferentes pueden producir imágenes distintas con el mismo ángulo.

2. Trasladar es dar a todos los puntos el mismo desplazamiento

En el dibujo trasladamos el triángulo cinco unidades a la derecha y tres abajo.

A = (−3; 1) pasa a A′ = (2; −2): −3 + 5 = 2 y 1 − 3 = −2.

Repetimos exactamente el mismo cambio en B y C. La figura conserva su forma, su tamaño y la dirección de sus lados.

Todos los vértices reciben el mismo movimiento
-5-5-4-4-3-3-2-2-1-111223344556677xy0ABCA′B′C′Cada punto: (x; y) → (x + 5; y − 3)
El triángulo ABC tiene vértices menos tres uno, menos uno uno y menos dos tres. Trasladar cinco a la derecha y tres abajo da A prima dos menos dos, B prima cuatro menos dos y C prima tres cero. Las tres líneas punteadas tienen el mismo desplazamiento cinco menos tres.

El vector (a; b) resume el movimiento horizontal a y vertical b.

La regla es (x; y) → (x + a; y + b).

Sumar a un negativo no significa cambiarle el signo: hay que hacer la suma. Si el vector es (0; 0), todos los puntos permanecen en su lugar; si no es cero, ninguno queda fijo.

Primero horizontal y luego vertical

Traslada P = (−2; 4) por el vector (3; −5).

  1. Horizontal

    −2 + 3 = 1: avanzamos tres a la derecha.
  2. Vertical

    4 + (−5) = −1: bajamos cinco.
  3. Escribimos la imagen

    P′ = (1; −1).
Resultado

P′ = (1; −1).

Lo comprobamos

P′ − P = (3; −5), el vector pedido.

Dos vértices, una regla

Traslada A = (1; 1) y B = (3; 2) por (−2; 3).

  1. Transformamos A

    A′ = (1 − 2; 1 + 3) = (−1; 4).
  2. Transformamos B

    B′ = (3 − 2; 2 + 3) = (1; 5).
  3. Comparamos los lados dirigidos

    B − A = (2; 1) y B′ − A′ = (2; 1).
Resultado

A′ = (−1; 4), B′ = (1; 5).

Lo comprobamos

El mismo desplazamiento conserva el segmento entre los vértices.

3. Reflejar en una recta conserva la distancia a ambos lados del espejo

El eje de simetría funciona como un espejo. Para encontrar P′ trazamos la perpendicular desde P hasta el eje y repetimos al otro lado la misma distancia. El eje corta PP′ justo por su mitad. Si P está sobre el espejo, P′ coincide con P.

El eje es la mitad del camino perpendicular
-5-5-4-4-3-3-2-2-1-111223344556677xy0CC′Reflejo en eje y: (x; y) → (−x; y)
El triángulo de vértices dos uno, cuatro uno y dos tres se refleja en el eje vertical. Las imágenes son menos dos uno, menos cuatro uno y menos dos tres. Los segmentos horizontales de cada pareja tienen su punto medio en el eje.

En el eje vertical, el punto (2; 3) está dos a la derecha; su imagen (−2; 3) queda dos a la izquierda, a la misma altura.

Por eso (x; y) → (−x; y).
En el eje horizontal conservamos x y cambiamos y: (x; y) → (x; −y).

Cambia la coordenada perpendicular al espejo.

Una reflexión conserva longitudes y ángulos, pero invierte la orientación del contorno. El orden horario de un triángulo pasa a antihorario. Eso no cambia la correspondencia A con A′, B con B′, C con C′.

Reflejar un punto que estaba a la izquierda

Refleja (−4; 2) en el eje vertical.

  1. Identificamos el espejo

    Es el eje y.

  2. Conservamos la altura

    y′ = 2.
  3. Pasamos al otro lado a igual distancia

    x′ = 4.
Resultado

La imagen es (4; 2).

Lo comprobamos

El punto medio de ambos es (0; 2), que pertenece al eje y.

Un punto sobre el espejo

Refleja (3; 0) en el eje horizontal.

  1. Revisamos la distancia al eje

    Ya está sobre y = 0.
  2. Aplicamos la regla

    (3; −0) = (3; 0).
Resultado

El punto permanece en (3; 0).

Lo comprobamos

Todos los puntos del eje de reflexión quedan fijos.

4. La simetría central pone el centro a mitad de cada pareja

Ahora el dato es un punto O, no un espejo recto. Dibujamos la recta OP y ponemos P′ al lado opuesto de O con la misma distancia. O debe ser el punto medio de PP′. Es el mismo resultado que dar media vuelta, 180°, alrededor de O.

El origen queda exactamente entre P y P′
-5-5-4-4-3-3-2-2-1-111223344556677xy0PP′(x; y) → (−x; −y)
P es dos tres; su simétrico central respecto al origen es menos dos menos tres. Los tres puntos están alineados y el origen divide PP prima en dos partes iguales.
Si O es el origen, (x; y) → (−x; −y).

Si el centro es O = (h; j), pensamos en el desplazamiento: de O a P es (x − h; y − j); para ir a P′ usamos su opuesto y lo sumamos a O.

Así P′ = (2h − x; 2j − y).

Las letras h y j solo nombran las coordenadas del centro.

Media vuelta alrededor del origen

Aplica simetría central a (−2; 4) con centro (0; 0).

  1. Oponemos el desplazamiento desde el origen

    (−2; 4) pasa a (2; −4).

  2. Comprobamos la mitad

    ((−2 + 2)/2; (4 − 4)/2) = (0; 0).
Resultado

La imagen es (2; −4).

Lo comprobamos

El centro es el punto medio de original e imagen.

El centro no es el origen

Centro O = (1; 2), punto P = (4; 1). Halla P′.

  1. Desplazamiento de O a P

    (4 − 1; 1 − 2) = (3; −1).
  2. Usamos el opuesto

    (−3; 1).

  3. Salimos desde O

    P′ = (1 − 3; 2 + 1) = (−2; 3).
Resultado

P′ = (−2; 3).

Lo comprobamos

El promedio de P y P′ es (1; 2), el centro dado.

5. Girar conserva el radio y cambia su dirección en el ángulo indicado

El centro es el punto alrededor del cual giramos. El segmento desde el centro hasta P mantiene su longitud; su dirección da la vuelta indicada. Antihorario es el sentido contrario a las agujas de un reloj y aquí corresponde a un ángulo positivo. El centro queda fijo.

Un cuarto de vuelta conserva la distancia al centro
-5-5-4-4-3-3-2-2-1-111223344556677xy090°PP′(3; 2) → (−2; 3)
P es tres dos. Al girarlo noventa grados antihorarios alrededor del origen, su imagen es menos dos tres. Ambos radios miden raíz de trece. La curva indica el sentido del giro y no un movimiento por los ejes.

Un cuarto de vuelta antihorario lleva la dirección derecha a arriba, y la dirección arriba a izquierda. Por eso (x; y) → (−y; x) alrededor del origen: el aporte horizontal pasa a vertical y el vertical a horizontal con signo opuesto. En el dibujo (3; 2) pasa a (−2; 3).

Media vuelta da (−x; −y). Un cuarto horario, equivalente a 270° antihorarios, da (y; −x). Estas reglas se refieren al origen; para otro centro primero trasladamos la referencia al centro, giramos y volvemos a sumar sus coordenadas.

Giro de un punto sobre el eje

Gira (4; 0) 90° antihorario alrededor del origen.

  1. Miramos el radio inicial

    Apunta a la derecha y mide cuatro.

  2. Damos un cuarto de vuelta

    Ahora apunta arriba y conserva longitud cuatro.

Resultado

La imagen es (0; 4).

Lo comprobamos

La regla (−y; x) da (−0; 4) = (0; 4).

Cambiar el sentido cambia la imagen

Gira (2; −1) 90° horario alrededor del origen.

  1. Elegimos la regla de ese sentido

    Horario: (x; y) → (y; −x).
  2. Sustituimos en orden

    (−1; −2).

  3. Comprobamos el radio

    Antes 2² + (−1)² = 5; después (−1)² + (−2)² = 5.
Resultado

La imagen es (−1; −2).

Lo comprobamos

La igualdad de radios es necesaria; también hemos usado el sentido solicitado.

6. En una homotecia escalamos las distancias desde un centro

Con centro O y razón k = 2, trazamos desde O una semirrecta por cada vértice y duplicamos su distancia al centro. Un vértice que estaba a tres unidades queda a seis sobre la misma semirrecta. Después unimos las imágenes en el orden original. La figura mantiene los ángulos y sus lados correspondientes se duplican.

Desde el centro, duplicamos cada radio
OABCA′B′C′k = 2 · longitudes × 2 · áreas × 4
Homotecia de centro origen O y razón 2. A es uno uno, B dos uno y C uno dos. Las rectas punteadas pasan por el centro y por cada pareja de vértices correspondientes. Cada vector desde el centro se multiplica por 2. El tamaño lineal cambia por 2 y el área por 4. El dibujo usa una escala común para ambas figuras.
Con centro origen, P′ = (kx; ky).

Con otro centro O = (h; j), primero calculamos P − O, multiplicamos ese desplazamiento por k y volvemos a sumar O. El resultado es (h + k(x − h); j + k(y − j)). No multiplicamos las coordenadas absolutas si el centro es distinto del origen.

Si 0 < k < 1, reducimos; si k > 1, ampliamos.
La razón k = 1 deja todo igual.

En las homotecias invertibles que estudiamos, k no puede ser cero: con cero todos los puntos caerían sobre el centro y no podríamos recuperar la figura.

Reducción desde el origen

Aplica una homotecia de centro origen y razón 1/2 a (6; −4).

  1. Multiplicamos horizontal

    6 · 1/2 = 3.
  2. Multiplicamos vertical

    −4 · 1/2 = −2.
  3. Interpretamos

    La distancia al centro se reduce a la mitad, en la misma semirrecta.

Resultado

La imagen es (3; −2).

Lo comprobamos

Multiplicar de vuelta por dos recupera el punto original.

Centro desplazado

Centro O = (1; 1), razón dos y P = (3; 2). Halla P′.

  1. Desplazamiento respecto al centro

    P − O = (2; 1).
  2. Lo duplicamos

    (4; 2).

  3. Volvemos a partir del centro

    P′ = (1 + 4; 1 + 2) = (5; 3).
Resultado

P′ = (5; 3).

Lo comprobamos

De O a P′ el cambio es el doble de O a P. Multiplicar directamente P habría dado un centro incorrecto.

7. Una razón negativa cambia también el lado del centro

Para k = −2, el desplazamiento desde O se multiplica por un número negativo: la imagen queda al otro lado del centro y al doble de distancia. Una distancia nunca se vuelve negativa. El factor de longitudes es |k|, el valor absoluto de la razón.

La razón negativa lleva al lado opuesto
OABCA′B′C′k = -2 · longitudes × 2 · áreas × 4
Homotecia de centro origen O y razón -2. A es uno uno, B dos uno y C uno dos. Las rectas punteadas pasan por el centro y por cada pareja de vértices correspondientes. Cada vector desde el centro se multiplica por -2. El tamaño lineal cambia por 2 y el área por 4. El dibujo usa una escala común para ambas figuras.

En el plano, multiplicar ambos ejes por un mismo k negativo equivale a escalar por |k| y dar media vuelta. Por eso no se confunde con un espejo axial. Si k = −1, obtenemos justamente una simetría central: misma distancia y lado opuesto.

Calcular con razón negativa

Centro origen, k = −3, P = (2; −1). Halla P′.

  1. Multiplicamos x

    −3 · 2 = −6.
  2. Multiplicamos y

    −3 · (−1) = 3.
  3. Interpretamos el signo y el tamaño

    Lado opuesto y distancia triple.

Resultado

P′ = (−6; 3).

Lo comprobamos

Las longitudes cambian por tres, no por menos tres.

Reducir al lado contrario

Centro origen y k = −1/2. Transforma (4; 2).

  1. Aplicamos la razón a ambas componentes

    (−2; −1).

  2. Separamos sus dos efectos

    El signo negativo cambia el lado; el valor absoluto 1/2 reduce la distancia.

Resultado

La imagen es (−2; −1).

Lo comprobamos

La distancia al centro es la mitad de la original y ambos radios son opuestos.

8. Conservar forma, conservar tamaño y dejar puntos fijos son cosas distintas

Traslaciones, giros y simetrías conservan las distancias entre todos los puntos: son isometrías y producen figuras congruentes, con igual forma y tamaño. Una homotecia produce una figura semejante, pero su tamaño solo coincide cuando |k| = 1.

Si las longitudes se multiplican por |k|, el perímetro también. El área cambia por k², porque se escalan dos dimensiones. Para k = −2, perímetro por dos y área por cuatro. El signo no hace negativa una superficie.

Una magnitud conservada no significa que el punto se haya quedado en el mismo sitio. Un giro puede mover un vértice aunque conserve todas las longitudes. En un giro que no sea una vuelta completa solo el centro queda fijo; en una reflexión axial queda fijo todo el eje.

En el plano, traslación, giro, simetría central y homotecia invertible conservan la orientación; la reflexión axial la invierte.

Escala de borde y superficie

Una figura tiene perímetro 12 cm y área 5 cm². Se aplica una homotecia de razón −2. Halla sus nuevas medidas.

  1. Factor de longitud

    |−2| = 2; perímetro 12 · 2 = 24 cm.
  2. Factor de área

    (−2)² = 4; área 5 · 4 = 20 cm².
Resultado

Perímetro 24 cm y área 20 cm².

Lo comprobamos

Ninguna medida es negativa; el signo indica el lado del centro.

Misma longitud, distinta posición

Al girar un cuadrado 90° alrededor de uno de sus vértices, ¿deben quedar todos sus vértices fijos?

  1. El centro sí queda fijo

    Es el vértice elegido.

  2. Los demás radios giran

    Mantienen longitud, pero cambian dirección.

  3. Distinguimos dos propiedades

    La figura conserva medidas sin conservar cada posición.

Resultado

No; solo el centro queda fijo en ese giro.

Lo comprobamos

Un punto que cambia de lugar puede conservar su distancia al centro.

9. Cuando hay dos transformaciones, la segunda actúa sobre la primera imagen

Partimos de P = (1; 2).

Si primero trasladamos tres a la derecha, obtenemos (4; 2). Si después reflejamos en el eje y, obtenemos (−4; 2). No aplicamos la segunda regla al punto antiguo: la entrada ahora es la imagen que acabamos de calcular.

En general, invertir el orden puede cambiar el resultado. Para deshacer una traslación usamos el vector opuesto; para un giro, el ángulo contrario; para una reflexión, el mismo espejo otra vez; para una homotecia no nula, la razón 1/k con el mismo centro. Si queremos deshacer una cadena, deshacemos primero el último paso.

El orden importa

Desde (1; 2), compara trasladar (3; 0) y luego reflejar en el eje y, con hacerlo al revés.

  1. Primer orden

    (1; 2) → (4; 2) → (−4; 2).
  2. Orden invertido

    (1; 2) → (−1; 2) → (2; 2).
  3. Comparamos resultados

    −4 y 2 son horizontales distintas.

Resultado

Las imágenes son (−4; 2) y (2; 2).

Lo comprobamos

No intercambiamos reglas sin comprobar su composición.

Deshacer un movimiento compuesto

Un punto se trasladó por (2; −1) y después giró 90° antihorarios. ¿Cómo recuperamos el original?

  1. Deshacemos lo último

    Giramos 90° horarios con el mismo centro.

  2. Deshacemos la traslación

    Aplicamos el vector (−2; 1).

  3. Respetamos el orden inverso

    Cada operación recibe el resultado de la anterior.

Resultado

Primero el giro horario; después la traslación (−2; 1).

Lo comprobamos

Con P = (1; 1), la ida da (3; 0) y (0; 3); la vuelta da (3; 0) y (1; 1).

Ahora lo resolvemos de principio a fin.

EJEMPLO RESUELTO 1

Trasladar

Traslada P=(2,−1) por el vector (3,4).

  1. Leemos los dos componentes del movimiento

    P = (2; −1), vector (3; 4): tres a la derecha y cuatro arriba.
  2. Nueva horizontal

    x′ = 2 + 3 = 5.
  3. Nueva vertical

    y′ = −1 + 4 = 3.
  4. Escribimos la imagen

    P′ = (5; 3).
  5. Comprobamos el cambio

    P′ − P = (5 − 2; 3 − (−1)) = (3; 4).

    El vector opuesto permite volver a P.

Resultado

P′=(5,3).

Lo comprobamos

P′−P=(3,4).

EJEMPLO RESUELTO 2

Girar

Gira (3,1) 90° antihorario respecto al origen.

  1. Precisamos los datos

    Centro origen, 90° y sentido antihorario.

    P = (3; 1).
  2. Entendemos el cuarto de vuelta

    El aporte horizontal tres pasa a vertical positiva; el aporte vertical uno pasa a horizontal negativa.

  3. Nueva pareja

    La regla (−y; x) da P′ = (−1; 3).
  4. Comprobamos el radio

    Antes 3² + 1² = 10; después (−1)² + 3² = 10.

    Ambos radios son √10.

  5. Comprobamos el sentido

    Desde el primer cuadrante el punto pasa al segundo en un cuarto de vuelta antihorario.

Resultado

(−1,3).

Lo comprobamos

Las distancias al origen son √10 en ambos casos.

Los símbolos que hemos usado

P=(x,y)
Punto original del plano cartesiano con ejes perpendiculares.
P′=(x′,y′)
Imagen del punto P después de la transformación.
v=(a,b)
Vector de traslación: desplazamientos horizontal a y vertical b.
O
Centro del giro, simetría central u homotecia.
θ
Ángulo del giro, con sentido declarado.
k
Razón no nula de homotecia; su signo determina el lado del centro.
|k|
Valor absoluto de la razón, que multiplica longitudes.
Isometría
Transformación que conserva distancias entre todos los pares de puntos.

Ahora te toca a ti.

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

Practicar este tema →

Para ampliar