Un punto indica dónde estamos; un vector indica cuánto nos movemos. Con esa distinción aprenderemos a situar un punto entre otros y, después, dentro o fuera de un triángulo. Las coordenadas baricéntricas serán sus pesos respecto a los vértices. Dibujaremos qué significan antes de resolver el sistema que las calcula.
Si necesitas repasar:
1. Un punto es una posición y un vector es un desplazamiento
Si estamos en A y queremos llegar a B, el vector B−A expresa el cambio.
Sumar dos puntos sin fijar una regla no tiene el mismo significado geométrico, porque no hay un origen privilegiado en un espacio afín.
Al elegir un origen O, representamos cada punto P por el vector P−O. Cambiar O cambia esos números, pero no cambia el desplazamiento Q−P. Encadenar dos desplazamientos cumple (R−Q)+(Q−P)=R−P: los puntos intermedios se cancelan.
Separar la llegada del movimiento
A=(1,2), B=(5,3).
Restar
B−A=(5−1,3−2)=(4,1).Leer
Cuatro unidades a la derecha y una hacia arriba.
Comprobar
A+(4,1)=(5,3)=B.
El vector es (4,1); el punto de llegada es B.
Con otro origen cambiarían las coordenadas de A y B, pero su diferencia seguiría siendo (4,1).
Un cambio de origen no mueve las posiciones
Toma O′=(−2,1) y los mismos puntos.
Nuevas posiciones
A−O′=(3,1), B−O′=(7,2).Diferencia
(7,2)−(3,1)=(4,1).Encadenar
Si después avanzamos (−1,2), el cambio total desde A es (3,3).
Las coordenadas dependen del origen y los desplazamientos entre puntos no.
B+(−1,2)=(4,5) y (4,5)−A=(3,3), igual a la suma de los dos cambios.
2. Para combinar puntos, los pesos deben sumar uno
Dados P₁,…,Pᵣ y pesos λ₁,…,λᵣ de suma uno, definimos su combinación como O+Σλᵢ(Pᵢ−O). Es un punto. Si cambiamos O por O′, la parte vectorial gana (Σλᵢ)(O−O′)=O−O′ y cancela exactamente el cambio del punto inicial. Por eso podemos abreviar ΣλᵢPᵢ.
Si la suma de pesos no es uno, esa cancelación falla. Hay otra construcción útil: una combinación de puntos con pesos que suman cero define un vector independiente del origen. Q−P tiene pesos uno y menos uno: es precisamente el desplazamiento entre los puntos.
Un promedio que no depende del origen
Combina A=(1,2) y B=(5,3) con pesos 3/4 y 1/4.
Comprobar suma
3/4+1/4=1.Calcular
(3/4)A+(1/4)B=(2,9/4).Cambiar origen
Con O′=(−2,1), los vectores (3,1),(7,2) dan (4,5/4); al sumar O′ vuelve (2,9/4).
La combinación representa el mismo punto.
No se promedian solo los números: al trabajar respecto a otro origen se vuelve a sumar ese origen.
Por qué A+B no es una combinación afín de puntos
Usa pesos uno y uno.
Desde el origen usual
O+(A−O)+(B−O)=(6,5).Desde O′
O′+(A−O′)+(B−O′)=(8,4).Causa
Los pesos suman dos; queda un desplazamiento extra al cambiar el origen.
Sin una convención adicional, A+B no define un punto afín intrínseco.
En cambio B−A sí define un vector, porque los pesos de esa diferencia suman cero.
3. Un parámetro recorre el segmento y después prolonga la recta
El parámetro t mide qué fracción del desplazamiento de A a B hemos realizado. Para t=0 estamos en A, para t=1 en B y para 0<t<1 entre ambos.
Si t<0 avanzamos en sentido contrario desde A; si t>1 pasamos más allá de B. En el segmento interior, la razón AP:PB es t:(1−t). Esa proporción sobre la misma recta tiene sentido afín: no exige que una transformación conserve todas las distancias del plano.
Un cuarto del recorrido
A=(0,1), B=(8,5), t=1/4.
Desplazamiento
B−A=(8,4).Fracción
Un cuarto del cambio es (2,1).
Punto
P=A+(2,1)=(2,2); los pesos son 3/4 y 1/4.
P divide el segmento con razón AP:PB=1:3.
Los cambios P−A=(2,1) y B−P=(6,3) están en proporción uno a tres.
Los pesos negativos también describen posiciones
Usa los mismos A,B y t=3/2.
Cambio
(3/2)(8,4)=(12,6).Llegada
P=(12,7), más allá de B.Pesos
1−t=−1/2 y t=3/2 siguen sumando uno.
Una combinación afín puede estar fuera del segmento.
P−B=(4,2) es medio desplazamiento adicional; no hay contradicción en un peso negativo.
4. Una referencia afín necesita vértices que no colapsen en una dimensión menor
P₀,…,Pₙ son afínmente independientes cuando P₁−P₀,…,Pₙ−P₀ son linealmente independientes. En el plano, tres puntos no alineados dan dos direcciones independientes; en el espacio, cuatro puntos no coplanarios dan tres.
Su envolvente afín contiene todas las combinaciones de suma uno. Con independencia, los pesos de cada punto de esa envolvente son únicos: la diferencia de dos representaciones daría una combinación lineal nula de direcciones independientes. Si hay dependencia, algunos puntos no son representables y otros pueden tener varias representaciones.
El triángulo sí sirve de referencia
A=(0,0), B=(8,0), C=(0,6).
Direcciones
B−A=(8,0), C−A=(0,6).Independencia
El determinante es 8·6−0=48, no nulo.Alcance
Las dos direcciones generan el plano, así cada punto tiene una única terna de pesos de suma uno.
Es una referencia afín del plano.
El área es la mitad del determinante absoluto, veinticuatro, y no es cero.
Tres puntos que no forman una referencia del plano
A=(0,0), B=(2,0), C=(4,0).
Dependencia
C−A=2(B−A): solo hay dirección horizontal.No representable
Ninguna combinación afín produce (0,1), pues todas tienen y=0.
No única
B puede escribirse con pesos (0,1,0) o (1/2,0,1/2).
La alineación pierde existencia global y unicidad.
Las dos ternas suman uno y ambas producen (2,0).
5. Para calcular pesos, resolvemos dos coordenadas y después su suma
Es un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas.
Primero comprobamos que A,B,C no están alineados.
Finalmente verificamos las dos coordenadas y la suma. Permutar el orden de los vértices exige permutar sus pesos; una terna sin orden de referencia queda incompleta.
Los pesos del dibujo
Usa A=(0,0), B=(8,0), C=(0,6), P=(2,2).
Horizontal
2=8β, de donde β=1/4.Vertical
2=6γ, de donde γ=1/3.Completar
α=1−1/4−1/3=5/12.
(α,β,γ)=(5/12,1/4,1/3).
Los pesos suman 12/12 y (1/4)(8,0)+(1/3)(0,6)=(2,2).
Un triángulo trasladado conserva la terna
Traslada esos cuatro puntos por (1,2).
Nuevos vértices
A′=(1,2), B′=(9,2), C′=(1,8); P′=(3,4).Restar A′
P′−A′=(2,2); las dos columnas siguen siendo (8,0),(0,6).Resolver
El sistema es idéntico, así los pesos son 5/12,1/4,1/3.
Cambiar la posición global no cambia los pesos.
Sustituir da x=1+8/4=3 e y=2+6/3=4.
6. Los signos indican interior, borde o exterior
Con una referencia triangular no degenerada, los pesos no negativos de suma uno describen exactamente el triángulo cerrado. Los tres estrictamente positivos dan su interior. Un peso cero coloca el punto en la recta del lado opuesto; para estar en el segmento de ese lado también necesitamos que los otros dos sean no negativos.
Dos pesos cero dejan un vértice. Si alguno es negativo, el punto está fuera del triángulo cerrado, aunque siga siendo un punto válido del plano. Cada coordenada afín varía linealmente y vale cero sobre el lado opuesto; por eso su signo distingue los dos semiplanos separados por ese lado.
Del interior al lado
En el triángulo del dibujo, compara P=(2,2) y M=(4,3).
P
Sus tres pesos 5/12,1/4,1/3 son positivos: interior.
M
β=4/8=1/2, γ=3/6=1/2, α=0.Interpretar
M=(B+C)/2 está en el lado BC, no en el interior estricto.
La coordenada α=0 identifica el lado opuesto a A.
El punto A tiene pesos (1,0,0), ejemplo de vértice con dos ceros.
Un cero no garantiza pertenecer al segmento
Compara R=(6,3) y T=(−4,9).
R
Sus pesos son α=−1/4, β=3/4, γ=1/2: exterior.T
Sus pesos son α=0, β=−1/2, γ=3/2.Leer T
Está en la recta BC, prolongada más allá de C, pero no en el segmento porque β es negativo.
El signo de todos los pesos importa.
Para T se obtiene (−1/2)(8,0)+(3/2)(0,6)=(−4,9), sobre la recta del lado.
7. Las áreas orientadas calculan los mismos pesos y conservan los signos
Escribimos [U,V,W] para el área orientada: la mitad de det(V−U,W−U). Intercambiar dos vértices cambia el signo.
Estas identidades se obtienen sustituyendo P−A=β(B−A)+γ(C−A) en los determinantes. Los términos con columnas repetidas se anulan. Los tres numeradores suman el denominador, incluso si P está fuera; allí hay áreas negativas que no podemos reemplazar por valores absolutos.
Las tres piezas del dibujo
Calcula áreas para P=(2,2), A=(0,0), B=(8,0), C=(0,6).
Total
[A,B,C]=48/2=24.Piezas
[P,B,C]=10, [A,P,C]=6 y [A,B,P]=8.Cocientes
10/24=5/12, 6/24=1/4 y 8/24=1/3.
Las áreas devuelven la misma terna que el sistema.
Diez más seis más ocho es veinticuatro: las piezas interiores se reparten el área total.
Fuera del triángulo una pieza cambia de signo
Usa R=(6,3).
Áreas orientadas
[R,B,C]=−6, [A,R,C]=18 y [A,B,R]=12.Normalizar
Dividimos por veinticuatro: −1/4,3/4,1/2.
Conservar signo
−6+18+12=24; con áreas absolutas saldría treinta y seis y ya no sumarían uno.
El área negativa es información de posición.
La terna coincide con la obtenida antes para R; tomar valores absolutos habría borrado el exterior.
8. Una aplicación afín conserva combinaciones, aunque pueda colapsar direcciones
De ahí se conservan puntos medios y relaciones baricéntricas. Para una recta P+tv, su imagen es F(P)+tMv.
Si Mv no es cero, la imagen es una recta.
Para preservar independencia y tener un cambio de referencia reversible exigimos M invertible. La fórmula de pesos sigue siendo cierta sin invertibilidad, pero sus imágenes pueden dejar de formar una referencia única.
Inclinar una figura conserva su diagonal partida por la mitad
Usa F(x,y)=(x+y/2,y).
Puntos
U=(0,0), V=(2,2), M=(1,1).Imágenes
F(U)=(0,0), F(V)=(3,2), F(M)=(3/2,1).Promedio
(F(U)+F(V))/2=(3/2,1)=F(M).
El cizallamiento conserva el punto medio.
La matriz tiene determinante uno y es invertible, aunque no conserve ángulos.
Proyectar puede perder un triángulo entero
Usa H(x,y)=(x,0).
Vértices
A=(0,0), B=(8,0), C=(0,6) pasan a (0,0),(8,0),(0,0).Colapso
A y C tienen la misma imagen; la dirección vertical desaparece.
Pesos
H(P)=αH(A)+βH(B)+γH(C) sigue valiendo, pero ya no permite recuperar α y γ por separado.
Conservar una combinación no implica conservar una referencia afín.
La matriz de H tiene determinante cero, justamente la pérdida de una dirección.
9. Las proporciones afines sobreviven; longitudes y ángulos pueden cambiar
Una matriz invertible M multiplica las áreas orientadas por det M. En los cocientes de áreas de las coordenadas baricéntricas, ese factor se cancela. No se deduce que cada área o longitud sea igual a la original: solo que esas proporciones se conservan.
Si N=(B+C)/2 es el punto medio de un lado, G=(1/3)A+(2/3)N: está a dos tercios de la mediana desde A. Repitiendo con los otros vértices, las tres medianas pasan por el mismo punto. Es una propiedad afín y permanece cierta al inclinar o estirar el triángulo.
Mismo cociente de áreas, otras longitudes
Aplica F(x,y)=(2x,y) al triángulo del dibujo.
Cambios
El lado horizontal pasa de ocho a dieciséis; el vertical sigue midiendo seis.
Áreas
El total pasa de 24 a 48 y las piezas de P pasan de 10,6,8 a 20,12,16.
Cocientes
20/48=5/12, 12/48=1/4 y 16/48=1/3.
La terna de pesos no cambia.
Un segmento diagonal con vector (1,1) pasa a (2,1): su dirección y su longitud sí cambian.
Encontrar el centroide por una mediana
Usa A=(0,0), B=(8,0), C=(0,6).
Promedio
G=((0+8+0)/3,(0+0+6)/3)=(8/3,2).Punto medio
N=(B+C)/2=(4,3).Fracción del recorrido
A+(2/3)(N−A)=(8/3,2).
Las medianas se cortan en razón 2:1 desde cada vértice.
La fórmula simétrica de G permite repetir la misma comprobación desde B o C.
Ahora lo resolvemos de principio a fin.
EJEMPLO RESUELTO 1
Centroide
Calcula el centroide de A=(0,0), B=(6,0), C=(0,3).
Reconocer el centroide
El centroide asigna el mismo peso a los tres vértices: 1/3 a cada uno.
Comprobar suma
1/3+1/3+1/3=1, así el promedio define un punto afín.Coordenada horizontal
(0+6+0)/3=6/3=2.Coordenada vertical
(0+0+3)/3=3/3=1.Leer posición
G=(2,1).Los tres pesos positivos lo sitúan dentro del triángulo.
Comprobar una mediana
El medio de BC es (3,3/2).
Dos tercios del recorrido desde A da (2/3)(3,3/2)=(2,1).
(2,1).
Los pesos son (1/3,1/3,1/3), de suma uno, y la sustitución en αA+βB+γC devuelve exactamente (2,1).
EJEMPLO RESUELTO 2
Coordenadas interiores
P=(1,1), A=(0,0), B=(3,0), C=(0,3).
Fijar orden y ecuación
Los pesos corresponden a A,B,C: P=αA+βB+γC y α+β+γ=1.Comprobar referencia
B−A=(3,0), C−A=(0,3) tienen determinante nueve, distinto de cero.Comparar x
1=3β, luego β=1/3.Comparar y
1=3γ, luego γ=1/3.Completar suma
α=1−1/3−1/3=1/3.Verificar
La combinación devuelve (1,1), los pesos suman uno y son positivos. La independencia garantiza unicidad e interior.
(α,β,γ)=(1/3,1/3,1/3).
Sustituir los tres pesos reproduce las dos coordenadas dadas. La independencia de los desplazamientos garantiza que no exista otra terna normalizada.
Los símbolos que hemos usado
- Q−P
- Vector de desplazamiento del punto P al punto Q.
- P+v
- Punto obtenido al desplazar P por el vector v.
- Σλ_iP_i
- Combinación afín de puntos, definida cuando Σλ_i=1.
- (α,β,γ)
- Coordenadas baricéntricas normalizadas respecto al triángulo ordenado A,B,C.
- Convexa
- Combinación afín cuyos pesos son todos no negativos.
- F(x)=Mx+b
- Aplicación afín expresada en coordenadas: parte lineal M seguida de una traslación b.
Ahora te toca a ti.
Tienes cinco ejercicios. Inténtalos; las pistas te ayudan si te atascas.
Practicar este tema →