Cómo Resolver Problemas de Planos en el Espacio: Paralelismo, Distancias y Puntos de Intersección

En este artículo, aprenderemos a resolver un problema clásico de geometría analítica en el espacio tridimensional. Determinaremos planos paralelos, calcularemos distancias y encontraremos puntos de intersección con los ejes coordinados. Todo esto paso a paso y con explicaciones claras.


¿Qué aprenderás hoy?

  1. Cómo encontrar planos paralelos y a una distancia específica de un punto.
  2. Cómo calcular la distancia entre dos puntos en el espacio.
  3. Cómo determinar los puntos de intersección de un plano con los ejes coordenados.

1. Determinar los planos paralelos y a una distancia específica del origen

Planteamiento del problema

Se nos da el plano \pi_1, cuya ecuación es:
\pi_1: x + y = 1
En forma general:

x + y - 1 = 0

Debemos encontrar los planos paralelos a \pi_1 que estén a una distancia de 2 unidades del origen de coordenadas.

Condición de paralelismo

Dos planos son paralelos si su parte lineal coincide, es decir, tienen el mismo término en x, y y z. Por lo tanto, la ecuación general de un plano paralelo a \pi_1 será:

x + y + d = 0

Cálculo de la distancia del origen al plano

Sabemos que la distancia entre un punto (x_0, y_0, z_0) y un plano Ax + By + Cz + D = 0 está dada por la fórmula:

<br /> \text{Distancia} = \frac{|Ax_0 + By_0 + Cz_0 + D|}{\sqrt{A^2 + B^2 + C^2}}<br />

En este caso:

  • El punto es el origen (0, 0, 0).
  • El plano es \pi_2: x + y + d = 0, donde A = 1, B = 1, C = 0.

Sustituimos:

<br /> \text{Distancia} = \frac{|1 \cdot 0 + 1 \cdot 0 + 0 \cdot 0 + d|}{\sqrt{1^2 + 1^2 + 0^2}} = \frac{|d|}{\sqrt{2}}<br />

Esta distancia debe ser igual a 2:

<br /> \frac{|d|}{\sqrt{2}} = 2 \implies |d| = 2\sqrt{2}<br />

Soluciones para d

El valor absoluto implica dos soluciones:

  1. d = 2\sqrt{2}
  2. d = -2\sqrt{2}

Por lo tanto, los planos paralelos son:

  1. \pi_2: x + y + 2\sqrt{2} = 0
  2. \pi_3: x + y - 2\sqrt{2} = 0

2. Encontrar los puntos de intersección de \pi_1 con los ejes

Intersección con el eje X

En el eje X, y = 0. Sustituyendo en \pi_1:

<br /> x + 0 = 1 \implies x = 1<br />

Por lo tanto, el punto de intersección es:

(1, 0, 0)

Intersección con el eje Y

En el eje Y, x = 0. Sustituyendo en \pi_1:

<br /> 0 + y = 1 \implies y = 1<br />

Por lo tanto, el punto de intersección es:

(0, 1, 0)

3. Calcular la distancia entre los puntos de intersección

Los puntos de intersección son:

  • A = (1, 0, 0)
  • B = (0, 1, 0)

La distancia entre dos puntos A(x_1, y_1, z_1) y B(x_2, y_2, z_2) está dada por:

<br /> \text{Distancia} = \sqrt{(x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2 + (z_2 - z_1)^2}<br />

Sustituimos:

<br /> \text{Distancia} = \sqrt{(0 - 1)^2 + (1 - 0)^2 + (0 - 0)^2} = \sqrt{1^2 + 1^2} = \sqrt{2}<br />

Por lo tanto, la distancia entre los puntos es \sqrt{2}.


Conclusión

En este artículo, hemos aprendido a:

  1. Encontrar planos paralelos a una distancia específica del origen.
  2. Determinar los puntos de intersección de un plano con los ejes coordenados.
  3. Calcular la distancia entre dos puntos en el espacio.

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