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Principios de geometría analítica y álgebra lineal




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    1. Espacio
      vectorial
    2. La línea
      recta
    3. Tangente a una
      curva
    4. Parábola
    5. Elipse
    6. Hipérbola
    7. Asíntotas
    8. Subtangente y
      subnormal
    9. Ecuación general de
      segundo grado
    10. Transformación de
      coordenadas
    11. Coordenadas
      polares
    12. Lugar
      geométrico
    13. Distancia de un punto a una
      recta
    14. El plano
    15. La esfera
    16. Superficies
    17. Tema de
      aplicación
    18. Referencias

    1.ESPACIO
    VECTORIAL.

    Es un conjunto arbitrario diferente del vacío en
    el cual se han definido dos operaciones:
    adición y producto por
    un número. Un conjunto es una colección de objetos
    que está bien definida, por definida, entendemos que
    siempre es posible saber si un elemento o no pertenece a una
    colección o conjunto.

    Algunos ejemplos de espacios vectoriales son:

    Con las operaciones usuales los siguientes conjuntos se
    constituyen como espacios vectoriales: Matrices de
    n×n ; P(n) (polinomios), funciones
    continuas, IRn (producto cartesiano). Por ahora
    consideraremos el conjunto IR2 = { (x, y) | … } y
    veremos las siguientes operaciones:

    Sea un vector ^u = (x1, y1)
    y ^v = (x2,
    y2
    ) y k un
    escalar entonces definimos las siguientes operaciones:

    ^u + ^v = (x1 +
    x2, y1 + y2) k^u =
    (kx1, ky1) ^u ·^v = x1
    · x2 + y1 ·
    y2

    Y además se satisfacen los siguientes
    axiomas:

    Sean vectores
    denotados como ^u, ^v y ^w y a, b, c
    escalares, entonces:

    1. ^u + ^v = ^v + ^u
    2. (^u + ^v )+ ^w = ^u + (^v + ^w)
    3. ^u + 0 = 0 + ^u = ^u
    4. ^u + ( – ^u) = 0
    5. a(b^u) = (ab)^u = ^u(ab)
    6. a(^u + ^v) = a^u + a^v
    7. (a + b)^u = a^u + b^v
    8. 1^u = ^u
    9. ^u·^v = ^v·^u
    10. ^u(^v + ^w) = ^u·^v + ^u·^w
    11. c(^u^v) = (c^u)^v = ^u(c^v)
    12. 0·^u = 0
    13. ^u·^u = |^u|2
    14. Dos vectores son perpendiculares ó ^u·^v =
      0

    En IR² ó IR³ cuando consideramos un
    punto (x, y) cualquiera y lo representamos gráficamente en
    el plano cartesiano trazando una línea de leal origen,
    recibe el nombre de vector de posición o vector
    anclado.
    Además, si el vector ^u es elemento de
    IR², entonces ^u = (x, y).

    En la siguiente gráfica ^u es un vector
    anclado, observemos los demás elementos que componen dicha
    gráfica:

    Podemos observar que:

    ^u = ux + uy donde
    ux = (x, 0) y uy = (y,
    0)

    Denotamos como || ^u || a la distancia del origen
    al punto (x, y) denominada magnitud del vector ^u y
    de donde obtenemos las siguientes conclusiones:

    • || ^u || = (x² +
      y²)½
    • Cos(q) = x / || ^u ||
    • Sen(q) = y / || ^u ||
    • Para un vector anclado ^u, ^ux
      representa su componente en la dirección x y
      ^uy representa su componente en la
      dirección y.
    • La dirección de un vector de posición
      está dada por el ángulo que forma con el sentido
      positivo del eje X.

    2.LA LÍNEA
    RECTA.

    2.1.Concepto de
    Línea Recta.

    Éste concepto matemático parece no tener
    definición ya que es una sucesión de puntos y
    éstos carecen de magnitud, pero se considera como una
    trayectoria de puntos que no cambian de dirección, o bien,
    en términos del espacio, es la intersección de dos
    planos. Además tenemos los siguientes
    conceptos:

    • Segmento de recta: Recta delimitada por dos
      puntos, ésta es una magnitud lineal finita.
    • Semirrecta: Si se tiene una recta con un punto
      P contenido en ella y que la divide, cada una de las porciones
      en que queda dividida se le conoce como semirrecta.
    • Rayo: Se le conoce como la semirrecta en un
      sentido, simbolizada como

    donde la flecha indica el sentido, el origen es A y el
    destino B, o bien por "r" con una flecha indicando el
    destino.

    2.2.Pendiente de una recta.

    Uno de los elementos más importantes de la
    línea recta es la pendiente, la cual se define como la
    tangente del ángulo de inclinación. El
    ángulo de inclinación es aquel que forma la recta
    con el eje positivo de las X. Dados dos puntos por los
    cuales pasa la recta, su pendiente se calcula
    así:

    • m = (y2 – y1) /
      (x2 – x1)
    • m = Tg ().
    • Tg() = y2 / x2 = y1
      / x1

    2.3.Ecuación de la recta.

    • Forma intercepto-pendiente: y = mx + b (b es el
      intercepto con el eje Y).
    • Conocidos la pendiente y un punto cualquiera
      (x1, y1), la ecuación es: y
      – y1 = m(x – x1).
    • Conocidos dos puntos la ecuación es: y –
      y1 = [ (y2 – y1) /
      (x2 – x1) ] · (x –
      x1)
    • Forma general de la ecuación de la recta: La
      encontramos haciendo operaciones con cualquiera de las formas
      antes mencionadas, su representación es: ax + by + c
      = 0.

    Definiciones.

    • Se dice que dos puntos son colineales si están
      sobre la misma recta.
    • Se dice que dos rectas son perpendiculares si el
      producto de sus pendientes es –1.
    • Se dice que dos rectas son paralelas si ambas tienen
      la misma pendiente.
    • La distancia del punto P(x1,
      y1) a la recta L: Ax + By + C = 0 es: d(P, L) = |Ax1
      + By1 + C| / (A² + B²)½

    2.4.Forma simétrica de la ecuación de
    la recta.

    x/a + y / b = 1 Donde a es el intercepto con
    x y b el intercepto con y.

    2.5.Rectas y vectores.

    En el plano cartesiano las rectas y los vectores se
    relacionan de la siguiente forma: Dados dos puntos
    (x1, y1) y (x2, y2),
    entonces, ellos determinan una recta, justamente la que pasa por
    ambos, y su ecuación se encuentra de forma usual. Vistos
    los puntos como vectores ^a = (x1, y1) y ^u
    = (x2, y2), puede plantearse la siguiente
    pregunta: ¿Cuál es la recta que pasa por la punta
    del vector ^a en la dirección del vector ^u?
    (recta L), con mayor precisión, observe en la
    figura que ^u = ^a + t^h que es la ecuación en
    forma vectorial de la recta L. Entonces podemos hacer las
    siguientes sustituciones:

    ^a + t^h = (x1 + tx2,
    y1 + ty2)
    è x = x1 +
    tx2
    y y = y1 + ty2 y
    podemos sustituir y despejar t para encontrar la
    ecuación de la recta en su forma general.

    Teorema:

    La forma normal de la ecuación de una recta
    está dada por: xCos(q) + ySen(q) – p; donde p es un número
    positivo numéricamente igual a la longitud de la normal
    trazada desde el origen a la recta y q es el ángulo positivo menor a
    360°.

    3.CIRCUNFERENCIA.

    Circunferencia es el lugar geométrico de un punto
    que se mueve en el plano de tal manera que se conserva siempre a
    una distancia constante de un punto fijo de ese plano; el punto
    fijo se llama centro y la distancia constante radio.

    La circunferencia cuyo centro es (h,
    k)
    y de radio r tiene por ecuación: (x –
    h)2 + (y – k)2 = r2
    y recibe
    el nombre de ecuación en forma ordinaria.

    3.1.Forma general de la ecuación de una
    circunferencia.

    Dada la forma ordinaria (x – h)2 + (y –
    k)2 = r2 desarrollamos los cuadrados y
    tenemos:

    X2 – 2hx + h2 +
    y2 – 2ky + k2 = r2;
    agrupando términos:

    X2 + y2 + (-2h)x + (-2k)y +
    (h2 + k2 – r2) = 0; por
    último tenemos:

    D E F

    X2 + y2 + Dx +Ey + F = 0
    que es la forma general que buscábamos. De aquí
    deducimos que cualquier ecuación en forma ordinaria puede
    transformarse mediante operaciones correctas a la forma
    general.

    3.2.Tangente a una circunferencia.

    Dada la ecuación de la circunferencia en forma
    ordinaria o general, hallar la ecuación de la tangente a
    la circunferencia que tiene dicha ecuación dados un punto
    de contacto, la pendiente de la de la recta buscada o un punto
    exterior por el cual pasa la recta tangente.

    En geometría elemental se estudia
    únicamente la tangente a una curva: la circunferencia, el
    estudio hecho es insuficiente para las curvas planas en general,
    por ello, estudiaremos un método que
    se aplique a todas las curvas existentes en el siguiente
    apartado.

    4.TANGENTE A UNA
    CURVA.

    Dada la función
    f(x, y) <1> y la recta, que es tangente a esa curva,
    y = mx + b despejamos y en la ecuación de la
    recta y la sustituimos en f(x, y), después de esto
    nos debe quedar una ecuación de segundo grado, la cual hay
    que resolver con la siguiente condición: sabemos que la
    ecuación de segundo grado tiene un discriminante, en
    nuestro caso le llamaremos D y lo igualaremos a cero quedando de la
    forma D = 0 y le
    llamaremos "condición de tangencia".

    En la expresión <1> hablamos de una
    función general en dos variables y
    nos referimos a funciones cuadráticas donde y = mx +
    b
    representa una familia de rectas
    y el sistema pretende
    determinar cuál de esas rectas es tangente.

    Resolviendo nos queda una ecuación de segundo
    grado, como lo habíamos dicho con anterioridad, para la
    variable x y como estamos buscando una única
    solución se deduce que el discriminante tiene que ser
    igual a cero, es decir, estamos hablando de la condición
    de tangencia.

    De manera práctica se encuentran tres casos de
    tangentes a cónicas.

    1. Se conoce el punto de contacto, aquí hay una
      sola tangente.
    2. Se conoce la pendiente, aquí hay dos
      tangentes.
    3. Se conoce un punto exterior por el cual pasa la
      tangente, aquí hay dos tangentes.

    Para hallar las ecuaciones de
    las tangentes se sustituye el dato conocido en la ecuación
    de la recta y se resuelve la aplicando la condición de
    tangencia, determinando así la ecuación de las
    rectas.

    5.PARÁBOLA.

    Una parábola es el lugar geométrico de un
    punto que se mueve en el plano de talo manera que su distancia de
    una recta fija situada en el plano es siempre igual a su
    distancia de un punto fijo del plano y que no pertenece a la
    recta. Al punto fijo se le llama foco y la recta fija
    directriz.

    La recta que es perpendicular a la directriz y que pasa
    por el foco se llama eje focal, la intersección de
    la parábola con el eje focal se denomina
    vértice. La cuerda focal es el segmento de
    recta perpendicular al eje focal y que pasa por el foco, en
    nuestra gráfica, esta es el lado recto.

    Los elementos de una parábola son entonces:
    vértice, foco, longitud del lado recto, y la
    ecuación de la directriz. Nosotros estudiaremos
    únicamente las parábolas con ejes focales paralelos
    al eje X o al eje Y. La distancia del vértice a la
    directriz es la misma distancia del vértice al
    foco.

    Teorema:

    La ecuación de una parábola de
    vértice (h, k) y eje focal paralelo al eje X es de la
    forma: (y – k)² = 4p(x – h) y sus elementos son los
    siguientes:

    • Foco(h + p, k)
    • Directriz x = h – p
    • Eje focal y = k
    • Donde 4| p | es la magnitud del lado recto y siendo |
      p | la longitud entre el foco y el vértice.
    • Si p > 0 la parábola se abre hacia la
      derecha.
    • Si p < 0 la parábola se abre hacia la
      izquierda.

    Si el eje es paralelo al eje Y la ecuación
    es de la forma (x – h)² = 4p(y – k) y sus elementos
    son:

    • Foco (h, k + p)
    • Directriz y = k – p
    • Eje focal x = h
    • Si p > 0 la parábola se abre hacia
      arriba.
    • Si p < 0 la parábola se abre hacia
      abajo.

    6.ELIPSE.

    Una elipse es el lugar geométrico de un punto que
    se mueve en el plano de tal manera que las sumas de sus
    distancias a dos puntos fijos de ese plano es siempre igual a una
    constante mayor que la distancia entre los dos puntos. Los dos
    puntos fijos se llaman focos de la elipse.

    Los elementos de una elipse son los que se describen en
    la figura siguiente:

    • F y F’, focos.
    • V y V’, vértices
    • C, centro.
    • d(V, V’), eje mayor.
    • CF, lado recto.
    • d(A, A’) eje menor.
    • L’, eje normal.
    • L, eje focal.

    Es importante observar que F, F’, C, V y V’
    tienen una coordenada en común y que la distancia de F a V
    es igual a la distancia de F’ a V’ y que C es el
    punto medio de los focos y vértices.

    Teorema:

    La ecuación de una elipse con C(h, k) y eje focal
    paralelo al eje X esta dada por: (x – h)² / a² + (y
    – k)² / b² = 1
    , y paralela al eje Y es: (x –
    h)² / b² + (y – k)² / a² = 1
    .

    En donde para cada elipse, a es la longitud del
    semieje mayor, b es la del semieje menor, c es la
    distancia del centro hacia cada foco y a, b, c
    están ligadas por la siguiente relación:
    = b² + c²
    .

    También para cada elipse, la longitud de cada uno
    de sus lados rectos es: 2b² / a y la excentricidad
    e = c / a.

    7.HIPÉRBOLA.

    Una hipérbola es el lugar geométrico de un
    punto que se mueve en el plano de tal manera que el valor absoluto
    de la diferencia de sus distancias a dos puntos fijos del plano,
    llamados focos, es igual a una constante positiva y menor que la
    distancia entre los focos. Sus elementos son los que se muestran
    en la figura:

    • F y F’, focos.
    • V y V’, vértices.
    • L, eje focal.
    • VV’, eje transverso.
    • C, centro.
    • L’, eje normal.
    • AA’, eje conjugado.
    • CF, lado recto.

    Teorema:

    La ecuación de una hipérbola con centro en
    el punto C(h, k), y eje focal paralelo al eje X es de la
    forma:

    (x – h)² / a² – (y – k)² / b²
    =1,
    sus focos son (h + c, k) y (h .- c, k) y sus
    vértices son (h – a, k) y (h + a, k).

    Si el eje focal es paralelo al eje Y su
    ecuación es de la forma: (y – k)² / a² – (x –
    h)² / b² = 1,
    sus focos son (h , k + c) y (h, k –
    c) y sus vértices son (h – a, k ) y (h + a, k
    ).

    Donde para cada parábola a es la longitud
    del semieje transverso, b la del semieje conjugado y
    c la distancia del centro a cada foco; a, b, c
    están ligadas por la relación c² = a²
    + b².
    . También la longitud de cada lado recto es
    2b² / a y la excentricidad está dada por la
    relación e = c /a.

    8.ASÍNTOTAS.

    Si para una curva dada, existe una recta talque, a
    medida que un punto de la curva se aleja indefinidamente del
    origen, la distancia de ese punto a esa recta decrece
    continuamente y tiende a cero dicha curva se llama
    asíntota de la curva, la cual puede ser horizontal o
    vertical.

    Teorema:

    La hipérbola b²x² – a²y² =
    a²b²
    tiene por asíntotas las rectas: bx
    – ay = 0
    y bx + ay = 0.

    9.SUBTANGENTE Y
    SUBNORMAL.

    Veamos la siguiente figura:

    siguiendo la figura podemos decir lo
    siguiente:

    • L es tangente a la curva C en el punto
      P1.
    • L’ es la recta trazada por P1
      perpendicular a L y se llama normal a C en P1. Su
      ecuación es y – y1 = -1/m(x –
      x1).
    • La tangente y la normal cortan al eje X en T y
      N.
    • La longitud P1T es la longitud de la
      tangente y P1N es la longitud de la
      normal.
    • La proyección QT de la longitud de la tangente
      sobre X se llama subtangente .
    • La proyección QN de la longitud de la normal
      sobre X se llama subnormal.

    Si m es la pendiente de una curva plana continua C en
    P1(x2, y1), entonces en
    P1 tenemos:

    • Ecuación de la tangente a C: y –
      y1 = m(x – x1).
    • Ecuación de la normal a C: y –
      y1 = -1/m(x – x1) con m !=
      0.
    • Longitud de la tangente: y1 / m (1 +
      m²) ½ con m ¡= 0.
    • Longitud de la normal: y1(1 +
      m²)½ .
    • Longitud de la subtangente: y1 /
      m
    • Longitud de la subnormal: my1.

    10.ECUACIÓN
    GENERAL DE SEGUNDO GRADO.

    Esta ecuación tiene la siguiente forma: Ax²
    + Bxy + Cy² + Dx + Ey + F = 0 y representa alguna de las
    cónicas.

    Teorema:

    La ecuación general de segundo grado representa
    una cónica del género
    parábola, elipse o hipérbola según el
    indicador I = B² – 4AC sea 0, negativo o positivo
    respectivamente.

    11.TRANSFORMACIÓN DE
    COORDENADAS.

    Una transformación es una operación por la
    cual una relación, expresión o figura se cambia por
    otra siguiendo una ley dada.
    Analíticamente la ley se expresa mediante una o más
    ecuaciones llamadas "ecuaciones de
    transformación".

    11.1.Traslación de ejes de
    coordenadas.

    Si se trasladan los ejes coordenados a un nuevo origen,
    O’ es el punto (h, k), y si las coordenadas de cualquier
    punto antes y después de la traslación son (x, y) y
    (x’, y’) respectivamente, las ecuaciones de
    transformación del sistema primitivo al nuevo sistema de
    coordenadas son:

    x = x’ + h; x’ = x –
    h

    y = y’ + k; y’ = y
    – k

    11.2.Rotación de ejes de
    coordenadas.

    Si los ejes coordenados giran un ángulo
    q en torno de su
    origen como centro de rotación y las coordenadas de un
    punto cualquiera P antes y después de la rotación
    son (x, y) y (x’, y’) respectivamente, las ecuaciones
    de transformación del sistema original al nuevo sistema
    están dadas por:

    x =
    x’cos(
    q) – y’sen(q); y =
    x’sen(q) +
    y’cos(q)

    12.COORDENADAS POLARES.

    Veamos la siguiente gráfica:

    De ella podemos decir que x =
    rCos(
    q) y y =
    rSen(
    q), por tanto, podemos
    representar el punto P(x, y)mediante otro sistema denominado
    coordenadas polares que toma en cuenta la magnitud r y el
    ángulo q,
    así, el punto P(x, y) lo podemos escribir como P(r,
    q).

    13.LUGAR
    GEOMÉTRICO.

    El ligar geométrico lo podemos definir como el
    conjunto de puntos y solo de aquellos puntos cuyas coordenadas
    satisfacen la ecuación f(x, y)=0, y además,
    cualquier punto que se mueve en el plano describe una curva. El
    hallar la ecuación de la curva y todas sus propiedades es
    un problema de lugar geométrico, donde se busca una
    expresión matemática
    que describa la situación.

    13.1.Lugar geométrico de la recta en 3
    dimensiones.

    Dados dos puntos fijos la recta se describe por aquellos
    puntos que se mueven a lo largo del vector que describen esos dos
    puntos en dirección contraria.

    13.2.Ecuaciones paramétricas.

    La recta queda determinada por un punto fijo
    P0 y un vector ^v = a^i + b^j + c^k, el conjunto de
    los puntos P, tales que PoP es paralelo a ^v, es
    decir, que satisfacen d(P0, P) = t^v para algún
    número real t.

    Si r = OP y r0 = OP son los vectores de
    posición de P y P0, respectivamente,
    entonces:

    è
    P0P = t^v

    è
    P0P = r – r0

    è r =
    r0 + t^v (1)

    Si escribimos r = (x, y ,z) y r0 = (x0,
    y0. z0) e igualamos los componentes en (1)
    tenemos,

    x = x0 + at; y =
    y0 + bt ; z = z0 + ct

    y éstas se denominan ecuaciones
    paramétricas (vea la gráfica).

    Si despejamos t de las ecuaciones paramétricas
    obtenemos las ecuaciones simétricas o
    estándar:

    (X – x0) / a = (y
    – y0) / b = (z – z0) /
    c

    14.DISTANCIA DE UN PUNTO A UNA
    RECTA.

    Para hallar la distancia de un punto P(r, s) a una recta
    dada tenemos dos alternativas, calcularla mediante:

    P(r, s) Recta L: Ax + By + C = 0

    d(P, L) = + Ar + Bs + C / (A² +
    B²)½ (1)

    y otra alternativa es calcularla de forma vectorial la
    cual está dada por:

    d(P, L) = | ^L × ^K | / | ^L |, donde K y L son
    vectores determinados, aquí el procedimiento que
    se sigue es obtener los vectores K y L, realizar el producto
    vectorial por medio de determinantes y llegar a la fórmula
    (1).

    15.EL
    PLANO.

    Primero definamos lo que es producto cruz, sean vectores
    ^v = (x1, x2, x3 ) y
    ^w = (y1, y2, y3),
    entonces lo definimos por medio del cálculo
    del determinante siguiente:

    el cual
    también es un elemento de IR³.

    Ahora sí definimos al plano, un plano en tres
    dimensiones es el lugar geométrico de los puntos, por los
    que u punto móvil se traslada de tal forma que el vector
    de él a un punto fijo de él es siempre
    perpendicular a un vector fijo llamado normal al plano.
    Consideremos la ecuación del plano como Ax + By + Cz + D =
    0 con A, B, C no todas nulas.

    Para dos vectores dados cualesquiera ^v y ^w su producto
    cruz (^v × ^w) es un vector perpendicular a ^v y a ^w y sus
    números directores son los mismos que los de la normal al
    plano.

    16.LA
    ESFERA.

    El lugar geométrico de una esfera, es el lugar de
    un punto en el espacio que se mueve de tal manera que su
    distancia a un punto fijo es siempre constante. El punto fijo se
    llama centro y la distancia radio. Su ecuación es muy
    parecida a la de la circunferencia, esta es: (x – a)² +
    (y – b)² + (z – c)² = r²
    , donde r es el radio
    y (a, b, c) es el centro del cual hablamos. En el caso de la
    circunferencia hablamos de recta tangente, pero en el caso de la
    esfera hablaremos del plano tangente a una esfera, el cual se
    obtiene buscando el vector que describe el centro con el punto de
    contacto y determinar la ecuación de la normal al
    plano.

    La forma general de la ecuación de la esfera es :
    x² + y² +z² + Gx + Hy + Iz + K =
    0

    16.1.Coordenadas esféricas.

    Es posible representar un punto en el espacio en otro
    sistema de coordenadas denominado coordenadas esféricas,
    el cual considera la distancia al origen y los ángulos que
    forma ese radio vector con los ejes X y Z, eto implica que el
    punto P(x, y, z) puede escribirse como: P(r, a, q).

    Teorema:

    Las coordenadas rectangulares y esféricas de un
    punto en el espacio están ligadas por las
    relaciones:

    X = rSen(a)Cos(q); y = rSen(a)Sen(q); z = rCos(a).

    17.SUPERFICIES.

    Se llama superficie al conjunto de puntos cuyas
    coordenadas satisfacen una ecuación del tipo f(x, y, z)
    = 0
    .

    Definición:

    Se dice que dos puntos distintos son simétricos
    con respecto a un plano si y solamente si el plano es
    perpendicular al segmento que los une en el punto
    medio.

    Definición:

    Se dice que una superficie es simétrica con
    respecto a un plano de simetría d si el simétrico de cada punto de
    la superficie respecto del plano d es también un punto de la
    superficie.

    17.1.Construcción de una
    superficie.

    Construir una superficie es muy complicado, por ello se
    han diseñado otras estrategias para
    hacer la tarea más fácil, lo cual contempla seguir
    los siguientes puntos en la construcción de cualquier
    superficie:

    1. En las intercepciones con los ejes, los puntos
      tienen la forma en el plano X (x, 0, 0) en el plano Y(0, y,
      0) en el plano Z(0, 0, z), que como pertenecen a la
      ecuación de la superficie, satisfacen la misma, y al
      hacerlo, podemos encontraren valor de x, y y
      z.

    2. Verificar los interceptos con los ejes
      coordenados:

      Un razonamiento similar al de los interceptos nos
      lleva a encontrar las trazas de la superficie, que son las
      figuras que forma esa superficie cuando se intercepta con
      alguno de los ejes coordenados, entonces aquí buscamos
      ecuaciones sencillas. Los puntos de las trazas en los planos
      correspondientes tienen la siguiente expresión: en el
      plano XY(x, y, 0) en el plano XZ(x, 0, z) y en el plano YZ(0,
      y, z), que como pertenecen también a la superficie,
      deben satisfacer su ecuación, por lo que al sustituir
      cada uno de esto puntos en la ecuación de la
      superficie se determina la curva correspondiente (la
      ecuación) de la traza en sus planos
      respectivos.

    3. Verificar las trazas:

      Para verificar la simetría de una superficie
      nos ayudamos de la siguiente tabla que dice:

      Tabla de
      simetría

      Si la ecuación de la
      superficie no se altera cuando las variables x,
      y
      y z son reemplazadas por:

      La superficie es
      simétrica respecto al:

      -x, y, z

      Plano YZ

      x, -y, z

      Plano XZ

      x, y, -z

      Plano XY

      -x, -y, z

      Eje Z

      -x, y, -z

      Eje Y

      x, -y, -z

      Eje X

      -x, -y, -z

      Origen

    4. Verificar la simetría de la superficie.

      Para hacerlo, se trazan planos paralelos a la
      superficie para observar que curva se forma cuando se
      interceptan. Ahora los puntos toman la forma: en el plano
      XY(x, y, k), k = z, en el plano XZ(x, k, z), k = y y en el
      plano YZ(k, y, z), k = x.

    5. Verificar secciones.
    6. Definir la extensión de la
      superficie.

    Simplemente se refiere al alcance que tiene la
    superficie, es decir, cuales son sus límites,
    si está definida dentro de un intervalo de valores para
    las variables o no, etcétera.

    18.TEMA DE
    APLICACIÓN.

    18.1.Construcción de
    volúmenes.

    Por volumen
    entendemos una porción del espacio limitada por una o
    más superficies, si un volumen está limita solo por
    una superficie, tal como un elipsoide, dicho volumen puede
    representarse mediante la construcción de una superficie,
    si un volumen está limitado por una o más
    superficies, su construcción requiere la
    construcción de cada superficie que lo forma y de sus
    curvas de intersección, veamos dos ejemplos:

    EJEMPLO 1: Construir el volumen limitado por las
    superficies x² + y² = 4 y x + y – z =
    0.

    Solución: La superficie que se desea
    está limitada por la superficie del cilindro circular
    recto x² + y² = 4, el plano x + y – z = 0 y los
    planos coordenados x = 0, y = 0, y z = 0.
    Construimos primero una parte del cilindro en el primer octante.
    El plano x + y – z = 0 pasa por el origen y se puede
    construir mediante sus trazas sobre los planos XZ y YZ. Luego
    construimos la curva de intersección de este plano y el
    cilindro; para obtener cualquier punto P de esta curva, empleando
    un plano de corte paralelo al plano XZ, lo hacemos como indica la
    siguiente figura, el contorno del volumen aparece en la
    línea llena.

    EJEMPLO 2: Construir
    el volumen limitado por la superficie x² + 2y = 4, 2y =
    3z , x – y + 1 = 0, x = 0
    y z = 0 y que
    está a la izquierda del plano x – y + 1 =
    0.

    Solución: La porción de la curva de
    intersección del cilindro parabólico recto x²
    + 2y = 4 y el plano 2y = 3z aparece en la última figura
    por el arco AB. El plano x – y + 1 = 0 corta al arco AB en
    el punto D, al cilindro en la generatriz CD, al plano
    2y = 3z en la recta DE y al eje Y en el punto F , entonces el
    volumen requerido, que aparece en la línea gruesa,
    está limitado por las porciones ACD del cilindro. AOED del
    plano 2y = 3z, CDEF del plano x – y + 1 = 0, OEF del plano
    x = 0 y AOFC del plano z = 0.

    19.REFERENCIAS.

    1. Purcell Edwin J., Varberg Dale, Rigdon Steven E.
      (2001) Cálculo Octava Edición Pearson Educación, México.
    2. Lehmann Charles H. (2003)Geometría Analítica, Limusa
      Noriega Editores, México.

    Luis Antonio Fernández
    Aldana

    Estudiante del 3er. Cuatrimestre de Ingeniería en Ciencias de la
    Computación.

    Benemérita Universidad
    Autónoma de Puebla.

    Facultad de Ciencias de la
    Computación.

    11 / Diciembre / 2003.

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