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LibreTexts Español

10.E: Aplicaciones de Vectores (Ejercicios)

( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)

10.1: Introducción a las coordenadas cartesianas en el espacio

Términos y Conceptos

1. Los ejes dibujados en el espacio deben ajustarse a la regla ________ _________.

2. En el plano, la ecuaciónx=2 define un ________; en el espacio,x=2 define un ________.

3. En el plano, la ecuacióny=x2 define un ________; en el espacio,y=x2 define un ________.

4. ¿Qué superficie cuádrica se parece a un chip Pringles?

5. Considera la hipérbolax2y2=1 en el plano. Si esta hipérbola se gira alrededor del eje x, ¿qué superficie cuádrica se forma?

6. Considera la hipérbolax2y2=1 en el plano. Si esta hipérbola se gira alrededor del eje y, ¿qué superficie cuádrica se forma?

Problemas

7. Los puntosA=(1,4,2),B=(2,6,3) and C=(4,3,1) forman un triángulo en el espacio. Encuentra las distancias entre cada par de puntos y determina si el triángulo es un triángulo rectángulo.

8. Los puntosA=(1,1,3),B=(3,2,7),C=(2,0,8) and D=(0,1,4) forman un ABCD cuadrilátero en el espacio. ¿Esto es un paralelogramo?

9. Encuentra el centro y el radio de la esfera definida porx28x+y2+2y+z2+8=0.

10. Encuentra el centro y el radio de la esfera definida porx2+y2+z2+4x2y4z+4=0.

En los Ejercicios 11-14, describa la región en el espacio definida por las desigualdades.

11. x2+y2+z2<1

12. 0x3

13. x0,y0,z0

14. y3

En los Ejercicios 15-18, esboza el cilindro en el espacio.

15. z=x3

16. y=cosz

17. x24+y29=1

18. y=1x

En los Ejercicios 19-22, dé la ecuación de la superficie de revolución descrita.

19. Giraz=11+y2 alrededor del eje y.

20. Giray=x2 alrededor del eje x.

21. Giraz=x2 alrededor del eje z.

22. Giraz=1/x alrededor del eje z.

En los Ejercicios 23-26, se esboza una superficie cuádrica. Determinar cuál de las ecuaciones dadas se ajusta mejor a la gráfica.

23.
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24.
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25.
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26. 10126.PNG

En los Ejercicios 27-32, bosquejar la superficie cuádrica.

27. zy2+x2=0

28. z2=x2+y24

29. x=y2z2

30. 16x216y216z2=1

31. x29y2+z225=1

32. 4x2+2y2+z2=4

10.2: Una introducción a los vectores

Términos y Conceptos

1. Nombra dos cosas diferentes que no se puedan describir con un solo número, sino que más bien necesitan 2 o más números para describirlas completamente.

2. ¿Cuál es la diferencia entre(1,2) and 1,2?

3. ¿Qué es un vector unitario?

4. ¿Qué significa que dos vectores sean paralelos?

5. ¿Qué efecto tiene multiplicar por un vector por -2?

Problemas

En los Ejercicios 6-9, se dan los puntos P y Q. Escribe el vectorPQ en forma de componente y usando los vectores unitarios estándar.

6. P=(2,1),Q=(3,5)

7. P=(3,2),Q=(7,2)

8. P=(0,3,1),Q=(6,2,5)

9. P=(2,1,2),Q=(4,3,2)

10. Vamosu=1,2 and v=1,1.
(a) Encontraru+v,uv,2u3v.
(b) Esbozar los vectores anteriores en los mismos ejes, junto conu and v.
(c) Averiguarx dóndeu+x=2vx.

11. Vamosu=1,1,1 and v=2,1,2.
(a) Encontraru+v,uv,πu2v.
(b) Esbozar los vectores anteriores en los mismos ejes, junto conu and v.
(c) Averiguarx dóndeu+x=v+2x.

En Ejercicios 12-15, bosquejou,v,u+v and uv sobre los mismos ejes.

12.
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13.
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14.
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15.
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En Ejercicios 16-19, encuentrau,v,u+v and uv.

16. u=2,1,v=3,2

17. u=3,2,2,v=1,1,1

18. u=1,2,v=3,6

19. u=2,3,6,v=10,15,30

20. ¿En qué condiciones se encuentrau+v=u+v?

En Ejercicios 21-24, encuentra el vector unitariou en la dirección dev.

21. v=3,7

22. v=6,8

23. v=1,2,2

24. v=2,2,2

25. Encuentra el vector unitario en el primer cuadrante delR2 que forma un50 ángulo con el eje x.

26. Encuentra el vector unitario en el segundo cuadrante deR2 que forma un30 ángulo con el eje y.

27. Verifique, a partir de Key Idea 48, queu=sinθcosϕ,sinθsinϕ,cosθ sea un vector unitario para todos los ángulosθ and ϕ.

Un peso de 100lb se suspende de dos cadenas, haciendo ángulos con la vertical deθ and ϕ como se muestra en la figura a continuación.
10227.PNG

En los Ejercicios 28-31,θ and ϕ se dan los ángulos. Encuentra la fuerza aplicada a cada cadena.

28. θ=30,ϕ=30

29. θ=60,ϕ=60

30. θ=20,ϕ=15

31. θ=0,ϕ=0

Un peso dep lb se suspende de una cadena de longitudl mientras que una fuerza constante deFw empuja el peso hacia la derecha, haciendo un ángulo deθ con la vertical, como se muestra en la figura de abajo.
10231.PNG

En los Ejercicios 32-35,l se da una fuerzaFw y una longitud. Encuentra el ánguloθ y la altura al que se levanta el peso a medida que se mueve hacia la derecha.

32. Fw=1lb,l=1ft,p=1lb

33. Fw=1lb,l=1ft,p=10lb

34. Fw=1lb,l=10ft,p=1lb

35. Fw=10lb,l=10ft,p=1lb

10.3: El Producto Dot

Términos y Conceptos

1. El producto punto de dos vectores es un __________, no un vector.

2. ¿Cómo se relacionan los conceptos del producto punto y la magnitud del vector?

3. ¿Cómo se puede saber rápidamente si el ángulo entre dos vectores es agudo u obtuso?

4. Dar un sinónimo de “ortogonal”.

Problemas

En Ejercicios 5-10, encuentra el producto punto de los vectores dados.

5. u=2,4,v=3,7

6. u=5,3,v=6,1

7. u=1,1,2,v=2,5,3

8. u=3,5,1,v=4,1,7

9. u=1,1,v=1,2,3

10. u=1,2,3,v=0,0,0

11. Crea tus propios vectoresu,v, and w in R2 y muéstralou(v+w)=uv+uw.

12. Crea tus propios vectoresu and v in R3 y escalar c y muéstraloc(uv)=u(cv).

En los Ejercicios 13-16, encuentra la medida del ángulo entre los dos vectores tanto en radianes como en grados.

13. u=1,1,v=1,2

14. u=2,1,v=3,5

15. u=8,1,4,v=2,2,0

16. u=1,7,2,v=4,2,5

En Ejercicios 17-20,v se da un vector. Dar dos vectores que son ortogonales av.

17. v=4,7

18. v=3,5

19. v=1,1,1

20. v=1,2,3

En los Ejercicios 21-26,u and v se dan vectores. Encontrarprojvu, la proyección ortogonal deu sobrev, y bosquejar los tres vectores en los mismos ejes.

21. u=1,2,v=1,3

22. u=5,5,v=1,3

23. u=3,2,v=1,1

24. u=3,2,v=2,3

25. u=1,5,1,v=1,2,3

26. u=3,1,2,v=2,2,1

En Ejercicios 27-32,vecv se dan vectoresu y. Escribeu como la suma de dos vectores, uno de los cuales es paralelov y uno de los cuales es perpendicular av. Nota: estos son los mismos pares de vectores que se encuentran en los Ejercicios 21-26.

27. u=1,2,v=1,3

28. u=5,5,v=1,3

29. u=3,2,v=1,1

30. u=3,2,v=2,3

31. u=1,5,1,v=1,2,3

32. u=3,1,2,v=2,2,1

33. Una caja de 10 lb se asienta en una rampa que se eleva 4 pies sobre una distancia de 20 pies. ¿Cuánta fuerza se requiere para evitar que la caja se deslice por la rampa?

34. Una caja de 10 lb se asienta en una rampa de 15 pies que forma un ángulo de 30 con la horizontal. ¿Cuánta fuerza se requiere para evitar que la caja se deslice por la rampa?

35. ¿Cuánto trabajo se realiza al mover una caja horizontalmente de 10ft con una fuerza de 20lb aplicada en un ángulo de 45 a la horizontal?

36. ¿Cuánto trabajo se realiza al mover una caja horizontalmente de 10ft con una fuerza de 20lb aplicada en un ángulo de 10 a la horizontal?

37. ¿Cuánto trabajo se realiza al mover una caja por la longitud de una rampa que se eleva 2 pies sobre una distancia de 10 pies, con una fuerza de 50 lb aplicada horizontalmente?

38. ¿Cuánto trabajo se realiza al mover una caja por la longitud de una rampa que se eleva 2 pies sobre una distancia de 10 pies, con una fuerza de 50 lb aplicada en un ángulo de 45 con respecto a la horizontal?

39. ¿Cuánto trabajo se realiza al mover una caja hacia arriba de la longitud de una rampa de 10 pies que hace un ángulo de 5 con la horizontal, con 50 lb de fuerza aplicada en la dirección de la rampa?

10.4: El Producto Cruzado

Términos y Conceptos

1. El producto cruzado de dos vectores es un ________, no un escalar.

2. Se puede visualizar la dirección deu×v usar el _______ ________ ________.

3. Give sinónimo de “ortogonal”.

4. T/F: Un principio fundamental del producto cruzado es queu×v es ortogonal au yv.

5. _______ es una medida de la fuerza de giro aplicada a un objeto.

Problemas

En Ejercicios 6-14,v se dan vectoresu y. Calcularu×v y mostrar que esto es ortogonal a ambosu yv.

6. u=3,2,2,v=0,1,5

7. u=5,4,3,v=2,5,1

8. u=4,5,5,v=3,3,4

9. u=4,7,10,v=4,4,1

10. u=1,0,1,v=5,0,7

11. u=1,5,4,v=2,10,8

12. u=i,v=j

13. u=i,v=k

14. u=j,v=j

15. Escoge cualquier vectoru,v yw entraR3 y muéstralou×(v+w=u×v+u×w.

16. Escoge cualquier vectoru,v yw entraR3 y muéstralou(v×w=(u×v)w.

En los Ejercicios 17-20,R3 se da la magnitud de los vectoresu yv en, junto con el ánguloθ entre ellos. Utilice esta información para encontrar la magnitud deu×v.

17. u=2,v=5,θ=30

18. u=3,v=7,θ=π/2

19. u=3,v=4,θ=π

20. u=2,v=5,θ=5π/6

En los Ejercicios 21-24, encuentra el área del paralelogramo definido por los vectores dados.

21. u=1,1,2,v=2,0,3

22. u=2,1,5,v=1,3,1

23. u=1,2,v=2,1

24. u=2,0,v=0,3

En Ejercicios 25-28, encuentra el área del triángulo con los vértices dados.

25. Vértices:(0,0,0),(1,3,1) and (2,1,1).

26. Vértices:(5,2,1),(3,6,2) and (1,0,4).

27. Vértices:(1,1),(1,3) and (2,2).

28. Vértices:(3,1),(1,2) and (4,3).

En los Ejercicios 29-30, encuentra el área del cuadrilátero con los vértices dados. (Pista: rompe el cuadrilátero en los 2 triángulos.)

29. Vértices:(0,0),(1,2),(3,0) and (4,3).

30. Vértices:(0,0,0),(2,1,1),(1,2,8) and (1,1,5).

En los Ejercicios 31-32, encuentra el volumen del paralelepípedo definido por los vectores dados.

31. u=1,1,1,v=1,2,3,w=1,0,1

32. u=1,2,1,v=2,2,1,w=3,1,3

En los Ejercicios 33-36, encuentra un vector unitario ortogonal a ambosu yv.

33. u=1,1,1,v=2,0,1

34. u=1,2,1,v=3,2,1

35. u=5,0,2,v=3,0,7

36. u=1,2,1,v=2,4,2

37. Un ciclista aplica 150 lb de fuerza, recto hacia abajo, sobre un pedal que se extiende in horizontalmente desde el cigüeñal. Encuentra la magnitud del par aplicado al cigüeñal.

38. Un ciclista aplica 150 lb de fuerza, recto hacia abajo, sobre un pedal que se extiende 7in desde el cigüeñal, formando un ángulo de 30 con la horizontal. Encuentra la magnitud del par aplicado al cigüeñal.

39. Para girar un perno obstinado, se aplican 80 lb de fuerza a una llave de 10 pulgadas. ¿Cuál es la cantidad máxima de torque que se puede aplicar al perno?

40. Para girar un perno obstinado, se aplican 80 lb de fuerza a una llave de 10 pulgadas en un espacio confinado, donde la dirección de la fuerza aplicada forma un ángulo de 10 con la llave. ¿Cuánto torque se aplica posteriormente a la llave?

41. Mostrar, usando la definición del Producto Cruzado, esou(u×v)=0; es decir, queu es ortogonal al producto cruzado deu yv.

42. Mostrar, usando la definición del Producto Cruzado, esovecu×u=0.

10.5: Líneas

Términos y Conceptos

1. Para encontrar una ecuación de una línea, ¿qué dos piezas de información se necesitan?

2. Dos líneas distintas en el plano pueden cruzarse o ser _______.

3. Dos líneas distintas en el espacio pueden cruzarse, ser _________ o __________.

4. Usa tus propias palabras para describir lo que significa que dos líneas en el espacio estén sesgadas.

Problemas

En los Ejercicios 5-14, escriba las ecuaciones vectoriales, paramétricas y simétricas de las líneas descritas.

5. Pasa a travésP=(2,4,1), paralelo ad=9,2,5.

6. Pasa a travésP=(6,1,7), paralelo ad=3,2,5.

7. Pasa a travésP=(2,1,5) yQ=(7,2,4).

8. Pasa a travésP=(1,2,3) yQ=(5,5,5).

9. Pasa a travésP=(0,1,2) y ortogonal a ambosd1=2,1,7 yd2=7,1,3.

10. Pasa a travésP=(5,1,9) y ortogonal a ambosd1=1,0,1 yd2=2,0,3.

11. Pasa por el punto de intersección del1(t) yl2(t) y ortogonal a ambas líneas, donde
l1(t)=2,1,1+t5,1,2 y
l2(t)=2,1,2+t3,1,1.

12. Pasa por el punto de intersección del1(t) and l2(t) y ortogonal a ambas líneas, donde
l1={x=ty=2+2tz=1+t and l2={x=2+ty=2tz=1+t

13. Pasa a travésP=(1,1), paralelo ad=2,3.

14. Pasa a travésP=(2,5), paralelo ad=0,1.

En los Ejercicios 15-22, determinar si las líneas descritas son la misma línea, líneas paralelas, líneas de intersección o sesgo. Si se interseca, dé el punto de intersección.

15.
\ (\ vec {l} _1 (t) =\ langle 1,2,1\ rangle +t\ langle 2, -1,1\ rangle,
\ vec {l} _2 (t) =\ langle 3,3,3\ rangle +t\ langle -4,2, -2\ rangle\).

16.
\ (\ vec {l} _1 (t) =\ langle 2,1,1\ rangle +t\ langle 5,1,3\ rangle,
\ vec {l} _2 (t) =\ langle 14,5,9\ rangle +t\ langle 1,1,1\ rangle\).

17.
\ (\ vec {l} _1 (t) =\ langle 3,4,1\ rangle +t\ langle 2, -3,4\ rangle,
\ vec {l} _2 (t) =\ langle -3,3, -3\ rangle +t\ langle 3, -2,4\ rangle\).

18.
\ (\ vec {l} _1 (t) =\ langle 1,1,1\ rangle +t\ langle 3,1,3\ rangle,
\ vec {l} _2 (t) =\ langle 7,3,7\ rangle +t\ langle 6,2,6\ rangle\ rangle\).

19.
l1={x=1+2ty=32tz=t and l2={x=3ty=2+5tz=2+7t

20.
l1={x=1.1+0.6ty=3.77+0.9tz=2.3+1.5t and l2={x=3.11+3.4ty=2+5.1tz=2.5+8.5t

21.
l1={x=0.2+0.6ty=1.330.45tz=4.2+1.05t and l2={x=0.86+9.2ty=0.835+9.2tz=3.045+16.1t

22.
l1={x=0.1+1.1ty=2.91.5tz=3.2+1.6t and l2={x=42.1ty=1.8+7.2tz=3.1+1.1t

En Ejercicios 23-26, encuentra la distancia desde el punto hasta la línea.

23. P=(1,1,1),l(t)=2,1,3+t2,1,2

24. P=(2,5,6),l(t)=1,1,1+t1,0,1

25. P=(0,3),l(t)=2,0+t1,1

26. P=(1,1),l(t)=4,5+t4,3

En Ejercicios 27-28, encuentra la distancia entre las dos líneas.

27.
\ (\ vec {l} _1 (t) =\ langle 1,2,1\ rangle +t\ langle 2, -1,1\ rangle,
\ vec {l} _2 (t) =\ langle 3,3,3\ rangle +t\ langle 4,2, -2\ rangle\).

28.
\ (\ vec {l} _1 (t) =\ langle 0,0,1\ rangle +t\ langle 1,0,0\ rangle,
\ vec {l} _2 (t) =\ langle 0,0,3\ rangle +t\ langle 0,1,0\ rangle\).

Los ejercicios 29-31 exploran casos especiales de las fórmulas de distancia que se encuentran en Key Idea 50.

29. DejarQ ser un punto en la líneal(t). Mostrar por qué la fórmula de distancia da correctamente la distancia desde el punto hasta la línea como 0.

30. Deja que las líneasl1(t) and l2(t) sean líneas que se cruzan. Mostrar por qué la fórmula de distancia da correctamente la distancia entre estas líneas como 0.

31. Que las líneasl1(t) and l2(t) sean paralelas.
(a) Mostrar por qué la fórmula de distancia para la distancia entre líneas no se puede utilizar como se indica para encontrar la distancia entre las líneas.
(b) Mostrar por qué dejarc=(P1P2×d2)×d2 permite a uno el uso de la fórmula.
(c) Mostrar cómo se puede usar la fórmula para la distancia entre un punto y una línea y una línea para encontrar la distancia entre líneas paralelas.

10.6: Aviones

Términos y Conceptos

1. Para encontrar la ecuación de un plano, ¿qué dos piezas de información debe tener una?

2. ¿Cuál es la relación entre un plano y uno de sus vectores normales?

Problemas

En los Ejercicios 3-6, da dos puntos cualesquiera en el plano dado.

3. 2x4y+7z=2

4. 3(x+2)+5(y9)4z=0

5. x=2

6. 4(y+2)(z6)=0

En los Ejercicios 7-20, dé la ecuación del plano descrito en formas estándar y generales.

7. Pasa a través(2,3,4) y tiene vector normaln=3,1,7.

8. Pasa a través(1,3,5) y tiene vector normaln=0,2,4.

9. Pasa por los puntos(1,2,3),(3,1,4) and (1,0,1).

10. Pasa por los puntos(5,3,8),(6,4,9) and (3,3,3).

11. Contiene las líneas de intersección
l1(t)=2,1,2+t1,2,3 y
l2(t)=2,1,2+t2,5,4.

12. Contiene las líneas de intersección
l1(t)=5,0,3+t1,1,1 y
l2(t)=1,4,7+t3,0,3.

13. Contiene las líneas paralelas
l1(t)=1,1,1+t1,2,3 y
l2(t)=1,1,2+t1,2,3.

14. Contiene las líneas paralelas
l1(t)=2,1,2+t1,2,3 y
l2(t)=2,1,2+t2,5,4.

15. Contiene el punto(2,6,1) y la línea
l(t)={x=2+5ty=2+2tz=1+2t

16. Contiene el punto(5,7,3) y la línea
l(t)={x=ty=tz=t

17. Contiene el punto(5,7,3) y es ortogonal a la líneal(t)=4,5,6+t1,1,1.

18. Contiene el punto(4,1,1) y es ortogonal a la línea
l(t)={x=4+4ty=1+1tz=1+1t

19. Contiene el punto(4,7,2) y es paralelo al plano3(x2)+8(y+1)10z=0.

20. Contiene el punto(1,2,3) y es paralelo al planox=5.

En los Ejercicios 21-22, dé la ecuación de la línea que es la intersección del plano dado.

21.
p1:3(x2)+(y1)+4z=0, and 
p2:2(x1)2(y+3)+6(z1)=0.

22.
p1:5(x5)+2(y+2)+4(z1)=0, and 
p2:3x4(y1)+2(z1)=0.

En Ejercicios 23-26, encuentra el punto de intersección entre la línea y el plano.

23.
línea:5,1,1+t2,2,1,
plano:5xyz=3

24.
línea:4,1,0+t1,0,1,
plano:3x+y2x=8

25.
línea:1,2,3+t3,5,1,
plano:3x2yz=4

26.
línea:1,2,3+t3,5,1,
plano:3x2yz=4

En Ejercicios 27-30, encuentra las distancias dadas.

27. La distancia desde el punto(1,2,3) hasta el plano
3(x1)+(y2)+5(z2)=0.

28. La distancia desde el punto(2,6,2) hasta el plano
2(x1)y+4(z+1)=0.

29. La distancia entre los planos paralelos
x+y+z=0 and 
(x2)+(y3)+(z+4)=0.

30. La distancia entre planos paralelos
2(x1)+2(y+1)+(z2)=0 and
2(x3)+2(y1)+(z3)=0

31. Mostrar por qué si el punto Q se encuentra en un plano, entonces la fórmula de distancia da correctamente la distancia del punto al plano como 0.

32. ¿Cómo es más fácil responder el Ejercicio 30 en la Sección 10.5 una vez que tenemos una comprensión de los planos?


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