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22.1: Introducción a los vectores

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  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Hay otra manera de discutir el plano\(2\) -dimensional, que resalta algunas otras propiedades útiles del plano\(\mathbb{R}^2\). Esta es la noción de\(\mathbb{R}^2\) como espacio vectorial. Comenzamos definiendo vectores en el plano.

    Definición: Vector geométrico

    Un vector geométrico en el plano es un objeto geométrico en el plano\(\mathbb{R}^2\) que viene dado por una dirección y magnitud. Denotamos un vector por\(\vec{v}\) (es escrito por algunos autores como v), su magnitud se denota por\(||\vec{v}||\), y su ángulo direccional por\(\theta\).

    Los vectores suelen estar representados por segmentos de línea dirigidos\(\vec{v}=\overrightarrow{PQ}\), donde dos segmentos de línea representan el mismo vector, si uno puede moverse al otro por traslación paralela (sin cambiar su dirección o magnitud).

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    En particular, siempre podemos representar un vector\(\vec{v}\)\(\overrightarrow{OR}\) disponiendo el punto de partida de\(\vec{v}\) al origen\(O(0,0)\). Si\(R\) se da en coordenadas por\(R(a,b)\), entonces también escribimos para\(\vec{v}=\overrightarrow{OR}\),

    \[\boxed{\vec{v}=\langle a,b\rangle} \quad\text{ or, alternatively, }\quad \boxed{\vec{v}=\begin{bmatrix} a \\ b \end{bmatrix}} \nonumber \]

    Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

    Grafica los vectores\(\vec{v}, \vec{w}, \vec{r}, \vec{s}, \vec{t}\) en el plano, donde\(\vec{v}=\overrightarrow{PQ}\) con\(P(6,3)\) y\(Q(4,-2)\), y

    \[\vec{w}=\langle 3, -1\rangle, \quad \vec{r}=\langle -4, -2\rangle, \quad \vec{s}=\langle 0, 2\rangle, \quad \vec{t}=\langle -5, 3\rangle \nonumber \]

    Solución

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    Las fórmulas para la magnitud y el ángulo direccional de un vector se pueden obtener precisamente de la misma manera que el valor absoluto y el ángulo de un número complejo. A partir de la ecuación 21.1.3 en Observación [obs:Polar-form], se obtienen las siguientes fórmulas análogas.

    Observación: Magnitud y ángulo del vector

    Dejar\(\vec{v}=\langle a,b\rangle\) ser un vector en el plano\(\mathbb{R}^2\). Entonces la magnitud y el ángulo de\(\vec{v}\) están dados por:

    \[\label{EQU:magnitude-and-angle} \boxed{ ||\vec{v}||=\sqrt{a^2+b^2} } \quad \text{ and } \quad \boxed{\tan(\theta)=\dfrac{b}{a}}\]

    clipboard_e1b92c4f0076d8429ad07aa92f4c7c630.png

    Por el contrario, podemos recuperar las coordenadas de un vector\(\vec{v}\) a partir de su magnitud\(||\vec{v}||\) y ángulo\(\theta\) por (ver ecuación 21.1.1 de la página):

    \[\label{EQU:magnitude-angle-to-component} \boxed{ \vec{v}=\langle \,\,\, ||\vec{v}||\cdot \cos(\theta)\,\,\, , \,\,\, ||\vec{v}||\cdot \sin(\theta) \,\,\, \rangle}\]

    Ejemplo\(\PageIndex{2}\)

    Encuentra la magnitud y el ángulo direccional de los vectores dados.

    1. \(\langle -6,6\rangle\)
    2. \(\langle 4,-3\rangle\)
    3. \(\langle -2\sqrt{3},-2\rangle\)
    4. \(\langle 8, 4\sqrt{5} \rangle\)
    5. \(\overrightarrow{PQ}\), donde\(P(9,2)\) y\(Q(3,10)\)

    Solución

    1. Usamos fórmulas\(\ref{EQU:magnitude-and-angle}\), y el cálculo es en analogía con el Ejemplo 21.1.3. La magnitud de\(\vec{v}=\langle -6,6\rangle\) es

    \[||\vec{v}||=\sqrt{(-6)^2+6^2}=\sqrt{36+36}=\sqrt{72}=\sqrt{36\cdot 2}=6\sqrt{2} \nonumber \]

    El ángulo direccional\(\theta\) viene dado por\(\tan(\theta)=\dfrac{6}{-6}=-1\). Ahora, ya que\(\tan^{-1}(-1)=-\tan^{-1}(1)=-45^\circ\) está en el cuarto cuadrante, pero\(\vec{v}=\langle -6,6\rangle\) dibujado en el origen\(O(0,0)\) tiene su punto final en el segundo cuadrante, vemos que el ángulo\(\theta=-45^\circ+180^\circ=135^\circ\).

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    1. La magnitud de\(\vec{v}=\langle4,-3\rangle\) es

    \[||\vec{v}||=\sqrt{4^2+(-3)^2}=\sqrt{16+9}=\sqrt{25}=5 \nonumber \]

    El ángulo direccional viene dado por\(\tan(\theta)=\dfrac{-3}{4}\). Ya que\(\tan^{-1}\left(\dfrac{-3}{4}\right)\approx -36.9^\circ\) está en el cuarto cuadrante, y\(\vec{v}=\langle4,-3\rangle\) está en el cuarto cuadrante, vemos que

    \[\theta=\tan^{-1}\left(\dfrac{-3}{4}\right)\approx -36.9^\circ \nonumber \]

    1. La magnitud de\(\vec{v}=\langle -2\sqrt{3},-2\rangle\) es

    \[||\vec{v}||=\sqrt{(-2\sqrt{3})^2+(-2)^2}=\sqrt{4\cdot 3+4}=\sqrt{12+4}=\sqrt{16}=4 \nonumber \]

    El ángulo direccional viene dado por\(\tan(\theta)=\dfrac{-2}{-2\sqrt{3}}=\dfrac{1}{\sqrt{3}}=\dfrac{\sqrt{3}}{3}\). Ahora,\(\tan^{-1}\left(\dfrac{\sqrt{3}}{3}\right)=30^\circ=\dfrac{\pi}{6}\) está en el primer cuadrante, mientras que\(\vec{v}=\langle -2\sqrt{3},-2\rangle\) está en el tercer cuadrante. Por lo tanto, el ángulo se da agregando un adicional\(\pi\) al ángulo.

    \[\theta=\pi+\dfrac{\pi}{6}+\dfrac{6\pi+\pi}{6}=\dfrac{7\pi}{6} \nonumber \]

    1. La magnitud de\(\vec{v}=\langle 8, 4\sqrt{5} \rangle\) es

    \[||\vec{v}||=\sqrt{8^2+(4\sqrt{5})^2}=\sqrt{64+16\cdot 5}=\sqrt{64+80}=\sqrt{144}=12 \nonumber \]

    El ángulo direccional viene dado por la ecuación\(\tan(\theta)=\dfrac{4\sqrt{5}}{8}=\dfrac{\sqrt{5}}{2}\). Dado que ambos\(\tan^{-1}\left(\dfrac{\sqrt{5}}{2}\right)\approx 48.2^\circ\) y el punto final de\(\vec{v}\) (representado con punto inicial en el origen) están en el primer cuadrante, tenemos:

    \[\theta=\tan^{-1}\left(\dfrac{\sqrt{5}}{2}\right)\approx 48.2^\circ \nonumber\]

    1. Primero necesitamos encontrar el vector\(\vec{v}=\overrightarrow{PQ}\) en la forma\(\vec{v}=\langle a,b \rangle\). El vector en el siguiente plano muestra que\(\vec{v}\) viene dado por\[\vec{v}=\langle 3-9, 10-2 \rangle =\langle -6,8 \rangle \nonumber \]

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    A partir de esto calculamos la magnitud a ser

    \[||\vec{v}|| = \sqrt{(-6)^2+8^2}=\sqrt{36+64}=\sqrt{100}=10 \nonumber \]

    El ángulo direccional viene dado por\(\tan(\theta)=\dfrac{8}{-6}=-\dfrac{4}{3}\). Ahora,\(\tan^{-1}\left(-\dfrac{4}{3}\right)\approx -53.1^\circ\) está en el cuadrante IV, mientras que\(\vec{v}=\langle-6,8\rangle\) tiene un punto final en el cuadrante II (cuando se representa\(\vec{v}\) con punto de partida en el origen\(O(0,0)\)). Por lo tanto, el ángulo direccional es

    \[\theta=180^\circ+\tan^{-1}\left(-\dfrac{4}{3}\right)\approx 126.9^\circ \nonumber\]


    This page titled 22.1: Introducción a los vectores is shared under a CC BY-NC-SA 4.0 license and was authored, remixed, and/or curated by Thomas Tradler and Holly Carley (New York City College of Technology at CUNY Academic Works) via source content that was edited to the style and standards of the LibreTexts platform; a detailed edit history is available upon request.