Álgebra lineal Ejemplos

$y = 3 x + 2$ , $x - 4 y = 9$

Paso 1

Resta $3 x$ de ambos lados de la ecuación.

$y - 3 x = 2, x - 4 y = 9$

Paso 2

Para obtener la intersección de la línea que pasa por un punto $(p, q, r)$ perpendicular al plano $P_{1}$ $a x + b y + c z = d$ y al plano $P_{2}$ $e x + f y + g z = h$ :

1. Busca los vectores normales del plano $P_{1}$ y del plano $P_{2}$ donde los vectores normales son $n_{1} = ⟨ a, b, c ⟩$ y $n_{2} = ⟨ e, f, g ⟩$ . Comprueba si el producto escalar es 0.

2. Crea un conjunto de ecuaciones paramétricas tales que $x = p + a t$ , $y = q + b t$ y $z = r + c t$ .

3. Sustituye estas ecuaciones en la ecuación del plano $P_{2}$ tal que $e (p + a t) + f (q + b t) + g (r + c t) = h$ y resuelve para $t$ .

4. A partir del valor de $t$ , resuelve las ecuaciones paramétricas $x = p + a t$ , $y = q + b t$ y $z = r + c t$ en $t$ para obtener la intersección de $(x, y, z)$ .

Paso 3

Obtén los vectores normales para cada plano y determina si son perpendiculares mediante el cálculo del producto escalar.

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Paso 3.1

$P_{1}$ es $y - 3 x = 2$ . Encuentra el vector normal $n_{1} = ⟨ a, b, c ⟩$ a partir de la ecuación del plano de la forma $a x + b y + c z = d$ .

$n_{1} = ⟨ - 3, 1, 0 ⟩$

Paso 3.2

$P_{2}$ es $x - 4 y = 9$ . Encuentra el vector normal $n_{2} = ⟨ e, f, g ⟩$ a partir de la ecuación del plano de la forma $e x + f y + g z = h$ .

$n_{2} = ⟨ 1, - 4, 0 ⟩$

Paso 3.3

Calcula el producto escalar de $n_{1}$ y $n_{2}$ mediante la suma de los productos de los valores correspondientes de $x$ , $y$ y $z$ en los vectores normales.

$- 3 \cdot 1 + 1 \cdot - 4 + 0 \cdot 0$

Paso 3.4

Simplifica el producto escalar.

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Paso 3.4.1

Elimina los paréntesis.

$- 3 \cdot 1 + 1 \cdot - 4 + 0 \cdot 0$

Paso 3.4.2

Simplifica cada término.

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Paso 3.4.2.1

Multiplica $- 3$ por $1$ .

$- 3 + 1 \cdot - 4 + 0 \cdot 0$

Paso 3.4.2.2

Multiplica $- 4$ por $1$ .

$- 3 - 4 + 0 \cdot 0$

Paso 3.4.2.3

Multiplica $0$ por $0$ .

$- 3 - 4 + 0$

Paso 3.4.3

Simplifica mediante suma y resta.

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Paso 3.4.3.1

Resta $4$ de $- 3$ .

$- 7 + 0$

Paso 3.4.3.2

Suma $- 7$ y $0$ .

$- 7$

Paso 4

A continuación, construye un conjunto de ecuaciones paramétricas $x = p + a t$ , $y = q + b t$ y $z = r + c t$ con el origen $(0, 0, 0)$ para el punto $(p, q, r)$ y los valores del vector normal $- 7$ para los valores de $a$ , $b$ y $c$ . Este conjunto de ecuaciones paramétricas representa la línea que pasa por el origen perpendicular a $P_{1}$ $y - 3 x = 2$ .

$x = 0 + - 3 \cdot t$

$y = 0 + 1 \cdot t$

$z = 0 + 0 \cdot t$

Paso 5

Sustituye la expresión para $x$ , $y$ y $z$ en la ecuación para $P_{2}$ $x - 4 y = 9$ .

$(0 - 3 \cdot t) - 4 (0 + 1 \cdot t) = 9$

Paso 6

Resuelve la ecuación en $t$ .

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Paso 6.1

Simplifica $(0 - 3 \cdot t) - 4 (0 + 1 \cdot t)$ .

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Paso 6.1.1

Combina los términos opuestos en $(0 - 3 \cdot t) - 4 (0 + 1 \cdot t)$ .

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Paso 6.1.1.1

Resta $3 \cdot t$ de $0$ .

$- 3 \cdot t - 4 (0 + 1 \cdot t) = 9$

Paso 6.1.1.2

Suma $0$ y $1 \cdot t$ .

$- 3 \cdot t - 4 (1 \cdot t) = 9$

Paso 6.1.2

Multiplica $t$ por $1$ .

$- 3 t - 4 t = 9$

Paso 6.1.3

Resta $4 t$ de $- 3 t$ .

$- 7 t = 9$

Paso 6.2

Divide cada término en $- 7 t = 9$ por $- 7$ y simplifica.

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Paso 6.2.1

Divide cada término en $- 7 t = 9$ por $- 7$ .

$\frac{- 7 t}{- 7} = \frac{9}{- 7}$

Paso 6.2.2

Simplifica el lado izquierdo.

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Paso 6.2.2.1

Cancela el factor común de $- 7$ .

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Paso 6.2.2.1.1

Cancela el factor común.

$\frac{- 7 t}{- 7} = \frac{9}{- 7}$

Paso 6.2.2.1.2

Divide $t$ por $1$ .

$t = \frac{9}{- 7}$

Paso 6.2.3

Simplifica el lado derecho.

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Paso 6.2.3.1

Mueve el negativo al frente de la fracción.

$t = - \frac{9}{7}$

Paso 7

Resuelve las ecuaciones paramétricas en $x$ , $y$ y $z$ mediante el valor de $t$ .

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Paso 7.1

Resuelve la ecuación en $x$ .

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Paso 7.1.1

Elimina los paréntesis.

$x = 0 - 3 \cdot (- 1 (\frac{9}{7}))$

Paso 7.1.2

Elimina los paréntesis.

$x = 0 - 3 \cdot (- \frac{9}{7})$

Paso 7.1.3

Simplifica $0 - 3 \cdot (- \frac{9}{7})$ .

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Paso 7.1.3.1

Multiplica $- 3 (- \frac{9}{7})$ .

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Paso 7.1.3.1.1

Multiplica $- 1$ por $- 3$ .

$x = 0 + 3 (\frac{9}{7})$

Paso 7.1.3.1.2

Combina $3$ y $\frac{9}{7}$ .

$x = 0 + \frac{3 \cdot 9}{7}$

Paso 7.1.3.1.3

Multiplica $3$ por $9$ .

$x = 0 + \frac{27}{7}$

Paso 7.1.3.2

Suma $0$ y $\frac{27}{7}$ .

$x = \frac{27}{7}$

Paso 7.2

Resuelve la ecuación en $y$ .

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Paso 7.2.1

Elimina los paréntesis.

$y = 0 + 1 \cdot (- 1 (\frac{9}{7}))$

Paso 7.2.2

Elimina los paréntesis.

$y = 0 + 1 \cdot (- \frac{9}{7})$

Paso 7.2.3

Simplifica $0 + 1 \cdot (- \frac{9}{7})$ .

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Paso 7.2.3.1

Multiplica $- \frac{9}{7}$ por $1$ .

$y = 0 - \frac{9}{7}$

Paso 7.2.3.2

Resta $\frac{9}{7}$ de $0$ .

$y = - \frac{9}{7}$

Paso 7.3

Resuelve la ecuación en $z$ .

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Paso 7.3.1

Elimina los paréntesis.

$z = 0 + 0 \cdot (- 1 (\frac{9}{7}))$

Paso 7.3.2

Elimina los paréntesis.

$z = 0 + 0 \cdot (- \frac{9}{7})$

Paso 7.3.3

Simplifica $0 + 0 \cdot (- \frac{9}{7})$ .

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Paso 7.3.3.1

Multiplica $0 (- \frac{9}{7})$ .

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Paso 7.3.3.1.1

Multiplica $- 1$ por $0$ .

$z = 0 + 0 (\frac{9}{7})$

Paso 7.3.3.1.2

Multiplica $0$ por $\frac{9}{7}$ .

$z = 0 + 0$

Paso 7.3.3.2

Suma $0$ y $0$ .

$z = 0$

Paso 7.4

Las ecuaciones paramétricas resueltas para $x$ , $y$ y $z$ .

$x = \frac{27}{7}$

$y = - \frac{9}{7}$

$z = 0$

$x = \frac{27}{7}$

$y = - \frac{9}{7}$

$z = 0$

Paso 8

Mediante los valores calculados para $x$ , $y$ y $z$ , el punto de intersección es $(\frac{27}{7}, - \frac{9}{7}, 0)$ .

$(\frac{27}{7}, - \frac{9}{7}, 0)$