Vectores: Producto escalar (1ºBach)

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Entonces Entonces
-<center><math>\vec{u} \cdot \overrightarrow{v}=|\overrightarrow{u}| \, |\overrightarrow{v}| cos \, \alpha=|\overrightarrow{u}| \, proy_{\overrightarrow{u}}\overrightarrow{v}</math></center>+<center><math>\vec{u} \cdot \vec{v}=|\vec{u}| \, |\vec{v}| cos \, \alpha=|\vec{u}| \, proy_{\vec{u}}\vec{v}</math></center>
De la misma manera se obtiene la otra relación: De la misma manera se obtiene la otra relación:
-<math>\overrightarrow{u} \cdot \overrightarrow{v}=|\overrightarrow{u}| \, proy_{\overrightarrow{v}}\overrightarrow{u}</math></center>+<math>\vec{u} \cdot \vec{v}=|\vec{u}| \, proy_{\vec{v}}\vec{u}</math></center>
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-*'''Proyección de {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\overrightarrow{u}</math>}} sobre {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\overrightarrow{v}</math>}}:'''+*'''Proyección de {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\vec{u}</math>}} sobre {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\vec{v}</math>}}:'''
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-*'''Proyecciones coincidentes:''' Si las proyecciones sobre {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\overrightarrow{v}</math>}} de {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\overrightarrow{u_1}</math>}} y de {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\overrightarrow{u_2}</math>}} coinciden, entonces: +*'''Proyecciones coincidentes:''' Si las proyecciones sobre {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\vec{v}</math>}} de {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\vec{u_1}</math>}} y de {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\vec{u_2}</math>}} coinciden, entonces:
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*'''Corolario 1:''' *'''Corolario 1:'''
:Es inmediato por la proposición anterior. :Es inmediato por la proposición anterior.
*'''Corolario 2:''' *'''Corolario 2:'''
-:<math>\overrightarrow{u_1} \cdot \overrightarrow{v}=|\overrightarrow{v}| \, proy_{\overrightarrow{v}}(\overrightarrow{u_1})=|\overrightarrow{v}| \, proy_{\overrightarrow{v}}(\overrightarrow{u_2})=\overrightarrow{u_2} \cdot \overrightarrow{v}</math>+:<math>\vec{u_1} \cdot \vec{v}=|\vec{v}| \, proy_{\vec{v}}(\vec{u_1})=|\vec{v}| \, proy_{\vec{v}}(\vec{u_2})=\vec{u_2} \cdot \vec{v}</math>
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===Expresión analítica del producto escalar en bases ortonormales=== ===Expresión analítica del producto escalar en bases ortonormales===
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-Sea {{sube|porcentaje=+15%|contenido=<math>B(\overrightarrow{x},\overrightarrow{y})</math>}} una base ortonormal, entonces+Sea {{sube|porcentaje=+15%|contenido=<math>B(\vec{x},\vec{y})</math>}} una base ortonormal, entonces
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Línea 212: Línea 212:
Por otro lado: Por otro lado:
-<center><math>\overrightarrow{v} \cdot \overrightarrow{v}=|\overrightarrow{v}| \, |\overrightarrow{v}| \, cos \, (\widehat{\overrightarrow{v}, \, \overrightarrow{v}})=|\overrightarrow{v}|^2 \, cos \, 0=|\overrightarrow{v}|^2 \cdot 1=|\overrightarrow{v}|^2</math></center>+<center><math>\vec{v} \cdot \vec{v}=|\vec{v}| \, |\vec{v}| \, cos \, (\widehat{\vec{v}, \, \vec{v}})=|\vec{v}|^2 \, cos \, 0=|\vec{v}|^2 \cdot 1=|\vec{v}|^2</math></center>
Igualando ambos resultados tenemos lo que buscamos. Igualando ambos resultados tenemos lo que buscamos.
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Línea 232: Línea 232:
===Ángulo de dos vectores en una base ortonormal=== ===Ángulo de dos vectores en una base ortonormal===
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-Dados dos vectores, {{sube|porcentaje=+10%|contenido=<math>\overrightarrow{u}(u_1,u_2)</math>}} y {{sube|porcentaje=+10%|contenido=<math>\overrightarrow{v}(v_1,v_2)</math>}}, respecto de una base otonormal, se cumple que+Dados dos vectores, {{sube|porcentaje=+10%|contenido=<math>\vec{u}(u_1,u_2)</math>}} y {{sube|porcentaje=+10%|contenido=<math>\vec{v}(v_1,v_2)</math>}}, respecto de una base otonormal, se cumple que
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Por otro lado: Por otro lado:

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Tabla de contenidos

Producto escalar de vectores

Se llama producto escalar de dos vectores \vec{u} y \vec{v}, al número real que se obtiene multiplicando los módulos de ambos vectores por el coseno del ángulo que forman:

\vec{u} \cdot \vec{v}=|\vec{u}| \, |\vec{v}| \, cos \, (\widehat{\vec{u}, \,  \vec{v}})

Propiedades del producto escalar

Propiedad fundamental del producto escalar

ejercicio

Propiedad fundamental


  • Si \vec{u}=\vec{0} ó \vec{v}=\vec{0} entonces \vec{u} \cdot \vec{v}=0.
  • \forall \, \vec{u} \, , \vec{v} \ne \vec{0} se cumple que \vec{u} \bot \vec{v} \iff \vec{u} \cdot \vec{v}=0

Signo del producto escalar

ejercicio

Propiedades


El signo del producto escalar queda determinado por el ángulo que forman los vectores:

  • \vec{u} \cdot \vec{v}>0 si \widehat{\vec{u}, \,  \vec{v}} es agudo.
  • \vec{u} \cdot \vec{v}<0 si \widehat{\vec{u}, \,  \vec{v}} es obtuso.

Operaciones con el producto escalar

ejercicio

Propiedades


  • Conmutativa: \vec{u} \cdot \vec{v}=\vec{v} \cdot \vec{u}.
  • Asociativa: \lambda (\vec{u} \cdot \vec{v})=(\lambda \vec{u}) \cdot \vec{v}= \vec{u} \cdot (\lambda \vec{v})\, , \quad \lambda \in \mathbb{R}.
  • Distributiva: \vec{u} \cdot (\vec{v} + \vec{w})=\vec{u} \cdot \vec{v} + \vec{u} \cdot \vec{w}.

Proyección de vectores y producto escalar

Llamaremos proyección del vector \vec{v} sobre el vector \vec{u}, al número

proy_{\vec{v}}\vec{u}=|v| \, \cos \, \alpha \qquad

siendo \alpha= \widehat{\vec{u}, \,  \vec{v}}.

Observa que la proyección es un número positivo o negativo según lo sea cos \, \alpha.

ejercicio

Proposición


El producto escalar de dos vectores es igual al módulo de uno de ellos por la proyección del otro sobre él.

\vec{u} \cdot \vec{v}=|\vec{v}| \, proy_{\vec{v}}\vec{u}=|\vec{u}| \, proy_{\vec{u}}\vec{v}
Imagen:proyeccion2.png
Imagen:proyeccion.png

ejercicio

Corolarios


  • Proyección de \vec{u} sobre \vec{v}:
proy_{\vec{v}}\vec{u}=\cfrac{\vec{u} \cdot \vec{v}}{|\vec{v}|}
  • Proyecciones coincidentes: Si las proyecciones sobre \vec{v} de \vec{u_1} y de \vec{u_2} coinciden, entonces:
\vec{u_1} \cdot \vec{v}= \vec{u_2} \cdot \vec{v}

El producto escalar con bases ortonormales

Expresión analítica del producto escalar en bases ortonormales

ejercicio

Proposición


Sea B(\vec{x},\vec{y}) una base ortonormal, entonces

\vec{x} \cdot \vec{x}=1 \qquad \vec{y} \cdot \vec{y}=1 \qquad \vec{x} \cdot \vec{y}=0

ejercicio

Proposición


Si las coordenadas de los vectores \vec{u} y \vec{v}, respecto de una base otonormal B(\vec{x},\vec{y}) son \vec{u}(x_1,y_1) y \vec{v}(x_2,y_2), entonces:

\vec{u} \cdot \vec{v}=x_1 \, x_2 + y_1 \, y_2

ejercicio

Actividad interactiva: Producto escalar de dos vectores


Actividad 1: En esta escena podrás calcular el producto escalar de dos vectores y ver una interpretación geométrica del mismo.

Módulo de un vector en una base ortonormal

ejercicio

Módulo de un vector


El módulo de un vector \vec{v}(v_1,v_2), respecto de una base otonormal, es

|\vec{v}|=\sqrt{v_1^2+v_2^2}

Ángulo de dos vectores en una base ortonormal

ejercicio

Ángulo entre dos vectores


Dados dos vectores, \vec{u}(u_1,u_2) y \vec{v}(v_1,v_2), respecto de una base otonormal, se cumple que

cos \, (\widehat{\vec{u}, \,  \vec{v}})=\cfrac{u_1 \, v_1 + u_2 \, v_2}{\sqrt{u_1^2+u_2^2} \, \sqrt{v_1^2+v_2^2}}

Vector ortogonal a otro

ejercicio

Proposición


Los vectores de coordenadas \vec{u}(a,b) y \vec{v}(-b,a), respecto de una base ortonormal, son ortogonales.

Producto escalar de vectores (enfoque alternativo)

En estos videotutoriales se va partir de otra definición de producto escalar y se va a deducir como resultado la definición de la que hemos partido al comienzo de este capítulo.

ejercicio

Ejercicios: Producto escalar de vectores


ejercicio

Ejercicios: Propiedades del producto escalar


ejercicio

Ejercicios: Angulo entre dos vectores


Herramientas personales
* AVISO: Para que te funcionen los applets de Java debes usar Internet Explorer y seguir las instrucciones de la Ayuda del menu de la izquierda