Vectores: Producto escalar (1ºBach)

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(Ejercicios propuestos)
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}} }}
{{p}} {{p}}
 +{{Nota|titulo=Nota:|texto=Como dos vectores forman dos ángulos entre sí, tomaremos el menor de ellos. De todas formas, para el cálculo del producto escalar da igual que tomemos uno u otro, ya que ambos ángulos son opuestos y, por tanto, tienen el mismo coseno.}}
 +{{p}}
 +{{Video_enlace
 +|titulo1=Producto escalar de dos vectores
 +|duracion=19´54"
 +|url1=https://youtu.be/ZpnRfRPGd1Y
 +|sinopsis=Vídeo que condensa los resultados más importantes que se van a desarrollar a lo largo de esta página sobre el producto escalar de dos vectores en el plano.
 +}}
 +
==Propiedades del producto escalar== ==Propiedades del producto escalar==
===Propiedad fundamental del producto escalar=== ===Propiedad fundamental del producto escalar===
Línea 21: Línea 30:
|demo= |demo=
*La primera propiedad es inmediata. *La primera propiedad es inmediata.
-*Para la segunda propiedad, si ambos vectores no son nulos, entonces, para que el producto escalar sea cero, debe ser cero el coseno del ángulo que forman, y esto ocurre sólo si el ángulo es de 90º. +*Para la segunda propiedad, si ambos vectores no son nulos, entonces, el producto escalar es cero si y solo si el coseno del ángulo que forman es cero, y esto ocurre si sólo si el ángulo es de 90º ó -90º.
}} }}
{{p}} {{p}}
 +{{Video_enlace_matefacil
 +|titulo1=Vectores ortogonales
 +|duracion=7´44"
 +|url1=https://www.youtube.com/watch?v=wZT76JBC64A&index=35&list=PL9SnRnlzoyX2-qH2lY3o5Lhv9f6za9o9A
 +|sinopsis=
 +*Dos vectores son perpendiculares si y sólo si su producto escalar es cero
 +*Ejemplos.
 +{{p}}
 +Nota: A lo largo del video también se ven ejemplos con vectores tridimensionales.
 +}}
===Signo del producto escalar=== ===Signo del producto escalar===
Línea 34: Línea 53:
}} }}
{{p}} {{p}}
- +{{Geogebra_enlace
-===Operaciones con el producto escalar===+|descripcion=En esta escena podrás ver como se calcula el producto escalar de vectores y cómo es su signo.
 +|enlace=[https://ggbm.at/AutHpxv5 Signo del producto escalar de vectores]
 +}}
 +{{p}}
 +===Propiedades del producto escalar===
{{Teorema||titulo=Propiedades (3)|enunciado= {{Teorema||titulo=Propiedades (3)|enunciado=
-*'''Conmutativa:''' <math>\vec{u} \cdot \vec{v}=\vec{v} \cdot \vec{u}</math>.+*'''Conmutativa:''' <math>\vec{u} \cdot \vec{v}=\vec{v} \cdot \vec{u}</math>
-*'''Asociativa:''' <math>\lambda (\vec{u} \cdot \vec{v})=(\lambda \vec{u}) \cdot \vec{v}= \vec{u} \cdot (\lambda \vec{v})\, , \quad \lambda \in \mathbb{R}</math>.+ 
-*'''Distributiva:''' <math>\vec{u} \cdot (\vec{v} + \vec{w})=\vec{u} \cdot \vec{v} + \vec{u} \cdot \vec{w}</math>.+*'''Asociativa mixta:''' <math>\lambda (\vec{u} \cdot \vec{v})=(\lambda \vec{u}) \cdot \vec{v}= \vec{u} \cdot (\lambda \vec{v})\, , \quad \forall \lambda \in \mathbb{R}</math>
 + 
 +*'''Distributiva:''' <math>\vec{u} \cdot (\vec{v} + \vec{w})=\vec{u} \cdot \vec{v} + \vec{u} \cdot \vec{w}</math>
 + 
 +*<math>\vec{v} \cdot \vec{v} = |\vec{v}|^2</math>
|demo= |demo=
*'''Propiedad conmutativa:''' *'''Propiedad conmutativa:'''
-:<math>\vec{u} \cdot \vec{v}=|\vec{u}| \, |\vec{v}| \, cos \, (\widehat{\vec{u}, \, \vec{v}})=_* |\vec{v}| \, |\vec{u}| \, cos \, (v,u)=\vec{v} \cdot \vec{u}</math>+:<math>\vec{u} \cdot \vec{v}=|\vec{u}| \, |\vec{v}| \, cos \, (\widehat{\vec{u}, \, \vec{v}})\begin{matrix} ~_{(1)}~ \\ = \\ ~ \end{matrix} |\vec{v}| \, |\vec{u}| \, cos \, (v,u)=\vec{v} \cdot \vec{u}</math>
-<math>(*) \, cos \, \alpha=cos \, (-\alpha) \rightarrow cos \, (\widehat{\vec{u}, \, \vec{v}})=cos \, (\widehat{\vec{v}, \, \vec{u}})</math>+<math>(1): \, cos \, \alpha=cos \, (-\alpha) \rightarrow cos \, (\widehat{\vec{u}, \, \vec{v}})=cos \, (\widehat{\vec{v}, \, \vec{u}})</math>
*'''Propiedad asociativa:''' *'''Propiedad asociativa:'''
:<math>\lambda (\vec{u} \cdot \vec{v})=\lambda \, |\vec{u}| \, |\vec{v}| \, cos \, (\widehat{\vec{u}, \, \vec{v}})</math> :<math>\lambda (\vec{u} \cdot \vec{v})=\lambda \, |\vec{u}| \, |\vec{v}| \, cos \, (\widehat{\vec{u}, \, \vec{v}})</math>
-:<math>(\lambda \vec{u}) \cdot \vec{v}=|\lambda \, \vec{u}| \, |\vec{v}| \, cos \, (\widehat{\lambda \, \vec{u}, \, \vec{v}})=_*|\lambda | \, |\vec{u}| \, |\vec{v}| \cdot \, signo(\lambda) \cdot cos \, (\widehat{\vec{u}, \, \vec{v}})=\lambda \, |\vec{u}| \, |\vec{v}| \, cos \, (\widehat{\vec{u}, \, \vec{v}})</math>+:<math>(\lambda \vec{u}) \cdot \vec{v}=|\lambda \, \vec{u}| \, |\vec{v}| \, cos \, (\widehat{\lambda \, \vec{u}, \, \vec{v}}) \begin{matrix} ~_{(2)}~ \\ = \\ ~ \end{matrix}|\lambda | \, |\vec{u}| \, |\vec{v}| \cdot \, signo(\lambda) \cdot cos \, (\widehat{\vec{u}, \, \vec{v}})=</math>
 +:<math>=\lambda \, |\vec{u}| \, |\vec{v}| \, cos \, (\widehat{\vec{u}, \, \vec{v}})</math>
-<math>(*) \, cos \, (\widehat{\lambda \, \vec{u}, \, \vec{v}})=signo(\lambda) \cdot cos \, (\widehat{ \vec{u}, \, \vec{v}})</math>, ya que el ángulo es igual si <math>\lambda>0\,</math> y suplementario si <math>\lambda<0\,</math>.{{p}} +<math>(2): \, cos \, (\widehat{\lambda \, \vec{u}, \, \vec{v}})=signo(\lambda) \cdot cos \, (\widehat{ \vec{u}, \, \vec{v}})</math>, ya que el ángulo es igual si <math>\lambda>0\,</math> y suplementario si <math>\lambda<0\,</math>.{{p}}
:(Recuerda que ángulos suplementarios tienen cosenos opuestos). :(Recuerda que ángulos suplementarios tienen cosenos opuestos).
Línea 67: Línea 95:
:Obteniendo la igualdad buscada. :Obteniendo la igualdad buscada.
 +
 +*La última propiedad es fácil:
 +:<math>\vec{v} \cdot \vec{v}=|\vec{v}| \, |\vec{v}| \, cos \, (\widehat{\vec{v}, \, \vec{v}})=|\vec{v}|^2 \, cos \, 0^o=|\vec{v}|^2 \cdot 1=|\vec{v}|^2</math>
 +
}} }}
Línea 76: Línea 108:
{{Caja_Amarilla|texto=Llamaremos '''proyección''' del vector {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\vec{v}</math>}} sobre el vector {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\vec{u}</math>}}, al número {{Caja_Amarilla|texto=Llamaremos '''proyección''' del vector {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\vec{v}</math>}} sobre el vector {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\vec{u}</math>}}, al número
-<center><math>proy_{\vec{v}}\vec{u}=|v| \, \cos \, \alpha \qquad</math></center> +<center><math>proy_{\vec{u}}\, \vec{v}=|v| \, \cos \, \alpha \qquad</math></center>
-siendo {{sube|porcentaje=+20%|contenido=<math>\alpha= \widehat{\vec{u}, \, \vec{v}}</math>}}.+siendo {{sube|porcentaje=+20%|contenido=<math>\alpha= \widehat{\vec{u}, \, \vec{v}}</math>}} el ángulo que forman los dos vectores.
Observa que la proyección es un número positivo o negativo según lo sea <math>cos \, \alpha</math>. Observa que la proyección es un número positivo o negativo según lo sea <math>cos \, \alpha</math>.
 +}}
 +{{p}}
 +Gráficamente es como la sombra (ver segmento rojo en figura adjunta) que proyecta <math>\vec{v}</math> perpendicularmente sobre <math>\vec{u}</math>, si pusieramos una luz encima de ellos.
 +{{p}}
 +{{Nota|titulo=Nota:|texto=Aquí la proyección se define como un escalar (la medida del segmento rojo de la figura de la derecha). Otras veces, la proyección se define como el vector que determina la sombra tomando como origen, el origen común de los dos vectores, y como extremo, el de la intersección con la línea discontinua perpendicular al vector <math>\vec{u}</math> (ver figura adjunta). En tal caso, para obtener el vector proyección, deberíamos multiplicar el valor de la proyección (escalar) por el vector <math>\vec{u}</math> hecho unitario:
 +
 +<center><math>\vec{proy}_{\vec{u}}\, \vec{v}=proy_{\vec{u}}\, \vec{v} \cdot \cfrac{\vec{u}}{|\vec{u}|}</math></center>
 +}}
}} }}
{{p}} {{p}}
Línea 86: Línea 126:
El producto escalar de dos vectores es igual al módulo de uno de ellos por la proyección del otro sobre él. El producto escalar de dos vectores es igual al módulo de uno de ellos por la proyección del otro sobre él.
{{p}} {{p}}
-<center><math>\vec{u} \cdot \vec{v}=|\vec{v}| \, proy_{\vec{v}}\vec{u}=|\vec{u}| \, proy_{\vec{u}}\vec{v}</math></center>+<center><math>\vec{u} \cdot \vec{v} \, = \, |\vec{v}| \, proy_{\vec{v}}\, \vec{u} \, = \, |\vec{u}| \, proy_{\vec{u}}\, \vec{v}</math></center>
- +{{p}}
 +En consecuencia:
 +{{p}}
 +<center><math>proy_{\vec{v}}\, \vec{u}=\cfrac{\vec{u} \cdot \vec{v}}{|\vec{v}|} \qquad proy_{\vec{u}}\, \vec{v}=\cfrac{\vec{u} \cdot \vec{v}}{|\vec{u}|}</math></center>
|demo= |demo=
Si observamos el dibujo de la derecha, tenemos que Si observamos el dibujo de la derecha, tenemos que
- +{{p}}
-<center><math>proy_{\vec{u}}\vec{v}=|\vec{v}|cos \, \alpha</math></center>+<center><math>proy_{\vec{u}}\, \vec{v}=|\vec{v}|cos \, \alpha</math></center>
- +{{p}}
Entonces Entonces
- +{{p}}
-<center><math>\vec{u} \cdot \vec{v}=|\vec{u}| \, |\vec{v}| cos \, \alpha=|\vec{u}| \, proy_{\vec{u}}\vec{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>
- +{{p}}
De la misma manera se obtiene la otra relación: De la misma manera se obtiene la otra relación:
 +{{p}}
 +<math>\vec{u} \cdot \vec{v}=|\vec{u}| \, proy_{\vec{v}}\, \vec{u}</math>
-<math>\vec{u} \cdot \vec{v}=|\vec{u}| \, proy_{\vec{v}}\vec{u}</math></center>+}}
 +{{p}}
 +{{Nota|titulo=Nota:|texto=Si consideramos la proyección como vector, tendremos:
 +<center><math>\vec{proy}_{\vec{u}}\, \vec{v}=proy_{\vec{u}}\, \vec{v} \cdot \cfrac{\vec{u}}{|\vec{u}|}=\cfrac{\vec{u} \cdot \vec{v}}{|\vec{u}|}\cdot \cfrac{\vec{u}}{|\vec{u}|}=\cfrac{\vec{u} \cdot \vec{v}}{\vec{u} \cdot \vec{u}}\cdot \vec{u}</math></center>
}} }}
 +{{p}}
 +{{Video_enlace_pablo
 +|titulo1=Proyección de vectores y producto escalar
 +|duracion=13´54"
 +|url1=https://youtu.be/VSuveo_lgKE?list=PLDofgcGDlFDP3PLa5X06SC7w-njU6albc
 +|sinopsis=Proyección de vectores y producto escalar. Ejemplos.
 +}}
 +{{Video_enlace_unicoos
 +|titulo1=Ejercicio
 +|duracion=6´25"
 +|url1=https://www.youtube.com/watch?v=d4_6-kF1HdY
 +|sinopsis=Sean <math>\vec{v}=(3,1)</math> y <math>\vec{w}=(1,5)</math>. Halla el vector proyección <math>\vec{proy}_{\vec{v}}\, \vec{w}</math> y su módulo, es decir, <math>proy_{\vec{v}}\, \vec{w}</math>.
}} }}
{{p}} {{p}}
{{Tabla75|celda2=<center>[[Imagen:proyeccion3.png|250px]]</center> {{Tabla75|celda2=<center>[[Imagen:proyeccion3.png|250px]]</center>
|celda1= |celda1=
-{{Teorema||titulo=Corolarios (5)|enunciado=+{{Teorema||titulo=Corolario (5): ''Proyecciones coincidentes''|enunciado=
-*'''Proyección de {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\vec{u}</math>}} sobre {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\vec{v}</math>}}:'''+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:
- +{{p}}
-<center><math>proy_{\vec{v}}\vec{u}=\cfrac{\vec{u} \cdot \vec{v}}{|\vec{v}|}</math></center>+
- +
-*'''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: +
- +
<center><math>\vec{u_1} \cdot \vec{v}= \vec{u_2} \cdot \vec{v}</math></center> <center><math>\vec{u_1} \cdot \vec{v}= \vec{u_2} \cdot \vec{v}</math></center>
|demo= |demo=
-*'''Corolario 1:''' +<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>
-:Es inmediato por la proposición anterior.+}}
-*'''Corolario 2:''' +{{p}}
-:<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>+{{Geogebra_enlace
 +|descripcion=En esta escena podrás ver como se representa y calcula la proyección de un vector sobre otro.
 +|enlace=[https://ggbm.at/jrZA5bKp Proyecciones de vectores]
}} }}
}} }}
{{p}} {{p}}
 +
 +===Ejercicios propuestos===
 +{{ejercicio
 +|titulo=Ejercicios propuestos: ''Producto escalar''
 +|cuerpo=
 +(Pág. 176)
 +
 +[[Imagen:red_star.png|12px]] 3, 4, 5
 +
 +[[Imagen:yellow_star.png|12px]] 1, 2
 +
 +
 +}}
==El producto escalar con bases ortonormales== ==El producto escalar con bases ortonormales==
Línea 153: Línea 224:
}} }}
{{p}} {{p}}
-{{Ejemplo_simple|titulo=Ejemplo:|contenido=Dados los vectores {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\vec{u}(2,-1)</math>}} y {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\vec{v}(3,2)</math>}}, respecto de una base otonormal, vamos a calcular {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\vec{u} \cdot \vec{v}</math>}}:+{{Ejemplo_simple|titulo=Ejemplo:|contenido=Dados los vectores {{sube|porcentaje=+10%|contenido=<math>\vec{u}(2,-1)</math>}} y {{sube|porcentaje=+10%|contenido=<math>\vec{v}(3,2)</math>}}, respecto de una base otonormal, vamos a calcular {{sube|porcentaje=+20%|contenido=<math>\vec{u} \cdot \vec{v}</math>}}:
:<math>\vec{u} \cdot \vec{v}=(2,-1) \cdot (3,2)=2 \cdot 3 + (-1) \cdot 2=6-2=4</math> :<math>\vec{u} \cdot \vec{v}=(2,-1) \cdot (3,2)=2 \cdot 3 + (-1) \cdot 2=6-2=4</math>
}} }}
{{p}} {{p}}
-{{AI2|titulo=Actividad interactiva: ''Producto escalar de dos vectores''|cuerpo=+{{Video_enlace_pablo
-{{ai_cuerpo+|titulo1=Base canónica. Producto escalar en la base canónica.
-|enunciado='''Actividad 1:''' En esta escena podrás calcular el producto escalar de dos vectores y ver una interpretación geométrica del mismo.+|duracion=12´16"
 +|url1=https://youtu.be/WpfLOZ2VuBo?list=PLDofgcGDlFDP3PLa5X06SC7w-njU6albc
 +|sinopsis=
 +*Base canónica.
 +*Cálculo del producto escalar de vectores del plano en la base canónica.
 +}}
 +{{Video_enlace_matefacil
 +|titulo1=Ejemplo
 +|duracion=7´23"
 +|url1=https://www.youtube.com/watch?v=N5f7pYTNcFM&list=PL9SnRnlzoyX2-qH2lY3o5Lhv9f6za9o9A&index=31
 +|sinopsis=
 +*Cálculo del producto escalar de vectores del plano.
 +*Ejemplos.
{{p}} {{p}}
-|actividad=+Nota: A lo largo del video también se trata el caso de vectores tridimensionales.
 +}}
 +{{p}}
 +{{Geogebra_enlace
 +|descripcion=En esta escena podrás ver como se representa el producto escalar de dos vectores.
 +|enlace=[https://ggbm.at/MWQuD4ez Producto escalar de vectores]
 +}}
-<center><iframe>+{{p}}
-url=http://maralboran.org/web_ma/geogebra/figuras/vectores_prodescalar.html+{{wolfram desplegable|titulo=Producto escalar de vectores|contenido=
-width=780+{{wolfram
-height=460+|titulo=Actividad: ''Producto escalar de vectores''
-name=myframe+|cuerpo=
-</iframe></center>+{{ejercicio_cuerpo
-<center>[http://maralboran.org/web_ma/geogebra/figuras/vectores_prodescalar.html '''Click''' aquí si no se ve bien la escena]</center>+|enunciado=
 +a) Sean <math>\vec{u} =(3,5)</math> y <math>\vec{v} =(3,4)</math>. Halla el producto escalar <math>\vec{u}\cdot \vec{v}</math>
-Observa la figura y describe las dos maneras diferentes de obtener el producto escalar <math>u \cdot v</math>:+b) Averigua el valor de <math>x\;</math> para que los vectores <math>\vec{u} =(x,5)</math> y <math>\vec{v} =(2,3)</math> sean ortogonales.
 +{{p}}
 +|sol=
 +Para averiguar las soluciones debes escribir donde pone "Escribe tu consulta" las siguientes expresiones:
 +:a) {{consulta|texto=(3,5)·(3,4)}}
-Visualiza los siguientes pares de vectores y observa el valor del correspondiente producto escalar:+:b) {{consulta|texto=solve (x,5)·(2,3)=0}}
-*<math>\vec{u}=(2,4) \quad \vec{v}=(1,-3)</math>+{{widget generico}}
-*<math>\vec{u}=(2,4) \quad \vec{v}=(2,-1)</math>+}}
-*<math>\vec{u}=(6,2) \quad \vec{v}=(3,1)</math>+
-*<math>\vec{u}=(6,2) \quad \vec{v}=(5,0)</math>+
-*<math>\vec{u}=(1,0) \quad \vec{v}=(0,1)</math>+
-Razona tus respuestas:+}}
-*¿Cómo han de ser dos vectores para que su producto escalar sea negativo?+}}
-*¿Cuánto vale el producto escalar de dos vectores perpendiculares?+{{p}}
-*¿Y el de dos paralelos?+
-*¿Cómo han de ser dos vectores para que su producto escalar sea grande?+
-Pulsa el botón "Actualizar" para recuperar la figura inicial, desliza el punto verde y observa.+===Vector ortogonal a otro===
 +{{Teorema||titulo=Proposición (8)|enunciado=Los vectores de coordenadas {{sube|porcentaje=+10%|contenido=<math>\vec{u}(a,b)</math>}} y {{sube|porcentaje=+10%|contenido=<math>\vec{v}(-b,a)</math>}}, respecto de una base ortonormal, son ortogonales.
 +|demo=Por la propiedad fundamental, sabemos que:
-*Describe qué es la proyección de v sobre u+<center><math>\vec{u} \bot \vec{v} \iff \vec{u} \cdot \vec{v}=0</math></center>
-*¿Al producto de qué dos números es igual el área sombreada?+ 
-*¿Cómo puede obtenerse el producto escalar de dos vectores utilizando la proyección de uno sobre otro?+Por otro lado, como las base es ortonormal, la expresión analítica del producto escalar es
 + 
 +<center><math>\vec{u} \cdot \vec{v}=a \cdot (-b) + b \cdot a=0</math></center>
 + 
 +De manera que el producto escalar vale cero y, por tanto, los vectores son ortogonales.
 +}}
 +{{p}}
 +{{Ejemplo_simple|titulo=Ejemplo:|contenido=Halla 3 vectores ortogonales a (2,3).
 +----
 +'''Solución:'''
 +Por la proposición anterior: (-3,2).
 + 
 +Cualquier múltiplo de (-3,2) también será ortogonal: (3,-2) y (-6,4)
-  
}} }}
 +{{p}}
 +{{Ejemplo|titulo=Ejemplo:|enunciado=Calcula el valor de <math>x\,</math> para que el vector {{sube|porcentaje=+10%|contenido=<math>\vec{u}(x,1)</math>}} sea ortogonal a {{sube|porcentaje=+10%|contenido=<math>\vec{v}(-2,5)</math>}}, respecto de una base ortonormal.
 +|sol=
 +Al venir dadas las coordenadas respecto de una base ortonormal, para que los vectores dados sean ortogonales, su producto escalar debe ser cero:
 +
 +:<math>(x,1) \cdot (-2,5)=0 \quad \rightarrow \quad -2x+5=0 \quad \rightarrow \quad x=\cfrac{5}{2}</math>
 + }}
 +{{p}}
 +{{Video_enlace_pildoras
 +|titulo1=Producto escalar de vectores ortogonales
 +|duracion=4´54"
 +|url1=https://youtu.be/hTpIPlPLm14?list=PLwCiNw1sXMSAMNnvvsBGpp778cpwcoDuV
 +|sinopsis=Producto escalar de vectores ortogonales. Obtención de un vector ortogonal a uno dado. Ejemplos.
 +}}
 +{{Geogebra_enlace
 +|descripcion=En esta escena podrás ver como es el producto escalar de vectores ortogonales.
 +|enlace=[https://ggbm.at/Pw67JAKs Producto escalar de vectores ortogonales]
}} }}
===Módulo de un vector en una base ortonormal=== ===Módulo de un vector en una base ortonormal===
-{{Teorema||titulo=Proposición (8)|enunciado=+{{Teorema||titulo=Proposición (9)|enunciado=
El módulo de un vector {{sube|porcentaje=+10%|contenido=<math>\vec{v}(v_1,v_2)</math>}}, respecto de una base otonormal, es El módulo de un vector {{sube|porcentaje=+10%|contenido=<math>\vec{v}(v_1,v_2)</math>}}, respecto de una base otonormal, es
Línea 206: Línea 325:
<center><math>|\vec{v}|=\sqrt{v_1^2+v_2^2}</math></center> <center><math>|\vec{v}|=\sqrt{v_1^2+v_2^2}</math></center>
-|demo=Si {{sube|porcentaje=+10%|contenido=<math>\vec{v}=(v_1,v_2)</math>}} respecto de una base otonormal, entonces:+|demo=Si {{sube|porcentaje=+10%|contenido=<math>\vec{v}=(v_1,v_2)</math>}} respecto de una base otonormal, entonces, por la proposición (7):
<center><math>\vec{v} \cdot \vec{v}=v_1 \, v_1 + v_2 \, v_2=v_1^2+v_2^2</math></center> <center><math>\vec{v} \cdot \vec{v}=v_1 \, v_1 + v_2 \, v_2=v_1^2+v_2^2</math></center>
-Por otro lado:+Por otro lado sabemos, por la cuarta propiedad de (3), que:
-<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>+<center><math>\vec{v} \cdot \vec{v}=|\vec{v}|^2</math></center>
Igualando ambos resultados tenemos lo que buscamos. Igualando ambos resultados tenemos lo que buscamos.
Línea 222: Línea 341:
}} }}
{{p}} {{p}}
-{{Video_enlace+{{Videotutoriales|titulo=Módulo de un vector|enunciado=
-|titulo1=Módulo de un vector+{{Video_enlace_pildoras
 +|titulo1=Tutorial 1
 +|duracion=6'16"
 +|sinopsis=Módulo de un vector.
 +|url1=https://youtu.be/e0t3cQujJC4?list=PLwCiNw1sXMSAMNnvvsBGpp778cpwcoDuV
 +}}
 +{{Video_enlace_matefacil
 +|titulo1=Tutorial 2a
 +|duracion=6´18"
 +|url1=https://www.youtube.com/watch?v=OQ0mmEVw4hI&index=8&list=PL9SnRnlzoyX2-qH2lY3o5Lhv9f6za9o9A
 +|sinopsis=
 +*Módulo de un vector.
 +*Ejemplos.
 +{{p}}
 +Nota: En la segunda parte del video se trata el caso de vectores tridimensionales.
 +}}
 +{{Video_enlace_matefacil
 +|titulo1=Tutorial 2b
 +|duracion=9´45"
 +|url1=https://www.youtube.com/watch?v=cfe-IS-gNoU&index=10&list=PL9SnRnlzoyX2-qH2lY3o5Lhv9f6za9o9A
 +|sinopsis=
 +*Vector unitario.
 +*Ejemplos de como calcularlos.
 +{{p}}
 +Nota: En la segunda parte del video se trata el caso de vectores tridimensionales.
 +}}
 +{{Video_enlace_fonemato
 +|titulo1=Tutorial 3
|duracion=14´13" |duracion=14´13"
-|url1=http://matematicasbachiller.com/videos/1-bachillerato/matematicas-de-primero-de-bachillerato/08-vectores-en-el-plano/05-modulo-de-un-vector-longitud-de-una-flechita-de-los-sioux#.VC2AGha7ZV8+|url1=https://www.youtube.com/watch?v=_5Q6MkBK9xg&list=PL811F7AF8E8EC9655&index=11
-|sinopsis=Módulo de un vector. Ejemplos. Vectores unitarios.+|sinopsis=
 +*Módulo de un vector.
 +*Ejemplos.
 +*Vectores unitarios.
 +}}
 +{{Video_enlace_pablo
 +|titulo1=Tutorial 4 (Normalización de vectores)
 +|duracion=12´53"
 +|url1=https://youtu.be/9xSoSG-VT24?list=PLDofgcGDlFDP3PLa5X06SC7w-njU6albc
 +|sinopsis=Vectores unitarios. Normalización de vectores. Ejemplos.
 +}}
 +----
 +{{Video_enlace_matefacil
 +|titulo1=Ejercicio 1
 +|duracion=6´25"
 +|url1=https://www.youtube.com/watch?v=Rmx9LqcFLO8&index=16&list=PL9SnRnlzoyX2-qH2lY3o5Lhv9f6za9o9A
 +|sinopsis=Dados los vectores <math>\vec{u}=(5,-12)</math> y <math>\vec{v}=(-3,-6)</math>, calcula:
 +:a)<math>|\vec{u}|</math>
 +:b)<math>|\vec{v}|</math>
 +:c)<math>|\vec{u}-\vec{v}|</math>
 +}}
 +{{Video_enlace_matefacil
 +|titulo1=Ejercicio 2
 +|duracion=4´02"
 +|url1=https://www.youtube.com/watch?v=ULSVQ7AIaJc&index=22&list=PL9SnRnlzoyX2-qH2lY3o5Lhv9f6za9o9A
 +|sinopsis=Encontrar un vector unitario en la dirección del vector <math>3\vec{i}+7\vec{j}</math>.
 +{{p}}
 +Nota: <math>B=\{\vec{i},\vec{j}\}</math> es la base canónica de los vectores del plano.
 +}}
 +{{Video_enlace_pildoras
 +|titulo1=Ejercicio 3
 +|duracion=5'11"
 +|sinopsis=Calcula el perímetro de un triángulo conocidas las coordenadas de sus vértices.
 +|url1=https://youtu.be/YHX62KCS1SQ?list=PLwCiNw1sXMSAMNnvvsBGpp778cpwcoDuV
 +}}
 +{{Video_enlace_pablo
 +|titulo1=Ejercicio 4
 +|duracion=5'11"
 +|sinopsis=Cálculo del módulo y de la dirección de vectores del plano.
 +|url1=https://youtu.be/dxtlmyPXvvo?list=PLDofgcGDlFDP3PLa5X06SC7w-njU6albc
 +}}
 +}}
 +{{p}}
 +{{AI_vitutor
 +|titulo1=Vectores unitarios
 +|descripcion=Ejercicios de autoevaluación sobre vectores unitarios.
 +|url1=http://www.vitutor.com/geo/vec/b_1_e_2.html
 +}}
 +{{wolfram desplegable|titulo=Módulo de un vector|contenido=
 +{{wolfram
 +|titulo=Actividad: ''Módulo de un vector''
 +|cuerpo=
 +{{ejercicio_cuerpo
 +|enunciado=Halla el módulo del vector <math>\vec{u} =(3,5)</math>.
 + 
 +|sol=
 +Para averiguar la solución debes escribir donde pone "Escribe tu consulta" la siguiente expresión:
 + 
 +{{consulta|texto=lenght vector (3,5)}}
 + 
 + 
 +{{widget generico}}
 +}}
 + 
 +}}
 + 
}} }}
{{p}} {{p}}
Línea 252: Línea 463:
}} }}
{{p}} {{p}}
 +{{Videotutoriales|titulo=Ángulo de dos vectores en una base ortonormal|enunciado=
 +{{Video_enlace_pildoras
 +|titulo1=Tutorial 1
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 +|url1=https://youtu.be/FyJLPLM7YeE?list=PLwCiNw1sXMSAMNnvvsBGpp778cpwcoDuV
 +|sinopsis=Producto escalar y ángulo entre dos vectores. Ejemplos.
 +}}
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 +|sinopsis=Ángulo entre dos vectores del plano. Perpendicularidad. Ejemplos.
 +}}
 +----
 +{{Video_enlace_matefacil
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 +|sinopsis=Halla el ángulo que forman los vectores <math>\vec{A}=(4,3)</math> y <math>\vec{B}=(5,-2)</math>
 +}}
 +{{Video_enlace_fonemato
 +|titulo1=Ejercicio 2
 +|duracion=9´05"
 +|url1=https://www.youtube.com/watch?v=Y53RziXh2UM&list=PL811F7AF8E8EC9655&index=26
 +|sinopsis=3 ejercicios sobre ángulo entre dos vectores.
 +}}
 +}}
 +{{wolfram desplegable|titulo=Ángulo entre vectores|contenido=
 +{{wolfram
 +|titulo=Actividad: ''Ángulo entre vectores''
 +|cuerpo=
 +{{ejercicio_cuerpo
 +|enunciado=Halla el ángulo que forman los vectores <math>\vec{u} =(3,5)</math> y <math>\vec{v} =(2,1)</math>.
-===Vector ortogonal a otro===+|sol=
-{{Teorema||titulo=Proposición (10)|enunciado=:Los vectores de coordenadas {{sube|porcentaje=+10%|contenido=<math>\vec{u}(a,b)</math>}} y {{sube|porcentaje=+10%|contenido=<math>\vec{v}(-b,a)</math>}}, respecto de una base ortonormal, son ortogonales.+Para averiguar la solución debes escribir donde pone "Escribe tu consulta" la siguiente expresión:
-|demo=Por la propiedad fundamental, sabemos que:+
-<center><math>\vec{u} \bot \vec{v} \iff \vec{u} \cdot \vec{v}=0</math></center>+{{consulta|texto=angle between vectors (3,5), (2,1)}}
-Por otro lado, como las base es ortonormal, la expresión analítica del producto escalar es 
-<center><math>\vec{u} \cdot \vec{v}=a \cdot (-b) + b \cdot a=0</math></center>+{{widget generico}}
 +}}
-De manera que el producto escalar vale cero y, por tanto, los vectores son ortogonales.+}}
-}} + 
 +}}
{{p}} {{p}}
-{{Ejemplo_simple|titulo=Ejemplo:|contenido=:Calcula el valor de <math>x\,</math> para que el vector {{sube|porcentaje=+10%|contenido=<math>\vec{u}(x,1)</math>}} sea ortogonal a {{sube|porcentaje=+10%|contenido=<math>\vec{v}(-2,5)</math>}} (respecto de una base otonormal): 
-:Para que sean ortogonales, su producto escalar debe ser cero:+===Ejercicios propuestos===
 +{{ejercicio
 +|titulo=Ejercicios propuestos: ''Producto escalar con bases ortonormales''
 +|cuerpo=
 +(Pág. 178)
-<center><math>(x,1) \cdot (-2,5)=0 \quad \rightarrow \quad -2x+5=0 \quad \rightarrow \quad x=\cfrac{5}{2}</math></center>+[[Imagen:red_star.png|12px]] 6
- }}+ 
-{{p}}+}}
==Producto escalar de vectores (enfoque alternativo)== ==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.+En estos videotutoriales se va partir de la proposición (7) como definición de producto escalar y se va a deducir como resultado la definición de la que hemos partido al comienzo de este capítulo.
{{p}} {{p}}
-{{Video_enlace+{{Videotutoriales|titulo=Producto escalar de vectores (enfoque alternativo)|enunciado=
 +{{Video_enlace_fonemato
|titulo1=Producto escalar de vectores |titulo1=Producto escalar de vectores
|duracion=8´12" |duracion=8´12"
-|url1=http://matematicasbachiller.com/videos/1-bachillerato/matematicas-de-primero-de-bachillerato/08-vectores-en-el-plano/10-producto-escalar-de-vectores#.VC2R6Ra7ZV8+|url1=https://www.youtube.com/watch?v=rU_J2qPNioA&list=PL811F7AF8E8EC9655&index=20
-|sinopsis=Videotutorial+|sinopsis=
 +*El "producto escalar" de los vectores <math>\vec{u} = (u_1;u_2)</math> y <math>\vec{v} = (v_1;v_2)</math> es el número real <math>u_1 \cdot v_1 + u_2 \cdot v_2</math>. Se denota <math>\vec{u} \cdot \vec{v}</math>.
 +*Dos vectores se dicen "ortogonales" si su producto escalar es 0.
 +*Dos vectores se dicen "ortonormales" si son ortogonales y tienen módulo 1.
 +*Al final del vídeo está la letanía que debes recitar a modo de mantra cuando aterrices en la Universidad.
}} }}
-{{p}}+{{Video_enlace_fonemato
- +
-{{Video_enlace+
|titulo1=4 ejercicios |titulo1=4 ejercicios
|duracion=6´07" |duracion=6´07"
-|url1=http://matematicasbachiller.com/videos/1-bachillerato/matematicas-de-primero-de-bachillerato/08-vectores-en-el-plano/1001-cuatro-ejercicios#.VC2SyBa7ZV8+|url1=https://www.youtube.com/watch?v=-mTMQKWPyK0&list=PL811F7AF8E8EC9655&index=21
-|sinopsis=Videotutorial+|sinopsis=En este video jugamos con la suma de vectores y con el producto escalar de vectores.
}} }}
-{{p}}+ 
-{{Video_enlace+{{Video_enlace_fonemato
|titulo1=Propiedades del producto escalar |titulo1=Propiedades del producto escalar
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-|url1=http://matematicasbachiller.com/videos/1-bachillerato/matematicas-de-primero-de-bachillerato/08-vectores-en-el-plano/11-propiedades-del-producto-escalar#.VC2TVBa7ZV8+|url1=https://www.youtube.com/watch?v=xomwigWaaPI&list=PL811F7AF8E8EC9655&index=23
-|sinopsis=Videotutorial+|sinopsis=VEl producto escalar goza de las propiedades conmutativa, asociativa mixta y distributiva respecto de la suma. El producto escalar de un vector por sí mismo es el cuadrado del módulo del vector.
 +No es admisible que las propiedades del producto escalar de vectores te dejen con el culo al aire.
}} }}
-{{p}}+{{Video_enlace_fonemato
-{{Video_enlace+
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-|url1=http://matematicasbachiller.com/videos/1-bachillerato/matematicas-de-primero-de-bachillerato/08-vectores-en-el-plano/1101-seis-ejercicios#.VC2Tgxa7ZV8+|url1=https://www.youtube.com/watch?v=y_8K1e3hTQA&list=PL811F7AF8E8EC9655&index=24
-|sinopsis=Videotutorial+|sinopsis=6 ejercicios sobre las propiedades del producto escalar.
}} }}
-{{p}}+{{Video_enlace_fonemato
-{{Video_enlace+
|titulo1=Angulo entre dos vectores |titulo1=Angulo entre dos vectores
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-|url1=http://matematicasbachiller.com/videos/1-bachillerato/matematicas-de-primero-de-bachillerato/08-vectores-en-el-plano/12-angulo-de-dos-vectores#.VC2U-xa7ZV8+|url1=https://www.youtube.com/watch?v=9gzLIBQQKY0&list=PL811F7AF8E8EC9655&index=25
-|sinopsis=Videotutorial+|sinopsis=El coseno del ángulo que forman dos vectores es el cociente entre el producto escalar de los vectores y el producto de los módulos de los vectores.
}} }}
 +
 +}}
 +==Producto escalar en el espacio tridimensional (Ampliación)==
{{p}} {{p}}
-{{Video_enlace+{{Video_enlace_matesandres
-|titulo1=3 ejercicios+|titulo1=Producto escalar de dos vectores en el espacio
-|duracion=9´05"+|duracion=19´58"
-|url1=http://matematicasbachiller.com/videos/1-bachillerato/matematicas-de-primero-de-bachillerato/08-vectores-en-el-plano/1201-tres-ejercicios#.VC2WCha7ZV8+|url1=https://youtu.be/Vkj9w304n5o
-|sinopsis=Videotutorial+|sinopsis=En el siguiente vídeo condensamos todo lo que hemos visto a lo largo de esta página sobre el producto escalar de vectores, pero trabajando con vectores tridimensionales. No obstante, lo que se explican son conceptos generales aplicables a vectores del plano.
}} }}
- 
[[Categoría: Matemáticas]][[Categoría: Geometría]] [[Categoría: Matemáticas]][[Categoría: Geometría]]

Revisión actual

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

Propiedades (1)


  • 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 (2)


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.

Propiedades del producto escalar

ejercicio

Propiedades (3)


  • Conmutativa: \vec{u} \cdot \vec{v}=\vec{v} \cdot \vec{u}
  • Asociativa mixta: \lambda (\vec{u} \cdot \vec{v})=(\lambda \vec{u}) \cdot \vec{v}= \vec{u} \cdot (\lambda \vec{v})\, , \quad \forall \lambda \in \mathbb{R}
  • Distributiva: \vec{u} \cdot (\vec{v} + \vec{w})=\vec{u} \cdot \vec{v} + \vec{u} \cdot \vec{w}
  • \vec{v} \cdot \vec{v} = |\vec{v}|^2

Proyección de vectores y producto escalar

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

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

siendo \alpha= \widehat{\vec{u}, \,  \vec{v}} el ángulo que forman los dos vectores.

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

Gráficamente es como la sombra (ver segmento rojo en figura adjunta) que proyecta \vec{v} perpendicularmente sobre \vec{u}, si pusieramos una luz encima de ellos.



Imagen:proyeccion2.png
Imagen:proyeccion.png

ejercicio

Proposición (4)


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}

En consecuencia:

proy_{\vec{v}}\, \vec{u}=\cfrac{\vec{u} \cdot \vec{v}}{|\vec{v}|} \qquad proy_{\vec{u}}\, \vec{v}=\cfrac{\vec{u} \cdot \vec{v}}{|\vec{u}|}



ejercicio

Corolario (5): 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}

Ejercicios propuestos

ejercicio

Ejercicios propuestos: Producto escalar


(Pág. 176)

3, 4, 5

1, 2

El producto escalar con bases ortonormales

Expresión analítica del producto escalar en bases ortonormales

ejercicio

Proposición (6)


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 (7)


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

Vector ortogonal a otro

ejercicio

Proposición (8)


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

ejercicio

Ejemplo:


Calcula el valor de x\, para que el vector \vec{u}(x,1) sea ortogonal a \vec{v}(-2,5), respecto de una base ortonormal.

Módulo de un vector en una base ortonormal

ejercicio

Proposición (9)


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

Proposición (9)


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}}

Ejercicios propuestos

ejercicio

Ejercicios propuestos: Producto escalar con bases ortonormales


(Pág. 178)

6

Producto escalar de vectores (enfoque alternativo)

En estos videotutoriales se va partir de la proposición (7) como definición de producto escalar y se va a deducir como resultado la definición de la que hemos partido al comienzo de este capítulo.

Producto escalar en el espacio tridimensional (Ampliación)

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