Vectores: Producto escalar (1ºBach)
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===Propiedad fundamental del producto escalar=== | ===Propiedad fundamental del producto escalar=== | ||
{{Teorema||titulo=Propiedad fundamental|enunciado= | {{Teorema||titulo=Propiedad fundamental|enunciado= | ||
- | *Si cualquiera de los dos vectores, {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\overrightarrow{u}</math>}} o {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\overrightarrow{v}</math>}}, es {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\overrightarrow{0}</math>}}, entonces {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\overrightarrow{u} \cdot \overrightarrow{v}=0</math>}}. | + | *Si {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\overrightarrow{u}=\vec{0}</math>}} ó {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\overrightarrow{v}=\vec{0}</math>}} entonces {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\overrightarrow{u} \cdot \overrightarrow{v}=0</math>}}. |
- | *Dados dos vectores no nulos, {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\overrightarrow{u}</math>}} y {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\overrightarrow{v}</math>}}, se cumple que | + | * {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\forall \, \vec{u} \, , \vec{v} \ne \vec{0}</math>}} se cumple que {{sube|porcentaje=+30%|contenido=<math>\overrightarrow{u} \bot \overrightarrow{v} \iff \overrightarrow{u} \cdot \overrightarrow{v}=0</math>}} |
- | + | ||
- | <center><math>\overrightarrow{u} \bot \overrightarrow{v} \iff \overrightarrow{u} \cdot \overrightarrow{v}=0</math></center> | + | |
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*La primera propiedad es inmediata. | *La primera propiedad es inmediata. |
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Tabla de contenidos |
Producto escalar de vectores
Se llama producto escalar de dos vectores y , al número real que se obtiene multiplicando los módulos de ambos vectores por el coseno del ángulo que forman:
Propiedades del producto escalar
Propiedad fundamental del producto escalar
Propiedad fundamental
- Si ó entonces .
- se cumple que
- 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.
Signo del producto escalar
Propiedades: signo del producto escalar
El signo del producto escalar queda determinado por el ángulo que forman los vectores:
- si es agudo.
- si es obtuso.
Esta propiedad es inmediata, ya que el coseno de un ángulo es positivo, si éste es agudo, y negativo, si es obtuso.
Operaciones con el producto escalar
Propiedades de las operaciones
- Propiedad conmutativa: .
- Propiedad asociativa: .
- Propiedad distributiva: .
- Propiedad conmutativa:
- Propiedad asociativa:
- (Recuerda que ángulos suplementarios tienen cosenos opuestos).
- Así tenemos una de las igualdades: . La otra igualdad se obtendría de forma similar.
- Propiedad distributiva:
- Obteniendo la igualdad buscada.
Proyección de vectores y producto escalar
Llamaremos proyección del vector sobre el vector , al número siendo . Observa que la proyección es un número positivo o negativo según lo sea . |
El producto escalar con bases ortonormales
Expresión analítica del producto escalar en bases ortonormales
Proposición
Sea una base ortonormal, entonces
En efecto, al ser los vectores de la base unitarios y perpendiculares, tenemos:
Proposición
Si las coordenadas de los vectores y , respecto de una base otonormal son y , entonces:
En efecto, al ser los vectores de la base unitarios y perpendiculares, tenemos:
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. Actividad: Observa la figura y describe las dos maneras diferentes de obtener el producto escalar : Visualiza los siguientes pares de vectores y observa el valor del correspondiente producto escalar: Razona tus respuestas:
Pulsa el botón "Actualizar" para recuperar la figura inicial, desliza el punto verde y observa.
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Módulo de un vector en una base ortonormal
Módulo de un vector
- El módulo de un vector , respecto de una base otonormal, es
Si respecto de una base otonormal, entonces:
Por otro lado:
Igualando ambos resultados tenemos lo que buscamos.Módulo de un vector. Ejemplos. Vectores unitarios.
Ángulo de dos vectores en una base ortonormal
Ángulo entre dos vectores
Dados dos vectores, y , respecto de una base otonormal, se cumple que
Si y , respecto de una base otonormal, entonces:
Por otro lado:
Sustituyendo en esta última expresión las anteriores, tenemos lo que buscamos.- Dados los vectores y , respecto de una base otonormal, vamos a calcular el ángulo que forman:
Vector ortogonal a otro
Proposición
- Los vectores de coordenadas y , respecto de una base ortonormal, son ortogonales.
Por la propiedad fundamental, sabemos que:
Por otro lado, como las base es ortonormal, la expresión analítica del producto escalar es
De manera que el producto escalar vale cero y, por tanto, los vectores son ortogonales.- Calcula el valor de para que el vector sea ortogonal a (respecto de una base otonormal):
- Para que sean ortogonales, su producto escalar debe ser cero:
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.
Videotutorial
Ejercicios: Producto escalar de vectores 4 ejercicios (6´07") Sinopsis: Videotutorial |
Videotutorial
Ejercicios: Propiedades del producto escalar 6 ejercicios (10´31") Sinopsis: Videotutorial |
Videotutorial
Ejercicios: Angulo entre dos vectores 3 ejercicios (9´05") Sinopsis: Videotutorial |