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Ecuaciones Parametricas. Matemática

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Ecuaciones Parametricas. Matemática

  1. 1. Ecuaciones Paramétricas Eldiceth Lira 28462137
  2. 2. 2 Introduccion La recta constituye una parte fundamental de las matemáticas. Existen numerosas formas de representar una recta, lo que incluye tanto la forma paramétrica como la vectorial. Un espacio tridimensional puede ser utilizado para determinar una ecuación vectorial que denote una línea recta. El parámetro es sencillamente una variable cuyo objetivo principal es describir una relación particular con la ayuda de los parámetros. Por tanto, una ecuación paramétrica es una ecuación que está basada en una variable en particular. Una ecuación paramétrica, en términos generales, se conoce también como representación paramétrica. A continuación se explicara de manera detallada y explicita los temas señalados.
  3. 3. Generalidades del Algebra Vectorial ✔ El álgebra vectorial es una rama de las matemáticas encargada de estudiar sistemas de ecuaciones lineales, vectores, matrices, espacios vectoriales y sus transformaciones lineales. ✔ Se originó del estudio de los cuaterniones (extensión de los números reales) 1, i, j, y k, así como también de la geometría cartesiana promovida por Gibbs y Heaviside, quienes se dieron cuenta de que los vectores servirían de instrumento para representar varios fenómenos físicos. 3
  4. 4. Fundamentos ✔ El álgebra vectorial es estudiada a través de tres fundamentos: • Geométricamente : Los vectores son representados por rectas que tienen una orientación, y las operaciones como suma, resta y multiplicación por números reales son definidas a través de métodos geométricos. • Analíticamente: La descripción de los vectores y sus operaciones es realizada con números, llamados componentes. Este tipo de descripción es resultado de una representación geométrica porque se utiliza un sistema de coordenadas. • Axiomáticamente: Se hace una descripción de los vectores, independientemente del sistema de coordenadas o de cualquier tipo de representación geométrica. 4
  5. 5. Ecuaciones Paramétricas En matemáticas, un sistema de ecuaciones paramétricas permite representar una curva o superficie en el plano o en el espacio, mediante valores que recorren un intervalo de números reales, mediante una variable , llamada parámetro, considerando cada coordenada de un punto como una función dependiente del parámetro. 5
  6. 6. Ejemplo ✔ Un ejemplo simple de la cinemática, es cuando se usa un parámetro de tiempo (t) para determinar la posición y la velocidad de un móvil. En el caso de una función real de una variable real, y =f(x), en algunos casos es preferible, tratándose del par ordenado (x,y) , expresar cada una de las coordenadas como una función; esto es x= g(t) , y = h(t). De tal manera que a t se le denomina parámetro' y al sistema formado por x= g(t) , y = h(t) se denomina ecuaciones paramétricas.de la función. Extendiendo este concepto para el caso de curvas se puede hablar que las ecuaciones x= g(t) , y = h(t) definen una curva recorriendo algún intervalo de números reales. ✔ Las ecuaciones paramétricas x = 2t-5, y = 4t - 7, que corresponden a la recta de ecuación y=2x+3. ✔ Las de la cicloide son x = a(t-sent), y = a( 1-cost); siendo a el radio de la circunferencia rodante sin resbalamiento por una recta horizontal; t el ángulo central de la circunferencia , cuyo uno de los lados pasa por un punto de la cicloide y el otro, por el punto de contacto de la circunferencia con la recta donde rueda. 6
  7. 7. En el espacio ✔ En el espacio R3 cada punto de una curva se puede definir por un sistema de tres ecuaciones x= x(t), y = y(t), z= z(t). Como ejemplo , la hélice circular tiene l estas ecuaciones paramétricas x = a cos t, y = a sen t, z = bt ✔ Para describir una superficie en el espacio R3 se emplean dos parámetros.: s, t. y el correspondiente sistema de tres ecuaciones paramétricas es x = x(s,t), y = y(s,t), z = z(s,t), resolviendo para s y t el sistema formado por las dos primeras ecuaciones y reemplazando en la ecuación z= z(s,t) se puede obtener z= f(x,y) o bien F(x,y,z) = 0 Por ejemplo para la esfera, el sistema de ecuaciones paramétricas es x = a cos s sent, y = asen s sen t , z = a cos t. ✔ Se aplica en el estudio de la curvatura, radio de curvatura de una curva plana, la curvatura y la torsión de una curva en el espacio; plano tangente de una superficie., etc. y da motiva a la llamada derivación de ecuaciones paramétricas con resultados peculiares. 7
  8. 8. Ecuación Vectorial La ecuación vectorial de una recta r que pasa por un punto fijo P0(x0, y0) y que tiene como vector director v(v1, v2) se expresa de la siguiente manera: Expresado en coordenadas viene dada por: 8
  9. 9. 9 El sistema de coordenadas cartesianos está definido por un par de rectas graduadas perpendiculares que sirven para determinar la posición de los puntos del plano. Todo punto P queda situado en un plano mediante un par de números (x, y) llamadas coordenadas cartesianas del punto P. Los conjuntos de puntos que satisfacen una determinada ecuación son curvas en el plano. La ecuación en la forma F(x, y) = 0 es una ecuación implícita de la curva en el plano. Si despejamos una variable, por ejemplo la y, obtenemos la expresión y = f(x) que es la ecuación explícita de la curva. Coordenadas Cartesianas
  10. 10. Grafica de Ecuaciones Paramétricas
  11. 11. 11 Dibuje la curva definida por las ecuaciones paramétricas x = t 2 , y = t + 1, -∞< t < ∞. Elaboramos una pequeña tabla de valores, graficamos los puntos (x, y) y trazamos una curva suave que pase por ellos). A cada valor de t corresponde un punto (x, y) sobre la curva; por ejemplo, a t = 1 le corresponde el punto (1, 2). Si pensamos que la curva es la trayectoria de una partícula en movimiento, entonces, la partícula se desplaza a lo largo de la curva en la dirección de las flechas que se muestran en la figura 11.2. Si bien los intervalos de tiempo son iguales en la tabla, los puntos consecutivos trazados a lo largo de la curva no están a las mismas distancias sobre el arco de la curva. La razón es que la partícula reduce su velocidad mientras se aproxima al eje y a lo largo de la rama inferior de la curva conforme t aumenta, y luego acelera después de alcanzar el eje y en (0, 1) desplazándose a lo largo de la rama superior. Como el intervalo de valores para t está compuesto por números reales, no existe un punto inicial ni uno final de la curva. Curva o Superficie en el plano, mediante la aplicación de las ecuaciones paramétricas
  12. 12. 12
  13. 13. Transformar las ecuaciones paramétricas a las cartesianas
  14. 14. 14 Cualquier punto P queda situado mediante la terna de números (x, y, z) llamados coordenadas cartesianas. Los planos de ecuación Ax + By + Cz + D = 0 son ejemplos de superficies en el espacio.
  15. 15. Determinar las ecuaciones vectorial y paramétricas del plano que pasa por el punto y es paralelo a los vectores y Solución. ecuación vectorial Las ecuaciones paramétricas del plano son Si eliminamos los parámetros y t obtenemos la ecuación cartesiana del plano es 15 Demostración
  16. 16. 16
  17. 17. 17
  18. 18. Longitud de Arco en Ecuaciones Paramétricas
  19. 19. Generalidades Se dice que una curva C, dada paramétricamente por x = f(t), y = g(t) en [a,b] es alisada si f ' y g'son continuas en [a,b] y no son simultáneamente nulas en (a,b). Si C es una curva alisada, entonces podemos calcular su longitud de la siguiente manera: Hacemos una partición del intervalo [a,b] (del parámetro t) dada por a = t0 < t1 < t2 < ... < tn = b A cada valor de t en la partición le corresponde un punto sobre la curva. Uniendo los puntos consecutivos con una recta obtenemos una aproximación a la curva, y la suma de las longitudes de las rectas es una aproximación a la longitud de la curva. 19
  20. 20. Ejemplo o x(t) = 2 + sen t y(t) = t Intervalo: 0 ≤ t ≤ 9π/5 La longitud de la curva es ≈ 6.77959 20
  21. 21. Hallar la longitud de arco mediante las ecuaciones paramétricas: Derivando la ecuación paramétrica “x”: Derivando la ecuación paramétrica “y”: Entonces los parámetros a utilizar en la fórmula de la longitud de arco: 21
  22. 22. Sustituyendo 22
  23. 23. Donde “u” representa “unidades”. 23
  24. 24. Movimiento de un Proyectil 24 El movimiento de una partícula a lo largo de una curva se llama movimiento curvilíneo. Se demuestra que el movimiento de un proyectil ocurre en un plano, digamos el plano xy, y que dicho movimiento está regido por el hecho de que su aceleración en las direcciones x, y satisface las condiciones  ax = 0, ay = - g, en donde g es la aceleración de la gravedad, y por definición de aceleración,  ax = x´´(t), ay = y´´(t). En t = 0 se toma x = xo, y = yo y las componentes de la velocidad inicial vo son vox = vo Cos(θ) ,voy = vo Sen(θ),
  25. 25. Ejemplo vo = 10 m/s ânguloθ =π /6 vox = 10 cos (π/6) = 5(3)1/2 voy = 10 sen (π/6) = 5 Integrando las ecuaciones de las componentes de la aceleración con respecto al tiempo, obtenemos las componentes de la velocidad en las direcciones x, y. ax = 0;ay = -9.8 vx - vox = ˩ to ax dt = 0 vx = vox vy - voy = ˩ to ay dt = -9.8 t vy = voy - 9.8 t 25
  26. 26. Integrando estas con respecto al tiempo, obtenemos las componentes de la posición. x = xo + vox t, y = yo +voy t - 1/2 g t2 En estas últimas ecuaciones, las coordenadas (x, y) de la partícula dependen de un parámetro, que es el tiempo t. A ecuaciones de este tipo se les llama ecuaciones paramétricas y describen el movimiento de la partícula en un intervalo 0 <= t <= T. En el presente ejemplo, T es el tiempo en el que la partícula choca contra el suelo. Observa el movimiento de la partícula, dadas las condiciones iniciales xo = 1, yo = 1.5, vo = 10 y el ángulo θ = 30°. x(t) = 1 + 5(3)1/2t y(t) = 1.5 + 5t - 4.9t2 Las ecuaciones paramétricas dadas describen la trayectoria de la partícula, que en este caso es una parábola. 26
  27. 27. Ejemplo 1) Halla la ecuación vectorial y paramétrica que pasa por el punto A(3, 1) y tiene como vector director v(1, -2). 27
  28. 28. 2) Encuentra la ecuación vectorial y paramétrica que pasa por los puntos A(3 , 2) y B(1 , -1). 28
  29. 29. Conclusión Las ecuaciones paramétricas y vectoriales como observamos tienen varios usos en diferentes campos de las matemáticas, y nos permiten infinidad de soluciones. Es imprescindible tener conocimiento de ello, para que en un futuro gracias a las ecuaciones paramétricas podamos hacer diversos cálculos en la vida cotidiana ya sea para la mejora de la vida de toda una ciudad como la facilitación de otra. 29
  30. 30. Anexos ✔ https://youtu.be/9c_Auawm-6o ✔ https://youtu.be/VjSDKukHubA ✔ https://youtu.be/1x5zGY9DOdg 30
  31. 31. 31 Bibliografía 1. https://www.ecured.cu/Ecuaciones_param%C3%A9tricas 2. http://www.pearsonenespanol.com/docs/librariesprovider5/files_recursosmcc/thomas_una_variable_13 e_cap11.pdf?sfvrsn=4 3. https://ekuatio.com/ecuaciones-vectorial-y-parametricas-de-la-recta-ejercicios-resueltos/ 4. https://calculo.cc/temas/temas_geometria_analitica/recta/teoria/ecuaciones_recta.html 5. https://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_param%C3%A9trica 6. http://www3.uacj.mx/CGTI/CDTE/JPM/Documents/IIT/sterraza/mate2016/ecsparam/ecspm_ecspm.html
  32. 32. ¡Gracias por su Atención! 32

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