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VICTOR LEON PRESENTACION PLANO NUMERICO.pdf

10 de Feb de 2023
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  1. República Bolivariana de Venezuela Ministerio de popular para la educación Universitaria Universidad Politécnica territorial “Andrés Eloy Blanco” PRESENTACIÓN PLANO NUMERICO Prof.: Larry Segueri Estudiante: Víctor León C.I: 31.132.420
  2. PLANO NUMERICO O CARTESIANO El plano cartesiano o sistema de ejes coordenados es un sistema de referencia conformado por dos líneas numeradas se interceptan. Recibe este nombre en honor al matemático y filósofo René Descartes (1596-1650). Características del plano cartesiano • Los ejes de coordenadas son perpendiculares entre sí. • Las escalas de los ejes son iguales. • Los números positivos están a la derecha del origen en el eje de las x y por arriba del origen en el eje de las y. • Los puntos en los ejes no pertenecen a ningún cuadrante. • Es bidimensional. Partes del plano cartesiano En el plano cartesiano se pueden identificar varios elementos: • Los ejes de coordenadas: son dos líneas numeradas que se cruzan delimitando ángulos rectos entre sí. • El origen: es el punto de intersección entre los dos ejes de coordenadas. • El eje de abscisas o eje de las x: es la línea horizontal de los ejes de coordenadas. Hacia la derecha del origen se encuentran los valores positivos, hacia la izquierda, se encuentran los valores negativos. • El eje de ordenadas o eje de las y: es la línea vertical de los ejes de coordenadas. Por arriba del origen se encuentran los valores positivos; por debajo, los valores negativos. • Los cuadrantes del plano cartesiano: son las cuatros regiones en que se divide el plano por causa de los ejes x y y. En el primer cuadrante, los valores de x y 𝑦 son positivos; en el
  3. segundo cuadrante, los valores de x son negativos y los de y son positivos; en el tercer cuadrante, tanto x como y son negativos; en el cuarto cuadrante, los valores de x son positivos y los de y son negativos. Ejemplo plano cartesiano con coordenadas En el plano cartesiano abajo están localizados varios puntos, cuyas coordenadas cartesianas son: • punto A = (2,2) en el primer cuadrante; • punto B = (-7,4) en el segundo cuadrante; • punto C = (-7, -3) en el tercer cuadrante; • punto D = (3, -5) en el cuarto cuadrante; • punto E = (5, 4) en el primer cuadrante; • punto F = (-2, 1) en el segundo cuadrante; • punto G = (-3, -3) en el tercer cuadrante y • punto H = (3, -2) en el cuarto cuadrante. Ejercicios de planos cartesianos 1. Escriba los pares ordenados de los puntos A, B, C, D, E, F, G y H en el siguiente plano cartesiano:
  4. Respuesta: A = (2, 5); B = (-5, 3); C = (-5, -2); D = (2,-5); E = (5, 2); F = (-3, 2); G = (-4, -4); H = (4, -3). DISTANCIA ENTRE PUNTOS Cuando los puntos se encuentran ubicados sobre el eje x o en una recta paralela a este eje, la distancia entre los puntos corresponde al valor absoluto de la diferencia de sus abscisas. Ejemplo: La distancia entre los puntos (-4,0) y (5,0) es 4 + 5 = 9 unidades. Cuando los puntos se encuentran ubicados sobre el eje y o en una recta paralela a este eje, la distancia entre los puntos corresponde al valor absoluto de la diferencia de sus ordenadas. Ahora si los puntos se encuentran en cualquier lugar del sistema de coordenadas, la distancia queda determinada por la relación: Para demostrar esta relación se deben ubicar los puntos A (𝑥1, 𝑦1) y B (𝑥2, 𝑦2) en el sistema de coordenadas, luego formar un triángulo rectángulo de hipotenusa 𝐴𝐵 y emplear el teorema de pitágoras. Ejemplo: Calcula la distancia entre los puntos A (7,5) y B (4,1) 𝐴(𝑋1,𝑌1)
  5. 𝐵(𝑋2,𝑌2) 𝑋𝑚 = 𝑋1 + 𝑋2 2 𝑌𝑚 = 𝑌1 + 𝑌2 2 𝑑 = 5 unidades PUNTO MEDIO Y SUS COORDENADAS El punto medio, es el punto que se encuentra a la misma distancia de otros dos puntos cualquiera o extremos de un segmento. Si es un segmento, el punto medio es el que lo divide en dos partes iguales. Sean 𝐴(𝑋1, 𝑌1, 𝑍1 y 𝐵(𝑋2,𝑌2, 𝑍2) los extremos de un segmento, el punto medio del segmento viene dado por: 𝑀( 𝑋1 + 𝑋2 2 , 𝑌1 + 𝑌2 2 , 𝑍1 + 𝑍2 2 ) Ejemplo: Dados los puntos 𝐴(3, −2,5) y 𝐵(3,1,7), hallar las coordenadas del punto medio del segmento que determinan. Utilizando la fórmula de las coordenadas del punto medio tendremos 𝑀 ( 𝑋1 + 𝑋2 2 , 𝑌1 + 𝑌2 2 , 𝑍1 + 𝑍2 2 ) = ( 3 + 3 2 , −2 + 1 2 , 5 + 7 2 ) Entonces 𝑀 (3, 1 2 , 6) Ejemplo: Las coordenadas de los vértices consecutivos de un paralelogramo son 𝐴(1,0,0) y 𝐵(0,1,0). Las coordenadas del centro 𝑀 son 𝑀(0,0,1). Hallar las coordenadas de los vértices 𝐶 𝑦 𝐷.
  6. Observemos que 𝑀 es el punto medio entre los vértices 𝐴 𝑦 𝐶 , pero también es el punto medio entre los vértices 𝐵 𝑦 𝐷. Al ser punto medio debe cumplir con la fórmula de las coordenadas del punto medio, utilizaremos esta para calcular los vértices restantes. Vértice C: (0,0,1) = ( 1 + 𝑋𝑐 2 , 0 + 𝑌𝑐 2 , 0 + 𝑍𝑐 2 ) Entonces 0 = 1 + 𝑋𝑐 2 0 = 0 + 𝑌𝑐 2 1 = 0 + 𝑍𝑐 2 Por lo tanto 𝑋𝑐 = −1 𝑌𝑐 = 0 𝑍𝑐 = 2 es decir, el vértice C es (−1,0,2). Vértice D: (0,0,1) = ( 0 + 𝑋𝐷 2 , 1 + 𝑌𝐷 2 , 0 + 𝑍𝐷 2 ) Entonces 0 = 0 + 𝑋𝐷 2 0 = 1 + 𝑌𝐷 2 1 = 0 + 𝑍𝐷 2 Por lo tanto 𝑋𝐷 = 0 𝑌𝐷 = 1 𝑍𝐷 = 2 y de aquí tendremos que 𝐷(0, −1,2). ECUACIONES Y TRAZADO DE CIRCUNFERENCIAS Una circunferencia se define como el lugar geométrico de los puntos del plano equidistantes de otro, llamado centro de la circunferencia. No debemos nunca confundir el concepto de círculo con el concepto de circunferencia, que en
  7. realidad una circunferencia es la curva que encierra a un círculo (la circunferencia es una curva, el círculo una superficie). A continuación vemos una imagen de una circunferencia. En realidad, y de manera más sencilla, una circunferencia es el conjunto de puntos situados en el plano todos a la misma distancia de un mismo punto central, al que llamaremos centro, y del que hablaremos más adelante con detalle en la parte de elementos básicos de la circunferencia. En la imagen expuesta arriba se pueden ver todos los elementos que vamos a nombrar a continuación: • Centro: punto central que está a la misma distancia de todos los puntos pertenecientes a la circunferencia. • Radio: pedazo de recta que une el centro con cualquier punto perteneciente a la circunferencia. • Cuerda: pedazo de recta que une dos puntos cualesquiera de una circunferencia. • Diámetro: mayor cuerda que une dos puntos de una circunferencia. Hay infinitos diámetros y todos pasan por el centro de la circunferencia. • Recta secante: recta que corta dos puntos cualesquiera de una circunferencia. • Recta tangente: recta que toca a la circunferencia en un solo punto y es perpendicular a un radio. Ecuación analítica de la circunferencia
  8. Si hacemos coincidir el centro con el origen de coordenadas, las coordenadas de cualquier punto de la circunferencia (x, y) determina un triángulo rectángulo, y por supuesto que responde al teorema de Pitágoras: r2 = x2 + y2 . Puesto que la distancia entre el centro (a, b) y uno cualquiera de los puntos (x, y) de la circunferencia es constante e igual al radio r tendremos que: r2 = (x – a)2 + (y – b)2 Llamada canónica podemos desarrollarla resolviendo los cuadrados (trinomio cuadrado perfecto) y obtenemos. 𝑥2 + 𝑦2 – 2𝑎𝑥 – 2𝑏𝑦 – 𝑟2 = 0. Si reemplazamos – 2a = D; – 2b = E; F = a2 + b2 – r2 tendremos que: 𝑥2 + 𝑦 2 + 𝐷𝑥 + 𝐸𝑦 + 𝐹 = 0 Ejemplo: Si tenemos la ecuación 𝑥2 + 𝑦 2 + 6𝑥 – 8𝑦 – 11 = 0 Entonces tenemos que: 𝐷 = 6 → 6 = – 2𝑎 → 𝑎 = – 3 𝐸 = – 8 → – 8 = – 2𝑏 → 𝑏 = 4 El centro de la circunferencia es (– 3, 4). Hallemos el radio 𝐹 = (– 3) 2 + 42 – 𝑟 2 → – 11 = (– 3)2 + 42 – 𝑟 2 → 𝑟 = 6 La ecuación de la circunferencia queda: (𝑥 + 3)2 + (𝑦 – 4)2 = 36 PARÁBOLA Y SUS ELEMENTOS Una parábola queda definida por el conjunto de los puntos del plano que equidistan de una recta fija y un punto fijo: Elementos de la parábola
  9. • Foco: Es el punto fijo F. • Directriz: Es la recta fija D. • Parámetro: A la distancia entre el foco y la directriz de una parábola se le llama parámetro p. • Eje: La recta perpendicular a la directriz y que pasa por el foco recibe el nombre de eje. Es el eje de simetría de la parábola. • Vértice: Es el punto medio entre el foco y la directriz. También se puede ver como el punto de intersección del eje con la parábola. • Radio vector: Es el segmento que une un punto cualquiera de la parábola con el foco. Ecuación analítica de la parábola Supongamos que el foco esté situado en el punto (0,c) y la directriz es la recta y = – c, por lo tanto el vértice está en su punto medio (0,0), si tomamos un punto cualquiera P = (x , y) de la parábola y un punto Q = (x, – c) de la recta debe de cumplirse que: PF = PQ Elevando al cuadrado ambos miembros: 𝑥2 = 4𝑐𝑦 Si la parábola no tiene su vértice en (0,0) si no en (p, q) entonces la ecuación sería: (𝑥– 𝑝)2 = 4𝑐(𝑦 – 𝑞) desarrollando la ecuación tendremos: 𝑥2 + 𝑝2 – 2𝑥𝑝 – 4𝑐𝑦 + 4𝑐𝑞 = 0 Si hacemos 𝐷 = – 2𝑝 𝐸 = – 4𝑐 𝐹 = 𝑝2 + 4𝑐𝑞 obtendremos que es: 𝑥2 + 𝐷𝑥 + 𝐸𝑦 + 𝐹 = 0, en la que podemos observar que falta el término de y2 .
  10. Observación: es de destacar que el término x y no aparece, la razón es que se ha supuesto que los ejes de simetría de las cónicas son paralelos a los ejes de coordenadas; en caso contrario aparecería este término, que como es lógico dependerá del ángulo de inclinación de los ejes. ELIPSE Y SUS ELEMENTOS Es el lugar geométrico de los puntos del plano cuya suma de distancias a dos puntos fijos llamados focos es constante. Elementos de la elipse: • Focos: Son los puntos fijos F y F'. • Eje focal: Es la recta que pasa por los focos. • Eje secundario: Es la mediatriz del segmento FF'. • Centro: Es el punto de intersección de los ejes. • Radios vectores: Son los segmentos que van desde un punto de la elipse a los focos: PF y PF'. • Distancia focal: Es el segmento segmento de longitud 2c, c es el valor de la semidistancia focal. • Vértices: Son los puntos de intersección de la elipse con los ejes: A, A', B y B'. • Eje mayor: Es el segmento segmento de longitud 2a, a es el valor del semieje mayor. • Eje menor: Es el segmento segmento de longitud 2b, b es el valor del semieje menor. • Ejes de simetría: Son las rectas que contienen al eje mayor o al eje menor. • Centro de simetría: Coincide con el centro de la elipse, que es el punto de intersección de los ejes de simetría. Relación entre la distancia focal y los semiejes
  11. Ecuación analítica de la elipse Para simplificar la explicación ubiquemos a los focos sobre el eje de las x, situados en los puntos F (c,0) y F' (– c,0). Tomemos un punto cualquiera P de la elipse cuyas coordenadas son (x, y). En el caso de la elipse la suma de las distancias entre PF y PF' es igual al doble del radio sobre el eje x. Entonces: PF + PF' = 2a. Aplicando Pitágoras tenemos que: Elevamos al cuadrado ambos miembros para sacar las raíces y desarrollamos los cuadrados. Si la elipse estuviese centrada en un punto cualquiera (p, q) la ecuación debería de ser: Si desarrollamos los cuadrados obtendremos que: b2 x2 + a2 y2 – 2xpb2 – 2yqa2 + p2 b2 + q2 a2 – a2 b2 = 0 Si hacemos: A = b2 B = a2 C = – 2pb2 D = – 2qa2 E = p2 b2 + q2 a2 – a2 b2 tendremos la ecuación: Ax2 + By2 + Cx + Dy + E = 0, donde podemos comprobar que es igual que la de la circunferencia excepto que los términos A y B no tienen porqué ser iguales. Ejemplo: Si tenemos la ecuación 4x2 + 9y2 + 24x – 8y + 81 = 0 Entonces tenemos que: A = 4 Þ 4 = b2 Þ b = 2; B = 9 Þ 9 = a2 Þ a = 3 Los radios de la elipse son: sobre el eje x = a = 3; sobre el eje y = b = 2. Hallemos en centro (p, q). C = 24 Þ 24 = – 2pb2 Þ p = – 3
  12. D = – 54 Þ – 54 = – 2qa2 Þ q = 3 El centro es, entonces, (p, q) = (– 3, 3). Para verificar que se trate de una elipse calculemos E que debe tener el valor de 81. E = p2 b2 + q2 a2 – a2 b2 = 81 La ecuación de la elipse queda: (𝑥 + 3)2 9 + (𝑦 − 3)2 4 = 1 HIPÉRBOLA Y SUS ELEMENTOS Es el lugar geométrico de los puntos del plano cuya diferencia de distancias a dos puntos fijos llamados focos es constante. Elementos de la hipérbola: • Focos: Son los puntos fijos F y F'. • Eje principal o real: Es la recta que pasa por los focos. • Eje secundario o imaginario: Es la mediatriz del segmento FF'. • Centro: Es el punto de intersección de los ejes. • Vértices: Los puntos A y A' son los puntos de intersección de la hipérbola con el eje focal. Los puntos B y B' se obtienen como intersección del eje imaginario con la circunferencia que tiene por centro uno de los vértices y de radio c. • Radios vectores: Son los segmentos que van desde un punto de la hipérbola a los focos: PF y PF'. • Distancia focal: Es el segmento de longitud 2c. • Eje mayor: Es el segmento de longitud 2a. • Eje menor: Es el segmento de longitud 2b.
  13. • Ejes de simetría: Son las rectas que contienen al eje real o al eje imaginario. • Asíntotas: Son las rectas de ecuaciones: • Relación entre los semiejes: 𝐶2 = 𝑎2 + 𝑏2 Ecuación analítica de la hipérbola Nuevamente ubiquemos los focos sobre el eje x, F = (c,0) y F' = (– c,0), y tomemos un punto cualquiera P = (x, y) de la hipérbola. En este caso, la diferencia de las distancias entre PF y PF' es igual al doble de la distancia que hay entre el centro de coordenadas y la intersección de la hipérbola con el eje x. Entonces tendremos que: PF – PF' = 2a Elevando al cuadrado ambos miembros y procediendo matemáticamente podemos llegar a esta expresión: (c2 – a2 ). x2 – a2 y2 – (c2 – a2 ) a2 = 0. Nuevamente a partir del dibujo y aplicando Pitágoras podemos obtener que c2 = a2 + b2 y por lo tanto la ecuación nos queda: b2 x2 – a2 y2 = a2 b2 . Dividiendo cada término por a2 b2 obtenemos: Si la hipérbola estuviese centrada en un punto cualquiera (p, q) la ecuación debería de ser: Si desarrollamos los cuadrados obtendremos que: b2 x2 – a2 y2 – 2xpb2 + 2yqa2 + p2 b2 – q2 a2 – a2 b2 = 0 Si hacemos: A = b2 B = – a2
  14. C = – 2pb2 D = 2qa2 E = p2 b2 – q2 a2 – a2 b2 tendremos la ecuación: Ax2 – By2 + Cx + Dy + E = 0, donde podemos comprobar que es igual que la de la circunferencia, o una elipse, excepto que los términos A y B no tienen porqué ser iguales.
  15. BIBLIOGRAFIA https://www.todamateria.com/plano-cartesiano/ https://www.cecyt3.ipn.mx/ibiblioteca/mundodelasmatematicas/DistanciaEntreDosPuntos.html https://www.superprof.es/apuntes/escolar/matematicas/analitica/recta/punto- medio.html#:~:text=del%20punto%20medio- ,Punto%20medio%20y%20sus%20coordenadas,divide%20en%20dos%20partes%20iguales. https://www.cecyt3.ipn.mx/ibiblioteca/mundodelasmatematicas/ConceptoDeCircunferenciaYSusE lementos.html http://zambranosanchez.es/Apuntes%20Web/Paginas%20web%20de%20Matematicas/Analisis_Al gebra/matem/matematica/Conicas.htm
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