Vectores (teoría). Producto escalar y 1 ejercicio - Contenido educativo
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Lo primero, recordad los ejes de coordenadas. Al eje horizontal le llamamos X, al eje vertical le llamamos Y y en estos momentos estamos trabajando en el plano.
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En el plano delimitado por unos ejes que se llaman 0x, ox y el eje oi. El punto 0,0 es el punto de corte donde se cruzan ambos ejes.
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Entonces vamos a hacer aquí una pequeña escala, para que no me quede tan concentrado me voy de dos en dos cuadritos y vosotros podéis hacer lo mismo en el cuaderno si queréis tomar apuntes.
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Hacia la derecha son positivos y hacia la izquierda negativos y en el eje Y hacia arriba son positivos y hacia abajo negativos.
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Entonces vamos a empezar, ya os digo, en el plano.
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Vamos a ver cómo expresaríamos en el plano un punto
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A los puntos los vamos a llamar por letras mayúsculas
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Por ejemplo P, Q y así
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P, Q, R, se suele empezar por la P de punto y luego vamos siguiendo
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Entonces imaginaos que os digo, vamos a coger el punto P
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Cuyas coordenadas son 1, menos 2
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¿Dónde estaría ese punto?
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¿Lo sabréis dibujar?
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El punto 1 menos 2
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El primer valor indica hacia dónde tengo que moverme en el eje X
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Y el segundo valor indica hacia dónde tengo que moverme en el eje Y
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Entonces, mi punto P estaría
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Voy a hacer los negativos de aquí
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Estaría en el 1 menos 2
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O sea, estaría justamente aquí
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Sandra, ¿lo ves?
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Bueno, venga, pues ahora vamos a ver qué es un vector
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Imaginaos que digo, voy a mover mi punto P
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Le voy a mover 2 menos 3
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Eso significa que desde donde estoy, no desde el origen, voy a moverme dos unidades hacia la derecha y tres unidades hacia abajo, ¿vale?
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Entonces, ¿cómo haría eso? Pues si desde donde estoy me muevo dos hacia la derecha, son una y dos, recordad que yo estoy tomando las unidades cada dos cuadraditos
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O sea, sería como una suma
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Me voy dos a la derecha y tres hacia abajo
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Una, dos y tres
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Me voy aquí
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¿Vale?
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O sea, me desplazo dos hacia la derecha
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Que son una y dos
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Y tres hacia abajo
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Porque tengo un menos tres
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Una, dos y tres
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¿Vale? O sea, me he venido hasta aquí
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Bueno, pues a esto que he hecho
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A decir que este punto se desplaza 2, menos 3, lo representamos así, mediante una línea que une el origen con el final y una flecha.
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Y a esto se le llama vector, concretamente a este se le llama vector desplazamiento, porque he movido mi punto P, y ahora le voy a llamar a este P'.
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Es decir, un punto se define con dos coordenadas en el plano
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Y un vector tiene un origen, un final
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Pero resulta, la diferencia es que el vector tiene una dirección, un sentido y un valor
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¿Vale? Valor es lo que mida esta flecha de aquí
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O sea, un punto es una cosa estática, que solo la defino dándole sus coordenadas, pero el vector, en este caso, el que me sirve para decir cómo se ha desplazado mi punto P, el vector va a tener dirección, sentido y valor, y al valor concretamente se le llama módulo, ¿vale?
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No, porque tendrías una cosa distinta. Tú puedes hacer primero, si quieres, el venirte tres para abajo y luego dos a la derecha. Eso te da lo mismo. Pero no puedes hacer... Vamos a volver al punto P y vamos a utilizar otro vector de desplazamiento.
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Los vectores se representan con letras como u, v y se les pone una flechita encima.
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Vamos a mover el punto P, pero ahora según el vector, menos 2, 3.
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A ver a dónde llego.
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Venga, estábamos aquí.
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¿Qué significa hacer menos 2?
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Que vengo para la izquierda.
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1 y 2.
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Y llego aquí.
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Y 3 voy hacia arriba.
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1, 2 y 3.
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Y llegaría aquí.
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¿Vale? O sea, no es lo mismo. El vector este es...
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No, pero me refiero a que...
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Sí. Bueno, si esto va a ser... estemos empezando.
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¿Por qué? ¿Te preocupa alguna cosa? Porque esto hay que entenderlo para poder entender lo siguiente, ¿vale?
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Es curioso.
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Sí, sí. De hecho, vamos a utilizar este ejemplo, esta cosa que has preguntado. No va a venir bien.
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Bien, fijaos, las características de un vector son el módulo, es su valor, las unidades que mide, tiene una dirección y tiene un sentido.
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Entonces, los dos vectores que hemos utilizado, el 2, menos 3 y el menos 2, 3
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Tienen la misma dirección, pero sentido contrario
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La dirección es la de la recta en la que están
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Pero uno va, digamos, hacia abajo y otro va hacia arriba
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Entonces, estas son las características de un vector
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La dirección y el sentido solo se pueden ver gráficamente o a través de ángulos y cosas así
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Pero el módulo le tenemos que aprender a calcular
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Pero el módulo es muy fácil, muy fácil de calcular
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Porque para calcular el módulo podemos utilizar el teorema de Pitágoras
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Os enseño un ejemplo.
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¿Por qué? Pues porque yo estaba en el punto A y me he ido hasta B. Entonces me dicen que el vector es 4, 5. Y me piden que calcule cuál es el valor, o sea, cuánto vale, cuánto mide la línea azul, si la tuviera que medir.
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Bueno, pues ¿cuánto mide la línea azul? Es la hipotenusa de un triángulo
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¿Y cuánto valen los lados del triángulo? Pues justo lo que me he desplazado hacia la derecha y lo que me he desplazado hacia arriba
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O sea, que lo que tengo aquí entre paréntesis son los dos catetos de un triángulo
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Con lo cual lo que mide el vector es la hipotenusa
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O sea, el módulo de un vector lo vamos a calcular como el lado al cuadrado más el lado al cuadrado y a eso le hacemos la raíz.
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O sea, es la hipotenusa de un triángulo rectángulo.
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¿Vale?
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Entonces, si nos venimos aquí a nuestro vector, el azul, que el otro era otra prueba,
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Vamos a llamarle u. Para nosotros es, si le ponemos esta flechita aquí encima, implica que estamos hablando de vectores y no de puntos, que lo podemos confundir.
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Para nosotros U es el vector 2 menos 3
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U es el vector 2 menos 3
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Entonces, vamos a calcular su valor
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Bueno, pues su valor es
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Se expresa así
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Metiéndolo entre dos barras
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¿Vale?
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El módulo de un vector se expresa así
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esto es una flechita
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que aquí en la pizarra me sale un poco mal
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pues es
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ya os digo el valor
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de la hipotenusa del triángulo
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rectángulo
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que forman sus coordenadas
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o sea es la raíz cuadrada de 2 al cuadrado
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más
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menos 3 al cuadrado
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luego es la raíz cuadrada
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de 4 más 9
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es raíz de 3
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lo que ve
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lo podéis hacer con la calculadora
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o lo dejamos así como raíz de 3
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¿vamos bien?
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bueno, pues la cosa se complica
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cuando nos vamos al espacio
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imaginaos que os digo
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tenemos el vector
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v
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dado por 2
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3
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3
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¿qué significa eso?
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del punto que puso antes, ¿verdad?
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no, cuando no te dicen nada
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es muy buena pregunta, Miguel.
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Cuando no te dicen nada, partimos de aquí,
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del 0, del 0.
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Entonces ahora necesitamos
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tres ejes.
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En el espacio
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este suele ser el eje Y
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y este suele ser el eje Z.
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Pero dibujar en un papel una cosa
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del espacio ya es muy complicada.
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Entonces me tendría que venir
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dos por aquí, tres por aquí
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y tres hacia arriba.
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Y no voy a tener ni idea de volumen ni nada.
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Para eso está
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el geogebra, ese mismo vector
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ese mismo vector
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lo tengo aquí
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eso es, el geogebra nos permite
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hacer este tipo de cosas, dibujar en tres
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dimensiones, vale
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dos, tres y tres
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o sea me he venido dos por el rojo
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tres por el
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azul y tres por el verde
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y he llegado a este punto de aquí
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entonces mi vector
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es el que está representado con la línea negra
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¿Vale? Nosotros obviamente en un papel y en ejercicios y eso no vamos a poder hacer este tipo de dibujos, pero sí que es muy útil que veamos, que nos hagamos una idea en el espacio a qué se refieren.
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¿Vale? Pregunto, ¿cómo calcularíamos cuánto vale el valor de este vector, el módulo de este vector?
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Ahí tenemos este...
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Es exactamente igual. La raíz cuadrada de 2 al cuadrado más 3 al cuadrado más 3 al cuadrado.
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¿Vale? O sea, que estemos en el espacio, lo único que añadimos es una coordenada más.
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Pero todo lo que veamos para el plano lo podemos llevar al espacio.
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¿De acuerdo?
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Bueno, vamos a intentar trabajar en el plano, pero que en el espacio sería exactamente igual.
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lo que pasa es que con una coordenada más
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¿de acuerdo?
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bueno, pues vuelvo
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a este de aquí
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y vamos a ver
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que
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más cosas que tenemos que saber
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de los vectores
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vuelvo a
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al plano
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que es mucho más sencillo
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y luego
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lo extendemos al espacio
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hablando de forma
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genérica, ya os digo, un vector, le llamamos, con la V de vector le ponemos una flechita
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encima y le damos dos coordenadas. Esas dos coordenadas, para hablar así en general,
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las vamos a llamar V1 y V2. Vuelvo a dibujar aquí, aunque sea un poco una chapuza, los
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ejes de coordenadas. Las flechas indican las direcciones positivas, nada más. Y me voy
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dibujar aquí un vector, el vector v. Bueno, pues entonces, v1 es esto, esta distancia,
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lo que he ido por el eje de las x. ¿Vale? La primera de las coordenadas es, si empiezo
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aquí en el punto 0, 0, lo que me desplazo por el eje x, hacia la derecha, y si tuviera
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un signo menos, iría hacia la izquierda. Y v2 es lo que me desplazo por el eje vertical.
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Esto sería v2. Entonces, si voy v1 para la derecha y v2 para arriba, llego aquí, a este
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punto. Y entonces mi vector es la línea que va del origen al punto a donde he llegado.
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¿Vale? Entonces, hemos dicho, el módulo del vector se representa, metiéndolo así entre barras de valor absoluto
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Algunas veces lo veréis como dobles, pero es lo mismo, nos referimos a la misma cosa
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Y es la raíz cuadrada de v1 al cuadrado más v2 al cuadrado
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Porque esto no deja de ser un triángulo rectángulo
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Y este lado de aquí también es V2. Entonces conozco cateto, cateto y el vector, el V, es la hipotenusa. V1, V2 son los catetos y V es la hipotenusa. Por eso el módulo lo calculo como raíz cuadrada de V1 al cuadrado más V2 al cuadrado.
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Más cosas. La pendiente de la recta donde está contenido el vector me puede servir para saber la dirección.
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Entonces la pendiente de una recta siempre se suele llamar M
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Cuando veíamos funciones decíamos las rectas son de este tipo
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M, X, más N
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Esto es una línea recta
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A N le llamamos ordenada en el origen y M en la pendiente
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Que me da una idea de si está inclinada hacia un lado o hacia el otro
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Si es muy grande la inclinación o no. Entonces, esta recta, las rectas son infinitas, es la que os estoy dibujando con puntos suspensivos, es la que me indica la dirección de este vector.
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Entonces, la dirección de este vector es su pendiente y la pendiente es siempre la V2 partido de la V1. O sea, lo que subo dividido por lo que avanzo.
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Cuando me dicen, uy, ¿qué cuesta más grande? Es de un 10%. Significa que subo 10 metros cuando avanzo 100, ¿vale? 10% de pendiente. Lo que subo entre lo que avanzo.
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Bueno, pues esto me lleva a una cosa que podría ser perfectamente una pregunta, un ejercicio, que sería, ¿cómo sé si dos vectores son paralelos?
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O sea, a mí me dan este vector, y me voy a dibujar otro por aquí de color verde cualquiera. Este vector, más o menos se ve que son paralelos.
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Pero, ¿cómo, matemáticamente, cómo determino si son paralelos o no, dos vectores? Pues porque tienen que tener la misma dirección y entonces la misma dirección la tienen si tienen la misma pendiente.
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Luego, requisito para que dos vectores sean paralelos, que tengan la misma pendiente.
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Bien, hablando en general, si hemos puesto un vector v, vamos a llamar al otro w, y sus coordenadas van a ser w1 y w2.
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Bueno, pues V y W son paralelos si al hacer el cociente V2 partido por V1 me da lo mismo que al dividir V2 entre V1
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O sea, tienen la misma pendiente
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Vamos a poner un ejemplo, vamos a poner números para que se entienda un poquito mejor
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Vamos a suponer que v es el vector 2, 4 y w es el vector 1, 2.
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¿Pensáis que son paralelos?
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Hay que dividir 4 entre 2, ¿vale?
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Esta entre esta y me da 2.
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Y aquí dividimos 2 entre 1 y también me da 2, ¿vale?
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Luego, son paralelos entre ellos.
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Dicho de otra manera
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V
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Es 2
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Por W
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Si os fijáis
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He multiplicado a este número por 2
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Y a este también
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Y así me sale el 2, 4
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O sea, dos vectores
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Son paralelos si uno de ellos
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Es el producto
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Del otro por un número
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Venga, Miguel, dime otro vector paralelo a estos
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Lo vamos a llamar U
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Inventátenlo
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3, 4
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3
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Piénsalo bien
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Si coges este, por ejemplo, y le multiplicas por 3
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¿Cuánto te daría?
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3
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3 por 1, 3
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¿Y 3 por 2?
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6
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Este también sería paralelo a los otros
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¿No lo pillas?
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Multiplica al v, vamos a llamar a este, al vector, este, este es este caso concreto.
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Digo que si te fijas, si coges el vector w y lo multiplicas por 2, hay que multiplicar a la primera coordenada por 2, y 2 por 1 es 2, y a la segunda coordenada por 2, 2 por 2 es 4.
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Entonces podemos decir que v, en este ejemplo concreto, v es 2 por w
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Y digo, vamos a inventarnos otro
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Pues hemos cogido el w, pero en este caso lo he multiplicado por 3
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¿Y qué me queda? 3 por 1 es 3 y 3 por 2 es 6
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¿Vale? Entonces u es 3 por w
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Venga, otro, vamos a llamarle a este el vector j, por ponerle una letra a cualquiera.
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Venga Sandra, invéntatelo tú, que sea paralelo.
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4, 8.
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4, 8, muy bien.
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Entonces, para comprobar si dos vectores son paralelos, podemos comprobar que si dividimos la segunda coordenada entre la primera, nos da el mismo valor.
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en los vectores. O si uno es múltiplo de otro. Si sale de multiplicar al otro por un
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número cualquiera. Y los vectores son perpendiculares, esto es muy curioso y nos lo vamos a aprender
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también. ¿Cómo sabemos? Bueno, cómo a partir de un vector dado vamos a calcular
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un vector perpendicular a él. Entonces vamos a escribir, dado un vector v, que es v1, v2,
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obtenemos un vector perpendicular cambiando las coordenadas, cambiando el orden de las
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coordenadas e invirtiendo una de ellas. Entonces, por ejemplo, el que teníamos antes, v, 2,
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4, conseguimos un vector perpendicular, que lo vamos a llamar w, si hacemos 4, menos 2,
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Por ejemplo, o un vector u que fuera menos 4, 2.
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Vamos a hacer un ejercicio.
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Dado el vector menos 3, obtener un vector paralelo y uno perpendicular al mismo.
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Lo hacéis vosotros, ¿eh?
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Venga, amiga, el uno paralelo.
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2, menos 6.
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A ver si me lo dibujo. Dos. Son paralelos. De hecho están en la misma. Como el origen es el 0,0, el negro y el azul son paralelos.
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Sandra, una perpendicular. Recuerda, cambiamos de orden las coordenadas e invertimos el signo de una de ellas.
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menos 3, menos 1
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entonces me dejo aquí
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1, 2, 3
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este vector
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que estoy dibujando en estos momentos
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pues es
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forma un ángulo de 90 grados
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es perpendicular al V
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este es el U
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y este es el V2
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bueno
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vamos a ver
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operaciones con vectores
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Lo más facilito. A ver, un punto más un vector es lo primero de todo lo que os conté, da lugar a un punto.
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O sea, si al principio lo que tengo es un punto y me digo, venga, a este punto le sumo un vector, ¿vale? El vector v.
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¿Cuál es el resultado? Un desplazamiento. Este punto se me ha venido aquí y el resultado es el punto P'.
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Si a un punto le sumo un vector, me da el punto en otro sitio. Pero es un punto. En fin, ya acabo el resultado.
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Si a un vector le sumo otro vector, me da un vector. Por ejemplo, si a este vector, voy a sumarle uno paralelo para no complicar la cosa, le sumo este, pues el resultado es un vector dos veces más largo.
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si tienen distinta dirección
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tengo que andar haciendo
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la suma de las coordenadas
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pero bueno, en principio nos quedamos
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con esta idea
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y si multiplico
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un número
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vamos a empezar a llamarle
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escalar
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un escalar es un número
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un número real
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un número perteneciente a R
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entonces si multiplico
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un escalar
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un número
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Por un vector, el resultado es un vector paralelo, que es lo que veíamos antes. Es el requisito para que dos vectores fueran paralelos.
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Ahora, viene la operación que vamos a ver hoy, más importante, que va a dar lugar a hacer ejercicios y eso, se llama, voy a escribir con mayúsculas, se llama producto escalar.
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El producto escalar es el producto de un vector por otro vector y es obligatorio representarlo con un puntito, aquí en medio.
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No se puede poner una X bajo ningún concepto porque entonces no es el producto escalar, es otra cosa que pasa con los vectores que se llama producto vectorial.
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El producto escalar de dos vectores es un número y se representa así, con un puntito entre el símbolo de los dos vectores.
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Bueno, pues el producto escalar de dos vectores es el módulo de un vector, o sea, su valor.
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El módulo del otro vector multiplicado por el coseno del ángulo que forman.
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forman. Pongo coseno de alfa siendo alfa el ángulo entre v y w. Otra formulita que hay
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que aprender. Para poder hacer los problemas, si recordáis, las coordenadas de un vector
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eran V1, V2. Entonces en caso del W las vamos a llamar V1 y V2. Bueno, pues el número que
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nos resulta del producto escalar lo podemos expresar así también. Multiplicamos la primera
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coordenada de los dos y le sumamos el producto de las segundas coordenadas. Ambas operaciones
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nos dan ese número que es el resultado del producto escalar.
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Cuando veáis el producto de dos vectores, no es un vector, es un número.
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Y lo podemos calcular según nos interese, de una forma o de la otra,
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y en los problemas a veces va a ser necesario utilizar las dos.
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El ejercicio pequeño. El producto escalar y el ángulo formado. Vectores u, 0, 2 y v, 1, menos 3.
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Bueno, pues, u por v, esto no es difícil, lo único que es, yo entiendo que hay que acostumbrarse a que es todo el vector y que tenga una flecha y que sea una dirección, un sentido, un módulo.
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U por V, lo primero que vamos a hacer es multiplicar las coordenadas
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La primera coordenada de uno y del otro, más la segunda coordenada de uno y del otro
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Entonces, 0 por 1 es 0, y más 2 por menos 3 es menos 6
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Esto se expresa en valor absoluto
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Menos 6 no tiene sentido que sea la longitud de un vector
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Entonces es el valor absoluto de esto
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Va a ser 6 unidades, si no me hablan de centímetros, ni de metros, ni nada de eso
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Venga, y ahora me dicen que qué ángulo forman
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Yo me imagino que el vector 0, 1 será una cosa así
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Y el vector 2, menos 3 a lo mejor es una cosa así
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Entonces, ¿qué ángulo es este? Este es el vector u y este es el vector v. El valor del resultado ya lo sé, menos 6.
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Y ahora utilizo la otra operación, que es que u por v es el módulo de u por el módulo de v por el coseno del ángulo que forman.
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Entonces, ¿cuál es el módulo de u?
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Es la raíz cuadrada de 0 al cuadrado más 2 al cuadrado
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Que es la raíz cuadrada de 2 al cuadrado que es 4, raíz de 4, o sea 2
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¿Y cuál es el módulo de v?
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Es la raíz cuadrada de 1 al cuadrado más menos 3 al cuadrado
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o sea, es la raíz cuadrada de 1 más 9, la raíz cuadrada de 10
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3 con 16
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bueno, pues entonces, del producto vectorial hecho así, multiplicando coordenadas
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he sacado que era menos 6
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y del producto vectorial expresado de la otra manera, pues yo sé que es el módulo de u, 2
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el módulo de v, 3,16, por el coseno del ángulo que forma.
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O sea, como tengo dos expresiones para el producto vectorial,
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pues utilizo la una o la otra según me convenga.
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En este caso he utilizado la primera para saber cuál es el valor del producto vectorial.
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Y ahora utilizo la segunda para ver cuánto vale el coseno.
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Entonces es menos 6 entre 2 por 3 con 16, es el coseno de alfa.
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Entonces, esa operación queda 0, 9, 4, 9, no sé qué abajo, es el total.
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6 entre eso es menos 0, 9, 4, 9.
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Y si a eso le hago el arcoseno, o sea, la inversa del coseno, me da que el ángulo es 161,7.
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Entonces, alfa es el arco coseno de menos 0,949, hecho con la calculadora.
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Y es redondeando 161,7 grados.
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- Materias:
- Matemáticas
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- Geometría
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- 11 de marzo de 2025 - 12:49
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