Vectores - Contenido educativo
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Buenos días, hoy empezamos tema nuevo. El título es geometría analítica.
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La geometría analítica es una parte de las matemáticas que se encarga de traducir gráficas en fórmulas y fórmulas en gráficas.
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Ese va a ser el objetivo de nuestro tema.
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Cuando veamos una gráfica, saber cuál es la fórmula que le corresponde, y cuando veamos una fórmula, saber cuál sería la gráfica que representa.
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Podemos decir que la geometría analítica empezó en el siglo XVII, cuando Descartes, que era un filósofo y matemático francés, inventó, entre otras cosas,
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el sistema de coordenadas cartesianas, que ya conocéis de otros años.
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Entonces, el sistema de coordenadas cartesianas, sabéis que consta de dos ejes perpendiculares.
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El eje de las X se le llama eje de abscisas, y el eje vertical, donde representamos la coordenada Y, se llama el eje de ordenadas.
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Donde se cruzan es el origen de coordenadas, el punto 00, que se representa con una O.
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Y luego las unidades positivas horizontales van hacia la derecha, 1, 2, lo sabéis de sobra.
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Las positivas en el eje de ordenadas van hacia arriba, 1, 2, así, todo lo que quisiéramos prolongarlas.
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Y las negativas van hacia abajo y hacia la izquierda.
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Y este sencillo invento nos permite empezar a representar gráficas y traducirlas en fórmulas.
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Porque con este invento podemos representar, por ejemplo, darle unos valores al punto A.
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Lo que es un dibujo, un punto, podemos expresarlo con números ahora.
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Entonces, el punto A siempre se dan las coordenadas X e Y en este orden.
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La coordenada X del punto A, la coordenada Y del punto A.
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Siempre X e Y en orden alfabético.
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¿Cuáles son? Pues la X2, Y1.
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Representado así entre paréntesis y separados por coma las coordenadas del punto A.
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Igualmente, este punto que le voy a llamar B, veo cuánto está desplazado hacia la derecha y cuánto está desplazado hacia abajo.
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B tendría coordenadas, vamos a llamarle X del punto B, Y del punto B.
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Serían coordenadas 2 también, porque son dos unidades hacia la derecha, y menos 3.
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Esto lo sabéis de sobra de otros años, ¿de acuerdo?
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Muy bien, pues así se representan los puntos en el plano.
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Pero aparte de puntos en el plano, se pueden representar otras cosas.
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Por ejemplo, líneas, ¿vale?
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Y las líneas, ya sean rectas o curvas, simplemente es puntos puestos uno a continuación del otro, ¿vale?
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Eso lo veremos más adelante.
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Y otra cosa que vamos a representar en el plano van a ser los vectores, ¿vale?
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Para entender para lo que sirven los vectores, necesitamos recordar que eran las magnitudes,
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algo que estudiábamos en ciencias naturales o que habréis estudiado más recientemente en física, ¿vale?
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Las magnitudes simplemente son algo que se puede medir, ¿vale?
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Propiedades o características de los objetos que podemos medir.
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Por ejemplo, de una mesa, ¿qué podemos medir?
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Pues lo larga, lo ancha que es, la superficie que tiene, lo que pesa, ¿vale?
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De un coche, ¿qué podemos medir?
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Pues lo mismo, las dimensiones.
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Podemos medir también otra cosa, como la velocidad a la que va,
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o el tiempo que tarda en llegar a determinado sitio, ¿vale?
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Entonces hay muchos tipos distintos de magnitudes y se miden con unidades diferentes,
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depende de lo que sean, ¿vale?
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Y se representan también de formas diferentes.
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Las magnitudes, tenemos básicamente dos tipos de magnitudes.
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Las magnitudes escalares, que se pueden representar con un número.
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Por ejemplo, la temperatura se representa con un número que indica los grados a lo que está.
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Cuando el número es más alto, pues mayor temperatura tiene.
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Cuando el número es más bajo o es negativo, pues menos temperatura tiene, ¿vale?
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El tiempo también se mide con un número, ¿vale?
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El peso, las longitudes, las distancias, se miden.
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La capacidad de lo que cabe en algún sitio se mide con un número, ¿vale?
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El número ese puede representar litros, metros, segundos, lo que sea.
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Esos son magnitudes escalares porque solo necesitan un número para representarlas.
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Pero hay otro tipo de magnitudes que podríamos decir que son más complejas,
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que no basta con un número para explicarlas del todo.
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Necesitamos más información.
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Y son las magnitudes vectoriales.
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¿Qué información necesitamos?
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Necesitamos lo que se llama módulo, la dirección y el sentido.
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Una magnitud vectorial que todos conocéis es, por ejemplo, la velocidad, ¿vale?
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La velocidad de algo que se está moviendo.
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Si solo decimos un número, por ejemplo, los kilómetros por hora a los que se mueve en coche,
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pues vale, es algo de información.
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Pero nos interesaría también saber otras cosas como la dirección en la que se mueve y el sentido, ¿vale?
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Esto es módulo, dirección y sentido.
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El módulo representa la intensidad, lo fuerte que es esa magnitud, ¿vale?
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Lo grande que es esa magnitud.
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La velocidad, cuanto más alta sea, tendrá el módulo más grande.
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Cuántos más kilómetros por hora vaya un coche, más grande tendrá el módulo.
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Vamos a ver ya cómo es el dibujo para representarlo, ¿vale?
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Porque los escalares simplemente se representan con un número.
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Pero las magnitudes vectoriales se representan con un dibujo.
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Y el dibujo es una flecha, ¿vale?
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Porque en la flecha podemos representar estas tres cosas.
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El módulo. El módulo es la longitud de la flecha.
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Cuanto más grande es la longitud de la flecha, mayor es la intensidad de esa magnitud, ¿vale?
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Una persona andando a 5 kilómetros por hora, pongamos que es así de largo,
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y anda en esa dirección y en ese sentido, ¿vale?
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La dirección es la inclinación de la recta sobre la que podríamos dibujar la flecha,
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pero con esta inclinación puede ir o hacia arriba o hacia abajo, ¿vale?
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Pues una persona que está moviéndose en esa dirección y en ese sentido, ¿vale?
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5 kilómetros por hora.
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Pero pongamos que esta cuesta la está subiendo un coche también.
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O, bueno, para que me salga mejor el dibujo, un ciclista.
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Un ciclista que va subiendo la cuesta, pero el ciclista va a 20 kilómetros por hora,
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cuatro veces más rápido por la flecha.
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Tiene módulo 20, ¿vale?
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Y va en la misma dirección porque es la misma cuesta,
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y en el mismo sentido porque va hacia arriba, ¿vale?
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Si ahora el ciclista bajara la misma cuesta y va a 60 kilómetros por hora,
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bajando, la velocidad se representaría así,
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con una flecha tres veces más grande que subiendo,
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y apuntando la flecha hacia abajo porque está bajando la cuesta, ¿vale?
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La coordinación, esa es la dirección, es la misma en los tres casos,
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pero lo que cambia es el módulo y el sentido.
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En estos ejemplos que os he puesto, ¿vale?
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¿De acuerdo?
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Pues esas son las características básicas de un vector.
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Módulo, dirección y sentido.
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Pues vamos a ver ya cómo se representaría un vector
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en el sistema de coordenadas cartesianas, ¿vale?
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He hecho aquí un dibujito.
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Fijaos que hay que simplemente representar una flecha, ¿vale?
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Y quiero deciros que hay varios tipos de vectores, ¿de acuerdo?
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Vamos a ponerlo aquí.
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Tipos de vectores.
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Tipos de vectores.
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¿Vale? Pues el más sencillo sería un vector fijo.
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Vector fijo.
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¿Vale? ¿Qué se considera un vector fijo?
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¿Vale? Pues un vector que lo hemos aplicado en un punto.
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Este es el punto de aplicación o origen del vector
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y hasta donde llega se llama extremo del vector, ¿vale?
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Entonces el vector tiene un origen, que es un punto, el punto C,
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y el extremo, que es el punto B.
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El origen también se le llama punto de aplicación del vector,
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que es donde estamos aplicando la fuerza.
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Pongamos que el coche estaría aquí y la velocidad está aquí.
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O si vamos a empujar algo para que se mueva,
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la fuerza que vamos a emplear para que empiece a moverse el objeto
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se aplicaría en el punto C, ¿vale?
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Punto de aplicación o origen del vector y extremo del vector.
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¿Cómo calculamos las coordenadas?
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Este vector se llamaría vector CD
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y se pondría una flechita aquí, ¿vale?
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Siempre la primera letra es el origen
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y el extremo la segunda letra
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y la flecha que va del origen al extremo.
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Y este es el nombre del vector.
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¿Cómo se representan las coordenadas del vector?
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Pues decimos que el vector CD tiene coordenadas...
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¿Cómo se calculan?
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Pues restando D menos C, el extremo menos el origen.
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¿Cuáles son las coordenadas del punto D?
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Pues lo miramos.
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6, 8.
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6, 8 menos...
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Las coordenadas del punto C son 2, 5.
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2, 5.
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¿Cómo se hace esta operación de restar las coordenadas de dos puntos?
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Pues la X con la X y la Y con la Y.
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6 menos 2 da 4 y 8 menos 5 da 3.
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Estas son las coordenadas del vector CD.
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Este es un vector fijo.
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¿Cómo sabemos cuál es un vector fijo?
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Porque tiene un punto donde se aplica, ¿vale?
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Pero llamamos también...
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Entonces tiene punto de aplicación.
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Por lo tanto tiene origen y extremo del vector.
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Vale, pues llamamos vectores equipolentes a todos los que tienen el mismo módulo...
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Bueno, la misma, ya que ha empezado así,
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misma dirección, sentido y módulo.
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Vale, entonces fijaos.
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Este vector, el CD, y el vector OA son equipolentes
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porque los dos tienen la misma dirección, están inclinados igual,
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tienen el mismo sentido hacia arriba y son igual de largos.
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¿De acuerdo?
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Son vectores equipolentes.
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Y llamamos vectores libres a cualquier representante de todos los vectores equipolentes que hay.
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Hay infinitos vectores equipolentes.
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Los podemos colocar donde sea.
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Pues un representante que no tiene ni origen ni extremo, ¿vale?
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Uno genérico que tiene el mismo módulo, dirección y sentido,
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pero que no hemos aplicado a ningún sitio
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y lo representamos con una letra minúscula y la flechita, ¿vale?
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Diríamos que es el vector libre representante de todos los vectores equipolentes
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que hay con este módulo, esta dirección y este sentido.
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No indicamos dónde lo estamos aplicando.
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Luego, si queremos aplicarlo, se convertirá en un vector fijo.
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Si ya lo colocamos sobre el plano, empezando en un punto que nosotros conozcamos,
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pero cuando lo único que estamos señalando es el módulo, la dirección y el sentido
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y no lo aplicamos a ningún sitio, se llama vector libre, ¿vale?
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No tienen punto de aplicación.
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Y se representan con una letra minúscula, como os he dicho, ¿de acuerdo?
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Muy bien.
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Y hay otro tipo de vector que quiero que conozcáis, que son los vectores de posición.
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Cuyo origen, o punto de aplicación, que hemos visto que son sinónimos,
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está en el origen de coordinadas.
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¿Vale? De todos los vectores con el mismo módulo, dirección y sentido,
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de todos los vectores equipolentes, cuyo representación es la misma,
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cuyo representante es el vector v, este es el vector de posición,
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porque es el que empieza en el punto cero cero.
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¿Vale? Este es un representante un poco especial, por eso le llamamos vector de posición.
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¿Por qué es especial? Porque las coordenadas de los vectores de posición
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coinciden con las coordenadas de su extremo, donde apuntan.
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Porque imaginaos que vamos a calcular las coordenadas de este vector.
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Pues tendríamos que hacer...
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El vector oa
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tiene, para sus coordenadas, restamos las de a menos las de o.
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¿Cuáles son las coordenadas de a? Cuatro, tres.
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¿Cuáles son las coordenadas de o? El origen, cero cero.
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Si tú restas cuatro tres menos cero cero, te da cuatro tres.
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Es decir, las coordenadas de este vector, del vector oa,
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que también se representa muchas veces con...
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Bueno, vamos a dejarlo así. El vector oa
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coincide con las del punto a.
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¿Lo veis? Tienen las mismas coordenadas, porque al restar se queda igual.
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Ese es un vector que utilizamos por esto, porque es sencillo.
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Bueno, pues vamos a ver ahora cómo calcular,
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y esta es una fórmula muy importante, cómo calcular el módulo de un vector.
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He vuelto a dibujar el vector que os he puesto como ejemplo antes,
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el vector de posición, que es bastante sencillo.
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Y vamos a ver cuál es la fórmula para calcular el módulo
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de un vector.
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Bueno, tenemos que las coordenadas,
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recordamos que las coordenadas del vector oa
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se obtenían como a menos o. Las coordenadas de a en este punto
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tienen coordenadas cuatro tres, y las coordenadas del origen
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de coordenadas es cero cero, entonces cuatro tres
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menos cero cero, igual a cuatro tres.
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Estas son las coordenadas del vector oa,
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el vector de posición, que va desde o hasta a.
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¿Cómo averiguamos su módulo?
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¿Qué es el módulo de un vector? El módulo define
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la intensidad de la fuerza.
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Bueno, de la fuerza, depende de la magnitud que estemos viendo.
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Si es una fuerza, pues lo grande que es esa fuerza. Si es una velocidad,
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lo rápido que va. Cuanto más grande es el módulo,
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más grande es
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la cantidad de magnitud que estamos mirando.
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Y se representa con la longitud de la flecha.
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Y nosotros entonces lo que queremos averiguar cuando yo os pida el módulo
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de un vector, es lo largo que es el vector.
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Y esto, sin que yo os explicara nada, probablemente ya sabréis resolverlo,
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porque calcular lo largo que es este vector
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es calcular la longitud
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de este lado de este triángulo.
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¿Vale?
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Y vosotros seguro que sabéis calcular lo que mide de largo
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este triángulo, porque es un triángulo rectángulo
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y sabemos lo que mide
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esto, y sabemos lo que mide esto, ¿verdad?
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¿Cuánto mide esto? Cuatro unidades.
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¿Cuánto mide esto de alto?
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Lo miramos aquí. Tres unidades.
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Entonces, lo único que nos están pidiendo
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el módulo de OA, que se representa así.
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El nombre del vector entre dos barritas.
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El módulo de OA es la longitud de este lado,
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que es la hipotenusa de ese triángulo rectángulo.
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Esto mide 3, esto mide 4. ¿Cómo se calcula la hipotenusa?
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Con el teorema de Pitágoras sería el cuadrado
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de la hipotenusa igual a la suma del cuadrado de los catetos.
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Si OA al cuadrado sería
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4 al cuadrado más 3 al cuadrado.
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Luego OA sin elevar al cuadrado
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sería la raíz cuadrada de 4 al cuadrado
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más 3 al cuadrado. Es decir, la raíz cuadrada de 16
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más 9, raíz cuadrada de 25,
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5. Cogemos sólo el valor positivo porque una distancia,
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una longitud, no tiene sentido que sea negativa, ¿verdad?
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El menos 5 no tendría sentido. Muy bien.
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Fijaos qué fácil es calcular el módulo de un vector.
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Si tienes sus coordenadas, 4 y 3,
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las elevas al cuadrado, las sumas y haces la raíz cuadrada
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porque es el teorema de Pitágoras.
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Entonces, si tú tienes un vector
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cuyas coordenadas
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son la x del vector
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y la y del vector, el módulo
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de ese vector
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lo calculamos con esta fórmula.
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La raíz cuadrada de la x del vector al cuadrado
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más la raíz cuadrada
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de la y del vector.
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Vamos, lo estaba diciendo mal. Se calcula como la raíz cuadrada
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de la coordenada x al cuadrado
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más la coordenada y al cuadrado.
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Eso es el módulo de un vector, como se calcula.
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Pasemos a las operaciones con vectores.
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Empezamos por la suma y la resta.
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Empezamos por la suma de vectores.
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Vamos a ver dos métodos para cada una de las operaciones.
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El primer método es gráfico.
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Imaginaos que tenemos un vector así
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que le vamos a llamar u. Es un vector libre,
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no tiene punto de aplicación, lo podríamos dibujar donde quisiéramos.
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Y otro vector v, que va a ser así.
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También vector libre.
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Y queremos sumarlos.
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Yo creo que la forma más sencilla de sumarlos sería
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dibujar el vector u
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y cuando acaba el vector u, en su extremo, dibujamos a continuación
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el vector v. Como son vectores libres, los podemos dibujar donde queramos.
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Lo dibujamos a continuación.
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¿Cuál es el resultado de la suma?
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Este es el vector que resulta de unir el inicio
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el punto de aplicación del vector u, es decir, el origen de u
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con el extremo de v.
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Así. Este nuevo vector que sale
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la flecha iría desde el origen de u
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hasta el v. Este es el vector suma.
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v más u, que es lo mismo que u más v porque
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cumple la propiedad conmutativa.
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La suma de vectores.
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Igual, por lo tanto, si yo al vector v
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veis que lo tengo aquí, en donde
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acaba él, dibujo
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el vector u.
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El resultado sería el mismo vector.
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¿Os dais cuenta?
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Es igual de largo, tiene la misma inclinación y apunta también
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hacia arriba la flecha. Así es la suma de vectores por el método
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gráfico. También habréis oído algunos que
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otra manera de sumar es otro método
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pero que lleva algo más de trabajo
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es hacer un paralelogramo con los vectores.
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Un cuadrilátero que tiene en los dos lados
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el vector u y en los dos lados el vector v
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y la suma es la diagonal que va desde donde
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empiezan los dos vectores hasta donde acaban.
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Ese es el método del paralelogramo
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pero me vale cualquiera de los dos. ¿Cómo se suman
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por el método analítico usando las coordenadas?
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El vector u tiene coordenadas
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por ejemplo, 1, 2
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y el vector v que
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tuviera de coordenadas
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3, 0
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Si yo quiero sumar u más v
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lo único que tengo que hacer es sumar sus coordenadas.
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Súper fácil. 4, 2
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son las coordenadas del vector suma.
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Y la resta
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se puede resolver de forma muy parecida.
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Vamos a utilizar los mismos vectores que he puesto como ejemplo.
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El vector u que tenía esta forma y el vector v
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que era más largo en horizontal.
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Si queremos hacer no es lo mismo u menos v que v menos u.
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Vamos a ver qué daría.
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Si yo hago u menos v
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lo que tengo que hacer es
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al vector u donde acaba
00:25:28
el vector u
00:25:32
le dibujo
00:25:36
el vector v pero en sentido contrario
00:25:40
o sea, le dibujo menos v.
00:25:44
Es como si sumara u más menos v.
00:25:48
El vector menos v que es lo mismo que el vector v pero cambiado de sentido
00:25:52
como si la flecha apuntara hacia el otro lado.
00:25:56
Dibujo
00:26:00
menos v menos v
00:26:04
¿Cuál es el resultado?
00:26:08
El que va desde el inicio hasta el final
00:26:12
de todo el procedimiento. Esto sería u menos v.
00:26:16
¿De acuerdo? Esto ya no cumple la propiedad
00:26:20
conmutativa porque si yo hago ahora
00:26:24
v menos u, fijaos lo que va a salir.
00:26:28
v es así
00:26:32
y menos u sería como éste pero en sentido contrario
00:26:36
con la misma dirección pero en sentido contrario.
00:26:40
Y el resultado, fijaos
00:26:44
que no es lo mismo
00:26:48
porque éste apunta hacia arriba y éste apunta hacia abajo.
00:26:52
Esto es v menos u.
00:26:56
¿Vale? De forma analítica
00:27:00
igual u menos v
00:27:04
¡Ah, muy fácil! Se restan las coordenadas.
00:27:08
¿Qué me da? Uno menos tres menos dos
00:27:14
y dos menos cero, dos.
00:27:18
Y si hiciera la otra operación
00:27:22
que sería v menos u
00:27:26
tendría que poner primero el vector v que es 3, 0
00:27:30
y le resto 1, 2. Las x con las x, 3 menos 1, 2
00:27:34
y las y con las y, 0 menos 2, menos 2.
00:27:38
Fijaos que el resultado
00:27:42
son vectores que son iguales en módulo y en dirección pero en sentido contrario.
00:27:46
Eso es la suma y la resta de vectores.
00:27:50
Otra operación súper fácil con vectores es
00:27:56
el producto de un vector por un número que también se puede llamar
00:28:00
producto por un escalar. Habíamos dicho que las magnitudes escalares eran números.
00:28:04
Pues multiplicar un ejemplo
00:28:08
muy fácil. Tengo este vector
00:28:12
v y lo quiero multiplicar por 2.
00:28:16
Pues nada.
00:28:20
A continuación de este vector pongo otro porque multiplicarlo por 2
00:28:24
¿y a cómo sumarlo con el mismo?
00:28:28
Si quiero multiplicarlo por 3, añado otro.
00:28:32
Entonces todo esto, desde el principio al final, es 2
00:28:36
por v. Y de forma gráfica,
00:28:40
de forma analítica, si el vector
00:28:44
este tiene coordenadas
00:28:48
me las voy a inventar como si fuera otro vector 1, 3
00:28:52
y quiero hacer 2 por v, pues sería 2
00:28:56
por 1, 3. Es decir, 2, 6.
00:29:00
¿Vale? Y si quiero multiplicarlo por 5, 5 por v
00:29:04
5 por 1, 3.
00:29:08
15. Así de fácil. Producto por un escalar.
00:29:12
Que no debéis confundirlo
00:29:16
con otra operación muy importante que se llama el producto
00:29:20
escalar.
00:29:24
No producto por un escalar, sino el producto escalar de dos vectores.
00:29:28
¿Y en qué consiste esto? En multiplicar un vector
00:29:32
por otro vector. ¿Vale? Y el resultado, y por eso se llama
00:29:36
producto escalar, el resultado, curiosamente, multiplicas un vector
00:29:40
por otro vector usando el producto escalar y el resultado es un número
00:29:44
no es otro vector. ¿Vale? Multiplicas un vector por otro vector, resultado número.
00:29:48
Eso es producto escalar. Luego en bachillerato he estudiado otra operación con vectores que es el
00:29:52
producto vectorial, que multiplicas un vector por otro vector y el resultado
00:29:56
da otro vector. ¿Vale? Pero esa es una operación distinta.
00:30:00
Nosotros esa no la vamos a ver este año, nosotros vamos a ver el producto escalar.
00:30:04
Entonces se pone así. Es una fórmula que os tenéis que aprender.
00:30:08
u por v es igual al módulo de u
00:30:12
lo que mide por el módulo de v
00:30:16
por el coseno del ángulo
00:30:20
que forman u y v.
00:30:24
¿Vale?
00:30:28
Entonces, y el resultado como podéis ver es un número. ¿Por qué?
00:30:32
El módulo de u es un número, lo que mide de longitud el vector u.
00:30:36
El módulo de v es igual a otro número, lo que mide de longitud el vector v.
00:30:40
Y el coseno, ya sabéis que es un número
00:30:44
que está comprendido entre menos uno y uno.
00:30:48
O sea que si multiplicamos estas tres cosas el resultado va a ser un número.
00:30:52
La interpretación gráfica tampoco nos aporta demasiado.
00:31:00
No la fuerais a entender, pero tampoco
00:31:04
tiene mucho sentido que nos entretengamos con ella en estas circunstancias.
00:31:08
Lo que sí que os puedo decir es que hay otra manera de calcular
00:31:12
el producto escalar
00:31:16
de dos vectores.
00:31:20
Bueno, aquí usamos las coordenadas, pero
00:31:24
supongamos que las coordenadas x e y del vector u
00:31:28
son u1 y u2.
00:31:32
U1 sería la x, y u2 sería la y,
00:31:36
la ordenada del vector u.
00:31:40
Aquí las cisa serían v1 y v2,
00:31:44
la ordenada. ¿De acuerdo?
00:31:48
Otra manera de calcular el producto escalar
00:31:52
muy fácil sería u por v.
00:31:56
Esto de arriba es la definición, y os la tenéis que saber.
00:32:00
Pero esta otra manera de calcularla es la que usamos
00:32:04
siempre que podemos porque es más fácil que calcular todo esto.
00:32:08
Requiere menos trabajo. Simplemente sería
00:32:12
multiplicar 1 por v1,
00:32:16
es decir, la x del primer vector por la x del segundo vector,
00:32:20
y a eso sumarle la y del segundo vector por la y del segundo.
00:32:24
Así. 1 por v1 más
00:32:28
u2 por v2. Así que
00:32:32
estas dos formas
00:32:36
de calcular el producto escalar las tenéis que saber
00:32:40
de memoria. Vamos, por ejemplo,
00:32:44
vamos a ver algunos ejemplos.
00:32:48
Vamos a poner un ejemplo fácil.
00:32:52
El vector u
00:32:56
es éste.
00:33:00
Y forma
00:33:04
45 grados con el vector
00:33:08
v. Las coordenadas
00:33:12
de u voy a ver que son, por ejemplo,
00:33:16
2,2. Y las coordenadas del vector v
00:33:20
van a ser 4,0.
00:33:24
¿De acuerdo? Y el ángulo que forman
00:33:28
u y v es un ángulo de 45
00:33:32
grados, como he puesto en el dibujo.
00:33:36
Vamos a usar la primera fórmula para calcular el producto escalar
00:33:40
de los dos vectores. Pues lo primero que tendríamos que hacer es calcular
00:33:44
el módulo de cada uno de ellos. Recordamos la fórmula que hemos
00:33:48
visto antes. El módulo de u sería la raíz cuadrada
00:33:52
de la suma del cuadrado de sus coordenadas.
00:33:56
2 al cuadrado más 2 al cuadrado, porque las dos son 2.
00:34:00
Entonces sería la raíz cuadrada de
00:34:04
8. Y en el
00:34:08
vector v lo mismo.
00:34:12
La raíz cuadrada de 4 al cuadrado más 0
00:34:16
al cuadrado, es decir, raíz cuadrada de 4 al cuadrado
00:34:20
es decir, 4. Longitud 4.
00:34:24
Y esta longitud raíz de 8. Y el coseno es 45.
00:34:28
Entonces, si lleguemos a hacer por la primera fórmula, por esta
00:34:32
u por v, sería el módulo del primero, raíz de 8
00:34:36
por 4 por el coseno
00:34:40
de 45 grados.
00:34:44
Raíz de 8, si os acordáis de los primeros temas,
00:34:48
se puede extraer de aquí. Sería 2 raíz de 2.
00:34:52
¿De acuerdo? Se puede poner así también.
00:34:56
Lo digo porque ahora nos va a venir bien para simplificar.
00:35:00
En vez de poner raíz de 8 ahora pongo
00:35:04
2 raíz de 2 por 4
00:35:08
por raíz de 2 partido de 2.
00:35:12
Fijaos que, si le hago toda esta operación,
00:35:16
2 por 4, 8, raíz de 2 por raíz de 2
00:35:20
partido de 2. Raíz de 2 por raíz de 2
00:35:24
sería 2. Entre 2, 1.
00:35:28
Resultado, 8. 8.
00:35:32
Multiplico este vector por este y me ha dado 8. Ese es el resultado.
00:35:36
Vamos a ver qué pasaría con la otra fórmula, que ya os digo que siempre que lo uséis
00:35:40
es mucho más fácil y siempre intentamos resolver esta fórmula
00:35:44
antes que la otra. Porque veis que lleva un trabajo. Tienes que calcular los módulos,
00:35:48
tienes que conocer el ángulo, hacer el coseno,
00:35:52
o calcularlo. Esto se haría con la calculadora, salvo que sea uno de los ángulos
00:35:56
fundamentales de los que conocemos
00:36:00
las razones trigonométricas. Vamos a ver cómo se haría con esta otra fórmula.
00:36:04
u por v sería
00:36:08
la x del primero por la x del segundo
00:36:12
2 por 4 más
00:36:16
2 por 0.
00:36:20
2 por 4, 8, más 2 por 0, 0.
00:36:24
Igual a 8. Da lo mismo trabajando mucho menos.
00:36:28
Pero hay que saberse las dos por algo que veremos más adelante.
00:36:32
Que es que se utilizan ambas fórmulas combinadas
00:36:36
para calcular el ángulo que forman dos vectores, que es una de las cosas
00:36:40
que más vamos a utilizar durante este tema.
00:36:44
Y antes de pasar a ver ejercicios, vamos a
00:36:48
estudiar un par de conceptos importantes
00:36:52
que tienen que ver con la combinación lineal
00:36:56
de vectores. Primero vamos a ver qué son vectores
00:37:00
linealmente dependientes. Es un nombre un poquito raro, pero
00:37:04
el concepto es muy sencillo. Vectores
00:37:08
linealmente
00:37:12
dependientes
00:37:16
son dos vectores que cumplen
00:37:24
que v es igual
00:37:28
a un cierto número de veces u.
00:37:32
Entonces decimos que v y u
00:37:36
son linealmente dependientes. Por ejemplo, los que os he puesto
00:37:40
aquí arriba. Fijaos, el vector
00:37:44
2,6 es linealmente dependiente
00:37:48
con el vector 1,3. ¿Por qué? Porque 2,6
00:37:52
es lo mismo que multiplicar 1,3 por 2. O el vector 5,15
00:37:56
es linealmente dependiente con el vector
00:38:00
1,3 también, porque se obtiene multiplicando 1,3 por 5.
00:38:04
¿Por qué se llama así, de esta forma tan rara? Vectores linealmente
00:38:08
dependientes. Porque si os dais cuenta, todos los vectores que cumplan esto
00:38:12
tienen la misma dirección, tienen la misma inclinación.
00:38:16
Se pueden dibujar sobre la misma línea.
00:38:20
Su inclinación es la misma
00:38:24
en todos.
00:38:28
Es como si siguieran la dirección
00:38:32
de una línea o las paralelas.
00:38:36
Entonces, siempre que se cumpla que un vector
00:38:40
sea el resultado de multiplicar
00:38:44
otro por una cantidad, decimos que es linealmente dependiente.
00:38:48
Tienen la misma dirección. Voy a poneros un ejemplo.
00:38:52
Más, por ejemplo,
00:38:56
este vector, vector u
00:39:00
y este otro vector.
00:39:08
El vector v son linealmente dependientes
00:39:12
porque tienen la misma dirección. Las coordenadas de este podrían ser
00:39:16
las coordenadas de u
00:39:20
podrían ser, por ejemplo,
00:39:24
menos dos y las de este
00:39:28
podrían ser
00:39:32
por ejemplo
00:39:36
menos tres
00:39:40
seis
00:39:44
Si estos dos vectores son linealmente
00:39:48
dependientes, habrá un número k por el que podremos
00:39:52
multiplicar uno de ellos para obtener el otro.
00:39:56
Vamos a sustituir los valores aquí.
00:40:00
Menos tres seis.
00:40:04
Tiene que ser k veces uno menos dos.
00:40:08
¿Esto cómo sería?
00:40:12
Menos tres seis.
00:40:16
Multiplicar un número por una escala es simplemente multiplicar el número
00:40:20
por cada una de sus coordenadas, menos dos k.
00:40:24
Como las x van por un lado y las y por el otro, aquí podemos sacar dos ecuaciones.
00:40:28
Menos tres tiene que ser igual
00:40:32
que k. Y seis tiene que ser
00:40:36
igual que menos dos k.
00:40:40
Y tendría que dar la misma k en los dos lados. Esta k de arriba tiene que dar lo mismo
00:40:44
que la de abajo. Arriba ya lo tenemos resuelto. K es menos tres.
00:40:48
K de abajo también será menos tres, despejando. K es seis entre menos dos.
00:40:52
Efectivamente, es menos tres.
00:40:56
El número por el que hay que multiplicar este para obtener el otro es menos tres.
00:41:00
Como sí que existe ese número, podemos afirmar que son linealmente dependientes
00:41:04
y están en la misma dirección.
00:41:08
Es como a este darle la vuelta, por eso el menos
00:41:12
de menos tres y hacerlo tres veces más grande para formar este.
00:41:16
Vale, pues estos son vectores linealmente dependientes.
00:41:20
Ahora, que dos vectores son combinación...
00:41:24
Bueno, varios vectores son combinación...
00:41:28
Perdón. Un vector es combinación lineal
00:41:32
de varios vectores y cumple esto.
00:41:36
El vector v es una combinación lineal...
00:41:40
A ver cómo lo pongo...
00:41:44
Decimos que v es combinación lineal
00:42:08
de los vectores u1, u2 y u3
00:42:12
si se cumple que el vector v
00:42:16
es un cierto número de veces el vector k1
00:42:20
más el vector v1
00:42:24
un cierto número de veces el vector u1 más otro cierto número
00:42:28
de veces el vector u2 más otro cierto número de veces el vector u3.
00:42:32
Y así todos los que quisiéramos poner.
00:42:36
Combinando linealmente, es decir, haciendo lo mismo que aquí
00:42:40
pero con varios vectores
00:42:44
combinando linealmente los vectores u1, u2 y u3
00:42:48
o los que hubiera. Eso se llama que un vector
00:42:52
sea combinación lineal de los otros dos.
00:42:56
Un ejemplo con números.
00:43:00
Tenemos varios vectores, por ejemplo
00:43:04
el vector u1 que va a ser 1, 2
00:43:08
el vector u2 que va a ser
00:43:12
menos 3, 5
00:43:16
y vamos a hacer una combinación lineal
00:43:20
de estos dos vectores. Por ejemplo voy a multiplicar
00:43:24
para obtener el vector v voy a multiplicar el vector
00:43:28
voy a multiplicar el vector 1 por 2
00:43:32
2 va a ser 2 veces 1 más una vez
00:43:36
el vector u2
00:43:40
es decir, el u2 no es como si lo dejara igual.
00:43:44
¿Cómo lo hacemos? Pues 2 por las coordenadas de 1
00:43:48
más 1, porque estas coordenadas se quedan iguales
00:43:52
las puedo dejar así directamente. Entonces v
00:43:56
sería 2, 4
00:44:00
más menos 3, 5. Acabamos ya de resolver
00:44:04
aquí. 2 menos 3, menos 1
00:44:08
y 4 más 5, 9.
00:44:12
Este vector v ha salido como combinación lineal
00:44:16
de estos otros dos vectores
00:44:20
1 y 2. Simplemente es que sepáis
00:44:24
que con varios vectores
00:44:28
hacer una combinación lineal y que es de otro vector.
00:44:32
Vamos a ver ahora dos aplicaciones
00:44:44
que se utilizan un montón en todos los problemas que vamos a ver
00:44:48
durante el tema. La primera es saber calcular el ángulo entre dos vectores.
00:44:52
...
00:44:58
...
00:45:02
Y cuando estoy hablando de ángulo entre dos vectores
00:45:06
me refiero al ángulo más pequeño que hay
00:45:10
entre los dos vectores, porque si yo tengo dos vectores así, por ejemplo
00:45:14
u y v, ¿vale? Podríamos decir ¿cuál es el ángulo entre dos vectores?
00:45:18
¿Este o el que va por el otro lado?
00:45:22
Vamos a considerar que es el más pequeño.
00:45:26
Este es el ángulo que hay entre u y v. Para averiguar el ángulo entre dos vectores
00:45:30
vamos a utilizar la fórmula del producto escalar, que de todo lo que hemos visto hasta ahora
00:45:34
es la única que aparecía alguna referencia al ángulo
00:45:38
entre dos vectores. La fórmula de la que estoy hablando es esta.
00:45:42
El producto escalar de dos vectores
00:45:46
tiene esta definición, que ya os dije que os tenéis
00:45:50
que aprender. Módulo de u por módulo de v por el coseno
00:45:54
del ángulo que forman u y v. Esta es la definición
00:45:58
del producto escalar. De aquí podemos
00:46:02
despejar el coseno, porque una vez sepamos el coseno
00:46:06
podremos averiguar el ángulo, como con el arco.
00:46:10
El arco coseno
00:46:14
del ángulo entre u y v
00:46:18
sería, despejando, pasando esto al otro lado, dividiendo
00:46:22
quedaría arriba el producto escalar de los dos vectores
00:46:26
y en el denominador quedaría el módulo
00:46:30
de u por el módulo de v.
00:46:34
Así podemos averiguar el ángulo entre dos vectores.
00:46:38
Así de sencillo.
00:46:42
Bueno, esto no es el ángulo, esto es el coseno del ángulo.
00:46:46
Si queremos averiguar el ángulo entre u y v tendríamos que hacer
00:46:50
el arco coseno del coseno
00:46:54
de lo que nos da aquí.
00:46:58
El arco coseno del coseno del ángulo entre u y v.
00:47:02
Vamos a ver un ejemplo con números.
00:47:06
Son unos que me voy a inventar
00:47:10
ahora mismo. Imaginaos que nos dan dos vectores. El vector u
00:47:14
que tiene coordenadas
00:47:18
1, 2
00:47:22
y el vector v que tiene coordenadas
00:47:26
menos 3, 5. Creo que son los mismos que he puesto antes.
00:47:30
Y queremos averiguar qué ángulo forman estos dos vectores.
00:47:34
No hace falta ni que los dibujemos.
00:47:38
Simplemente es utilizar
00:47:42
esta fórmula. En realidad con que os aprendáis de memoria de estado
00:47:46
despejarla es fácil, pero vamos a ver la fórmula.
00:47:50
El coseno del ángulo
00:47:54
entre u y v sería el producto
00:47:58
escalar de u por v
00:48:02
dividido entre el módulo de u por el
00:48:06
módulo de v.
00:48:10
Vale, pues vamos a ver. Podemos calcular
00:48:14
el módulo de u.
00:48:22
Raíz cuadrada de 1 al cuadrado más 2 al cuadrado.
00:48:26
Esto es raíz cuadrada de 5.
00:48:30
Módulo de v.
00:48:34
Raíz cuadrada de menos 3 al cuadrado más
00:48:38
5 al cuadrado. 9 y 25.
00:48:42
34.
00:48:46
Raíz de 34.
00:48:50
Vale, ya tenemos los módulos para poner debajo.
00:48:54
¿El numerador?
00:48:58
¿Lo sabemos averiguar? Pues vamos a verlo.
00:49:02
Módulo... o sea
00:49:06
producto escalar de u por v sería igual a
00:49:10
1 por menos 3
00:49:14
más 2 por 5. Esto es
00:49:18
menos 3 más 10, que da
00:49:22
7. Pues ya tenemos todo lo que nos hace
00:49:26
falta aquí. Vamos allá. Coseno
00:49:30
del módulo... o sea, perdón, del ángulo
00:49:34
entre u y v sería 7 partido
00:49:38
de raíz de 5
00:49:42
por raíz de 34.
00:49:46
Vale, lo creé.
00:49:50
Y para averiguar el ángulo
00:49:54
entre u y v
00:49:58
sería el arco coseno
00:50:02
de 7 partido de raíz de 5 por raíz de 34.
00:50:06
Y esto es lo que hay que ver en la calculadora.
00:50:10
La calculadora la voy a poner
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en grados.
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Y hago arco coseno
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paréntesis 7 entre
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paréntesis raíz de 5
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por raíz de 34.
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Cierro paréntesis, cierro el otro paréntesis
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y me sale un ángulo de
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57,53 grados.
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Cosa que se usa mucho
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es averiguar el punto medio
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de un segmento, o el punto que está a un tercio
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o a los dos tercios de un segmento, o a un cuarto.
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Como dividir un segmento en trozos.
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El ejemplo más fácil es el punto medio de un segmento.
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Aquí tengo un segmento, un trozo de línea, que varía desde a hasta b.
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Y yo quiero averiguar las coordenadas
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del punto m, que está en el medio
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del segmento. Yo sé las coordenadas de a.
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Las coordenadas de a son 1, 2, 3, 4, 5.
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Esto es 5, esto es 1.
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1, 5. Las coordenadas de b son
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1, 2, 3, 4, 5.
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5, 3.
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Y quiero averiguar cuáles son
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las coordenadas de m. M es el punto que está en la mitad.
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Podemos utilizar un truco
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usando vectores de posición para resolver esto. Fijaos.
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Yo lo que quiero averiguar son las coordenadas de m. Y habíamos dicho que en un vector
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de posición, las coordenadas del vector coinciden
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con las coordenadas de su extremo, es decir, de donde apuntan.
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Si consiguiera
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averiguar las coordenadas de este vector
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de posición, que va desde el origen hasta
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el punto m, si encuentro las coordenadas de este vector
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del vector o.m, son las mismas
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que las de m. ¿Por qué? Lo que os explicaba al principio del tema.
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Las coordenadas de un vector de posición son las mismas que las de su extremo.
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O sea que el problema se reduciría a encontrar
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las coordenadas de este vector o.m.
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Y también hemos visto cómo hacer
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operaciones con vectores.
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Este vector o.m. es la suma de otros dos vectores.
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Que podemos ver
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que serían
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el vector de posición del punto a, un vector que empieza aquí
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y basta si a este
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¿qué le tendría que sumar para que me diera esto?
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Pues le tengo que sumar este cachito de aquí. Si a este vector
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le sumas esto, como el resultado de la suma es
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desde el inicio del primero hasta el final del segundo, ya tenemos el punto m.
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Es decir, el vector o.m.
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se puede obtener como
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la suma del vector
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o.a.
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más este cachito de aquí. ¿Qué es este cachito?
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Pues justo la mitad del segmento más
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un medio, la mitad del vector que va
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desde a hasta b.
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Entonces sería
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sumándole este cachito y ya tendríamos el resultado.
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Este vector es la suma de esto más la mitad del vector
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que va de un extremo a otro del segmento.
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Y esto es fácil de resolver. O.m. es igual.
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¿Cuáles son las coordenadas del vector o.a.? Como es un vector de posición que sale del origen
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pues las mismas que
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del punto a. Uno cinco más un medio
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y ¿cuáles son las coordenadas del vector a.b.?
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Más un medio de a.b. ¿Cuáles son las coordenadas del vector a.b.?
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Pues lo hemos visto al principio. Si sabemos dónde empieza y dónde acaba el vector
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las coordenadas del vector a.b.
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se obtienen restando las coordenadas de b menos las de a.
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Es decir, cinco tres menos uno cinco.
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Esto da cinco menos uno cuatro.
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Y tres menos cinco menos dos.
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Más un medio de
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cuatro menos dos. Es decir,
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uno cinco más un medio de cuatro
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dos. Un medio de menos dos menos uno. Es decir,
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uno cinco más esto
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sería tres cuatro.
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Estas son las coordenadas de o.m.
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Por lo tanto, m también tiene
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tres cuatro. Y hemos encontrado el punto medio
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de este segmento.
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Este método sirve también
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para encontrar el punto que está a un tercio de a. O sea, si quisiéramos partir
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en tres trozos el segmento a.b., solo tendríamos que hacer
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para el primer trozo, para saber dónde caería el primer tercio, aquí
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pondríamos un tercio, y para el segundo tercio, dos tercios.
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El primer tercio
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uno coma cinco más un tercio de cuatro dos. Y este
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dos tercios. Y así para partirlo en las veces que queramos, solo cambiando
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esta fracción, que representaría los trozos
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en los que queremos dividir el segmento. Si quiero averiguar
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el trozo que está en el primer quinto, más un quinto
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de cuatro dos. Si queremos el segundo trozo, pues dos quintos.
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Tres quintos y cuatro quintos. Cinco quintos ya sería el segmento entero.
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Entonces podemos, con este truco, dividir un segmento de la forma que queramos.
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¿Vale? Por eso es muy importante que esto lo sepáis hacer.
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Pero, para calcular justo el punto
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medio de un segmento, hay otro truco todavía más fácil, pero tiene el inconveniente
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que solo sirve para partir por la mitad un segmento. Solo para partir por la mitad.
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Con este método podemos partirlo en los trozos que queramos.
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Pero, con el que os voy a explicar ahora, que es mucho más fácil, solo sirve
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para partir por la mitad. Y el truco es así.
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M sería
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a uno más b uno entre dos
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coma a dos más b dos
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entre dos. Fijaos que con esta sencilla fórmula
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con menos trabajo, se puede obtener directamente
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el punto medio. Comprobémoslo. A uno más b uno son las
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coordenadas x de a y b. Entonces tendríamos uno
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más cinco entre dos coma
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cinco más tres entre dos. Vamos a ver si da.
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Seis entre dos son tres
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y ocho entre dos son cuatro. Da exactamente el mismo resultado
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mucho más rápido y sin tener que pensar nada.
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Inconveniente que este sirve para cualquier división.
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Este solo sirve para partir por la mitad, recordadlo.
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Si yo os pido que me partáis el segmento en tres trozos, esto no lo vais a poder usar.
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Sin embargo, si os pidiera que lo partierais en cuatro,
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ahí lo dejo para un ejercicio que os mandaré.
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- Idioma/s:
- Autor/es:
- Elías Martí Borredà
- Subido por:
- Elias M.
- Licencia:
- Reconocimiento - No comercial - Sin obra derivada
- Visualizaciones:
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- Fecha:
- 20 de octubre de 2023 - 13:58
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- IES VILLA DE VALLECAS
- Duración:
- 58′ 32″
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- 3:2 El estándar usado en la televisión NTSC. Sólo lo usan dichas pantallas.
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