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Matemáticas

11 de dic de 2025

146

12 páginas

Lección 3: Introducción al Álgebra Lineal

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Yeferson Gallego Mosquera @efersonallegoosquera_5dyk

¿Sabías que los vectores tienen propiedades súper útiles que te permiten resolver problemas de física y geometría de... Mostrar más

PROPIEDADES DEL PRODUCTO ESCALAR
1) येथे 20
2) ✔ ✔ - ✔ ✔
û ñ = 0 <= > ú = ō
y
3) · (vtw) = û · v + û · w
•
4) λ(ûv) = (λû). v = u. (λv)
5) |

Propiedades del Producto Escalar

El producto escalar es como una herramienta mágica que te dice qué tanto "se parecen" dos vectores. Tiene cinco propiedades clave que necesitas memorizar porque aparecen en todos los exámenes.

La primera propiedad te dice que uu0\vec{u} \cdot \vec{u} \geq 0 - básicamente, un vector consigo mismo siempre da positivo (excepto el vector cero). La segunda es que el orden no importa uv=vu\vec{u} \cdot \vec{v} = \vec{v} \cdot \vec{u} (propiedad conmutativa).

La desigualdad de Cauchy-Schwarz suena complicada, pero es súper importante uvuv|\vec{u} \cdot \vec{v}| \leq ||\vec{u}|| ||\vec{v}||. Esta desigualdad aparece porque el coseno del ángulo entre vectores nunca puede ser mayor que 1.

Tip clave La fórmula cosφ=uvuv\cos\varphi = \frac{\vec{u} \cdot \vec{v}}{||\vec{u}|| ||\vec{v}||} te permite encontrar el ángulo entre cualquier par de vectores.

PROPIEDADES DEL PRODUCTO ESCALAR
1) येथे 20
2) ✔ ✔ - ✔ ✔
û ñ = 0 <= > ú = ō
y
3) · (vtw) = û · v + û · w
•
4) λ(ûv) = (λû). v = u. (λv)
5) |

Desigualdad del Triángulo

¿Alguna vez te has preguntado por qué el camino más corto entre dos puntos es la línea recta? La desigualdad del triángulo lo explica matemáticamente a+ba+b||\vec{a} + \vec{b}|| \leq ||\vec{a}|| + ||\vec{b}||.

Para demostrar esta propiedad, usamos el truco de elevar al cuadrado ambos lados. Cuando desarrollas a+b2||\vec{a} + \vec{b}||^2, obtienes a2+2ab+b2||\vec{a}||^2 + 2\vec{a} \cdot \vec{b} + ||\vec{b}||^2.

El paso clave es usar la propiedad de que cualquier número es menor o igual que su valor absoluto. Luego aplicamos Cauchy-Schwarz para reemplazar ab|\vec{a} \cdot \vec{b}| por ab||\vec{a}|| ||\vec{b}||.

Recuerda Esta desigualdad te dice que la suma de las magnitudes de dos vectores siempre es mayor o igual que la magnitud de su suma vectorial.

PROPIEDADES DEL PRODUCTO ESCALAR
1) येथे 20
2) ✔ ✔ - ✔ ✔
û ñ = 0 <= > ú = ō
y
3) · (vtw) = û · v + û · w
•
4) λ(ûv) = (λû). v = u. (λv)
5) |

Ángulos entre Vectores y Ortogonalidad

Calcular ángulos entre vectores es más fácil de lo que parece. Usas la fórmula cosφ=uvuv\cos\varphi = \frac{\vec{u} \cdot \vec{v}}{||\vec{u}|| ||\vec{v}||} y listo.

Hay dos casos especiales que siempre aparecen en los exámenes cuando uv=0\vec{u} \cdot \vec{v} = 0, los vectores son perpendiculares (ángulo de 90°). Cuando el ángulo es 0° o 180°, los vectores son paralelos.

Para el ejercicio de encontrar valores de λ donde los vectores sean ortogonales, simplemente igualas el producto escalar a cero uv=0\vec{u} \cdot \vec{v} = 0. Con los vectores dados, obtienes λ23λ4=0\lambda^2 - 3\lambda - 4 = 0, que se resuelve factorizando (λ4)(λ+1)=0(\lambda - 4)(\lambda + 1) = 0.

Dato útil Los vectores ortogonales aparecen constantemente en física (fuerzas perpendiculares) y en geometría analítica.

PROPIEDADES DEL PRODUCTO ESCALAR
1) येथे 20
2) ✔ ✔ - ✔ ✔
û ñ = 0 <= > ú = ō
y
3) · (vtw) = û · v + û · w
•
4) λ(ûv) = (λû). v = u. (λv)
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Cálculos con Normas y Ángulos

Cuando tienes que calcular 2uv||2\vec{u} - \vec{v}||, el truco está en usar la fórmula 2uv2=(2uv)(2uv)||2\vec{u} - \vec{v}||^2 = (2\vec{u} - \vec{v}) \cdot (2\vec{u} - \vec{v}).

Al desarrollar el producto punto, obtienes 4u24uv+v24||\vec{u}||^2 - 4\vec{u} \cdot \vec{v} + ||\vec{v}||^2. Con u=3||\vec{u}|| = 3 y v=5||\vec{v}|| = 5, solo necesitas el valor de uv\vec{u} \cdot \vec{v}.

Para vectores perpendiculares (φ=π2\varphi = \frac{\pi}{2}), uv=0\vec{u} \cdot \vec{v} = 0, entonces 2uv=61||2\vec{u} - \vec{v}|| = \sqrt{61}. Para φ=2π3\varphi = \frac{2\pi}{3}, uv=152\vec{u} \cdot \vec{v} = -\frac{15}{2}, y obtienes 2uv=91||2\vec{u} - \vec{v}|| = \sqrt{91}.

Estrategia Siempre eleva al cuadrado primero cuando calcules normas de sumas o diferencias de vectores.

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3) · (vtw) = û · v + û · w
•
4) λ(ûv) = (λû). v = u. (λv)
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Proyecciones y Componentes

Las proyecciones vectoriales te permiten descomponer un vector en direcciones específicas - súper útil en física para analizar fuerzas.

La fórmula de proyección es \text{Proy}_\vec{v}\vec{u} = \frac{\vec{u} \cdot \vec{v}}{||\vec{v}||^2}\vec{v}, mientras que la componente escalar es \text{comp}_\vec{v}\vec{u} = \frac{\vec{u} \cdot \vec{v}}{||\vec{v}||}.

En el ejemplo con u=2i^+3j^+k^\vec{u} = 2\hat{i} + 3\hat{j} + \hat{k} y v=i^+2j^6k^\vec{v} = \hat{i} + 2\hat{j} - 6\hat{k}, primero calculas uv=2(1)+3(2)+1(6)=2\vec{u} \cdot \vec{v} = 2(1) + 3(2) + 1(-6) = 2 y v2=1+4+36=41||\vec{v}||^2 = 1 + 4 + 36 = 41.

Visualízalo La proyección es la "sombra" de un vector sobre otro, como cuando el sol proyecta tu sombra en el suelo.

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y
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Introducción al Producto Vectorial y Determinantes

El producto vectorial (o producto cruz) solo existe en R3\mathbb{R}^3 y su resultado es un vector perpendicular a los dos vectores originales. Antes de dominarlo, necesitas entender los determinantes.

Para matrices 2×2, el determinante es A=a11a22a12a21|A| = a_{11}a_{22} - a_{12}a_{21}. Si el determinante es diferente de cero, el sistema tiene solución única; si es cero, tiene infinitas soluciones o ninguna.

Para matrices 3×3, expandes por la primera fila A=a11a22a23 a32a33a12a21a23 a31a33+a13a21a22 a31a32|A| = a_{11}\begin{vmatrix} a_{22} & a_{23} \ a_{32} & a_{33} \end{vmatrix} - a_{12}\begin{vmatrix} a_{21} & a_{23} \ a_{31} & a_{33} \end{vmatrix} + a_{13}\begin{vmatrix} a_{21} & a_{22} \ a_{31} & a_{32} \end{vmatrix}.

Recuerda Los signos en la expansión siguen el patrón + - + para la primera fila.

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Cálculo del Producto Vectorial

El producto vectorial se calcula como un determinante especial u×v=i^j^k^ u1u2u3 v1v2v3\vec{u} \times \vec{v} = \begin{vmatrix} \hat{i} & \hat{j} & \hat{k} \ u_1 & u_2 & u_3 \ v_1 & v_2 & v_3 \end{vmatrix}.

Al expandir, obtienes u×v=i^(u2v3u3v2)j^(u1v3u3v1)+k^(u1v2u2v1)\vec{u} \times \vec{v} = \hat{i}(u_2v_3 - u_3v_2) - \hat{j}(u_1v_3 - u_3v_1) + \hat{k}(u_1v_2 - u_2v_1). Nota que el término en j^\hat{j} lleva signo negativo.

Los productos cruz de los vectores unitarios siguen la regla de la mano derecha i^×j^=k^\hat{i} \times \hat{j} = \hat{k}, j^×k^=i^\hat{j} \times \hat{k} = \hat{i}, k^×i^=j^\hat{k} \times \hat{i} = \hat{j}. En sentido contrario llevan signo negativo.

Truco nemotécnico Para recordar la secuencia, piensa en las letras del abecedario i→j→k→i...

PROPIEDADES DEL PRODUCTO ESCALAR
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y
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Interpretación Geométrica del Producto Vectorial

La norma del producto vectorial tiene una interpretación geométrica súper importante u×v=uvsinα||\vec{u} \times \vec{v}|| = ||\vec{u}|| ||\vec{v}|| \sin\alpha. Esta es exactamente el área del paralelogramo formado por los dos vectores.

La identidad de Lagrange conecta el producto vectorial con el producto escalar u×v2=u2v2(uv)2||\vec{u} \times \vec{v}||^2 = ||\vec{u}||^2 ||\vec{v}||^2 - (\vec{u} \cdot \vec{v})^2. Esta fórmula es súper útil cuando no conoces el ángulo directamente.

Para demostrar la identidad, usas la relación uv=uvcosφ\vec{u} \cdot \vec{v} = ||\vec{u}|| ||\vec{v}|| \cos\varphi y la identidad trigonométrica 1cos2φ=sin2φ1 - \cos^2\varphi = \sin^2\varphi.

Aplicación práctica En física, el área del paralelogramo aparece en el cálculo de torque y momento angular.

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Propiedades del Producto Vectorial y Ejercicios

El producto vectorial tiene propiedades que lo hacen diferente del producto escalar. La más importante u×v=v×u\vec{u} \times \vec{v} = -\vec{v} \times \vec{u} (anticonmutativo).

Otras propiedades clave es distributivo (u×(v+w)=u×v+u×w\vec{u} \times (\vec{v} + \vec{w}) = \vec{u} \times \vec{v} + \vec{u} \times \vec{w}), cualquier vector cruz consigo mismo da cero (u×u=0\vec{u} \times \vec{u} = \vec{0}), y el resultado es siempre perpendicular a ambos vectores originales.

Para encontrar un vector unitario ortogonal a dos vectores dados, calculas su producto cruz y luego lo normalizas un=u×vu×v\vec{u}_n = \frac{\vec{u} \times \vec{v}}{||\vec{u} \times \vec{v}||}.

Dato importante Si dos vectores son paralelos, su producto vectorial es el vector cero.

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Aplicaciones Avanzadas del Producto Vectorial

Los ejercicios combinados te ayudan a dominar todas las propiedades juntas. Cuando tienes c=a×ba\vec{c} = \vec{a} \times \vec{b} - \vec{a}, puedes usar la propiedad de que a(a×b)=0\vec{a} \cdot (\vec{a} \times \vec{b}) = 0 para simplificar cálculos.

Para calcular ac\vec{a} \cdot \vec{c}, desarrollas ac=a(a×b)aa=0a2=4\vec{a} \cdot \vec{c} = \vec{a} \cdot (\vec{a} \times \vec{b}) - \vec{a} \cdot \vec{a} = 0 - ||\vec{a}||^2 = -4.

Para c||\vec{c}||, usas la identidad de Lagrange cuando los vectores son ortogonales a×b2=a2b2||\vec{a} \times \vec{b}||^2 = ||\vec{a}||^2 ||\vec{b}||^2, porque ab=0\vec{a} \cdot \vec{b} = 0.

Estrategia final Siempre verifica si los vectores son ortogonales o paralelos - esto simplifica muchísimo los cálculos.

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La app es muy fácil de usar y está muy bien diseñada. Hasta ahora he encontrado todo lo que estaba buscando y he podido aprender mucho de las presentaciones. Definitivamente utilizaré la aplicación para un examen de clase. Y, por supuesto, también me sirve mucho de inspiración.

Pablo

usuario de iOS

Esta app es realmente genial. Hay tantos apuntes de clase y ayuda [...]. Tengo problemas con matemáticas, por ejemplo, y la aplicación tiene muchas opciones de ayuda. Gracias a Knowunity, he mejorado en mates. Se la recomiendo a todo el mundo.

Elena

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Vaya, estoy realmente sorprendida. Acabo de probar la app porque la he visto anunciada muchas veces y me he quedado absolutamente alucinada. Esta app es LA AYUDA que quieres para el insti y, sobre todo, ofrece muchísimas cosas, como ejercicios y hojas informativas, que a mí personalmente me han sido MUY útiles.

Ana

usuaria de iOS

Solía tener problemas para completar mis tareas a tiempo hasta que descubrí Knowunity, que no solo facilita subir mi propio contenido sino que también proporciona excelentes resúmenes que hacen mi trabajo más rápido y eficiente.

Thomas R

usuario de iOS

Siempre era un desafío encontrar toda la información importante para mis tareas – desde que comencé a usar Knowunity, puedo simplemente subir mi contenido y beneficiarme de los resúmenes de otros, lo que me ayuda mucho con la organización.

Lisa M

usuaria de Android

A menudo sentía que no tenía suficiente visión general al estudiar, pero desde que comencé a usar Knowunity, eso ya no es un problema – subo mi contenido y siempre encuentro resúmenes útiles en la plataforma, lo que hace mi aprendizaje mucho más fácil.

David K

usuario de iOS

¡La app es buenísima! Sólo tengo que introducir el tema en la barra de búsqueda y recibo la respuesta muy rápido. No tengo que ver 10 vídeos de YouTube para entender algo, así que me ahorro tiempo. ¡Muy recomendable!

Sara

usuaria de Android

En el instituto era muy malo en matemáticas, pero gracias a la app, ahora saco mejores notas. Os agradezco mucho que hayáis creado la aplicación.

Roberto

usuario de Android

Solía ser realmente difícil recopilar toda la información para mis presentaciones. Pero desde que comencé a usar Knowunity, solo subo mis apuntes y encuentro increíbles resúmenes de otros – ¡hace mi estudio mucho más eficiente!

Julia S

usuaria de Android

Estaba constantemente estresado con todo el material de estudio, pero desde que comencé a usar Knowunity, subo mis cosas y reviso los geniales resúmenes de otros – realmente me ayuda a gestionar todo mejor y es mucho menos estresante.

Marco B

usuario de iOS

Siempre fue difícil encontrar los materiales adecuados para mis tareas. Ahora solo subo mis apuntes a Knowunity y obtengo los mejores resúmenes de otros - realmente me ayuda a entender todo más rápido y mejora mis notas.

Sarah L

usuaria de Android

Antes pasaba horas buscando en Google materiales escolares, pero ahora solo subo mis cosas a Knowunity y reviso los útiles resúmenes de otros - me siento mucho más seguro al prepararme para los exámenes.

Paul T

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Esta app es realmente genial. Hay tantos apuntes de clase y ayuda [...]. Tengo problemas con matemáticas, por ejemplo, y la aplicación tiene muchas opciones de ayuda. Gracias a Knowunity, he mejorado en mates. Se la recomiendo a todo el mundo.

Elena

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Vaya, estoy realmente sorprendida. Acabo de probar la app porque la he visto anunciada muchas veces y me he quedado absolutamente alucinada. Esta app es LA AYUDA que quieres para el insti y, sobre todo, ofrece muchísimas cosas, como ejercicios y hojas informativas, que a mí personalmente me han sido MUY útiles.

Ana

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Solía tener problemas para completar mis tareas a tiempo hasta que descubrí Knowunity, que no solo facilita subir mi propio contenido sino que también proporciona excelentes resúmenes que hacen mi trabajo más rápido y eficiente.

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Siempre era un desafío encontrar toda la información importante para mis tareas – desde que comencé a usar Knowunity, puedo simplemente subir mi contenido y beneficiarme de los resúmenes de otros, lo que me ayuda mucho con la organización.

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A menudo sentía que no tenía suficiente visión general al estudiar, pero desde que comencé a usar Knowunity, eso ya no es un problema – subo mi contenido y siempre encuentro resúmenes útiles en la plataforma, lo que hace mi aprendizaje mucho más fácil.

David K

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¡La app es buenísima! Sólo tengo que introducir el tema en la barra de búsqueda y recibo la respuesta muy rápido. No tengo que ver 10 vídeos de YouTube para entender algo, así que me ahorro tiempo. ¡Muy recomendable!

Sara

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En el instituto era muy malo en matemáticas, pero gracias a la app, ahora saco mejores notas. Os agradezco mucho que hayáis creado la aplicación.

Roberto

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Solía ser realmente difícil recopilar toda la información para mis presentaciones. Pero desde que comencé a usar Knowunity, solo subo mis apuntes y encuentro increíbles resúmenes de otros – ¡hace mi estudio mucho más eficiente!

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Estaba constantemente estresado con todo el material de estudio, pero desde que comencé a usar Knowunity, subo mis cosas y reviso los geniales resúmenes de otros – realmente me ayuda a gestionar todo mejor y es mucho menos estresante.

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Siempre fue difícil encontrar los materiales adecuados para mis tareas. Ahora solo subo mis apuntes a Knowunity y obtengo los mejores resúmenes de otros - realmente me ayuda a entender todo más rápido y mejora mis notas.

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Antes pasaba horas buscando en Google materiales escolares, pero ahora solo subo mis cosas a Knowunity y reviso los útiles resúmenes de otros - me siento mucho más seguro al prepararme para los exámenes.

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Yeferson Gallego Mosquera

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¿Sabías que los vectores tienen propiedades súper útiles que te permiten resolver problemas de física y geometría de manera más fácil? En este tema vas a dominar el producto escalar, el producto vectorial y sus aplicaciones prácticas.

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û ñ = 0 <= > ú = ō
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3) · (vtw) = û · v + û · w
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Propiedades del Producto Escalar

El producto escalar es como una herramienta mágica que te dice qué tanto "se parecen" dos vectores. Tiene cinco propiedades clave que necesitas memorizar porque aparecen en todos los exámenes.

La primera propiedad te dice que uu0\vec{u} \cdot \vec{u} \geq 0 - básicamente, un vector consigo mismo siempre da positivo (excepto el vector cero). La segunda es que el orden no importa: uv=vu\vec{u} \cdot \vec{v} = \vec{v} \cdot \vec{u} (propiedad conmutativa).

La desigualdad de Cauchy-Schwarz suena complicada, pero es súper importante: uvuv|\vec{u} \cdot \vec{v}| \leq ||\vec{u}|| ||\vec{v}||. Esta desigualdad aparece porque el coseno del ángulo entre vectores nunca puede ser mayor que 1.

Tip clave: La fórmula cosφ=uvuv\cos\varphi = \frac{\vec{u} \cdot \vec{v}}{||\vec{u}|| ||\vec{v}||} te permite encontrar el ángulo entre cualquier par de vectores.

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¿Alguna vez te has preguntado por qué el camino más corto entre dos puntos es la línea recta? La desigualdad del triángulo lo explica matemáticamente: a+ba+b||\vec{a} + \vec{b}|| \leq ||\vec{a}|| + ||\vec{b}||.

Para demostrar esta propiedad, usamos el truco de elevar al cuadrado ambos lados. Cuando desarrollas a+b2||\vec{a} + \vec{b}||^2, obtienes a2+2ab+b2||\vec{a}||^2 + 2\vec{a} \cdot \vec{b} + ||\vec{b}||^2.

El paso clave es usar la propiedad de que cualquier número es menor o igual que su valor absoluto. Luego aplicamos Cauchy-Schwarz para reemplazar ab|\vec{a} \cdot \vec{b}| por ab||\vec{a}|| ||\vec{b}||.

Recuerda: Esta desigualdad te dice que la suma de las magnitudes de dos vectores siempre es mayor o igual que la magnitud de su suma vectorial.

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Calcular ángulos entre vectores es más fácil de lo que parece. Usas la fórmula cosφ=uvuv\cos\varphi = \frac{\vec{u} \cdot \vec{v}}{||\vec{u}|| ||\vec{v}||} y listo.

Hay dos casos especiales que siempre aparecen en los exámenes: cuando uv=0\vec{u} \cdot \vec{v} = 0, los vectores son perpendiculares (ángulo de 90°). Cuando el ángulo es 0° o 180°, los vectores son paralelos.

Para el ejercicio de encontrar valores de λ donde los vectores sean ortogonales, simplemente igualas el producto escalar a cero: uv=0\vec{u} \cdot \vec{v} = 0. Con los vectores dados, obtienes λ23λ4=0\lambda^2 - 3\lambda - 4 = 0, que se resuelve factorizando: (λ4)(λ+1)=0(\lambda - 4)(\lambda + 1) = 0.

Dato útil: Los vectores ortogonales aparecen constantemente en física (fuerzas perpendiculares) y en geometría analítica.

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Cálculos con Normas y Ángulos

Cuando tienes que calcular 2uv||2\vec{u} - \vec{v}||, el truco está en usar la fórmula 2uv2=(2uv)(2uv)||2\vec{u} - \vec{v}||^2 = (2\vec{u} - \vec{v}) \cdot (2\vec{u} - \vec{v}).

Al desarrollar el producto punto, obtienes 4u24uv+v24||\vec{u}||^2 - 4\vec{u} \cdot \vec{v} + ||\vec{v}||^2. Con u=3||\vec{u}|| = 3 y v=5||\vec{v}|| = 5, solo necesitas el valor de uv\vec{u} \cdot \vec{v}.

Para vectores perpendiculares (φ=π2\varphi = \frac{\pi}{2}), uv=0\vec{u} \cdot \vec{v} = 0, entonces 2uv=61||2\vec{u} - \vec{v}|| = \sqrt{61}. Para φ=2π3\varphi = \frac{2\pi}{3}, uv=152\vec{u} \cdot \vec{v} = -\frac{15}{2}, y obtienes 2uv=91||2\vec{u} - \vec{v}|| = \sqrt{91}.

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Proyecciones y Componentes

Las proyecciones vectoriales te permiten descomponer un vector en direcciones específicas - súper útil en física para analizar fuerzas.

La fórmula de proyección es \text{Proy}_\vec{v}\vec{u} = \frac{\vec{u} \cdot \vec{v}}{||\vec{v}||^2}\vec{v}, mientras que la componente escalar es \text{comp}_\vec{v}\vec{u} = \frac{\vec{u} \cdot \vec{v}}{||\vec{v}||}.

En el ejemplo con u=2i^+3j^+k^\vec{u} = 2\hat{i} + 3\hat{j} + \hat{k} y v=i^+2j^6k^\vec{v} = \hat{i} + 2\hat{j} - 6\hat{k}, primero calculas uv=2(1)+3(2)+1(6)=2\vec{u} \cdot \vec{v} = 2(1) + 3(2) + 1(-6) = 2 y v2=1+4+36=41||\vec{v}||^2 = 1 + 4 + 36 = 41.

Visualízalo: La proyección es la "sombra" de un vector sobre otro, como cuando el sol proyecta tu sombra en el suelo.

PROPIEDADES DEL PRODUCTO ESCALAR
1) येथे 20
2) ✔ ✔ - ✔ ✔
û ñ = 0 <= > ú = ō
y
3) · (vtw) = û · v + û · w
•
4) λ(ûv) = (λû). v = u. (λv)
5) |

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Introducción al Producto Vectorial y Determinantes

El producto vectorial (o producto cruz) solo existe en R3\mathbb{R}^3 y su resultado es un vector perpendicular a los dos vectores originales. Antes de dominarlo, necesitas entender los determinantes.

Para matrices 2×2, el determinante es A=a11a22a12a21|A| = a_{11}a_{22} - a_{12}a_{21}. Si el determinante es diferente de cero, el sistema tiene solución única; si es cero, tiene infinitas soluciones o ninguna.

Para matrices 3×3, expandes por la primera fila: A=a11a22a23 a32a33a12a21a23 a31a33+a13a21a22 a31a32|A| = a_{11}\begin{vmatrix} a_{22} & a_{23} \ a_{32} & a_{33} \end{vmatrix} - a_{12}\begin{vmatrix} a_{21} & a_{23} \ a_{31} & a_{33} \end{vmatrix} + a_{13}\begin{vmatrix} a_{21} & a_{22} \ a_{31} & a_{32} \end{vmatrix}.

Recuerda: Los signos en la expansión siguen el patrón + - + para la primera fila.

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y
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Cálculo del Producto Vectorial

El producto vectorial se calcula como un determinante especial: u×v=i^j^k^ u1u2u3 v1v2v3\vec{u} \times \vec{v} = \begin{vmatrix} \hat{i} & \hat{j} & \hat{k} \ u_1 & u_2 & u_3 \ v_1 & v_2 & v_3 \end{vmatrix}.

Al expandir, obtienes u×v=i^(u2v3u3v2)j^(u1v3u3v1)+k^(u1v2u2v1)\vec{u} \times \vec{v} = \hat{i}(u_2v_3 - u_3v_2) - \hat{j}(u_1v_3 - u_3v_1) + \hat{k}(u_1v_2 - u_2v_1). Nota que el término en j^\hat{j} lleva signo negativo.

Los productos cruz de los vectores unitarios siguen la regla de la mano derecha: i^×j^=k^\hat{i} \times \hat{j} = \hat{k}, j^×k^=i^\hat{j} \times \hat{k} = \hat{i}, k^×i^=j^\hat{k} \times \hat{i} = \hat{j}. En sentido contrario llevan signo negativo.

Truco nemotécnico: Para recordar la secuencia, piensa en las letras del abecedario: i→j→k→i...

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Interpretación Geométrica del Producto Vectorial

La norma del producto vectorial tiene una interpretación geométrica súper importante: u×v=uvsinα||\vec{u} \times \vec{v}|| = ||\vec{u}|| ||\vec{v}|| \sin\alpha. Esta es exactamente el área del paralelogramo formado por los dos vectores.

La identidad de Lagrange conecta el producto vectorial con el producto escalar: u×v2=u2v2(uv)2||\vec{u} \times \vec{v}||^2 = ||\vec{u}||^2 ||\vec{v}||^2 - (\vec{u} \cdot \vec{v})^2. Esta fórmula es súper útil cuando no conoces el ángulo directamente.

Para demostrar la identidad, usas la relación uv=uvcosφ\vec{u} \cdot \vec{v} = ||\vec{u}|| ||\vec{v}|| \cos\varphi y la identidad trigonométrica 1cos2φ=sin2φ1 - \cos^2\varphi = \sin^2\varphi.

Aplicación práctica: En física, el área del paralelogramo aparece en el cálculo de torque y momento angular.

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Propiedades del Producto Vectorial y Ejercicios

El producto vectorial tiene propiedades que lo hacen diferente del producto escalar. La más importante: u×v=v×u\vec{u} \times \vec{v} = -\vec{v} \times \vec{u} (anticonmutativo).

Otras propiedades clave: es distributivo (u×(v+w)=u×v+u×w\vec{u} \times (\vec{v} + \vec{w}) = \vec{u} \times \vec{v} + \vec{u} \times \vec{w}), cualquier vector cruz consigo mismo da cero (u×u=0\vec{u} \times \vec{u} = \vec{0}), y el resultado es siempre perpendicular a ambos vectores originales.

Para encontrar un vector unitario ortogonal a dos vectores dados, calculas su producto cruz y luego lo normalizas: un=u×vu×v\vec{u}_n = \frac{\vec{u} \times \vec{v}}{||\vec{u} \times \vec{v}||}.

Dato importante: Si dos vectores son paralelos, su producto vectorial es el vector cero.

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Aplicaciones Avanzadas del Producto Vectorial

Los ejercicios combinados te ayudan a dominar todas las propiedades juntas. Cuando tienes c=a×ba\vec{c} = \vec{a} \times \vec{b} - \vec{a}, puedes usar la propiedad de que a(a×b)=0\vec{a} \cdot (\vec{a} \times \vec{b}) = 0 para simplificar cálculos.

Para calcular ac\vec{a} \cdot \vec{c}, desarrollas: ac=a(a×b)aa=0a2=4\vec{a} \cdot \vec{c} = \vec{a} \cdot (\vec{a} \times \vec{b}) - \vec{a} \cdot \vec{a} = 0 - ||\vec{a}||^2 = -4.

Para c||\vec{c}||, usas la identidad de Lagrange cuando los vectores son ortogonales: a×b2=a2b2||\vec{a} \times \vec{b}||^2 = ||\vec{a}||^2 ||\vec{b}||^2, porque ab=0\vec{a} \cdot \vec{b} = 0.

Estrategia final: Siempre verifica si los vectores son ortogonales o paralelos - esto simplifica muchísimo los cálculos.

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Pablo

usuario de iOS

Esta app es realmente genial. Hay tantos apuntes de clase y ayuda [...]. Tengo problemas con matemáticas, por ejemplo, y la aplicación tiene muchas opciones de ayuda. Gracias a Knowunity, he mejorado en mates. Se la recomiendo a todo el mundo.

Elena

usuaria de Android

Vaya, estoy realmente sorprendida. Acabo de probar la app porque la he visto anunciada muchas veces y me he quedado absolutamente alucinada. Esta app es LA AYUDA que quieres para el insti y, sobre todo, ofrece muchísimas cosas, como ejercicios y hojas informativas, que a mí personalmente me han sido MUY útiles.

Ana

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A menudo sentía que no tenía suficiente visión general al estudiar, pero desde que comencé a usar Knowunity, eso ya no es un problema – subo mi contenido y siempre encuentro resúmenes útiles en la plataforma, lo que hace mi aprendizaje mucho más fácil.

David K

usuario de iOS

¡La app es buenísima! Sólo tengo que introducir el tema en la barra de búsqueda y recibo la respuesta muy rápido. No tengo que ver 10 vídeos de YouTube para entender algo, así que me ahorro tiempo. ¡Muy recomendable!

Sara

usuaria de Android

En el instituto era muy malo en matemáticas, pero gracias a la app, ahora saco mejores notas. Os agradezco mucho que hayáis creado la aplicación.

Roberto

usuario de Android

Solía ser realmente difícil recopilar toda la información para mis presentaciones. Pero desde que comencé a usar Knowunity, solo subo mis apuntes y encuentro increíbles resúmenes de otros – ¡hace mi estudio mucho más eficiente!

Julia S

usuaria de Android

Estaba constantemente estresado con todo el material de estudio, pero desde que comencé a usar Knowunity, subo mis cosas y reviso los geniales resúmenes de otros – realmente me ayuda a gestionar todo mejor y es mucho menos estresante.

Marco B

usuario de iOS

Siempre fue difícil encontrar los materiales adecuados para mis tareas. Ahora solo subo mis apuntes a Knowunity y obtengo los mejores resúmenes de otros - realmente me ayuda a entender todo más rápido y mejora mis notas.

Sarah L

usuaria de Android

Antes pasaba horas buscando en Google materiales escolares, pero ahora solo subo mis cosas a Knowunity y reviso los útiles resúmenes de otros - me siento mucho más seguro al prepararme para los exámenes.

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