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Vamos

Definición del producto punto

El producto punto o producto escalar de dos vectores es una operación que da como resultado un número real. Hay distintas formas de definir esta operación, una de ellas es por medio de multiplicar el producto de los módulos de los vectores por el coseno del ángulo que forman, esto es

Sin embargo, la forma más común de definir el producto punto no es esa, sino por medio de la suma de los productos de sus respecticas coordenadas, es decir, si y , entonces podemos definir el producto punto como

Ejemplo

1

Hallar el producto punto de dos vectores cuyas coordenadas son las siguientes:



Solución

Aplicando la definición, tenemos que



Propiedades del producto punto

Tenemos las siguientes propiedades importantes del producto punto.

1 Conmutatividad.

2 Asociatidad al multiplicar por un número real.

3 Distributividad con la suma.

4 Si , entonces se cumple que

Módulo de un vector en términos del producto punto

Podemos expresar el móludo de un vector en términos del producto punto, simplemente notemos que

En pocas palabra, el módulo de un vector es la raíz de producto punto del vector consigo mismo.

Ejemplo

1

Obtener el módulo del siguiente vector



Solución

Aplicando la igualdad anterior, tenemos que



Ángulo entre dos vectores en términos de su producto punto

Podemos definir el ángulo entre dos vectores en términos del producto punto de estos. Primero tengamos en cuenta que el coseno del ángulo que se fomra por dos vectores y está dado por

Notemos que una vez que tenemos el coseno, podemos calcular el ángulo simplemente aplicando la función trigonométrica inversa arcocoseno, así

Ejemplo

1

Obtener el ángulo que forman los vectores



Solución

Por la fórmula anterior tenemos que



Vectores ortogonales

Dos vectores y son ortogonales si el producto punto de estos es nulo (igual a ), esto es, si se cumple que

así, notemos que la ortogonalidad está definida a partir del producto punto.

Ejemplo

1

Verificar si los vectores





son ortogonales.

Solución

Calculemos el producto punto de los vectores





Dado que el producto punto es igual a , tenemos que los vectores son ortogonales.

Interpretación geométrica del producto punto

Tenenemos que el producto punto de dos vectores no nulos (distintos al vector cero) es igual al módulo de uno de ellos por el módulo de la proyección del otro sobre él. Analicemos la siguiente imagen

Proyección de un vector a otro

Notemos que , y es la proyección de sobre , entonces es claro que

Sin embargo, como vimos previamente, el coseno también está dado por

Igualando tenemos que

Como dado, la proyección escalar de sobre se calcula con la siguiente fórmula

es claro que lo que se hace es obtener un vector unitario con la dirección de y luego le damos una longitud igual a .

Ejercicios

Los siguientes ejercicio servirán de práctica para entender mejor el producto punto y sus propiedades.

1

Dados los vectores





encontrar sus módulos.

Solución

Calculemos los módulos





2

Dados los vectores





calcular su producto escalar.

Solución

Calculemos el producto escalar



3

Verificar si los vectores





son ortogonales.

Solución

Calculemos el producto punto de los vectores





Dado que el producto punto no es igual a , tenemos que los vectores no son ortogonales.

4

Dados los vectores





calcular el ángulo que forman.

Solución

Apliquemos la fórmula que vimos, esto es, usaremos arcocoseno



5

Dados los vectores





encontrar el valor de para que los vectores sean ortogonales.

Solución

Recordemos que para que dos vectores sean ortogonales su producto punto debe ser igual a cero, por lo tanto



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Marta

➗ Licenciada en Químicas da clase de Matemáticas, Física y Química -> Comparto aquí mi pasión por las matemáticas ➗