Método

Ángulos entre rectas y planos

El ángulo entre dos rectas es el que forman sus directores. Como los directores pueden apuntar para cualquier lado, se toma siempre el ángulo agudo, y por eso se usa el valor absoluto del producto escalar.

El ángulo entre dos planos es el que forman sus normales, con la misma consideración del valor absoluto.

El caso de recta y plano es el que se equivoca más. El director de la recta y el normal del plano son casi perpendiculares cuando la recta es casi paralela al plano, así que el ángulo entre ellos no es el que se busca.

Lo que se hace es calcular el ángulo entre el director y el normal, y restarlo de un ángulo recto. Equivalentemente, se usa el seno en vez del coseno en la fórmula.

Los casos extremos ayudan a chequear el resultado. Si la recta está contenida en el plano, el ángulo es cero. Si es perpendicular al plano, el ángulo es recto.

senθ=dn/(dn)\operatorname{sen} \theta = |d \cdot n| / (|d| \cdot |n|)
Cuándo se usa

Cuando el ejercicio pide un ángulo. Entre rectas van los directores, entre planos los normales. Entre recta y plano usá el seno en vez del coseno, o restá de noventa grados.

Ejemplo 1

Hallar el ángulo entre la recta de director d=(1,2,2)d = (1, 2, 2) y el plano z=0z = 0.

Leemos la normal del plano. El plano z=0z = 0 se puede escribir 0xy+z=00xy + z = 0, así que n=(0,0,1)n = (0, 0, 1).
Calculamos el producto escalar. (1,2,2)(0,0,1)=2(1, 2, 2) \cdot (0, 0, 1) = 2.
Calculamos los dos módulos. d=1+4+4=3|d| = \sqrt{1 + 4 + 4} = 3 y n=1|n| = 1.
Armamos el seno. senθ=2/(31)=2/3\operatorname{sen} \theta = |2| / (3 \cdot 1) = 2/3.
Despejamos el ángulo. θ=arc sen(2/3)41,8\theta = \operatorname{arc\,sen} (2/3) \approx 41{,}8^{\circ}. Es el ángulo entre la recta y el piso, que es lo que se pedía.
Respuesta: θ41,8\theta \approx 41{,}8^{\circ}

Ejemplo 2

Hallar el ángulo entre los planos x+y=1x + y = 1 y x=3x = 3.

Leemos las dos normales. n1=(1,1,0)n_{1} = (1, 1, 0) y n2=(1,0,0)n_{2} = (1, 0, 0).
Entre planos va coseno. Los dos vectores son perpendiculares a sus planos, así que el ángulo entre las normales es el mismo que entre los planos.
Calculamos el producto escalar. 11+100=11 \cdot 1 + 1 \cdot 0 \cdot 0 = 1.
Calculamos los módulos. n1=2|n_{1}| = \sqrt{2} y n2=1|n_{2}| = 1.
Armamos el coseno y despejamos. cosθ=1/2=2/2\cos \theta = 1 / \sqrt{2} = \sqrt{2}/2, así que θ=45\theta = 45^{\circ}.
Respuesta: θ=45\theta = 45^{\circ}

Error típico

Usar coseno para el ángulo entre recta y plano. Eso devuelve el ángulo con la normal, que es el complemento del que se pide. El control es rápido: si la recta es paralela al plano el resultado tiene que dar 0,y0^{\circ}, y con coseno daría 9090^{\circ}.

Practicar

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