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1º Bachillerato Matemáticas I · Ciencias y Tecnología

Lección 06 · A · Sentido numérico

El conjunto de vectores

Sentido numérico: conjunto de vectores, su estructura, la comprensión de la suma y del producto por un escalar, y la dependencia lineal. Decreto 40/2022, Castilla y León.

Objetivos

Explicación

El conjunto de los vectores del plano, con la suma y con el producto por un número real, tiene una estructura estable: el resultado de esas operaciones vuelve a ser un vector del plano. Esta lección mira esa estructura. No hay matrices ni determinantes. La dependencia se decide con una ecuación de componentes.

Producto por un escalar

Si k es un real y u = (u1, u2), entonces k u = (k u1, k u2). Se estiran o se encogen las dos componentes con el mismo factor. Si k > 0, el sentido se mantiene. Si k < 0, el sentido se invierte. Si k = 0, el resultado es el vector cero. Propiedades que se comprueban componente a componente: 1 · u = u, (k + m) u = k u + m u, k (u + v) = k u + k v, y k (m u) = (k m) u.

Combinación lineal

Una combinación lineal de u y v es un vector de la forma a u + b v, con a y b reales. Calcularla es multiplicar y luego sumar. No es un producto escalar: el resultado sigue siendo un vector.

Dependencia

Dos vectores son linealmente dependientes si uno es escalar del otro, incluido el caso en que alguno es cero. Equivalentemente, existen a y b, no los dos nulos, con a u + b v = 0. Son independientes si a u + b v = 0 obliga a a = 0 y b = 0. En el plano, (1, 0) y (0, 1) son independientes: a(1, 0) + b(0, 1) = (a, b) = (0, 0) implica a = 0 y b = 0. En cambio (2, 4) = 2(1, 2), así que {(2, 4), (1, 2)} es dependiente.

Glosa de los símbolos de esta lección

k u
Producto del escalar k por el vector u: se multiplican las dos componentes.
a u + b v
Combinación lineal. a y b son números; el resultado es un vector.
dependientes
Uno es múltiplo del otro, o hay una combinación no trivial que da el vector cero.
independientes
La única combinación que da cero es a = 0 y b = 0.

Ejemplo 1, paso a paso

3(1, 2) − 2(2, −1)

  1. 3(1, 2) = (3, 6).
  2. −2(2, −1) = (−4, 2).
  3. Suma: (3 − 4, 6 + 2) = (−1, 8).
  4. Es la combinación lineal con coeficientes 3 y −2.

Resultado: (−1, 8).

Ejemplo 2, paso a paso

¿Son dependientes (2, −1) y (−4, 2)?

  1. Se busca k tal que k(2, −1) = (−4, 2).
  2. Primera componente: 2k = −4, luego k = −2.
  3. Segunda: −1 · (−2) = 2, que coincide con la segunda componente del otro vector.
  4. Por tanto (−4, 2) = −2(2, −1).
  5. Combinación no trivial que da cero: 2(2, −1) + 1(−4, 2) = (4, −2) + (−4, 2) = (0, 0).

Resultado: son dependientes. Contraste: (1, 0) y (0, 1) no lo son, porque (a, b) = (0, 0) obliga a los dos coeficientes a cero.

Error típico, corregido

Se dice que dos vectores solo son dependientes si uno de ellos es el cero. Es falso. (2, −1) y (−4, 2) son los dos distintos de cero y aun así son dependientes, porque el segundo es −2 veces el primero.

El cero sí provoca dependencia: 1 · (0, 0) + 0 · u = 0 usa un coeficiente no nulo. Pero no es el único caso. La prueba es la existencia de un múltiplo, no el hecho de que «se vean distintos».

Figura: la misma recta o dos direcciones

A la izquierda, (2, −1) y su múltiplo (−4, 2) viven en la misma recta. A la derecha, (1, 0) y (0, 1) abren el plano: ninguna combinación de uno solo recupera al otro.

Vectores dependientes sobre una recta e independientes sobre los ejes dependientes independientes

En la vida real

Dos mandos que empujan lo mismo

Si dos desplazamientos permitidos van por la misma recta, por mucho que combines sus múltiplos no sales de esa recta. Hace falta una segunda dirección, no múltiplo de la primera, para llegar a un punto cualquiera del plano. Eso es la independencia, dicha con movimientos.

Práctica en la misma página

u = (2, −1) está fijo. El control es el escalar k. La figura dibuja k u. Busca el k que da (−4, 2) y escribe en la caja la combinación 3(1, 2) − 2(2, −1).

Producto de un vector por un escalar k = 1
1·(2, −1) = (2, −1)

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Comprueba

Calcula 2(1, −1) + (3, 2).

Respuesta: (2, −2) + (3, 2) = (5, 0).

Por qué: el escalar 2 multiplica las dos componentes de (1, −1) y después se suma componente a componente con (3, 2).

¿Son dependientes (2, 4) y (1, 2)?

Respuesta: sí, porque (2, 4) = 2(1, 2).

Por qué: las dos componentes cumplen la misma proporción 2. Una combinación que da cero es 1·(2, 4) + (−2)·(1, 2) = (0, 0).

¿Son dependientes (1, 0) y (0, 1)?

Respuesta: no.

Por qué: a(1, 0) + b(0, 1) = (a, b) solo es cero si a y b son cero. No existe un múltiplo que lleve el primero al segundo.

Tu resolución

Escribe el desarrollo en este cuadro. Si necesitas un boceto, dibújalo en el lienzo de esta misma página. No se envía a ningún sitio.

Lienzo para el boceto.

Mini cierre

Multiplicar por un escalar estira las dos componentes a la vez. Una combinación lineal sigue siendo un vector. Dos vectores son dependientes cuando uno es múltiplo del otro. No hace falta una matriz para verlo.

Reto

Coeficientes que den un vector pedido

Escribe (5, 1) como combinación de (1, 0) y (0, 1). Después intenta escribir (5, 1) como múltiplo de un solo vector (2, −1) y explica, con componentes, por qué no sale.

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