Fórmula vectorial de homotecia con centro general: P' = O + k·(P − O)

M2 — PAES electiva Avanzada

Resumen inicial

Homotecia y transformaciones de escala: Fórmula Vectorial de Homotecia General.

Explicación en palabras simples

Fórmula Vectorial de Homotecia General

La fórmula vectorial de homotecia expresa que el vector de posición del punto transformado $\vec{P'}$ es una combinación afín entre el centro $\vec{O}$ y el punto original $\vec{P}$: $\vec{P'} = \vec{O} + k(\vec{P} - \vec{O}) = (1 - k)\vec{O} + k\vec{P}$.

Explicación formal

Teorema vectorial de la combinación afín

Sea $V$ un espacio vectorial normado sobre $\mathbb{R}$. La homotecia con centro $\mathbf{o} \in V$ y razón $k \in \mathbb{R}$ satisface:

$$\mathbf{p}' = \mathbf{o} + k(\mathbf{p} - \mathbf{o}) = (1 - k)\mathbf{o} + k\mathbf{p}$$

Propiedades algebraicas fundamentales

  1. Combinación afín: Los coeficientes suman $1$: $(1 - k) + k = 1$.
  2. Conmutatividad escalar: $k(\mathbf{p} - \mathbf{o}) = (\mathbf{p} - \mathbf{o})k$.
  3. Preservación del baricentro: $\mathbf{G}' = (1 - k)\mathbf{o} + k\mathbf{G}$.

Síntesis didáctica

La expresión vectorial sintetiza todas las propiedades métricas y espaciales de la homotecia.

Comprueba tu avance ¿Cómo se expresa $\vec{P'}$ como combinación afín del centro $\vec{O}$ y el punto $\vec{P}$?

Definiciones clave

  • Homotecia $H(O, k)$: Transformación afín que dilata o contrae figuras desde un centro fijo $O$ mediante un factor de escala $k$.
  • Centro de homotecia (O): Punto fijo invariante donde concurren todas las rectas que unen puntos homólogos.
  • Razón de homotecia (k): Escalar real no nulo que determina el factor de escala lineal y la orientación relativa.
  • Efectos dimensionales: Escalamiento métrico: magnitudes lineales escalan con $|k|$, áreas con $k^2$.

Propiedades y relaciones importantes

  • Ecuación vectorial: $\vec{OP^\prime} = k \cdot \vec{OP}$.
  • Paralelismo homólogo: $\overline{AB} \parallel \overline{A^\prime B^\prime} \quad \forall A \neq B$.
  • Razón de áreas: $\frac{\text{Área}^\prime}{\text{Área}} = k^2$.
  • Simetría central: $H(O, -1) \equiv S_O \equiv R(O, 180^\circ)$.

Ejemplo guiado

Ejemplo de Fórmula Vectorial de Homotecia General

Aplica las propiedades y definiciones de homotecia para determinar las coordenadas, longitudes y justificaciones geométricas requeridas.

  • Paso 1: Identificar el centro $O$ y la razón $k$ de la homotecia.
  • Paso 2: Determinar si la transformación es directa ($k > 0$) o inversa ($k < 0$).
  • Paso 3: Aplicar la fórmula correspondiente: vectorial, por coordenadas o de escalamiento métrico.
  • Paso 4: Calcular la magnitud lineal multiplicando por $|k|$ o el área multiplicando por $k^2$.
  • Paso 5: Verificar el paralelismo y la coherencia espacial de la figura homotética resultante.
Comprueba tu avance Si $\vec{O} = (1, 1)$, $\vec{P} = (3, 5)$ y $k = 3$, ¿cuál es el vector $\vec{P'}$?

Procedimiento

  • Paso 1: Identificar el centro de homotecia $O$ y el valor numérico de la razón $k$.
  • Paso 2: Trazar los rayos desde $O$ a través de cada vértice de la figura original.
  • Paso 3: Multiplicar las distancias desde $O$ por $|k|$ (en el mismo sentido si $k > 0$, en sentido opuesto si $k < 0$).
  • Paso 4: Unir los vértices homotéticos resultantes verificando el paralelismo con los lados originales.
  • Paso 5: Calcular perímetros ($|k| \cdot P$) o áreas ($k^2 \cdot A$) según lo solicitado.

Errores frecuentes y cómo corregirlos

Recuerda que si $k < 0$, las longitudes y perímetros son siempre positivos y se multiplican por $|k|$, mientras que la figura queda invertida 180° al otro lado del centro $O$.

Ejemplos

Responde los siguientes ejercicios para poner a prueba lo que acabas de aprender.

1 ¿Cuál es el valor o resultado geométrico obtenido al aplicar la homotecia?
2 Si una figura se transforma mediante una homotecia con razón k = -2, ¿por cuánto se multiplica su área?
3 ¿Una homotecia con k = -1 cambia el tamaño de una figura?
4 ¿Los lados homólogos de dos figuras homotéticas son siempre paralelos?

Ejemplos Verdadero/Falso

Decide si cada afirmación es verdadera o falsa antes de ver la explicación.

"{'error': 'Olvidar que las longitudes y perímetros deben multiplicarse por el valor absoluto |k|, asignando valores negativos a las distancias.', 'correccion': 'Toda longitud y perímetro es una magnitud estrictamente positiva: $L^\\prime = |k| \\cdot L$. El signo negativo de $k$ solo indica inversión espacial.'}"
"{'error': 'Multiplicar el área por k en lugar de k².', 'correccion': 'El área es una magnitud superficial bidimensional y siempre escala con el cuadrado de la razón: $\\text{Área}^\\prime = k^2 \\cdot \\text{Área}$.'}"
"{'error': 'Olvidar restar el centro de homotecia antes de multiplicar por k cuando el centro no es el origen.', 'correccion': 'Usa siempre la fórmula afín correcta: $P^\\prime = C + k(P - C)$, es decir, $x^\\prime = x_0 + k(x - x_0)$ e $y^\\prime = y_0 + k(y - y_0)$.'}"

Practica

Preguntas conceptuales

Verificar las ideas clave antes de calcular.

  1. La fórmula vectorial de homotecia es:

  2. Con O=(2,3), P=(5,7), k=2, se obtiene P'=(8,11).

  3. ¿Qué representa el vector (P-O) en esta fórmula?

Reconocimiento

Identificar elementos, datos o procedimientos.

  1. La fórmula vectorial es equivalente a la fórmula de coordenadas (a+k(x-a), b+k(y-b)).

Ejercicios básicos

Aplicar el procedimiento principal en casos simples.

  1. Con O=(0,0), la fórmula vectorial se reduce a P'=kP.

  2. Con O=(2,2), k=-1, P=(5,4), ¿cuál es P'?

  3. Con O=(1,1), P=(4,5), k=3, ¿cuál es P'?

Preguntas tipo PAES

Resolver preguntas con formato y distractores similares a PAES.

  1. ¿Cuál es el error frecuente al aplicar la fórmula vectorial?

  2. La fórmula vectorial de homotecia también se puede usar para describir figuras completas, aplicándola a cada vértice.

  3. Con O=(3,3) y una homotecia tal que P'=(9,9) cuando P=(5,5). ¿Cuál es el valor de k?

Evaluación de dominio

☆☆☆ 0/3 niveles aprobados
Nivel 1 Definición
Nivel 2 Ejercicios simples
Nivel 3 Problemas de aplicación

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