Propiedad de paralelismo entre segmentos homólogos en una homotecia

M2 — PAES electiva Avanzada

Resumen inicial

Homotecia y transformaciones de escala: Propiedad de paralelismo entre segmentos homólogos.

Explicación en palabras simples

Paralelismo entre Segmentos Homólogos

En toda homotecia, cualquier segmento de la figura original es estrictamente paralelo a su segmento homólogo en la figura transformada ($\overline{AB} \parallel \overline{A'B'}$), conservando idéntica pendiente en el plano cartesiano ($m' = m$).

Explicación formal

Teorema del paralelismo homotético

Sean $A, B \in \mathbb{R}^2$ con $A \neq B$, y sean $A' = H_{(O, k)}(A)$ y $B' = H_{(O, k)}(B)$ sus puntos homólogos bajo una homotecia de centro $O$ y razón $k \neq 0$. Por definición vectorial:

$$\vec{A'B'} = B' - A' = [O + k(B - O)] - [O + k(A - O)] = k(B - A) = k \cdot \vec{AB}$$

Dado que $\vec{A'B'} = k \cdot \vec{AB}$, los vectores $\vec{A'B'}$ y $\vec{AB}$ son colineales y linealmente dependientes. En consecuencia, las rectas que los contienen son paralelas:

$$\vec{A'B'} \parallel \vec{AB} \implies \overleftrightarrow{AB} \parallel \overleftrightarrow{A'B'}$$

Desglose simbólico y geométrico

  • Igualdad de pendientes: En el plano cartesiano, $m_{A'B'} = \frac{y_{B'} - y_{A'}}{x_{B'} - x_{A'}} = \frac{k(y_B - y_A)}{k(x_B - x_A)} = m_{AB}$. La pendiente se mantiene invariante.
  • Rectas invariantes (secantes por $O$): Si una recta $L$ pasa por el centro de homotecia $O$ ($O \in L$), todo punto $P \in L$ se transforma en $P' \in L$. La recta se transforma globalmente en sí misma: $H(L) = L$.
  • Segmentos coincidentes: Si el segmento $\overline{AB}$ pertenece a una recta que pasa por $O$, el segmento homólogo $\overline{A'B'}$ se ubica sobre la misma recta soporte.

Síntesis didáctica

El paralelismo entre lados homólogos es la propiedad geométrica distintiva de toda homotecia, garantizando que la figura no rote ni se deforme angularmente.

Comprueba tu avance Si la recta que contiene a un lado $\overline{AB}$ tiene pendiente $m = 3$, ¿cuál es la pendiente de su homólogo $\overline{A'B'}$?

Definiciones clave

  • Segmentos homólogos: Pareja de segmentos correspondientes donde uno es la imagen del otro bajo la transformación homotética ($\overline{AB}$ y $\overline{A'B'}$).
  • Paralelismo homotético: Propiedad geométrica que establece que $\overline{AB} \parallel \overline{A'B'}$ para cualquier par de puntos no colineales con el centro $O$.
  • Pendiente invariante: En el plano cartesiano, la inclinación de cualquier recta soporte se preserva intacta tras la homotecia ($m' = m$).
  • Recta invariante: Toda recta que contiene al centro de homotecia $O$ cumple $H(L) = L$, transformándose en sí misma.

Propiedades y relaciones importantes

  • Vectorial: $\vec{A'B'} = k \cdot \vec{AB}$.
  • Paralelismo estricto: $\overline{AB} \parallel \overline{A'B'} \quad (\forall A \neq B)$.
  • Pendientes: $m_{A'B'} = m_{AB}$.
  • Rectas por el centro: $O \in L \implies H(L) = L$.

Ejemplo guiado

Ejemplo de Paralelismo entre Segmentos Homólogos

Aplica las propiedades de paralelismo e invariancia de pendientes en figuras homotéticas para resolver los siguientes casos analíticos y conceptuales.

  • Paso 1: Identificar las pendientes o direcciones de los segmentos de la figura original.
  • Paso 2: Aplicar la propiedad de paralelismo: los segmentos homólogos conservan la misma pendiente ($m' = m$).
  • Paso 3: Verificar la posición del centro $O$ para determinar si los segmentos pertenecen a una recta invariante.
  • Paso 4: Calcular la ecuación o inclinación de las rectas homotéticas transformadas.
Comprueba tu avance ¿Qué ocurre con las rectas que pasan exactamente por el centro de homotecia $O$?

Procedimiento

  • Paso 1: Identificar los extremos del segmento original $A(x_1, y_1)$ y $B(x_2, y_2)$ en el plano cartesiano.
  • Paso 2: Calcular la pendiente original mediante la fórmula $m = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}$.
  • Paso 3: Aplicar el teorema de paralelismo: la recta homóloga tendrá idéntica pendiente $m' = m$.
  • Paso 4: Calcular las coordenadas de la imagen $A'$ o $B'$ mediante la fórmula homotética.
  • Paso 5: Escribir la ecuación punto-pendiente de la recta homóloga: $y - y_{A'} = m(x - x_{A'})$.

Errores frecuentes y cómo corregirlos

  • Creer que la pendiente cambia al multiplicar por la razón $k$: En una homotecia, la pendiente se conserva idéntica ($m' = m$) porque tanto la variación vertical $\Delta y$ como la horizontal $\Delta x$ se multiplican por el mismo factor $k$, cancelándose en el cociente.
  • Pensar que con razón negativa ($k < 0$) se pierde el paralelismo: Aunque la figura quede invertida $180^\circ$, las rectas que contienen a los lados siguen siendo estrictamente paralelas ($\overline{AB} \parallel \overline{A'B'}$).
  • Confundir el movimiento de puntos con el cambio de la recta: Aunque los puntos individuales $P$ se mueven a nuevas posiciones $P'$, las rectas que pasan por el centro $O$ conservan su orientación espacial completa y se transforman en sí mismas ($H(L) = L$).

Ejemplos

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

1 Un cuadrilátero tiene un lado sobre la recta $y = 2x - 5$. Si se le aplica una homotecia con razón $k = -3$, ¿cuál es la pendiente de la recta que contiene al lado homólogo?
2 Si una recta pasa exactamente por el centro de homotecia $O$, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es correcta sobre su recta imagen?
3 ¿Una homotecia con razón $k = -2$ genera lados homólogos paralelos a los originales?
4 ¿La pendiente de un segmento se duplica si la razón de homotecia es $k = 2$?

Ejemplos Verdadero/Falso

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

"Las rectas que pasan por el centro de homotecia $O$ cambian de dirección y se trasladan paralelamente."
"Si un segmento original tiene pendiente $m = 3$ y se aplica una homotecia con razón $k = 2$, la pendiente del segmento homólogo se duplica a $m' = 6$."
"El paralelismo entre segmentos homólogos solo se cumple si el centro de homotecia es el origen $(0, 0)$."
"En toda homotecia, cualquier segmento es estrictamente paralelo a su segmento homólogo ($\overline{AB} \parallel \overline{A'B'}$), conservando idéntica pendiente ($m' = m$)."
"Toda recta secante que pasa por el centro de homotecia $O$ es una recta invariante que se transforma en sí misma ($H(L) = L$)."
"En una homotecia con razón negativa ($k < 0$), los segmentos homólogos dejan de ser paralelos y pasan a ser perpendiculares."

Al terminar debes poder

Resumen de Paralelismo entre Segmentos Homólogos

🎯 QUÉ Objetivo

Reconocer, justificar y aplicar la propiedad de paralelismo entre segmentos homólogos e identificar rectas invariantes en cualquier transformación homotética.

⚙️ CÓMO Procedimiento

Verificando la relación vectorial $\vec{A'B'} = k \cdot \vec{AB}$, igualando pendientes $m' = m$ en el plano cartesiano y reconociendo que las rectas por el centro $O$ cumplen $H(L) = L$.

Fuente: Texto escolar MINEDUC — Geometría y Álgebra Lineal.

Practica

Preguntas conceptuales

Verificar las ideas clave antes de calcular.

  1. En una homotecia, los segmentos homólogos son:

  2. El lado AB de un triángulo es paralelo a su homólogo A'B' en la figura homotética.

  3. ¿Por qué se cumple esta propiedad de paralelismo?

Reconocimiento

Identificar elementos, datos o procedimientos.

  1. El paralelismo de segmentos homólogos solo se cumple en homotecias directas.

Ejercicios básicos

Aplicar el procedimiento principal en casos simples.

  1. Si dos figuras están relacionadas por una homotecia, ¿qué relación tienen sus lados correspondientes?

  2. Si dos segmentos correspondientes no son paralelos, las figuras no pueden estar relacionadas por una homotecia simple.

  3. ¿Qué se debe verificar, además del paralelismo, para confirmar que dos figuras están relacionadas por una homotecia?

Preguntas tipo PAES

Resolver preguntas con formato y distractores similares a PAES.

  1. ¿Cuál es el error frecuente respecto a esta propiedad?

  2. Esta propiedad de paralelismo es la base para construir gráficamente la imagen de una figura bajo homotecia, sin necesidad de calcular coordenadas.

  3. Un cuadrilátero ABCD se transforma en A'B'C'D' mediante homotecia. Si AB es horizontal, ¿qué se puede afirmar sobre A'B'?

Evaluación de dominio

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

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