Ejercicios Resueltos de Geometría Analítica Matemáticas 2 Bachillerato

Ejercicios de geometría analítica del espacio resueltos para 2º de Bachillerato: la ecuación del plano y las posiciones relativas de dos planos, de una recta y un plano y de dos rectas. Son los ejercicios típicos del examen y de la PAU (EBAU), con el método explicado paso a paso y la comprobación de cada resultado.

Ejercicios de geometría analítica para 2º de Bachillerato con soluciones

1. La ecuación del plano

Un plano queda determinado por un punto y un vector normal n = (A, B, C): su ecuación general es Ax + By + Cz + D = 0.

1Halla la ecuación general del plano que pasa por A(1, 0, 2), B(2, 1, 0) y C(0, 1, 1).

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Vectores del plano: AB = (1, 1, −2) y AC = (−1, 1, −1).
Vector normal: n = AB × AC = (1·(−1) − (−2)·1, (−2)·(−1) − 1·(−1), 1·1 − 1·(−1)) = (1, 3, 2).
Plano por A: 1(x − 1) + 3(y − 0) + 2(z − 2) = 0 → x + 3y + 2z − 5 = 0.
Comprobación con B: 2 + 3 + 0 − 5 = 0 ✓. Con C: 0 + 3 + 2 − 5 = 0 ✓.

2Escribe la ecuación del plano que pasa por P(2, −1, 3) y es perpendicular al vector n = (1, 2, −1).

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1(x − 2) + 2(y + 1) − 1(z − 3) = 0 → x − 2 + 2y + 2 − z + 3 = 0 → x + 2y − z + 3 = 0.
Comprobación con P: 2 − 2 − 3 + 3 = 0 ✓.

3Pasa a ecuación general el plano π: (x, y, z) = (1, 0, 0) + λ(1, 1, 0) + μ(0, 1, 1).

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El vector normal es el producto vectorial de los dos vectores directores: (1, 1, 0) × (0, 1, 1) = (1·1 − 0·1, 0·0 − 1·1, 1·1 − 1·0) = (1, −1, 1).
Por el punto (1, 0, 0): (x − 1) − y + z = 0 → x − y + z − 1 = 0.
Otra forma: el determinante |x−1  y  z ; 1  1  0 ; 0  1  1| = 0 da el mismo resultado.

2. Posición relativa de dos planos



Se comparan los coeficientes: si A, B, C son proporcionales, los planos son paralelos o coincidentes (decide D); si no, son secantes y se cortan en una recta.

4Estudia la posición de π1: x + y − z = 1 con π2: 2x + 2y − 2z = 5 y con π3: 2x + 2y − 2z = 2.

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π1 y π2: 1/2 = 1/2 = −1/−2, pero 1/5 ≠ 1/2 → paralelos.
π1 y π3: 1/2 = 1/2 = −1/−2 = 1/2 → coincidentes (π3 es π1 multiplicado por 2).

5Comprueba que los planos x + y + z = 3 y x − y = 1 se cortan y halla la recta de intersección.

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Los normales (1, 1, 1) y (1, −1, 0) no son proporcionales → secantes.
Vector director de la recta: (1, 1, 1) × (1, −1, 0) = (1·0 − 1·(−1), 1·1 − 1·0, 1·(−1) − 1·1) = (1, 1, −2).
Un punto: con z = 0, x + y = 3 y x − y = 1 → x = 2, y = 1.
Recta: (x, y, z) = (2, 1, 0) + t(1, 1, −2). Comprobación: (2 + t) + (1 + t) + (−2t) = 3 ✓ y (2 + t) − (1 + t) = 1 ✓.

6Halla a para que los planos ax + 2y − z = 0 y 3x + 6y − 3z = 4 sean paralelos.

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Hace falta a/3 = 2/6 = −1/−3 = 1/3 → a = 1.
Con a = 1, el término independiente no guarda la proporción (0/4 ≠ 1/3), así que son paralelos y no coincidentes.

3. Posición relativa de recta y plano

Con el vector director d de la recta y el normal n del plano: si d·n ≠ 0, son secantes; si d·n = 0, la recta es paralela o está contenida (se mira si un punto de la recta está en el plano).

7Estudia la posición de r: (x, y, z) = (1, 2, 0) + t(1, −1, 2) y π: 2x + y − z = 4. Si se cortan, halla el punto.

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d·n = (1, −1, 2)·(2, 1, −1) = 2 − 1 − 2 = −1 ≠ 0 → secantes.
Sustituimos la recta en el plano: 2(1 + t) + (2 − t) − 2t = 4 → 4 − t = 4 → t = 0.
Punto de corte: (1, 2, 0). Comprobación: 2 + 2 − 0 = 4 ✓.

8Estudia la posición de r: x = 1 + 2t, y = t, z = 3 y π: x − 2y + z = 5.

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d = (2, 1, 0), n = (1, −2, 1): d·n = 2 − 2 + 0 = 0 → paralela o contenida.
Punto de r: (1, 0, 3) → 1 − 0 + 3 = 4 ≠ 5: no está en π.
La recta es paralela al plano.

9Halla m para que la recta (x, y, z) = (0, 1, 1) + t(1, 1, m) esté contenida en el plano x − y + z = 0.

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El punto (0, 1, 1) está en el plano: 0 − 1 + 1 = 0 ✓.
Además, el director debe ser perpendicular al normal: (1, 1, m)·(1, −1, 1) = 1 − 1 + m = 0 → m = 0.
Para m = 0 la recta está contenida; para cualquier otro valor, corta al plano en (0, 1, 1).

4. Posición relativa de dos rectas

Con los directores u, v y el vector PQ que une un punto de cada recta: si u y v son proporcionales, paralelas o coincidentes; si no, se mira el determinante [u, v, PQ]: si es 0, secantes; si no, se cruzan.

10Estudia la posición de r: (1, 0, 0) + t(1, 1, 0) y s: (0, 0, 1) + u(0, 1, 1). Si se cortan, halla el punto.

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Los directores (1, 1, 0) y (0, 1, 1) no son proporcionales. PQ = (0, 0, 1) − (1, 0, 0) = (−1, 0, 1).
|1  1  0 ; 0  1  1 ; −1  0  1| = 1·(1 − 0) − 1·(0 + 1) + 0 = 0 → secantes.
Igualando: 1 + t = 0, t = u, 0 = 1 + u → t = u = −1. Punto de corte: (0, −1, 0).

11Estudia la posición de r: (1, 2, 3) + t(2, −1, 1) y s: (0, 0, 0) + u(−4, 2, −2).

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(−4, 2, −2) = −2·(2, −1, 1): directores proporcionales → paralelas o coincidentes.
¿Está (0, 0, 0) en r? 1 + 2t = 0 → t = −1/2, pero entonces y = 2 + 1/2 ≠ 0. No está.
Las rectas son paralelas.

12Comprueba que las rectas r: t(1, 0, 0) y s: (0, 1, 1) + u(0, 1, 0) se cruzan.

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Directores (1, 0, 0) y (0, 1, 0): no proporcionales. PQ = (0, 1, 1).
|1  0  0 ; 0  1  0 ; 0  1  1| = 1 ≠ 0 → se cruzan: no se cortan ni son paralelas (no hay ningún plano que las contenga a las dos).

Posiciones relativas: resumen para el examen

El criterio de cada caso:

  • Dos planos: normales proporcionales → paralelos (o coincidentes si también lo es D); si no → secantes en una recta.
  • Recta y plano: d·n ≠ 0 → secantes en un punto; d·n = 0 → paralela o contenida (prueba con un punto).
  • Dos rectas: directores proporcionales → paralelas o coincidentes; si no, det[u, v, PQ] = 0 → secantes, ≠ 0 → se cruzan.
  • Por rangos: todos los casos se pueden resolver también con el teorema de Rouché-Frobenius sobre el sistema formado por las ecuaciones.
El error más habitual. Concluir «secantes» en dos rectas solo porque sus directores no son proporcionales. En el espacio hay una cuarta posibilidad que no existe en el plano: que se crucen. Hay que calcular siempre el determinante con PQ.

Ecuaciones del plano

Las tres formas, con el mismo plano del ejercicio 3.

Formas de la ecuación de un plano

FormaEcuaciónQué se ve
Vectorial(x, y, z) = (1, 0, 0) + λ(1, 1, 0) + μ(0, 1, 1)un punto y dos vectores
Paramétricasx = 1 + λ ; y = λ + μ ; z = μlo mismo, coordenada a coordenada
Generalx − y + z − 1 = 0el vector normal (1, −1, 1)
Segmentariax/1 + y/(−1) + z/1 = 1los cortes con los ejes

Dudas sobre geometría analítica

¿Qué diferencia hay entre «paralelas» y «se cruzan»?

Las dos no se cortan, pero las paralelas tienen la misma dirección y están en un mismo plano; las que se cruzan tienen direcciones distintas y no hay ningún plano que las contenga a las dos (como una carretera y un puente que pasa por encima en otra dirección).

¿Cómo saco un punto de un plano en ecuación general?

Da valores a dos coordenadas y despeja la tercera. En x + 3y + 2z − 5 = 0, con y = 0 y z = 0 sale x = 5: el punto (5, 0, 0) está en el plano.

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