2.1.4 Suma de vectores

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Suma gráfica de vectores

Para sumar gráficamente dos vectores se traslada el segundo hasta que su origen coincida con el extremo del primero (regla del polígono): el vector suma \(\vec{u} + \vec{v} \) es el que va del origen del primero al extremo del segundo.

Si ambos se dibujan con el mismo origen, la suma es la diagonal del paralelogramo que determinan (regla del paralelogramo).

Ejemplo:

Para sumar \(\vec{u} = (2, 0) \) y \(\vec{v} = (0, 3) \) se coloca el origen de \(\vec{v} \) en el extremo de \(\vec{u} \): el vector suma \(\vec{u} + \vec{v} = (2, 3) \) es la diagonal del rectángulo que forman.

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Resta de vectores

Restar un vector equivale a sumar su opuesto: \(\vec{u} - \vec{v} = \vec{u} + (-\vec{v}) \)

Por componentes queda $$\vec{u} - \vec{v} = (u_1 - v_1, u_2 - v_2, u_3 - v_3) $$

Ejemplo:

Con \(\vec{u} = (5, 3) \) y \(\vec{v} = (2, 1) \), la resta es $$\vec{u} - \vec{v} = \vec{u} + (-\vec{v}) = (5 - 2, 3 - 1) = (3, 2) $$

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Propiedades de la suma

La suma de vectores verifica la propiedad conmutativa \(\vec{u} + \vec{v} = \vec{v} + \vec{u} \), la asociativa $$(\vec{u} + \vec{v}) + \vec{w} = \vec{u} + (\vec{v} + \vec{w}) $$, la existencia de elemento neutro \(\vec{u} + \vec{0} = \vec{u} \) y la existencia de elemento opuesto \(\vec{u} + (-\vec{u}) = \vec{0} \)

Gracias a ellas se puede despejar en las ecuaciones vectoriales igual que con números.

Ejemplo:

Con \(\vec{u} = (1, 2) \) y \(\vec{v} = (3, -1) \) se verifica la propiedad conmutativa: $$\vec{u} + \vec{v} = (4, 1) = \vec{v} + \vec{u} $$

Ejemplo 1: Suma por componentes

Dados \(\vec{u} = (2, -1, 3) \) y \(\vec{v} = (-1, 4, 2) \), calcula \(\vec{u} + \vec{v} \)

Explicación

Para resolver este ejercicio empezaremos por recordar que la suma analítica se hace componente a componente.

A continuación sustituiremos y operaremos.

PASO 1

Fórmula general.

Si \(\vec{u} = (u_1, u_2, u_3) \) y \(\vec{v} = (v_1, v_2, v_3) \), entonces $$\vec{u} + \vec{v} = (u_1 + v_1, u_2 + v_2, u_3 + v_3) $$

PASO 2

Sustitución y cálculo.

$$\vec{u} + \vec{v} = (2 + (-1), -1 + 4, 3 + 2) = (1, 3, 5) $$
Conclusión

$$\vec{u} + \vec{v} = (1, 3, 5) $$

Ejemplo 2: Resta por componentes

Dados \(\vec{a} = (5, 0, -2) \) y \(\vec{b} = (1, -3, 4) \), calcula \(\vec{a} - \vec{b} \)

Explicación

Para resolver este ejercicio empezaremos por recordar que la resta se hace componente a componente.

A continuación sustituiremos y operaremos.

PASO 1

Opuesto del sustraendo.

El opuesto de \(\vec{b} \) es \(-\vec{b} = (-1, 3, -4) \)

PASO 2

Suma con el opuesto.

$$\vec{a} - \vec{b} = \vec{a} + (-\vec{b}) = (5 + (-1), 0 + 3, -2 + (-4)) = (4, 3, -6) $$
Conclusión

$$\vec{a} - \vec{b} = (4, 3, -6) $$

Ejemplo 3: Despejar un vector en una ecuación

Halla el vector \(\vec{x} \) que verifica \(\vec{x} + \vec{u} = \vec{v} \), siendo \(\vec{u} = (1, 2, -1) \) y \(\vec{v} = (3, 0, 2) \)

Explicación

Para resolver este ejercicio empezaremos por despejar el vector incógnita usando las propiedades de la suma.

A continuación sustituiremos los datos.

PASO 1

Despeje.

Sumando \(-\vec{u} \) a ambos miembros: \(\vec{x} = \vec{v} - \vec{u} \)

PASO 2

Cálculo.

$$\vec{x} = (3 - 1, 0 - 2, 2 - (-1)) = (2, -2, 3) $$
Conclusión

$$\vec{x} = (2, -2, 3) $$

Ejemplo 4: Ecuación vectorial con coeficientes

Resuelve la ecuación vectorial \(2\vec{x} - \vec{u} = 3\vec{v} \), siendo \(\vec{u} = (1, -2, 0) \) y \(\vec{v} = (0, 3, -1) \)

Explicación

Para resolver este ejercicio empezaremos por despejar el término con la incógnita pasando el resto al otro miembro.

A continuación calcularemos el miembro derecho y dividiremos por el coeficiente.

PASO 1

Despeje de la incógnita.

Sumando \(\vec{u} \) a ambos miembros: \(2\vec{x} = \vec{u} + 3\vec{v} \)

PASO 2

Cálculo del miembro derecho.

\(3\vec{v} = (0, 9, -3) \), luego $$\vec{u} + 3\vec{v} = (1 + 0, -2 + 9, 0 + (-3)) = (1, 7, -3) $$
PASO 3

División por el coeficiente.

$$\vec{x} = \frac{1}{2}(1, 7, -3) = \left(\frac{1}{2}, \frac{7}{2}, -\frac{3}{2}\right) $$
Conclusión

$$\vec{x} = \left(\frac{1}{2}, \frac{7}{2}, -\frac{3}{2}\right) $$

Ejemplo 5: Ecuación con tres vectores

Dados \(\vec{a} = (1, 2, 3) \) y \(\vec{b} = (-1, 0, 2) \), halla el vector \(\vec{u} \) tal que \(\vec{a} + 2\vec{u} - \vec{b} = \vec{0} \)

Explicación

Para resolver este ejercicio empezaremos por despejar el término con la incógnita.

A continuación calcularemos el vector resultante y dividiremos por dos.

PASO 1

Despeje.

Pasando \(\vec{a} \) y \(-\vec{b} \) al otro miembro: \(2\vec{u} = \vec{b} - \vec{a} \)

PASO 2

Cálculo de la diferencia.

$$\vec{b} - \vec{a} = (-1 - 1, 0 - 2, 2 - 3) = (-2, -2, -1) $$
PASO 3

División por dos.

$$\vec{u} = \frac{1}{2}(-2, -2, -1) = \left(-1, -1, -\frac{1}{2}\right) $$
Conclusión

$$\vec{u} = \left(-1, -1, -\frac{1}{2}\right) $$