La recta en el plano cartesiano. Ecuaciones y características

Qué es una recta en el plano cartesiano

Una recta en el plano cartesiano es un conjunto infinito de puntos que siguen una misma dirección y no presentan curvatura. En matemáticas, se representa mediante ecuaciones algebraicas y es uno de los elementos fundamentales de la geometría analítica. El estudio de la recta es fundamental en geometría, física y muchas áreas de la ingeniería. Comprender su ecuación y propiedades ayuda a modelar trayectorias, analizar movimientos y resolver problemas de optimización.

Representación algebraica. Ecuaciones de la recta en el plano cartesiano

Una recta en el plano cartesiano puede describirse de distintas maneras, y cada una de ellas ofrece una perspectiva diferente según la información disponible o el propósito del análisis. Estas expresiones algebraicas, conocidas como ecuaciones de la recta, permiten representar de forma precisa la dirección y posición de una recta utilizando coordenadas y parámetros. Entre las formas más habituales se encuentran la ecuación vectorial, las ecuaciones paramétricas, la ecuación simétrica, la ecuación punto-pendiente, la ecuación explícita, y la ecuación general. Cada una de estas representaciones es equivalente entre sí, pero resulta más útil en distintos contextos. En los apartados siguientes exploraremos cada una de estas ecuaciones.

Ecuación vectorial de la recta

La ecuación vectorial de una recta es una forma de representar la recta en el plano cartesiano utilizando vectores. La recta se expresa como la suma de un vector posición y un vector director escalado por un parámetro.
La ecuación vectorial de una recta que pasa por un punto P0(x₀, y₀) y tiene un vector director v = (a, b) se escribe como:

R =r₀ +tv

Donde,

R = (x,y) es el vector posición de un punto cualquiera en la recta.
R0 = (x₀, y₀) es el vector posición de un punto conocido de la recta.
V = (a,b) es el vector director, que indica la dirección de la recta.
t es un parámetro real, que permite generar diferentes puntos de la recta al variar su valor.

Ecuaciones paramétricas de la recta

Una recta en el plano puede representarse mediante un sistema de ecuaciones paramétricas. Esta forma es especialmente útil cuando se trata de representar la recta a partir de un punto inicial y una dirección. La forma general de las ecuaciones paramétricas es:

x = x₀ + a·t
y = y₀ + b·t

Donde,

(x0, y0) es un punto conocido de la recta

a y b son las componentes del vector director de la recta.

El parámetro t puede tomar cualquier valor real, y permite generar todos los puntos de la recta. Las ecuaciones paramétricas se obtienen a partir de la ecuación vectorial separando sus componentes x, y. Esta ecuación es especialmente útil cuando trabajamos con vectores y en la descripción de trayectorias en física, donde se necesita un parámetro para determinar la posición a lo largo de la recta.

Ecuación simétrica de la recta

La ecuación simétrica se expresa como:

(x – x₀)/a = (y – y₀)/b

Donde,

(x₀, y₀) es un punto conocido por donde pasa la recta

a y b son las componentes del vector director

La ecuación simétrica se deduce fácilmente de las ecuaciones paramétricas. Esta ecuación es útil cuando se conoce un punto y la dirección de la recta. Se usa en geometría analítica y en problemas de intersección.

Ecuación punto pendiente de la recta

La ecuación punto-pendiente se expresa como:

y = y₀ + m(x−x₀)

Donde,

m representa la pendiente

(x₀, y₀) es un punto conocido sobre la recta

Se obtiene a partir de la ecuación simétrica despejando el valor de y. Esta ecuación es útil cuando se conoce un punto específico de la recta y su pendiente. Se usa en cálculos de ecuaciones de rectas tangentes y trayectorias en física.

Ecuación explicita de la recta

La ecuación explícita de la recta se expresa como:

y = mx + b

Donde,

m es la pendiente de la recta, que indica cuántas unidades sube o baja la recta por cada unidad que avanza en el eje x

n es el valor en el que la recta corta el eje y, es decir, el punto donde x = 0

Es un caso particular de la ecuación punto-pendiente en el que el punto conocido es el de corte del eje y. Es la ecuación más intuitiva. Se usa mucho en estudios de crecimiento y variación en funciones lineales.

Ecuación general de la recta

La forma más general para la ecuación de una recta es:

Ax + By + C = 0

Donde,

A, B, y C son constantes

x e y son las coordenadas de cualquier punto sobre la recta

Se obtiene reescribiendo la ecuación explicita o punto-pendiente en una forma estándar. Esta ecuación es la representación más completa y flexible de una recta. Permite identificar rápidamente si dos rectas son paralelas o perpendiculares. Se usa en muchos cálculos algebraicos, como la distancia de un punto a una recta.