Operaciones con vectores libres
1.- Suma de vectores libres
Sean a y b dos vectores libres y O un punto cualquiera del plano. Sea OA el único representante de a con origen en O y AB el único representante de b con origen en A. Se llama suma de los vectores libres a y b, y se escribe a+b, al vector libre de representante el vector fijo OB:
a+b=[OA]+[AB]=[OB]
Como los triángulos[1] OAB y O'A'B' son iguales por tener iguales dos lados, OA=O'A' y AB=A'B', y el ángulo comprendido, OAB=O'A'B' (ya que los lados son paralelos), la suma de vectores libres es independiente del punto O elegido para efectuarla:
O'B' ~OB Þ [O'B' ]=[OB]
Propiedades:
1ª) Asociativa: a+(b+c)=(a+b)+c.
En efecto, sea O un punto cualquiera del plano, OA el único representante de a con origen en O, AB el único representante de b con origen en A y BC el único representante de c con origen en B:
→ a+(b+c)=(a+b)+c
2ª) Conmutativa: a+b = b+a.
En efecto, sea O un punto cualquiera del plano, OA el único representante de a con origen en O y AB el único representante de b con origen en A. Se traza por O la paralela a la recta AB y por B la paralela a la recta OA. La intersección de ambas es un punto C que verifica:
Þ Þ a+b=b+a
El procedimiento que hemos seguido en este apartado para sumar dos vectores libres recibe el nombre de regla del paralelogramo. Es decir: dibujarlos con origen común O, construir el paralelogramo correspondiente OABC y trazar la diagonal OB. La suma es el vector libre [OB].
3ª) El elemento neutro de la suma es el vector libre 0, ya que, si a es un vector libre cualquiera del plano, se cumple: a+0=a.
En efecto, sea O un punto cualquiera del plano, OA el único representante de a con origen en O y AA el único representante de 0con origen en A. Se verifica: a+0=[OA]+[AA]=[OA]=a.
4ª) Elemento opuesto: todo vector libre a=[AB] tiene opuesto, que designaremos por -a, y es el vector libre [BA].
En efecto: a+(-a)=[AB]+[BA]=[AA]=0.
En el conjunto de los vectores libres del plano se puede definir una nueva operación: la resta. Restar dos vectores libres es sumar al minuendo el opuesto del sustraendo. Es decir: a-b=a+(-b).
2.- Producto de un número real por un vector libre
Se llama producto del número real x por el vector libre a, y se designa por x·a, al siguiente vector libre:
• Si x=0 o a=0, x·a=0.
• Si x≠0 y a≠0, x·a es el vector libre cuyas características son:
- Módulo: |x·a|=|x|·|a|.
- Dirección: x·a || a.
- Sentido:
* x·a ↑a si x>0
* x·a↓a si x<0
Observa que si uno de los factores es cero, también es cierta la igualdad: |x·a|=|x|·|a|.
Propiedades:
1ª) x·(a+b)=x·a+x·b
2ª) (x+y)·a=x·a+y·a
3ª) (x·y)·a=x·(y·a)
4ª) 1·a=a
Las demostraciones de estas propiedades, salvo la última, son muy laboriosas porque hay que distinguir en ellas muchos casos. Como ejemplo, indicamos cómo sería la demostración de la primera cuando a y b no tienen la misma dirección y x>0:
Si a=[OA], b=[AB], x·a=[OC] y CD||AB, es fácil ver, por la semejanza de los triángulos OAB y OCD, que [CD]=x·b y que [OD]=x(a+b), pues [OB]=a+b.
Por tanto: [OD]=[OC]+[CD]=x·a+x·b=x(a+b).
IV.- Vectores colineales