Geometría Euclideana

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Cap´ ıtulo 4 El Espacio Af´ ın Introducci´ on: El espacio af´ ın, es un trio de la forma (V,X, ·), en donde: 1. V es el espacio vectorial sobre el cuerpo K 2. X es el conjunto de puntos 3. · es la aplicaci´on definida como: · : V × X X ( v,x) v · x En donde la aplicaci´on (·) debe cumplir con: a )(v, w V )(x X ) (( v + w ) · x = v · ( w · x)) v x w x x · w w v · ( w · x ) v ( v + w ) · x b )(x X ) 0 · x = x c )(x, y X )(! −→ xy V )( −→ xy · x = y ) −→ xy x y 82

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Esta geometría es mas abstracta de la que uno ve en la enseñanza media. Es esencial su uso para aquellas carreras que involucren las matemáticas a un nivel mayor

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Capıtulo 4

El Espacio Afın

Introduccion:

El espacio afın, es un trio de la forma (V,X, ·), en donde:

1. V es el espacio vectorial sobre el cuerpo K

2. X es el conjunto de puntos

3. · es la aplicacion definida como:

· : V ×X → X(−→v , x) −→v · x

En donde la aplicacion (·) debe cumplir con:

a) (∀−→v ,−→w ∈ V ) (∀x ∈ X) ((−→v +−→w ) · x = −→v · (−→w · x))

−→v

x

−→w

x x · −→w−→w

−→v ·(−→w · x

)

−→v(−→v +

−→w) · x

b) (∀x ∈ X)(−→0 · x = x

)

c) (∀x, y ∈ X) (∃! −→xy ∈ V ) (−→xy · x = y)

−→xy

x

y

82

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CAPITULO 4. EL ESPACIO AFIN 83

Propiedad 4.1 Sea (V,X, ·) un espacio afın, entonces

1. (∀x ∈ X) (∀−→v ∈ V )(−−−−−→x (−→v · x) = −→v

)

2. (∀x, y ∈ X) (∀−→v ∈ V )(−−−−−−→(−→v · x) · y = −→xy −−→v

)

3. (∀−→v ∈ V ) (∀x, y ∈ X)(−−−−−−−−−−→(−→v · x) (−→v · y) = −→xy

)

Demostracion:

1. Sean x ∈ X, −→v ∈ V −−−−−→x (−→v · x) · x = −→v · x

Por unicidad son iguales

−−−−−→x (−→v · x) = −→v

2. Sean x, y ∈ X, −→v ∈ V

(−→xy −−→v ) (−→v · x) = −→xy · (−−→v · (−→v · x))= −→xy · ((−−→v +−→v ) · x)= −→xy ·

(−→0 · x

)

(−→xy −−→v ) (−→v · x) = −→xy · xLuego (−→xy −−→v ) (−→v · x) = y, entonces

−→xy −−→v =−−−−−→(−→v · x) y

Analogamente se define

−−−−−−→y · (v · x) = −→v +−→yx

3. Sean −→v ∈ V, x, y ∈ X

−→w =−−−−−−−−−−→(−→v · x) (−→v · y)

−→w · (−→v · x) =−−−−−−−−−−→(−→v · x) (−→v · y) · (−→v · x)

−→w · (−→v · x) = −→v · y−−→v · (−→w · (−→v · x)) = −−→v · (−→v · y)(−−→v +−→w +−→v ) · x = (−−→v +−→v ) · y

−→x · x = y−→w = −→xy

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CAPITULO 4. EL ESPACIO AFIN 84

4.1. Espacio Afın Vectorial

Propiedad 4.2 Sea V un K- espacio vectorial, X = V y

· : V × V → V(−→v ,−→w ) −→v · −→w = −→v +−→w

entonces (V, V, ·) es un espacio afın.

Demostracion: Veamos si · cumple con las propiedades anteriores

1. (∀−→v ,−→w ,−→x ∈ V ) (−→v · (−→w · −→x ) = (−→v +−→w ) · −→x )

Sean −→v ,−→w ,−→x ∈ V ,

−→v · (−→w · −→x ) = −→v · (−→w +−→x )= −→v + (−→w +−→x )= (−→v +−→w ) +−→x= (−→v +−→w ) · −→x

2. (∀−→v ∈ V )(−→0 · −→v = −→v

)

Sea −→v ∈ V , −→0 · −→v =

−→0 +−→v

= −→v

3. (∀−→x ,−→y ∈ V ) (∃! −→w ∈ V )(−→w · −→x = −→y )

Sean −→x ,−→y ∈ V , −→u · −→x = −→y−→u +−→x = −→y

−→u = −→y −−→xAdemas si (−→y −−→x ) ∈ V

(−→y −−→x ) · −→x = −→y −−→x +−→x= −→y

Luego al tomar V = X , entonces (V,X, ·) es un espacio afın.

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CAPITULO 4. EL ESPACIO AFIN 85

4.2. Aplicaciones en el Espacio Afın

Sea (V,X, ·) un espacio afın y la funcion

t−→a : X → Xx t−→a (x) =

−→a · x

Se dice que t−→a es una traslacion en la direccion del vector −→a , en el conjuntoX .

Teorema 4.1 t−→a es una funcion biyectiva.

Demostracion

i. t−→a es inyectiva, sean x, y ∈ X por demostrar t−→a (x) = t−→a (y), entonces x =y Para ello veamos

t−→a (x) = t−→a (y)−→a · x = −→a · y−−→a · (−→a · x) = −−→a · (−→a · y)−→

0 · x =−→0 · y

x = y

∴ t−→a es inyectiva

ii. t−→a es epiyectiva, por demostrar que Rec (t−→a ) = X

La primera contencion es evidente que Rec (t−→a ) ⊆ X , basta demostrarque Rec (t−→a ) ⊇ X .

Dado x ∈ Xt−→a (−−→a · x) = −→a (−−→a · x)

= (−→a + (−−→a )) · x=

−→0 · x

= x

Luego t−→a es epiyectiva, de este modo t−→a es biyectiva.Notacion:

T (X) = {t−→a | −→a ∈ V }

Propiedad 4.3 Sea (V,X, ·) un espacio afın, entonces

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CAPITULO 4. EL ESPACIO AFIN 86

T (X) es un grupo, llamado el grupo de las traslaciones del espacio afın.

Demostracion: Consideremos las aplicacion, que ademas cumple con:

T (X) ∼= (V,+)t−→a ↔ −→at−1−→a

↔ −−→at−→a ◦ t−→

b↔ t−→a +

−→b

Ademas por unicidad tenemos t−→a (x) = t−→b(x) se tiene que −→a =

−→b .

4.3. Subespacio Afın

Sea (V,X, ·) un espacio afın y U ≤ V . Se define S(x0,U) = {−→u · x0 | −→u ∈ U}en donde S(x0,U) se denomina subespacio afın.

R

R

〈(1,4)〉

〈(1,4)〉+(1,10)

(1, 10)

X = R2

S ((1, 10) , 〈(1, 4)〉)

Notacion:

1. Se dice que S(x0,U) se denomina recta afın si y solo si dim U = 1

2. Se dice que S(x0,U) se denomina plano afın si y solo si dim U = 2

3. Se dice que S(x0,U) es hiperplano afın si y solo si dim U = dim V − 1

4. dim (S(x0,U)) := dim UEjemplo 4.1 En V = X = R4 espacio afın. Sea π : 2x+ 3y − 4z + w = 6.Exprese π en terminos de subespacios afın.

Solucion: Sea (x, y, z, w) ∈ π, luego tenemos w = 6 − 2x − 3y + 4z, reem-plazando obtenemos,

(x, y, z)= (x, y, z, 6− 2x− 3y + 4z)= (x, 0, 0,−2x) + (0, y, 0,−3y) + (0, 0, z, 4z) + (0, 0, 0, 6)= x(1, 0, 0,−2) + y(0, 1, 0,−3) + z(0, 0, 1, 4) + (0, 0, 0, 6)

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CAPITULO 4. EL ESPACIO AFIN 87

Denotemos

x0 = (0, 0, 0, 6), U = 〈(1, 0, 0,−2), (0, 1, 0,−3), (0, 0, 1, 4)〉

Luego

S (x0, U) = (0, 0, 0, 6) + 〈(1, 0, 0,−2), (0, 1, 0,−3), (0, 0, 1, 4)〉

Teorema 4.2 Sean (V,X, ·) un espacio afın y S(x0,U) un subespacio afın,entonces U = { −→xy | x, y ∈ S(x0,U) }

Demostracion: Sean (V,X, ·) un espacio afın y S(x0,U) un subespacio afın

x0

−→u2 · x0

−→u2

−→u · x0

−→u1

−→u1 · x0

−→u

1. Veamos primero U ⊆ { −→xy | x, y ∈ S(x0,U) }.Sea −→u ∈ U , luego −→u · x0, x0 ∈ S(x0,U) ya que −→u · x0 = −→u · x0 y launicidad tenemos −−−−−−−→

x0 (−→u · x0) =

−→ude este modo se tiene

U ⊆ { −→xy / x, y ∈ S(x0,U) } .

2. Para la otra contencion { −→xy | x, y ∈ S(x0,U) } ⊆ U .Sean x, y ∈ S(x0,U), por demostrar −→xy ∈ U .Como x, y ∈ S(x0,U) se tiene que

x = −→u1 · x0

y = −→u2 · x0

Con −→u1,−→u2 ∈ U .

Page 7: Geometría Euclideana

CAPITULO 4. EL ESPACIO AFIN 88

Sea

−→xy =−−−−−−−−−−−−→(−→u1 · x0) (−→u2 · x0) = −→w /−→u1 · x0−−−−−−−−−−→−→u1 · x0 · −→u2 · x0 · −→u1 · x0 = −→w · (−→u1 · x0)−→u2 · x0 = (−→w +−→u1) · x0 /−−→u2

x0 = (−−→u2 +−→w +−→u1) · x0Por unicidad

−−→u2 +−→w +−→u1 =

−→0

−→w = −→u2 −−→u1

con −→u2 −−→u1 ∈ U , luego −→w ∈ U .

Teorema 4.3 Sean (V,X, ·) un espacio afın,x, y ∈ X y U ,W < V , enton-ces S(x,U) = S(w,W) si y solo si U = W ∧ S(x,U) ∩ S(w,W) 6= ∅

Demostracion: Supongamos que U = W ∧ S(x,U) ∩ S(w,W) 6= ∅, pordemostrar que S(x,U) = S(w,W).Sea z ∈ S(x,U) ∩ S(w,U), entonces z = −→u1 · x y z = −→u2 · w si y solo six = −−→u1 · z y w = −−→u2 · z respectivamente.Veamos ahora una contencion S(x,U) ⊆ S(w,U).Sea t ∈ S(x,U)

t = −→u3 · xt = −→u3 · (−−→u1 · z)t = (−→u3 −−→u1) · zt = (−→u3 −−→u1) · (−→u2 · w)t = (−→u3 −−→u1 +

−→u2) · wLuego t ∈ S(w,U), ya que (−→u3 −−→u1 +

−→u2) ∈ U .Analogamente para S(w,U) ⊆ S(x,U), con lo cual se establece que

S(x,U) = S(w,U)

Ahora supongamos que S(x,U) = S(w,W), por demostrar U = W yS(x,U) ∩ S(w,W) 6= ∅Por teorema anterior

U = {−→zw ∈ V | z, w ∈ S(x,U)}= {−→zw ∈ V | z, w ∈ S(w,W)}= W

Ademas S(x,U) = S(w,W), se tiene entonces que S(x,U) ∩ S(w,W) 6= ∅.

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CAPITULO 4. EL ESPACIO AFIN 89

4.4. Sistema de Coordenadas

Sean (V,X, ·) un espacio afın, x0 ∈ X y B una base ordenada del espaciovectorial V .Se dice que (x0, B) es un sistema de coordenada de X y las coordenada dex ∈ X respecto al sistema de coordenadas (x0, B), estan dadas por:

[x](x0,B) = [−→x0x]B

Ejemplo 4.2 En espacio vectorial afın real, es decir, V = X = R2. Seanx0 = (1, 1) y B = {(1, 0), (0, 1)}.Determine las coordenadas del punto [(3, 5)](X0,B)

Solucion:

[(3, 5)](x0,B) = [−−−−−−−→(1, 1)(3, 5)]B

= [−−−−−−−−−→(3, 5)− (1, 1)]B

= [−−−→(2, 4)]B

[(3, 5)](x0,B) =

(

24

)

X

Y

1 2 3 4

1

2

3

4

5

6

0X

Y

1 2 3 4

1

2

3

4

5

6

0

X′

Y ′

1 2 3

1

2

3

4

5

0

Ejemplo 4.3 Sea (V,X) un espacio afın, x0 ∈ X y B = {−→a1 ,−→a2 ,−→a3 , · · · ,−→an}base de V .Determine las coordenadas de

[(−→a1 +−→a2 +−→a3 + · · ·+−→an) · x0](x0,B)

Solucion: Sea

[(−→a1 +−→a2 +−→a3 + · · ·+−→an) · x0](x0,B)

= [−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−→x0(

−→a1 +−→a2 +−→a3 + · · ·+−→an) · x0](B)

= [−→a1 +−→a2 +−→a3 + · · ·+−→an]B= [−→a1 ]B + [−→a2 ]B + [−→a3 ]B + · · ·+ [−→an]B

Page 9: Geometría Euclideana

CAPITULO 4. EL ESPACIO AFIN 90

[(−→a1 +−→a2 +−→a3 + · · ·+−→an) · x0](x0,B)

=

10...0

+

01...0

+ . . .+

00...1

[(−→a1 + −→a2 + −→a3 + · · ·+ −→an) · x0](x0,B) =

11...1

Teorema 4.4 Sean (V,X) un espacio afın, x0 ∈ X y B base de V tal que

[−→v ]B =

α1

α2...αn

y [x](x0,B) =

β1

β2...βn

, entonces [−→v · x](x0,B) =

α1 + β1

α2 + β2...

αn + βn

Demostracion:

[−→v · x](x0,B) =[−−−−−−−→X0 (

−→v · x)]

B

= [−→v +−→x0x]B= [−→v ]B + [−→x0x]B= [−→v ]B + [x](x0,B)

De este modo se tiene

[−→v · x](x0,B) =

α1 + β1

α2 + β2...

αn + βn

Ejemplo 4.4 Sean (V,X, ·) un espacio afın, x0, x, y ∈ X y B una base deV tales que

[x](x0,B) =

x1

x2...xn

y [y](x0,B) =

y1y2...yn

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CAPITULO 4. EL ESPACIO AFIN 91

Calcule [−→xy]B

Solucion: Si −→xy = −→xx0 +−→x0y = −−→x0x+−→x0y, entonces:

[−→xy]B = [−−→x0x+−→x0y]B= −[−→x0x]B + [−→x0y]B= −[−→x ](x0,B) + [−→y ](x0,B)

[−→xy]B =

y1 − x1

y2 − x2...

yn − xn

4.5. Ecuacion de la Recta

Sean (V,X, ·) espacio afın, x0 ∈ X y B base ordenada de V . Ademas sea luna recta afın tal que l = S(x, 〈−→v 〉).Si y ∈ l, entonces existe t ∈ K tal que y = (t−→v ) · x

[y](x0,B) = [(t−→v ) · x](x0,B)

= [−−−−−−−−→x0 ((t

−→v ) · x)]B= [t−→v ]B + [x](x0,B)

= t · [−→v ]B + [x](x0,B)

Supongamos que

[−→v ]B =

x1

x2...xn

, [y](x0,B) =

y1y2...yn

y [x](x0,B) =

a1a2...an

entonces tenemos Ecuacion parametrica de la recta

[l](x0,B) :

y1 = t · x1 + a1y2 = t · x2 + a2... =

...yn = t · xn + an

Page 11: Geometría Euclideana

CAPITULO 4. EL ESPACIO AFIN 92

Despejando el parametro t, obtenemos la Ecuacion Cartesiana

l :y1 − a1

x1

=y2 − a2

x2

= · · · = yn − anxn

Ejemplo 4.5 Sea V = X = R3, B = {(1, 0, 0), (1, 1, 0), (1, 1, 1)} base orde-nada de V , x0 = (1, 2, 3) y l = S ((2, 1, 0), 〈(2, 3, 1)〉).Determine la ecuacion parametrica y cartesiana de [l](x0,B)

Solucion:

Si −→x ∈ l, entonces −→x = (2, 1, 0) + α(2, 3, 1)

[−→x ](x0,B) = [(2, 1, 0) + α(2, 3, 1)](x0,B)

= [(2, 1, 0)](x0,B) + α[(2, 3, 1)]B

= [−−−−−−−−−−−→((1, 2, 3) (2, 1, 0)]B + α[(2, 3, 1)]B

= [(1,−1,−3)]B + α[(2, 3, 1)]B

[−→x ](x0,B) =

22−3

+ α

−121

del cual se concluye la ecuacion parametrica

l :

x1 = −α + 2x2 = 2α+ 2x3 = α− 3

y la ecuacion cartesiana es

l : 2− x =y − 2

2= z + 3

Definicion 4.1 Sea (V,X) un espacio afın tal que dim V = n y U ≤ V .

1. Se dice que U es un hiperplano vectorial si y solo si

dim U = n− 1 = dim V − 1.

2. Se dice que S(x0,U) es un hiperplano afın si y solo si U es un hiperplanovectorial.

Ejemplo 4.6 Sean V = X = R3 y H = S ((0, 0, 1), 〈(1, 2, 3), (−1, 0, 1)〉)Determine si H es un hiperplano afın

Solucion:

dim (〈(1, 2, 3), (−1, 0, 1)〉) = 2, entonces H es un hiperplano afın

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CAPITULO 4. EL ESPACIO AFIN 93

4.6. Formas Lineales

Sea (V,X) un espacio afın y f : V → K, entonces f es una forma lineal (ftransformacion lineal) si y solo si

(∀α, β ∈ K) (∀−→v1 ,−→v2 ∈ V ) (f(α−→v1 + β−→v2) = α · f(−→v1) + β · f(−→v2))

Ejemplo 4.7 Determine si las siguientes funciones son formas lineales

f : R4 → R(x, y, z, w) 2x+ y − w

f : R3 → R(x, y, z) x

Teorema 4.5 Si f es una forma lineal no nula sobre el espacio afın (V,X),entonces Ker f = {−→v ∈ V | f(−→v ) = 0} es un hiperplano.

Demostracion: Como f es no nula, entonces existe α ∈ K∗ y −→v ∈ V talesque f(−→v ) = α).Despejando y operando obtenemos que

f(−→v ) = α / · 1α, α 6= 0

1αf(−→v ) = 1

f(

1α· −→v

)

= 1 / · β , β ∈ K

f(

β

α· −→v

)

= β

todo elemento tiene preimagen, es decir

f es epiyectiva

Por teorema de algebra lineal, tenemos la siguiente igualdad

dim V = dim (ker f) + dim (Im f)

Supongamos dim V = n y como f es epiyectiva, entonces dim (Im f) = 1,entonces n = dim (Ker f) + 1, luego dim (Ker f) = n− 1

Ker f es un hiperplano.

Page 13: Geometría Euclideana

CAPITULO 4. EL ESPACIO AFIN 94

Teorema 4.6 Sea U ≤ V y U hiperplano, entonces existe una forma linealf , tal que Ker f = U .

Demostracion:

Si dim V = n, entonces dim U = n − 1 y SeaB = {−→v1 ,−→v2 , . . . ,−−→vn−1} base de USea −→w ∈ V tal que −→w 6∈ U , entonces V = U+〈−→w 〉

U

−→w

Sea −→v ∈ V , entonces existen unicos −→u ∈ U y α ∈ K tales que

−→v = −→u + α−→w

Por lo anterior, se obtiene la funcion

f : V → K−→v f(−→v ) = f(−→u + α−→w ) = α

que claramente es u forma lineal y Ker f = U .Observacion: El teorema anterior, nos permite determinar la ecuacion car-tesiana de un hiperplano vectorial.Con las notaciones anteriores B = {−→w1,

−→w2, . . . ,−→wn} otra base de V . Si −→v ∈

Ker f entonces

−→v = x1−→w1 + x2

−→w2 + · · ·+ xn−→wn

luego

f(−→v ) = x1 · f(−→w1) + x2 · −→w2 + · · ·+ xn · f(−→wn)= α1 · x1 + α2 · x2 + · · ·+ αn · xn

0 = α1 · x1 + α2 · x2 + · · ·+ αn · xn

esta ultima, es la forma general de la ecuacion cartesiana de un hiperplanovectorial con respecto a la base B.

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CAPITULO 4. EL ESPACIO AFIN 95

4.7. Ecuacion de un Hiperplano Afın

Sea S(x0,U) un hiperplano afın y (x0, B) un sistema de coordenadas en X .Supongamos

[x1](x0,B) =

a1a2...an

y [x](x0,B)

x1

x2...xn

Sea x ∈ S(x0,U), entonces

[−→x1x]B = [−−→x1x0 +−→x0x]B

= [−→x0x]B − [−−→x0x1]B= [x](x0,B) − [x1](x0,B)

finalmente

[−→u ]B =

x1 − a1x2 − a2

...xn − an

Como −→u ∈ U y U es hiperplano, entonces tenemos que existe αi ∈ K, talque

α1 · (x1 − a1) + α2 · (x2 − a2) + · · ·+ αn · (xn − an) = 0α1 · x1 − α1 · a1 + α2 · x2 − α2 · a2 + · · ·+ αn · xn − αn · an = 0

Despejando obtenemos

α1 · x1 + α2 · x2 + · · ·+ αn · xn = α1 · a1 + α2 · a2 + . . .+ αn · an

Ecuacion hiperplano afın

α1 · x1 + α2 · x2 + · · ·+ αn · xn = d

Ejemplo 4.8 Sea V = X = R3. Si B = {(1, 1, 0), (1, 0, 1)(1, 0, 0)} baseordenada de R3, S1 = S ((1, 1, 1), 〈(2, 1, 3), (0, 1,−1)〉) y x0 = (1, 2, 3).Determine la ecuacion de [S1](x0,B).

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CAPITULO 4. EL ESPACIO AFIN 96

Solucion:

Sea (x, y, z) ∈ S1, entonces (x, y, z) = (1, 1, 1)+α(2, 1, 3)+β(0, 1,−1),luego:

[(x, y, z)](x0,B) = [(1, 1, 1)](x0,B) + α[(2, 1, 3)]B + β[(0, 1,−1)]B

= [−−−−−−−−−−→(1, 2, 3)(1, 1, 1)]B + α[(2, 1, 3)]B + β[(0, 1,−1)]B

= [(0,−1,−2)]B + α[(2, 1, 3)]B + β[(0, 1,−1)]B

[(x, y, z)](x0,B) =

−1−23

+ α

13−2

+ β

1−10

de otro modo

[(x, y, z)](x0,B) =

−1 + α + β−2 + 3α− β

3− 2α

Por lo tantox1 = −1 + α + βy1 = −2 + 3α− βz1 = 3− 2α

del cual se concluye que la ecuacion de la recta es

x1 + y1 + 2z1 = 3.

4.8. Paralelismo de un Espacio Afın

Sea (V,X) un espacio afın, S1 = S(x,U) y S2 = S(y,W) subespacios afines.Diremos que S1 ‖ S2 si la dim S1 = dim S2 y direccion S1 igual a la direccionS2.

Ejemplo 4.9 Determine si S1 y S2 son paralelos donde

S1 = {(x, y, z) ∈ R3 / x+ 2y + z = 1}S2 = {(x, y, z) ∈ R3 / x+ 2y + z = −7}

Solucion:

S1 : x = 1− 2y − z, entonces

(x, y, z) = (1− 2y − z, y, z)(x, y, z) = (1, 0, 0) + (−2y, y, 0) + (−z, 0, z)(x, y, z) = (1, 0, 0) + y(−2, 1, 0) + z(−1, 0, 1)

Page 16: Geometría Euclideana

CAPITULO 4. EL ESPACIO AFIN 97

entoncesS1 = S ((1, 0, 0), 〈(−2, 1, 0), (−1, 0, 1)〉)

AnalogamenteS2 = S ((7, 0, 0) 〈(−2, 1, 0), (−1, 0, 1)〉)

Luego S1 ‖ S2

Teorema 4.7 Sea (V,X) espacio afın, S1 = S(x0,U) subespacio afın y seat−→a ∈ T (X) traslacion, entonces t−→a (S1) = S(−→a · x,U)

Demostracion:

S(x,U) = {−→u · x | −→u ∈ U}t−→a (S(x,U)) = {t−→a (−→u · x) | −→u ∈ U}

= {−→a · (−→u · x) | −→u ∈ U}= {−→u · (−→a · x) | −→u ∈ U}= S(−→a · x,U)

Teorema 4.8 Sean (V,X) un espacio afın, S1, S2 subespacio afines tal quedim S1 = dim S2, entonces

S1 ‖ S2, si y solo si (∃ t traslacion | t(S1) = S2)

Demostracion: Supongamos S1 ‖ S2, por demostrar que existe t traslaciontal que t(S1) = S2

Ya que U = W, tenemos

S1 = S(x,U) = S(x,W)S2 = S(y,W) = S(y,U)

Sea −→v = −→xy, luego t−→v (x) = y y por lo tanto

t−→v (S(x,U)) = S(−→v · x,U) = S(y,W)

Ahora supongamos que existe t traslacion tal que t(S1) = S2, por demostrarS1 ‖ S2.Sea S1 = S(x,U) y t−→v (S1) = t−→v (S(x,U)) = S(−→v · x,U) = S2, luego ambostienen la misma direccion por lo tanto S1 ‖ S2

Teorema 4.9 Sea (V,X) un espacio afın, S1 y S2 hiperplanos afines, enton-ces

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CAPITULO 4. EL ESPACIO AFIN 98

S1 ‖ S2, si y solo si S1 = S2 ∨ S1 ∩ S2 = ∅

Demostracion:

Supongamos S1 ‖ S2, por demostracion S1 = S2 ∨ S1 ∩ S2 = ∅

i) Si S1 ∩ S2 = ∅ listo

ii) Ahora S1 ∩ S2 6= ∅, entonces existe z ∈ X tal que z ∈ S1 ∩ S2 comoS1 ∩ S2. entonces

S1 = S(x,U) = S(z,U)S2 = S(y,U) = S(z,U)

Por lo tanto S1 = S2

Ahora supongamos S1 = S2 ∨ S1 ∩ S2 = ∅, por demostrar S1 ‖ S2.

i) Si S1 = S2, entonces S1 ‖ S2 listo

ii) Caso S1 ∩ S2 = ∅, por absurdo

Supongamos que S1∩S2 = ∅ ∧ S1 6 ‖ S2, S1 = S(x,U), y S2 = S(y,W).Como U ,W son hiperplanos distintos se tiene que V = U +W.−→xy ∈ V , existe −→u ∈ U ,−→w ∈ W

−→xy = −→u +−→w(−→u +−→w ) · x = y /−−→w

−→u · x = −−→w · yde donde −→u · y = −−→w · x ∈ S1 ∩ S2 6= ∅ Por lo tanto

S1 ‖ S2.