Introducción
Una función vectorial es una función
donde las funciones componentes
En ambos casos, la primera forma de la función define una función vectorial bidimensional; la segunda forma describe una función vectorial tridimensional.
En el siguiente applet desarrollado en Geogebra, podrás manipular un parametro d, dentro de un intervalo
De acuerdo al applet, el parámetro
Las rectas en el plano, las podemos pensar como un conjunto definido de la siguiente forma:
Si
Por tanto, a la pareja
es decir, la podemos escribir en términos de una sola variable. Por lo que si consideramos la función
se cumple que
En efecto, para cualquier elemento
con lo cual concluimos
con lo que concluimos que
Con un razonamiento similar se puede probar que la circunferencia con centro en el origen y radio
y dicho conjunto se puede obtener como la imagen de la función
Con un razonamiento similar se puede probar que la elipse, se puede describir como el conjunto
y dicho conjunto se puede obtener como la imagen de la función
En general si un subconjunto
Definición. Sea
son unas ecuaciones paramétricas de C.
Ejemplo. Si
Cada una de las funciones vectoriales que se dan a continuación,
define el mismo lugar geométrico o una parte de éste; sin embargo,
el sentido, el punto de partida y la rapidez de recorrido así como
la porción de la curva que se considera en cada caso varia.
Para una función vectorial en
donde
Ejemplo. Que representa la función vectorial cuyas ecuaciones parametricas son:
En este caso haciendo la sustitución
donde
Ejemplo.Parametrización de la curva Cicloide.
Supongamos que un círculo de radio a rueda sin deslizarse a lo largo de una línea recta horizontal. Encuentre la curva descrita por un punto fijo P de su circunferencia.
Sea t el ángulo en radianes, que forma (la línea que contiene) el radio CP con la línea CR.
Nótese que
Por lo que la cicloide se puede representar por la función
Si se despeja la variable t en la ecuación paramétrica, se obtendrá la forma cartesiana:
Ejemplo. Parametrización de la curva Epicicloide.
Supongamos que un círculo de radio a rueda sin deslizarse sobre una circunferencia. Encuentre la curva descrita por un punto fijo
De acuerdo a la siguiente figura
También se tiene que el arco de circulo
Ahora de acuerdo a la figura
Por lo que usando que
Utilizando todo lo anterior
Como
Por lo que la Epicicloide se puede representar por la función
Ejemplo. Parametrización de la curva Hipocicloide.
Una curva hipocicloide es la trayectoria descrita por un punto P situado sobre una circunferencia que rueda sin deslizar por el interior de otra circunferencia.
De acuerdo a la siguiente figura se tiene
También se tiene que el arco de circulo
Ahora de acuerdo a la figura
Utilizando todo lo anterior
Como
Por lo que la Epicicloide se puede representar por la función
Funciones vectoriales
Supongamos el espacio tridimensional
donde t se denomina el parámetro de una curva,
curva dependerá de las funciones
Ejemplo. Describa la curva definida por la función vectorial
En este caso las ecuaciones paramétricas correspondiente son,
se trata de una recta que pasa por
Ejemplo. Dibuje la curva cuya ecuación vectorial es
En este caso, las ecuaciones paramétricas para esta curva son,
Ejemplo. Halle una función vectorial que represente la curva de la intersección del cilindro
En este caso la figura muestra la forma en que se cruzan, el plano y el cilindro, así mismo la figura ilustra la curva de intersección.
La proyección
Dominio de la Función Vectorial
El dominio de una función vectorial
Sea
Ejemplo. Halle el dominio de la función vectorial
tenemos que
Por lo tanto
Halle el dominio de la función vectorial
tenemos que
Por lo tanto
Graficar funciones con valores vectoriales
Recuerda que un vector plano consta de dos cantidades: dirección y magnitud. Dado cualquier punto en el plano (el punto inicial), si nos movemos en una dirección específica por una distancia específica, llegamos a un segundo punto. Esto representa el punto final de el vector. Calculamos las componentes del vector restando las coordenadas del punto inicial a las coordenadas del punto terminal.
Se considera que un vector está en posición estándar si el punto inicial se encuentra en el origen. Al graficar un valor vectorial, por lo general, representamos gráficamente los vectores en el dominio de la función en la posición estándar, porque hacerlo garantiza la unicidad de la gráfica. Esta convención se aplica también a las gráficas de funciones vectoriales tridimensionales.
La gráfica de una función vectorial de la forma

La gráfica de una función vectorial de la forma

Cualquier representación de una curva plana o una curva espacial utilizando un valor vectorial se denomina parametrización vectorial de la curva.
Ejemplo. Cree una gráfica de la siguiente funcion con valores vectoriales:
Como con cualquier gráfico, comenzamos con una tabla de valores. Luego graficamos cada uno de los vectores en la segunda columna en posición estándar y conectamos los puntos terminales de cada vector para formar una curva. Esta curva resulta ser una elipse centrada en el origen.
Ejemplo. Cree una gráfica de la siguiente funcion con valores vectoriales:
Realizamos el mismo procedimiento para una función vectorial tridimensional.
Los valores luego se repiten, excepto por el hecho de que el coeficiente de k siempre es creciente. Esta curva se llama hélice. Observe que si se elimina la componente k, entonces la función se convierte en
Operaciones con Funciones Vectoriales
Las operaciones usuales del algebra vectorial pueden aplicarse para
combinar 2 funciones o una función vectorial con una función real.
Si
Más adelante
Una vez definido el concepto de función vectorial vamos a aprender a calcular el límite de estas funciones. Cuando calculamos el límite de una sola variable basta que coincidan los límites laterales para saber que existe, pero cuando lo hacemos en más dimensiones tenemos más direcciones de aproximación.
Tarea moral
1.- Sobre la parte exterior de una circunferencia fija de radio a rueda (sin resbalar) otra circunferencia de radio b. Encuentre una función de
2.- Sea
3.- Halla el dominio de la siguiente función vectorial
4.- Dadas las funciones vectoriales
5.- Crea la gráfica de la siguiente función vectorial
Enlaces
En el siguiente enlace podrás conocer algunas curvas paramétricas famosas
Hola, buenas noches.
Estaba leyendo esta entrada y quisiera hacer un par de comentarios:
Cuando demuestras que el conjunto l (la recta) coincide con la imagen de la función que das ahí, escribes que f(t)=l. Esta notación me confundió porque lo que quería decir en realidad que el conjunto de todos los puntos f(t) coincide con el conjunto l. En varios renglones no se hace esta distinción que me parece importante.
En la parametrización de la curva epicicloide ¿podría haber un poco más de desarrollo en el paso donde se introduce el ángulo beta? No terminó de quedarme claro por qué se resta y da pi en vez de sumarse y que dé pi.
En la parte del dominio de una función vectorial, creo que el dominio de la función en general está mal escrito, pues aparece que es la intersección de las funciones; yo pensaría que es la intersección de todos los dominios de cada función, por cómo se desarrolla en los ejemplos inmediatos.
Gracias de antemano por leer estos comentarios y gracias por el útil contenido.
Hola Zoe. Gracias por el comentario. Le eché un ojo y en efecto se debe decir mejor lo de la recta. Esa parte ya quedó arreglada, diciendo que f(R) es toda la recta. Quizás ese problema aparezca en otros lados, si lo encuentras, avísanos, porfa. Lo del dominio, también ya quedó mejor escrito en símbolos. De lo de la epicicloide, le aviso al Prof. Rubén Hurtado, que escribió la entrada originalmente, para que le eche un ojo.