La distancia (o distancia perpendicular ) de un punto a una recta es la distancia más corta desde un punto fijo a cualquier punto de una recta infinita fija en geometría euclidiana . Es la longitud del segmento de recta que une el punto con la recta y es perpendicular a ella. La fórmula para calcularla puede derivarse y expresarse de diversas maneras.
Conocer la distancia más corta de un punto a una línea puede ser útil en diversas situaciones ; por ejemplo, para encontrar la distancia más corta para llegar a una carretera, cuantificar la dispersión en un gráfico, etc. En la regresión de Deming , un tipo de ajuste de curvas lineales , si las variables dependientes e independientes tienen la misma varianza, esto da como resultado una regresión ortogonal en la que el grado de imperfección del ajuste se mide para cada punto de datos como la distancia perpendicular del punto a la línea de regresión.
Coordenadas cartesianas
Línea definida por una ecuación
En el caso de una línea en el plano dada por la ecuacióndónde,yson constantes reales conyno ambos cero, la distancia desde la línea a un puntoes [ 1 ] [ 2 ] : pág. 14
El punto en esta línea que está más cerca detiene coordenadas: [ 3 ]
o equivalentemente
y
Líneas horizontales y verticales
En la ecuación general de una línea,,yno pueden ser ambos cero a menos quetambién es cero; en ese caso, la ecuación no define una línea. Siy, la línea es horizontal y tiene ecuaciónLa distancia desdeEsta línea se mide a lo largo de un segmento de línea vertical de longitudde acuerdo con la fórmula. De manera similar, para líneas verticalesLa distancia entre el mismo punto y la línea es, medido a lo largo de un segmento de línea horizontal.
Línea definida por dos puntos
Si la línea pasa por dos puntosyentonces la distancia dede la línea es:
El denominador de esta expresión es la distancia entrey. El numerador es el doble del área del triángulo con sus vértices en los tres puntos,,y. Véase: Área de un triángulo § Uso de coordenadas . La expresión es equivalente a, que se puede obtener reorganizando la fórmula estándar para el área de un triángulo:, dóndees la longitud de un lado, yes la altura perpendicular desde el vértice opuesto.
Línea definida por un punto y un ángulo.
Si la línea pasa por el puntocon ángulo, entonces la distancia de algún puntoa la línea es
Pruebas
Una demostración algebraica
Esta demostración es válida solo si la línea no es ni vertical ni horizontal, es decir, asumimos que nini in the equation of the line is zero.
The line with equation has slope , so any line perpendicular to it will have slope (the negative reciprocal). Let be the point of intersection of the line and the line perpendicular to it which passes through the point . The line through these two points is perpendicular to the original line, so
Thus, and by squaring this equation we obtain:
Now consider,
using the above squared equation. But we also have,
since (m, n) is on ax + by + c = 0. Thus,
and we obtain the length of the line segment determined by these two points,
A geometric proof

This proof is valid only if the line is not horizontal or vertical.[5]
Drop a perpendicular from the point with coordinates to the line with equation . Label the foot of the perpendicular . Draw the vertical line through and label its intersection with the given line . At any point on the line, draw a right triangle whose sides are horizontal and vertical line segments with hypotenuse on the given line and horizontal side of length (see diagram). The vertical side of will have length since the line has slope .
and are similar triangles, since they are both right triangles and since they are corresponding angles of a transversal to the parallel lines and (both are vertical lines).[6] Corresponding sides of these triangles are in the same ratio, so:
If point has coordinates then and the distance from to the line is:
Since is on the line, we can find the value of ,
and finally obtain:[7]
A variation of this proof is to place at and compute the area of the triangle two ways to obtain that where is the altitude of drawn to the hypoteneuse of from . The distance formula can then used to express , , and in terms of the coordinates of and the coefficients of the equation of the line to get the indicated formula.
A vector projection proof

Let be the point with coordinates and let the given line have equation . Also, let be any point on this line and the vector starting at point . The vector n is perpendicular to the line, and the distance from point to the line is equal to the length of the orthogonal projection of on n. The length of this projection is given by:
Now,
- so and
thus
Since is a point on the line, , and so,[8]
Another formula
Es posible obtener otra expresión para hallar la distancia mínima entre un punto y una línea. Esta deducción también requiere que la línea no sea vertical ni horizontal.
El puntose da con coordenadasLa ecuación de una recta viene dada por. La ecuación de la normal de esa línea que pasa por el puntose da.
El punto en el que se cruzan estas dos líneas es el punto más cercano en la línea original al punto. Por eso:
Podemos resolver esta ecuación para,
ElLa coordenada del punto de intersección se puede encontrar sustituyendo este valor deen la ecuación de la línea original,
Utilizando la ecuación para hallar la distancia entreagujas,Podemos deducir que la fórmula para hallar la distancia más corta entre una línea y un punto es la siguiente:
Recordando queypara la línea con ecuación, una pequeña simplificación algebraica reduce esto a la expresión estándar. [ 9 ]
Formulación vectorial

La ecuación de una recta se puede expresar en forma vectorial :
Aquí a es la posición de un punto en la línea, y n es un vector unitario en la dirección de la línea. Entonces, como escalarvaría, x da el lugar geométrico de la línea.
La distancia de un punto arbitrario p a esta línea viene dada por
Esta fórmula se puede derivar de la siguiente manera:es un vector desde p hasta el punto a en la línea. Entonceses la longitud proyectada sobre la línea y por lo tanto
es un vector que es la proyección deen la línea. Así
es el componente deperpendicular a la línea. La distancia del punto a la línea es entonces simplemente la norma de ese vector. [ 10 ] Esta fórmula más general no se limita a dos dimensiones.
Otra formulación vectorial
Si la línea () pasa por el puntoy tiene un vector de dirección, la distancia entre puntosy línea () es
dóndees el producto vectorial de los vectoresyy dóndees la norma vectorial de.
Tenga en cuenta que los productos cruzados solo existen en dimensionesyy trivialmente en dimensionesy(donde el producto cruzado es constante)).
Véase también
Notas
- ↑ Larson y Hostetler 2007 , pág. 452
- ↑ España 2007
- ↑ Larson y Hostetler 2007 , pág. 522
- ↑ Entre la certeza y la incertidumbre: Estadística y probabilidad en cinco unidades con notas sobre sus orígenes históricos y ejemplos numéricos ilustrativos.
- ↑ Ballantine y Jerbert (1952) no mencionan esta restricción en su artículo.
- ↑ Si los dos triángulos están en lados opuestos de la línea, estos ángulos son congruentes porque son ángulos alternos internos.
- ↑ Ballantine y Jerbert 1952
- ↑ Anton 1994 , págs. 138-9
- ↑ Larson y Hostetler 2007 , pág. 522
- ↑ Sunday, Dan. "Líneas y distancia de un punto a una línea" . softSurfer . Consultado el 6 de diciembre de 2013 .
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Referencias
- Anton, Howard (1994), Álgebra lineal elemental (7.ª ed.), John Wiley & Sons, ISBN 0-471-58742-7
- Ballantine, JP; Jerbert, AR (1952), "Distancia de una línea o plano a un punto", American Mathematical Monthly , 59 (4): 242– 243, doi : 10.2307/2306514 , JSTOR 2306514
- Larson, Ron; Hostetler, Robert (2007), Precálculo: Un curso conciso , Houghton Mifflin Co., ISBN 978-0-618-62719-6
- Spain, Barry (2007) [1957], Analytical Conics , Dover Publications, ISBN 978-0-486-45773-4
Lecturas adicionales
- Deza, Michel Marie ; Deza, Elena (2013), Enciclopedia de distancias (2.ª ed.), Springer, pág. 86, ISBN 9783642309588
- Geometría euclidiana
- Vectores (matemáticas y física)
- Distancia