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Timestamp: 2017-09-25 06:26:07+00:00

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Lenguaje Algebraico y Ecuaciones - PDF
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Lucía Benítez de la Fuente
1 CAPÍTULO Lenguaje Algebraico Ecuaciones Se puede pensar que el álgebra comienza cuando se empiezan a utilizar letras para representar números, pero en realidad comienza cuando los matemáticos empiezan a interesarse por las operaciones que se pueden hacer con cualquier número, más que por los mismos números, así el gran paso de la aritmética al álgebra. La utilización de letras dentro del ambiente matemático es mu antigua, a que los griegos romanos las utilizaban para representar números bien determinados Las ecuaciones sus soluciones son de mucha importancia en casi todos los campos de la tecnología de la ciencia. Una fórmula es el enunciado algebraico de que dos epresiones representan al mismo número. Por ejemplo, la fórmula del área de un círculo es: A π r. El símbolo A representa el área, lo mismo que la epresión: π r, pero aquí el área se epresa en términos de otra cantidad, el radio: r. A menudo es necesario resolver una fórmula para una letra o símbolo que aparecen en ella. En la práctica es necesario plantear ecuaciones para ser resueltas no siempre es fácil identificar la información que nos lleva a la ecuación. Los problemas de aplicación no vienen en forma resuelva la ecuación, sino que son relatos que suministran información suficiente para resolverlos debemos ser capaces de traducir una descripción verbal al lenguaje matemático. Cualquier solución matemática debe ser verificada si es solución del problema en cuestión, porque podría tener solución matemática que carezca de sentido con el conteto del problema. Los problemas que se te proporcionará serán de maor o menor realismo con objeto de presentarte ejercicios para calcular el o los valores de a lo largo de toda la unidad. En este capítulo: Recordaremos los conceptos necesarios para operar correctamente con igualdades. Desarrollaremos habilidad para resolver problemas aplicando ecuaciones de primero segundo grado en una dos incógnitas sistemas de ecuaciones de primer grado en dos incógnitas. Repasaremos cuestiones de álgebra elemental, casi todo lo que diremos podría considerarse de repaso de cursos anteriores. Integraremos todos los conceptos dados hasta ahora.. El álgebra el lenguaje simbólico Qué es el álgebra?. Es el manejo de relaciones numéricas en los que una o más cantidades son desconocidas, incógnitas, a las que se las representa por letras, por lo cual el lenguaje simbólico da lugar al lenguaje algebraico. Las operaciones para números: suma, resta, producto, división, son conocidas como operaciones algebraicas cualquier combinación de números letras se conoce como epresión algebraica. Por lo tanto, al traducir un cierto problema al lenguaje algebraico, se obtienen epresiones algebraicas, que son una secuencia de operaciones entre números letras. Las letras se las denomina, en general, variables o incógnitas las simbolizamos con las últimas letras del alfabeto, en cambio las primeras letras se emplean para simbolizar números arbitrarios pero fijos, que llamamos constantes.
2 Frecuentemente aparecen igualdades que son de distinto tipo: identidades, ecuaciones fórmulas. Las operaciones básicas con epresiones algebraicas, se utilizan en el importante proceso de resolver ecuaciones, sistemas de ecuaciones otras importantes aplicaciones de ellas. Ejemplos: Escribir en lenguaje algebraico las siguientes oraciones: a) La base es el doble que la altura. Si llamamos b base h altura, la epresión algebraica es: b h, pero también se podría haber llamado base e altura entonces se obtendría:. b) Dos números pares consecutivos. n representa un número par, el siguiente número par es n, donde n es cualquier número entero. EJERCICIOS.- Escribir en lenguaje algebraico cada uno de los siguientes enunciados. a) El cuadrado de la suma de dos números reales es igual a la suma de sus cuadrados más el doble de su producto. b) El espacio recorrido por un móvil es igual a su velocidad por el tiempo que está en movimiento. c) Un número elevado a la 0 significa multiplicar 0 veces ese número. d) El producto de dos potencias de igual base es igual a otra potencia que tiene la misma base cuo eponente es igual a la suma de los eponentes de las potencias que se multiplican. e) La suma de tres números enteros es 54. f) Escribir un número natural, su anterior su posterior. g) La superficie de un cuadrado de lado es. h) El cociente de dos potencias de igual base es igual a otra potencia que tiene la misma base cuo eponente es igual a la resta de los eponentes de las potencias que se dividen. Identidades La igualdad, es el símbolo que más veces se utiliza en Matemática. Gran parte de los desarrollos matemáticos consisten en la transformación de una epresión en otra igual a ella. La igualdad verifica las siguientes propiedades: Para todo a, se verifica a a Para cualquier par de números a b, si a b entonces b a. Para cualquier terna de números a, b c, si a b b c entonces a c. Si a los dos miembros de una igualdad se le suma (o resta) el mismo número, se obtiene otra igualdad. Si a los dos miembros de una igualdad se la multiplica (o divide) por el mismo número distinto de cero, se obtiene otra igualdad. Estas dos últimas propiedades se utilizan continuamente para hallar la solución de una ecuación o sistema de ecuaciones. Una identidad es una igualdad algebraica válida para cualquier número real que se le asigne a las letras que intervengan. 4
3 Ejemplos:. La epresión ( 4) es una igualdad algebraica, que no es una identidad, sólo es cierta para.. La epresión ( 5) 9, recibe el nombre de identidad, por que es verdadera para todos los números reales. m n m n. a a a, es una identidad que se ha visto en la unidad anterior. Cuál es la ventaja de las identidades? Que se puede transformar una epresión algebraica en otra equivalente mediante operaciones elementales. EJERCICIOS. Escribir cinco identidades que se han visto en la unidad anterior.. Averiguar si las siguientes igualdades son identidades: a) a ( b c) a b a c b) a a a a c) a a a 5 ; 4 d) e) f) 79 ;. Partiendo de cada una de las epresiones de la izquierda, usar identidades para obtener la epresión de la derecha: a) ( )( ) ( 6) b) ( ) ( ) c) ( ) ( 6) ( )( 5) 5 ( ). Ecuaciones resolución de problemas Una ecuación es una igualdad en la que aparecen números letras ligadas mediante operaciones algebraicas. Las letras, cuos valores son desconocidos, se llaman incógnitas. Resolver una ecuación consiste en transformar la igualdad en otra equivalente más sencilla, hasta obtener la solución, que es el valor de la incógnita que hace cierta la igualdad inicial. Una epresión como ( ) ( ) es una ecuación, sólo es cierta para 0. La solución es 0. Ha ecuaciones con muchas soluciones, e incluso infinitas soluciones, por ejemplo,, sen 0 otras que no tienen solución como:. Por lo tanto, resolver una ecuación es obtener las soluciones, si eisten, que la satisfacen. Para resolver una ecuación se utiliza las propiedades de la relación de igualdad las propiedes de los números. Ejemplos: Resolver las siguientes ecuaciones verificar el resultado. a) 5 b) 5 ( ) Solución: a) 5 8 ( ) ( ) 8 ( ) 4 (sumamos a ambos miembros ) (realizamos las operaciones posibles) (dividimos ambos miembros por ) (realizo las operaciones). 5
4 Por lo tanto, 4 es la solución. Si reemplazamos en la ecuación original: ( 4) 8 5, vemos que la verifica. b) ( ) ( ) 4 (en el primer miembro hemos aplicado la propiedad distributiva) (restamos a ambos miembros 5 o sumamos el opuesto de 5) (realizo las operaciones) (sumamos el opuesto de o restamos ) (realizo las operaciones) (dividimos ambos miembros por ) (realizo las operaciones) Por lo tanto, 4 es la solución de la ecuación dada, pues si reemplazamos en ella se ( ) verifica la igualdad: ( ) ( ) Nota: Para asegurar que el valor encontrado es la solución buscada, es conveniente verificar en la ecuación original. A la solución también se le llama raíz de la ecuación... Resolución de ecuaciones de primer grado con una incógnita Se llama ecuación de primer grado con una incógnita a una epresión de la forma: a b 0 con a 0, a,b R () Se llama de primer grado porque la incógnita sólo aparece elevada a la potencia uno. Ejemplos:.- Consideremos la ecuación 5, no es de la forma (), pero operando algebraicamente obtenemos 4 0 que es la solución de la ecuación. 4 Queda para el lector verificar que efectivamente es la solución de la ecuación dada..- Sea, operamos obtenemos 0, no eiste ningún número real que satisfaga la igualdad. Por lo tanto, esta ecuación no tiene solución..- Epresiones como: ó ( ), tienen infinitas soluciones, son ciertas para cualquier número real, son identidades. EJERCICIOS.- Resolver las siguientes ecuaciones: 5 7 a) 4 4 b) c) d) f) ( ) 0 e) ( ) 4 6
5 g) [ ( ) ]. 4( ) h) ( ) 4( 5) 6 i) 4 j) ( ).- Indicar cuál de las siguientes ecuaciones es de primer grado luego encontrar su solución. 5 a) b) 5 6 c) 5 d) ( )( ) 0.- a) La suma de tres números enteros consecutivos es 48. Cuánto vale cada número? b) Encuentre tres números impares consecutivos cua suma es igual a De un depósito lleno de líquido se saca la mitad del contenido, después la tercera parte del resto quedan aún 600 litros. Calcular la capacidad del depósito en centímetros cúbicos... Resolución de ecuaciones de segundo grado con una incógnita Se llama ecuación de segundo grado con una incógnita a una epresión de la forma: a b c 0, a,b,c R a 0 () Observamos que la incógnita aparece elevada a la segunda potencia, decimos que la ecuación es de grado dos la llamamos ecuación cuadrática. El grado de una ecuación es el maor eponente al que aparece elevada la incógnita. Ejemplos:.- La epresión 5( ) primer grado. es una ecuación de grado, con una incógnita se llama de.- La epresión 4 5 es una ecuación con una incógnita, de grado, o de segundo grado..- La epresión ( )( ) 0 es una ecuación de segundo grado porque operando obtenemos: La epresión ( t ) ( t 7) t t t 0. t es una ecuación de grado, pues operando queda Una ecuación de segundo grado tiene a lo más dos raíces. Veamos algunas resoluciones sencillas mediante los siguientes ejemplos: Ejemplos de ecuaciones cuadráticas:.- a) 4 400, mediante operaciones algebraicas obtenemos: 0 aquí recordamos la propiedad de los números, con lo cual obtenemos: 0 0, que son las dos soluciones de la ecuación cuadrática. 7
6 b) 400, completamos mediante operaciones algebraicas para obtener las raíces: racionalizando resulta: t ( t 0 ) 0, observamos que el primer miembro es un producto de dos factores: t t - 0. Si el producto de dos factores es cero, uno de los factores es cero. En nuestro caso: t(t - 0) 0, implica t 0 ó t - 0 0, de donde se obtiene, t 0 ó t 0. Por lo tanto, las raíces buscadas son: t 0 t , en este caso no es sencillo despejar la incógnita para encontrar las raíces, debemos aplicar la fórmula para resolver ecuaciones de segundo grado. Considerando la ecuación general de segundo grado, (), las soluciones se encuentran usando la fórmula: b ± b 4ac, a () Identificamos los coeficientes a, b c, de la siguiente manera: a el coeficiente del término cuadrático, b coeficiente del término lineal c el término independiente. En este ejemplo, a, b 0 c 8. La deducción de la fórmula es la siguiente: a b c a b 4a 4ab 4a 4ab b ( a b) ( a b) a b a b 0, c 4ac b 4ac b 4ac b 4ac b 4ac ± b 4ac En consecuencia, despejando, tenemos la fórmula () El doble signo en la fórmula antes de la raíz cuadrada, nos proporciona las dos soluciones que tiene una ecuación cuadrática. Ejemplos: Encontrar las dos raíces de las ecuaciones de segundo grado:.- 6 0, aplicando la fórmula (), tenemos a, b c 6 reemplazando en () obtenemos: ± 4 ( 6) ± 4 ± 5, cuas soluciones son:. sumamos a ambos miembros c, multiplicamos a ambos miembros por4a, sumamos a ambos miembros b, elprimer miembro es un trinomio cuadrado perfecto, aplicamos raíz cuadrada aambos miembros, por definición de valor absoluto, entonces, b ± b 4ac, a , análogamente observando la ecuación tenemos: a, b 6 c, por lo tanto reemplazando en (): 6 ± ± ± 0,
7 cuas soluciones son:.- 5 0, finalmente aquí tenemos: a, b c 5, por lo tanto reemplazando en (): ± ( ) 4 5 ± 6, como recordamos la raíz cuadrada de un número negativo no tiene solución real. Analicemos cada una de las soluciones de los tres ejemplos anteriores. En el primero observamos que tiene dos raíces reales distintas, en el segundo, las raíces son reales e iguales el último no tiene solución real. Analicemos el radicando de la fórmula (), llamado discriminante. Sea d b 4ac, si d < 0 no tiene solución real; si d > 0 tiene raíces reales distintas, si d 0, las raíces reales coinciden. Resumiendo: a b c 0 d b 4 a c Solución real d 0 Sin solución real d < 0 Reales e Iguales d 0 Reales Distintas d > 0 EJERCICIOS : Dadas las ecuaciones: a) 9 5 ; b) 5 ; c) ; d) 6 ( )( ) las soluciones: 0. 5; ;. 4 ; ; 0,, averiguar a cuál ecuación corresponde cada solución determinar el grado que tiene cada ecuación..- Resolver las siguientes ecuaciones de segundo grado pero previamente identificar si son o no completas: a) 4t 6 0 t b) ( 7) ( t ) ( t ) 0 d) ( v 7 )( v ) 0 e) 4 t 0 t c) 0 t f) t 0.- Sin resolver las ecuaciones determinar el carácter de sus raíces: a) b) t 4t 0 c) Utilizando el discriminante decir qué tipo de soluciones tienen las siguientes ecuaciones: a) 4 0 b) 0 c) 4 0 d) 4 0 9
8 5.- a) Efectuar el producto ( - 4) ( ). b) Resolver la ecuación 7 0. c) Eiste alguna relación entre los coeficientes 7 con las soluciones 4? 6.- Para la ecuación b c 0 con b, c R cuas raíces son, demostrar: -b c. 7.- El cuadrado de un número entero es igual al siguiente multiplicado por 4. Cuál es el número? 8.- Cuál es el número cuo triple supera en dos a su cuadrado?.. Ecuaciones con dos incógnitas Ya hemos visto ecuaciones del tipo a b 0 (de primer grado con una incógnita) ahora veremos ecuaciones de primer grado con dos incógnitas, del tipo a b c 0 con a,b,c R. Tiene como solución un par de valores (,) que la satisfacen. A este tipo de ecuaciones también se las suele llamar ecuaciones lineales. La linealidad viene dada por que ambas incógnitas están elevadas a la potencia uno no se multiplican entre sí. Ejemplos:.- 0 es una ecuación lineal en dos variables: e, tiene infinitas soluciones, como por ejemplo: ; ; ; etc. 5, 5 4, o también se pueden escribir como par ordenado: ( 4 ) ; ( 5, ); (, ); ( ).- Al determinar las fuerzas F F que actúan sobre una viga, podemos encontrar una ecuación tal como F 4F 00 que tiene como soluciones: F 99 F 80 ;, etc. F F 0.- Las epresiones 4 no son lineales. 4.- La epresión 6 es una ecuación de segundo grado en dos variables, que es la ecuación de la circunferencia de radio 6 centro en (0, 0). Cada punto P(, ) de la circunferencia es solución de la ecuación. Como la circunferencia tiene infinitos puntos, la ecuación dada tiene infinitas soluciones. En el capítulo 6 retomaremos el tema de ecuaciones lineales.. 4 Sistemas de ecuaciones resolución de problemas Ejemplo: Un comercio vende calculadoras aritméticas a $7.50 científicas a $8.00. Cierto día el comerció vendió 6 calculadoras por un importe total de $9.50. Cuántas calculadoras eran aritméticas? Primero identificamos que ha dos tipos de calculadoras en venta, si llamamos a la cantidad de calculadoras aritméticas e a la cantidad de calculadoras científicas, podemos traducir el problema al lenguaje algebraico de la siguiente manera: 6 que es el total de calculadoras vendidas por otro lado el monto total vendido:
9 Estas ecuaciones determinan el siguiente sistema: () resolverlo, significa encontrar valores para las incógnitas e que satisfagan simultáneamente las dos ecuaciones. Despejamos indistintamente ó de la primera ecuación, por ejemplo 6 () a esta epresión la reemplazamos en la segunda ecuación 7. 50( 6 ) , operando algebraicamente: , llevamos este valor a () obtenemos 9. Esta es la supuesta solución del sistema, para estar seguros debemos verificar los valores en ambas ecuaciones de (), es decir, Por lo tanto, el par (, ) ( 9, 7) es solución matemática del sistema. La respuesta al problema es: Respuesta: El negocio vendió 9 calculadoras aritméticas. Los sistemas lineales aparecen frecuentemente en situaciones de la física, química, ciencias naturales, etc. como también en ciencias humanas sociales, (economía, psicología, sociología). Ha métodos convencionales de resolución de sistemas lineales: Sustitución, Eliminación (o Reducción por suma o resta) e Igualación. Estos métodos se basan en una secuencia de operaciones elementales. Además ha otros métodos: Gauss, Regla de Cramer (o Determinantes). Otra cuestión para resaltar es que a los sistemas sencillos de dos tres variables por lo general es más fácil de resolverlos por los métodos convencionales, pero para un sistema de más de tres variables es conveniente utilizar otros métodos. Repasaremos dos métodos de resolución de sistemas lineales de dos ecuaciones con dos incógnitas. Resolverlos, es encontrar la solución, es decir, el valor de las incógnitas, para ello se siguen ciertas técnicas que dependen de la situación de cada sistema, pues cualquier método de resolución de sistemas es válido, a que proveen la misma solución.. 4. Método de Sustitución Como su nombre lo indica, se despeja una incógnita de una de las ecuaciones se sustitue en la otra, es la manera más natural de resolver un sistema. Los pasos a seguir para resolver un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas son:.- Elegimos una de las ecuaciones para despejar una de las incógnitas en términos de la otra, en general, es la incógnita más fácil de despejar..- Sustituimos la epresión obtenida en la otra ecuación nos queda una ecuación en una incógnita se resuelve..- Luego, llevamos este resultado a la ecuación despejada en el paso para obtener la otra incógnita. 4.- Verificar la solución obtenida en ambas ecuaciones. 4
10 Ejemplos:.- Resolver el sistema 6. Paso : Después de observar ambas ecuaciones, podemos despejar de la primera ecuación:. () Paso : Reemplazamos ahora en la segunda ecuación: 6 Nos queda una ecuación de primer grado en una incógnita, cua solución es:. Paso : El correspondiente lo obtenemos sustituendo este valor de en (): 4. Por la tanto: ( o, o ) (, 9). 9 Paso 4: Sustituimos ( 9), en ambas ecuaciones, para verificar que es solución: operando 4 4 Como se verifican ambas, la solución es: (, ) (, 9) o o El sistema, tiene solución única: ( o,o ) ( 4, 5), pues es evidente que verifica 0 5 ambas ecuaciones. El sistema es determinado..- Resolver el sistema Observamos ambas ecuaciones, vemos que es más sencillo despejar de la segunda: 5 6, llevamos esta epresión a la primera ecuación: ( 5 6) 5 ; operando algebraicamente obtenemos:, sustituimos este valor de en la epresión despejada de : Por lo tanto, la solución aparente que obtuvimos es: (, ) (, ). Verifiquemos si es solución del sistema, para ello reemplazamos el par obtenido en ambas. ( ) 5 ecuaciones:, efectivamente se cumplen las dos igualdades, esto quiere decir 5. 6,,. que la única solución es: ( ) ( ) Queda para el alumno identificar los pasos sugeridos. 4.- Resolver el sistema
11 Después de observar ambas ecuaciones vemos que es indistinto la incógnita a elegir para 7 despejar, por ejemplo, nos decidimos por la primera ecuación: la reemplazamos 7 en la segunda: 4 5, resolviendo tenemos, ahora llevamos este valor a 7 la epresión despejada de : ( ), luego la supuesta solución es (, ) (, ). Queda para el lector verificar el paso 4 resolver el sistema nuevamente despejando la incógnita. Los cuatro ejemplos anteriores muestran sistemas con solución única, veamos ahora el siguiente ejemplo: 5.- Resolver el sistema 4 6 Despejamos de la primera ecuación 4, reemplazamos en la segunda ecuación, 6 ( 4 ), operando obtenemos 0 0, esta igualdad se cumple para cualquier valor de, es decir, el sistema tiene infinitas soluciones, por ejemplo: ( 0, 4) ; (, ) ; ( 0), ; etc... son soluciones. Si observamos detenidamente el sistema, vemos que la primera ecuación multiplicada por, es igual a la segunda, esto nos dice que en realidad tenemos una sola ecuación con dos incógnitas. Por lo tanto, en forma general la solución del sistema se puede epresar como ( t, 4 t ), donde t es un número real. Para cualquier número real que se asigne a t, obtenemos el valor de correspondiente, en este caso, se dice que el sistema es indeterminado Resolver el sistema 5 4 Observamos que las dos ecuaciones son prácticamente la misma, pues si a la primera la dividimos por tenemos una sola ecuación, por lo tanto tiene infinitas soluciones. También en este caso se dice que el sistema es indeterminado. Operando se llega a una epresión del tipo 0. 0 ó 0. 0, válida para todo valor de ó de. Es decir, las infinitas soluciones: ( ) 4 5,, de una ecuación también lo son de la otra. En los seis ejemplos anteriores los sistemas son compatibles o consistentes, porque todos tienen solución. A continuación veremos dos ejemplos con otras características: 7.- Resolver el sistema Despejamos de la primera ecuación: 5 la reemplazamos en la segunda: ( 5) 8 4, resolviendo obtenemos: 0, absurdo!!, luego el sistema no tiene solución o también se dice que el sistema es incompatible o inconsistente. 8.- Resolver el sistema: Es imposible encontrar una misma solución para ambas ecuaciones, nuevamente se dice que el sistema no tiene solución o que es incompatible (inconsistente) en este caso se llega operando a una epresión del tipo 0 ó 0. 4
12 44 Resumiendo: Dados R c, c, b, b,,a a, hemos analizado sistemas del tipo: c b a c b a () Resolver un sistema de ecuaciones (), es encontrar un par ( o o, ) que será solución del sistema si sólo si, verifica ambas ecuaciones simultáneamente, es decir, c b a c b a o o o o () El sistema () puede tener una ó infinitas soluciones ó no tener solución. Estos resultados podemos resumirlos en el siguiente cuadro: EJERCICIOS.- Resolver los siguientes sistemas de ecuaciones lineales: a) b) c) 8 4 d) e) f) g) h) El perímetro de un rectángulo mide 7 cm su base mide 0. dm más que el doble de la altura. Se quiere averiguar cuales son las medidas en metros del rectángulo..- La suma de dos números es 8 la diferencia del doble de primero el triple del segundo es 6. Cuáles son los números? 4.- Se necesitaron 0 Km de cerca para un campo rectangular. Cuáles son las dimensiones del campo si se sabe que la diferencia entre la longitud el ancho es de 5 Km? Sistema de ecuaciones lineales Sistemas compatibles o consistentes Sistemas incompatibles o inconsistentes No tiene Solución Solución Única o Sistema determinado Infinitas Soluciones o Sistema Indeterminado
13 . 4. Método de Reducción por suma o resta o de Eliminación Recordemos que dos sistemas son equivalentes si tienen el mismo conjuntos solución. El método de reducción consiste en transformar el sistema dado en uno equivalente. En esencia consiste primero en ver si alguna de las incógnitas tiene el mismo coeficiente en ambas ecuaciones, si no es así se trata de acomodar para que así lo sea. Luego, restando o sumando miembro a miembro las ecuaciones, se obtiene una ecuación con una incógnita menos, esto quiere decir que se redujo el número de incógnitas, de allí el nombre de reducción o eliminación. Los pasos a seguir son:.- Preparamos ambas ecuaciones, multiplicando (dividiendo) por una constante (número) adecuada para que una de las incógnitas tenga el mismo coeficiente, salvo signo que puede ser positivo (o negativo), en ambas ecuaciones..- Restamos (o sumamos), según signo del coeficiente, miembro a miembro ambas ecuaciones con ello desaparece una incógnita, así reducimos el número de ecuaciones, en nuestro caso a una ecuación..- Resolvemos la ecuación obtenida. 4.- Luego a este resultado lo llevamos a cualquiera de las dos ecuaciones iniciales para obtener la otra incógnita (o podemos emplear la misma técnica para despejar la otra incógnita). 5.- Verificar la solución obtenida, en ambas ecuaciones. Ejemplos: Resolver los sistemas: a) 7 5 b) 9 4 c) a) Después de observar el sistema vemos que tiene el mismo coeficiente en ambas ecuaciones, por lo tanto restando miembro a miembro obtenemos la ecuación: 5 6 de donde, finalmente reemplazado en la primera ecuación resulta. Verificación: 7 5 ; luego, la solución única es: (, ) (, ) b) En este ejemplo después de observar el sistema, tenemos dos posibilidades: Primero: Igualamos los coeficientes de multiplicando por la primera ecuación: 4 6 8, restamos miembro a miembro obtenemos. 4 Ahora multiplicamos la segunda ecuación por, para igualar los coeficientes de : 9, restando miembro a miembro tenemos Verificación: ; luego la solución única es: (, ) ( 5, ) Segundo: En la primera ecuación podemos igualar los coeficientes de, si dividimos por : 4 Queda para el lector completar el ejemplo verificar que se obtiene la misma solución. 45
14 b) En este sistema las incógnitas no tienen coeficientes iguales ni tampoco múltiplos uno del otro, por lo tanto, tenemos dos opciones para resolverlo: elegir el método de sustitución o el método de reducción. Lo haremos por este último. Primero: Tratamos de igualar los coeficientes de, para ello procedemos de la siguiente manera, multiplicamos la primera ecuación por 5 la segunda por :, ahora 5 restamos miembro a miembro: 4 7, es decir, 6, finalmente miramos el sistema dado vemos que nos conviene reemplazar en la primera ecuación obtenemos el valor de,,.. Queda para el lector la verificación de que la solución única es: ( ) ( ) Segundo: Podríamos haber elegido de igualar los coeficientes de, multiplicando la primera 6 4 ecuación por la segunda por :, sumando miembro a miembro resulta 5. Queda para el lector encontrar el valor de por este segundo camino. Escribir la solución verificarla. Además, COMPLETAR LOS PASOS INTERMEDIOS DE LOS TRES EJEMPLOS. 6 EJERCICIOS.- Resolver los siguientes sistemas: a) b) c) d) Dos amigos fueron de visita a una granja en la que había pavos corderos. Al salir uno de ellos le pregunto al otro: Cuántos pavos corderos había? Averígualo, vi 7 ojos patas..- En un hotel ha habitaciones simples dobles. Tiene un total de 50 habitaciones 87 camas. Cuántas habitaciones de cada tipo tiene el hotel? 4.- Un cine vende boletos a 8$ cada uno pero, a las personas de la tercera edad se les hace un descuento de $. En una tarde, el cine vendió 55 boletos recaudó 580$. Cuántos boletos vendió de cada tipo? 5.- El perímetro de un triángulo isósceles es de 8 cm. Cada uno de los lados iguales es unidades maor que la base. Cuáles son las medidas de los lados en metros?. 5 Cómo plantear resolver Problemas A lo largo del desarrollo de esta unidad hemos visto problemas sencillos, en esta sección veremos gran cantidad de problemas resueltos para que tengamos al menos una base técnicas para resolverlos. En los problemas nos planteamos la o las ecuaciones que relacionan los datos con las incógnitas. Lo difícil es identificar la información que nos lleva a la ecuación que debemos resolver, esto se debe a menudo, a que parte de la información se infiere, pero no está eplícitamente establecida. A continuación mostraremos la forma en que se utilizan las epresiones algebraicas para plantear resolver ecuaciones lineales /o cuadráticas en alguna de sus aplicaciones. Son ellas sus soluciones de gran importancia en casi todos los campos de la tecnología de la ciencia. Una de las aplicaciones más importantes se presenta en matemáticas, física, ingeniería otros campos. 46
15 .5. Pasos útiles para resolver problemas I.- COMPRENDER EL PROBLEMA II.- CONCEBIR un plan III.- EJECUTAR el plan IV.- EXAMINAR la solución obtenida I.- COMPRENDER el problema: Leer el enunciado. Señalamos cuáles son los datos, qué es lo que se conoce del problema. Elaboramos, si es necesario, un mapa conceptual o un esquema de la situación. Encontramos la relación entre los datos las incógnitas. Introducimos una notación adecuada. Si ha alguna figura relacionada con el problema, la dibujamos. En síntesis, debemos plantearnos las siguientes preguntas: Cuál es la incógnita? Cuáles son los datos? Cuál es la condición que relaciona los datos con las incógnitas? Es la condición suficiente para determinar la incógnita? Es insuficiente? Es redundante? Es contradictoria? II.- CONCEBIR un plan: Tenemos un plan cuando sabemos, al menos a grosso modo, qué cálculos, qué razonamientos o construcciones habremos de efectuar para determinar la incógnita. Para concebir un plan debemos tener claro si nuestros conocimientos son suficientes, puesto que es imposible resolver un problema si desconocemos por completo el tema del cual trata. Con frecuencia es adecuado abordar un problema planteándonos las siguientes preguntas: Hemos resuelto un problema semejante? o Hemos visto el mismo problema planteado en forma ligeramente diferente? Conocemos un problema relacionado con éste?. Si no podemos resolver el problema propuesto tratamos de resolver primero algún problema similar más sencillo que nos aporte información para el nuestro. III.- EJECUTAR el plan: Esta etapa también ha que plantearla de una manera fleible, alejada de todo mecanicismo. Se debe tener presente que el pensamiento no es lineal, que necesariamente se van a producir saltos continuos entre el diseño del plan su puesta en práctica. Al ejecutar el plan se debe comprobar cada uno de los pasos. Se puede ver claramente qué cada paso es correcto? Antes de hacer algo se debe pensar: qué se consigue con ésto? Se debe acompañar cada operación matemática de una eplicación contando lo que se hace para qué se hace. Cuando tropezamos con alguna dificultad que nos deja bloqueados, se debe volver al principio, reordenar las ideas probar de nuevo. IV.- EXAMINAR la solución obtenida: Supone: Leer de nuevo el enunciado comprobar que lo que se pedía es lo que se ha averiguado. Se debe poner atención en la solución. Parece lógicamente posible? Es posible comprobar la solución? Es posible encontrar alguna otra solución? Siguiendo estos cuatro pasos podremos tener una buena idea base para pensar acerca de cómo encarar distintas situaciones problemáticas adquirir más habilidad para resolverlos no solo aquí, sino nos serán útiles cuando se nos presenten a lo largo de la carrera por lo tanto estaremos mejor preparados. 47
16 Ejemplo Un lado de un triángulo isósceles mide cm menos que la suma de los dos lados iguales. El perímetro es de cm. Cuánto mide cada lado? Solución: I.- COMPRENDER el problema a) Primero leemos el problema determinamos que nos pide. Es decir, ubicamos cuál o cuáles son las incógnitas e introducimos la notación, por ejemplo. Acá representa la longitud de uno de los dos lados iguales del triángulo e al lado desigual. b) Consideramos los datos: Uno de los datos que tenemos es que el lado desigual mide cm menos que la suma de los lados iguales, es decir, el otro dato es que el perímetro es de cm, es decir, II.- CONCEBIR un plan De acuerdo al punto I, vemos que obtuvimos dos ecuaciones con dos incógnitas:. III.- EJECUTAR el plan: Es resolver dicho sistema de ecuaciones por cualquier método. Obtenemos 9 e 5, que es la solución matemática del sistema. IV.- EXAMINAR la solución obtenida: Verificamos que la solución matemática es la solución del problema: Según la notación que adoptamos los lados iguales miden 9 cm el tercer lado 5 cm, luego el perímetro, que es la suma de las longitudes de los tres lados, es: 9 9 5, como se verifica el resultado, entonces 9 cm e 5 cm, es la solución del problema. Finalmente, Respuesta: Las longitudes de los lados del triángulo son: 9 cm, 9 cm 5 cm. Ejemplo En una confitería han preparado 60 litros de refresco de ananá con el 0% de jugo puro de fruta. Cuánto jugo puro de ananá deben agregarle para que el refresco contenga el 0% de dicho jugo? Resolvamos teniendo en cuenta los pasos sugeridos en la página 47: - Comprender el problema Lectura comprensiva del teto Cuál es la incógnita?. Cantidad de jugo de ananá que deben agregarle a los 60 litros de refresco para que resulte uno con el 0% de jugo puro de ananá. Cuáles son los datos? 60 litros de refresco de ananá con el 0% de jugo de fruta. - Concebir un plan. Sea la cantidad (medida en litros) de jugo de ananá que debe agregarse. Hacemos una tabla que representa las relaciones entre los datos la incógnita: 48
17 Tengo Agrego jugo puro Obtengo Cantidad en litros de refresco Concentración de jugo puro de ananá Cantidad de jugo puro de ananá en litros 0% 00% 0% 0% de % de 0% de (60) 0. (60) El aspecto clave para convertir la información de la tabla en una ecuación, es observar que la cantidad total de jugo puro de ananá en la nueva mezcla debe ser igual a la que a contenía más la que se agrega: ( 60 ) Ejecutar el plan Resolviendo la ecuación planteada obtenemos: 6 0. Respuesta: Se debe agregar 7.5 l de jugo puro de ananá para que el refresco tenga una concentración del 0%. 4 - Eaminar la solución obtenida El comerciante va a obtener 67.5 l de refresco de ananá, el cual tiene la cantidad de.5 l de jugo puro, 6 litros antes de la mezcla más el agregado de 7.5 litros. Por otro lado, debemos verificar si los.5 l responden a la concentración pedida: 0% de (67.5) es.5 l. Por lo cual podemos afirmar que la nueva cantidad de refresco que tiene el comerciante responde a lo pedido. En los ejemplos que siguen, los cuatro pasos sugeridos en la resolución de problemas no los detallamos. Aconsejamos al lector resolver los ejemplos usando esta técnica antes de mirar la solución. Ejemplo Una máquina tiene una masa de 7 Kgr. Si está compuesta por dos partes una de ellas pesa Kgr más que la otra. Cuáles son las masas respectivas? Solución: El problema nos pide calcular la masa de cada una de las partes que integran la máquina. Sea m masa de la parte más liviana, con lo que hemos establecido una de las incógnitas (o también podríamos haber representado con ella a la parte más pesada o haber utilizado cualquier otra letra). Además, como una de ellas tiene una masa de Kgr más que la otra, podemos escribir: m m
18 Como las dos masas juntas pesan 7 Kgr, tenemos: m m 7, reemplazamos m en esta epresión, obtenemos: m m 7 m 4 m 7. La solución del problema es: Respuesta: La masa más liviana pesa 7 Kgr la más pesada 0 Kgr Ejemplo 4 Una solución de alcohol agua contiene l de alcohol 6 l de agua. Cuánto alcohol puro se debe añadir a esta solución para que la solución resultante tenga de alcohol? 5 Solución: Llamemos al número de litros de alcohol que debemos añadir a la solución cuo volumen es de 8 l. La cantidad final de alcohol que tendremos será: el volumen de la mezcla resultante será: 8. Por lo tanto el volumen de alcohol final comparado con el volumen total correspondiente de la mezcla debe ser:. Esto significa:, de donde Respuesta: Se debe añadir litros de alcohol a la solución. Queda para el lector verificar que ha que añadir l de alcohol puro a la solución original para tener 4l de alcohol en el volumen total de 0 l. Ejemplo 5 Juan compró en enero de 00 acciones en una empresa. En la misma fecha del 00, las acciones habían bajado un 4%, pero su precio en enero de 00 era un 0% superior al del año anterior. Hallar el porcentaje de variación de precio del 00 respecto de la compra. Solución: Si el precio de las acciones en el 00 fue de pesos. El precio en el 00 disminuó en un 4% ( 0.4 pesos). Por lo tanto el precio de las acciones fue: En el año 00, las acciones aumentaron un 0% respecto de 0.96, es decir, Por lo tanto, el precio final es de: El problema nos pide el porcentaje que varió el precio actual respecto del precio de compra, es precio 00 precio 00 decir, nos pide: 00% 5. 6%. precio 00 Respuesta: El porcentaje de variación es de 5.6%. Ejemplo 6 Dos inversiones que totalizan $ 8000 producen un ingreso anual de $ 700. Si la primera inversión tiene una tasa de interés de 5.5% la segunda de.0%. Cuál es el monto de cada una de las inversiones? Solución: Llamamos al monto de la primera inversión e el monto de la segunda. Sabemos que el total es: Además que la primera produce anualmente: la segunda: 50
19 Todo esto nos lleva al sistema: , 6400, 600 la solución del problema es: ( ) ( ) cua solución matemática es: Respuesta: Las inversiones son de $ 6400 $ 600 respectivamente. Ejemplo 7 Un carro hace en dos horas un viaje de ida vuelta a una ciudad que dista a 7 Km. Si la velocidad promedio en el viaje de regreso es de 0 Km/h menor que en el viaje de ida. Cuál es la velocidad promedio del carro al ir a la ciudad? Solución: Sea v velocidad promedio de ir a la ciudad t tiempo empleado para llegar a la ciudad. Con esta elección de incógnitas tenemos v t 7 (la distancia es igual a la velocidad por el tiempo). Además sabemos que la velocidad de regreso fue v 0 que el tiempo requerido para dicho viaje fue t. Como la distancia recorrida al regresar fue de 7 Km, podemos escribir que v 0 t, como deseamos obtener v eliminamos t nos queda: ( ) ( ) 7 7 v, de donde obtenemos la ecuación de segundo grado: v ( 0 ) 7 v 0 v 080 0, cuas soluciones matemáticas son: v 90 v. Veamos cual de las dos raíces matemáticas es solución del problema. La raíz v no puede ser solución, por que la velocidad de retorno, que es 0 Km/h menor que la de ida, sería negativa. Por lo tanto la solución es v 90 Km/h. Queda para el lector verificar que efectivamente cumple las condiciones del problema. Respuesta La velocidad promedio es de 90 Km /h Ejemplo 8 Un triángulo tiene perímetro de 7cm. El lado maor tiene cm más que el que le sigue en longitud, el cuál a su vez tiene 8 cm más que el lado más corto. Hallar las longitudes de cada lado en metros. Solución: Primero construimos una figura que nos auda a visualizar e interpretar el problema. Sea a longitud del lado maor, b lado siguiente c lado más corto. Puesto que el perímetro es 7 cm, tenemos que : a b c 7. a b c Por otro lado las condiciones del problema nos llevan a las siguientes ecuaciones: a b b c 8, de donde obtenemos: a b c 7 a b 45 a b sumando la primera con la tercera reducimos el sistema a:, b c 8 a b restando miembro a miembro nos queda b 4, reemplazando obtenemos a 7 c 6. Respuesta: Los lados del triángulo miden 0.7 m, 0.4 m 0.06 m 5
20 EJERCICIOS.- Pasó un gavilán por un palomar dijo: Adiós palomar de 00 palomas. Una paloma le contesta: Miente usted gavilán. Con éstas, otras tantas como éstas, la cuarta parte de éstas usted gavilán, el ciento serán. Cuántas palomas había?.- En un aula disponiendo 9 alumnos por banco quedan alumnos sin asiento disponiendo 0 por banco quedan 5 lugares vacíos. Encontrar el número de bancos de alumnos..- Cuántos gramos de plata pura deben añadirse a 6 grs de plata al 60% para obtener una aleación de plata al 76%. 4.- Si considero veces los años que tendré dentro de años le resto veces los años que tenía hace años resulta eactamente los años que tengo ahora. Cuántos años tengo? 5.- Cuál es la longitud de una varilla si su quinta parte es roja, ha dos tercios pintados de blanco restan aún dos metros por pintar? 6.- La diagonal de una granja cuadrada tiene 0 km más que uno de sus lados. Cuál es la longitud del lado de la granja? 7.- Un laboratorio químico tiene dos recipientes con soluciones diferentes. Uno contiene una solución al 0% de ácido nítrico (HNO ) el segundo al 0%. Cuántos litros de cada solución ha que mezclar para obtener 00 litros de una solución cua concentración sea del 5%?. 5

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