Source: https://www.slideshare.net/tutoraamparo/modulo-algebra-trigonometriaygeometriaanalitica2011
Timestamp: 2017-08-21 09:43:29+00:00

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1. MÓDULO ÁLGEBRA, TRIGONOMETRÍA Y GEOMETRÍA ANALÍTICA (Segunda Edición) Jorge Eliécer Rondón Duran UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD – ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA UNIDAD DE CIENCIAS BÁSICAS Bogotá D. C, 2011
2. 2 PRESENTACIÓN DEL CURSO Estimados Estudiantes Bienvenidos al curso de Álgebra, Trigonometría y Geometría Analítica. La matemática como ciencia a través de la historia ha buscado fundamentos sólidos que garanticen su validez y rigurosidad, así el espectro de ésta ciencia es muy amplio, pero muy interesante, basta con repasar un poco el camino que inicia con la Aritmética, la Geometría, el Álgebra, siguiendo con el Cálculo, hasta áreas más avanzadas como la Teoría de conjuntos, Geometría Diferencial y otros. Todo con el fin de dar a la sociedad una Herramienta Formal que permita demostrar principios y definiciones para el buen uso en las áreas del saber. En este orden de ideas, el curso que nos ocupa en este material, presenta diversas temáticas que hacen parte de esa gran herramienta formal. Las temáticas que se exponen son muy útiles para cualquier estudiante de un programa universitario, están desarrolladas en un lenguaje sencillo, pero con gran rigor matemático, ya que el propósito fundamental es que los estudiantes adquieran conocimientos sólidos en las áreas de Álgebra, Trigonometría, Geometría Analítica, Sumatorias y Productorias, que les permita transitar de manera muy dinámica por áreas más avanzadas de matemáticas o afines. El curso está estructurado por unidades que a su vez esta conformadas por capítulos y éstos por lecciones. La primera unidad es de Álgebra, cuyos capítulos son las Ecuaciones y las Inecuaciones, dos temáticas muy interesantes y de gran uso en campos de la Ingeniería, Administración y demás. La segunda unidad contempla lo referente a funciones, además del análisis de la trigonometría analítica y la Hipernometría; término que acuñamos para hacer referencia a las funciones hiperbólicas. Es pertinente resaltar que el núcleo de las Matemáticas es el análisis de las funciones, también la gran aplicación de la trigonometría en estudios de Ciencias Experimentales, Ingeniería, Ciencias Agrarias y otros. La tercera unidad contempla los capítulos de Geometría Analítica, Sumatorias y Productorias, temáticas muy particulares y de gran importancia en diversas áreas, como la Astronomía, Física, Ingeniería, Estadística, Cálculo y otras. El proceso de análisis, comprensión e interiorización de las temáticas propuestas, son fundamentales para poder transitar en posteriores áreas del conocimiento propias de un programa académico universitario. Pero también son una buena herramienta para resolver un gran número de problemas que se pueden solucionar con modelos matemáticos, de los cuales se analizarán algunos en detalle. El curso requiere algunos conocimientos previos de Aritmética, Álgebra Elemental y elementos de geometría plana y espacial, los cuales son fundamentales para poder avanzar adecuadamente a través del curso. Pero si por alguna circunstancia dichos conocimientos son requeridos, se pueden consultar en el curso de Matemáticas Básicas. Cada temática esta soportada en principios matemáticos, sus propiedades, sus teoremas, axiomas, que soportan su fundamento. También se exponen ejemplos modelos con su respectivo desarrollo que ilustran la profundización de las mismas, finalizando con ejercicios ( ) ∑= −       =+ n k kknn ba k n ba 0
3. 3 propuestos, que presentan su respuesta, para que los estudiantes puedan confrontar lo realizado con lo requerido. Para buscar una buena comprensión de los conocimientos, es pertinente desarrollar la metodología que la UNAD propone en su modelo académico-pedagógico, el cual describe diversos momentos desde el trabajo independiente, trabajo en pequeño grupo colaborativo, tutorías de pequeño grupo e individuales y los encuentros de gran grupo, cada uno son muy importantes y buscan que el estudiante desarrolle su proceso de formación de manera dinámica y participativa. Al final de cada unidad se presenta una auto evaluación que es donde el estudiante demuestra hasta donde ha desarrollado sus competencias cognitivas, meta cognitivas, argumentativas, propositivas y demás, dándole transito a la profundización y transferencia de los conocimientos en el área que nos ocupa. No sobra hacer énfasis que para aprender matemáticas, es fundamental la motivación intrínseca, querer hacerlo, tener paciencia, algo de perspicacia, sentido lógico y muchas ganas de enfrentarse a más y más retos. Es claro que aprender matemáticas no es fácil, pero desarrollando un buen trabajo académico, utilizando los lineamientos que se han presentado, el grado de comprensión e interiorización de los conocimientos en dicha área será muy alto. ¡Animo y muchos éxitos en tan interesantes mundo matemático!
4. 4 TABLA DE CONTENIDO UNIDAD UNO: ECUACIONES E INECUACIONES CAPÍTULO 1. ECUACIONES Introducción………………………………………………………………………………..……. ……. 7 Lección 1: Elementos matemáticos básicos……………………………………………………… 7 Lección 2: Ecuaciones de primer grado con una incógnita……………………………………… 10 Lección 3: Ecuaciones de primer grado con dos incógnitas ……………………………………. 14 Lección 4: Ecuaciones de primer grado con tres incógnitas …………………………………… 24 Lección 5: Ecuaciones de primer grado: Problemas de aplicación…………………………….. 33 Ejercicios…………………………………………………………………………………………….. 44 Lección 6: Ecuaciones de segundo grado con una incógnita ………………………………….. 47 Lección 7: Ecuaciones de segundo grado con una incógnita: Problemas de aplicación…….. 54 Lección 8: Ecuaciones cúbicas……………………………………………………………………. 58 Lección 9: Ecuaciones polinómicas………………………………………………………………. 62 Lección 10: Ecuaciones racionales y radicales………………………………………………….. 67 Lección 11: Fracciones parciales …………………………………………………………………. 70 Ejercicios…………………………………………………………………………………………….. 75 CAPÍTULO 2. INECUACIONES Introducción…………………………………………………………………………………………. 77 Lección 12: Generalidades de las Inecuaciones………………………………………………… 77 Lección 13: Intervalos……………………………………………………………………………… 79 Lección 14: Inecuaciones lineales con una incógnita…………………………………………… 82 Lección 15: Inecuaciones racionales…………………………………………………………….. 84 Lección 16: Inecuaciones cuadráticas…………………………………………………………… 90 Lección 17: Inecuaciones mixtas…………………………………………………………………. 93 Lección 18: Inecuaciones con dos incógnitas…………………………………………………… 95 Lección 19: inecuaciones: Problemas de aplicación……………………………………………. 102 Ejercicios……………………………………………………………………………………………. 110 CAPÍTULO 3. VALOR ABSOLUTO Introducción…………………………………………………………………………………………. 114 Lección 20: Ecuaciones e Inecuaciones con valor absoluto……………………………………. 115 Ejercicios……………………………………………………………………………………………. 119 Autoevaluación Unidad Uno………………………………………………………………………. 120 Laboratorio………………………………………………………………………………………….. 125 UNIDAD DOS: FUNCIONES, TRIGONOMETRÍA E HIPERNOMETRÍA CAPÍTULO 4. FUNCIONES Introducción…………………………………………………………………………………………. 131 Lección 21: Sistema de coordenadas…………………………………………………………….. 132 Lección 22: Relaciones y Funciones……………………………………………………………… 134 Lección 23: Algebra de funciones………………………………………………………………… 145 Ejercicios……………………………………………………………………………………………. 149 Lección 24: Funciones especiales………………………………………………………………… 150 Lección 25: Funciones algebraicas……………………………………………………………….. 153 Ejercicios……………………………………………………………………………………………. 170 Lección 26: Funciones trascendentales: Exponencial, Logarítmica y Trigonométricas……… 171 Ejercicios…………………………………………………………………………………………… 192 Lección 27: Transformaciones de funciones: Traslación, estiramiento y reflexión………….. 194
5. 5 Ejercicios…………………………………………………………………………………………… 201 Lección 28: Funciones inversas: Algebraicas inversas y trascendentales inversas………… 202 Ejercicios…………………………………………………………………………………………… 213 Lección 29: Aplicación de funciones: Algebraicas y Trascendentales……………………….. 214 Ejercicios…………………………………………………………………………………………… 224 CAPÍTULO 5. TRIGONOMETRÍA ANALÍTICA Introducción……………………………………………………………………………………….. 226 Lección 30: Identidades trigonométricas fundamentales……………………………………… 227 Lección 31: Desarrollo de identidades trigonométricas……………………………………….. 238 Ejercicios………………………………………………………………………………………….. 241 Lección 32: Ecuaciones trigonométricas……………………………………………………….. 242 Lección 33: Análisis de triángulos no rectángulos……………………………………………… 245 Lección 34: Aplicación de las funciones trigonométricas……………………………………… 250 Ejercicios…………………………………………………………………………………………… 253 CAPÍTULO 6. HIPERNOMETRIA Introducción………………………………………………………………………………………. 254 Lección 35: Funciones Hiperbólicas…………………………………………………………….. 254 Lección 36: Identidades en las funciones hiperbólicas……………………………………….. 258 Lección 37: Funciones hiperbólicas inversas…………………………………………………… 262 Ejercicios………………………………………………………………………………………….. 264 Autoevaluación unidad Dos……………………………………………………………………… 265 Laboratorio………………………………………………………………………………………… 270 UNIDAD TRES: GEOMETRIA ANALITICA, SUMATORIAS Y PRODUCTORIAS CAPÍTULO 7. GEOMETRIA ANALITICA Introducción……………………………………………………………………………………….. 278 Lección 38: Análisis de la Recta………………………………………………………………… 279 Ejercicios………………………………………………………………………………………….. 289 Lección 39: La Circunferencia…………………………………………………………………… 290 Lección 40: La Elipse…………………………………………………………………………….. 292 Lección 41: La parábola………………………………………………………………………….. 297 Lección 42: La hipérbola…………………………………………………………………………. 301 Ejercicios………………………………………………………………………………………….. 307 Lección 43: Traslación de ejes…………………………………………………………………… 309 Ejercicios………………………………………………………………………………………….. 316 Lección 44: Ecuación general de segundo grado……………………………………………… 318 Lección 45: Aplicación de la Geometría Analítica……………………………………………… 324 Ejercicios………………………………………………………………………………………….. 328 CAPÍTULO 8. SUMATORIAS Y PRODUCTORIAS Introducción……………………………………………………………………………………….. 329 Lección 46: Fundamentación de las sumatorias……………………………………………….. 330 Lección 47: Propiedades y operaciones de las sumatorias…………………………………… 334 Lección 48: Fundamentación de las productorias……………………………………………… 341 Lección 49: Propiedades de las productorias………………………………………………….. 342 Lección 50: El Factorial…………………………………………………………………………… 345 Ejercicios………………………………………………………………………………………….. 350 Autoevaluación Unidad Tres…………………………………………………………………….. 351 Laboratorio………………………………………………………………………………………… 354 Bibliografia………………………………………………………………………………………… 360
6. 6 UNIDAD UNO ECUACIONES E INECUACIONES
7. 7 CAPÍTULO UNO: LAS ECUACIONES INTRODUCCIÓN A través de la historia, las ecuaciones han sido de gran importancia en las Matemáticas y otras ciencias, desde los babilonios, pasando por los egipcios y los griegos, hasta nuestra época, las ecuaciones han sido el pan de cada día para resolver problemas donde se requiere saber el valor de una “incógnita”. Las ecuaciones son igualdades que se hacen verdaderas para valores específicos, por ejemplo: Si tenemos: 2x + 5 = 9, se debe buscar el valor de x que al multiplicarlo por 2 y sumado con 5 nos resulte nueve. Es así que para x = 2, si lo reemplazamos en la igualdad 2(2) + 5 = 9, ésta será verdadera. Entonces, resolver una ecuación es hallar el valor o valores de la incógnita que hagan verdadera dicha igualdad. A su vez, las soluciones pueden ser reales o imaginarias, según el caso. Por ejemplo si tenemos x2 – 4 = 0, se puede verificar que los valores que puede tomar la incógnita son x = 2 y x = -2. Pero si se tiene x2 + 4 = 0, la solución no es real, ya que NO existen número real que al elevarlo al cuadrado y sumado con 4 resulte cero, luego la solución es imaginaría i2 y - i2 . (Recordemos los números imaginarios del curso de Matemáticas Básicas). Existen diferentes clases de ecuaciones, según el grado del polinomio que la describe, según el número de variables, según el tipo de coeficientes. De acuerdo al grado del polinomio, existen ecuaciones de primer grado, de segundo grado, etc. De acuerdo al número de variables, se tienen ecuaciones de una variable, ecuaciones de dos variables, etc. Según el tipo de coeficientes, se tienen ecuaciones de coeficientes enteros, de coeficientes racionales, de coeficientes reales. Para resolver ecuaciones, existen diversas técnicas matemáticas que depende del tipo de ecuación, pero siempre se debe tener presente el principio de operaciones opuestas: Suma – Resta, Producto – Cociente, Potenciación – radicación, potenciación – Logaritmación. Para un el buen dominio en la resolución de ecuaciones, se requiere mucho ánimo, paciencia, desarrollar diversos y un número adecuado de ejemplos modelos. Lección Uno: Elementos Matemáticos Básicos. Entender las ecuaciones requiere conocer claramente algunos conceptos que son comunes a todo tipo de ecuación: Constante: Son términos que toman valores fijos, en álgebra se utilizan por lo general las primeras letras del alfabeto: a, b, c,… Todos los números en esencia son constantes, por ejemplo en la expresión cbxax ++2 los términos a, b, c son constantes. Incógnita (Variable): Se considera todo aquello que no se conoce; pero se puede identificar utilizando principios matemáticos, en Matemáticas por lo general se utilizan las últimas letras del alfabeto x, y, z w,… para el caso de cbxax ++2 , la incógnita es x, otro ejemplo: 2 2 0,ax bxy cy+ + = las incógnitas son x e y. A manera de ejercicio identifique las incógnitas y constantes en las siguientes ecuaciones, será un ejercicio muy motivante. xα β δ+ = ςϕβ =+
8. 8 0754 23 =−+ zyx 3 2 0ax by pz+ + = Por lo general, la solución de ecuaciones se enmarca dentro del conjunto de los reales, exceptuando los casos donde hay involucradas raíces con índice par de cantidades negativas. Leyes Básicas: 1. Leyes de Uniformidad: Es pertinente recordar las leyes de uniformidad, que son muy útiles a la hora de resolver ecuaciones. En su fundamento, las leyes de uniformidad definen que dados dos o más números, si se suman, la respuesta siempre es única, independiente de la naturaleza de las cantidades. De la misma manera para la multiplicación. SUMA Y PRODUCTO: Sean a, b, c y d números reales; tal que a = b y c = d. entonces: 1. a + c = b + d 2. a + c = b + c 3. a x c = b x d 4. a x c = b x c Ejemplo 1: Sea la siguiente expresión: a = 2 y c = 5, aplicar la ley de suma y producto. Solución: Siguiendo el orden: a + c = 2 + 5 a*c = 2*5 Así b = 2 y d = 5. RESTA Y COCIENTE: Al restar dos números, la diferencia siempre es un valor único. Sean a, b, c y d números reales; tal que a = b y c = d. entonces: 5. a - c = b - d 6. a - c = b - c 7. a / c = b / d Para c ≠ 0 8. a / c = b / c Para c ≠ 0 Ejemplo 2: Sea la siguiente expresión: a = 8 y c = 4, aplicar la ley de resta y cociente.
9. 9 Solución: Siguiendo el orden: a - c = 8 - 4 a/c = 8/4 Luego b = 8 y d = 4. POTENCIA Y RAIZ: Sean a, b, c y d números reales; tal que a = b y c = d. Para a ≠ 0 y c ≠ 0, entonces: 9. ac = bd 10. ca = da 11. cc ba = Para a ≥ 0 además c є Z+ y c ≥ 2 Ejemplo 3: Sea la siguiente expresión: a = 9 y c = 2, aplicar la ley de potencia y raíz. Solución: Siguiendo el orden: ac = 92 ca = 2a 2 9=c a Luego b = 9. 2. Ley del producto nulo: Sean a y b números reales, entonces: 12. a x b = 0 si, y solo si, a = 0 ó b = 0 Ejemplo 4: Dada la expresión. 4*a = 0 Solución: Como 4 es un valor fijo, para que el producto sea cero, entonces a = 0. Ejemplo 5: Dada la expresión. (x – 4)*12 = 0 Solución: Como 12 es un valor fijo, para que el producto sea cero, entonces (x – 4) = 0. Así x = 4.
10. 10 3. Principio de Fracciones Equivalentes: Dada la igualdad: .** bcda d c b a =⇒= Para b ≠ 0 y d ≠ 0. Ejemplo 6: Dada la expresión. 6 3 2 1 = Mostrar que la equivalencia es verdadera. Solución: Aplicando la ley de fracciones equivalentes: 3*26*1 6 3 2 1 =⇒= Lo cual es evidentemente verdadera. Lección Dos: Ecuaciones de Primer Grado con Una Incógnita. Las ecuaciones de primer grado con una incógnita son de la forma cbax =+ , siendo a, b y c las constantes y x la incógnita. El valor de a puede ser un número real; diferente de cero. Ejemplos de este tipo de ecuaciones: 053 =−x que corresponde a una ecuación de coeficiente entero y expresión entera. 0 5 2 3 1 =−x , ecuación de coeficiente racional y expresión entera. 8 5 23 = −x , ecuación de coeficiente entero y expresión racional. Las ecuaciones de primer grado se caracterizan porque la incógnita tiene como exponente la unidad; por lo cual, la solución es única, esto quiere decir que éste tipo de ecuaciones tienen “Una Sola solución”. Para resolver ecuaciones de éste tipo, se han utilizado varias técnicas, los egipcios; por ejemplo, utilizabas la llamada “Regula Falsa”, actualmente se utiliza el método axiomático, el cual se analizará a continuación. METODO AXIOMATICO: Es el método más utilizado en la actualizad, el cual utiliza las propiedades algebraicas y las leyes de uniformidad, todo esto derivado de los axiomas de cuerpo. Aclaremos que los axiomas epistemológicamente son “Verdades Evidentes” y a partir de éstas, se desarrolla el conocimiento matemático. Algunos axiomas que son importantes para comprender la solución de ecuaciones. Axiomas de Cuerpo: Sean x, y, z, valores definidos, dentro del conjunto de los Reales Primer Axioma: x + y = y + x (Propiedad conmutativa) Segundo Axioma: x + y + z = (x + y) + z = x + (y + z) (Propiedad Asociativa) Tercer Axioma: x (y + z) = x*y + x*z (Propiedad Distributiva) Cuarto Axioma: x + 0 = x y x*1 = x (Propiedad Modulativa de la suma y producto) Quinto Axioma: x + y = 0, y + x = 0 (Propiedad del inverso. Todo número real tiene un Inverso, excepto el cero). Para x, su inverso es puede escribir –x, igual para y. ςϕβ =+x
11. 11 Sexto Axioma: x*y = 1, y*x = 1 Para x ≠ 0. (Propiedad del recíproco, todo número real tiene un recíproco). Para x, su recíproco se puede escribir x-1 = 1/x, igual para y. NOTA: El símbolo * indica multiplicación. Con los argumentos anteriores, se puede comenzar el análisis del desarrollo de ecuaciones. Los siguientes ejemplos, buscan ilustrar la resolución de ecuaciones de éste tipo, utilizando las leyes de uniformidad y los axiomas de cuerpo, explicado anteriormente. Ejemplo 7: Sea la ecuación 0=+ bax hallar el valor de x que satisfaga la igualdad. Solución: Como la idea es despejar la incógnita, en este caso x, entonces se debe “eliminar Matemáticamente hablando” lo que rodea a dicha incógnita. Así lo primero es eliminar b, lo cual se puede hacer aplicando el inverso, ya que todo número sumado con su inverso resulta cero. bbbax −=−+ 0 . Como se puede observar, el valor adicionado se hizo a los dos lados de la ecuación, esto con el fin de que ésta NO se altere. Entonces: .bax −= Ahora se debe eliminar la a, esto se hace aplicando el recíproco, ya que todo número multiplicado con su recíproco resulta uno. Veamos: a bax a 11 −= . Operando se obtiene: a b x −= Ejemplo 8: Hallar la solución de la ecuación: 926 +=− xx Solución: Como estamos utilizando el método axiomático. Por lo general, la incógnita se organiza al lado derecho y las constantes al lado izquierdo, entonces dejemos la incógnita al lado derecho, para esto se elimina del lado izquierdo, lo cual se hace adicionando -2x a los dos lados de la ecuación. 92226 +−=−− xxxx , operando se obtiene: 936 =− x Ahora eliminemos el -6 de la parte derecha para que solo quede la incógnita. 69366 −=−− x , operamos para obtener, 33 =− x Finalmente aplicamos el recíproco de 3 para que la incógnita quede completamente despajada. ) 3 1 (*3) 3 1 (*3 −=−− x , operando se obtiene: 1−=x . La solución de la ecuación propuesta. Si reemplazamos el valor de x = -1, en la ecuación original, se debe obtener una igualdad. 779)1(2)1(6926 =⇒+−=−−⇒+=− xx Ejemplo 9: Resolver la ecuación: 2 1 2 = +x x
12. 12 Solución: Recordando las leyes de uniformidad: bcda d c b a ** =⇒= Se aplica para el caso que tenemos Esta es el camino para convertir una expresión racional en entera. Veamos: 22)2(*)1()2(*)( 2 1 2 +=⇒+=⇒= + xxxx x x Sumemos –x a los dos lados de la ecuación, ¿por qué? 222 =⇒+−=− xxxxx . Así la solución es x = 2. Reemplazamos la solución en la ecuación original: 2 1 22 2 2 1 2 = + ⇒= +x x Operando: 2 1 2 1 = Se observa que la igualdad se cumple. Este último proceso es lo que se conoce comúnmente como la comprobación de la solución. Es pertinente analizar los pasos realizados, para ir aprendiendo los principios que soportan la resolución de ecuaciones. Ejemplo 10: Hallar el valor de la incógnita que satisfaga la ecuación: 42 83 14 76 − + = − + t t t t Solución: Se va a resolver la ecuación, pero se recomienda que usted estimado estudiante, identifique qué principios fueron aplicados en cada paso. )14)(83()42)(76( 42 83 14 76 −+=−+⇒ − + = − + tttt t t t t )82912()281012()14)(83()42)(76( 22 −+=−−⇒−+=−+ tttttttt A la última ecuación se le adiciona: -12t2 8292810829121228101212 2222 −=−−⇒−+−=−−− tttttttt Sumamos -29t 8283982929282910 −=−−⇒−−=−−− ttttt Adicionamos 28 a la ecuación: 2039288282839 =−⇒+−=+−− tt Finalmente: . 39 20 ) 39 1 (2039) 39 1 ( −=⇒−=−− tt Estimado estudiante comprobar esta solución. Ejemplo 11: Hallar el valor de x que satisfaga la igualdad: )3(4)62(8 −=− xx
13. 13 Solución: 1244816)3(4)62(8 −=−⇒−=− xxxx 124812124448416 −=−⇒−−=−− xxxxx 36124812484812124812 =⇒+−=+−⇒−=− xxx 12 36 36) 12 1 (12) 12 1 ( =⇒= xx , simplificando: x = 3: En este ejemplo, no se dieron mayores detalles de la solución, Ya que la idea es que los estudiantes analicen y deduzcan todo el procedimiento. Restricciones en la Solución: Existen situaciones donde la ecuación tiene restricción en la solución. Veamos algunos casos. a . 1 1 1 ) 2 x x x + = − − La restricción es que la incógnita NO puede tomar el valor de 0 ó 1, ya que si x = 0, se presenta una indeterminación, lo mismo ocurre si x = 1. g b .43) −=+− xx Para este caso la solución se acepta si esta en los reales no negativos. (R* ); es decir, los reales mayores o iguales a cero. c .4)2() −=+− xLog Recordemos que los logaritmos de números negativos no existen, así la solución debe ser tal que x + 2 > 0; es decir, si la solución es superior a -2, ésta se acepta. Ejemplo 12: Muestre que la ecuación 1 3 2 1 3 − =+ − xx x No tiene solución. Solución Aplicando los principios estudiados anteriormente. 3)1(23)1( 1 3 )1(2)1( 1 3 =−+⇒− − =−+− − xxx x xx x x 32532233)1(23 =−⇒=−+⇒=−+ xxxxx 5523225325 =⇒+=+−⇒=− xxx Finalmente x = 1. Si comprobamos la solución. 11 3 2 11 )1(3 1 3 2 1 3 − =+ − ⇒ − =+ − xx x Observamos que se presenta una indeterminación, ya que se tiene un cociente con denominador cero. Así queda demostrado que la ecuación NO tiene solución.
14. 14 Ejemplo 13: Determinar si la ecuación .4)2( −=+xLog tiene solución. Solución Aplicando los principios estudiados anteriormente y recordando las propiedades básicas de los logaritmos. .4)2( −=+xLog Aplicando operación inversa: .1010 4)2( −+ =xLog Recordemos que la base de Log es diez, entonces: .1021010 44)2( −−+ =+⇒= xxLog despejando la incógnita. 9999,12.10 4 −=−= − x Como la solución x = -1,9999 es superior a -2, la solución es válida. Por consiguiente la ecuación planteada tiene solución. REFLEXIÓN: En todos los ejemplos propuestos, la resolución se centra en despejar la incógnita, lo cual se hace utilizando los principios, leyes y axiomas matemáticos. Lección Tres: Ecuaciones de Primer Grado con Dos Incógnitas: Las ecuaciones de primer grado con dos incógnitas son una herramienta muy importante para resolver situaciones que se presentan en todas las áreas del saber. Este tipo de ecuaciones es de dos clases: El primero es donde se tiene una ecuación con dos incógnitas; donde se hará una breve descripción. El segundo es cuando se tienen dos ecuaciones con dos incógnitas, lo cual se estudiará en detalle. PRIMER CASO: Una Ecuación Con Dos Incógnitas: ECUACIONES DIOFÁNTICAS: Diofanto de Alejandría, del siglo III de nuestra era, desarrolló ciertas ecuaciones que trabajan sobre el conjunto de los enteros y son de primer grado con dos incógnitas. En honor a su nombre se les conoce como Ecuaciones Diofánticas. La forma general de estas ecuaciones es cbyax =+ , donde a, b, c son constantes y pertenecen al conjunto de los enteros; además, a ≠ 0 ó b ≠ 0. Cuando a, b y c son enteros positivos, la ecuación tiene solución entera si y, solo si, el máximo común divisor de a y b, divide a c. Este tipo de ecuaciones puede tener soluciones infinitas o no puede tener solución. Entonces la solución consiste en hallar ecuaciones generadoras (paramétrica) del par (x, y) que satisfagan la ecuación propuesta. Este tipo de ecuaciones no son el objetivo principal de este curso, solo se deseaba hacer una breve descripción. FUENTE: http://suanzes.iespana.es/diofanto.htm Ejemplo 14: Para la ecuación 2x + 3y = 8 ¿cuál será el par (x, y) que satisfaga dicha ecuación? Solución: ςϕβ =+ yx
15. 15 Por simple inspección se puede ver que x = 1 y y = 2, satisfacen la igualdad. 2(1) + 3(2) = 8. Entonces la solución (x, y) = (1, 2) Pero se puede encontrar más soluciones, por ejemplo (4, 0), (-2, 4), (-5, 6),… como se dijo al principio, pueden existir infinitas soluciones. SEGUNDO CASO: Dos Ecuación Con Dos Incógnitas. El interés central de este apartado es el análisis de sistemas de dos ecuaciones con dos incógnitas. Cuando se tiene un sistema de la forma: 22222 11111 cybxa cybxa =+ =+ Donde a1, a2, b1, b2, c1, c2 son constantes; además a1 ≠ 0 ó b1 ≠ 0 Al igual que a2 ≠ 0 ó b2 ≠ 0, se dice que estamos frente a un sistema de ecuaciones simultáneas, donde la solución obtenida para x e y, debe satisfacer simultáneamente las dos ecuaciones. Por consiguiente, resolver un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas, es hallar un par (x, y) tal que al reemplazarlo en cualquiera de las dos ecuaciones, la igualdad se cumpla. Sistema Consistente: Un sistema de ecuaciones es consistente, cuando tiene al menos una solución para cada incógnita. Sistema Inconsistente: ocurre cuando el sistema NO tiene solución alguna. Es obvio que el trabajo es analizar sistemas consistentes. Existen diversos métodos para resolver sistemas de dos ecuaciones con dos incógnitas, en este caso vamos a analizar tres. 1. METODO GRAFICO. El método se basa en que en el plano de coordenadas rectangulares, una ecuación de la forma ax +by = c, está representada por una recta cuyos puntos son parejas ordenadas de números reales, donde la primera componente corresponde a x y la segunda componente a y. Como se tiene dos ecuaciones, entonces se deben tener graficadas dos rectas. De esta manera se pueden tener tres situaciones: Primero, que las rectas se corten en un punto, lo que indica que la solución es única y será el punto de corte. Segundo, que las dos rectas coincidan, luego hay infinitas soluciones. Tercero, que las rectas sean paralelas, lo que indica es que NO hay solución.
16. 16 L1 y L2, corresponden a las ecuaciones uno y dos del sistema. El método es adecuado cuando hay soluciones enteras, ya que los puntos de corte son bien definidos. El procedimiento básico consisten en despejar y en las dos ecuaciones y, darle valores arbitrarios a x para obtener parejas (x, y), por lo general se asignas números enteros cercanos a cero; para facilitar el proceso y hacer la gráfica. Así se obtienen dos parejas de números, que corresponde a dos puntos en el plano (x1, y1) y (x2, y2), con lo cual se puede graficar una recta (Axioma Euclidiano) Ejemplo 15: Resolver el sistema: 65 523 =− =− yx yx Solución: Según el procedimiento. Para la primera ecuación: 2 35 523 − − =⇒=− x yyx Tomemos dos valores, por ejemplo x = 3, entonces: y = [5 – 3(3)]/-2 = 2. El punto es (3, 2) Otro valor x = 5, entonces: y = [5 – 3(5)]/-2 = 5. El punto es (5, 5) Los puntos para graficar la primera recta son: (3, 2) y (5, 5). Para la segunda ecuación. 6565 −=⇒=− xyyx Los valores: x = 1, entonces: y = 5(1) – 6 = -1. El punto es (1, -1) El otro valor x = 2, entonces y = 5(2) – 6 = 4, el punto es (2, 4) Los puntos para graficar la segunda recta son: (1, -1) y (2, 4) Graficando: Según la gráfica, el punto de corte es (1, -1) Luego la solución son: x = 1, y = -1.
17. 17 Ejemplo 16: Dado el sistema de ecuaciones, hallar la solución correspondiente. 824 52 =+ =+ yx yx Solución: Como en el caso anterior, se despeja y, dando valores arbitrarios a x. Se toma la primera ecuación: xyyx 2552 −=⇒=+ Para x = 1, entonces y = 5 – 2(1) = 3, el punto es (1, 3) Para x = 4, entonces y = 5 – 2(4) = -3 el punto es (4, -3) En seguida la segunda ecuación: 2 48 824 x yyx − =⇒=+ Para x = 2, entonces y = [8 – 4(2)]/2 = 0, el punto es (2, 0) Para x = 3, entonces y = [8 – 4(3)]/2 = -2, el punto es (3, -2) Graficamos: Como las rectas son paralelas, no hay puntos de corte, por consiguiente el sistema NO tiene solución. NOTA: En los ejemplos estudiados, los valores dados a x han sido escogidos arbitrariamente, siempre y cuando no se presenten inconsistencias, luego al reemplazarlos en la ecuación se obtiene el valor de y. 2. METODO POR ELIMINACIÓN. Es un método algebraico, cuyo principio es eliminar una incógnita, para obtener el valor de la otra, posteriormente con el valor obtenido, se busca el valor de la primera. Este método se puede desarrollar por tres técnicas, a continuación analizamos cada una. REDUCCIÓN: Dado un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas, la técnica consiste en igualar coeficientes de una de las dos incógnitas y que presenten signos contrarios, así se puede eliminar dicha incógnita, obteniendo una ecuación con una incógnita, cuya resolución ya hemos estudiado.
18. 18 Con el valor de la incógnita obtenida, se reemplaza en cualquiera de las dos ecuaciones, para obtener el valor de la otra incógnita. Ejemplo 17: Resolver el sistema. 4 0 =+ =− yx xy Solución: Primer organizamos las incógnitas, para que queden las y en una columna y las x en la otra, para poder igualar coeficientes y eliminar la incógnita seleccionada para este fin. 4 0 =+ =+− yx yx Como ya están organizadas, se debe igualar coeficientes con signos contrarios, pero se observa que la incógnita x tiene coeficientes iguales y signos contrarios, luego se puede eliminar, entonces: 42/ 4 0 =+ =+ =+− y yx yx Despejamos y, entonces: y = 4/2 = 2. Como ya se conoce el valor de y, se toma cualquiera de las dos ecuaciones originales y se reemplaza dicho valor, para obtener el valor de x, entones tomemos la primera ecuación y reemplacemos el valor de y. 2020 =⇒=+−⇒=+− xxyx La solución es: (x, y) = (2, 2) Si reemplazamos dichos valores en las dos ecuaciones originales, las igualdades se deben cumplir simultáneamente. Ejemplo 18: Resolver el sistema 523 4 −=− =− yx yx Solución. Para seleccionar la incógnita a eliminar, se puede tomar como criterio la que tenga signo contrario, pero no es una camisa de fuerza. Para este ejemplo se puede escoger cualquiera de las dos, escojamos x, entonces debemos igualar coeficientes en x y con signo contrario, para esto lo que se hace es multiplicar la primera ecuación por -3 y la segunda por 1, luego: 523 )3(4)3(3 −=− −=−−− yx yx Operando se obtiene: 523 1233 −=− −=+− yx yx
19. 19 Ahora: La solución para y es -17. Para obtener la solución en x, se reemplaza en cualquiera de las dos ecuaciones originales, por ejemplo tomemos la segunda. 13 3 345 53435)17(23523 −= −− =⇒−=+⇒−=−−⇒−=− xxxyx La solución es: (x, y) = (-13, -17) Ejemplo 19: Resolver el sistema 362 894 −=− =+ yx yx Solución: Como se observa en el sistema, se puede eliminar y, ya que tiene signo contrario, solo faltaría igualar los coeficientes, lo que se consigue multiplicando la primera ecuación por 2 y la segunda por 3. 3)362( 2)894( −=− =+ yx yx Lo que equivale a: 9186 16188 −=− =+ yx yx Operando: 7/14 9186 16188 =+ −=− =+ x yx yx Despejando la incógnita tenemos: x =7/14 = ½ En seguida debemos hallar el valor de la otra incógnita, reemplazando x en una de las ecuaciones originales, se toma la segunda: 3 2 6 4 6 13 36136) 2 1(2362 == − −− =⇒−=−⇒−=−⇒−=− yyyyx Así, la solución es: (x, y) = (1/2, 2/3) Recordemos que la verificación ó comprobación de la solución, se hace sustituyendo en las ecuaciones originales los valores obtenidos, para comprobar que la igualdad en verdadera. 341 862 3)3/2(6)2/1(2 8)3/2(9)2/1(4 −=− =+ ⇒⇒ −=− =+ Se observa que las igualdades son verdaderas, luego la solución es correcta. 17/ 523 1233 −=+ −=− −=+− y yx yx
20. 20 IGUALACIÓN: Dado un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas, la técnica consiste en despejar en las dos ecuaciones la misma incógnita, quedando el sistema en términos de la otra, seguido se igualan las expresiones obtenidas. De lo anterior, se obtiene una ecuación de primer grado con una incógnita, que por medio de procesos matemáticos; ya analizados, se busca el valor de la incógnita presente, el cual; como en el caso de la reducción, se reemplaza en cualquiera de las ecuaciones originales para hallar el valor de la otra incógnita. Ejemplo 20: Resolver el sistema dado a continuación: 4 8 =− =+ yx yx Solución: Se puede despajar la incógnita que se desee, para este caso vamos a despejar x en las dos ecuaciones. Para la primera: x1 = 8 – y Para la segunda: x2 = 4 + y Ahora, igualamos las dos expresiones, ya que x1 = x2 ¿Por qué? Analícelo con sus compañeros. Entonces: 8 – y = 4 + y, como ya sabemos trabajar este tipo de ecuaciones, el proceso para despajar y será entendido. 2y = 4, luego y = 4/2 = 2. Ahora reemplazamos el valor de y en cualquiera de las ecuaciones originales, bueno esta expresión se ha repetido varias veces, la idea es que usted estimado estudiante la asimile para que a medida que sigamos en el estudio de este tipo de ecuaciones, llegará el momento de NO repetir, pero si saber que se está haciendo. Tomemos la primera ecuación: 6828 =⇒=+⇒=+ xxyx La solución será: (x, y) = (6, 2) Por favor realicen la verificación de dicha solución, es un trabajo motivante. Ejemplo 21: Hallar el valor de las incógnitas, para el sistema dado a continuación. 2 5789 37512 =− =− yx yx Solución: Despajamos x.
21. 21 Para la primera: 12 537 5371237512 y xyxyx + =⇒+=⇒=− Para la segunda: 18 1657 2 1657 8 2 579 2 5789 y x y yxyx + =⇒ + =+=⇒=− Se igualan las dos expresiones obtenidas: )1657(12)537(18 18 1657 12 537 yy yy +=+⇒ + = + Operando y simplificando: 666 + 90y = 684 + 192y. Tenemos una ecuación con una incógnita. 90y – 192y = 684 – 666 Operando: -102y = 18, luego y = -18/102 = - 3 / 17 Ahora sustituimos y = - 3 / 17, tomemos la primera ecuación. 17/6141217/15371237)17/3(51237512 =⇒−=⇒=−−⇒=− xxxyx Despejamos la incógnita: x = 614 / 204 = 307 / 102 La solución: (x, y) = (307 / 102, - 3 / 17) SUSTITUCIÓN: Para un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas, la sustitución consiste en despejar una de las incógnitas en una de las ecuaciones y sustituirla en la otra ecuación. Dicho de otra manera, si despejamos la incógnita x en la primera ecuación, se debe sustituir en la segunda ecuación ó viceversa, igual si fuera la otra incógnita. Como siempre los ejemplos modelos, permiten ilustrar claramente el método de resolución. Veamos. Ejemplo 22: Resolver el sistema dado en seguida:. 523 4 −=− −=− yx yx Solución: Según la teoría del método, debemos despejar una de las incógnitas en una de las ecuaciones, para este caso se elige la incógnita y en la primera ecuación. 444 +=⇒−−=−⇒−=− xyxyyx Ahora reemplazamos y en la segunda ecuación. 5)4(23523 −=+−⇒−=− xxyx . Aquí tenemos una ecuación con una incógnita, lo cual a estas alturas ya sabemos resolver. 358235)4(23 =⇒−=−−⇒−=+− xxxxx Ahora se reemplaza el valor de x en la segunda ecuación: 7 2 14 95252)3(3523 = − − =⇒−−=−⇒−=−⇒−=− yyyyx La solución: (x, y) = (3, 7)
22. 22 Ejemplo 23: Resolver el sistema. 1 3 5 5 6 2 3 5 5 3 =− =+ yx yx Solución: Para resolver este sistema, es aconsejable primero convertir las ecuaciones a expresión enteras. Veamos: 302592 15 259 2 3 5 5 3 =+⇒= + ⇒=+ yx yxyx 1525181 15 2518 1 3 5 5 6 =−⇒= − ⇒=− yx yxyx Entonces, según el método, despajamos x en la primera ecuación y la reemplazamos en la segunda, recordemos que también se puede hacer lo contrario. 9 2530 2530930259 y xyxyx − =⇒−=⇒=+ Ahora: 601575152550601525 9 2530 18152518 −=−⇒=−−⇒=−      − ⇒=− yyyy y yx Despajando: y = - 45 / - 75 = 3 / 5 En seguida se toma la primera ecuación para reemplazar y, así obtener el valor de la otra incógnita; x. 153093015930)5/3(25930259 −=⇒=+⇒=+⇒=+ xxxyx Despejando. x = 15 / 9 = 5 / 3 Solución: (x, y) = (5/3, 3/5) Ejemplo 24: Hallar la solución del sistema dado. 324 12 =+ =+ yx yx Solución: Siguiendo la metodología para este método, tenemos: xyyx 2112 −=⇒=+ Reemplazando: 3234243)21(24324 =⇒=−+⇒=−+⇒=+ xxxxyx La última igualdad no es verdadera, luego NO hay solución, por consiguiente el sistema no tiene solución, es un sistema inconsistente.
23. 23 3. METODO POR DETERMINANTES Para aplicar este método, primero analicemos algunos términos propios de los determinantes. - ) Determinante: Un determinante es un arreglo rectangular de filas y columnas, donde los elementos de éste valores que se obtienen del sistema de ecuaciones. Las filas son: (a1 b1) y (a2 b2) Las columnas: (a1 a2) y (b1 b2) El tamaño del determinante lo da el número de filas y de columnas. Así pueden haber determinantes de 2x2, 3x3, 4x4, etc. Resolver un determinante es hallar el valor del mismo, para el caso de sistemas de dos ecuaciones con dos incógnitas, se requiere trabajar con determinantes de 2x2. Donde D es el valor del determinante. - ) Ecuaciones por Determinante: Para resolver dos ecuaciones con dos incógnitas, KRAMER propuso una técnica que podemos resumir así: Sea el sistema: Se despeja cada incógnita de la siguiente manera: El determinante del denominador, se le llama determinante de coeficientes, que es común para todas las incógnitas. La solución será el cociente de los dos determinantes, para cada incógnita. 22 11 ba ba 1221 22 11 ** baba ba ba D −== 2222 11111 cybxa cybxa =+ =+ 22 11 22 11 ba ba bc bc x = 22 11 22 11 ba ba ca ca y =
24. 24 Solución: Ejemplo 24: Resolver el sistema 65 523 =− =− yx yx Solución: Se organizan los determinantes. Solución para la primera incógnita x = 1. Solución para la segunda incógnita y = -1 Solución del sistema: (x, y) = (1, -1) Ejemplo 25: Resolver el sistema siguiente. 452 634 =+− =− yx yx Solución: Como ya se conoce le procedimiento general, procedamos así. 1221 1221 ** ** baba bcbc x − − = 1221 1221 ** ** baba caca y − − = 7 7 103 125 )2(5)1(3 )2(6)1(5 15 23 16 25 = +− +− = −−− −−− = − − − − = xx xx x 7 7 103 2518 )2(5)1(3 5563 15 23 65 53 − = +− − = −−− − = − − = xx xx y 14 42 620 1230 )3()2(54 )3(456 52 34 54 36 = − + = −−− −− = − − − = xx xx x
25. 25 Así x = 3 Solución para y = 2 Solución del sistema: (x, y) = (3, 2) Ejemplo 26: Hallar el valor de x e y en el sistema 647 847 =+ =+ yx yx Solución: El valor de x es indeterminado, ya que la fracción tiene como denominador cero. Así, el sistema NO tiene solución, es inconsistente. Lección Cuatro: Ecuaciones de Primer Grado con Tres Incógnitas Con los conocimientos adquiridos en el apartado anterior, será más sencillo abordar el que sigue, ya que los principios son similares, solo que para este caso se trata de tres ecuaciones y tres incógnitas. Para los sistemas de éste tipo, se van a analizar dos métodos. PRIMER MÉTODO: SOLUCIÓN POR ELIMINACIÓN. Cuando se tiene un sistema de la forma: 3333 2222 1111 dzcybxa dzcybxa dzcybxa =++ =++ =++ Donde a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3, d1, d2, d3 son constantes. 14 28 620 1216 )3()2(54 6)2(44 52 34 42 64 = − + = −−− −− = − − − = xx xx y 0 8 2828 2432 4747 4648 47 47 46 48 = − − = − − == xx xx x ςϕβ =∂++ zyx
26. 26 Se dice que estamos frente a un sistema de ecuaciones simultáneas, donde la solución obtenida para x, y, z debe satisfacer simultáneamente las tres ecuaciones. Por consiguiente, resolver un sistema de tres ecuaciones con tres incógnitas, es hallar valores específicos para (x, y, z) tal que al reemplazarlo en cualquiera de las tres ecuaciones, la igualdad se cumpla. Un esquema sencillo que nos ayuda a comprender el método. Primero: Segundo: La mejor forma de comprender el método es con ejemplos modelos. Ejemplo 27: Resolver el sistema dado, por Eliminación. 2 0 4 =+− =−+ =++ zyx zyx zyx Solución: Primero enumeremos las ecuaciones para hacer más fácil su identificación. )3(2 )2(0 )1(4 =+− =−+ =++ zyx zyx zyx Según el esquema, a partir de las tres ecuaciones, obtener dos ecuaciones con dos incógnitas, lo que se hace de la siguiente manera. Tomemos las ecuaciones (1) y (2) y eliminemos la incógnita z, pero puede ser una de las otras incógnitas. . )4(4/22 )2(0 )1(4 =+ =−+ =++ yx zyx zyx Observemos que se obtiene una nueva ecuación (4) que es de dos incógnitas. Ahora se toman las ecuaciones (1) y (3), [pero puede ser también (2) y (3)] y eliminamos la misma incógnita que se eliminó anteriormente; es decir, z, para lo cual se multiplica la ecuación (39 por -1. Con la primera solución Se reemplaza en una de las ecuaciones de dos incógnitas, obteniendo la segunda solución Con las dos soluciones, se reemplaza en una de las ecuaciones con tres incógnitas, para obtener la tercera solución. Tres ecuaciones con tres incógnitas Reduce a Dos ecuaciones con dos incógnitas Reduce a Una ecuación con una incógnita
27. 27 Entonces: Las ecuaciones (4) y (5) tendrán a lo más dos incógnitas. En este caso la ecuación (5) solo tiene una incógnita, luego despejamos y se puede obtener su valor. 2y =2, entonces: y = 1. Primera solución. Para la segunda solución, reemplazamos y en la ecuación (4), ya que esta solo tiene dos incógnitas y se conoce el valor de una de ellas. Entonces: 12222424)1(22422 =⇒=⇒=−=⇒=+⇒=+ xxxxyx La segunda solución es x = 1. Para la última solución; es decir, la incógnita z, se reemplaza en cualquiera de la ecuaciones originales el valor de x e y, así queda resuelto el sistema. Tomemos la ecuación (1), (pero puede ser una de las otras, no lo olvidemos) 224424)1()1(4 =−=⇒=+⇒=++⇒=++ zzzzyx La tercera solución z = 2. La solución total: (x, y, z) = (1, 1, 2) Ejemplo 28: Resolver por eliminación el sistema dado a continuación. 62 72 12 =−+ =+− =++ zyx zyx zyx Solución: Recordemos que para facilitar el proceso debemos enumerarlas. )3(62 )2(72 )1(12 =−+ =+− =++ zyx zyx zyx Tomemos (1) y (2) y eliminemos la incógnita y, ya que tiene signos contrarios y esto facilita su eliminación, pero no olvidemos que se puede eliminar cualquiera de las otras incógnitas. )4(192/3 )2(72 )1(12 =+ =+− =++ zx zyx zyx Ahora se toma (2) y (3), pero como se ha venido comentando, puede ser (1) y (3). Se debe eliminar la misma incógnita; es decir, y. Entonces como tienen signos contrarios solo se debe igualar coeficientes, lo que se hace multiplicando la ecuación (2) por 2 y la ecuación (3) se deja igual. )5(2/2/ )3(2 )1(4 =+ −=−+− =++ y zyx zyx )3(2 )1(4 =+− =++ zyx zyx
28. 28 Entonces: Como se puede ver, se obtienen dos ecuaciones con dos incógnitas (4) y (5). La solución se puede hacer por cualquiera de los métodos estudiados. Usemos igualación: Para la ecuación (4): 3x + 2z = 19, despejamos z, luego: 2 319 x z − = Para la ecuación (5): 5x + z = 20, también despajamos z, luego: xz 520 −= Ahora se igualan las expresiones y operamos: xxx x 1040319520 2 319 −=−⇒−= − Como se tiene una ecuación con una incógnita, se resuelve como se ha aprendido. 10x – 3x = 40 – 19 entonces: 7x = 21, así x = 3 Ahora reemplazamos el valor de x en una de las ecuaciones (4) ó (5), así se puede obtener el valor de la otra incógnita. Tomemos la ecuación (5). 5x + z = 20, entonces: 5(3) + z = 20, luego: z = 20 – 15 = 5. Por consiguiente z = 5 Finalmente, reemplazamos el valor se x y z en cualquiera de las ecuaciones originales. Tomemos la ecuación (3), pero ustedes pueden tomar cualquiera de las otras ecuaciones. x + 2y – z = 6, reemplazando tenemos: (3) + 2y – (5) = 6, luego: 2y - 2 = 6, despejamos la incógnita: 4 2 26 = + =y Luego y = 4 Solución: (x, y, z) = (3, 4, 5) SEGUNDO METODO: SOLUCIÓN POR DETERMINANTES. Cuando se tiene un sistema de tres ecuaciones con tres incógnitas, se presentan determinantes de 3x3, conocidos como determinantes de tercer orden. Esto nos induce a analizar dichos determinantes, antes de su respectiva aplicación. Determinantes de tercer orden: Son arreglos de 3 filas y 3 columnas. Para resolver un determinante de tercer orden hay tres formas diferentes, veamos: 1. Productos Cruzados: Se puede ver esquemáticamente el procedimiento. Sea el determinante: )3(62 )2(72 =−+ =+− zyx zyx )5(20/5 )3(62 )2(14224 =+ =−+ =+− zx zyx zyx 333 222 111 zyx zyx zyx A = 333 222 111 zyx zyx zyx A =
29. 29 Solución: [ ] [ ]baA −= Donde: ( ) ( ) ( )132321321 zyxxzyzyxa ++= ( ) ( ) ( )123312123 xzyzyxzyxb ++= 2. Método de Sarrus: Consiste en aumentar las dos primeras filas a continuación del determinante original y hacer productos cruzados. Para el determinante A definido anteriormente, el nuevo determinante, propuesto por sarrus es: 222 111 333 222 111 ' zyx zyx zyx zyx zyx A = Solución del determinante: [ ] [ ]βα −='A ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )312231123 213132321 zyxzyxzyx zyxzyxzyx ++= ++= β α Este método sólo es adecuado para determinantes de 3x3. 3. Método de Cofactor: La esencia del método es convertir un determinante de 3x3 en tres determinantes de 2x2. La siguiente ilustración explica el procedimiento. La última parte se resuelve como determinante de 2x2: ( ) ( ) ( )233212332123321 yxyxzzxzxyzyzyxA −+−−−= El método de cofactor tiene la ventaja que se puede utilizar para determinantes de mayor tamaño. Ejemplo 29: Resolver por productos cruzados y por Sarrus el siguiente determinante. 322 413 132 − − − =D 33 22 1 33 22 1 33 22 1 333 222 111 yx yx z zx zx y zy zy x zyx zyx zyx A +−⇒=
30. 30 Solución: a-) Por productos cruzados. D = [a] – [b] [a] = [(-2)(-1)(3) + (3)(-2)(1) + (3)(4)(2)] = 6 – 6 + 24 = 24 [b] = [(2)(-1)(1) + (3)(3)(3) + (-2)(4)(-2)] = -2 + 27 +16 = 41 D = 24 – 41 = -17 b-) Por Sarrus. [ ] [ ]βα −=⇒ − − − − − = ' 413 132 322 413 132 ' DD [ ] [ ] 4127162)3)(3)(3()4)(2)(2()1)(1)(2( 242466)4)(3)(2()1)(2)(3()3)(1)(2( =++−=+−−+−= =+−=+−+−−= β α D’ = 24 – 41 = -17 Ejemplo 30: Desarrollar el siguiente determinante por Sarrus y por cofactor. 242 321 034 − − =P Solución: a-) Por Sarrus. [ ] [ ]βα −=⇒ − − − = ' 321 034 242 321 034 ' PP [ ] [ ] 426480)2)(3)(1()3)(4)(4()0)(2)(2( 3418016)3)(3)(2()0)(4)(1()2)(2)(4( −=+−=+−+−= −=−+−=−++−= β α P = -34 – (-42) = -34 + 42 = 8
31. 31 b-) Por Cofactor: [ ] [ ] 03)2(2133)4(22)4( 42 21 0 22 31 3 24 32 )4( 242 321 034 +−−−−−⇒ − + − −−⇒ − − = xxxxP P = (-4)(4 - 12) - 3(2 + 6) + 0 = 32 – 24 = 8 Solución de Ecuaciones por Determinantes: Para resolver un sistema de tres ecuaciones con tres incógnitas por determinantes, KRAMER, propuso una metodología que ilustramos a continuación. Sea el sistema: Primero se calcula el determinante de coeficientes. Aclarando que ∆ ≠ 0 En seguida se calculan los determinantes para cada incógnita. Finalmente la solución para cada incógnita. Los determinantes se pueden resolver por cualquiera de los métodos explicados. Ejemplo 31: Resolver el siguiente sistema por determinantes. 3333 2222 1111 dzcybxa dzcybxa dzcybxa =++ =++ =++ 333 222 111 cba cba cba =∆ 333 222 111 cbd cbd cbd x =∆ 333 222 111 cda cda cda y =∆ 333 222 111 dba dba dba z =∆ ∆ ∆ = x x ∆ ∆ = y y ∆ ∆ = z z
32. 32 14332 823 5 =++ =++ =++ zyx zyx zyx Solución: Usando la técnica de Kramer: primero calculamos el determinante de coeficientes: 332 123 111 =∆ Lo resolvemos por cofactor. ( ) ( ) ( ) 1573223311233113321 32 23 1 32 13 1 33 12 1 =+−=−+−−−=+−=∆ xxxxxx Ahora los determinantes de las incógnitas. ∆x Se resuelve por productos cruzados, ∆y por sarrus y ∆z por cofactor. ( ) ( ) 16768152428142430 3314 128 115 =−=++−++==∆x 17576)3531141182()1521143381( 183 151 3142 183 151 3142 183 151 =−=++−++===∆ xxxxxxxxxxxxy ( ) ( ) ( ) 32526422335821431831421 32 23 5 142 83 1 143 82 1 1432 823 511 =+−=−+−−−=+−==∆ xxxxxxz Finalmente hallamos el valor de cada incógnita. 1 1 1 == ∆ ∆ = x x 1 1 1 == ∆ ∆ = y y 3 1 3 == ∆ ∆ = z z Solución: (x, y, z) = (1, 1, 3) Ejemplo 32: Resolver el siguiente sistema de ecuaciones.
33. 33 0422 023 02 =−+− =+ =+− zyx yx zyx Solución: ( ) ( ) 001280128 422 023 211 =++−−++−= −− − =∆ Como el determinante de coeficientes es cero, el sistema no se puede resolver, recordemos que este determinante no puede ser cero. La única que puede ser cierta es: x = y = z = 0, ya que éste tipo de sistema se le conoce como sistema homogéneo. Lección Cinco: Ecuaciones de Primer Grado: problemas de Aplicación Con el estudio de las ecuaciones de primer grado, ahora estamos en capacidad de resolver problemas diversos, utilizando ecuaciones de este tipo. Lo nuevo aquí es que a partir del contexto y descripción del fenómeno, se debe Plantear una Ecuación o Ecuaciones para resolver la situación. Es importante tener en cuenta para resolver problemas con ecuaciones, los siguientes aspectos, los cuales permitirán obtener resultados claros y verdaderos. 1. Se debe leer muy bien el problema hasta que quede completamente entendido. Si es necesario, leerlo las veces que sean requieran. 2. Identificar las incógnitas y expresarlas por medio de un símbolo. 3. Llevar el problema a un modelo matemático, es decir, plantear las ecuaciones. 4. Si es necesario utilizar gráficos, tablas y otros, como ayuda para la ilustración del problema. 5. Realizar las operaciones necesarias para obtener el valor de las incógnitas. 6. Identificar la respuesta y hacer la respectiva verificación. 7. Establecer las conclusiones del caso. Problemas Ecuaciones de Primer Grado con Una Incógnita Para resolver problema de este tipo, lo más pertinente es plantear ejemplos modelos y hacer su respectiva explicación. Ejemplo 33: Escribir la modelación matemática de la siguiente situación: La longitud de un arco circular, es el producto del ángulo barrido y el radio del círculo. Solución: Se dan símbolos a los términos. Longitud del arco: S Angulo barrido: Φ Radio del círculo: R Según el problema, el modelo sería: S = R x Φ
34. 34 Ejemplo 34: Escribir matemáticamente la siguiente situación: El volumen de un cono circular recto es un tercio del producto de una constante, el radio al cuadrado y la altura. Solución: Los símbolos. V = volumen Π = constante R = radio H = altura Según el contexto HRV 2 3 1 Π= Ejemplo 35: Un carpintero debe cortar una tabla de 6 m. de largo en tres tramos, si cada tramo debe tener 20 cm. más que el anterior, ¿Cuál será la longitud de cada tramo? Solución: Sea x la longitud del tramo más corto, entonces el segundo tramo será x + 20 y el tercero será x + 40. El modelamiento matemático es: (x) + (x + 20) + (x + 40) = 600 Operando: 3x + 60 = 600 Entonces: 3x = 600 – 60 = 540 Despejando la incógnita: x = 540/3 = 180 Así: El tramo más corto x = 180 cm. El segundo tramo: x + 20 = 180 + 20 = 200 cm. El tercer tramo: x + 40 = 180 + 40 = 220 cm. Ejemplo 36: Se sabe que la suma de los ángulos internos de un triángulo mide 1800 . En un triángulo rectángulo uno de los ángulos es él otro aumentado en 100 . ¿Cuáles serán las medidas de los ángulos de dicho triángulo? Solución: Si x es el ángulo más pequeño, el otro ángulo será x + 10. Recordemos que un triángulo rectángulo tiene un ángulo recto, luego:
35. 35 (x) + (x + 10) + 90 = 180 2x + 100 = 180 2x = 180 – 100 = 80 x = 40 Ahora: x + 10 = (40) + 10 = 50 Los ángulos son: 400 , 500 , 900 . Ejemplo 37: En una molécula de azúcar se encuentra el doble de átomos de hidrógeno que de oxigeno, también tiene un átomo más de carbono que de oxígeno. Si la molécula de azúcar tiene 45 átomos. ¿Cuántos átomos de cada elemento tienen dicha sustancia? Solución: x = Átomos de oxigeno y = 2x. Átomos de hidrógeno según el contexto del problema. z = x + 1. Átomos de carbono según el contexto del problema. Como todo suma 45, entonces el modelo matemático será: x + y + z = 45. Expresando el modelo en términos de una sola incógnita: (x) + (2x) + (x + 1) = 45 Operando: 4x +1 = 45; 4x = 44; entonces: x = 11 átomos de oxigeno. Átomos de hidrogeno: 2x = 11x2 = 22 Átomos de carbono: x + 1 = 11 + 1 = 12 Solución: La molécula de azúcar tiene 11 átomos de oxigeno, 22 átomos de hidrógeno y 12 átomos de carbono. C12H22011 Ejemplo 38: Un Ingeniero desea desarrollar un equipo hidráulico compuesto por dos cilindros. El primer cilindro está a 120 cm. del punto de apoyo y ejerce una fuerza de 500 Kg.-f, el sistema debe soportar una fuerza de 1.200 Kg.-f ubicada a 90 cm. del punto de apoyo y al lado opuesto de los cilindros. Si el segundo cilindro ejerce una fuerza de 700 Kg-f, ¿En donde se debe colocar dicho cilindro para que el sistema quede en equilibrio? Solución: Para que el sistema este en equilibrio, la suma de las fuerzas debe ser cero. F1 = Fuerza uno, ubicada a x1 distancia del punto de equilibrio. F2 = Fuerza dos, ubicada a x2 distancia del punto de equilibrio. F3 = Fuerza tres, ubicada a 90 cm. del punto de equilibrio. Según las condiciones del problema: F1X1 + F2X2 = F3X3 Reemplazando: 500*120 + 700* X = 1.200*90 Resolviendo: 60.000 + 700X = 108.000
36. 36 700 X = 48.000, entonces: X = 68,57 cm. Solución: El cilindro dos se debe colocar a 68,57 cm. del punto de equilibrio Problemas Ecuaciones de Primer Grado con Dos Incógnita En el desarrollo de ecuaciones de primer grado con una incógnita, se han adquirido destrezas en el planteamiento y resolución de problemas. Sin olvidar los cinco pasos que se recomiendan para este tipo de situaciones, entramos en el análisis y resolución de problemas donde se involucran dos ecuaciones con dos incógnitas. Ejemplo 39: Una industria tiene dos clases de equipos para comunicación, la clase A cuesta $67.000 y la clase B cuesta $100.000, si fueron vendidos 72 equipos con un costo total de $5’880.000, ¿Cuántos equipos de cada clase fueron vendidos? Solución: Como se tiene dos incógnitas: Costo y cantidad, se debe plantear dos ecuaciones. x = Equipos de clase A y = Equipos de clase B Ecuación para cantidad: x + y = 72 Ecuación para costo: 67.000 x + 100.000 y = 5’880.000 Como se tiene dos ecuaciones con dos incógnitas, se puede utilizar para su solución: Grafico, eliminación o determinantes. Solución grafica: El punto de corte esta en x = 40 y en y por encima de 30, aproximadamente 32
37. 37 Solución analítica: El sistema planteado a partir de la situación planteada es: x + y = 72 67.000 x + 100.000 y = 5’880.000 Para este caso utilicemos la eliminación por reducción. Se elimina la incógnita x. Luego la primera ecuación se multiplica por -67.000 y la segunda queda igual. -67.000 x – 67.000 y = - 4’824.000 67.000 x + 100.000 y = 5’880.000 ----------------------------------------------- 33.000 y = 1’056.000 Despejando y = 32 Reemplacemos y en la primera ecuación: x + y = 72; x + (32) = 72, entonces: x = 40. Solución: Se vendieron 40 equipos de clase A y 32 equipos de clase B. Ejemplo 40: Se desea preparar una sustancia a partir de dos soluciones base. La solución N tiene el 5% y la solución M tiene el 20%. La cantidad resultante R debe ser de 200 ml, con una concentración del 15%. ¿Cuántos mililitros de solución N y M se deben mezclar? Solución: x = Mililitros de la Solución N al 5% … y = Mililitros de la Solución M al 20% Se tiene dos ecuaciones, una para el volumen y otra para la concentración. - Ecuación para el volumen: x + y = 200 (mililitros) - Ecuación para la concentración: 0,05x + 0,20y = 200(0,15) entonces: 0,05 x + 0,20 y = 30 El sistema obtenido será: x + y = 200 … 0,05 x + 0,20 y = 30 Solución Grafica:
38. 38 Se observa que la incógnita x esta cerca a 60 y la incógnita y por encima de 120. Con el método analítico se puede obtener la solución precisa. Solución Analítica: Vamos a resolverlo por sustitución, el sistema: x + y = 200 0,05 x + 0,20 y = 30 Despejemos x en la primera ecuación: x = 200 – y. Reemplazamos dicha incógnita en la segunda ecuación: 0,05(200 – y) + 0,20 y = 30. Operando el paréntesis: 10 – 0,05y + 0,20y = 30. Simplificando: 0,15y = 20. Así: y = 133,33 Ahora, reemplazamos el valor de y en la primera ecuación, recordemos que puede ser también en la segunda: x + y = 200, entonces: x + (133,33) = 200, operando: x = 67,67 Solución: Se deben mezclar 66,67 ml de solución N y 133,33 ml. De solución M. Ejemplo 41: Los ángulos α y β son suplementarios, de tal manera que uno de ellos es 4 veces y 3 grados mayor que el otro. ¿Cuáles son las medidas de los ángulos α y β? Solución: Sea α ángulo mayor Sea β ángulo menor. La ecuación de ángulos suplementarios: α + β = 180 La ecuación, dada la condición del problema: α = 4β + 3 Organizando: α + β = 180 α - 4β = 3 Solución Grafica: El punto muestra que α (X) está por encima de 140 y el punto β (Y) está cercano a 40. Con el método analítico, se puede obtener la solución precisa.
39. 39 Solución Analítica: α + β = 180 α - 4β = 3 Por reducción: 4α + 4β = 720 α - 4β = 3 --------------------- 5 α = 723, entonces: α = 144,6 Para hallar el ángulo β, reemplazamos en la segunda ecuación: (144,6) - 4β = 3. Desarrollando: -4β = 3 – 144,6 = -141,6. Por consiguiente: β = 35,4 Solución: El ángulo α mide 144,60 y el ángulo β mide 35,40 Ejemplo 42: En un circuito en serie la resistencia total es la suma de las resistencias componentes. Un circuito en serie es compuesto por dos resistencias R1 y R2, la resistencia total es de 1.375 ohmios, para suministrar el voltaje requerido, R1 debe tener 125 ohmios más que R2. ¿Cuál es el valor de las resistencias? Solución: Se plantean las ecuaciones. Ecuación de resistencia total: R1 + R2 = 1.375 Según las condiciones del problema: R1 = R2 + 125 Entonces: R1 + R2 = 1.375 y R1 - R2 = 125 Tenemos dos ecuaciones con dos incógnitas. Solución Gráfica: Como se observa en la gráfica, el punto de corte no es muy claro, R1 se acerca a 800 y R2 supera a 600.
40. 40 Solución Analítica: Tomando las dos ecuaciones. R1 + R2 = 1.375 y R1 - R2 = 125 Despejamos R1 en la segunda: R1 = R2 + 125 Reemplazamos en la primera: (R2 + 125) + R2 = 1.375 Operando y simplificando: 2R2 = 1.375 – 125 = 1.250, luego: R2 = 1250/2 = 625 Ahora se busca el valor de R1 reemplazando el valor de R2 en cualquiera de las ecuaciones, utilicemos la ecuación dos: R1 - R2 = 125, entonces: R1 = R2 + 125 = (625) + 125 = 750. R1 = 750 Por consiguiente: las resistencias tienen el valor de 625 y 750 ohmios. Ejemplo 43: Jorge y Alberto pertenecen a un Club Ejecutivo, quienes debieron pagar una afiliación y cuotas mensuales. Jorge por 7 meses pagó por adelantado un total de $605.000 y Alberto por 18 meses pago por adelantado $770.000. ¿Cuánto vale la afiliación y la mensualidad en dicho Club? Solución: x = Cuota inicial y = mensualidad Se plantea una ecuación para Jorge y una para Alberto. Jorge: x + 7y = 605.000 Alberto: x + 18y = 770.000 Se resuelve reducción: Multiplicamos la primera ecuación por -1, luego: -x - 7y = - 605.000 x + 18y = 770.000 11 y = 165.000, despejando la incógnita: y = 15.000 Para hallar x, reemplazamos el valor de y en la primera ecuación: x + 7(15.000) = 605.000, donde: x = 500.000, despejando la incógnita: x = 500.000 Solución: La afiliación cuesta $500.000 y la mensualidad cuesta $15.000 Problemas Ecuaciones de Primer Grado con Tres Incógnita Existen problemas donde están involucradas tres incógnitas, la solución de este tipo de problemas son similares a los casos anteriores. Veamos algunos ejemplos modelos, que nos permitirán comprender situaciones de este tipo. Ejemplo 44: La suma de tres números es cuatro, el primero, dos veces el segundo y el tercero suma uno. Por otro lado tres veces el primero mas el segundo, menos el tercero equivale a -2. ¿Cuáles son los números? Solución El planteamiento. x = Primer número y = Segundo número z = tercer número
41. 41 Según las condiciones. x + 2y + z = 1 (1) 3x + y – z = -2 (2) x + y + z = 4 (3) Tomamos (1) y (2) y eliminamos z. x + 2y + z = 1 (1) 3x + y – z = -2 (2) ------------------------- 4x + 3y = -1 (4) Ahora tomamos (2) y (3), eliminando la misma incógnita z. 3x + y – z = -2 (2) x + y + z = 4 (3) ------------------------- 4x + 2y = 2 (5) Se han obtenido dos ecuaciones con dos incógnitas, la forma de resolverlas ya se han estudiado. 4x + 3y = -1 (4) 4x + 2y = 2 (5) Eliminemos x. - 4x - 3y = 1 4x + 2y = 2 ------------------ - y = 3. Primera solución: y = - 3 Reemplazamos el valor de y en cualquiera de las ecuaciones (4) o (5). Tomemos la ecuación 4. 4x + 3y = -1, entonces: 4x + 3(-3) = -1. Operando y simplificando: 4x = -1 + 9 = 8 x = 8/4 = 2. Segunda solución: x = 2. Para hallar el valor de la tercera incógnita se reemplaza los valores de y y x en cualquiera de las ecuaciones originales (1), (2), (3). Tomemos la ecuación tres. x + y + z = 4. Reemplazando: (2) + (-3) + z = 4, luego: z = 4 + 3 – 2 = 5. Así: z = 5 Solución: (x, y, z) = (2, -3, 5) Ejemplo 45: El ángulo más grande de un triángulo es 700 mayor que el ángulo más pequeño y el ángulo restante es 100 más grande que tres veces el ángulo más pequeño ¿Cuáles son las mediciones de los ángulos? Solución: x = Angulo más pequeño y = Angulo intermedio z = Angulo más grande Por las condiciones del problema: x + y + z = 180 (1) ¿porqué? x – z = -70 (2) 3x – y = -10 (3) Se elimina la incógnita y, entonces:
42. 42 x + y + z = 180 x – z = -70 --------------------- 2x + y = 110 (4) Se tiene un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas. 3x – y = -10 2x + y = 110 Eliminamos y: 5x = 100, así: x = 20 Calculemos ahora y de la ecuación (3): 3x – y = -10, entonces: 3(20) – y = -10, operando se obtiene: y = 10 + 60 = 70, así: y = 70 Finalmente para hallar z, tomaos la ecuación (1) x + y + z = 180, reemplazando: (20) + (70) + z = 180. Por consiguiente z = 90. Así se tiene la solución: (x, y, z) = (20, 70, 90) Ejemplo 46: Una Heladería tiene tres sucursales: La sucursal A vendió 75 helados, 75 paletas y 32 conos, recibiendo $84.500. La sucursal B vendió 80 helados, 69 paletas y 27 conos, recibiendo $77.500 y la sucursal C vendió 62 helados, 40 paletas y 30 conos, recibiendo $62.400. ¿Cuánto cuesta la unidad de cada producto? Solución: Sea x = Helado, y = paleta, z = Cono. Según las condiciones del problema, se tiene: Sucursal A: 75x + 75y + 32z = 84.500 Sucursal B: 80x + 69y + 27z = 77.500 Sucursal C: 62x + 40y + 30z = 62.400 Como tenemos 3 ecuaciones con 3 incógnitas, se resuelve por determinantes. 304062 276980 327575 3040400.62 2769500.77 3275500.84 =x Resolviendo por cofactor: )078.1(*32726*75990*75 )600.205'1(*32200.640*75990*500.84 4062 6980 32 3062 2780 75 3040 2769 75 40400.62 69500.77 32 30400.62 27500.77 75 3040 2769 500.84 −+− −+− = +− +− =x 200 696.14 200.939'2 = − − =x x = 200
43. 43 4062 6980 32 3062 2780 75 3040 2769 75 400.6262 500.7780 32 3062 2780 500.84 30400.62 27500.77 75 304062 276980 327575 30400.6262 27500.7780 32500.8475 +− +− ==y 500 696.14 000.348'7 )1078(*32726*75990*75 000.187*32726*500.84200.640*75 = − − = −+− +− =y y = 500 4062 6980 32 3062 2780 75 3040 2769 75 4062 6980 500.84 400.6262 500.7780 75 400.6240 500.7769 75 304062 276980 327575 400.624062 500.776980 500.847575 +− +− ==z 000.1 696.14 000.696'14 )1078(*32726*75990*75 )1078(*500.84000.187*75600.205'1*75 = − − = −+− −+− =z z = 1.000 Solución: El helado cuesta $200, la paleta cuesta $500 y el cono cuesta $1.000.
44. 44 EJERCICIOS En los ejercicios propuestos, resolver la ecuación paso a paso identificando el axioma, propiedad o ley matemática utilizada. 1. 12)2(3 −=− xx Rta: x = 7/5 2. 1 4 3 6 2 1 +=− xx Rta: x = -28 3. 2 146 =+ xx Rta: x = 20 4. 22 )1(76 +=−+ xxx Rta: x = 2 5. )2)(5( 10 5 3 2 2 −+ + + = − xxxx Rta: x = 6 6. x x −= + − 7 3 2 5 Rta: x = 4 Resolver los siguientes sistemas por el método de reducción. 7. 1223 135 =+ −=− yx yx Rta: x = 2, y = 3 8. 103 62 −=− =+ yx yx Rta: x = -2, y = 4 Resolver los siguientes sistemas por el método de Igualación. 9. 323 242 =+ −=− yx yx Rta: x = ½, y = ¾ Resolver los siguientes sistemas por el método de Sustitución 10. 62 1 2 1 −=− −=− yx yx Rta: NO hay solución Identificar el valor de φ en cada determinante, de tal manera que la igualdad se cumpla. 11. 12 3 42 = ϕ Rta: φ = 12 Resolver los sistemas de ecuaciones propuestos por el método de Kramer; es decir, utilizando determinantes.
45. 45 12. 1232 135 =+ =− yx yx Rta: x = 3, y = 2 13. 1245 2463 =+ =− yx yx Rta: x = 4, y = -2 14. yx x y 283 3 12 += +− = Rta: x = 2, y = -1 Resolver los determinantes dados a continuación por el método de productos cruzados. 15. 014 432 321 −−− =A Rta. A = 2 16. 2/112/1 120 534 − − =B Rta: B = 9/2 Resolver por Sarrus los determinantes dados. 17. 014 432 321 − − −− =C Rta: C = 58 18. 12/12 02/11 12/12/1 − − =E Rta: E = -3/4 Resolver por Cofactor: 19. 041 310 765 − − =F Rta: F = -49 Resolver por eliminación los siguientes sistemas de ecuaciones. 20. 10223 42 732 −=−+− =++ =+− zyx zyx zyx Rta: x = 2, y = -1, z = 1 Solucionar los siguientes sistemas de ecuaciones por el método de Kramer.
46. 46 21. 10223 42 732 −=−+− =++ =+− zyx zyx zyx Rta: x = 2, y = -1, z = 1 Hacer el planteamiento de los problemas propuestos y resolverlos adecuadamente. 22. La suma de dos números enteros positivos es igual a 12, uno de ellos es el doble del otro. ¿Cuáles son los números? Rta: 4 y 8 23. Un voceador reparte el periódico en 1800 seg., su compañero lo hace en 120 seg., si lo hacen simultáneamente, ¿Cuánto tardarán en hacer la entrega? Rta: 720 seg. 24. Un ángulo mide 460 más que su complementario. ¿Cuál será la medida de los ángulos? Rta: 220 y 680 25. En una distribuidora de dulces, 4 paquetes de dulces y 4 paquetes de galletas valen $7.900. Dos paquetes de galletas cuestas $20 más que un paquete de dulces. ¿Cuánto cuestan un paquete de galletas y un paquete de dulces? Rta: Galletas: $665, -dulces $1.310 26. Un automóvil recorre 50 Km. En el mismo tiempo que un avión viaja 180 Km. La velocidad del avión es de 143 Km/hr más que el del automóvil. ¿Cuál es la velocidad del automóvil? Rta: 55 Km/hr 27. Un Biólogo desea probar un fertilizante a partir de tres clases existentes referenciados F1, F2, F3, cuyos contendido de nitrógeno son: 30%, 20% y 15% respectivamente. El Biólogo quiere trabajar con 600 Kg. de mezcla con un contenido de nitrógeno de 25%, pero la mezcla debe tener 100 Kg. más de F3 que de F2. ¿Cuánto requiere el Biólogo de cada tipo de fertilizante? Rta: F1 = 380 Kg, F2 = 60 Kg, F3 = 160 Kg. 28. En la caja de un Banco hay $880 en billetes de $5, $10, $50. La cantidad de billetes es $10 es el doble de la de $50, si hay en total 44 billetes. ¿Cuántos billetes de cada denominación tiene el Banco? Rta: 8 billetes de $5, 24 de $10 y 12 de $50
47. 47 Lección Seis: Ecuaciones de Segundo Grado Las ecuaciones de segundo grado han sido motivadas desde tiempos inmemorables, inicialmente la necesidad de resolver problemas de área y volumen, condujeron a manipular ecuaciones de este tipo. Como los números negativos se formalizaron tarde en la historia de las Matemáticas, en sus inicios el manejo de las ecuaciones de segundo grado fue con números positivos. Se reconocen 5 tipos de ecuaciones de segundo grado. x2 = bx, x2 = c, x2 + c = bx, x2 = bx + c, x2 + bx = c Para resolver este tipo de ecuaciones se han utilizado diversos métodos, desde épocas de Herón, pasando por Euclides hasta el método axiomático, han permitido solucionar problemas que involucran ecuaciones de segundo grado, por el interés que despierta, se analizará el método axiomático. MÉTODO AXIOMÁTICO: Es el método más utilizado; por no decir que el único, en la actualidad, se soporta en los axiomas, propiedades y definiciones, establecidos a través de toda la historia de las matemáticas. Sea la ecuación ax2 + bx + c = 0, con a, b y c constantes y a ≠ 0. Este tipo de ecuaciones se puede resolver de las siguientes maneras: 1. FACTORIZACIÓN: Se sabe que toda ecuación de segundo grado se puede expresar como producto de dos factores. ( )( ) 02 =++=++ βδ xxcbxax A los factores obtenidos se les aplica la “Regla del Producto Nulo” la cual dice: Si ( )( ) ( ) ( ) 0,,00 =+=+⇒⇒=++ βδβδ xvxxx De esta manera se puede despejar la incógnita y obtener las soluciones respectivas. Se debe aclarar que las ecuaciones de tipo ax2 + bx + c = 0, tiene dos soluciones, las cuales pueden ser: Reales iguales, Reales diferentes ó Imaginarias. Ejemplo 47: Resolver la siguiente ecuación. 01833 2 =−− xx Solución: Primero factorizamos el trinomio, a esta altura debemos conocer las técnicas de factorización, en caso de dudas por favor consultar el modulo de Matemáticas Básicas para aclarar dudas al respecto. ( ) ( ) ( ) 0 3 54333 0 3 18333 22 = −− ⇒= −− xxxx La última expresión se puede factorizar como un trinomio de la forma x2 + bx + c = 0 ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) 0293 3 6393 3 54333 2 =+−= +− = −− xx xxxx Tenemos dos términos a los cuales le podemos aplicar la regla del producto nulo. (3x – 9) = 0, despejando x = 3 02 =++ εµϕ xx
48. 48 (x + 2) = 0, despenando x = -2 Se observa que se obtienen dos soluciones -2 y 3, así se comprueba que toda ecuación de segundo grado tiene dos soluciones. Ejemplo 48: Hallar la solución de la ecuación 025102 =+− xx Solución: Se factoriza como trinomio cuadrado de la forma x2 + bx + c = 0. ( )( ) 05525102 =−−=+− xxxx Por la regla del producto nulo: x – 5 = 0, luego x = 5 x – 5 = 0, luego x = 5 Se observa que la solución es doble, pero la misma. Ejemplo 49: Determinar el valor de x para la ecuación 0162 =+x Solución: Despejamos la incógnita. 1616016 22 −±=⇒−=⇒=+ xxx Se observa que se tiene una raíz par de número negativo, cuya solución esta en el campo de los números imaginarios. Así: x = +4i y x = -4i NOTA: recordemos los números imaginarios, el tema esta explicitado en el modulo de matemáticas Básicas. Por otro lado, en los ejemplos anteriores se puede verificar que la solución puede ser real diferente, real igual ó imaginaria. Ejemplo 50: Hallar la solución de la ecuación 0259 2 =−x Solución: La idea es despajar la incógnita, en este caso x. 3 5 9 25 9 25 2590259 222 ±=±=⇒=⇒=⇒=− xxxx La solución es: x = 5/3 y x = -5/3 Ejemplo 51: Resolver la ecuación 0422 =−− xx
49. 49 Solución: Para este caso, NO es fácil identificar dos números que multiplicados sea - 4 y sumados sea -2, esto conlleva a buscar otras técnicas para resolver este tipo de ecuaciones. Una de ellas es la que se analiza a continuación. 2. FÓRMULA CUADRÁTICA: En muchas ocasiones el trinomio propuesto en la ecuación no se puede resolver directamente por factorización o extracción de raíz, entonces lo que se hace para resolver la ecuación propuesta es utilizar la fórmula cuadrática, es un camino más rápido para resolver ecuaciones de segundo grado con una incógnita. Sea la ecuación: 02 =++ cbxax con a, b, c, reales y a ≠ 0. La solución para la incógnita es: Demostración: Para demostrar la fórmula cuadrática, aplicamos el principio de completar cuadrados. Veamos: cbxaxcbxax −=+⇒=++ 22 0 Se debe hacer que el coeficiente de la incógnita al cuadrado sea uno, para esto se divide todo por a. a c x a b x a c x a b x a a −=+⇒ − =+ 22 Se completa cuadrados en la parte izquierda de la ecuación a c a b a b x a b x −      =      ++ 22 2 22 El primer término es un trinomio cuadrado perfecto, entonces: 2 22 2 22 4 4 242 a acb a b x a c a b a b x − =      +⇒⇒−=      + Se extrae raíz cuadrado a la última ecuación. 2 2 2 2 4 4 24 4 2 a acb a b x a acb a b x − ±−=⇒⇒ − ±=+ Desarrollando la raíz del denominador y operando las dos fracciones: a acbb a acb a b a acb a b x 2 4 2 4 24 4 2 22 2 2 −±− = − ±−= − ±−= Las soluciones por medio de la fórmula cuadrática serán: a acbb x 2 42 −±− =
50. 50 a acbb x 2 42 1 −+− = y a acbb x 2 42 2 −−− = A la expresión se le conoce como el discriminarte, debido a que su signo indica el tipo de solución obtenida. Si 0>∆ : Hay dos soluciones reales diferentes. Si 0=∆ : Hay dos soluciones reales iguales Si 0<∆ : Hay dos soluciones imaginarias. Ejemplo 52: A partir del ejemplo 50, resolver la ecuación 0422 =−− xx Solución: Para el trinomio dado, a = 1, b = -2 y c = -4. Aplicando la fórmula. 2 202 2 1642 )1(2 )4)(1(4)2()2( 2 ± = +± = −−−±−− =x Las soluciones son: 23606,3 2 202 1 ≅ + =x y 23606,1 2 202 2 −≅ − =x Como se puede observar, las soluciones son reales y diferentes. Ejemplo 53: Resolver la siguiente ecuación utilizando la fórmula cuadrática. 0862 =+− xx Solución: Para el trinomio dado, a = 1, b = -6 y c = 8. Aplicando la fórmula. 2 26 2 46 2 32366 )1(2 )8)(1(4)6()6( 2 ± = ± = −± = −−±−− =x Las soluciones son: 4 2 26 1 = + =x y 2 2 26 2 = − =x Como las soluciones son enteras, este trinomio se puede resolver también por factorización. Ejemplo 54: Resolver 0243 2 =+− xx acb 42 −=∆
51. 51 Solución: Identificamos las constantes. a = 3, b = - 4, c = 2, entonces: 6 84 6 84 6 24164 )3(2 )2)(3(4)4()4( 2 i x ± = −± = −± = −−±−− = Simplificamos el radicar. 3 22 6 224 ii x ± = ± = Las soluciones: 2 22 1 i x + = y 2 22 2 i x − = Se observa que las soluciones son imaginarias, a propósito, cuando una ecuación tiene solución imaginaria, su conjugada también es solución. Ejemplo 55: Resolver la ecuación: 462 2 −=+ xx Solución: Lo primero que debemos hacer es igualar la ecuación a cero: 0462462 22 =++⇒−=+ xxxx Así a = 2, b = 6 y c = 4. Se aplica la fórmula. 4 26 4 46 4 32366 )2(2 )4)(2(4)6(6 2 ±− = ±− = −±− = −±− =x Las soluciones: 1 4 26 1 −= +− =x y 2 4 26 2 −= −− =x En los ejemplos realizados, donde las soluciones han sido reales, los valores son enteros, pero no siempre es así, en muchas ocasiones las soluciones son fraccionarias. Ecuaciones de Grado n (n par) A veces se pueden presentar ecuaciones de la forma 0=++ cbxax mn , donde m = n / 2, la idea es reducir el grado del trinomio hasta que n = 2. Para resolverlo como un trinomio cuadrado. Algunos ejemplos nos aclaran el proceso. 0=++ εµϕ m n n xx
52. 52 Ejemplo 56: Resolver: 045 24 =+− xx Solución: Se hace un “cambio de variable” digamos u = x2 luego u2 = x4 Reemplazamos: 045045 224 =+−⇒⇒=+− uuxx Ahora se puede resolver el último trinomio, se utiliza la factorización. ( )( ) 0140452 =−−⇒⇒=+− uuuu Por la regla del producto nulo: u – 4 = 0, u = 4 u – 1 = 0, u = 1 Ahora se reemplaza el valor de u por x2 x2 = 4, x = +2 y -2 x2 = 1, x = +1 y -1 Se observa que se obtienen 4 soluciones, ya que la ecuación original es de grado cuarto. Ejemplo 57: Resolver la siguiente ecuación 0166 510 =−+ yy Solución: Hacemos el “cambio de variable” w = y5 , luego w2 = y10 entonces: 01660166 2510 =−+⇒⇒=−+ wwyy La última expresión se puede resolver por factorización o por la cuadrática, resolvámosla por los dos métodos. Por Factorización: ( )( ) 02801662 =−+⇒⇒=−+ wwww Por la regla del producto nulo: w + 8 = 0, luego: w = -8 w -2 = 0, luego w = 2 Por la Cuadrática: 2 106 2 1006 2 64366 )1(2 )16)(1(4)6(6 2 ±− = ±− = +±− = −−±− =w
53. 53 Las soluciones: 2 2 106 1 = +− =w y 8 2 106 2 −= −− =w Pero la solución final se debe dar en la incógnita y. Como w = y5 Se hace el reemplazo: Para w1: 55 22 =⇒⇒= yy Para w2: 55 88 −=⇒⇒−= yy Podemos ver que sólo se obtuvieron dos soluciones, pero la ecuación es de grado 10, luego hacer falta ocho soluciones, las cuales se pueden obtener por métodos matemáticos más avanzados. Ejemplo 58: Resolver la ecuación: 0152 3 1 3 2 =−+ xx Solución: Como en los casos anteriores se hace “cambio de variable”. 3 2 23 1 xvxv =⇒⇒= Procedemos a reemplazar. 0152152 23 1 3 2 =−+=−+ vvxx La última expresión al resolvemos por factorización. ( )( ) 0)3501522 =−+⇒⇒=−+ vvvv Por la regla del producto nulo. v + 5 = 0, v = -5 v – 3 = 0, v = 3 Finalmente, reemplazamos nuevamente para x. ( ) 125555 3 3 3 1 3 1 −=⇒⇒−=    ⇒⇒−=⇒⇒−= xxxv ( ) 27333 3 3 3 1 3 1 =⇒⇒=    ⇒⇒=⇒⇒= xxxv Solución: x = -125 y x = 27
54. 54 Lección Siete: Ecuaciones de Segundo Grado: Problemas de aplicación Muchos fenómenos del mundo que nos rodea, se pueden expresar matemáticamente por medio de ecuaciones cuadráticas. Para resolver problemas de este tipo, se debe seguir la metodología propuesta en la sección de problemas con ecuaciones de primer grado, es una buena orientación. La manera más pertinente de ilustrar problemas que se resuelven con ecuaciones de segundo grado, es por medio de ejemplos modelos. Ejemplo 59: La cuarta parte del producto de dos números enteros pares positivos consecutivos es 56. ¿Cuáles son los números? Solución: Sea x el entero par, luego (x + 2) será el entero par consecutivo. Según las condiciones del problema. 56)2)(( 4 1 =+xx . Desarrollando: 0224256)2)(( 4 1 2 =−+⇒⇒=+ xxxx Como se tiene una ecuación de segundo grado, se utiliza el método de la fórmula cuadrática. 2 302 2 9002 )1(2 )224)(1(442 ±− = ±− = −−±− =x Las soluciones: 14 2 302 2 302 1 = +− = ±− =x 16 2 302 2 302 2 −= −− = ±− =x Como se trata de enteros positivos, entonces la solución válida será 14, la otra no se tiene en cuenta. Así la solución al problema es: 14 y 16 Ejemplo 60: La raíz cuadrada de un número más cuatro, es lo mismo que el número menos ocho. ¿Cuál será el número? Solución: Sea y = el número a buscar. Aplicando las condiciones dadas en el problema. 84 −=+ yy Teniendo el modelo matemático, se puede resolver la ecuación, para obtener la solución al problema. lo que se puede hacer es eliminar la raíz y luego despejar la incógnita. ( ) ( ) 641648484 222 +−=+⇒⇒−=+⇒⇒−=+ yyyyyyy Reorganizando la última ecuación: 060172 =+− yy
55. 55 Por la cuadrática: 2 4917 2 24028917 )1(2 )60)(1(4)17()17( 2 ± = −± = −−±−− =y Las soluciones: 12 2 717 2 4917 1 = + = ± =y 5 2 1777 2 4917 2 == ± =y Las soluciones son 5 y 12. Pero según las condiciones dadas en el problema, el número que las cumple es 12, entonces y = 12. Ejemplo 61: Calcular las dimensiones de un rectángulo, cuya área es de 375 m2 ; además, el largo es el doble del ancho menos cinco. Solución: Una gráfica nos ilustra la situación. El planteamiento del modelo será: 375)52)(( =−xx Multiplicando y resolviendo: 03755237552 22 =−−⇒⇒=− xxxx Se resuelve la ecuación por la fórmula cuadrática: 4 555 4 30255 4 3000255 )2(2 )375)(2(425)5( ± = ± = +± = −−±−− =x Las soluciones: 15 4 60 4 555 == + =x y 5,12 4 50 4 555 −= − = − =x Como el problema es sobre longitudes, los valores negativos no son válidos, luego: x = 15. Por consiguiente. Largo: 2(15)-5 = 25 y Ancho: x = 15
56. 56 Ejemplo 62: Un objeto es lanzado verticalmente hacia arriba con una velocidad de 400 m/seg. la altura tiene como modelo matemático tvty 0 2 16 +−= Siendo t el tiempo y v0 la velocidad inicial. A -) En que tiempo el objeto regresa al suelo b -) Cuanto tarda en alcanzar 2.500 metros de altura Solución: a-) Cuando el objeto regresa al suelo, la altura es cero (y = 0) 04001616 2 0 2 =+−⇒⇒+−= tttvty Recordemos que la velocidad inicial es de 400 m/seg. Se factoriza para despejar la incógnita, que en este caso es el tiempo. 0)40016(040016 2 =+−⇒⇒=+− tttt Por la regla del producto nulo: t = 0 ó -16t + 400 = 0, luego t = 25 seg. El objeto regresa al suelo a los 25 seg. de haber sido lanzado. b-) Para determinar el tiempo en que la altura es de 2.500, en la ecuación se reemplaza y por 2.500 y se despeja el tiempo. 0500.24001640016500.2 22 =+−⇒⇒+−= tttt Aplicamos la cuadrática a la última ecuación: 5,12 32 400 32 0400 )16(2 )500.2)(16(4160000)400( == ± = −±−− =t El tiempo que utiliza para alcanzar los 2.500 metros es de 12,5 segundos. Ejemplo 63: En una planta manufacturera el costo mensual por producir x unidades está dada por la ecuación 200010010)( 2 −−= xxxC ¿Cuántas unidades se pueden producir para un costo de 10.000? Solución: Primero se identifica C = costo y x = unidades producidas. Como se conoce el costo, se debe despejar la incógnita x. 0000.1210010200010010000.10200010010)( 222 =−−⇒⇒−−=⇒⇒−−= xxxxxxxC Resolvemos por la cuadrática: 20 700100 20 000.490100 )10(2 )000.12)(10(410000)100( ± = ± = −−±−− =x Las soluciones: 40 20 700100 1 = + =x 30 20 700100 2 −= − =x Por obvias razones la solución es 40 unidades. Ejemplo 64: La suma de los n enteros pares consecutivos está dada por la ecuación )1( += nns . ¿Cuántos enteros pares consecutivos y positivos se deben sumar para que dicha suma sea de 342?
57. 57 Solución: A partir de la ecuación se reemplaza el valor de s y se opera: 0342342)1( 22 =−+⇒⇒=+⇒⇒+= nnnnnns ( )( ) 018193422 =−+=−+ nnnn Por el producto nulo: n + 19 = 0, entonces n = -19 n – 18 = 0, entonces n = 18 Se deben sumar los primeros 18 enteros pares consecutivos positivos para que la suma de 342. Reflexión: ¿Por qué no se toma el número -19? Ejemplo 65: Una tubería puede llenar un tanque en 5 hr. más rápido que otra tubería, las dos tuberías pueden llenar el tanque en 5 hr. ¿Cuánto tiempo tomará llenar el tanque cada una? Solución: El llenado de la tubería más lenta es x 1 Para x tiempo en segundos. El llenado de la tubería más rápida es 5 1 +x El llenado las dos tuberías simultáneamente es 5 1 La suma de los llenados, permite obtener el tiempo de cada tubería. 5 1 )5( 52 5 1 )5( 5 5 1 5 11 = + + ⇒⇒= + ++ ⇒⇒= + + xx x xx xx xx Por el principio de fracciones equivalentes: 025552510 22 =−−⇒⇒+=+ xxxxx Por la cuadrática: 2 1255 2 )25)(1(4255 ± = −−± =x Las soluciones: 09,8 2 1255 1 = + =x 09,3 2 1255 2 −= − =x La solución será 8,09 La tubería más lenta tarda en llenar el tanque 8,09 seg. y la tubería más rápida tardará en llenar el tanque 8,09 + 5 = 13,09 seg.
58. 58 Lección Ocho: Ecuaciones Cubicas. Las ecuaciones de tercer grado han sido muy estudiadas, pero no se ha encontrado una solución general como la que tiene las de segundo grado. Para resolver este tipo de ecuaciones, se han realizado varios métodos, aquí vamos a referenciar la forma antigua y a analizar la forma moderna, que es la de interés en nuestro estudio. METODO ANTIGUO: La resolución de ecuaciones de tercer grado se remonta a los babilonios, quienes resolvieron problemas que involucraban raíces cúbicas, tenían planteamientos como el siguiente: xz 12= xy = xyzv = 3 12 xv = Para lo cual usaron tablas de potencias cúbicas y raíces cúbicas. Un profesor de Matemáticas de la Universidad de Bolognia, Scipione del Ferro (1.465 – 1.526) fue quien por primera vez resolvió algebraicamente una ecuación cúbica. de la forma x3 + px = q. Posteriormente Nicolo Tartaglia, en una competencia con Fior; alumno de Scipione del Ferro revolvió 30 ecuaciones de este tipo. El matemático Girolamo Cardano (1.501 – 1.576) se inquietó por los avances de Tartaglia y al reunirse con el en marzo de 1.539, éste último revela sus secretos a Cardano, después de muchos ires y venires, la formula obtenida para ecuaciones de tercer grado se le llamo “Formula de Cardano- Tartaglia”. En resumen del proceso que se realizó, se obtuvo una formula de la siguiente manera: Sea la ecuación: qpxx =+3 La solución es de la forma: Cardano, no acepto ni coeficientes, ni soluciones complejas para las ecuaciones de este tipo. Vale la pena comentar que Vietá, quien trabajo las ecuaciones cúbicas utilizando transformaciones y sustituciones, obtuvo ecuaciones cuadráticas para resolver ecuaciones cúbicas, la característica era que solo utilizaba raíces cúbicas positivas. METODO MODERNO: A partir de los trabajos de Cardano y Tartaglia, se han venido buscando formas más prácticas para resolver ecuaciones de tercer grado. El primer intento llevo a plantear una fórmula parecida a la de Cardano-Tartaglia, pero era muy larga y complicada de manejar. Con el estudio de los polinomios se logró establecer algunos principios que ayudaron a buscar un camino dinámico para resolver ecuaciones cúbicas. 023 =+++ dcxbxax 3 32 3 32 322322       +      +−+      +      += pqqpqq x DEFINICIÓN: Sea P(x) un polinomio de grado n, sea r un número real o complejo, tal que P( r ) = 0, entonces se dice que r es un cero del polinomio. Por consiguiente r es una solución o raíz de la ecuación Polinómica.
59. 59 Con la definición anterior, se puede inferir que una ecuación de grado tres, se puede reducir a grado dos, buscando una de sus raíces, ya que: dcxbxaxxP +++= 23 )( Si P( r ) = 0, entonces: ( )( )wqxpxrxxP ++−= 2 )( Este proceso es una forma de linealizar la ecuación, recordemos que linealizar es expresar un polinomio de grado n, en n factores de grado uno; o sea, factores lineales. Los matemáticos se han preocupado por determinar el tipo de soluciones que puede tener una ecuación cúbica. A partir de la ecuación 023 =+++ dcxbxax , se identifica su discriminante: 33223 274418 cbbacaabc −−+−=∆ Según el signo del discriminante se puede identificar el tipo de solución: Si 0>∆ : La ecuación tiene tres soluciones reales diferentes. Si 0=∆ : La ecuación tiene tres soluciones reales y por lo menos dos de ellas iguales. Si 0<∆ : La ecuación tiene una solución real y dos soluciones imaginarias. Solución para una ecuación de tercer grado: El principio consiste en reducir la ecuación a un producto de dos factores, uno lineal y otro cuadrático, de esta manea se puede despejar la incógnita y obtener las soluciones respectivas. La técnica de reducción es por medio la llamada División Sintética, la cual se mostrará simbolizará a continuación. Sea la ecuación: 023 =+++ dcxbxax La división: Se organizan los coeficientes como se observa en la gráfica. r son los divisores de a y d positivos y negativos. Es pertinente aclara que a debe ser diferente de cero El proceso inicia bajando el valor a, luego este se multiplica por r para obtener el valor A. En seguida se suma b + A para obtener P. Seguido se multiplica P por r para obtener B, se suma c + B y se obtiene Q, Luego se multiplica Q por r para obtener D, se suma d + D cuyo resultado debe ser cero (0). Si la última suma (d + D) no da cero, lo que indica es que el r escogido no es raíz del polinomio, entonces se prueba con otro r hasta obtener aquel que permita que dicha suma sea cero (d + D = 0). El proceso acepta utilizar los valores positivos y negativos de los divisores identificados. Ejemplo 66: Resolver la ecuación 0233 =+− xx
60. 60 Solución: Es evidente que se deben tener tres soluciones. Para buscar la primera se identifican los r que para este caso son: 1, -1, 2, -2. Se inicia con 1. Como el polinomio no tiene término en x2 se completa con cero. Ilustremos el proceso realizado: 1x1 = 1, 0 + 1 = 1 1x1 = 1, -3 + 1 = -2 -2x1 = -2, 2 + (-2) = 0 r = 1 es cero del polinomio. Ahora la ecuación inicial se expresa como producto de dos factores, el primero será (x – r) y el segundo será un trinomio cuadrado cuyos coeficientes son los valores del residuo de la división sintética. ( )( )2123 23 −+−=+− xxxxx El trinomio cuadrado se puede resolver como ya se ha analizado: ( ) ( )( )1222 −+=−+ xxxx Las soluciones son: -2 y 1, recordemos por qué. ( )( )( )211233 +−−=+− xxxxx Las soluciones de la ecuación inicial será entonces: x = 1, x = 1, x = -2 Como se observa en la solución hay dos factores lineales iguales, entonces se dice que el polinomio tiene una raíz doble; es decir, raíz con multiplicidad dos. Ejemplo 67: Hallar la solución de la siguiente ecuación: 13)( 23 ++−= xxxxP Solución: Los posibles r son: 1, -1 Probamos con r = 1. 1 x 1 = 1, luego -3 + 1 = - 2 - 2 x 1 = -2, luego 1 + (-2) = - 1 - 1 x 1 = -1, luego 1 + (-1) = 0 r = 1 es cero del polinomio. Entonces: ( )( )12113 223 −−−=++− xxxxxx El trinomio cuadrado se resuelve por la cuadrática:
61. 61 21 2 222 2 82 2 )1)(1(44)2( ±= ± = ± = −−±−− =x La solución de la ecuación inicial es: 1=x 21 +=x 21 −=x Corresponde a tres soluciones reales diferentes. Multiplicidad: La multiplicidad de un polinomio es el número de factores lineales que se repiten. El ejemplo 65 tiene multiplicidad dos. El ejemplo 66 tiene multiplicidad uno. Ejemplo 68: Resolver 040632 23 =++− xxx Solución: Los posibles ceros del polinomio: 1, -1, 2, -2, 4, -4, 5, -5, 8, -8, 10, -10, 20, -20, 40, -40. Como siempre se prueba con uno, pero para este caso la suma d + D es diferente de cero, de la misma manera para -1, 2, para el caso de -2 si se obtiene cero, veamos: 2 x -2 = - 4, luego - 3 + (- 4) = -7 - 7 x (- 2) = 14, luego 6 + 14 = 20 20 x (-2) = - 40, luego 40 + (-40) = 0 r = -2 es cero ó raíz del polinomio. Entonces, expresamos la ecuación inicial como producto de dos factores: ( )( )2072240632 223 +−+=++− xxxxxx El trinomio cuadrado se resuelve por la ecuación cuadrática: 4 1117 4 1117 4 160497 )2(2 )20)(2(449)7( i x ± = −± = −± = −±−− = Las soluciones: 4 1117 1 i x + = y 4 1117 2 i x − = La ecuación inicial tiene tres soluciones, una solución real x = - 2 y dos imaginarias. 4 1117 i x + = 4 1117 i x − =
62. 62 Lección Nueve: Ecuaciones Polinómicas. Las ecuaciones que presentan un grado mayor a tres, se les conoce comúnmente como polinómicas, en este espacio se pretende hacer un análisis general a las ecuaciones polinómicas. Una ecuación de la forma 0...1 =+++ − kbxax nn , con a ≠ 0 y le conoce como ecuación Polinómica. Haciendo algo de historia, en la resolución de ecuaciones, los Babilonios formularon problemas que condujeron a ecuaciones de cuarto grado, donde la incógnita era un cuadrado, por lo que se les llamaron ecuaciones bicuadradas. Ferrari desarrolló el método de solución de ecuaciones de cuarto grado, lo que fue publicado en Ars Magna de Cardano. En trabajos encontrados de Cardano, Tartaglia y Ferrari, se detecto que deseaban establecer una forma general para resolver ecuaciones de cuarto grado. La metodología actual propone para resolver ecuaciones de cuarto grado, buscar los factores lineales por división sintética, como se hizo para las ecuaciones de grado tres. Respecto a las ecuaciones de quinto grado, el gran famoso matemático noruego Niels Henrik Abel demostró que no es posible resolver ecuaciones de quinto grado por medio de un número finito de operaciones algebraicas, allá por los años 1.824 Para fortalecer esta teoría un prestigioso matemático de tan solo 20 años de edad y de nacionalidad francesa Evariste Galois, dedujo que bajo ciertas condiciones, una ecuación se puede resolver por radicales. Galois desarrollo la teoría de grupos para analizar métodos generales de solución de ecuaciones, basado únicamente en las operaciones fundamentales y extracción de raíces, llegando a la demostración de que NO hay un método general para resolver ecuaciones de quinto grado o mayor. Los avances en los inicios de la edad moderna dieron buenos resultados y a partir de allí, se establecieron ciertas consideraciones para el desarrollo de ecuaciones polinómicas. REGLA DE SIGNOS DE DESCARTES: El Matemático francés René Descartes, padre de la Geometría Analítica, en 1.636 propone una técnica para identificar el número de soluciones reales positiva y negativas para un polinomio de grado n; para n entero positivo, con el teorema cuya prueba esta fuera del alcance de este curso dice: En resumen, el teorema permite saber cuántas soluciones reales positivas y negativas tiene el polinomio, basado en la variación de signos. Algunos ejemplos nos ilustran la aplicación del teorema. Ejemplo 69: Determinar las posibles soluciones reales del polinomio: 632)( 45 −+−= xxxxP Solución: Por ser un polinomio de grado cinco, entonces debe tener cinco soluciones ó cinco raíces. 0...1 =+++ − dbxax nn TEOREMA: Sea P(x) un polinomio con coeficientes reales cuyo término independiente es diferente de cero, tendrá un número de soluciones reales positivas de P(x) = 0, igual al número de variaciones de signo en P(x) ó es menor que el número de variaciones en cantidad par. El número de variaciones negativas de la ecuación P(x), es igual al número de variaciones de signo en P (-x) = 0, ó es menor que el número de variaciones en cantidad par. + ∈ Zn
63. 63 Para identificar las soluciones reales positiva: Tomando P(x) e identificando los cambios de signo, los cuales según la grafica son tres, entonces P(x) puede tener tres ó una raíces reales positivas. Para identificar las soluciones reales negativas, aplicamos P(-x) y observar los cambios de signo. P (-x) no presenta cambios de signo, luego P(x) no tiene raíces reales negativas. El polinomio tiene 5 raíces, como puede tener 3 reales positivos y NO tiene reales negativas, por consiguiente las posibles soluciones: Primera opción: Tres raíces reales positivas y dos imaginarias. (3 R+ y 2 I) Segunda opción: Una raíz real positiva y 4 raíces imaginarias. (1 R+ y 4 I) Es pertinente recordar que las raíces imaginarias, SIEMPRE se dan en pares, ya que si hay una solución imaginaria, su conjugada también es solución. Ejemplo 70: Dado el polinomio 965)( 34 −+−= xxxxQ identificar las posibles soluciones. Solución: El polinomio debe tener 4 raíces. Ya sabemos por qué. Raíces reales positivas. Se observa que Q(x) presenta tres variaciones de signo, luego puede tener tres ó una soluciones reales positivas. Raíces reales negativas. Para Q (-x) se observa que hay un cambio de signo, lo que nos indica que el polinomio tiene una raíz real negativa. Según los resultados, el polinomio Q(x) puede tener las posibles soluciones: - ) Una solución real positiva, una solución real negativa y dos soluciones imaginarias. . (1R+ , 1R- , 2 I)
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Nota finalgrupo 16 atga 2013 2
Nota final grupo 15 atga 2013 2
Nota fina grupo 15 atga 2013 2

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