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FFFAAACCCUUULLLTTTAAADDD DDDEEE IIINNNGGGEEENNNIIIEEERRRÍÍÍAAA Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco
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Departamento de Matemática http://www.ing.unp.edu.ar/matematica
El siguiente material, elaborado por docentes del Departamento de
Matemática, está dirigido a los alumnos aspirantes a ingresar a la Facultad de
Ingeniería de la Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco.
El mismo tiene como objetivo orientar al alumno en el estudio de las
temáticas que se evalúan en el examen de ingreso a la Facultad, y aportar una
nutrida cantidad de ejemplos y ejercicios que permitan el desarrollo de las
habilidades y destrezas necesarias para abordar el estudio de las áreas básicas
de la Ingeniería, Informática y Matemática.
Bienvenidos a la Facultad de Ingeniería y mucha suerte.
Departamento de Matemática
Facultad de Ingeniería
INDICE TEMÁTICO
1. Números.....................................................................................................................1
1.1. Números naturales.............................................................................................2
1.2. Números enteros.................................................................................................3
1.3. Números racionales ............................................................................................8
1.4. Números reales..................................................................................................12
1.4.1. Orden en R..............................................................................................14
1.4.2. Potenciación y radicación en R.............................................................16
1.5. Números complejos ...........................................................................................21
1.5.1. Operaciones en C....................................................................................23
2. Ecuaciones lineales o de primer grado....................................................................26
3. Recta real..................................................................................................................36
3.1. Intervalos reales.................................................................................................36
3.2. Valor absoluto o módulo de un número real...................................................41
3.3. Inecuaciones lineales..........................................................................................44
4. Función lineal y ecuación de la recta.......................................................................49
4.1. Función................................................................................................................49
4.2. Función lineal y ecuación de la recta................................................................56
4.2.1. Función lineal...........................................................................................56
4.2.2. Pendiente de una recta ............................................................................57
4.2.3. Función de proporcionalidad.................................................................61
4.2.4. Ecuación de la recta ................................................................................62
4.3. Sistemas de ecuaciones.......................................................................................68
4.4. Rectas perpendiculares......................................................................................73
4.5. Función valor absoluto.......................................................................................74
5. Ecuaciones y funciones cuadráticas.........................................................................75
5.1. Ecuaciones cuadráticas o de segundo grado....................................................76
5.2. Funciones cuadráticas........................................................................................82
6. Ecuaciones polinómicas y racionales.......................................................................98
6.1. Polinomios...........................................................................................................98
6.1.1. Operaciones con polinomios....................................................................99
6.1.1.1. Suma de polinomios..........................................................................99
6.1.1.2. Resta de polinomios..........................................................................99
6.1.1.3. Producto de polinomios..................................................................100
6.1.1.4. División de polinomios....................................................................100
6.1.2. Raíces de un polinomio. Ecuaciones polinómicas...............................102
6.1.3. Divisibilidad de polinomios ...................................................................103
6.1.4. Regla de Ruffini......................................................................................104
6.1.5. Factorización de polinomios..................................................................105
6.2. Expresiones racionales......................................................................................108
6.2.1. Operaciones con expresiones racionales...............................................110
6.2.1.1. Suma y resta.....................................................................................110
6.2.1.2. Producto ...........................................................................................112
6.2.1.3. División ............................................................................................112
6.2.2. Raíces de una expresión racional. Ecuaciones racionales...................113
7. Exponenciales y logaritmos.....................................................................................119
7.1. Función exponencial.........................................................................................120
7.1.1. Ecuaciones exponenciales......................................................................123
7.2. Función logarítmica. Logaritmos....................................................................125
7.2.1. Propiedades de los logaritmos...............................................................127
7.2.2. Cambio de base.......................................................................................128
7.3. Ecuaciones exponenciales y ecuaciones logarítmicas.....................................130
8. Funciones trigonométricas de ángulos ...................................................................134
8.1. Ángulos...............................................................................................................134
8.1.1. Sistemas de medición de ángulos ..........................................................136
8.2. Funciones trigonométricas de un ángulo.........................................................139
8.3. Triángulos rectángulos......................................................................................142
8.4. Signos de las funciones trigonométricas...........................................................144
8.5. Relaciones entre las funciones trigonométricas...............................................145
8.6. Funciones trigonométricas inversas de un ángulo...........................................147
8.7. Identidades trigonométricas...............................................................................155
8.7.1. Razones trigonométricas de α + β y de α - β.........................................155
8.7.2. Razones trigonométricas del ángulo doble.............................................155
8.7.3. Teoremas del seno y del coseno................................................................155
9. Números complejos en forma polar...........................................................................157
Soluciones...........................................................................................................................164
SIMBOLOS
N = {1, 2, 3, …} el conjunto de los números naturales
N0 = N ∪ {0} el conjunto { 0, 1, 2, 3, …}
N- el conjunto { -1, -2, -3, -4, …}
Z = {…, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, …}
el conjunto de los números enteros
Q el conjunto de los números racionales
R el conjunto de los números reales
C el conjunto de los números complejos
x ∈ A x pertenece al conjunto A
x ∉ A x no pertenece al conjunto A
A ⊂ B el conjunto A está incluido en el conjunto B
A ⊄ B el conjunto A no está incluido en el conjunto B
A ∪ B conjunto A unión B, formado por los elementos que pertenecen al conjunto A o al conjunto B
A ∩ B conjunto A intersección B, formado por los elementos que pertenecen al conjunto A y al conjunto B
∅ conjunto vacío
= igual
≠ distinto
≅ es aproximadamente igual a
< es menor que
> es mayor que
≤ es menor o igual que
≥ es mayor o igual que
(a, b) el intervalo abierto de extremos a y b
[a, b] el intervalo cerrado de extremos a y b
(a, b] el intervalo semiabierto a izquierda o semicerrado a derecha, de extremos a y b
[a, b) el intervalo semiabierto a derecha o semicerrado a izquierda, de extremos a y b
∞ infinito
Dom f dominio de la función f
Im f imagen de la función f
a valor absoluto de a, que vale a si a ≥ 0, y vale – a en otro caso.
an n-ésima potencia de a
n a raíz n-ésima de a
a b a divide a b
sen α seno del ángulo α
cos α coseno del ángulo α
tg α tangente del ángulo α
arc sen α arco seno del ángulo α
arc cos α arco coseno del ángulo α
arc tg α arco tangente del ángulo α
rad radianes
i número complejo que simboliza a la unidad imaginaria
e número cuyo valor aproximado es 2,7182818
π número cuyo valor aproximado es 3,1415926
z módulo del número complejo z
∀ cuantificador que se lee “para todo”
∃ cuantificador que se lee “existe”
∧ conectivo lógico que se lee “y”
∨ conectivo lógico que se lee “o”
⇔ conectivo lógico que se lee “si y sólo si”
⇒ conectivo lógico que se lee “implica”
loga b logaritmo en base a de b
log b logaritmo en base 10 de b, o logaritmo decimal de b
ln b logaritmo en base e de b, o logaritmo natural de b
Números
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1
1. NÚMEROS
A lo largo de esta primera Unidad recorreremos los distintos conjuntos numéricos, recordando cómo operar en cada uno de ellos y afianzando las propiedades de las operaciones. Esta Unidad es en cierta manera el basamento sobre el cual construiremos las siguientes, y es por ello que debe brindársele mucha atención. Recordamos especialmente dejar de lado la calculadora por un momento, a menos que sea estrictamente necesario. Esto permitirá que el repaso sea fructífero y sirva de apoyo para futuras unidades. A lo largo del módulo Ud. encontrará una abundante y variada presentación de actividades, las cuales permitirán adecuar el trabajo a las necesidades de cada estudiante. Por esto mismo, se han marcado en algunos casos ciertos incisos como actividades complementarias.
La Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco posee sedes en las ciudades de Comodoro Rivadavia, Trelew, Puerto Madryn, Esquel y Ushuaia. La ciudad de Comodoro Rivadavia se encuentra a una altura de 61 metros sobre el nivel del mar en el centro del Golfo San Jorge. El ejido urbano posee una superficie de 5482/10 Km2, con una costa de aproximadamente 36 km. La ciudad de Comodoro Rivadavia es cabecera del Departamento Escalante, en la Provincia del Chubut, Patagonia Turística Central. Su población es de 143.628 personas (datos provisorios del Censo 2001, para el aglomerado Comodoro Rivadavia - Rada Tilly). De ellas, un 60,6% son nativos, un 21 % provienen de otros lugares de la Argentina y un 12,3 % provienen de otros países. Uno de sus grandes atractivos turísticos es el parque eólico, emplazado en el cerro Arenales con una altura de 400 metros sobre el nivel del mar. La ciudad también cuenta con un puerto principal ubicado en la zona Central de la Ciudad, en el extremo de la Punta Borja, diseñado para atender buques de hasta 180 mts. de eslora, con un calado máximo de 30 pies (10 mts.).
Habrás notado que todos los datos vertidos aquí hacen referencia a cantidades numéricas expresadas en diferentes formas. Es claro que los números conviven con nosotros en el trabajo, al leer el diario, al ver televisión, en los momentos de esparcimiento, al efectuar compras, etc. A continuación analizaremos cada uno de los conjuntos numéricos que se presentan en Matemática.
Curso de Apoyo en Matemática
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1.1. Números Naturales
Los números naturales también sirven para ordenar. Así, decimos que la Tierra es el tercer planeta a partir del Sol, que ésta es la primer unidad del Módulo del Ingreso, etc.
A los números que utilizamos para contar la cantidad de elementos de un conjunto no vacío se los denomina números naturales. Designamos con N al conjunto de dichos números.
N = { 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , ... }.
Es claro que la suma y el producto de dos números naturales es un número natural. En símbolos,
si a , b ∈ N entonces a + b ∈ N y a . b ∈ N. Observemos que...
1 - 1 = 0 ∉ N 1 - 2 = -1 ∉ N 3 – 1 = 2 ∈ N
Sin embargo, no siempre la diferencia de dos números naturales es un número natural. Así,
si a , b ∈ N y b < a entonces a - b ∈ N.
Los números naturales están ordenados. Podemos representarlos en la recta numérica como sigue:
Si al conjunto de los números naturales le agregamos el número cero, obtenemos un nuevo conjunto que denotamos con
N0 = N ∪ {0}.
Observemos que...
w a ∈ N si y sólo si - a ∈ N- w N ∩ N- = ∅, es decir, no existe
un número que pertenezca al conjunto N y al conjunto N- simultáneamente. Recordemos que el símbolo ∅ denota al “conjunto vacío”.
Por otro lado, si reemplazamos cada elemento del conjunto de los números naturales por su opuesto, es decir, en lugar de 1 escribimos -1, en lugar de 2 escribimos -2, y así siguiendo, obtenemos un nuevo conjunto que denotaremos con
N- = {-1 , -2 , -3 , -4 , -5 , ...} = {- a / a ∈ N }
Si agregamos estos nuevos elementos al gráfico anterior resulta:
El conjunto que hemos obtenido de esta manera nos conduce a la próxima sección.
-3 -2 -1 0 1 2 3
0 1 2 3
1 2 3
Números
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3
1.2. Números Enteros
Definimos al conjunto de los números enteros como Z = N
- ∪∪ {0} ∪∪ N.
De inmediato resulta que todo número natural es un número entero.
Retoma la lectura del artículo al principio de esta unidad.
¿Cuál es la distancia entre la cima del cerro Arenales y un punto ubicado en la parte inferior de un barco cuyas dimensiones son las máximas permitidas para ingresar el puerto local? Recuerda que...
1 pie = 30 cm.
Puede serle útil representar en la recta numérica los números indicados y
analizar allí la situación.
Para pensar….
ü ¿Existe un número entero que sea menor o igual que todos los demás?, y ¿mayor o igual que todos los demás? ü ¿Cuántos enteros existen entre los números consecutivos 2 y 3 ?, ¿y entre 5 y 6 ?, ¿y entre n y n + 1 ?. ü ¿Cuántos enteros existen entre 2 y 10 ?, ¿y entre -3 y 7 ?. ¿Qué puede afirmarse sobre la cantidad de enteros que existen entre dos enteros dados?. ¿Cuántos números enteros existen entre dos números enteros dados?.
Observemos que...
-2 ∈ Z implica - (-2) = 2 ∈ Z
4, -5 ∈ Z implica 4 + (-5) = -1 ∈ Z
4, -5 ∈ Z implica 4 - (-5) = 9 ∈ Z
4, -5 ∈ Z implica 4 . (-5) = -20 ∈ Z
w b ∈ Z implica - b ∈ Z
w a, b ∈ Z implica a + b ∈ Z
w a, b ∈ Z implica a - b ∈ Z, pues: a - b = a + (- b); como - b ∈ Z ; por lo anterior resulta
a + (- b) ∈ Z .
w a, b ∈ Z implica a . b ∈ Z
7 : 2 = 3,5 ∉ Z
Observemos que...
no siempre la división de dos números enteros es un número entero
N Z
Curso de Apoyo en Matemática
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Divis ib i l idadDivis ib i l idad
Si r = 0 , resulta b = a . q y se dice que a divide a b
(o que b es múltiplo de a , o que b es divisible por a , o que
a es divisor de b ).
Ejemplos:
6 = 2 . 3 + 0, de modo que r = 0 y así 2 divide a 6
12 = 5 . 2 + 2, de modo que r = 2 y así 5 no divide a 12
a) 2 divide a 6 pues 6 = 2 . 3
b) 5 no divide a 12 pues no existe ningún entero que
multiplicado por 5 dé 12.
2 , 11 , 463 son números primos
Un número entero a es primo si tiene exactamente cuatro divisores:
1, -1, a y - a.
7 2 a b 1 3 r q
Al realizar una división entre dos números enteros puede que el resto sea distinto de cero.
Algor itmo de la Algor itmo de la d iv i s ión d iv i s ión
Sean a , b ∈∈ Z , a ≠≠ 0. Existen enteros únicos q, r tales que
b = a . q + r con 0 ≤≤ r < a
| 2 | = 2
|-2 | = 2
Recordemos que…
|a| denota al “valor absoluto” del número a.
En la Unidad 3 trataremos este tema con mayor profundidad.
Ejemplos:
El resto de la división entre
dos números enteros nunca puede ser negativo.
a) Para b = 84, a = 45 resultan q = 1, r = 39,
pues 84 = 45 . 1 + 39 b) Para b = 84, a = - 45 resultan q = - 1, r = 39,
pues 84 = (- 45) . (- 1) + 39 c) Para b = - 84, a = 45 resultan q = - 2, r = 6,
pues - 84 = 45 . (- 2) + 6 d) Para b = - 84, a = - 45 resultan q = 2, r = 6,
pues - 84 = (- 45) . 2 + 6
Números
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Máximo común Máximo común d iv i so rd iv i so r
Si se descomponen dos números enteros positivos a y b en sus factores primos, el máximo común divisor entre a y b, es el producto de los factores primos comunes, con el menor exponente.
Se denota mcd (a , b).
Ejemplo:
Recordemos que...
para realizar la descomp osición de un número en factores primos
comenzamos dividiendo, de ser posible, por los números primos
2, 3, 5, 7, 11, … hasta obtener el número 1.
La segunda columna obtenida presenta la descomposición del
número en factores primos.
Si a = 72 y b = 84 resulta
72 2 84 2 36 2 42 2 18 2 21 3 9 3 7 7 3 3 1 1
72 = 23 . 32 84 = 22 . 3 .
mcd (72 , 84) = 22 . 3 = 12,
o sea, 12 es el mayor de los divisores comunes entre 72 y 84.
Mínimo común Mínimo común múlt ip lomúlt ip lo
Si se descomponen dos números enteros positivos a y b en sus factores primos, el mínimo común múltiplo entre a y b es el producto de los factores primos comunes y no comunes con el mayor exponente.
Se denota mcm (a , b)
Ejemplo:
72 2 84 2 36 2 42 2 18 2 21 3 9 3 7 7 3 3 1 1
72 = 23 32 84 = 22 3 7
Tomando los números del ejemplo anterior resulta
mcm (72 , 84) = 23 . 32 . 7 = 504 o sea 504 es el menor de los múltiplos comunes entre 72 y 84.
Actividades de Aprendizaje 1) Efectuar las siguientes operaciones: Ejercicios complementarios a) 5 - (-2) + (-8) : (-4) – 5 b) 7 - (-3) - (-8) : (-8) + (-3) : (-1) c) 6 : (-2) + (-7) . (-15) : (-3) d) 22 - 42 : 8 + 25
e) 42 : 2 - 1 - 82 : 2 – 1 f) 32 : 2 - 1 - 32 : 2 g) 3-1 . 3 - 30 + 1 - 25
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2) El número - 15 es menor que 3, es decir, -15 < 3 .
a) ¿Es (-15)2 menor que 32? b) ¿Es (-15)3 menor que 33? 3) El número -12 es menor que -3, es decir -12 < - 3 . a) ¿Es (-12 ) . 6 menor que (-3) . 6 ? b) ¿Es (-12 ) . (-6) menor que (-3) . (-6) ? 4) Dadas las siguientes afirmaciones, señalar cuáles son verdaderas (V) y cuáles son falsas (F).
Dar un contraejemplo en caso de ser falso. a) Si z ∈ Z entonces - z ∈ Z. b) Si z2 ∈ Z entonces z ∈ Z.
c) Si 2 z ∈ Z entonces z ∈ Z. d) Si z2 = 1 entonces z ∈ Z. 5) a) El cociente de dos números es 9, ¿cuál es el cociente de sus cuadrados? b) El cociente de dos números es 9, ¿cuál es el cociente de sus cubos? 6) Se lanzan tres monedas diferentes. ¿Cuántos resultados distintos pueden aparecer?. 7) Sabemos de dos números enteros x e y que su producto x . y = - 16 y que x es positivo.
a) Cuál es el signo de cada uno de los productos siguientes: § x . y . x . y § (-1) x . y § x . x . y § ( - x )( - y )( - x )
b) Calcular el resultado de cada uno de los productos siguientes: § ( - 1 ) ( - x ) y = § x y : ( - 4 ) = § - 2 x y = § x y : 4 = § 3 x y =
8) p y q representan números enteros, de los cuales sabemos que p ≤ q. Completar con ≤ o ≥ según corresponda:
a) 3 p ..... 3 q b) - 4 p ..... - 4 q
c) - p ..... – q d) p . a ..... q . a , siendo a ≥ 0 9)
a) Sean a y b enteros, b ≠ 0. Si a - b = 175 y la división de a por b tiene cociente 15 y resto 7, hallar a y b.
b) Si se divide un número natural a por 2 se obtiene como cociente entero un número que llamamos b y el resto 0. Al dividir b por 2 obtenemos como cociente entero un número c y el resto 1. Luego dividimos c por 2 y en este caso el cociente es 1 y el resto 0. ¿Cuál es el número a ?
Números
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10)
a) Hallar el mínimo común múltiplo entre 8 y 14. b) Hallar el máximo común divisor entre 544 y 1492. 11) Tengo cierta cantidad de botones. Si los agrupo en montones de a cuatro me queda uno suelto. Si los agrupo de a tres, también me queda uno suelto y lo mismo me sucede si los coloco de a dos. Cuando los pongo en grupos de a cinco no me sobra ninguno.
a) Si tengo menos de 30 botones, ¿cuántos tengo? b) Si tengo más de 50 botones y menos de 100, ¿cuántos tengo? 12) En el país ABC las elecciones presidenciales son cada 6 años, las de gobernadores son cada 4 años y las de senadores cada 8 años. En 1974 coincidieron las elecciones para presidente, gobernadores y senadores. ¿Cuándo volverán a coincidir?. 13) Tres hombres recorren 28, 35 y 40 kilómetros por día respectivamente.
a) ¿A qué distancia del punto de partida está el lugar más cercano al que pueden llegar los tres simultáneamente, en un número entero de días?.
b) ¿Cuántos días empleará cada uno en llegar a él?. 14) Escribir V (verdadero) o F (falso) según corresponda. a) ∀ x ∈ Z, x - 1 > 2 b) ∃ b ∈ Z, b + 0 = 0
c) ∀ a ∈ Z, a + 0 ≠ 0 d) ∃ t ∈ Z, t - 2 ≥ 1
e) ∀ a ∈ Z, a + 0 = a
w ∀ a, b ∈ Z, a + b ∈ Z, es
decir, “Para cada par de números enteros a y b, su suma a + b es un número entero. ” w ∀ z ∈ N, z ∈ Z, es decir, “Todo
número natural z, es un número entero”. w ∀ a ∈ Z, ∃ (- a)∈Z, a + (-a) = 0,
es decir, “Para todo número entero a, existe el número entero (-a), llamado opuesto de a tal que a + (-a) = 0 ” w Sean a , b ∈ Z , a ≠ 0.
∃ q, r ∈ Z únicos, tales que b = a . q + r con 0 ≤ r < a. (Recordar el Algoritmo de la división)
Recordemos que...
El símbolo ∀ se lee “para todo”, así, ∀ a ∈ Z se utiliza para simbolizar que la propiedad que aparece a
continuación se verifica “para todos los números enteros”
El símbolo ∃ se lee “existe”, así,
∃ a ∈ Z se utiliza para simbolizar que la propiedad que aparece a
continuación se verifica “al menos para algún número entero”
Curso de Apoyo en Matemática
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1.3. Números Racionales
a : b se lee “a dividido b”
Como mencionamos anteriormente, no es cierto en general que si a , b ∈ Z entonces a : b ∈ Z .
Ejemplo:
1 : 2 = 21
∉ Z .
Pueden usar los racionales, por ejemplo, para indicar la quinta parte de x como
5x
Llamamos número racional a todo número que se puede
expresar como fracción mn
donde n y m son enteros y
m ≠≠ 0. Con Q denotamos la totalidad de los números
racionales.
Observemos que...
w Todo número entero es racional, pues si m ∈ Z
escribimos m = 1m
∈ Q . Es decir Z ⊂ Q .
w La recíproca es falsa, por ejemplo, 21
∈ Q pero 21
∉ Z.
La suma, la diferencia y el producto de dos números racionales es un
número racional.
Si u , v ∈ Q entonces: w u + v ∈ Q
w u - v ∈ Q
w u . v ∈ Q
El inverso de cualquier número racional no nulo es un número
racional.
w Si u ≠ 0 entonces
u1
∈ Q
Para pensar….
Recordemos que... no existe un número entero que sea menor o igual que todos los demás, ni tampoco uno que sea mayor o igual que cualquier otro entero. Además, no podemos encontrar un número entero entre dos enteros consecutivos, pero sí podemos hallar una cantidad finita de enteros entre dos números enteros no consecutivos.
ü ¿Existe un número racional que sea menor o igual que todos los demás?, y ¿mayor o igual que todos los demás?
ü Hallar un número racional entre 32
y 73
. Hallar un
número racional entre 37
y 38
. ¿Puede hallarse más de un
número racional con esta propiedad?; ¿Qué se concluye?.
Z Q
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Los números racionales se expresan en diferentes formas.
Ejemplo:
El número racional tres cuartos puede expresarse como:
43
= 4 -3 -
= 86
= 129
= 10075
= 0,75 = 0,750 = ....
forma fraccionaria forma decimal
Todo número racional puede expresarse como número decimal exacto o periódico.
Ejemplos:
21
= 0,5 es decimal exacto
31
= 0,333..... = 30,)
período 3
1186
= 7,81818181... = ∩817, período 81
629
= 4,83333... = 34,8)
período 3
Cada parte de un número decimal tiene un nombre especial:
Parte entera
Parte decimal
5 4 , 8 3)
Parte periódica
Parte no periódica
A continuación indicaremos cómo pasar de la forma decimal a la forma fraccionaria.
Curso de Apoyo en Matemática
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FORMA
DECIMAL EJEMPLO OBSERVACIÓN
Exactas 0,75 = 10075
En el numerador aparece la parte decimal,
y en el denominador tenemo s el 1 seguido de tantos ceros como
cifras decimales tengo.
Puras 0,2525... = ∩250, =
9925
En el numerador aparece la parte periódica, mientras que en el denominador tenemos
tantos números 9 como cifras tiene el período.
Peri
ódic
as
Mixtas
0,75454…= ∩
540,7 =
= 990
7 - 754 =
990747
En el numerador aparece la diferencia entre la parte decimal y la parte decimal no periódica, mientras que en el
denominador tenemos tantos números 9 como cifras tiene el período seguido de
tantos ceros como cifras tiene la parte no periódica.
Más ejemplos:
FORMA DECIMAL
EJEMPLO
Exactas
0,015 = 100015
2,23 = 100223
Pura
s 0,333... = 30,)
= 93
1,282828... = ∩281, = 1 +
9928
= 99
127
Peri
ódic
as
Mix
tas
0,8333... = 30,8)
= 90
8 - 83 =
9075
12,75454... = ∩5412,7 = 12 +
9907 - 754
= 12 + 990747
= 990
12627
5,12444... = 45,12)
= 5 + 900
12 - 124 = 5 +
900112
= 9004612
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 15) Calcular: EJERCICIOS COMPLEMENTARIOS
a)
+
+
53 -
21
. 310
21
43
- - 95
d)
⋅
⋅
51 -
43
114
- 21
- 35
83
Números
Página
11
b) 73
: 43
- 31
34
54
- 32
: 53
+⋅
c)
+
++
61
- 32
34
- : 41
65
- 27-
32
e) 61 -
32
34
- : 41
65
- 27-
32
+
++
16) Escribir en forma decimal y fraccionaria:
a) 5 décimos b) 5 centésimos c) 123 centésimos d) 82 milésimos 17) a) ¿De qué número es 200 la quinta parte?. b) ¿De qué número es 850 el 52%?.
18) Dadas las fracciones 1112
y 1213
?. ¿Cuál es mayor?
19) Expresar en forma fraccionaria y resolver:
a) ( )
( ) 240 - 30 - 51
6 -
518121
2
2
,,,,,, +
b) 250 -
23
51 - 70 - 70
21
09022
,
,,,
++
c) 10 - 33 . 502 . 500 - 30 : 10 - 30 : 900 2 ,,,,,,,,))))
+ d) ( )
( )12,0 - 23,0 3,0 - 91,0. 5,1 - 3,04
))
))))+
20) En un colegio, 31
de los alumnos estudian inglés y el 33% francés. ¿Cuál es la lengua más
elegida? 21) Un auto recorre 50 km. en tres cuartos de hora, y otro recorre 36 km. en 27 minutos. ¿Cuál es el más rápido? 22) Al tostarse el café, éste pierde un quinto de su peso. Si se tuestan 80 kg., ¿cuánto pesarán después? 23) El agua al congelarse aumenta su volumen un décimo del mismo. ¿Qué volumen ocuparán 200 litros de agua después de helarse?.
24) Una aleación está compuesta por 2924
de cobre, 294
de estaño y 291
de cinc. ¿Cuántos
kilogramos de cada metal habrá en 348 kg. de aleación?. 25) Si al numerador de una fracción le aumentamos 21, la fracción queda aumentada en 3. ¿Cuál es el denominador de la fracción?. Justifique su respuesta. 26) Juan toma la mitad de un cordel; de lo que queda, Pedro toma la mitad; de lo que queda, María
toma la mitad; de lo que resta, Carmen toma 52
. Al final quedan 30 cm. ¿Cuál era la longitud del
cordel?.
Curso de Apoyo en Matemática
Página 12
27) Javier y Carlos son dos hermanos. Javier tiene los 920
de la edad de su padre y Carlos los 25
.
¿Cuál es el mayor?. 28) Un curso tiene 32 alumnos. Para colaborar en la organización de un acto fue convocada a concurrir 1 hora antes del inicio la cuarta parte del curso. De los que se esperaban sólo asistió la mitad. Tomando como unidad el curso, ¿cómo expresaría la parte del curso que asistió? 1.4 Números Reales
A los números reales que no se los puede expresar en forma de fracción, se los denomina números irracionales. Es decir, un número irracional expresado en forma decimal no es exacto ni periódico.
El número π aparece al calcular la longitud de una circunferencia y el
área de un círculo.
El número e se presenta en procesos de crecimiento de una población
animal o vegetal, y en problemas de desintegración radiactiva.
Seguramente habrás visto en el tendido de cables eléctricos que los
cables entre un poste y otro determinan una curva en cuya
ecuación también está presente el número e.
Otro número irracional muy famoso,
llamado el número de oro, se obtiene si realizas, por ejemplo, el cociente
entre las longitudes del lado menor y el lado mayor de las hojas tamaño A4
que comúnmente se utilizan en fotocopiadora, o realizando el mismo
cálculo con los lados de una tarjeta de crédito.
¿No te parece curioso?
Ejemplos:
a) 0,1234567891011... La parte decimal de este número irracional es la sucesión de los números naturales.
b) π ≅ 3,141592654 El símbolo ≅ indica que se esto representa una aproximación del número irracional π . Notemos que también existen otras aproximaciones para este número; por ejemplo: 3,14 ; 3,141 ; 3,14159 ; 3,1416 ; ... etc.
c) e ≅ 2,71 Representa una aproximación del número irracional e. Al efectuar cálculos en los que intervienen los números irracionales, tomamos una cantidad finita (entre 3 y 5) de cifras decimales. Por lo tanto, podemos considerar e ≅ 2,718 o bien e ≅ 2,71828.
La unión del conjunto Q de números racionales y el conjunto de los números irracionales es el conjunto R de los números reales.
251 +
Números irracionales
R Q N Z
Números
Página
13
Todos los números que hemos estudiado en las secciones anteriores son números reales.
El conjunto de los números reales también puede representarse sobre una recta. A cada número real le corresponde un único punto de la recta, y cada punto de la recta representa un único número real. A esta recta la llamamos recta real.
No siempre somos capaces de representar exactamente a un número real, sin embargo siempre es posible obtener una representación aproximada de él a partir de su expresión decimal.
Observemos que...
no existe un número real que sea mayor o igual a todos los demás, ni
uno que sea menor o igual que todos los demás.
Además, entre dos números reales dados cualesquiera existen infinitos
números racionales, e infinitos números irracionales.
Ejemplos:
La representación de los números 2 ; - 3 ; 0,2 ; - 45
y 2
es la que sigue:
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 29) Indicar cuál de los siguientes números es racional y cuál es irracional.
a) 35
b) 0,494949... c) 3,75
d) 0,141144111444... e) 3,2222... f) 0,437537537...
g) 0,101001000100001... h) 7 30) Escribir:
a) Tres números racionales entre 0,12 y 0,2 b) Tres números periódicos entre 0,12 y 0,2 c) Dos números irracionales entre 0,12 y 0,2 31) Indicar si el desarrollo decimal es periódico o no:
a) 3,2222........ b) 0,101001000100001......... c) 0.43753753......... d) 0,12112111211112.......... 32) Completar con SI o NO, según corresponda, la siguiente tabla:
-1
0.2 -3
-2 0 1 21
245−
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Página 14
Número 7
-2,08 1,1212212221... -2,2424...
Natural
Entero
Racional
Irracional
Real
33) Indicar si es V (Verdadero) o F (Falso). Justificar.
a) Todo número real es racional. b) Todo número natural es entero. c) Todo número entero es racional. d) Todo número real es irracional. 34) Representar en la recta real los siguientes números en forma aproximada:
a) -5 b) 31
c) - 73
d) 5 d) p e) 2,5 Observemos que...
al efectuar las representaciones de estos números, los mismos están ordenados en la recta numérica.
Esto nos lleva a establecer lo que llamaremos una relación de orden entre ellos. 1.4.1. Orden en R
a ≤ b se lee: a es menor o igual que b
Si en R definimos la relación de orden que indicamos “≤≤ ” observamos que:
Siempre podemos comparar dos números reales cualesquiera.
Dados dos números reales a y b , se tiene una y sólo una de las siguientes situaciones:
a < b ; b < a ; a = b
Esto nos permite representar “ordenadamente” los números reales en la recta numérica.
1025 4− 6
7
28
−
Números
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15
Además se satisfacen las siguientes propiedades: - 3 < 4 ⇔ - 3 + 1 < 4 + 1
- 3 < 4 y 2 > 0 ⇒ - 3 . 2 < 4 . 2
- 3 < 4 y- 2 < 0 ⇒ - 3 . (- 2) > 4 . (-2)
w ∀ a , b ∈ R, a < b ⇔ a + c < b + c
w ∀ a , b, c ∈ R, a < b y c > 0 ⇒ a . c < b . c
w ∀ a , b, c ∈ R, a < b y c < 0 ⇒ a . c > b . c
El símbolo ⇔ se lee “sí y sólo si” El símbolo ⇒ se lee “implica”
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 35) Completar con > ó < según corresponda:
a) - 2 < 0 y 41
> 0 ⇒ - 2 . 41
..... 0 . 41
b) 25
> 37
y - 1 < 0 ⇒ 25
. (- 1) ..... 37
. (- 1)
c) 1,4 < 2 ⇔ 1,4 + 0,01 ...... 2 + 0,01
d) - 7 < - 6 y - 21
< 0 ⇒ - 7 .
21
- ..... (- 6) .
21
-
36) Completar la tabla con los signos > ; < ; = según corresponda:
a b a ........b
.......
a(-3) ........b(-3)
8 2 8 > 2 28
> 22
8 (-3) < 2 (-3)
-6 -10
-4 8
0 4
37) Si a y b son reales positivos y además a < b y b > 1, ¿cuál de las siguientes proposiciones es falsa?. Justificar dando un contraejemplo.
a) a b > 0 b) b2 > a c) 1
0a b−
>
d) 1
0b a+
> e) b + a > 1
38) Escribir un número comprendido entre los siguientes:
a) 31
y 52
b) 1,4142 y 1,4143
2a
2b
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Página 16
c) 2 y 3 d) π y 113355
1.4.2 Potenciación y Radicación en R
PotenciaciónPotenciación
Recordemos que... an =
donde a es un número real al que denominaremos base y
n es un número natural que llamaremos exponente.
Ejemplo:
4
32
− =
−
32
.
−
32
.
−
32
.
−
32
= 8116
E x t e n s i ó n d e l aE x t e n s i ó n d e l a
d e f i n i c i ó nd e f i n i c i ó n de pde p oo t e n c i a c i ó nt e n c i a c i ó n
a e x p o n e n t e s ea e x p o n e n t e s e nn t e r o st e r o s
Por convención se tiene, para a ≠≠ 0 que
a0 = 1 y a - n = na
1
Ejemplo:
5-3 = 125
1
5
13
=
Algunas propiedades importantes que debemos recordar son:
22 . 23 = 25 x4 . x -2 = x2 • Producto de potencias con
la misma base. am . an = am+n
23 : 23 = 20 = 1 x4 : x -2 = x6 • Cociente de potencias con
la misma base. am : an = am-n
(3 -5)3 = 3 -15 (x-2) -1 = x2 • Potencia de una potencia. (am)n = am .m
(2 . 5) -2 = 2 -2 5-2 (x . y2)3 = x3 y6 • Potencia de un producto. (a . b)n = an . bn
(2 : 5)-2 = 2-2 : 5-2 (x : y2)3 = x3 : y6 • Potencia de un cociente. (a : b)n = an : bn
43421 veces
.... . . n
aaaa
Números
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17
RadicacRadicac iónión
Definimos
n a = b si bn = a
donde: n es un número natural. n a se lee raíz n-ésima de a .
Denominamos a n índice de la raíz, y a radicando.
3 27 - = -3 pues (-3)3 = - 27
4 81 = 3 pues 34 = 81
Observemos que ...
para que la definición tenga sentido,
w si n es impar, a puede ser cualquier número real,
No tiene sentido considerar 4 - en el conjunto R, dado que no existe un número real tal que elevado al cuadrado nos dé por resultado - 4.
w si n es par, a debe ser un número real positivo.
51
5 66 =
37
3 7 33 =
21
55 =
La raíz n-ésima de un número suele también denotarse como potencia
n a = na1
. Además
n pa = np
a si a ≥≥ 0 .
Observemos que...
Si a < 0, esta afirmación no siempre tiene sentido, ya que pueden presentarse casos como el siguiente:
(-3)4/2 = ( )43 - pero (-3)4/2 = ((- 3)1/2)4 = ( )4 3 - no tiene sentido en el conjunto R.
También se satisfacen las siguientes propiedades:
2 < 3 ⇒ 2-1 > 3-1 ⇒ 32
31
> w a > 0 , b > 0 y a < b ⇒ a -1 > b -1
-2
3 < -
32
⇒ 1
3
21
2
3−
−>−
⇒ 23
32
−>−
w a < 0 , b < 0 y a < b ⇒ a -1 > b -1
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El siguiente cuadro resume las propiedades que verifican las operaciones de suma, producto, potencia y raíz en R y en cada subconjunto de éste.
OPERACIONES PROPIEDADES N Z Q R Suma 1. Asociativa a + (b + c) = (a + b) + c ×× ×× ×× ××
2. Conmutativa a + b = b + a ×× ×× ×× ×× 3. Elemento neutro 0 ×× ×× ×× 4. Elemento opuesto de a - a ×× ×× ×× Producto 5. Asociativa (a . b) . c = a . (b . c) ×× ×× ×× ×× 6. Conmutativa a . b = b . a ×× ×× ×× ×× 7. Elemento neutro 1 ×× ×× ×× ××
8. Elemento inverso de a (a ≠ 0) a1
×× ××
Suma-Producto 9. Distributiva a . (b + c) = a . b + a . c ×× ×× ×× ××
Potencias 1. Producto de potencias con la misma base am . an = am+n ×× ×× ×× ××
2. Cociente de potencias con la misma base am : an = am-n ×× ×× ×× ××
3. Potencia de una potencia (am)n = am .m ×× ×× ×× ×× 4. Potencia de un producto (a . b)n = an . bn ×× ×× ×× ×× 5. Potencia de un cociente (a : b)n = an : bn ×× ×× ×× ×× Raíces 1. Producto de radicales con el
mismo índice n a . n b = . n ba
×× ×× ×× ××
2. Cociente de radicales con el mismo índice
n a : n b = : n ba ×× ×× ×× ××
3. Raíz de una raíz m n a = . mn a ×× ×× ×× ××
4. Potencia de un radical ( )mn a = n ma ×× ×× ×× ××
Observaciones: • En el conjunto de los números naturales no existe elemento neutro para la suma. Además ningún número natural posee elemento opuesto. • Excepto el 1, ningún número entero no nulo posee inverso multiplicativo. • Las propiedades son válidas en cada conjunto, siempre que las expresiones involucradas tengan sentido.
En virtud de las propiedades que verifican la suma y el producto de números reales, se dice que R es un cuerpo, y está ordenado por la relación de orden ≤≤ .
Números
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19
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 39) Calcular las siguientes potencias: EJERCICIOS COMPLEMENTARIOS
a) 3
52
-
b)
0
51
g)
3
23 −
h)
1
101 −
c) 2-2 d) (- 3)-2 i) - 125 j) (- 1)25 e) (- 3)2 f) 105 k) - 12325 l) (0,1)-2 40) Calcular las siguientes expresiones: EJERCICIOS COMPLEMENTARIOS a) x2 . x5 b) (- x)2 . x5 e) (- x)2 . (- x)5 f) (- x)3 : (- x)5 c) x5: x-5 d) x-3 : x-6 g) x3: x-4 h) (- x)3 : x5
41) Se sabe que 24 = 42 . ¿Tiene la potenciación la propiedad conmutativa am = ma ?. Justificar. 42) Escribir como radicales los siguientes números:
21/2 , 72/3 , 50,5 , 120,2 , 7-1/2 , 9-1/3 , 510/5 , 8-2/3 43) Expresar como potencia fraccionaria
a) x
1 b) 3 : xx c) 5 23 xxx ⋅⋅ d)
51
x
44) Simplificar, si es posible:
a) 4 23 b) 8 45 c) 9 27 d) 5 1024
45) Extraer factores del radicando:
a) 8 b) 18 c) 32 d) 50 46) Calcular usando propiedades: EJERCICIOS COMPLEMENTARIOS
a) 322 ⋅ b) 3 : 15 g) 152 ⋅ h) 33 2:32 c) 33 93 ⋅ d) 33 2 : 8 i) 33 5 : 2 j) 4 2 : 8 e) 3 32 : 2 f) 4 : 3 k) 5082 ,⋅ l) 63 3 : 9
47) Resolver usando propiedades y reduciendo las expresiones:
a) 32 - 1882 ++ b) 80 - 180455 ++
c) 4866 5 - 24 + d) 33 16 - 54
e) 252
32
50 5 - 92
5 - 92
3 +
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48) Simplificar las siguientes expresiones:
a) 222 ⋅⋅ b) 31
-53 25 .
51
: 5 . 5
c) ( ) 2
134 18 : 126 ⋅
d) 3
21
0010 : 10
100-
, e)
( )
( ) 31
21
10
32
23
2-3
32
32
⋅
⋅
49) Eliminar las raíces del denominador y simplificar:
a) 2 - 3
3 b)
2 -31
c) 522
2+
d) yx
yx
-
+
50) Resolver
a) 2/1
3/14/1
42716 ⋅
b) 1
3/13/2
111
12764−
−−
c)
( )
8 3 912
3
2 3 3 2
10
2
/ /− ⋅
−
−
−
a
donde a ≠ 0
51) Calcular la diagonal de un rectángulo cuyos lados miden 10 cm. y 12 cm. Expresar el resultado con dos decimales. 52) Calcular el área de un triángulo equilátero cuyos lados miden 10 cm. Expresar el resultado con tres decimales. 53) El área de un cuadrado mide 50 cm2. ¿Cuál es el área del cuadrado construido sobre su diagonal?. 54) Calcular el área de un círculo de 100 cm. de radio y expresar el resultado con tres decimales exactos. 55) Determinar entre qué números enteros se encuentra la raíz cuadrada positiva de: 17, 50, 105, 420. 56) Indicar el error cometido:
4 - 10 = 9 - 15
4 -10 + 425
= 9 - 15 + 425
Números
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21
22 – 2 . 2 . 25
+ 2
25
= 32 – 2 . 3 .
25
+ 2
25
2
25
- 2
=
2
25
- 3
2 - 25
= 3 - 25
2 = 3 57) Sean a , b , c números reales. Indicar V (verdadero) o F (falso); en este último caso, justificar la respuesta proponiendo un contraejemplo. EJERCICIOS COMPLEMENTARIOS a) a.0 = 0 b) (-a)(-b) = -(ab)
c) a
b cab
ac+
= + , siendo b + c ≠ 0, b ≠ 0, c ≠ 0
d) b c
aba
ca
+= + , siendo a ≠ 0
e) a (b - c) = ab - ac
f) a + (-b + c) = a - b + c g) a - (b + c) = a - b + c h) ∀ a ∈ R, a . a-1 = 1 , donde a ≠ 0 i) ∀ a ∈ R, (a-1)-1 = a , donde a ≠ 0 j) el cociente entre un número a y su opuesto es igual a (-1), donde a ≠ 0 k) a (-b) = ab l) - (-a) = a
1.5 Números Complejos No es cierto en general, que la raíz cuadrada de un número real sea siempre un número real. Por ejemplo, hemos visto que no hay ningún número real cuyo cuadrado es -4. Es decir, no existe a ∈ R tal que a2 = -4.
El nombre de i a 1− surgió en 1777, y se debe al matemático Euler.
Hasta entonces se trabajaba con
expresiones tales como 4− , manipulándolas del mismo modo
que a los números reales.
La unidad imaginaria i cumple la propiedad: i2 = -1, también se suele escribir 1− en lugar de i.
A los números de la forma a + b i donde a y b son reales se les llama números complejos. Al conjunto formado por dichos números se lo denota C.
Re(2 – 3i) = 2
Im(2 – 3i) = -3
En un número complejo a + b i, con a, b ∈∈ R, a se llama parte real y se la denota con a = Re(a + b i), y b se llama parte imaginaria y se la denota con b = Im(a + b i).
Curso de Apoyo en Matemática
Página 22
No es cierto que la parte imaginaria de 2 + 4i sea 4i,
sino que Im(2 + 4i) = 4.
Observemos que...
para el número complejo a + b i,
w si a = 0, el número complejo solo tiene parte imaginaria, es decir, es imaginario puro.
w si b = 0, el número complejo sólo tiene parte real. Por tanto, el conjunto R de los números reales esta incluido en el conjunto C de los números complejos.
w la parte imaginaria está conformada solamente por b.
Ejemplos: Los siguientes son complejos conjugados:
a) 3 + 2 i y 3 - 2 i
b) - 5 + 3 i y - 5 - 3 I
A dos números complejos se les llama conjugados si tienen la misma parte real y opuestas sus partes imaginarias.
Observemos que...
en el conjunto de los números complejos tienen sentido ahora, las propiedades de las raíces, sin tener en cuenta el signo del
radicando.
Ejemplos:
a) 4 - = (-1) . 4 = 4 1 - = 2 i
b) ( ) ( ) 933 424
=−=−
c) ( ) ( ) ( ) 919333 4444=⋅=⋅=⋅=− ii
Los números complejos permitirán resolver ecuaciones como las siguientes, que serán tratadas más adelante:
x2 + 1 = 0
x2 + 4 = 0
x2 - 6 x + 13 = 0
x2 + 5 x + 11 = 0
Números
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23
Representación de 5 + 3 i
El número complejo a + b i
se representa en el plano mediante el punto P de coordenadas (a , b) . El eje de las abscisas se llama eje real, y el de las ordenadas, eje imaginario. De esta forma, a cada número complejo le corresponde un punto del plano y a cada punto del plano le corresponde un número complejo.
Representación de 5 + 3 i y su conjugado 5 – 3 i
Si unimos el origen con el punto P obtenemos un segmento
orientado que llamamos vector y representamos por →OP . Así
pues, a cada número complejo le hacemos corresponder un vector.
1.5.1 Operaciones en C
Suma y RestaSuma y Resta La suma y resta de números complejos se realiza sumando
o restando partes reales entre sí y partes imaginarias entre sí respectivamente.
Ejemplos:
Ahora resolveremos algunas operaciones:
Re(2+3i) = 2 Re(8 – 5i) = 8
Re((2 + 3 i) + (8 - 5i)) = 10 Im(2 + 3i) = 3 Im(8 – 5i) = -5
Im((2 + 3 i) + (8 – 5i)) = -2
a) (2 + 3 i) + (8 - 5i)
(2 + 3 i) + (8 - 5i) = (2 + 8) + (3 + (- 5)) i
= 10 - 2 i
b) (2 + 3 i) - (8 - 5i)
(2 + 3 i) - (8 - 5i) = (2 - 8) + (3 - (- 5)) i = - 6 + 8 i
y
32
1
0 1 2 3 4 5
5 + 3 i
x
y
x0 a
b
P(a, b)
y
x
3
2 1
0 -1 -2
-3
1 2 3 4 5
5 + 3 i
5 - 3 i
Curso de Apoyo en Matemática
Página 24
ProductoProducto
El producto de dos números complejos se realiza aplicando la propiedad distributiva del producto respecto de la suma y recordando que i2 = -1.
Divis iónDivis ión
La división de dos números complejos se realiza multiplicando dividendo y divisor por el complejo conjugado del divisor.
Ejemplo:
Resolveremos: i
i 3
30 20++
Multiplico dividendo y divisor por el complejo conjugado del
denominador.
El complejo conjugado de 3 + i es 3 – i.
ii
3 30 20
++
= ) - (3 . ) (3
) - (3 . ) 30 (20ii
ii+
+ =
2
2
- 9
30 - 20 - 90 60
i
iii+
= 10
70 90 i+ = 9 + 7 i
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 58) Resolver las siguientes operaciones expresando los resultados en forma binómica:
a) ( ) ( ) ( )27523
21 −−−+
++− iii
b) ( )ii 4521
32
+−⋅
+
c) ii
−+
243
d) 4912516 +−−+−
e) ( ) ( ) ( )iii 31231 +⋅−++−
f) i
i
−
−
2
41
g) ( )( )
iii
ii −+−
−+
+3
211
31
59) Calcular Recordemos que...
(a + b)2 = a2 + 2ab + b2 Cuadrado de un binomio (a - b)2 = a2 - 2ab + b2
(a + b)3 = a3 + 3a2 b + 3a b2+ b3 Cubo de un binomio (a - b)3 = a3 - 3a2 b + 3a b2 - b3
a) ( ) ( ) ( ){ }223 2 - 35 - 42 -3 - 1 2 iiRe ++
b) ( ) ( )
+
iii
Im2 - 32 - - 1
Números
Página
25
60) Sabemos que i2 = -1. Por lo tanto i3 = i2.i = -i, y también se tiene que i4 = (i2)2 = (-1)2 = 1. Teniendo esto en cuenta, calcular
i5, i6 , i7 , i8 , i26 , i32, i45 .
61) Comprobar que 3 + 2i, y -3 - 2i son las raíces cuadradas de 5 + 12i. 62) Representar en un mismo gráfico los números complejos z1 = 2 + 3i y z2 = 5 – 2i. Calcular z1 + z2 y graficar . Observar la relación geométrica entre z1, z2 y z1 + z2. 63) Dado el número complejo z = a + bi. Hallar las expresiones de zz + y zz. . 64) Calcular
a) Re
+−+
−+ 2)2(
2543
iii
b) Re {(–2i)4 – (–1 – 6i)3}
c) Im
+−
−2)24(
8
i
i d) Im ( )
−3
38727
ii
Curso de Apoyo en Matemática
Página 26
2. ECUACIONES LINEALES O DE PRIMER GRADO
El objetivo de esta unidad es repasar las ecuaciones lineales o de primer grado y resolver ecuaciones lineales por medio de propiedades vistas en la Unidad Nº 1. También resolveremos problemas donde se plantean ecuaciones lineales con una incógnita. Para ello veremos ejemplos de ecuaciones, cómo resolverlas y cómo traducirlas al lenguaje simbólico. En próximas unidades analizaremos cómo resolver ecuaciones de mayor grado. Comenzamos con la siguiente situación: En un espectáculo el mago realiza el siguiente truco _ Piensa un número... _ Súmale 15 al número pensado... _ Multiplica por 3 el resultado... _ Al resultado réstale 9 ... _ Divide por 3... _ Resta 8... _ Dime cuál es el resultado obtenido y te diré que número pensaste. El espectador dice: _ 32 Instantáneamente el mago afirma con solvencia: _ El número que pensaste fue el 28. ¿Cómo lo hizo? Trataremos a lo largo de esta unidad de resolver situaciones problemáticas como la anterior por medio de ecuaciones lineales con una incógnita.
Ecuaciones Lineales o de Primer Grado
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27
Analicemos las siguientes igualdades:
3 + 4 + 2 = 7 + 2 3 + 2 = 5
Estas son igualdades numéricas,
( x + y ) 2 = x2 + 2xy + y2
a2 – 1 = 0
mientras que éstas son igualdades algebraicas o literales
En el siguiente cuadro podemos ver una clasificación de las igualdades algebraicas teniendo en cuenta si se verifica para algunos ó todos los números reales. A continuación nos dedicaremos a estudiar las ecuaciones lineales.
Identidad Ecuación
Igualdad algebraica
Se verifica para cualquier valor dado a sus letras.
Se verifica para algunos valores dados a sus letras.
Ejemplo
a.( m – n2 ) = am – an2
Ejemplo
2y – 3 = x + 5
Las letras que aparecen en la ecuación se llaman
incógnitas.
Curso de Apoyo en Matemática
Página 28
En el caso de las igualdades algebraicas, éstas se verifican siempre
pues por ejemplo a.( m – n2 ) = am – an2
es la propiedad distributiva. Cualquier valor de a, m y n es solución.
Por ejemplo para a = 2, m = 3, n = -1 tenemos
2(3 – (-1)2 ) = 2.3 - 2.(-1)2
4 = 4. En el ejemplo 2y – 3 = x + 5, los
valores y = 3, x = -2 son soluciones, pues
2.3 -3 = -2 + 5
mientras que y = 3, x = 4 no es solución pues
2.3 – 3 = 3 ≠ 4 + 5 = 9.
Las soluciones de una ecuación son los valores que al sustituirlos en las incógnitas hacen cierta la igualdad.
Ecuación l inealEcuación l ineal
Se denominan ecuaciones lineales o de primer grado a las igualdades algebraicas con incógnitas de exponente 1.
Ejemplos.
Las primeras cuatro ecuaciones son ejemplos de ecuaciones lineales o de primer grado. Las ecuaciones 1, 2 y 3 tienen una incógnita y la ecuación x + y = 4 tiene dos incógnitas.
1. 2x + 3 = 5 2. 3x – x = 2x 3. x + 5 = 5 4. x + y = 24
Para pensar….
Estas no son ecuaciones lineales. ¿Por qué?
1. t2 – 3t + 1 = 0 2. x . y = 24 3. cos x = 1
4. 16 = 2x
Ecuaciones Lineales o de Primer Grado
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29
Ejemplos: Resolvamos las siguientes ecuaciones
a) 2 x + 3 = 5
Aplicando propiedades
Se puede resolver ¨despejando¨.
2x +3 + (-3) = 5 2x = 5 - 3
2x = 2 2x = 2
2212
21 =x
235−=x
x = 1 x = 1
Verificación: 2x + 3 = 5
2 . 1 + 3 = 5 2 + 3 = 5 5 = 5
Una vez resuelta la ecuación es conveniente verificar que el valor obtenido es la solución de la ecuación. Para ello, debemos sustituir el valor hallado en la ecuación.
La ecuación 2x + 3 = 5 tiene solución única x = 1.
b) x + y = 24
Es una ecuación que tiene infinitas soluciones, pues se verifica para infinitas parejas de números. Por ejemplo:
1 + 23 = 24 x = 1, y = 23
-5 + 29 = 24 x = -5 , y = 29
24 + 0 = 24 x = 24 , y = 0
x = 21
, y = 247
c) 3x – x = 2x
Para pensar....
En este ejemplo observamos que hemos obtenido
0.x = 0 ¿Cuántas soluciones tiene esta
igualdad?
3x – x = 2x
2x = 2x 2x – 2x = 0
0.x = 0
24248
247
21
==+
Curso de Apoyo en Matemática
Página 30
d) x + 5 = x
Para pensar.....
En este ejemplo obtenemos 5 = 0.x
¿Cuál es el número de soluciones de esta igualdad?
x + 5 = x 5 = x – x 5 = 0.x 5 = 0
e) 3
935
1 −=
+ xx
La solución es x = 4
que pertenece al conjunto de los números reales;
por lo tanto esta ecuación tiene solución en R.
Atención No olvides nunca verificar.
393
51 −
=+ xx
3(x + 1) = 5(3x - 9) 3x + 3= 15x – 45 3 + 45 = 15x – 3x
48 = 12x x = 4
f) 4x
+ 6x
+ 18x
= 578
Recuerda que...
para sumar o restar fracciones de distinto denominador, primero debes
hallar un múltiplo común entre los denominadores.
Así, 36 es el mínimo común múltiplo entre 4, 6 y 18.
4x
+ 6x
+ 18x
= 578
57836
269=
++ xxx
17x = 20.808
x = 1.224 Ahora trataremos de resolver problemas utilizando ecuaciones lineales. Para ello podemos tener en cuenta los siguientes pasos:
Pasos a tener en cuentaPasos a tener en cuenta
• lectura comprensiva del enunciado; • traducción al lenguaje simbólico; • expresión de la ecuación correspondiente; • resolución de la ecuación; • verificación del resultado obtenido.
Ahora veremos cómo resolver un problema paso a paso. Volvemos al problema del mago del inicio de esta unidad.
Ecuaciones Lineales o de Primer Grado
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En un espectáculo el mago realiza el siguiente truco. _ Piensa un número... _ Súmale 15 al número pensado... _ Multiplica por 3 el resultado... _ Al resultado réstale 9 ... _ Divide por 3... _ Resta 8... _ Dime cuál es el resultado obtenido y te diré que número pensaste. El espectador dice: _ 32 Instantáneamente el mago afirma con solvencia: _ El número que pensaste fue el 28. ¿Cómo lo hizo?
Piensa un número
→
x
Súmale 15
→→ x + 15
Multiplica por 3 el resultado
→→ 3(x + 15)
Al resultado réstale 9
→→ 3(x + 15) - 9
Divide por 3 →→ (3(x +15) - 9):3
Resta 8 →→ (3(x + 15) - 9):3 - 9
• traducción al lenguaje
simbólico
El espectador dice →→ 32
• expresión de la ecuación correspondiente
(3x + 45 - 9):3 - 8 = 32
• resolución de la ecuación (3x + 45 - 9):3 - 8 = 32 x + 4 = 32
x= 28
• verificación del resultado obtenido
(3.28 + 45 – 9):3 – 8 =32
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Ejemplo: De un depósito lleno de líquido se saca la cuarta parte del contenido; después la mitad del resto y quedan aún 1500 litros. Calculemos la capacidad del depósito.
capacidad del depósito
→→ x
un cuarto del contenido
→→ x
41
mitad del resto →→
− xx
41
21
• traducción al lenguaje simbólico
quedan aún →→ 1500 litros
• expresión de la ecuación
correspondiente
150043
21
41
+
+= xxx
• resolución de la ecuación x =
41
x + 83
x + 1500
x - 41
x - 83
x = 1500
8
3 - 2 - 8 xxx = 1500
83
x = 1500
x = 1500 : 83
x = 4000
• verificación del resultado obtenido x =
41
x + 83
x + 1500
4000 = 41
4000 + 83
4000 + 1500
4000 = 4000
Ecuaciones Lineales o de Primer Grado
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33
Veamos el siguiente cuadro que muestra algunos ejemplos clásicos de cómo pasar del lenguaje coloquial al lenguaje simbólico que pueden aparecer en algunos problemas que involucren ecuaciones lineales.
Lenguaje coloquial Lenguaje simbólico
La suma de un número y su consecutivo x + ( x + 1)
Un número par 2a
El siguiente de un número par 2x + 1
La suma de tres números consecutivos x+ ( x + 1 ) + ( x + 2)
La mitad de un número 2x
La tercera parte de la diferencia entre dos números 3
ba −
El perímetro de un rectángulo 2l + 2 b
En resumen, podemos concluir que una ecuación lineal o de primer grado puede tener :
La ecuación 2x + 8 = 9 tiene
solución única x = 21
• solución única
La ecuación x + 5 = 5, no tiene solución, pues es imposible que
sumando 5 a un número obtengamos ese mismo número.
• ninguna solución
La ecuación 3x – x = 2x tiene infinitas soluciones, pues es válida la identidad para cualquier valor de x.
• infinitas soluciones
Actividades de Aprendizaje 1) Expresar simbólicamente la ecuación correspondiente:
a) Un número más su quinta parte es 12. b) Un poste tiene bajo tierra 2/7 de su longitud y la parte emergente mide 8 metros. c) El perímetro de un cuadrado es de 12 m. d) En una biblioteca hay 23 libros distribuidos en dos estantes, en el de abajo hay 7 libros menos
que en el de arriba.
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2) Resolver las siguientes ecuaciones lineales en R:
a) x + 9 x = 90 b) - 2 x + 1 = 3
c) 2 (3 x - 2) - (x - 3) = 8 d) x -1 - 2
2 −x +
33 - x
= 0
e) 21 - 7 x = 41 x – 123 f) 61
(a + 8) = 4
2 - 3 a + 2 a -
1273
g) 20
11 - 3 m -
141 - 5 m
= 10
7 - m -
216 - 5 m
h) 15 2 t
- 20
5 - 3 t =
5t
- 3
i) 5 (20 - x) = 4 . (2 x - 1) k) 3
1 −z -
23 +z
= 5 z
3) Un número más su quinta parte es 12. Calcular dicho número. 4) La suma de dos números consecutivos es 21. ¿Cuáles son dichos números?. 5) Un número es igual al doble de su consecutivo. ¿Cuál es dicho número?. 6) La suma de tres múltiplos de 3 consecutivos es 63. Calcular dichos números. 7) El perímetro de un rectángulo es 216m. Si el doble del ancho excede en 7 m a los tres cuartos del largo. ¿Cuáles son las dimensiones del rectángulo?. 8) El perímetro de un triángulo isósceles es 180 cm. Cada uno de los lados iguales es 30 cm mayor que la base. ¿Cuál es la longitud de cada lado?. 9) Un niño tiene el triple de la edad que tenía hace 8 años. ¿Qué edad tiene ahora?. 10) Un padre tiene 42 años y su hijo 10 años. ¿Dentro de cuántos años la edad del padre será el triple de la edad del hijo?. 11) De una cierta clase de vino que contiene 12% de alcohol, se han obtenido por destilación 67,68 litros de alcohol. ¿Cuál fue la cantidad de vino empleado?. 12) El jueves, Leticia invirtió el 40% de sus ahorros en ropa. El viernes, gastó las dos terceras partes del dinero que le quedaba en un libro para su hermano, y aún tiene $120. b) ¿Cuánto dinero tenía ahorrado Leticia?. c) ¿Es cierto que gastó lo mismo en ropa que en el libro para su hermano?. 13) Un hombre repartió su herencia del siguiente modo: a su hijo mayor le dejó la mitad, al segundo la tercera parte del resto, al tercero la sexta parte del resto y al cuarto $1.000.000. ¿Cuál era el valor de la herencia?.
Ecuaciones Lineales o de Primer Grado
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35
14) Un comerciante hace un testamento de la siguiente forma: dos tercios a su único hijo; un quinto, a una familia muy amiga, y los 49000 restantes, a una institución de beneficencia. ¿A cuánto asciende el total de la herencia?. 15) En una reunión hay el doble número de mujeres que de hombres y el triple número de niños que de hombres y mujeres juntos. Hallar el número de hombres, mujeres y niños que hay en la reunión si el total es de 156 personas. 16) Durante su primera hora de trabajo, el dueño de un puesto de revistas vendió la cuarta parte de los diarios que tenía y, durante la segunda hora, vendió la sexta parte de los que le quedaban. Contó los ejemplares y notó que aún había 25. ¿Cuántos diarios tenía al principio?. 17) Ana, Vivi y Carla comparten un departamento y las tres aportaron su último sueldo a un fondo común, que fue de $3600. Ana gana las dos terceras partes del sueldo de Vivi, y Carla gana la mitad del sueldo de Ana. ¿Cuál fue el último sueldo de cada una?. ¿Es cierto que Vivi cobró tanto como Ana y Carla juntas?. 18) Una compañía de aviación divide a los pasajeros en tres categorías. En uno de sus aviones, la cantidad de asientos de primera clase es la octava parte del total; la categoría ejecutiva tiene una vez y media la cantidad de asientos que primera clase, y hay 165 asientos de clase turista. ¿ Cuántos asientos tiene ese avión ?
Curso de Apoyo en Matemática
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36
3. RECTA REAL
Es muy común manejarse en la vida cotidiana con números que oscilan en ciertos rangos. Muchos de los fenómenos que se producen en la naturaleza no tienen soluciones exactas, y para resolverlos debemos contentarnos, por ejemplo, con acotarlos entre dos valores determinados. En esta unidad precisamente aprenderemos a manejarnos con este tipo de situaciones. Para ello, en principio, daremos la noción de intervalo, y finalizaremos entrenándonos en la resolución de inecuaciones. 3.1 Intervalos reales
La Ballena Franca, visita cada año las costas de la Península de Valdés, se aparea y pasea sus ballenatos. Esto constituye un gran atractivo turístico en nuestra provincia.
El peso de la Ballena Franca oscila entre 30 a 35 toneladas. Un macho adulto mide unos 12 metros, en tanto que una hembra mide unos 13,5 metros. Desde la playa El Doradillo considerada área natural de reproducción, se puede disfrutar plenamente de un avistaje costero. La temporada de Ballenas se extiende de Junio a Diciembre.
La máxima concentración de ballenas se produce entre Octubre y Noviembre, época en que pueden contabilizarse entre 350 a 400 individuos. Esto convierte a las aguas vecinas de la Península Valdés en el área de cría más importante del Hemisferio Sur.
Aunque no lo creas, mucha de la información aquí indicada puede expresarse
matemáticamente, como veremos a continuación.
Recta Real
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37
Frecuentemente trabajaremos con subconjuntos de números
reales, expresados de acuerdo con alguna relación de orden. Así, por ejemplo, hablaremos de
En símbolos,
43421321
5 que menoresy 2 que mayoresreales números
}52/{ <<∈ xx R
“los números reales mayores que 2 y menores que 5”
o de En símbolos,
321321
3/2 que iguales o menores
reales números
}23
/{ ≤∈ xx R “los números reales menores o iguales que
23
”
Otras veces deberemos simbolizar expresiones tales como:
En símbolos, 350 < x < 400
“la cantidad x de ballenas que puede contabilizarse entre Octubre y Noviembre se halla entre 350 y 400”
Estos subconjuntos de R se definen mediante intervalos.
Intervalo abiertoIntervalo abierto (a , b)
Si a , b ∈∈ R y a < b, se define (a , b) = {x ∈∈ R / a < x < b}.
Gráficamente:
Intervalo cerradoIntervalo cerrado [a , b]
Si a , b ∈∈ R y a ≤≤ b, se define [a , b] = {x ∈∈ R / a ≤≤ x ≤≤ b}.
Si a coincide con b , el intervalo cerrado es un único punto.
Gráficamente:
a bó
a b
a bó
a b
Curso de Apoyo en Matemática
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38
Intervalos Intervalos
semiabiertossemiabiertos
o semicerradoso semicerrados
Si a , b ∈∈ R y a < b se define:
(a , b] = {x ∈∈ R / a < x ≤≤ b }
[a , b) = {x ∈∈ R / a ≤≤ x < b }
Gráficamente:
(a , b] se representa como
[a , b) se representa como
En todos los casos, los números a y b se llaman extremo inferior y extremo superior del intervalo, respectivamente.
Ejemplo:
Atención Los símbolos - ∞ y + ∞
deben ser considerados con especial cuidado, recordando que se usan solamente por conveniencia de
notación y nunca como números reales.
Estas definiciones se pueden generalizar, considerando a la recta y a la semirrecta como intervalos, con sólo introducir los símbolos - ∞ y + ∞.
Así, tenemos en símbolos gráficamente
[ c , + ∞ ) = {x ∈ R / x ≥ c } →
( c , + ∞ ) = {x ∈ R / x > c } →
(- ∞ , d ] = {x ∈ R / x ≤ d } →
(- ∞ , d ) = {x ∈ R / x < d } →
(- ∞ , + ∞) = R →
a b
a b
Extremo inferior Extremo superior
a b
c
c
d
d
0
Recta Real
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39
Ejemplos:
[ - 2 , 2 ] = {x ∈ R / - 2 ≤ x ≤ 2 }
→→
( - ∞ , - 1) = {x ∈ R / x < -1 } →→
( - 2 , e) →→
34
, 31 - →→
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 1) Dados los siguientes subconjuntos de R:
a) A = { x / x ∈ N ∧ - 2 < x < 3 } b) B = { x / x ∈ Z ∧ - 2 < x < 3 }
c) C = { x / x ∈ Q ∧ - 2 < x < 3 } d) D = { x / x ∈ R ∧ - 2 < x < 3 }
Recuerda observar a qué conjunto numérico pertenecen los elementos.
Por ejemplo, en el conjunto B los elementos son números
“enteros” x tales que - 2 < x < 3.
i) Analizar los elementos que pertenecen a cada conjunto. ¿Es posible determinar la cantidad de elementos?.
ii) Representar en la recta real, de ser posible, cada conjunto.
2)
En caso de que existan infinitos números, el modo de indicarlos es mediante la notación de intervalos.
a) ¿Cuáles son los números naturales comprendidos entre -2 y 3 ?.
b) ¿Cuáles son los números enteros comprendidos entre -2 y 3 ?.
c) ¿Cuáles son los números racionales comprendidos entre -2 y 3 ?.
d) ¿Cuáles son los números reales comprendidos entre -2 y 3 ?.
3) Expresar mediante intervalos cada uno de los siguientes subconjuntos de R: el conjunto de los números reales x que satisfacen:
a) x es mayor que 2 y menor que 6. b) x es mayor o igual que -1.
Curso de Apoyo en Matemática
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40
c) x es menor que 32
.
d) x supera al menor número entero positivo. e) x es menor que el mayor número par negativo. f) x está comprendido entre los dos múltiplos positivos de 4 de un solo dígito. 4) Representar sobre la recta real los siguientes intervalos:
a) [2 , 5] b) {x/x ∈ R ∧ -3 < x < 34
}
c)
∞
21
; - d) {x/x ∈ R ∧ -1 ≤ x < 2,75 }
5) Determinar: Recuerda que...
El símbolo ∪ representa la unión de conjuntos.
El símbolo ∩ representa la intersección de
conjuntos.
a) [-
41
, 2) ∪ [1 , + ∞) b) (-3 , -1) ∪ [25
, 3)
c) (-3 , -1) ∩ [25
, 3) d) [0 , 5 ) ∩ [23
, 27 ]
6) Hallar los valores de x que satisfacen las siguientes condiciones y representar los subconjuntos de R correspondientes.
a) 0 < x ≤ 2 ∧ x ∈ [1 , 3) b) x > -1 ∧ x ∈ (2 , 5)
c) x ∈ [-4 , +∞) ∧ x < -2 d) x ∈ (-2 , 2) ∧ x ∈ [1 , +∞)
e) x ∈ (- ∞ , 3) ∧ x ∈ (-3 , +∞) f) -3 ≤ x < 1 ∧ x ∉ [0 , 2) 7) Dados los intervalos A = [-2 , 1) ; B = [-1 , + ∞) ; C = [-3 , 2,5) determinar:
a) (A ∩ B) ∩ C b) (A ∩ B) ∪ C 8) Sean A = [-2 , 6] ; B = (1 , 5] ; C = (-1, 3) calcula:
a) (A ∪ B) ∩ C b) (A ∩ B) ∪ C 9) Expresar en forma de intervalos la información dada en la introducción acerca de las Ballenas Francas.
Recta Real
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41
3.2. Valor absoluto o módulo de un número real
Módulo Módulo o o
Valor AbsolutoValor Absoluto
Dado un número a ∈∈ R, llamaremos módulo ó valor absoluto de a , al mismo número a si este es positivo o cero, y -a si a es negativo, es decir:
a =
<−≥
00
asiaasia
Ejemplo:
3 = 3
-3 = - (-3) = 3
0 = 0
El módulo de un número real es siempre mayor ó igual a cero.
Si representamos los números reales mediante puntos en una recta, el valor absoluto de a se interpreta como la distancia que hay entre a y el origen 0.
Si a = 3 puede ser a = 3
ó bien a = -3 .
Si b ∈ R y b > 0,
la desigualdad x ≤ b
también se expresa como
x ≤ b ∧ x ≥ - b.
El símbolo ∧ se lee “y”.
Si b ∈∈ R y b > 0 entonces la desigualdad x ≤≤ b
es equivalente a la doble desigualdad
- b ≤≤ x ≤≤ b.
Como x mide la distancia de x al 0, que x sea menor ó igual que b significa que la distancia de x a cero no debe ser mayor que b.
-3 –2 –1 0 1 2 3
|-3| = 3 |3| = 3
|2| = 2
0 b -b
Curso de Apoyo en Matemática
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Ejemplo: Recordemos que...
x ∈ R y x ≤ 2 es equivalente a
x ≤ 2 ∧ x ≥ - 2 . Si representamos cada una de estas
desigualdades, la intersección de ambos conjuntos es precisamente el
intervalo [- 2 , 2 ].
x ≤ 2 es equivalente a - 2 ≤ x ≤ 2 . Por lo tanto, x ≤ 2 significa que x ∈ [- 2 , 2 ] . Si representamos en la recta numérica obtenemos:
En general, - b ≤ x ≤ b es equivalente a
x ≥ - b ∧ x ≤ b
y representa la intersección
[- b , + ∞) ∩ (- ∞ , b] = [- b , b ]
Análogamente, x < b es equivalente a
- b < x < b
(o también x < b ∧ x > - b ).
La distancia de x al cero
debe ser mayor que 2 .
Una forma de encontrar los números reales x que verifican
x > 2 ,
es descartar de la recta real aquellos que verifican x ≤ 2 . Así, se obtiene x > 2 o x < - 2 . Gráficamente,
Por la definición de intervalos,
x ∈ R y x > b
significa que
x ∈ (- ∞ , -b) ó x ∈ (b , + ∞) , es decir,
x > b equivale a
x ∈ (- ∞ , -b) ∪ (b , + ∞) .
En general, si b ∈ R y b > 0 ,
x > b es equivalente a decir que x > b o x < -b .
Es decir, la distancia del x al cero debe ser mayor que b. Gráficamente,
0-2 2 - 2 2
2 0- 2 2
[ 2,2− ]
0 b -b
[-b, b]
0 b -b
(-b, b)
0-2 2 - 2 2
0 b-b
Recta Real
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x ∈ R y x ≥ b
significa que
x ∈ (- ∞ , -b] ∪ [b , + ∞)
Análogamente,
x ≥ b es equivalente a decir x ≥ b ó x ≤ - b.
Gráficamente,
Ejemplo:
x - a < b significa que x está a menos de b
unidades respecto de a; mientras que
x - a > b significa que x está a más de b
unidades de a.
En el caso general
x - a
mide la distancia entre x y a .
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 10) Resolver y representar gráficamente. Expresar la solución, de ser posible, en forma de intervalos.
Ejemplo: x + 9 = 5
Solución: x + 9 = 5 → x + 9 = 5 ó x + 9 = -5 → x = 5 – 9 ó x = -5 – 9 → x = - 4 ó x = - 14
La solución en este caso es entonces S = {-4, -14}.
Gráficamente:
a) x = 23
b) x - 5 = 2
c) x ≥ 3 d) x ≤ 5
11) Expresar las afirmaciones siguientes, si es posible, como intervalos: a. x está a menos de 5 unidades de 3 b. y está a lo sumo 4 unidades de 7 c. t está a una distancia de 3 unidades de 5 d. x está al menos a 4 unidades de - 5 e. x es menor que 4 y mayor que - 4
0 b -b
-14 - 4 0
Curso de Apoyo en Matemática
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44
3.3. Inecuaciones lineales Las ecuaciones se caracterizan por presentar el signo de igualdad, mientras que en las desigualdades aparecen precisamente algunos de los signos < , ≤ , > ó ≥ . De todas formas, tanto las ecuaciones como las inecuaciones pueden ser de primer grado. Una inecuación es de primer grado cuando las incógnitas que aparecen en su expresión tienen exponente igual a 1.
Resolver una inecuación significa hallar los valores que deben tomar las incógnitas para que se cumpla la desigualdad.
Ejemplos: Resolveremos algunas inecuaciones.
a) 3 x – 2 < 1 Aplicando propiedades Despejando:
3 x – 2 < 1 3x – 2 < 1
3 x – 2 + 2 < 1 + 2 3 x < 1 + 2
3 x < 3 3 x < 3
31
3 x < 31
3
x < 3 : 3
x < 1 x < 1
Solución: S = ( - ∞ , 1).
Representación gráfica:
Ecuaciones Inecuaciones
Igualdades ( = ) Desigualdades ( < , ≤ ; > , ≥ )
De primer grado
3x – 2 = 1
42
1=
+x
x + y = 24
-2 x + 1 = x - 3
3x – 2 < 1
42
1>
+x
x + y ≥ 24
-2 x + 1 ≤ x - 3
0-2 2 -1 1 ...
Recta Real
Página
45
b) 42
1>
+x
Aplicando propiedades Despejando:
21+x
> 4 2
1+x > 4
21+x
. 2 > 4 . 2 x + 1 > 4 . 2
x + 1 > 8 x + 1 > 8
x + 1 + (- 1) > 8 + (- 1) x > 8 - 1
x > 7 x > 7
Solución: S = ( 7 , + ∞ )
Representación gráfica:
c) x + y ≥ 24 En este caso tenemos una inecuación lineal con dos incógnitas, que se verifica para infinitas parejas de números.
Verificación: Ejemplo:
0 + 24 ≥ 24 x = 0 ; y = 24
2 + 23 ≥ 24 x = 2 ; y = 23
-3 + 30 ≥ 24 x = -3 ; y = 30
21
+ 371
≥ 24
x = 21
; y = 371
1 + 100 ≥ 24 x = 1 ; y = 100
d) -2 x + 1 ≤ x – 3 Aplicando propiedades: Despejando:
-2 x + 1 ≤ x - 3 - 2 x + 1 ≤ x - 3
-2 x + 1 + (-x ) ≤ x - 3 + (- x ) - 2 x - x ≤ - 3 - 1
[-2 x + (-x ) ] + 1 ≤ [ x + (- x ) ] - 3
-3 x + [ 1 + (-1 ) ] ≤ - 3 + (-1 )
-3 x ≤ - 4
- 3 x ≤ - 4
- 31
. (-3) x ≥ - 31
.(-4) x ≥ - 4 : (- 3)
75 9 6 8 ... 11 10 ...
Curso de Apoyo en Matemática
Página
46
x ≥ 34
x ≥ 34
Solución: S = [ 34
, + ∞ )
Representación gráfica:
Las inecuaciones permiten resolver problemas.
Ejemplo: Una furgoneta pesa 875 kg. La diferencia entre el peso de la furgoneta vacía y el peso de la carga que lleve no debe ser inferior que 415 kg. Si hay que cargar cuatro cajones iguales, ¿cuánto puede pesar, como máximo, cada uno de ellos para poder llevarlos en esa furgoneta?
En primer lugar, traducimos el enunciado al lenguaje simbólico
Sea x el peso de cada cajón y planteamos la siguiente inecuación:
Peso de la furgoneta - peso de 4 cajones no es menor que 415 kg
875 - 4 . x ≥ 415
Debemos resolver entonces la inecuación
Pasos de resolución: 875 – 4x ≥ 415
Restamos 875 a ambos miembros de la desigualdad → - 4 . x ≥ 415 - 875
Hacemos el cálculo en el segundo miembro
→ - 4 . x ≥ - 460
Para despejar x , multiplicamos a ambos miembros por - ¼. Recordemos que cuando
multiplicamos por un número negativo, debemos cambiar el sentido
de la desigualdad
→ x ≤ ( )46041
−⋅
−
Hacemos el cálculo → x ≤ 115
Esto significa que el peso de cada cajón no podrá superar los 115 kg. Además, como se trata de un peso, x > 0. Entonces, la solución está formada por todos los números reales pertenecientes al intervalo (0 , 115]. Graficamos la solución en la recta real:
0-1 1
34
3 2
0 115
Recta Real
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47
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 12) Resolver las siguientes inecuaciones y representar el conjunto solución en la recta real:
a) 2 x - 3 < 4 - 2 x b) 5 + 3 x ≤ 4 - x
c) 4 - 2 t > t - 5 d) x + 8 ≤ 3 x + 1
e) 2 .
21
- x > 3 x f) 3
1
42 −
≤+ aa
g) 3 x - 12 ≤ 4
6 - 5 x h) 3 . ( 4 - x ) > 18 x + 5
i) 6
- 5 2
3
xxx>+ j)
61
- 3 5
4 - 4
xx
≥−
k) 2 - 214
4
8 -
325 +
>−− xxx
l) 0 2 - 7
1
2<+
++ x
xx
m) ( ) 0 47
21
-. 4 3 - 31
- 2 >
++
xx n) x - 2 > 0
13) Indicar si la siguiente resolución es V o F justificando la respuesta:
Ayuda
Recuerda lo que ocurre cuando multiplicamos ambos miembros de una desigualdad
por un número. ¿Es lo mismo hacerlo
por un número positivo que por un número negativo?
x3
< 2
x3
x < 2 x
3 < 2 x
21
3 < 21
2 x
23
< x
14) ¿Cuáles son los números cuyo triplo excede a su duplo en más de 20?. 15) ¿Cuál es el menor número entero múltiplo de 4, que satisface la siguiente inecuación:
x + 2 < 3 x + 1 ?.
16) Si el lado de un cuadrado es mayor o igual que 7. ¿Qué se puede decir de su perímetro p ?.
Curso de Apoyo en Matemática
Página
48
17) El perímetro de un cuadrado no supera el perímetro del rectángulo de la figura. ¿Qué se puede asegurar acerca de la superficie S del cuadrado ?.
18) Un padre y su hijo se llevan 22 años. Determinar en qué período de sus vidas, la edad del padre excede en más de 6 años al doble de la edad del hijo. 19) Un coche se desplaza por una carretera a una velocidad comprendida entre 100 Km/h y 150 Km/h. ¿Entre qué valores oscila la distancia del coche al punto de partida al cabo de 3 horas?. 20) Una fábrica paga a sus viajantes $10 por artículo vendido más una cantidad fija de $500.Otra fábrica de la competencia paga $15 por artículo y $300 fijas. ¿Cuántos artículos debe vender el viajante de la competencia para ganar más dinero que el primero?.
21) Sean A = {x/x ∈ R ∧ x + 1 < 4 } y B = (- ∞ , 23 ] ∪ [3 , + ∞) . Determinar A ∩ B
22) Determinar:
{x / x ∈ R ∧ 2 x - 4 > 0 } ∩ {x / x ∈ R ∧ 3 - x ≥ 0 }
23) Hallar y representar en la recta los números reales que verifican:
a) x - 4 > 2 b) x + 2 ≤ 3 c) 4 - x > 0
d) 0 < x + 3 < 1 e) 0 < x - 3 < 41
f) 12 - 4 x > 3
g) 4 x - 3 ≤ 5 h) - 3 x + 6 < 2 i) 1 + 2 x ≥ 21
j) 3 - x - 5 ≥ 0 k) - 2 x + 1 + 8 < 0
Función Lineal y Ecuación de la Recta
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49
4. FUNCION LINEAL Y ECUACIÓN DE LA RECTA
El concepto de función es el mejor objeto que los matemáticos han podido inventar para
expresar el cambio que se produce en las cosas al pasar el tiempo. En esta unidad comenzaremos por preparar el camino para las siguientes al analizar aspectos
básicos de las funciones tales como: identificar cuándo una relación entre dos conjuntos es una función, visualizar una función a través de distintos métodos, obtener información de esa representación y reconocer ciertos conjuntos asociados a las funciones tales como el dominio y la imagen.
Haremos hincapié en que una función puede representarse de diferentes modos: mediante una ecuación, con una gráfica, o con palabras.
Más adelante nos introduciremos en las funciones lineales, cuyas representaciones gráficas son las más simples: las rectas. Como caso particular observaremos las características propias de la función de proporcionalidad.
Finalmente, veremos cómo resolver problemas usando sistemas de dos ecuaciones lineales, tratando de no perder de vista el significado geométrico del problema. 4.1. Función
La construcción y lectura de gráficos son necesidades imprescindibles en el mundo actual. No es posible comprender un diario si no se tiene idea de cómo interpretar un gráfico.
Como primer acercamiento observemos el siguiente gráfico que contiene información simple de leer.
En las empresas ferroviarias se utilizan diagramas similares a estos para programar la
señalización a lo largo de la vía férrea.
En el eje vertical se han marcado los puntos O, A, B, C, D, y E que son estaciones
ferroviarias. En el eje horizontal se ha representado el tiempo medido en horas. Cada línea quebrada indica la posición del tren, cuyo número está marcado sobre la
misma, en función del tiempo. Observemos que algunos trenes no llegan a la última estación y algunos no paran en ciertas estaciones.
Curso de Apoyo en Matemática
Página 50
Veamos algunas preguntas que podemos hacer para interpretar el gráfico: 1) ¿A qué hora sale el tren nº 2? 2) ¿A qué hora llega a la estación E el tren nº 4? 3) ¿Cuánto tiempo transcurre entre la salida del tren nº 3 y el nº 4? 4) ¿Cuánto tarda el tren nº 1 en ir de la estación O a la estación B? 5) ¿Cuánto tiempo el tren nº 1 está detenido en la estación B? 6) ¿Cuánto tiempo transcurre en la estación D desde la partida del tren nº 1 hasta que pasa el tren
nº 6? 7) ¿Hasta donde llega el tren nº 3? 8) ¿A qué hora y en qué lugar se cruzan los trenes nº 1 y nº 2? 9) Si un pasajero llega a la estación O a las 12:30 hs. y quiere llegar a la estación E, ¿qué
opciones tiene? 10) Si un pasajero llega a la estación O a las 10 hs. y toma el tren nº 3, ¿cómo hace para llegar a
la estación E?. ¿A qué hora llega?. ¿Qué le hubiera convenido hacer para llegar antes? 11) ¿Es siempre la misma la velocidad del tren nº 2?. ¿Y la del tren nº 1?. ¿En qué lugar es
mayor?
Desde un punto de vista informal, una función es una regla que permite asignar a cada uno de los elementos “x” de un conjunto “A” un único elemento “y” de otro conjunto “B ”. A diario tenemos ejemplos de estas asignaciones: el médico dosifica un antibiótico en función del peso del bebé, nos cobran el pasaje en función de la distancia recorrida, la distancia recorrida es función de la velocidad alcanzada, etc.
FunciFunci ónón
Sean A y B dos subconjuntos de R. Cuando existe una relación entre las variables, x e y, donde x ∈∈ A e y ∈∈ B, en la que a cada valor de la variable independiente x le corresponde un único valor de la variable dependiente y, diremos que dicha relación es una función.
f : A → B
Diremos que y es la imagen de x por la función f . En símbolos:
y = f (x)
Una forma de representar una función es mediante una gráfica en un sistema de coordenadas cartesianas.
Eje de Abscisas Eje de Abscisas En el eje horizontal se representa a la variable
independiente y recibe el nombre de eje de abscisas o eje x.
A B f
x • • y = f(x)
Función Lineal y Ecuación de la Recta
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51
Eje de OrdenadasEje de Ordenadas En el eje vertical se ubica la variable dependiente y recibe
el nombre de eje de ordenadas o eje y.
Gráficamente
Al representar una función y = f (x) en un sistema de coordenadas cartesiano, sobre el eje de abscisas se ubica la variable independiente x, mientras que sobre el eje de ordenadas se ubica la variable dependiente y.
DominioDominio
Al conjunto formado por todos los valores que toma la variable independiente x lo denominamos dominio de la función y lo denotamos Dom f.
En el gráfico anterior podemos leer
Dom f = [ a , b ]
ImagenImagen
Al conjunto formado por todos los valores que toma la variable dependiente y tales que y = f (x) para algún x ∈∈ A, lo denominamos imagen de la función y lo denotamos Im f.
En el gráfico anterior podemos leer
Im f = [ c , d ]
Para una función f : A → B , se tiene que A = Dom f e Im f ⊆ B No todo lo que parece es una función. Es importante aprender a reconocer cuándo una relación entre dos conjuntos es o no una función. Analicemos los siguientes gráficos, que muestran relaciones desde un conjunto A hacia un conjunto B, donde A = [ 1 , 5 ] y B = [ 0 , 5 ]
Gráfico 1
El Gráfico 1 no representa una función pues hay elementos del dominio que tienen más de una imagen.
Ejemplo:
f (3) = 2 y f (3) = 4.
a b
c
d
y eje de ordenadas
eje de abscisas
x 42
3
2
1 3 5
1
4
5
y
Curso de Apoyo en Matemática
Página 52
Gráfico 2
El Gráfico 2 corresponde a una función puesto que todos los elementos de A tienen una única imagen en B. En este caso podemos observar que
Dom f = [ 1 , 5 ] e Im f = [ 0 , 4 ]
Gráfico 3
El Gráfico 3 no representa una función pues hay elementos del conjunto A que no tienen imagen. Por ejemplo, el punto (3,1) se ha marcado con un pequeño círculo vacío para indicar que f (3) � 1. Por otro lado, los elementos que pertenecen al intervalo (4,5] no poseen imagen.
Mayor dominio de Mayor dominio de def indef in ii c iónción
Cuando la función viene dada por una fórmula del tipo y = f (x), el mayor dominio de definición es el conjunto de los valores de x para los cuales se puede calcular f (x).
Para pensar...
Observemos que...
claramente es posible calcular 2 x para cualquier número real x.
Luego, Dom f = R
a) Si f (x) = 2x,
¿para qué valores de x es posible calcular 2x ?.
Observemos que...
como la división por 0 no está definida debe ser x - 1 ≠ 0 ,
o sea x ≠ 1. Luego, Dom f = R - {1}
b) Si 1
2)(
−=
xxf ,
¿es siempre posible calcular este cociente?.
y
42
3
2
1 3 5
1
4
5
x
42
3
2
1 3 5
1
4
5 y
x
Función Lineal y Ecuación de la Recta
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53
Ayuda Recuerda cuándo es posible calcular la raíz cuadrada de un número real.
c) Si 2)( += xxf , Dom f = [ -2 , +∞ ).
¿Por qué?
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 1) a) Indicar si los siguientes gráficos corresponden a funciones. Justificar.
b) Hallar el dominio y la imagen de los que corresponden a función. i) ii) iii)
iv) v) vi)
2) Dados los siguientes gráficos correspondientes a funciones, determinar los conjuntos dominio e imagen de cada una de ellas: i) ii) iii)
Curso de Apoyo en Matemática
Página 54
iv) v) vi)
3) Para las funciones representadas, estimar, a partir de su gráfico, los valores que se indican.
a) f (1) ; f (2) ; f (2,5) ; f (4) ; f(5). b) Los valores de x tales que f (x) = 0. c) g(- 1,5) ; g(- 0,5) ; g(0) ; g(0,5) ; g(4). d) Los valores de x tales que g(x) = 2. e) Los valores de x tales que g(x) = -2. 4) En los siguientes casos, ¿ y es una función de x ?, ¿ x es una función de y ?. Según sea la respuesta, indicar dominio e imagen:
a) x representa un número natural e y, el resto de dividir ese número natural por 4. b) x representa una persona e y, su número de teléfono. 5) Calcular el máximo dominio de las funciones dadas por:
a) f (x) = 3 x – 1 b) f (x) = 1 - 2 x c) f (x) = 2
2+xx
d) f (x) = x x e) f (x) = 5 2 +x f) f (x) = 1/ x
6) En cada caso, calcular, si es posible, f (0) , f (-0,8) , f (0,8) , f (-1) , f (1) , f (-4,25) , f (4,25) y decir cuál es el dominio de la función f :
a) f (x) = - 3 x + 2 b) f (x) = - 4 c) f (x) = x2 + 2 x - 5
d) f (x) = - x3 + x2 - 2 x + 4 e) f (x) = x5
f) f (x) = 4
3−x
Función Lineal y Ecuación de la Recta
Página
55
7) Para una experiencia de Biología, se midió el largo y el ancho de las hojas de una rama y se obtuvieron los datos que aparecen en la tabla. Tener en cuenta que el largo y el ancho de las hojas de una rama cualquiera siempre guardan el mismo tipo de relación.
Largo (cm) Ancho (cm) 6,5 5 6,2 4,8 5,6 4,1 5,1 3,9 4,5 3,5
a) Representar los datos de la tabla en un gráfico cartesiano. b) Dibujar una curva que los aproxime. 8) Los siguientes gráficos corresponden al producto bruto interno de cierto país; uno de ellos figura en un diario oficialista y, el otro, en uno opositor. a) ¿Los dos gráficos presentan la misma información? b) ¿Representan la misma función? c) ¿A qué diario corresponde cada gráfico? Justificar la elección.
i) ii)
9) Dos excursionistas proyectan realizar una caminata desde San Carlos de Bariloche (Río Negro) hasta un refugio en la montaña, que se encuentra a 18 km de la ciudad. Para orientarse, cuentan con un perfil del trayecto y un gráfico distancia - tiempo confeccionado por un grupo que realizó esa caminata el mes anterior. Responder las siguientes preguntas a partir de la información dada por dichas representaciones:
a) ¿Cuántos km recorrieron aproximadamente hasta llegar al primer descanso?. ¿A qué hora llegaron?. ¿Cuánto tiempo se detuvieron?.
b) ¿Cuántos km recorrieron desde ese lugar hasta alcanzar la primera cima y cuánto tiempo tardaron en subirla?.
c) ¿Cuántos km hicieron de bajada?. ¿Les llevó menos tiempo?. d) Comparar el trayecto desde la cima hasta la hondonada, marcado en el perfil, con la parte del
gráfico que lo representa. e) Al llegar a la hondonada, ¿cuántos km. les faltaba para llegar al refugio?. ¿A qué hora llegaron?.
¿Cuánto tiempo descansaron?.
Curso de Apoyo en Matemática
Página 56
4.2. Función lineal y ecuación de la recta
Observemos que... ü La longitud que un resorte se alarga es proporcional a la fuerza que se hace para
alargarlo, es decir, a doble fuerza, doble estiramiento. ü El dinero que se debe pagar por un crédito en un banco es proporcional a la cantidad de
dinero que el banco ha prestado, y también es proporcional al tiempo durante el cual lo ha prestado. ü Las dosis de muchas medicinas son proporcionales al peso del enfermo.
En la naturaleza y en la vida diaria hay gran cantidad de fenómenos que se comportan de esta misma manera. Esto explica el interés por el estudio matemático de la función de proporcionalidad, caso particular de la función lineal, y por su representación gráfica, la recta. 4.2.1. Función lineal
Función LinealFunción Lineal
Toda función de la forma
y = f (x) = m x + b con m ∈∈ R, b ∈∈ R,
recibe la denominación de función lineal.
Función Lineal y Ecuación de la Recta
Página
57
Son ejemplos de funciones lineales:
y = 2x
y = 0,5x + 2
y = x – 4
y = 2
En esta fórmula x representa la variable independiente e y la variable dependiente.
PendientePendiente Denominaremos pendiente a la constante m.
Ordenada al or igen Ordenada al or igen Denominaremos ordenada al origen a la constante b.
El dominio de la función lineal f es todo el conjunto R de los números reales.
Ayuda
Observa una recta paralela al eje y recordando la definición de función.
Para pensar….
El gráfico de una función lineal es siempre una recta que no puede ser paralela al eje y. ¿Por qué?
4.2.2. Pendiente de una recta Vamos a estudiar más detenidamente a la función lineal. Representemos en el plano de coordenadas cartesianas algunas funciones.
Ejemplos:
a) y = x - 4
Cuando la abscisa aumenta 1 unidad, la ordenada también aumenta 1 unidad.
y
1 2 3 4
-1
-2
-3
-4
x
Curso de Apoyo en Matemática
Página 58
Si la abscisa aumenta 2 unidades, la ordenada aumenta 2 unidades.
11
= 22
= 33
= 1 = m Observemos que...
los cocientes entre la variación de la ordenada y la variación de la abscisa son constantes e iguales al valor de la pendiente.
b) y = - 3 x +2
Cuando la abscisa aumenta 1 unidad, la ordenada disminuye 3 unidades.
Si la abscisa aumenta 2 unidades, la ordenada disminuye 6 unidades.
m=−=−=−=− 339
26
13
L Nuevamente observamos que los cocientes entre la variación
de la ordenada y la variación de la abscisa son constantes e iguales al valor de la pendiente.
1 2 3 4
-1
-2
-3
-4
x
y
1 2 3 4 - 1
- 2
- 3
- 4
x
y 2
1
y 2
1
- 1
- 2
- 3
- 4
1 2 3 4 x
Función Lineal y Ecuación de la Recta
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59
c) y = 2
Cuando la abscisa aumenta 1 unidad, la ordenada no aumenta ni disminuye. Lo mismo ocurre cuando la abscisa aumenta 2, 3, o más unidades.
30
20
10
== = 0 = m En este ejemplo resulta que los cocientes entre la variación de
la ordenada y la variación de la abscisa son constantes e iguales a 0, el valor de la pendiente m.
Atención Habrás observado que
la inclinación de cada recta está directamente relacionada con el
signo de su pendiente.
En el siguiente cuadro se clasifican las funciones lineales según el valor de la pendiente:
Resumiendo
ü La pendiente está determinada por el cociente entre la variación de y y la variación de x.
La función tangente, utilizada en la expresión: m = tg α, se estudiará junto con las demás funciones
trigonométricas, con más detalle en una próxima unidad.
ü La pendiente m mide la inclinación de la recta respecto del eje x. Podemos hallar entonces, a partir de la pendiente, el ángulo α que forma dicha recta con el eje x teniendo en cuenta que:
m = tg α.
1 2 3 -3 -2 -1 0 -1
x
y
1
2
3
y = m x + b
m < 0
Función decreciente
m = 0
Función constante
m > 0
Función creciente
y
x x
y y
x
Curso de Apoyo en Matemática
Página 60
Recordemos que...
el ángulo de inclinación α , se mide en sentido contrario a las agujas del reloj, a partir de la dirección positiva del eje x.
Retomando los ejemplos anteriores:
y = x – 4
a) y = x - 4 En este ejemplo
m = 11
= tg α
Entonces α = 45º
y = -3 x + 2
b) y = -3 x + 2
m = 1 3-
= tg α
entonces
α = 108º 26’ 5,82’’
c) y = 2
m = 20
= tg α
entonces α = 0º
y
1 2 3 4
-1
-2
-3
-4
x
α
α
α
2 3 4 - 1
- 2
- 3
- 4
x
y
2
1
α
α
1 2 3 -3 -2 -1 0 -1
x
y
1
2
3
Función Lineal y Ecuación de la Recta
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61
4.2.3. Función de proporcionalidad Recordemos que...
en la ecuación y = m x + b a la constante b se la denomina
ordenada al origen.
La ordenada al origen es el punto de intersección entre la recta y el eje y, es decir, es el valor de la ordenada para x = 0, o sea
la imagen de cero.
Función deFunción de proporc ionalproporc ional ii dad dad
directadirecta
Si la ordenada al origen es 0, resulta
y = mx.
Este caso particular se llama función de proporcionalidad directa y su gráfica es una recta que pasa por el origen.
Observemos en la función y = 2 x la relación entre los
valores de la variable x y los valores que se obtiene de la variable y.
Es decir, si se calcula...
el doble de 1, su imagen resulta el
doble de 2.
el triple de 1, su imagen resulta el triple de 2.
la mitad de 1, su imagen resulta la
mitad de 2. .....
m...xy
====== 2
211
24
12
En este caso los cocientes entre la variación de la ordenada y la
variación de la abscisa nos dan nuevamente el valor de la pendiente.
La pendiente de la función de proporcionalidad se
denomina constante de proporcionalidad.
x
1
2
3
y
2
4
6
×× 2 ×× 3
: 2
×× 2 ×× 3
: 2
Curso de Apoyo en Matemática
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4.2.4. Ecuación de la recta Veamos qué formas puede tomar la ecuación de una recta.
Ecuación de la Ecuación de la rectarecta
Para m , n ∈∈ R constantes, podemos interpretar una función lineal
y = mx + n como una ecuación lineal con dos incógnitas x e y que denominaremos ecuación de la recta.
Forma explíc itaForma explíc ita de la ecuación de la ecuación
de la rde la r ee ctacta
A la expresión y = mx + n ,
donde m, n ∈∈ R son constantes, la denominamos forma explícita de la ecuación de la recta.
Ejemplo:
38
32
+= xy
Forma impl íc itaForma impl íc ita de la ecuación de la ecuación
de lade la r r ee ctacta
Diremos que para a , b , c ∈∈ R constantes,
a x + b y + c = 0
es la forma implícita de la ecuación de la recta.
Ejemplo:
La misma recta del ejemplo anterior se puede escribir como
2 x - 3 y + 8 = 0.
x = 2 es la ecuación de la recta vertical
cuyo gráfico es:
Observemos que... si b = 0 y a ≠ 0,
la ecuación implícita de la recta se reduce a a x + c = 0,
que representa a la recta paralela al eje y ,
x = - ac
la cual, como vimos anteriormente no representa una función y = f (x) .
x 1 3
y
2x = 2
Función Lineal y Ecuación de la Recta
Página
63
Si tenemos como datos dos puntos (x0, y0), (x1, y1) pertenecientes a una recta, podemos construir la ecuación de la misma. Observemos que...
su pendiente es m = 0
0
xxyy
−−
= 01
01
xxyy
−−
.
Ecuación de la Ecuación de la recta que pasa recta que pasa por por dos puntosdos puntos
Así,
00
0101
xxyy
xxyy
−−
=−−
es la ecuación de la recta que pasa por los dos puntos (x0, y0), (x1, y1)
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 10) Dadas las siguientes expresiones, señalar con una cruz las ecuaciones asociadas a una función lineal de una variable:
a) ¨ 10 x + 8 y - 30 = 0 b) ¨ 2 x + 3 y - z = x + y
c) ¨ 4 (h + 3) - 5 t + 8 (t - h) = 4 d) ¨ x2 + y2 = 4
e) ¨ 2 t2 - 5 t = 0 f) ¨ yx1
- 1
= 1
11) Representar gráficamente las siguientes ecuaciones lineales:
a) y = - 4 x + 1 b) y = - 5 c) x + y = 0
d) 1
43
32
=+yx
e) 3 x - 2 y + 1 = 0 f) 132
=−
+yx
g) x = - 3
x0
y0
x x1
y
y1
Curso de Apoyo en Matemática
Página 64
12) Dar la expresión en forma explícita de las rectas graficadas a continuación, luego indicar en qué casos se trata de un función de proporcionalidad directa: a) b) c)
d) e) f)
g) h) i)
j) k) l)
13) Hallar el ángulo de inclinación de cada una de las siguientes rectas:
a) 3 x - y + 2 = 0 b) 12
- 2
=yx
c) 2 y - 3 = 0
Función Lineal y Ecuación de la Recta
Página
65
14) Hallar la ecuación de la recta que corta al eje x en el punto de abscisa 3 y forma con él un ángulo de 60º. 15) Hallar el valor de k en las siguientes ecuaciones a fin de que cada recta pase por el punto indicado:
a) 4x + 3y - k = 0 A ( 1 , -2 ) b) - k x + 2y
- 1 = 0 B ( 3 , 0 )
16) ¿Cuánto debe valer un número real k para que el punto (-1 , 2) se encuentre en la recta k x + 7 y - 7 = 0 ?. Graficar. 17) Escribir la ecuación de la recta que pasa por los puntos:
a) (-2 , -1) y (-4 , -3) b) (3 , 5) y (7 , -2) c) (6 , -1) y (-2 , 4) d) (1 , -5) y (10 , 11) 18) Hallar la ecuación de la recta cuya abscisa y ordenada al origen son respectivamente 5 y -1. Graficar. 19) Averiguar si los puntos (0 , 2) , (1 , -1) y (-1 , 5) están alineados. 20)
a) Hallar la ecuación de la recta que tiene pendiente 5 y pasa por el punto P (-1 , -2).
b) Hallar la ecuación de la recta que tiene pendiente 21
− y pasa por el punto P (-4 , 7).
c) Hallar la ecuación de la recta que tiene pendiente 41
y pasa por el punto P ( 31
, 53
).
21) Una recta que pasa por P(3 , -2) , forma un ángulo de 60º con el semieje positivo del eje x . Encontrar su ecuación y graficar. 22)
a) Indicar cuáles de las siguientes rectas cortan al eje de las ordenadas en el mismo punto que y = 3 x + 2 b) ¿Cuáles son paralelas a ella?.
i. y = 3x - 31
ii.
+=
41
8 xy
iii. y = 3 ( x + 2 ) iv. y = 7x + 2 v. y = 4 x + 2 vi. y = 3x + 4
Curso de Apoyo en Matemática
Página 66
23) Un kilogramo de papas cuesta $0,65. Escribir y representar la función que define el valor de las papas en función de los kilogramos comprados. 24) Cada una de las siguientes tablas corresponde a una función. Para cada una de ellas: a) Completar la tabla de tal forma que la función represente una función de proporcionalidad directa. b) Escribir una fórmula que relacione los elementos de la primera fila con los de la segunda. c) Representar los datos de la tabla en un sistema de coordenadas cartesianas.
Tiempo de marcha (en horas) 1 2 3 Espacio recorrido (en km.) 80 400 800 50
Capital invertido (en pesos) 1000 500 250 Interés percibido (en pesos) 100 12.5 75
Masa del aluminio (en gramos) 2,7 13,5 Volumen del aluminio (en cm3) 1 2 3
25) El estudio de cierta tabla permite establecer que:
f (3) = 7 f (8) = 16,2 f (11) = 26
¿Representa dicha tabla una función de proporcionalidad directa?. Justificar. 26) La siguiente tabla representa la relación existente entre el valor de los lados y el perímetro de tres cuadrados:
Lado (l) Perímetro (p) 1 4 2 8 3 12
Responder:
a) ¿Se trata de una función de proporcionalidad directa?.
b) ¿Cuánto vale la constante de proporcionalidad?. c) Expresar la función mediante una fórmula y representar gráficamente. 27) Para distintos trozos de un mismo material, el peso es directamente proporcional al volumen.
a) Completar los cuadros y las fórmulas para cada uno de los materiales indicados.
Función Lineal y Ecuación de la Recta
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67
Madera de pino: Corcho sintético: Granito:
Volumen (en dm3 ) 1 5 10 20 Volumen
(en dm3 ) 1 5 10 20 Volumen (en dm3 ) 5 10
Peso (en kg.)
9 Peso (en kg.)
Peso (en kg.)
60 30 3
P = ........ . V P = 0,2.V P = ....... . V b) Representar en un mismo gráfico las tres situaciones. c) Observar en la gráfica:
i. ¿Qué pesa más?; ¿3,5 decímetros cúbicos de madera o 3,5 decímetros cúbicos de granito?. ii. Si se tienen 7 kg. de corcho sintético y 7 kg. de madera, ¿cuál es el material que más volumen
tiene?. d) Si se dispone de un recipiente cuya capacidad es de 6 decímetros cúbicos, ¿4 kg. de qué material
(corcho - madera - granito) molido, puede guardar en dicho recipiente?.
En cada caso la constante de proporcionalidad representa la densidad del material (peso por unidad de volumen); gráficamente, la misma, es la pendiente de la recta. 28) Una empresa de transportes establece sus tarifas de este modo: $ 0,10 por km recorrido y $ 5 por paquete o maleta. ¿Cuánto costará trasladarse con una maleta a 100 km?. ¿Y a 200 km?. a) Completar la siguiente tabla considerando que se lleva una maleta:
Distancia (en km.) 100 150 200 250 300
Precio (en pesos)
b) Expresar por fórmula la función que relaciona número de km y precio del traslado. c) Analizar la misma situación pero trasladándose con dos maletas. d) Representar en un mismo gráfico las dos situaciones (viajar con una maleta - viajar con dos maletas). Interpretar. e) Proponer cómo viajar de tal forma que la función que relacione número de km. y precio del traslado sea de proporcionalidad. Incluir en la gráfica anterior su representación e indicar su fórmula. Otras empresas de la competencia tienen las siguientes tarifas :
Precio por km
Precio por maleta
Ecuación sin maletas
Ecuación con una maleta
Empresa A 0,15 2,5 y = 0,15 x y = 0,15 x + 2,5
Empresa B 0,06 7
Representar gráficamente; decidir qué empresa contratar para gastar lo menos posible.
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4.3. Sistemas de ecuaciones lineales En esta sección analizaremos los sistemas de dos ecuaciones lineales con dos incógnitas, y sus soluciones, en forma algebraica y geométrica. La ecuación tiene entre otras las siguientes soluciones:
x = 0 , y = 3
8
x = 1 , y = 3
10
x = -1 , y = 2 ............
Entonces los puntos de coordenadas
( );...2,1;3
10,1;
3
8,0 −
pertenecen a la recta dada.
Hemos visto en la unidad anterior, que una ecuación lineal con dos incógnitas tiene infinitas soluciones, pues esa ecuación se verifica para infinitas parejas de números.
Es decir, la resolución algebraica de
un sistema de dos ecuaciones lineales con dos incógnitas equivale
geométricamente a estudiar las posiciones relativas de las dos rectas
en el plano.
Un sistema de dos ecuaciones lineales con dos incógnitas es representado geométricamente por dos rectas. Resolverlo equivale a hallar los puntos del plano comunes a las dos rectas.
Ejemplos:
Gráficamente, vemos que las dos rectas se cortan en un único
punto P de coordenadas ( 1 , 2 )
-3 -2 -1 1 2 3 4
-4
-3
-2
-1
1
2
3
4
a)
=−−=−+
0238053
yxyx
Resolvemos aplicando el método de sustitución:
De la ecuación 3x + y – 5 = 0
se tiene que y = - 3 x + 5
sustituyendo y en la ecuación 8 x - 3 y - 2 = 0
se obtiene 8 x - 3 ( -3 x + 5 ) - 2 = 0
despejando x, resulta x = 1
Reemplazando el valor de x obtenido, en cualquiera de las ecuaciones del sistema, resulta
y = 2.
En este caso diremos que las rectas son secantes.
El sistema tiene una única solución x = 1 , y = 2
38
32
+= xy
3x + y – 5 = 0
8x – 3y – 2 = 0
Función Lineal y Ecuación de la Recta
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69
Observemos que...
en el sistema
=−−=−+
0238053
yxyx
no hay ninguna relación de proporcionalidad entre los coeficientes de los términos lineales.
Gráficamente, vemos que las rectas no tienen ningún punto
en común.
-2 2 4 6
-4
-3
-2
-1
1
2
3
4
b)
=−−=−−0720324
yxyx
Resolvemos aplicando el método de sustitución:
De la ecuación 2 x - y - 7 = 0
se tiene que
y = 2 x - 7; sustituyendo y en la ecuación
4x - 2 y - 3 = 0, se obtiene
4 x - 2 . ( 2 x - 7 ) - 3 = 0, resolviendo resulta
0 x = -11.
Observemos que...
no existe ningún número real x
que multiplicado por 0 de -11.
En este caso diremos que
las rectas son paralelas no coincidentes..
En consecuencia, el sistema no tiene solución, pues no existen valores reales de x e y que verifiquen simultáneamente ambas ecuaciones.
Observemos que...
en el sistema
=−−=−−0720324
yxyx
existe una relación de proporcionalidad entre los coeficientes de los términos lineales, pero que dicha relación no se conserva entre los términos independientes.
25
31
83
−−
≠−
≠
7
3
1
2
2
4
−
−≠
−
−=
4x – 2y – 3 = 0
2x – y – 7 = 0
Curso de Apoyo en Matemática
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-2 2 4 6
-4
-3
-2
-1
1
2
3
4
c)
=−−=−−072
01424yx
yx
Resolvemos aplicando el método de sustitución:
De la ecuación 2 x - y - 7 = 0
se tiene que y = 2 x - 7;
sustituyendo y en la ecuación 4 x - 2 y - 14 = 0,
se obtiene 4x - 2 . ( 2x - 7 ) - 14 = 0,
resolviendo resulta 0x = 0
Observemos que...
cualquier número real x multiplicado por 0 da 0. Es decir, existen infinitos valores de x e y
que verifican ambas ecuaciones.
La representación gráfica del sistema son dos rectas
paralelas coincidentes.
En el sistema las dos ecuaciones son proporcionales, pues la primera ecuación es el doble de la segunda, por lo que el sistema se reduce a un sola ecuación y, tiene por lo tanto infinitas soluciones.
Observemos que...
en el sistema
=−−=−−072
01424yx
yx
existe una relación de proporcionalidad entre los coeficientes de los términos lineales y los términos independientes.
Podemos conocer la posición de dos rectas r y s (cuyas ecuaciones están dadas en forma explícita o en forma implícita), sin necesidad de resolver el sistema que forman, teniendo en cuenta el siguiente cuadro:
Forma explícita Forma implícita r: y = mx + n
s: y = m’x + n’
r: ax + by + c = 0
s: a’x + b’y + c’ = 0
r y s secantes m ≠ m’
'' bb
aa
≠
r y s paralelas no coincidentes
m = m’ ; n ≠ n’ ''' c
cbb
aa
≠= , c ≠ 0 , c’ ≠ 0
r y s paralelas coincidentes
m = m’ ; n = n’ ''' c
cbb
aa
== , c ≠ 0 , c’ ≠ 0
714
12
24
−−
=−−
=
4x – 2y – 14 = 0 2x – y – 7 = 0
Función Lineal y Ecuación de la Recta
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71
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 29) La recta 3 x + n y - 7 = 0 pasa por el punto A(3 , 2) y es paralela a la recta m x + 2 y = 13. Calcular m y n. 30) Determinar el valor de a para que las rectas r y s sean paralelas, siendo r: x + 3 y = 6 y s: a x - y = 5. 31) La recta 2 x - a y = 7 pasa por el punto A(2 , 1) y es paralela a la recta b x - y + 2 = 0. Calcular a y b. 32) Hallar la ecuación de la recta que pasa por el punto P(-3 , 1) y es paralela a la recta determinada por los puntos P1(0 , -2) y P2(5 , 2). 33) La recta y + 2 = m (x + 3) pasa por el punto de intersección de las rectas 2 x + 3 y + 5 = 0 y 5 x - 2 y - 16 = 0 . Calcular m. 34) Hallar la ecuación de la recta de pendiente - 4 y que pasa por el punto de intersección de las
rectas: y = - 2 x + 8 e y = 23
x + 29
.
35) Expresar los sistemas de dos ecuaciones lineales que se pueden determinar con las siguientes gráficas, luego indicar la solución de los mismos. a) b)
36) Hallar los valores de a para que (4000 , 3000) sea la solución del sistema:
+==
50075,0
axyxy
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37) Dado el sistema
=+−−=−
042236
yqxypx
indicar los valores de p y q para que el sistema tenga:
a) única solución. b) ninguna solución. c) infinitas soluciones 38)
a) Agregar al sistema una ecuación para que la solución sea x = 2 ; y = -3
+−=
...................12xy
b) La ecuación agregada en el inciso anterior ¿es la única que cumple con la condición pedida?. Justificar.
39) Dadas las siguientes ecuaciones de rectas:
+==−baxy
yx 042 . Decir para qué valores de a y de b
las rectas tienen: b) un punto en común, b) ningún punto en común, c) todos sus puntos en común. 40) Un ciclista que circula por una senda rectilínea a una velocidad constante de 4 m/s, pasa, en un cierto momento, por un puesto de control. Otro ciclista que circula por la misma senda, pero en sentido contrario, a una velocidad constante de 3m/s, pasa por el mismo puesto 20 segundos después.
a) Hallar las ecuaciones de los movimientos de ambos ciclistas. b) Determinar el instante en que se encuentran y a qué distancia del puesto lo hacen. c) Verificar gráficamente los resultados obtenidos. 41) Una empresa tiene un ingreso mensual de $30 por unidad vendida de cierto producto. Por otra parte, el costo fijo mensual es de $4800 y el costo variable de $22 por unidad. ¿Cuántas unidades es necesario vender por mes para que el ingreso sea igual al costo total, y cuál es ese valor?. 42) Hace cinco años, la población de una pequeña comunidad indígena era de 500 personas. Como consecuencia de su integración con otras comunidades, la población ascendió a 4000 personas. Suponiendo que la población crece en forma lineal:
a) expresar mediante una fórmula la cantidad de habitantes en función del tiempo; b) indicar aproximadamente cuándo llegará la población a 10000 habitantes; c) realizar un gráfico cartesiano de la situación.
Función Lineal y Ecuación de la Recta
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73
4.4. Rectas perpendiculares Existe una relación importante que permite hallar la pendiente m’ de una recta conociendo la pendiente m de otra recta perpendicular a ella.
-2 2 4
-4
-3
-2
-1
1
2
3
4
Ejemplo:
En la gráfica se observa que las rectas
y = 3 x - 1 e y = - 31
x + 3
son perpendiculares. Las pendientes de dichas rectas son:
m = 3 y m’ = - 31
.
Rectas Rectas perpendicularesperpendiculares
Diremos que dos rectas de pendientes m y m’ que
verifiquen la relación m’ = -m1
, son rectas
perpendiculares.
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
43) Dada la recta y = 51
x + 3 , hallar las funciones cuyas representaciones son las rectas:
a) paralela a la misma y de ordenada al origen igual a la de la recta 2 x + y = 8. b) perpendicular a la misma y de ordenada al origen - 2. c) paralela a la misma y que pase por el punto Q (1, ½ ). d) perpendicular a la misma y que pase por el origen. e) perpendicular a la misma y de proporcionalidad. 44) Las rectas de ecuaciones a x - y = 4 ; x + b = y son perpendiculares y cortan al eje de las abscisas en dos puntos distantes cinco unidades. Hallar a y b. 45) Dada la recta de ecuación a x + b y = 1, determinar a y b sabiendo que la recta dada es
perpendicular a la recta de ecuación 2 x + 4 y = 11 y que pasa por el punto P ( 1 , 23 ).
y = 3x - 1
y = - 1/3 x + 3 - 1
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4.5. Función valor absoluto Ya hemos visto en la primera unidad cómo calcular el valor absoluto de un número real. Como cada número real posee un solo valor absoluto, podemos pensar esta relación como una función. Para graficar la función valor absoluto haremos uso de las rectas que hemos estado estudiando hasta ahora.
Gráficamente.
-3 -2 -1 1 2 3
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Si consideramos la función donde a cada número real le corresponde su valor absoluto, es decir
f (2) = 2, f (-2) = 2, f (0) = 0 ,
etc. observamos que los puntos que determinan su gráfica son Ø puntos que pertenecen a la recta y = x para los x ≥ 0 y Ø puntos que pertenecen a la recta y = -x para los x < 0.
Función Valor Función Valor AbsolAbsol uu toto
Definimos la función valor absoluto mediante la fórmula:
f(x) = x =
<−≥
00
xsixxsix
Para pensar... El dominio de esta función es R. ¿Cuál es el conjunto imagen?
Ecuaciones y Funciones Cuadráticas
Página 75
5. ECUACIONES Y FUNCIONES CUADRÁTICAS
Hemos analizado hasta el momento las ecuaciones lineales y funciones lineales. Es momento de empezar a introducirnos en las ecuaciones de grado superior. Las ecuaciones de segundo grado merecen estudiarse aparte; es por ello que en la primera sección veremos y resolveremos ecuaciones de segundo grado o ecuaciones cuadráticas, y en la siguiente sección abordaremos el tema desde el punto de vista funcional.
En principio resolveremos las ecuaciones de segundo grado en forma algebraica, distinguiremos raíces y soluciones, analizaremos el discriminante para terminar con el procedimiento de completar cuadrados. Todo esto nos permitirá luego reconocer todos los aspectos geométricos de la gráfica de una función cuadrática, y nos posibilitará resolver situaciones problemáticas. Es así como podremos identificar el vértice, el eje de simetría y las raíces de una parábola, y sólo viendo la función cuadrática podremos tener una idea aproximada de su gráfica. Comenzamos con la siguiente situación: Dido: la fundadora de Cartago.
Cuenta la historia que cuando Dido, perseguida por su cruel hermano, asentó sus pies en lo que luego sería Cartago, negoció con el rey del lugar, Iarbas, la compra del terreno necesario para fundar una factoría. Iarbas aceptó en un precio ridículamente bajo pues el trato consistía en que debía entregar la tierra abarcada por la piel de 3 bueyes. Cerrado el trato, la astuta Dido cortó en finas tiras dicha piel logrando entonces abarcar mucho más de lo que Iarbas había pensado entregar. Además la belleza de Dido ayudó a que Iarbas se dejase engañar.
Si el trato hubiera sido que la parcela tenía que ser rectangular, ¿que rectángulo hubiese convenido a Dido construir? Fijemos un perímetro y empecemos a conjeturar sobre los diferentes rectángulos. Supongamos que el perímetro es 24 y designemos con b y h las medidas de la base y la altura del rectángulo, entonces tenemos: b h Per = 24 bh
1 11 2.1 +2.11 11 2 10 2.2 +2.10 20
3 9 2.3+2.9 27 4 8 2.4+2.8 32 Observamos que en este caso, de perímetro 24, el 5 7 2.5+2.7 35 rectángulo de área máxima se obtiene para b = h, 6 6 2.6+2.6 36 es decir para el cuadrado. Es decir que a Dido 7 5 2.7+2.5 35 le hubiese convenido construir un cuadrado. 8 4 2.8+2.4 32 9 3 2.9+2.3 27 10 2 2.10+2.2 20 11 1 2.11+2.1 11 12 no tiene solución En la resolución de este ejemplo hay ecuaciones de segundo grado que es lo que abordaremos a lo largo de la unidad.
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Página 76
5.1. ECUACIONES CUADRÁTICAS O DE SEGUNDO GRADO Comenzamos con la definición de ecuación de segundo grado.
Ecuación de Ecuación de segundo gradosegundo grado
Una ecuación de segundo grado con una incógnita, es una ecuación de la forma
ax2 + bx + c = 0,
con a, b, c ∈∈ R y a ≠≠ 0.
Más ejemplos: 3 y - y2 = 0
3 x2 - 48 = 0
9 t2 - 6 t + 1 = 0
Son ejemplos de ecuaciones de segundo grado x2 + 16 = 0
x2 - 7 x - 18 = 0 pues el mayor exponente al que aparece elevada la incógnita es dos.
Ejemplos:
4 x2 - 4 x + 1 = 0
x2 - 6 x - 16 = 0
- 3 x2 - 6 x + 12 = 0
La ecuación puede ser completa :
a x2 + b x + c = 0
con a ≠ 0, b ≠ 0, c ≠ 0.
3 x - x2 = 0
o puede ser incompleta:
• b ≠ 0 , c = 0 del tipo a x 2 + b x = 0
3 x2 - 48 = 0 • b = 0 , c ≠ 0 del tipo a x 2 + c = 0
4 x2 = 0 • b = 0 , c = 0 del tipo a x 2 = 0
Toda ecuación de segundo grado con una incógnita, tiene dos raíces que denotaremos x1 y x2.
Las soluciones o raíces x1 y x2 de una ecuación de segundo grado de la forma a x2 + b x + c = 0 con a ≠≠ 0 pueden obtenerse a través de la conocida fórmula de Bhaskara reemplazando los coeficientes a , b , c en las siguientes expresiones:
Soluciones Soluciones o raíceso raíces
x1 =
aacbb
242 −+− , x2 =
aacbb
242 −−−
Podemos escribir en forma abreviada:
x1,2 = a
acbb2
4−±− 2
Ecuaciones y Funciones Cuadráticas
Página 77
Discr iminanteDiscr iminante
La expresión del radicando
b2 – 4ac
se llama discriminante de la ecuación y se simboliza con la letra griega ∆∆ .
A modo de ejemplificación, resolveremos las siguientes ecuaciones:
Observemos que...
las raíces son números
reales y dis tintos.
a) x2 - 5 x + 6 = 0
x1,2 = 2
4225 5 −±
x1,2 = 2
1 5 ±
luego x1 = 3 y x2 = 2.
Observemos que...
las raíces
son números
complejos conjugados.
b) x2 - 2 x + 5 = 0
x1,2 = 2
024 2 −±
x1,2 = 2
16 2 −±
x1,2 = 2
2 i4±
luego x1 = 1 + 2i y x2 = 1 - 2 i
Observemos que...
las raíces son números reales e iguales (raíz doble).
c) 9 x2 + 6 x + 1 = 0
x1,2 = 2
3636 6- −±
x1,2 = 2
0 6- ±
luego x1 = -3, x2 = -3 De los ejemplos anteriores resulta que, según el signo del discriminante ∆, tenemos: Observemos que...
en el ejemplo x2 - 5 x + 6 = 0 tenemos ∆=1.
� Si b2 - 4 a c > 0, la ecuación tiene dos raíces reales y distintas.
Observemos que...
en el ejemplo x2 - 2 x + 5 = 0 tenemos ∆ = -16.
� Si b2 - 4 a c < 0, la ecuación no tiene raíces reales; tiene dos raíces complejas conjugadas.
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Página 78
Observemos que...
en el ejemplo 9 x2 + 6 x + 1 = 0 tenemos ∆ = 0.
� Si b2 - 4 a c = 0, la ecuación tiene una única solución real; diremos que es una raíz doble.
Hasta aquí, hemos visto la forma de resolver las ecuaciones cuadráticas o de segundo grado, obteniendo las soluciones o raíces de la ecuación. Ahora veremos la siguiente situación: si conocemos las raíces de una ecuación de segundo grado, ¿cómo obtenemos la ecuación de segundo grado de la cuál son raíces? El objetivo es reconstruir la ecuación conocidas las raíces. Si las raíces de una ecuación cuadrática son x1 y x2, la ecuación puede factorizarse así:
a . (x - x1) . (x - x2) = 0
Ejemplo:
Observemos que...
a = 4
y
x1 = x2 = 1/2
4x2 –4x +1 Si extraemos 4 factor común tenemos
4(x2 – x + ¼)
se tiene que x = ½ es raíz doble de la ecuación, es decir, se puede escribir
4 (x-1/2 )2 ó 4(x-1/2 ) (x-1/2). A continuación daremos otra forma de resolución para las ecuaciones de segundo grado completas. A este procedimiento se lo llama completar cuadrados. Este método resultará importante en la siguiente sección para identificar los elementos que caracterizan a la función cuadrática. Retomaremos los ejemplos dados anteriormente con el fin de analizarlos.
Observemos que...
podemos escribir la ecuación como
(2 x)2 - 2 . 2 x + 12 =0
a) 4 x2 - 4 x + 1 = 0
El primer miembro de la igualdad es el desarrollo del cuadrado de binomio (2 x - 1)2 ; luego resulta
(2 x - 1)2 = 0
Entonces (2 x - 1) (2 x - 1) = 0 y
x1 = 21
; x2 = 21
Observemos que...
el primer miembro de la igualdad no corresponde al desarrollo del
cuadrado de un binomio. Pues si bien 16 es 42, el coeficiente de x debería
ser el doble de 4, es decir 8 y no lo es.
b) x2 - 6 x - 16 = 0
Al procedimiento que aplicaremos para este caso se lo llama completar cuadrados.
Ecuaciones y Funciones Cuadráticas
Página 79
El coeficiente de x es 6, que lo
podemos escribir como 2.3, es decir el doble de 3.
Ahora sumamos y restamos el cuadrado de la mitad del coeficiente
de x, esto es el cuadrado de 3.
x2 - 6 x - 16 + 9 - 9 = 0
Asociando convenientemente
(x2 - 6 x + 9) - 16 - 9 = 0
El paréntesis corresponde al
desarrollo del cuadrado de un binomio
(x2 - 6 x + 9) - 25 = 0
(x - 3)2 - 25 = 0
(x - 3)2 = 25
de donde resultan las soluciones
x - 3 = 5 es decir x1 = 8
x - 3 = - 5 ; x2 = - 2.
Otro modo de resolver (x - 3)2 = 25 es por medio de la definición de valor
absoluto.
x - 3 = 25 ,
x - 3 = 5 ; x1 = 8
x - 3 = - 5 ; x2 = - 2.
c) - 3 x2 - 6 x + 12 = 0
Como el coeficiente de x2 no es 1 extraemos (-3) factor común.
(-3) . ( x2 + 2 x - 4 ) = 0
Luego para que la igualdad se
cumpla, debe ser:
x2 + 2 x - 4 = 0
Completando cuadrados se obtiene
( x + 1 )2 = 5
Luego, las soluciones son
x1 = - 1 - 5 y x2 = -1 + 5 .
Las ecuaciones incompletas también pueden resolverse directamente como mostramos a continuación:
Ejemplo:
En este caso b = c = 0
entonces las soluciones siempre son x1 = x2 = 0.
a) 4 x2 = 0
x2 = 0
x1 = 0, x2 = 0
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Página 80
Ahora resolveremos algunos problemas cuyas soluciones involucran ecuaciones de segundo grado.
Ejemplo:
En este caso b = 0 y c ≠ 0 ,
y no hace falta utilizar la fórmula de Baskhara.
b) 3 x2 - 48 = 0
3 x2 = 48
x2 = 16
x1 = 4, x2 = -4
En este caso, x es factor común y, por tanto,
una raíz es cero.
c) 3 x - x2 = 0
x (3 - x) = 0
x1 = 0 ;
3 - x = 0; x2 = 3
Observemos que...
si la ecuación es cuadrática, pero no tiene la forma
a x2 + b x + c = 0, se resuelven todas las
operaciones indicadas para reducirla a esa forma.
Ahora queremos resolver la ecuación
-x2 - x = 5 - 2
1 +x
- x2 - x = 2
1) ( - 10 +x
2 (- x2 - x ) = 10 - ( x + 1)
- 2 x2 - 2 x = 10 - x - 1
- 2 x2 - 2 x - 10 + x + 1 = 0
- 2 x2 - x - 9 = 0
2 x2 + x + 9 = 0
Aplicando la fórmula ya vista, resulta:
x1 = i
471
41
+− y x2 = i471
41
−−
∆ = b2 – 4ac
∆ = (-12)2 – 4c
∆ = 144 – 4c.
Dada la ecuación x2 - 12 x + c = 0,
queremos hallar los valores de c para que las dos raíces de la ecuación sean reales y distintas.
El valor del discriminante en este caso es ∆ = 144 – 4c.
Ecuaciones y Funciones Cuadráticas
Página 81
Ejemplo:
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 1) Resolver las siguientes ecuaciones:
a) 2 x2 = 0 b) x2 - x = 0 c) 4 x2 - 9 = 0 d) x2 + 11 = 0 e) 8 x2 + 16 x = 0 f) 3x2 – 4 = 28 + x2 g) (x - 5) (x + 1) + 5 = 0 h) - x2 + 4 x - 7 = 0 i) (x + 1)2 = 9
j) 2
3 - 2 xx- 5 =
420 - x
k) 5
11) - ( 3 2x -
760) - ( 2 2x
= 36
Ejercicios complementarios
l) x2 - 9 = 0 m) x2 – 5x + 6 n) (3 x + 2) (3 x - 2) = 77 o) x2 -2x +6 = 0
p) ( ) 0 1 25
- =+
xx
q) x2 + 2 x - 12 = 0
r) 6
1 - 2x = 4
s) 5 x2 - 10 x = 0 t) (x - 2)2 = - 4 x + 2 x2 u) 5 x2 - 3 x + 1 = 0
A continuación se propone resolver problemas en los cuales están involucradas ecuaciones de segundo grado. Recuerda los pasos indicados para la resolución de los mismos vistos en la unidad 2.
Para que las dos raíces sean reales y distintas, debe ocurrir que el discriminante sea mayor que cero. Luego
144 – 4c > 0, es decir c > 36.
De este modo, x2 - 12 x + 39 es un ejemplo del tipo de ecuación que se pide.
Resolvemos la ecuación x2 + 4x - 60 = 0.
Obtenemos que las raíces son
x1,2 = 2
256 4- ±
2
164- ±=
Así, x1 = 6 y x2 = -10.
La suma del área de un cuadrado más su perímetro es 60. ¿Cuánto mide el lado del cuadrado?. Si llamamos x a la longitud del lado del cuadrado, su área es x2 y su perímetro es 4x. La suma del área del cuadrado más su perímetro es 60, es decir,
x2 + 4x = 60. Las soluciones de esta ecuación son x1 = 6 y x2 = -10.
Verificación:
62 + 4.6 = 60;
(-10)2 + 4.(-1) = 60.
Ambas soluciones verifican la ecuación, pero únicamente x1 = 6 es solución pues la longitud no puede ser negativa.
Curso de Apoyo en Matemática
Página 82
2) Dada la ecuación x2 - (m + 2) x + 10 = 0 hallar los valores de m para que las dos raíces sean iguales.
3) La suma de un número positivo y su cuadrado es 42. Hallar dicho número.
4) Hallar dos números consecutivos cuyo producto es 380.
5) El producto de un número negativo por su tercera parte es 27. Calcular dicho número.
6) La suma de los cuadrados de dos números consecutivos es 5. Hallar dichos números.
7) Calcular las dimensiones de un rectángulo sabiendo que su área es 405 cm2 y su perímetro 84
cm. 8) Los lados de un triángulo rectángulo tienen por medida, en cm., tres números pares
consecutivos. Hallar los valores de dichos lados. 9) Dentro de 11 años la edad de Marcela será la mitad del cuadrado de la edad que tenía hace 13
años. Calcular la edad de Marcela. 10) Un jardín rectangular de 50 m de largo por 34 m de ancho está rodeado por un camino de
ancho uniforme. Hallar el ancho de dicho camino si se sabe que su área es 540 m2. 11) En cada una de las esquinas de una plancha de cartón de forma cuadrada se recorta un
cuadrado de 5 cm de lado y doblando y pegando, se forma una caja de 1280 cm3. Hallar el lado de la hoja inicial.
12) El cateto menor de un triángulo rectángulo mide 11 m y la hipotenusa 1m más que el otro
cateto. Hallar los lados del triángulo. 13) Un poste de luz de 7 metros se rompe a una cierta altura del suelo y al doblarse, la punta libre
del trozo roto cae a 3 m de la base del poste. ¿A qué altura se rompió?. 5.2. FUNCIONES CUADRÁTICAS
Función Función CuadráticaCuadrática
A toda función de la forma
y = f (x) = a x2 + b x + c , con a , b , c ∈∈ R y a ≠≠ 0
se la llama función cuadrática.
Ejemplo: 4x2 – 2x + 5
4x2 es el término cuadrático, – 2x es el término lineal, y
5 es el término independiente.
En la expresión anterior
a x2 es el término cuadrático,
b x es el término lineal, y
c el término independiente.
Ecuaciones y Funciones Cuadráticas
Página 83
El dominio de la función es R y su gráfica es una curva llamada parábola.
Cada uno de los lugares en los que la gráfica corta el eje x
se conoce como raíz. El vértice es el punto en el cual
la gráfica alcanza su valor mínimo (o máximo).
El eje de simetría es una recta que permite observar claramente que las
parábolas son curvas simétricas.
En su gráfica identificamos los siguientes elementos:
A continuación analizaremos los gráficos de algunas funciones cuadráticas cuando varía el coeficiente de x2.
-1 1 2 3 4
6
8
10
12
14
y = 2x2−6x+7
En principio, si a > 0 la gráfica es de la forma:
-2 -1 1 2 3 4 5
-10
-5
5
10
y = −2x2+ 6x + 7
en cambio, si a < 0 la gráfica es de la forma:
Eje
de
sim
etría
x
y
Vértice V= (xV, yV)
Raíz xV
Raíz xV
y
x
y = a x2 + b x + c
y
x
y = a x2 + b x + c
Curso de Apoyo en Matemática
Página 84
Así, dada la función y = a x2 + b x + c, el signo de a indica hacia donde se dirigen las ramas de la parábola:
- si a es positivo, las ramas van hacia arriba,
- si a es negativo, las ramas van hacia abajo.
Por otro lado, si comparamos ahora la gráfica de
y = a1 x2 + b1 x + c1
con la gráfica de
y = a2 x2 + b2 x + c2
en aquellos casos en que a1 y a2 tienen el mismo signo y el vértice de ambas parábolas coincide, resulta uno de los siguientes casos:
-2 2 4 6
10
20
30
40
2x2−8x+11 y = 4x2−16x+19
si a1 > a2 > 0
-2 2 4 6
-40
-30
-20
-10
−2x2+8x−5 −4x2+16x−13
si a1 < 0, a2 < 0, y a1 > a2.
y
x xV
y = a1x2 + b1x + c1
y = a2x2 + b2x + c2
x
y
xV
y = a1x2 + b1x + c1
y = a2x2 + b2x + c2
Ecuaciones y Funciones Cuadráticas
Página 85
Así, el valor absoluto de a modifica la abertura de las parábolas:
- cuanto menor es a, la parábola es más abierta,
- cuanto mayor es a, la parábola es más cerrada.
-2 -1 1 2
1
2
3
4y = x2
Para continuar investigando la gráfica de una parábola, centraremos nuestra atención ahora en la función
y = x2
cuya gráfica es simétrica respecto del eje y. Veamos que si desplazamos su gráfico en forma vertical u horizontal, obtenemos las gráficas de otras funciones cuadráticas. Comenzaremos analizando lo que sucede al trasladarla verticalmente.
-2 -1 1 2
1
2
3
4
5
6
Ejemplo:
• Si trasladamos la gráfica y = x2 dos unidades hacia arriba, obtenemos la gráfica de la función y = x2 + 2.
-2 -1 1 2
-3
-2
-1
1
2
3
4
• Si trasladamos la gráfica y = x2 tres unidades hacia abajo, obtenemos la gráfica de la función y = x2 - 3.
Observemos que...
estos desplazamientos no modifican el eje de simetría, pero sí la ordenada del vértice y el conjunto imagen de cada función.
Para pensar…. Recuerda que...
ü el vértice es el punto en el cual la parábola alcanza su valor máximo o mínimo;
ü el conjunto imagen está formado por las coordenadas en y de cada uno de los puntos pertenecientes a la parábola.
¿Cómo completarías el siguiente cuadro?
y = x2 y = x2 + 2 y = x2 - 1. Vértice (0 , 2) Conjunto imagen [-1 , +∞)
y = x2
y = x2 + 2
y = x2
y = x2 - 3
Curso de Apoyo en Matemática
Página 86
Concluimos entonces que en caso de contar con una parábola cuya ecuación es de la forma
y = x2 + k,
las coordenadas del vértice son
(0, k)
mientras que el conjunto imagen es
[k, +∞∞).
-2 -1 1 2
1
2
3
4y = x2
Continuando con nuestro análisis de la gráfica de la función
y = x2
veamos qué sucede ahora si desplazamos su gráfico en forma horizontal.
-2 2 4 6
5
10
15
20
Ejemplo:
• Si trasladamos la gráfica y = x2 dos unidades hacia la derecha, obtenemos la gráfica de la función y = ( x - 2 )2 .
-6 -4 -2 2
5
10
15
20
• Si trasladamos la gráfica y = x2 dos unidades hacia la izquierda, obtenemos la gráfica de la función y = ( x + 2 )2 .
Observemos que ...
estos desplazamientos modifican el eje de simetría y la abscisa del vértice, pero no su ordenada ni el conjunto imagen de cada función.
Para pensar….
Puede que te ayude el gráfico de las funciones.
¿Cómo completarías el siguiente cuadro?
y = x2 y = (x - 2)2 y = (x + 1)2 Eje de simetría x = -1 Vértice (2 , 0)
y = x2
y = (x – 2)2
y = x2
y = (x + 2)2
Ecuaciones y Funciones Cuadráticas
Página 87
Concluimos entonces que en caso de contar con una parábola cuya ecuación es de la forma
y = (x – p)2
las coordenadas del vértice son
( p, 0)
mientras que el eje de simetría es
x = p.
Combinando lo visto hasta ahora, podemos observar que:
-3 -2 -1 1 2 3
1
2
3
4
5
ü si trasladamos la gráfica y = x2 una unidad hacia la derecha, y dos unidades hacia arriba, obtenemos la gráfica de la función y = ( x - 1 )2 + 2.
-6 -4 -2 2
-3
-2
-1
1
2
3
4
5
ü si, trasladamos y = x2 tres unidades hacia la izquierda y una unidad hacia abajo, obtenemos la gráfica de la función y = ( x + 3 )2 - 1.
Para pensar….
Recuerda efectuar los gráficos partiendo de la función y = x2.
ü Representa en un mismo sistema coordenado las gráficas de: y = x2 ; y = (x - 1)2 + 2 e y = ( x + 3 )2 - 1.
ü ¿Cómo completarías el siguiente cuadro?
y = x2 y = (x - 1)2 + 2 y = (x + 3)2 - 1 Eje de simetría x = -3 Vértice (1 , 2) Conjunto imagen
y = (x – 1)2 + 2
y = x2
y = x2
y = (x + 3)2 - 1
Curso de Apoyo en Matemática
Página 88
En síntesis, al desplazar la gráfica de
y = x2
p unidades en sentido horizontal y k unidades en sentido vertical, obtenemos la gráfica de la función
y = (x - p)2 + k
Su vértice es el punto
V = (p , k)
El eje de simetría es la recta de ecuación
x = p.
Forma Forma CanónicaCanónica
Ahora bien, ¿cómo podemos expresar la función cuadrática
y = a x2 + b x + c , con a ≠ 0 ,
en la forma
y = a (x - p)2 + k ?
Precisamente mediante el método de completar cuadrados. A la forma y = a (x - p)2 + k se la conoce como forma canónica de la parábola.
-4 -2 2 4
-5
5
10
y = x2 − x − 6
Cuando y = 0 , resulta la ecuación a x2 + b x + c = 0 cuyas raíces se obtienen como ya hemos visto aplicando la fórmula:
x1,2 = a 2
c a 4-bb - 2± .
Las mismas representan los puntos de intersección de la parábola con el eje x.
Según que la ecuación tenga dos raíces reales, una o ninguna,
la parábola cortará al eje x, será tangente a él, o quedará toda ella por encima o por debajo del eje:
-4 -2 2 4
-5
5
10
y = x2 − x − 6
dos raíces reales
y = a (x – p)2 + k
y = x2
p
k x = p
raíz raíz
x = -2 x = 3
y
x
Ecuaciones y Funciones Cuadráticas
Página 89
-1 1 2 3 4
2
4
6
8y = x2 − 4x + 4
una raíz real doble
-5 -4 -3 -2 -1 1
2
4
6
8y = x2 + 4x + 6
ninguna raíz real Observemos que ...
cuando la parábola tiene raíces reales, las mismas equidistan del eje de simetría. Luego podemos obtener la abscisa del vértice de la parábola haciendo:
xV = 2
21 xx +
y la ordenada de dicho vértice, yV reemplazando xV en la ecuación de la función cuadrática. Otra forma de obtener la abscisa del vértice es aprovechar el hecho de que si en la fórmula
xV = 2
21 xx + reemplazamos x1 y x2 por las expresiones de la fórmula x1,2 =
a 2c a 4-bb - 2±
,
obtenemos
xV = a 2b -
.
Al aplicar xV = a 2b -
, podemos obtener xV , sin importar el tipo de raíces.
x1 = x2 = 2
y
x
y
x
Curso de Apoyo en Matemática
Página 90
Comprueba efectuando la gráfica correspondiente.
Ejemplo:
La función y = - x2 - 2 x - 3 , no tiene raíces reales. Las coordenadas del vértice son :
xV = a 2b -
= 1) (- 22) (- -
= - 1 e yV = - (-1)2 - 2 (-1) - 3 = - 2.
Para pensar….
Si no recuerdas el método de completar cuadrados
es conveniente que estudies nuevamente este tema contenido en la unidad anterior.
Considera la función y = 3x2 - 2 x – 1. Completando
cuadrados resulta y = 3 (x - 31 )2 -
34
.
Grafica la función y responde: ü ¿ Hacia dónde está abierta la parábola ?
ü ¿ Cuáles son las coordenadas del vértice ?
ü ¿ Cuál es el eje de simetría ?
ü ¿ Cuáles son los puntos de intersección de la parábola con los ejes x e y ?
Ejemplo: Hallaremos la expresión de la función cuadrática graficada.
-5 -4 -3 -2 -1 1
1
2
3
4
5
6
• reemplazamos las coordenadas del vértice en la forma canónica y = a [x - (- 2)] 2 + 1
• Reemplazamos x e y por las coordenadas del punto P: 3 = a (- 1 + 2)2 + 1
• Obtenemos: a = 2 • Sustituimos en la ecuación y = a [x - (-2)] 2 + 1 el valor de a y obtenemos la expresión de
la función:
y = 2 (x + 2)2 + 1
V
P
Ecuaciones y Funciones Cuadráticas
Página 91
Ejemplo: la función
y = - x2 - 13 x
puede expresarse como:
y = - x2 - 13 x = - x . (x + 13)
Por último, una función cuadrática
y = a x2 + b x + c
con raíces reales x1 y x2 puede ser expresada en la forma:
y = a (x - x1) . (x - x2),
como lo vimos en la unidad anterior.
Resumiendo, podemos expresar la ecuación de una función cuadrática como muestra el siguiente cuadro:
Forma Expresión Parámetros
Polinómica o general y = a x2 + b x + c , a ≠ 0 a, b , c (c: ordenada al origen)
Canónica y = a (x - xV)2 + yV , a ≠ 0 a, xV , yV ( V = (xV , yV) vértice )
Factorizada y = a (x - x1) . (x - x2) , a ≠ 0 a, x1, x2 (x1 , x2 : raíces )
Retomemos ahora el problema de la introducción de la unidad Cuenta la historia que cuando Dido, perseguida por su cruel hermano, asentó sus pies en lo que luego sería Cartago, negoció con el rey del lugar, Iarbas, la compra del terreno necesario para fundar una factoría. Iarbas aceptó en un precio ridículamente bajo pues el trato consistía en que debía entregar la tierra abarcada por la piel de 3 bueyes. Cerrado el trato, la astuta Dido cortó en finas tiras dicha piel logrando entonces abarcar mucho más de lo que Iarbas había pensado entregar. Además la belleza de Dido ayudó a que Iarbas se dejase engañar. Si el trato hubiera sido que la parcela tenía que ser rectangular, ¿ que rectángulo hubiese convenido a Dido construir? En principio, consideremos el perímetro igual a 24, tal como analizamos al inicio de esta unidad. Designemos con b y h a las medidas de la base y la altura del rectángulo, respectivamente. Como el perímetro es 24, resulta
24 = 2 (b + h). De aquí, despejando b tenemos
b = 12 – h.
Por otro lado, el área del rectángulo, a la que simbolizaremos con A, resulta ser
A = b h,
y reemplazando en esta ecuación el valor de b con el obtenido en el paso anterior tenemos
A = (12 – h) h.
Curso de Apoyo en Matemática
Página 92
2.5 5 7.5 10 12.5
-20
-10
10
20
30
40fHhL = H12 − hL h
El miembro derecho de esta ecuación es una función de segundo grado
f (h) = (12 – h) h.
Si observamos la gráfica de esta función, es claro que alcanza su valor máximo cuando h es la coordenada del vértice de la misma.
f (h) = (12 – h) h
f (h) = – h2 + 12h
f (h) = - (h – 6)2 + 36
Como el vértice de esta parábola tiene las coordenadas (6, 36)
resulta que el valor de h que hace que el área del rectángulo en cuestión sea máxima es
h = 6.
Retornando a la ecuación anterior, con este valor obtenemos
b = 12 – h = 12 – 6 = 6
lo que corrobora que efectivamente a Dido le hubiese convenido construir un cuadrado.
Para pensar….
Plantea la situación anterior considerando un
perímetro P cualquiera.
ü ¿Serías capaz de probar que cualquiera sea el perímetro fijado siempre lo conveniente es construir un cuadrado?.
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
14) Representar en un mismo sistema de coordenadas las gráficas de: y = 2 x2 ; y = 21
x2 ;
y = -2 x2 ; y = -21
x2.
15) Sea la función y = x2 :
a) Calcular f (- 4) , f
31
, f ( ) 7 .
b) Indicar, si es posible los valores de x para los cuales: f (x) = 100 ; f (x) = 5 ; f (x) = - 4 ; f (x) = f (5) .
16)
1) Indicar cuál fue el desplazamiento aplicado a la función y = x2 para obtener cada una de las siguientes expresiones:
a) y = (x - 5)2 b) y = (x + 4)2 - 27
c) y = x 2 + 2,5
2) Graficar las funciones del inciso anterior, señalando en cada gráfico el vértice y el eje de
Ecuaciones y Funciones Cuadráticas
Página 93
simetría; expresar cada fórmula en forma polinómica.
17) Hallar la expresión polinómica de la función correspondiente al desplazamiento de y = x2
según se indica en cada caso:
a) 3 unidades hacia arriba; b) 2,5 unidades hacia la izquierda; c) 1,5 unidades hacia abajo y 1 hacia la derecha. 18) Hallar, sin efectuar ningún cálculo, el vértice y la ecuación del eje de simetría de las siguientes
parábolas:
a) y = (x - 2)2 - 4 b) y = (x + 3)2 + 2 c) y = 3 x2 + 5
d) y = 2 (x - 2)2 e) y = 21
(x + 1)2 – 3
19) Escribir las ecuaciones de las parábolas que, teniendo la misma forma que y = x2 , tengan
vértice en:
a) (2 , 3) b) (-5 , 4) c) (1 , - 5) d) (- 4 , - 6) 20) Determinar las raíces reales, las coordenadas del vértice, la ecuación del eje de simetría y el
punto de intersección con el eje de las ordenadas para cada una de las siguientes funciones y luego graficarlas.
a) y = x2 - 2x -8 b) y = - x2 + 6 x - 9 c) y = (2 x - 1) . (x + 2,5) d) y = - 0,5 (x + 1)2 - 1,5 e) y = -x2 - x – 2 f) y = (x - 2)2 + 3 21) Graficar las siguientes funciones cuadráticas:
a) y = x2 + 4 b) y = - x2 + 4 x c) y = x2 - x + 41
d) y = -21
x2 + 23
e) y = (x - 4)2 + 3 f) y = - 3 (x - 2)2 + 5
g) y = 2 (x - 3)2 h) y = - 4 (x + 1)2 - 3 22) Trazar en un mismo sistema de ejes de coordenadas cartesianas las gráficas de las siguientes
funciones:
y = x2 + 3 y = 2 x2 + 3 y = 21
x2 + 3
¿En qué punto tienen el vértice?. ¿Cuál es el eje de simetría?
Curso de Apoyo en Matemática
Página 94
23)
1) Hallar la expresión de la función cuadrática que cumpla los requisitos pedidos en cada caso:
a) Su gráfico pasa por el punto (1 , -1) y su vértice es el punto V = (-2 , 3) b) Su gráfico intersecta al eje y en (0 , 3) y su vértice es el punto V = (1 , 2)
c) Una de sus raíces es x = 3 y el vértice de su gráfico es V = (-21
, - 2) d) El vértice es V = (-2 , 1) y la ordenada al origen es 4.
2) Para cada una de las funciones del inciso anterior:
i) Hallar las raíces reales, si existen. ii) Realizar el gráfico.
24) Calcular b para que la parábola y = x2 + b x + 3 tenga el vértice en el punto (2 , - 1). 25) Calcular la expresión de todas las funciones cuadráticas cuya intersección con el eje x son los
puntos (2 , 0) y (3 , 0). 26) Se sabe que la función y = a x2 + b x + c pasa por los puntos (1 , 1) ; (0 , 0) y (-1 , 1).
Calcular a , b y c. 27) Calcular la ecuación de una parábola que pasa por los puntos A (1 , 4) ; B (0 , -1) y
C (2 , 15). 28) Una parábola tiene su vértice en el punto V ( 1,1 ) y pasa por el punto ( 0,2 ). Hallar su
ecuación. 29) Hallar los intervalos en que la función y = x2 - 6x + 8 es positiva o negativa. ¿En qué puntos
se anula?. 30) Hallar el número de puntos de corte con el eje x que tienen las siguientes parábolas:
a) y = 2 x2 - x + 3 b) y = x2 - 2 x + 1 c) y = x2 + x + 1 d) y = 3x2 - 7 x - 3 e) y = 2 x2 + 5 x + 1 31) Hallar los posibles valores de “m” para que se cumpla la condición pedida en cada caso:
a) y = x2 + m x + 3 tiene una raíz doble; b) y = 2 x2 - x - m no tiene raíces reales;
Ecuaciones y Funciones Cuadráticas
Página 95
c) el gráfico de las funciones de la forma y = m x2 - x - 1 intersecta el eje x en dos puntos; d) el gráfico de las funciones de la forma y = - x2 - m x - 5 toca al eje x, pero no lo atraviesa. 32) Dar la ecuación de las funciones cuadráticas graficadas a continuación: a) b) c)
d) e) f)
g) h) i)
j) k) l)
Curso de Apoyo en Matemática
Página 96
33) Para cada una de las funciones graficadas:
a) expresarlas en forma polinómica; b) hallar sus raíces. 34) Asignar a cada una de las parábolas una de las ecuaciones siguientes:
i) y = 31
x2 + x – 2
ii) y = x2 - 2 x + 2 iii) y = - x2 - 2 x - 3
35) Expresar en forma factorizada las siguientes funciones cuadráticas:
a) y = 3 x2 - 6 x b) y = x2 - 13 x + 42 c) y = x2 + 14 x + 49 d) y = - x2 + 2 x e) y = 6 x2 - 24 f) y = 2 x2 + 4 x - 30 36) Encontrar la forma canónica de las siguientes funciones. Graficar:
a) y = x2 - 4 x + 4 b) y = - 2 x2 - 4 x – 2 c) y = x2 + 4 x + 2 d) y = x2 - 6 x e) y = x2 - 7 x – 18 f) y = 3 x2 + 12 x – 5 g) y = (2 x - 3 )2 - 8 x h) y = 3 x (x - 1) - 6 37) ¿Es una parábola la gráfica de la función que expresa el área de los rectángulos que tienen un
perímetro de 10 unidades?. ¿Por qué?.
Ecuaciones y Funciones Cuadráticas
Página 97
38) Escribir la fórmula que da el área de un círculo en función del radio. ¿Qué tipo de función es?
Graficar. 39) Se quieren construir cajas de base cuadrada y de altura 2cm.
i) ¿Cuál será el volumen cuando la medida del lado de la base es 1 dm?, ii) ¿y si mide 2 dm?, iii) ¿y si mide 3 cm?. iv) Buscar la relación funcional que existe entre el lado de la base y el volumen de la caja.
40) Un diagramador está definiendo las dimensiones que tendrá una revista. Necesita que el largo
sea 10cm mayor que el ancho y que la superficie de cada página resulte de 600 cm2. ¿Cuáles son las medidas que cumplen ambas condiciones?.
41) Expresar el área del triángulo equilátero en función del lado. ¿Qué función se obtiene?.
Representarla. 42) Supongamos que un jugador de fútbol patea un tiro libre de modo tal que la trayectoria de la
pelota, mientras se encuentra en el aire, es la parábola correspondiente a la función y = - 0,05 x2 + 0,7 x ; donde y es la altura en metros de la pelota cuando ésta se encuentra a x metros de distancia horizontal desde el punto en el que fue lanzada. ¿Cuál será el alcance del tiro libre?.
43) Si se lanza una piedra verticalmente hacia arriba, ésta sube hasta un cierto punto y luego
empieza a caer. La relación que existe entre el tiempo t que la piedra lleva en el aire cuando se encuentra a una altura y está dada por la fórmula y = - 5 t2 + 20 t + 10. ¿Cuándo alcanzará el punto más alto?. ¿A qué altura está ese punto?
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Página 98
6. ECUACIONES POLINOMICAS Y RACIONALES En las unidades anteriores hemos estudiado las ecuaciones de primer y segundo grado.
a x + b = 0 a ≠ 0 a x2 + b x + c = 0 a ≠ 0
Estas son casos particulares de ecuaciones de carácter más general, las llamadas ecuaciones polinómicas. y éstas a su vez de las ecuaciones racionales. Para estudiar estas ecuaciones será necesario introducir previamente algunos conceptos como los de polinomios y expresiones racionales, con sus cuatro operaciones, y la noción de divisibilidad que ya vimos en la Unidad 1 para números enteros. 6.1. Polinomios
En una plaza de nuestra ciudad se desea construir una fuente rectangular de 12 m. de perímetro, de modo que sus dimensiones sean números enteros, pero se ha puesto además la condición de que el producto de una de las dimensiones por el cuadrado de la otra sea de 16 m. ¿Qué dimensiones deberá tener la fuente?.
En la resolución de este ejemplo se utilizan ecuaciones polinómicas, tema que abordaremos
en la primera parte de esta unidad.
Pol inomioPol inomio
Llamamos polinomio a toda expresión de la forma
an xn + an-1 xn-1 + ... + a1 x + a0
donde n ∈∈ N0 y an , an-1 , ... , a1 , a0 son números
reales, que denominamos coeficientes.
Pol inomio nuloPol inomio nulo El polinomio cuyos coeficientes son todos ceros recibe el
nombre de polinomio nulo.
Ejemplo:
En el polinomio
4 x5 + 3 x4 - 2 x3 - 2
1 x + 1
se tiene: • Grado → 5 • Coeficientes → 4, 3, -2, 0, -
2
1 , 1
• Coeficiente principal → 4
• Término independiente → 1
Si an ≠ 0 , decimos que el polinomio tiene grado n y an es llamado el coeficiente principal. El coeficiente a0 recibe el nombre de término independiente. El polinomio nulo carece de grado.
Ecuaciones Polinómicas y Racionales
Página
99
Función Función Pol inómicaPol inómica
Es posible asociar a cada polinomio
an xn + an-1 xn-1 + ... + a1 x + a0
una única función p: R →→ R definida por
p (x) = an xn + an-1 xn-1 + ... + a1 x + a0 ,
y recíprocamente, a cada función de esta forma es posible asociarle un polinomio. Llamamos a la función p(x), función polinómica.
6.1.1. Operaciones con Polinomios A continuación mostraremos cómo se pueden realizar las operaciones básicas de suma, resta, multiplicación y división entre polinomios. 6.1.1.1. Suma de polinomios
Calculemos la suma de los polinomios:
p (x) = 3 x2 + 2 x + 1 y q (x) = 5 x3 - 7 x + 8 .
p (x) = + 3 x2 + 2 x + 1 +
q (x) = 5 x3 + 0 x2 - 7 x + 8
Una forma práctica de realizar esta operación es ordenar los polinomios
y escribir uno debajo del otro. Si falta algún término intermedio en algún polinomio, lo completamos
escribiendo dicho término con coeficiente 0,
o dejando el espacio vacío.
p (x) + q (x) = 5 x3 + 3 x2 - 5 x + 9
6.1.1.2. Resta de polinomios
Para este caso también es conveniente ordenar los polinomios y
escribir uno debajo del otro.
Calculemos ahora la resta de los polinomios
p (x) = x5 + 2 x4 - 7 x3 + 8 y q(x) = x5 + 5 x4 - 4 x2 + 5.
p (x) = x5 + 2 x4 - 7 x3 + 8
– q (x) = x5 + 5 x4 - 4 x2 + 5
Observemos que...
hemos obviado los términos con coeficiente nulo. Siempre
supondremos que los términos faltantes tienen coeficiente 0.
p (x) – q (x) = - 3 x4 - 7 x3 + 4 x2 + 3
El polinomio que resulta de la suma o la resta puede ser el
polinomio nulo, o su grado puede ser menor o igual al del polinomio de mayor grado que estamos sumando o restando.
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Página 100
grado ( p (x) ±± q (x)) ≤≤ máx {grado p (x), grado q (x)} 6.1.1.3. Producto de polinomios
Para multiplicar los polinomios
p (x) = 7 x3 - 5 x + 2 y q (x) = 2 x2 + 5 x - 1 ,
una disposición práctica es la siguiente
p (x) 7 x3 - 5 x + 2 ×
q (x) 2 x2 + 5 x - 1 - 7 x3 + 5 x - 2 35 x4 - 25 x2 +10 x 14 x5 - 10 x3 + 4 x2
Para calcular el producto de dos polinomios multiplicamos cada uno de los términos de un polinomio por cada uno de los términos del otro y
sumamos, es decir, aplicamos la propiedad distributiva.
p (x) . q (x) 14 x5 + 35 x4 - 17 x3 - 21 x2 +15 x - 2
Observemos que...
cuando se multiplican dos polinomios no nulos el resultado es un polinomio cuyo grado es igual
a la suma de los grados de los polinomios factores.
grado ( p (x) . q (x)) = grado p (x) + grado q (x) 6.1.1.4. División de polinomios Recordemos que en la Unidad 1 estudiamos el algoritmo de la división, también llamado algoritmo de Euclides, para la división de números enteros.
Así, si queremos dividir 7 por 4 obtenemos Al realizar una división entre
dos números enteros puede que el resto sea distinto de cero. Dividendo → 7 4 → divisor
Resto → 3 1 → cociente
Pero el resto de la división entre dos números enteros nunca puede ser negativo.
Se verifica entonces que
7 = 4 . 1 + 3 ,
y el resto es siempre menor que el valor absoluto del divisor, en este caso, 3 < |4|.
Ecuaciones Polinómicas y Racionales
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101
Vamos a utilizar esta misma idea para realizar la división de polinomios.
Ejemplo: Hallemos el cociente y el resto de la división entre los polinomios
a (x) = 8 x4 + 6 x3 - 4 y b (x) = 2 x2 .
cociente: q (x) = 4 x2 + 3 x
resto: r (x) = - 4
8x4 + 6x3 - 4 2x2
+ 4x2 + 3x - 8x4 0x4 + 6x3 - 4
+ - 6x3 0x3 - 4
Ejemplo:
Hallaremos el cociente y el resto de la división entre
a (x) = - 4 x3 + 3 x2 +6 x4 - 5 y b (x) = - x + 2 x2 .
cociente:
q (x) = 3 x2 - 21
x + 45
resto:
r (x) = 45
x - 5
6x4 - 4x3 + 3x2 + 0x - 5 2x2 – x
+ - 6x4 + 3x3
3x2 - 21
x + 45
- x3 + 3x2 + 0x - 5
+ x3 - 21
x2
25
x2 + 0x - 5
+ - 25
x2 +45
x
45
x - 5
Al dividir los polinomios a (x) y b (x) se obtiene
a(x) b(x) r(x) q(x)
entonces a (x) = b (x) . q (x) + r (x)
donde r (x) = 0 ó grado r (x) < grado b(x)
Observemos que ... ü Antes de realizar una operación es conveniente ordenar
y completar el polinomio dividendo y el polinomio divisor. ü El resto de una división puede ser el polinomio nulo, o
en caso contrario, el grado del resto es menor que el grado del divisor.
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Página 102
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 1) Dados los siguientes polinomios
a (x) = - 3 x + 5 x3 + 3 x2 b (x) = 4 x2 - 6 x - 7 c (x) = 2 x2 + 3 d (x) = 3 – x + x2
Efectuar las siguientes operaciones
a) ( a (x) + b (x) ) . c(x) b) b (x) – d (x) . c(x) b) a (x) – ( c (x) )2
2) Hallar el cociente y resto de la división entre a (x) y b (x) a) a (x) = 2 x7 + 3 x6 + 18 x3 + 29 x + 10
b (x) = 2 x2 + 3 x b) a (x) = 2 x5 + 8 x3 - x6
b (x) = x2 + 2 x 3) ¿Es cierto que existe un polinomio k (x) tal que
6 x6 - 9 x4 + 10 x2 - 15 = k (x) (2 x2 - 3) ?. 6.1.2. Raíces de un polinomio. Ecuaciones polinómicas
Raíz de un Raíz de un po l inomiopol inomio
Un número a es una raíz de un polinomio p (x) si el polinomio se anula para ese valor. Es decir, x = a es raíz del polinomio p (x) sí y sólo sí p (a) = 0.
Ejemplo:
p (1) = 15 - 13 = 0 x = 1 es raíz de p (x) = x5 - x3.
p (-1) = (-1)5 - (-1)3 = 0 También x = -1 es raíz de p (x).
p (2) = 25 - 23 = 24 ≠ 0 Pero x = 2 no es raíz de p (x).
Ecuaciones Polinómicas y Racionales
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103
EcuaciEcuaci ón ón pol inómicapol inómica
Denominamos ecuación polinómica a toda ecuación de la forma p (x) = 0 ,
donde p (x) es un polinomio.
Resolver una ecuación polinómica es hallar los valores de x que anulan el polinomio; es decir, equivale a encontrar sus raíces.
6.1.3. Divisibilidad de Polinomios
Divis ib i l idadDivis ib i l idad
Si al realizar la división entera entre los polinomios a (x) y b (x) el resto es nulo, decimos que a (x) es divisible por b (x) , o que b (x) divide a a (x) . En este caso, podemos expresar al polinomio a (x) como
a (x) = b (x) . q(x).
Ejemplo:
Aplicando el algoritmo de la división obtenemos que: 20 x5 + 7 x4 - 3 x3 - 24 x2 + 6 x = (5 x3 + 3 x2 - 6) . (4 x2 - x)
luego 4 x2 - x divide a 20 x5 + 7 x4 - 3 x3 - 24 x2 + 6 x y 5 x3 + 3 x2 - 6 divide a 20 x5 + 7 x4 - 3 x3 - 24 x2 + 6 x
El valor numérico de un polinomio es el valor que se obtiene al reemplazar la variable por un número y efectuar
las operaciones indicadas.
El valor numérico del polinomio p (x) = 5x4 – 4x2 + 6x - 1
para x = 2 es
p (2) = 5.(2)4 – 4.(2)2 + 6.2 – 1 = 51
Aplicando el algoritmo de Euclides para dividir un polinomio p (x) por (x - a) obtenemos
p (x) = (x - a) . q (x) + r (x)
donde r (x) = 0 ó grado r (x) < grado (x - a) = 1, es decir r (x) = r es un polinomio constante. Entonces podemos expresar
p (x) = (x - a) . q (x) + r
Si a es raíz del polinomio p (x) , entonces
0 = p (a) = (a - a) . q (a) + r = r es decir, r = 0.
Esta afirmación es un caso particular del Teorema del Resto.
Luego, si a es raíz del polinomio p (x), entonces el resto de la división entre p (x) y (x - a) es 0; es decir, (x - a) divide a p (x).
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Página 104
6.1.4. Regla de Ruffini Cuando tenemos que dividir un polinomio p (x) por uno de la forma (x - a), es conveniente utilizar la llamada regla de Ruffini. Este algoritmo permite prescindir de la notación de variable x, aunque la ubicación de los coeficientes de cada polinomio delata el monomio al cual pertenece. A continuación se muestra mediante un ejemplo cómo se aplica la Regla de Ruffini. Observa con atención ambas divisiones y trata de explicar con tus propias palabras comparando cada paso del procedimiento en la división convencional y en la regla de Ruffini
División convencional Regla de Ruffini
3x3 + 7x2 + 6x - 1 x + 2 3 7 6 -1 + - 3x3 - 6x2 3x2 + x + 4 - 2 - 6 - 2 - 8 x2 + 6x - 1 3 1 4 - 9 + - x2 - 2x 4x - 1 Cociente: q(x) = 3x2 + x + 4 + - 4x - 8 Resto: r(x) = - 9 - 9 Cociente: q(x) = 3x2 + x + 4 Resto: r(x) = - 9
Atención
ü Para aplicar la regla de Ruffini es indispensable ordenar y completar el polinomio dividendo. ü El grado del polinomio cociente es una unidad menor que el grado del polinomio dividendo.
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 4) a) Hallar el resto de la división de los polinomios a (x) = x3 + 2 x + 12 y b (x) = x - 2 b) Idem al anterior pero ahora tomando como divisor c (x) = x + 2 c) Indicar si a (x) es divisible por b (x) o por c (x) . 5) Hallar el cociente y el resto de la división para los siguientes pares de polinomios.
a) a (x) = x6 + 4 x5 - 7 x3 - 4 , b (x) = x + 1 b) a (x) = - 2 x5 - 4 x4 - x3 - 8 , b (x) = x + 2
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105
6.1.5. Factorización de Polinomios
Analicemos una de las consecuencias del siguiente hecho:
Si a es raíz de un polinomio p (x) entonces
p (x) = (x - a) . q (x).
Consideremos p (x) = x3 - x2 - 14 x + 24.
Como p (2) = 8 - 4 - 28 + 24 = 0 entonces 2 es una raíz de p (x) y p (x) = (x - 2) q (x) .
Ejemplo:
Anteriormente comprobamos que 1 y -1 son raíces del polinomio
p (x) = x5 - x3, entonces podemos escribir
p (x) = x3(x - 1)(x + 1).
Por lo tanto las 5 raíces son
x1 = 1, x2 = -1, x3 = 0, x4 = 0, x5= 0.
Si aplicamos la regla de Ruffini para calcular q (x) obtenemos:
q (x) = x2 + x - 12
cuyas raíces podemos calcular como hemos visto anteriormente, y son x1 = 3, x2 = - 4. Luego, podemos expresar a q (x) como sigue
q (x) = (x - 3) (x + 4). Luego
p (x) = (x - 2) (x - 3) (x + 4).
Factor izaciónFactor ización
Los casos antes analizados nos muestran la conveniencia de expresar un polinomio mediante productos de polinomios de menor grado. Este proceso se denomina factorización. Este procedimiento es útil para hallar las raíces de un polinomio, ya que es más sencillo encontrar las raíces de cada factor que las raíces del polinomio original.
Factor ComúnFactor Común A veces ocurre que en un polinomio p (x) la variable x
aparece en todos los términos, en estos casos resulta conveniente extraer factor común.
Observemos que...
el procedimiento consiste en: w extraer la variable x de cada
término elevada a la menor de sus potencias
w extraer un número que es factor de todos los coeficientes.
Ejemplo:
p (x) = 7 x5 + 5 x4 + x3 = x3 (7 x2 + 5 x + 1)
q (x) = 2 x4 - 6 x3 + 4 x2 = 2 x2 (x2 - 3 x + 2)
r (x) = - 4 x7 - 8 x3 + 4 x2 + 16 x = 4 x (- x6 - 2 x2 + x + 4)
Atención
Siempre podemos controlar que el producto que obtuvimos es correcto aplicando la propiedad distributiva.
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Página 106
Recordemos que una diferencia de cuadrados puede escribirse
como producto.
DD iferencia deiferencia de CuadradosCuadrados
a2 - b2 = (a - b) (a + b)
Observemos que...
todo número positivo es el cuadrado de su propia raíz
cuadrada.
Ejemplo:
p (x) = x2 - 25 = (x - 5) (x + 5)
q (x) = x4 - 9 x2 = (x2)2 - (3 x)2 = (x2 - 3 x) (x2 + 3 x)
r (x) = x2 - 6 = x2 - ( )26 = (x - 6 ) (x + 6 )
Factor Común Factor Común por Grupospor Grupos
Algunos polinomios presentan una estructura que nos permite formar grupos de igual cantidad de términos y sacar factor común en cada uno de esos grupos.
Una vez hecho esto, aparece un nuevo factor común en todos los grupos.
El término técnico de este procedimiento es extracción de factor común por grupos.
Ejemplos:
p (x) = 7 x5 - 5 x4 + 14 x - 10 = (7 x5 - 5 x4) + (14 x - 10) = x4 (7 x - 5) + 2 (7 x - 5) = (x4 + 2) (7 x - 5) q (x) = x7 + 3 x3 + 3 x8 + x2 - 2 x5 – 2 = (3 x8 + x7 - 2 x5) + (3 x3 + x2 - 2) = x5 (3 x3 + x2 - 2) + (3 x3 + x2 - 2) = (x5 + 1) (3 x3 + x2 - 2)
Analicemos ahora el resultado de elevar un binomio al cuadrado.
(x + 3)2 = (x + 3) (x + 3)
Al desarrollar (x + 3)2 obtenemos tres términos:
(x + 3)2 = x2 + 6 x + 9
w en uno aparece el cuadrado de x, w en otro aparece 9 que es el cuadrado de 3, w y en otro aparece 6 x que es el doble del producto
entre x y 3.
Ecuaciones Polinómicas y Racionales
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107
(x - 3)2 = (x - 3) (x - 3)
Al desarrollar (x - 3)2 , obtenemos una expresión similar donde la única diferencia está en el término del doble producto, que aparece restando.
(x - 3)2 = x2 - 6 x + 9
A las expresiones en el miembro derecho se las denomina
Trinomio Cuadrado Perfecto.
Generalizando estos resultados para el cuadrado de cualquier
binomio:
Trinomio CuadTrinomio Cuad rado rado PerfePerfe cc toto
a2 + 2 a b + b2 = (a + b)2
a2 - 2 a b + b2 = (a - b)2
Ejemplo:
p (x) = x2 - 10 x + 25 = x2 - 2 . 5 x + 52 = (x - 5)2 q (x) = 9 x4 + 36 x2 + 36 = (3 x2 )2 + 2 . 3 x2 . 6 + 62 = (3 x2 + 6)2
r (x) = x2 – x + 0,25 = x2 – 2 . 21
x + 2
21
=
2
21
-
x
Ahora retomemos el ejemplo que presentamos al comienzo de la Unidad...
En una plaza de nuestra ciudad se desea construir una fuente ectangular de 12 m. De perímetro, de modo que sus dimensiones sean números enteros, pero se ha puesto además la condición que el producto de una de las dimensiones por el cuadrado de la otra sea de 16 m. ¿Qué dimensiones deberá tener la fuente?. Para traducir al lenguaje simbólico llamamos b y h a las dimensiones de la fuente rectangular
→ 2b + 2h = 12
b . h2 = 16
Simplificando la primer ecuación → b + h = 6 b = 6 – h
Reemplazamos en la segunda ecuación →
(6 – h) h2 = 16
6 h2 – h3 = 16
p (h) = h3 – 6 h2 + 16 = 0
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Verificando con los primeros enteros positivos obtenemos que 2 es una raíz del polinomio
→ p (1) = 13 – 6.12 + 16 = 11
p (2) = 23 – 6.22 + 16 = 2 Usando la Regla de Ruffini → p (h) = (h – 2 ) (h2 – 4h – 8) Calculando las raíces del polinomio de segundo grado se obtienen todas las raíces.
→ h1 = 2, h2 = 32 + , h3 = 32 −
Se descartan las raíces h2 y h3 porque sólo se buscan dimensiones enteras.
→ h = 2 b = 4
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 6) Expresar los siguientes polinomios como productos:
a (x) = 3 x3 - 12 x b (x) = 6 x6 - 54 x2
c (x) = x3 - x2 + x - 1 d (x) = 3 x3 - 6 x2 - 3 x + 6
e (x) = 4 x2 + 4 x + 1 f (x) = 3 x6 - 12 x5 + 9 x4 - 3 x2 + 12 x - 9
g (x) = 2 x5 - 32 x h (x) = 25 x6 + 20 x3 + 4
7) Hallar todas las raíces reales y complejas de los polinomios del ejercicio anterior. 6.2. Expresiones Racionales Un peatón recorre 14 kilómetros. en 4 horas. Los primeros 8 kilómetros los recorre a una velocidad superior en 1 km./h. a la que emplea en los siguientes 6 km. ¿Qué velocidad llevó en cada tramo? Si llamamos v a la velocidad con la que el peatón recorre el primer tramo, podemos expresar la velocidad con la que recorre el segundo tramo como v – 1.
Observa el siguiente cuadro recordando que te
v = , donde “v” representa la velocidad, “e” expresa
el espacio recorrido, y la variable “t” representa el tiempo empleado en recorrer esa distancia.
Distancia Velocidad Tiempo
Primer tramo 8 km. v v8
Segundo tramo 6 km. v – 1 1
6−v
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109
El tiempo total invertido es 41
68=
−+
vv.
¿Cómo se resuelven este tipo de ecuaciones? Para poder resolver el problema necesitaremos ahora trabajar con Expresiones y Ecuaciones Racionales:
Expresiones Expresiones RacionalesRacionales
Así como llamamos números racionales a los números que
se pueden expresar de la forma ba
con a , b ∈∈Z, y b ≠≠ 0,
llamamos expresiones racionales a las expresiones de la
forma )()(
xqxp
donde p (x) y q (x) son polinomios y q (x)
no es el polinomio nulo.
Ejemplo:
a) x3
donde p (x) = 3, y q (x) = x .
b)
2 6
1 - 5 3 -23
2
++
+
xx
xx
donde p (x) = - 3 x2 + 5 x - 1, y q (x) = x3 + 6 x2 + 2 .
Recordemos que...
p (x) recibe el nombre de numerador
y q (x) el de denominador.
c) x3 + 3 x2 - x – 3
donde p (x) = x3 + 3 x2 - x - 3, y q (x) = 1.
Expresiones Expresiones RacionalesRacionales
IrreduciblesIrreducibles
Al trabajar con expresiones racionales es conveniente tener
una expresión equivalente más simple. Es posible
simplificarlas cuando existen factores comunes al
numerador y al denominador, en caso contrario, la
expresión racional recibe el nombre de irreducible.
Una herramienta útil para simplificar expresiones racionales es la factorización de polinomios, que ya hemos estudiado en esta unidad.
Ejemplo:
Vamos a simplificar las siguientes expresiones racionales para que resulten irreducibles.
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Página 110
p (x) = xx
x
1 2 +
+ =
1) ( 1
++
xxx
= x1
q (x) =
1 -
4
24
x
xx + =
1) 1)( - (
1) ( 22
22
+
+
xx
xx =
1 - 2
2
x
x Observemos con atención las
factorizaciones que se han realizado en el numerador y el denominador de
cada expresión racional. r (x) =
xx
x
4 -
2 -3
+ =
4) - (
2 -2xx
x + =
2) ( 2) - ( 2) - ( 1) (-+xxx
x
= 2) (
1 -+xx
6.2.1. Operaciones con Expresiones Racionales 6.2.1.1. Suma y resta
EXPRESIONES DE IGUAL DENOMINADOR
Para sumar o restar dos expresiones racionales )()(
xmxp
y )()(
xmxq
de igual denominador, operamos como lo hacíamos con los números racionales :
Observemos la similitud con las sumas y restas de fracciones.
)()()(
)()(
)()(
xmx q xp
xmxq
xmxp ±
=±
Ejemplo:
Consideremos las siguientes expresiones algebraicas:
9 -
2 -2
2
x
x y
9 -
3 - 2
2
x
xx
Su suma es:
9 -
2 -2
2
x
x +
9 -
3 - 2
2
x
xx =
9 -
3 - 2 -2
22
x
xxx + =
9 -
3 - -2
2
x
xx
= 3) (3) - ( 3) ( -
++xx
xx =
3) - ( -
xx
Y su resta es:
9 -
2 -2
2
x
x -
9 -
3 - 2
2
x
xx =
9 -
) 3 - ( - 2 -2
22
x
xxx =
9 -
3 3 -2
2
x
xx +
Ecuaciones Polinómicas y Racionales
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111
EXPRESIONES DE DISTINTO DENOMINADOR
Dos fracciones se dicen equivalentes si una de ellas se ha obtenido simplificando la otra o bien si ambas, al simplificarse dan lugar a la misma fracción.
Recordemos que para sumar o restar números racionales de distinto denominador, debemos sumar o restar fracciones equivalentes que tengan el mismo denominador.
Ejemplo:
12
11 +
10
7 =
3 . 2
2
11 +
5 . 27
= 5 . 3 .
22
7 . 3 . 2 11 . 5 +
= 60
42 55 + =
60
97
Lo más conveniente es tomar como denominador común el mínimo común múltiplo (m.c.m.) de los dos denominadores. En la Unidad 1 vimos que una forma de hallar el m.c.m. es factorizar ambos denominadores y luego multiplicar los factores comunes y no comunes con el máximo exponente con el que aparecen en cada factorización.
Para sumar o restar expresiones racionales procedemos en
forma análoga.
Ejemplo:
Calculemos 3 6 - 3
22 +xx
+ 4 - 3 2 xx
x
+
En primer lugar, hallamos el común denominador de ambas expresiones, para lo que debemos factorizar cada uno de los denominadores.
3 x2 - 6 x + 3 = 3 ( x2 - 2 x + 1) = 3 ( x - 1)2
Observemos que...
1 es raíz del polinomio x2 + 3 x - 4 .
Observemos que...
también es posible obtener las raíces de x2 + 3 x - 4 ,
resolviendo la ecuación x2 + 3 x - 4 = 0.
Usando la regla de Ruffini para dividir x2 + 3 x - 4 por x - 1, obtenemos
1 3 - 4 1 1 4
1 4 0 Entonces, x2 + 3 x - 4 = (x - 1) (x + 4).
Así el común denominador será 3 (x - 1)2 (x + 4)
Luego,
3 6 - 3
22 +xx
+ 4 - 3 2 xx
x
+ = 21) - ( 3
2
x +
4) ( 1) - ( +xxx
= 4) ( 1) - ( 3
1) - ( 3 . 4) ( 22 +
++
xx
xxx =
4) ( 1) - ( 3
8 - 32
2
+
+
xx
xx
Curso de Apoyo en Matemática
Página 112
6.2.1.2. Producto
Para multiplicar dos expresiones racionales )()(
xbxa
y )()(
xdxc
,
operamos como sigue:
Para multiplicar dos expresiones racionales procedemos en forma similar a como lo hacemos con los números racionales.
)().()().(
)()(
)()(
xdxbxcxa
xdxc
xbxa
=⋅
Ejemplo:
Vamos a resolver y expresar como fracción irreducible la expresión:
+
9 -
4 -2
2
x
xx .
+
23 4 -
15 5
xx
x
+
9 -
4 -2
2
x
xx .
+
23 4 -
15 5
xx
x =
) 4 - ( . 9) - (
15) (5 . ) 4 (-232
2
xxx
xxx ++
= )4 - ( . 3) ( . 3) - (
3) ( 5 . )4 - ( -2 xxxx
xxx
+
+ =
3) - ( . 5 -
xx
6.2.1.3. División
Recordemos cuándo un número racional tiene inverso multiplicativo.
Llamamos inversa de una expresión racional
)()(
xbxa
a la
expresión )()(
xaxb
si a(x) no es el polinomio nulo.
Para dividir dos expresiones racionales
)()(
xbxa
y )()(
xdxc
multiplicamos la primera por la inversa de la segunda. Es decir,
)().()().(
)()(
)()(
)()(
)()(
xcxbxdxa
xcxd
xbxa
xdxc
xbxa
=⋅=⋅
Ejemplo:
Calculemos
1 -
10 52x
x + :
1 6 3
++
xx
expresando el resultado como fracción irreducible.
Ecuaciones Polinómicas y Racionales
Página
113
1 -
10 52x
x + :
1 6 3
++
xx
= 1 -
10 52x
x + .
6 31
++
xx
= 6) (3 1) - (
1) ( 10) (52 +
++
xx
xx =
2) ( 3 1) (1) - (1) ( 2) ( 5
++++
xxxxx
= 1) - ( 3
5x
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 8) Efectuar las siguientes operaciones:
a) 9 -
22x
+ 9 6
1 2 ++
+
xx
x b)
25 -
52x
x + +
20 - 6 - 2
2 2 xx
x + -
2 2 21+x
c)
+
+6 - -
2
4 -
2 - 22 xx
x
x
x .
10 - 49 - 2
xx
d) 6 - -
2
4 -
2 - 22 xx
x
x
x ++ .
10 - 49 - 2
xx
e) 9 -
6 22x
x + .
7 - 3
xx +
+ 7 +x
x :
57 - x
6.2.2. Raíces de una expresión racional. Ecuaciones racionales
Raíz de unaRaíz de una Expresión Expresión RRaa cionalc ional
Un número a se dice que es una raíz de una expresión racional
)()(
xqxp
si p (a) = 0 y q (a) ≠≠ 0.
Es decir, son los ceros del polinomio numerador que no anulan al polinomio denominador.
Ejemplo:
a) x = 0 es raíz de la expresión racional p (x) =
2 - 2
xx
, puesto
que, 0 es raíz del numerador y no anula al denominador.
b) x = 5 no es raíz de la expresión racional q (x) =
5 - 5) - ( 2
xx
aunque anule al numerador, ya que también anula al denominador.
Curso de Apoyo en Matemática
Página 114
Ecuación Ecuación RacionalRacional
Una ecuación racional es una ecuación de la forma
)()(
xqxp
= 0
donde p (x) y q (x) son polinomios y q (x) no es el polinomio nulo.
Resolver una ecuación racional equivale a encontrar las raíces de la expresión racional asociada.
Atención
Observemos que...
si simplificamos la expresión racional
q (x) = 5 - 5) - ( 2
xx
obtenemos otra expresión racional equivalente
r (x) = x - 5;
sin embargo, las ecuaciones 5 - 5) - ( 2
xx
= 0 y x - 5 = 0 no
tienen las mismas raíces.
Ejemplo: Resolvamos las siguientes ecuaciones racionales:
a) 3
2
5
4 -
x
x = 0
x1 = 2
3
2
5
4 -
x
x = 0 , luego x2 - 4 = 0
x2 = - 2
Comparemos con el caso anterior.
b)
8 -
4 -3
2
x
x + = 0
x1 = 2
8 -
4 -3
2
x
x + = 0 , entonces - x2 + 4 = 0
x2 = - 2 Pero x1 = 2 es raíz de x3 - 8, luego la única solución de
la ecuación es x = - 2.
Ecuaciones Polinómicas y Racionales
Página
115
c)
3 1 2
++
xx
= 1 2 2
−+
xx
Para resolver esta ecuación podemos proceder de diferentes modos, aquí mostraremos dos de ellos.
Para resolver ecuaciones de este tipo hay que tener la precaución de descartar aquellos valores que anulen los denominadores de las expresiones racionales involucradas. En nuestro caso, x = -3 y x = 1
En este primer intento, trabajamos directamente con las expresiones
algebraicas.
Primera forma:
3 1 2
++
xx
= 1 - 2 2
xx +
3 1 2
++
xx
- 1 - 2 2
xx +
= 0
1) - ( 3) ( 3) ( 2) (2 - 1) - ( 1) (2
xxxxxx
++++
= 0
1) - ( 3) ( 7 - 9 -
xxx
+ = 0
- 9 x - 7 = 0 x = - 97
Aquí transformamos el problema para hallar las raíces de un polinomio de modo que coincidan con las de la expresión racional. Observemos las condiciones
x ≠ -3 y x ≠ 1 que deben tenerse en cuenta al hallar la solución.
Segunda forma:
3 1 2
++
xx
= 1 - 2 2
xx +
(2 x + 1) (x - 1) = (2 x + 2) (x + 3) 2 x2 - 2 x + x – 1 = 2 x2 + 6 x + 2 x + 6
- x – 1 = 8 x + 6 - 7 = 9x
x = - 97
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Página 116
Resolvemos la ecuación como en la segunda forma del ejemplo anterior.
Debemos recordar siempre la importancia de verificar
todos los resultados.
d)
1 -
1 - 2x
x =
1x
1 -
1 - 2x
x =
1x
, entonces x ≠ 0 y x2 - 1 ≠ 0, es decir, x ≠ 1
y x ≠ -1
x (x - 1) = x2 - 1
x = 1
Luego, la ecuación no tiene solución dado que operando obtuvimos que debe ser x = 1, pero x = 1 anula el denominador de la expresión fraccionaria de la izquierda.
Retomemos el ejemplo que presentamos al comienzo de la Sección 6.2 Un peatón recorre 14 kilómetros. en 4 horas. Los primeros 8 kilómetros los recorre a una velocidad superior en 1 km/h. a la que emplea en los siguientes 6 km. ¿Qué velocidad llevó en cada tramo?
Al plantear el problema habíamos obtenido la ecuación 41
68=
−+
vv que ahora estamos en
condiciones de resolver. Sumamos las dos expresiones racionales usando un denominador común → 4
)1(6)1(8
=−
+−vv
vv
8(v - 1) + 6v = 4v(v – 1) 8v – 8 + 6v = 4v2 – 4v 4v2 – 18v + 8 = 0 2v2 – 9v + 4 = 0 Resolvemos la ecuación de 2º grado obteniendo las raíces → v1 = 4 v2 =
21
Observemos que...
la solución v2 =21
no es válida ya que
en ese caso la velocidad en los últimos 6 km. sería negativa pues 21
– 1 = – 21
.
Por lo tanto la velocidad del peatón en el primer tramo es de 4 km/h mientras que en el segundo tramo es de 3 km/h
Ecuaciones Polinómicas y Racionales
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117
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 9) El polinomio p (x) = x4 - a x3 + b x2 tiene como raíces x = 3 y x = - 1. Hallar los valores de a y b. 10) Hallar todas las raíces de los siguientes polinomios sabiendo que r es una de ellas: a) a (x) = x4 - x3 + 3 x2 - 3 x , r = 1 b) b (x) = x3 - 3 x2 - 2 x - 8 , r = 4 c) c (x) = 2 x3 + 6 x2 + 2 x + 6 , r = - 3
d) d (x) = 3 x4 + 5 x3 - 5 x2 - 5 x + 2, r = 31
e) e (x) = 6 x3 + 5 x2 + 3 x + 1 , r = - 21
11) Sabiendo que el polinomio p (x) puede expresarse como p (x) = a (x) . b (x), que a (x) representa una función lineal de pendiente 2 y raíz x = -3 , y que b (x) representa una función cuadrática de coeficiente principal 1 que corta al eje x en x = 2 y x = 4 , hallar las raíces de p (x). 12) El polinomio p (x) = 2 x3 - 18 x2 + x - 9 es divisible por q (x) = 2 x2 + 1 . Hallar la única raíz real de p (x). 13) Encontrar los valores de a tales que al dividir x2 + 5 x - 2 por x - a el resto sea igual a -8. 14) Expresar los siguientes polinomios como productos y hallar sus raíces reales.
a) a (x) = x4 – x b) b (x) = 2 x7 + 3 x6 - 5 x5 c) c (x) = 5 x3 - 10 x2 + 5 x – 10 d) d (x) = x2 - 6 x + 9 e) e (x) = - 2 x2 + 162 f) f (x) = x4 – 81 g) g (x) = 4 x7 + 4 x h) h (x) = 3 x2 – 15 i) i (x) = x4 + 12 x2 + 36 j) j (x) = 2 x3 - 48 x2 + 288 x 15) Se localizó un globo meteorológico a cierta altura. A partir de ese momento, su altura sobre el nivel del mar se puede describir, en forma aproximada, por la fórmula
h (x) = 8 + 161
(x3 - 12 x2 + 47 x - 60),
donde x es medido en días y h en miles de metros. c) ¿A qué altura estaba el globo cuando fue localizado?. d) ¿Alcanzó otra vez esa altura?. e) Se sabe que al tercer día alcanzó una altura de 8000 metros. ¿Llegó en algún otro momento a
esa misma altura?.
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16) El desplazamiento lateral de una barra de choques, t segundos después del momento en que un vehículo la golpea, está dado por f (t) = k t (t - 3)2 a) Hallar el valor de k sabiendo que dos segundos después del impacto, el desplazamiento lateral es de 40 cm. b) Para ese valor de k, hallar los ceros de f (t). 17) El servicio meteorológico utilizó como modelo para la variación de la temperatura (en grados centígrados) durante cierto día, la siguiente fórmula p (t) = 0,04 t (t - 12) (t - 24) donde t está medido en horas, y t = 0 corresponde a las 6 am. ¿A qué hora la temperatura fue de 0º ?. 18) El crecimiento de dos poblaciones A y B responden a las siguientes fórmulas:
pA (t) = 25
t + 30 ; pB (t) = t3 - 12 t2 + 44 t - 8
donde t es el tiempo de conteo expresado en semanas. Si ambas poblaciones coinciden en la cuarta semana, ¿tienen en algún otro momento el mismo número de individuos?. 19) Resolver las siguientes ecuaciones:
a) 2 31 - 2
+xx
= 7 b) 4
7 - 2 - x + 1 =
5 - 1 x
c) 3
4 - 2 - x =
4 1 - x
+ 5 d) 3 1 2
++
xx
= 1 + 1 - 3
xx +
e) 4 4 -
- 4 - 4
++
xx
xx
= 16 -
) 2(2
2
x
x f)
2
2
+xx
. 23
2
4
16 -
xx
x
+ = 0
g) 1 −x
x +
1
32 −x
= 1 -
3 3
3
x
x + h)
4 -
2 - 2
2
x
xx + -
2 - 5
xx +
= 0
i) 4 - 10
xx +
+ 4 4
4) - ( 2 2
2
++ xxx
= 0 j) 2
2
2) (
4 2
+
++
x
xx :
4 -
8 - 2
3
x
x = 1
Exponenciales y Logarítmos
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119
7. EXPONENCIALES Y LOGARITMOS
En esta Unidad estudiaremos y analizaremos las funciones y ecuaciones exponenciales y logarítmicas. Comenzaremos con las funciones exponenciales para luego continuar con ecuaciones exponenciales. La necesidad de resolver ecuaciones exponenciales trae consigo hallar la función inversa de la función exponencial y es donde toma sentido la función logaritmo. Repasaremos algunas propiedades de los logaritmos para centrarnos en resolver ecuaciones logarítmicas y situaciones problemáticas donde se encuentren involucradas ecuaciones tanto exponenciales como logarítmicas. Comencemos con la siguiente situación.
La esperanza de vida, aún en los países poco desarrollados, creció después de la Segunda Guerra Mundial aunque a distinto ritmo. Este crecimiento, si bien al principio trajo mayor actividad y progreso, a la larga ha producido graves problemas: falta de viviendas, escuelas, puestos de trabajo.... El aumento de la población por la prolongación de la vida se ha visto compensado en parte por el descenso de la natalidad en los países industrializados. De todos modos, ha aparecido el problema del envejecimiento de la población (es decir el aumento de la edad promedio).
Analizaremos ahora algún modelo matemático que trata de describir la evolución de una población.
En Europa occidental, durante los siglos XVII y XVIII, comenzó a descender el índice de mortalidad, y el incremento poblacional en muchos países se situó entre 0.5 y 1% anual. Para evitar complicaciones con los cálculos consideraremos que el crecimiento poblacional fue del 1% anual durante los primeros 20 años de este siglo.
Supongamos que la cantidad de población europea al comienzo del siglo XVII (año 1.600 ) sea 10 (en cientos de millones). La función P(t) medirá la cantidad de población en el tiempo t. Como comenzaremos nuestro estudio a partir del año 1.600 este será el tiempo inicial, es decir, t = 0.
Año Tiempo t (años) Población ( en cientos de millones )
1600 t = 0 P (0) = 10
1601 t = 1
P (1) = 10 + 1% de 10
= 10 + 100
1.10
= 10,1
1602 t = 2 P (2) = 10,1 + 1% de 10,1
= 10,1 + 0,01. 10,1 = 10,201
1603 t = 3 P (3) = ... ... ... ...
¿Podemos hallar una fórmula que nos permita calcular la población para cualquier valor de t ? Para ello analizaremos lo que hemos hecho hasta el momento en cada paso:
Curso de Apoyo en Matemática
Página
120
en t = 0, P (0) = 10 en t = 1, P (1) = 10 + 0,01.10 = 10 ( 1 + 0,01) = 10 .1,01 = P (0) . 1,01
en t = 2, P (2) = P (1) + 0,01. P (1) = 10. 1,01 + 0,01. 10. 1,01 =
10. 1,01 ( 1 + 0,01) = 10. 1,01. 1,01 = 10 (1.01)2
¿Podrás realizar el caso t = 3 ? (Ten en cuenta los pasos hechos en los casos t = 1 y t = 2)
En general, la población después de t períodos será:
P (t ) = 10 (1.01)t
donde 10 es la población inicial P (0). Verifiquemos que la fórmula obtenida nos da, por ejemplo para t = 2, P (2) = 10 . 1,012 = 10,201 que coincide con el valor de la tabla. Si queremos estimar la población en el año 1610, será P (10) = 10. 1,0110 = 11046.
Observemos que...
en la fórmula P (t ) = 10 (1,01) t, el factor 10 es la población inicial y la variable t figura en el exponente. A este tipo de funciones se las llama exponenciales.
7.1 Función Exponencial Desde “ejemplos” hasta la aparición de la definición, lo pondría como texto habitual, dado que son comentarios no vinculados a la enunciación de definiciones, leyes, etc. Esto, a los efectos de ver la coherencia gráfica.
Ejemplos:
Hasta ahora hemos estudiado potencias pertenecientes a distintos campos numéricos:
• potencias de exponente natural an = 43421
veces
.... . . n
aaaa n ∈ N,
• potencias de exponente nulo a0 = 1 ( a ≠ 0 ),
• 4-3 =
3
4
1
• 525
22 =
• 52.54 =56 (32)3 = 36
• potencias de exponente entero negativo
a-n = na1
n ∈ N , ( a ≠ 0 ),
• potencias de exponente fraccionario
am/n = n ma m ∈ Z , n ∈ N y conocemos sus propiedades básicas:
an . am = a n + m an: am = an-m
(a n ) m = a n.m n , m ∈ Q.
Exponenciales y Logarítmos
Página
121
Las propiedades antes mencionadas se extienden para el caso en que n y m
son números reales cualesquiera
También es posible dar sentido a expresiones tales como 2π , 23 y estimar su valor a partir de una aproximación del
exponente irracional. Con estos elementos, podemos definir la función exponencial .
Función Función exponencialexponencial
Dado a > 0 , llamamos función exponencial de base a a la función f : R →→ R definida por f (x) = ax .
El comportamiento de la función exponencial es muy distinto
según sea a > 1 , a < 1 , a = 1.
Ejemplo: Analicemos la gráfica de la función exponencial de acuerdo al
valor de a.
Observemos que...
cualquiera sea el valor de a > 0, la gráfica de la función exponencial debe pasar por el punto (0,1), ya que es el
valor de la ordenada al origen; es decir el valor que toma la función para x =
0. Por otro lado es claro que a medida que el valor de x aumenta, el valor de ax también, y si el valor de x decrece (con valores negativos) entonces el
valor de ax tiende a 0.
a) Si a > 1 , por ejemplo a = 2 , la función y = 2x es creciente .
-3 -2 -1 1 2 3
2
4
6
8
Observemos que...
nuevamente cualquiera sea el valor de 0< a < 1, la gráfica de la función pasa
por el punto (0,1).
Por otro lado, a medida que el valor de x aumenta, el valor de ax decrece.
b) Si 0 < a < 1, por ejemplo y =
x
21
la función es
decreciente.
-3 -2 -1 1 2 3
2
4
6
8
La siguiente tabla de valores nos permite hacer un estudio comparativo de las funciones
y = 2x e y = x
21
.
Curso de Apoyo en Matemática
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122
x 2x x
21
= x21
0 1 1
1 2 21
2 4 41
3 8 81
-1 2-1 = 21
2
-2 41
4
-3 81
8
...
...
...
La gráfica de la función pasa por el
punto (0,1). Si los valores de x son positivos,
entonces –x es negativo. Si x > 0, entonces 5 –x es decreciente.
Si x < 0, se tiene –x positivo y a medida que los valores de -x
aumentan, 5 –x decrece.
c) y = 5-x
¿Cuál es la gráfica de esta función?
Para pensar....
¿Qué pasa cuando a = 1 ?
La función exponencial aparece con frecuencia en modelos matemáticos de diferentes procesos evolutivos. Por ejemplo, las amebas son seres unicelulares que se reproducen dividiéndose en dos. Supongamos que las condiciones de un cultivo son tales que las amebas se duplican aproximadamente cada hora, y que inicialmente solo hay una ameba. Proponemos calcular el número de amebas que habrá según pasan las horas:
Tiempo (hs) 1 2 3 4 5 6 7 ... x
Nro. de amebas 2 4 8 ... 2x
Exponenciales y Logarítmos
Página
123
Observemos que...
si en el momento inicial hay k amebas, y en la primer hora se
duplican, entonces ahora hay 2k . En la segunda hora se vuelven a duplicar, es decir, 2 (2k) = 22 k ,
en la tercer hora se repite la situación y tenemos 2(22 k) = 23k , etc. Luego en general se tiene 2xk.
El número total al cabo de x horas será
y = 2x
Si al comienzo del proceso había k amebas, el número total sería:
y = k 2x
Observemos que...
en esta última igualdad, la variable independiente x aparece como exponente. ¿Qué pasa si ahora queremos hallar el tiempo x en el cual el número de amebas existente “y” es conocida? En la sección siguiente estudiaremos este tipo de ecuaciones resultante. 7.1.1 Ecuaciones Exponenciales
Ecuación Ecuación exponencialexponencial
A una ecuación en la que la incógnita aparece en un exponente se la llama ecuación exponencial.
Observemos que...
estamos teniendo en cuenta que si las bases son las mismas en una igualdad,
entonces los exponentes deben ser iguales.
a) 53-x = 125 Observemos que...
53-x = 53, entonces 3 - x = 3,
luego x = 0
b)
2x−13 = 271
Recordemos que a-n = na
1
2x−13 = 331
= 3-3
1 - x2 = -3
x2 = 4
Aquí utilizamos la definición de valor absoluto.
x = 4 = 2 entonces
x1 = 2, x2 = - 2
Curso de Apoyo en Matemática
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124
Actividades de Aprendizaje 1) Graficar:
a) y = 3x b) y = x
41
c) y = 3. 2x
d) y = 3x – 2 e) y = - 3x f) y = - 21
.3x
2) Las sustancias radiactivas se desintegran emitiendo radiaciones y transformándose en otras sustancias.
Sustancia radiactiva → radiaciones + otra sustancia.
Este proceso se realiza con el paso del tiempo y a un ritmo que varía según el tipo de sustancia. La rapidez con que se desintegra una sustancia radiactiva se mide mediante su "período de desintegración", que es el tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de la masa inicial; algunos ejemplos son:
uranio: 2500 millones de años radio: 1620 años actinio: 28 años talio: 3 minutos
Si tenemos una masa inicial de un gramo y el período de desintegración es un año, averiguar qué cantidad de sustancia radiactiva queda al cabo de:
Tiempo (años) 1 2 3 4 5 6 7 ...
grs. de sustancia ... ¿Cuál es la función que representa este proceso?. Graficar.
3) Encontrar el valor de x que verifica:
a) 2
1
24
+
+
x
x
= 128 b) 23x = 0,53x+2
4) La población de una ciudad se triplica cada 50 años. En el tiempo t = 0, esta población es de 100.000 habitantes. Dar una fórmula para la población P(t) como función del tiempo t. ¿Cuál es la población después de
a) 100 años? b) 150 años? c) 200 años? 5) Las bacterias en una solución se duplican cada 3 minutos. Si hay 104 bacterias al comienzo, dar una fórmula para el número de bacterias en el tiempo t. ¿Cuántas bacterias hay después de
a) 3 minutos? b) 27 minutos? c) 1 hora?
Exponenciales y Logarítmos
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125
6) Un elemento radiactivo que decae en su crecimiento f (t) después de un tiempo t satisface la fórmula f (t) = 60 . 2-0,02 t .
a) ¿Cuál es la cantidad de este elemento al inicio del proceso? b) ¿Qué cantidad queda después de 500 años? c) ¿Qué cantidad queda después de 1000 años? d) ¿Qué cantidad queda después de 2000 años?. 7.2 Función Logarítmica - Logaritmos Supongamos que un determinado bien material que hoy cuesta $150 se devalúa con el uso, cada año, un 4% de su valor durante el año anterior. Por ejemplo: En t = 0 (inicio) el valor en 0 V(0) = 150 En t = 1 (1 año después ) V(1) = 150 – 4% de 150 = 144 En t = 2 (2 años después) V(2) = 144 – 4% de 144 = 138,24 En t = 3 ..... En general, una fórmula que representa esta situación, puede obtenerse como en el ejemplo inicial de la unidad: V(t) = 150. (096)t Supongamos ahora, que queremos saber luego de cuántos años de uso el valor del bien se redujo aproximadamente a $92. Para esto necesitamos resolver la siguiente ecuación 92 = 150 (0,96)t ¿Cómo despejar t de esta fórmula?
Observemos que...
el valor de t que estamos buscando es tal que
elevando el número 0,96 a ese valor da por resultado 15092
.
Ahora queremos resolver otros tipos de ecuaciones. Por ejemplo, resolvamos la ecuación 101 - x = 30. Veamos qué secuencia de pasos desarrollamos: Descomponemos el número 30 en sus
factores primos. 101 - x = 3 . 2 . 5
Observemos que...
no podemos expresar al segundo miembro como potencia de 10, lo que nos permitiría resolver la ecuación de manera similar
a la sección anterior.
Curso de Apoyo en Matemática
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126
Nuestra pregunta es: ¿cómo podemos resolver ecuaciones del tipo 10x = k ?, ó en general ¿ ax = k ?. Podemos hacerlo si conocemos la función inversa de y = 10x
Función Función logar ítmicalogar ítmica
A esta nueva función se la llama función logarítmica en
base 10 y se denota y = log10 x ó también, y = log x .
10x = 100 entonces x = log10100 = 2
pues 102 = 100
Si 3 = log10 1000 entonces 103 = 1000
10x = 1/100 entonces
x = log 10 100-1 = -2 pues 10-2 = 100-1.
Ahora, podemos decir que,
si 10x = k entonces x = log10 k es decir, el logaritmo de un número en base 10 es el exponente al que hay que elevar la base 10 para obtener dicho número.
Generalizando:
Logar itmo Logar itmo en base aen base a
Sea a > 0 y a ≠≠ 1 , e y > 0, llamaremos logaritmo en base a de y al único número x que verifica ax = y. Es decir,
loga y = x ⇔⇔ ax = y .
Ejemplo:
Interpretemos la definición de logaritmo:
a) 27 = 128
27 = 128 ⇔ log2 128 = 7
b) 81/3 = 2
81/3 = 2 ⇔ log8 2 = 31
Ejemplo: Calculemos
a) log2 16
log2 16 = y ⇔ 2y = 16 = 24 ⇔ y = 4
b) log2 32
log2 32 = y ⇔ 2y = 32 = 25 ⇔ y = 5
Exponenciales y Logarítmos
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127
Ejemplo:
Ahora estamos en condiciones de resolver la siguiente ecuación.
El símbolo ≅ significa
aproximadamente. Consulta el manual de tu calculadora
para verificar que log10 30 es aproximadamente 1,47712.
101-x = 30
101-x = 30 ⇔ 1 - x = log10 30 ≅ 1,47712
luego x ≅ - 0,47712
7.2.1 Propiedades de los Logaritmos Recordemos algunas propiedades de los logaritmos:
log2 (4.8) = log2 32 = 5
y log2 4 + log2 8 = 2 + 3 = 5
1.- El logaritmo de un producto es igual a la suma de los logaritmos de los factores
loga (x . y) = loga x + loga y
log2 43 = log2 64 = 6 pues 26 = 64 y 3 log2 4 = 3.2 = 6
2.- El logaritmo de una potencia es igual al exponente por el logaritmo de la base
loga (xy) = y . loga x
A partir de estas dos propiedades se pueden deducir las siguientes:
log3 81/9 = log3 9 = 2
y por otro lado
log381 - log3 9 = 4 – 2 = 2.
3.- El logaritmo de un cociente es igual al logaritmo del numerador menos el logaritmo del denominador.
loga
yx
= loga x - loga y
Observar que loga
yx
= loga 1loglog1
. −+=
yx
yx aa
= log a x – log a y
log3 131
3log4
81
1−==
pues 3-1 = 3
11/3.
Por otro lado tenemos
.1)4.(4
1
81
13log
4
1−=−=
4.- El logaritmo de una raíz es igual al logaritmo del radicando dividido por el índice de la raíz.
loga y x = y1
loga x = y
xlog a
Observar que loga y x = loga (x1/y) = y
1 loga x
Curso de Apoyo en Matemática
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128
Para pensar ...
El logaritmo de la base es siempre 1
loga a = 1 ¿por qué?
El logaritmo de 1 es 0 en cualquier base loga 1 = 0 ¿por qué?
7.2.2 Cambio de base Las calculadoras científicas permiten solamente obtener logaritmos decimales y neperianos.
Logar itmo Logar itmo dec imaldecimal
Los logaritmos decimales son los logaritmos de base 10, y se acostumbra denotar log10 x = log x omitiendo la base.
Logar itmo Logar itmo neperianoneperiano
El logaritmo neperiano o natural es el logaritmo cuya base es el número e ≅≅ 2,7182 y se denota loge x = ln x .
Si queremos calcular logaritmos en otra base, es conveniente realizar cambios de base. Si, por ejemplo, tuviéramos que calcular log2 3: Llamamos x al logaritmo que queremos calcular. Luego, aplicamo s logaritmo decimal a ambos miembros y obtenemos
x = log2 3
x log 2 = log 3,
finalmente, x =
2 3
loglog
≅ 1,5849 .
El procedimiento general es:
y = loga x
ay = x
y logb a = logb x
y = alogxlog
b
b
Exponenciales y Logarítmos
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Actividades de Aprendizaje 7) Calcular a) log2 481 b) log3 15 27 . 8) Hallar el valor de x. a) log7 x = 2 b) loga x = 0
c) log8 x = 31
d) log2 64 = x
e) log49 7 = x f) log8 4 2 = x
g) logx 10 = 41
h) logx 0,000001 = -6
9) Mostrar con un ejemplo que en general, a) log a (x + y) ≠ loga x + loga y b) log a (x - y) ≠ loga x - loga y. 10) Resolver aplicando la definición de logaritmo.
a) log5 25 + log2 41
b) log 1000 - 31
log1/2 1
c) 27log 49 - log2 16 d) log2 2 + log3 3 4 3 - log 0,001
e) log3 27 + log1/2 4 - 2 log1/3 91
11) Sabiendo que log2 5 ≅ 2,3 calcular, aplicando las propiedades del logaritmo.
a) log2 10 b) log2 2,5 c) log2 5 d) log2 25. 12) Averiguar el valor numérico de las siguientes expresiones: a) loga (a2 a ) b) loga 1
c) 3 2
logx
xx d) log2 3 64
e) 3 64log
2
1 f) 2log2 aa
g) aalog10 h) )(log103aaa
i) log10(log10 1010) j)
210log1010log
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13) Calcular realizando cambio de base a) log2 10 b) log5 2 c) log1/2 20 d) log4 0,1 . 7.3 Ecuaciones Exponenciales y Logarítmicas Ya hemos resuelto ecuaciones exponenciales del tipo 53-x = 53 y del tipo 101-x = 30 utilizando logaritmos. Ahora resolveremos ecuaciones más complejas utilizando las propiedades del logaritmo.
Ejemplo: Calcular el valor de x en las siguientes ecuaciones exponenciales...
Aplicamos las propiedades de logaritmo y resolvemos la ecuación
resultante en forma habitual
a) 3x . 52x = 4 log ( 3x . 52x ) = log 4
log 3x + log 52x = log 4
x . log 3 + 2 x log 5 = log 4
x . 0,477 + 2 x . 0,699 ≅ 0,602
x . 0,477 + x . 1,398 ≅ 0,602
x . (0,477 + 1,398) ≅ 0,602
x . 1,875 ≅ 0,602
x ≅ 0,321
Recordemos que…
am+n = am. an a-1 = 1/a
b) 3x+1 + 3x-1 = 2431
3x+1 + 3x-1 = 2431
3 .3x + 3-1 . 3x = 2431
Extraemos 3x factor común, resolvemos y aplicamos
a la expresión 3x = 729,3
logaritmo para luego resolver mediante propiedades.
3x
+
31
3 = 2431
3x . 3
10 = 2431
3x = 729,3
x log 3 = log 729,3
x = 3
729,3 log
log
x ≅ 6,0003
Consideremos z = 3x , reemplazando en la ecuación, obtenemos una ecuación de segundo grado y
encontramos las raíces como se mostró en la Unidad 5.
c) 32x - 4 . 3x+1 = -27
(3x)2 - 4 . 3 . 3x + 27= 0
z2 - 12 z + 27 = 0
las raíces de esta ecuación son z1 = 9 , z2 = 3 .
Exponenciales y Logarítmos
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Por lo tanto 3x = 9 ⇒ x = 2
y 3x = 3 ⇒ x = 1
Si reemplazamos z = 5x
obtenemos una ecuación de segundo grado.
Atención Una vez obtenidas las soluciones no olvides verificar si las mismas
satisfacen la ecuación.
d) 25x + 5x = 20
25x + 5x = 20 (5x)2 + 5x = 20 z2 + z - 20 = 0 Raíces de la ecuación cuadrática: z1 = 4 , z2 = -5. Luego 5x = 4 ⇒ x log 5 = log 4 ⇒ x ≅ 0,8613 Si consideramos 5x = -5 , vemos que no hay valores de x que cumpla la ecuación, pues ninguna potencia de 5 puede ser negativa.
Por ejemplo, calculemos el valor de x en las siguientes ecuaciones logarítmicas:
Aplicando la definición de logaritmo.
a) log5 4 x = 2 log5 4 x = 2
4 x = 52
x = 425
b) log9 (x + 1) + log9 9 (x + 1) = 2 log9 (x + 1) + log9 9 (x + 1) = 2
log9 9 (x + 1)2 = 2
9 (x + 1)2 = 92
(x + 1)2 = 9
Observemos que...
con la solución x2 = -4 obtenemos
log9 (- 3) = x ⇔ 9x = - 3 igualdad que no se verifica para
ningún valor de x.
x + 1 = 3 ⇒ x1 = 2 x + 1 = 3 x + 1 = -3 ⇒ x2 = - 4
Hemos considerado z = log2 x.
c) 2 22log x - 10 log2 x + 8 = 0
2 z2 - 10 z + 8 = 0
Curso de Apoyo en Matemática
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132
Atención
No olvides verificar las soluciones y descartar alguna si es necesario.
cuyas soluciones son z1 = 4 , z2 = 1
log2 x = 4 ⇔ x = 24 = 16
log2 x = 1 ⇔ x = 21 = 2
Necesitamos que todos los logaritmos involucrados en esta ecuación estén expresados en la misma base para poder utilizar las
propiedades. Expresamos todos los logaritmos en base 2.
d) 3 log2 x - 2 log4 x = 2
log4 x = y ⇔ x = 4y log2 x = y log2 4
log2 x = y . 2
y = 21
log2 x
Reemplazando en la ecuación obtenemos:
3 log2 x - log2 x = 2
2 log2 x = 2
log2 x = 1
x = 2
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 14) Resolver las siguientes ecuaciones logarítmicas
a) log x = 3 log 2
c) 5 log x - log 32 = log 2x
e) log 10 = 5 - 3 log x
g) log 210 3 - 21 2
+xx
= 2
i) ln x - ln x3 = 8
Ejercicios Complementarios
b) log x - log 3 = 2
d)2 log x = log 2x
- 53
f) 10 log 5 x - 5 log 5 x + 5 = 0
g) log 3 x2 + log 3 x - 6 = 0
j) log22 x - 5 log 2 x = 0
15) Calcular el valor de x. a) loga x = loga 9 – loga 4
b) loga x = 3 (loga 5 + 4 loga 2 – loga 3)
c) loga x = 5
4log3 a
Exponenciales y Logarítmos
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16) Resolver las siguientes ecuaciones exponenciales a) 4 . 3x - 4 = 0
b) 3 . 4x + 6 = 0
c) e2x - ex - 6 = 0
d) 2x - 22-x = 0
e) 32x + 9x = 162
Ejercicios complementarios
f) 2x + 4x = 72
g) 1--
-
3 . 10 3
3 3 xx
xx
=+
h) 5x + 51-x = 6
i) e2x - 5 (ex - e) - ex+1 = 0
j) x x 3 6+ - 1- 3 x x = 0 17) Una sustancia radiactiva se desintegra de acuerdo a la fórmula r(t) = c e-7 t donde c es una constante. ¿En cuánto tiempo habrá exactamente un tercio de la cantidad inicial?. 18) Una población de bacterias crece de acuerdo a la fórmula B(t) = c e kt donde c y k son constantes y B(t) representa el número de bacterias en función del tiempo. En el instante t = 0 hay 106 bacterias. ¿En cuánto tiempo habrá 107 bacterias, si en 12 minutos hay 2 . 106 bacterias?. 19) En 1900 la población de una ciudad era de 50000 habitantes. En 1950 había 100000 habitantes. Asumamos que el número de habitantes en función del tiempo se ajusta a la fórmula P(t) = c e kt donde c y k son constantes. ¿Cuál fue la población en 1984?. ¿En qué año la población es de 200000 habitantes?. 20) La presión atmosférica como función de la altura está dada por la fórmula P(h) = c ekh donde c y k son constantes, h es la altura y P(h) es la presión en función de la altura. Si en el barómetro se lee 30 al nivel del mar y 24 a los 6000 pies, hallar la lectura barométrica a los 10000 pies. 21) El azúcar se descompone en el agua según la fórmula A(t) = c e -kt donde c y k son constantes. Si 30 kilos de azúcar se reducen a 10 kilos en 4 horas, ¿cuánto tardará en descomponerse el 95% del azúcar?. 22) Una partícula se mueve con velocidad S(t) = c e-kt donde c y k son constantes. Si la velocidad inicial en t = 0 es de 16 unidades por minuto, y en 2 minutos se reduce a la mitad, hallar el valor de t cuando la velocidad es de 10 unidades/minuto. 23) ¿Qué relación debe existir entre a y b para que se verifique que log a + log b = 0 ?. 24) Si el punto (2, 5) pertenece a la gráfica de la función exponencial y = px, ¿cuánto vale p?
25) Si a y b son dos números enteros, calcular el valor de log1/a a + logb b1
.
Curso de Apoyo en Matemática
Página 134
8. FUNCIONES TRIGONOMETRICAS DE ANGULOS
La palabra trigonometría proviene del griego trí = tres, gonon = ángulo y metria = medida. Es la parte de la Matemática que nos ayuda a resolver problemas relacionando y haciendo cálculos con las medidas de los lados y los ángulos de un triángulo.
En esta Unidad estudiaremos dos sistemas de medición de ángulos para luego recordar las
principales funciones trigonométricas: seno, coseno y tangente, observando su relación en los distintos cuadrantes. Finalmente, las funciones trigonométricas inversas nos permitirán obtener el valor de un ángulo conociendo su ubicación y el valor de la función.
Todos estos recursos nos ayudarán a resolver problemas como el siguiente. ¿Cómo medir el ancho de un río sin cruzarlo? Supongamos que se tienen aparatos para medir distancias y para medir ángulos pero no se
puede cruzar el río. Además la orilla es escarpada y sólo es posible moverse perpendicularmente al río, donde hay un camino. ¿Cómo medir el ancho del río?
Este y otros problemas similares han podido ser resueltos desde la antigüedad utilizando las relaciones trigonométricas entre los ángulos y los lados de los triángulos. En esta Unidad recordaremos algunas de ellas. 8.1. Ángulos
Un ángulo αα en el plano es la región determinada por dos semirrectas ll 1 y ll 2 con origen común O, cuando se hace girar el lado inicial ll 1 hasta el lado final ll 2 en el sentido contrario al de las agujas del reloj. Este sentido también es llamado antihorario. ll 1 se denomina lado inicial y ll 2 lado
final de αα y lo denotamos por αα = A∧O B. ÁnguloÁngulo
Ejemplo:
Ángulo nulo l1 coincide con l2.
Trigonometría
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Ángulo recto l2 es perpendicular a l1.
Ángulo llano l2 es opuesta a l1.
Ángulo de 1 giro .l1 coincide con l2 después de un
giro.
Si colocamos el origen de un ángulo α = A∧O B en el origen de coordenadas y hacemos coincidir el
lado inicial l1 con el semieje positivo de las x, entonces el lado terminal l2 quedará en algún cuadrante.
l2 está en el primer cuadrante.
l2 está en el segundo cuadrante.
De esta manera, podemos hablar del cuadrante al que pertenece un ángulo α. Por definición, los ángulos agudos son los que pertenecen al primer cuadrante.
Curso de Apoyo en Matemática
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8.1.1. Sistemas de Medición de Ángulos Para medir la amplitud de un ángulo tenemos diferentes sistemas de medición.
Sistema Sistema SexagesimalSexagesimal
El sistema sexagesimal consiste en tomar como unidad de medida la 90-ava parte de un ángulo recto.
Se denomina a dicha unidad grado sexagesimal y se la denota 1º.
A la 60-ava parte de un grado se la llama minuto y se la denota 1' ; y la 60-ava parte de un minuto se la denomina segundo y se denota 1''.
Si se requiere más precisión se consideran décimas, centésimas, etc. de segundo.
Ejemplos: 1) Un ángulo recto mide 90º.
2) Un ángulo llano mide 180º.
3) Expresemos en grados, minutos y segundos el ángulo que
mide 30,28º. En principio separamos la parte entera
y la parte decimal de 30,28º 30,28º = 30º + 0,28º
Ahora, usando proporcionalidad
directa calculamos cuántos minutos son 0,28º.
Separando luego la parte entera y la
parte decimal de los minutos.
1º → 60'
0,28º → 60' . 0,28 = 16,80'
= 16' + 0,80' Con la regla de tres simple calculamos
cuántos segundo son 0,80' 1' → 60''
0,80' → 60'' . 0,80 = 48''
Consulta el manual de tu calculadora para poder expresar 30,28º
como 30º 16' 48''
Así obtenemos: 30,28º = 30º 16' 48''
Otra unidad de medida de ángulos, de uso frecuente es el radián.
Sistema Sistema RadialRadial
Un radián representa la medida de un ángulo central de una circunferencia, de modo tal que la longitud del arco comprendido sea igual al radio de la circunferencia y se denota por 1 rad.
El siguiente cuadro muestra la correspondencia entre las longitudes de distintos arcos de circunferencia y sus correspondientes ángulos centrales medidos en radianes.
Trigonometría
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Longitud del arco
↔ Ángulo central
1 radio ↔ 1 rad.
2 radios ↔ 2 rad. longitud del arco AB =
longitud del radio 0A
2π radios ↔ 2π rad.
Se podría llegar a pensar que el valor de un radián depende de la circunferencia elegida para formular la definición. Observemos sin embargo que si el radio de una circunferencia se duplica, su longitud también se duplica.
2 π (2 r) = 2 (2 π r)
En consecuencia, el arco correspondiente a un ángulo central también se duplica.
Siguiendo este razonamiento, podemos afirmar que nuestra definición no depende de la circunferencia elegida.
PASO DE RADIANES A GRADOS Y DE GRADOS A RADIANES
Siguiendo la definición, a un ángulo de 2 radianes le corresponderá un arco de circunferencia que mide dos veces el radio.
Longitud del arco ↔ Ángulo central
2 radios ↔ 2 rad.
En símbolos,
360º = 2 π rad
Como la longitud de la circunferencia es 2 π r, el número de radianes de un ángulo de un giro es 2 π , ya que es el número de veces que el radio está contenido en la longitud de la
circunferencia, es decir, ππ
22
=r
r.
Longitud del arco ↔ Ángulo central
2π radios ↔ 2π radios
Curso de Apoyo en Matemática
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Otras equivalencias entre los dos sistemas son:
1º = 360 2 π
rad
1 rad = π 2
360
Ejemplos:
a) Veamos cuántos radianes son 225º .
360º → 2 π rad
225º → º360225º x rad 2 π
= 45
π rad
b) Veamos cuántos grados son
6π
radianes
2 π rad → 360º
6π
rad → π
π
26
360º = 30º
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 1) ¿A qué cuadrante pertenecen los siguientes ángulos?
300º, 192º, 93º, 180º 1', 150º, 35º 2) Expresar en grados, minutos y segundos los ángulos que miden 23,18º , 107,03º 3) Dibujar el triángulo de vértices
A (0 , 0) B (2 , 0) C (1 , 3 )
Probar que es equilátero y que en particular el ángulo A mide 60º. 4) Encontrar un punto P(x , y) del primer cuadrante de tal manera que la semirecta l2 de origen O y que pasa por P determine un ángulo de 30º. 5) Completar la siguiente tabla:
Grados 0 30º 90º 135º 150º 240º 270º 360º
Radianes 0 4π
3π
π 32
π π
35
2 π
6) ¿Cuántos grados mide un radián?.
Trigonometría
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7) En una circunferencia de 10 cm de radio, un arco mide 6 cm. ¿Cuánto mide, en grados y en radianes, el ángulo correspondiente?. 8) Un ángulo mide 3 radianes. Si dibujamos su arco tomando un radio de 5 cm, ¿cuánto medirá dicho arco?.
8.2. Funciones trigonométricas de un ángulo
Si tomamos un ángulo α con lado terminal l2 y P(x , y) un punto sobre l2 , la distancia de P al origen es
r = 22 yx +
El cociente ry
se llama seno de αα y se denota:
SenoSeno sen α = ry
= origen al P de distancia
P de ordenada
y el cociente r
x se llama coseno de αα y se denota:
CosenoCoseno
cos α =
r
x =
origen al P de distancia P de abscisa
Estos cocientes aparentemente dependen del punto P(x , y) elegido sobre l2 , pero no es así, pues dependen únicamente del ángulo α. En efecto, si P'(x' , y') es otro punto sobre l2 , observemos las figuras de la izquierda.
Como los triángulos rectángulos ∆
PX0 y ∆X'0P' donde
X = (x , 0) y X’ = (x’ , 0) son semejantes, los lados son
l2
P(x, y)
y
x
r
α
0
l2
P y
y’
x’ x 0 α
Curso de Apoyo en Matemática
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X = (x , 0) y X’ = (x’ , 0) son semejantes, los lados son proporcionales, luego:
r
x =
''
rx
y ry
= ''
ry
r = 22 yx +
r’ = 2'2' yx +
Como cos α =
r
x y sen α =
ry
, las igualdades anteriores
muestran que cos α y sen α son independientes del punto elegido sobre la recta.
Para pensar... A partir de las definiciones se deduce que:
- 1 ≤ sen α ≤ 1 , - 1 ≤ cos α ≤ 1
¿Por qué?
Además, podemos obtener la relación fundamental
sen2 α + cos2 α = 2
2
r
x + 2
2
r
y = 2
22
r
yx + = 2
2
r
r = 1
es decir,
Relación Relación FundamentalFundamental
sen2 αα + cos2 αα = 1
Ejemplo:
Sea α el ángulo cuyo lado terminal l2 pasa por P(2 , 3). Entonces:
r = 22 32 + = 13
sen α = 133
, cos α = 132
En este ejemplo se calcularon las funciones trigonométricas de un ángulo cuya medida no se conoce. Ahora veremos cómo se pueden calcular los valores de las funciones trigonométricas para los ángulos de 30º, 45º y 60º.
l2
P y
y’
x’ x 0 α
P’
r
3
2 x
y l2
α
0
P
Trigonometría
Página 141
Ejemplo: ángulo de 45º
Como r = 22 11 + = 2 , entonces
sen 45º = 2
1 =
22
cos 45º = 2
1 =
22
Ejemplo: ángulo de 60º (recordar el ejercicio 3 )
Como r = ( )22 31 + = 4 = 2, entonces
sen 60º = 23
cos 60º = 21
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 9) Mostrar que:
sen 30 º = 21
; cos 30º = 23
Recordar el ejercicio 4. 10) Mostrar que: sen 0º = 0 ; cos 0º = 1 sen 90º = 1 ; cos 90º = 0 sen 180º = 0 ; cos 180º = -1 sen 270º = -1 ; cos 270º = 0
A partir de las funciones seno y coseno es posible obtener una nueva función llamada la tangente del ángulo α , definida por:
TangeTangentente
tg α = αα cos
sen
Observemos que....
como no se puede dividir por 0, debemos excluir los ángulos
de 90º y 270º.
O sea
tg α = αα cos
sen =
rxry
= xy
= P de abscisaP de ordenada
45º
1
1 x
y l2
0
P(1, 1) r
60º
3
1 x
y l2
0
P(1, 3 )
r
Curso de Apoyo en Matemática
Página 142
11) Hallar la tangente de los ángulos que miden: 0º , 30º , 45º , 60º 12) Hallar sen α, cos α y tg α , si α es el ángulo cuyo lado terminal l2 pasa por P(- 2 , 3). Para las aplicaciones es importante conocer los valores de las funciones trigonométricas de cualquier ángulo. Los métodos para calcularlos no son elementales y se basan en el cálculo infinitesimal; dichos métodos permiten calcular los valores con la precisión que se quiera. No obstante, una calculadora común da los valores con una aproximación que resulta muy buena para la mayoría de los problemas. Para los ángulos especiales de 0º, 30º, 45º, 60º y 90º es conveniente usar los valores exactos calculados con anterioridad. 8.3. Triángulos Rectángulos
Consideremos un triángulo rectángulo cuyos catetos miden a y b y su hipotenusa c. Sean α y β sus ángulos agudos. α y β se dicen ángulos complementarios y su suma es siempre
α + β = 90º.
Las relaciones entre estas cantidades que conviene tener
presente son:
Teorema de Teorema de PitágorasPitágoras
c2 = a2 + b2
Las definiciones de las funciones trigonométricas
sen α = ca
cos α = cb
tg α = ba
y las correspondientes para β.
sen β = cb
cos β = ca
tg β = ab
La suma de los ángulos interiores de un triángulo vale 180º; por lo que en un triángulo rectángulo:
β = 90º - α
α
β c
b
Trigonometría
Página 143
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 13) Calcular sen α, cos α y tg α en los siguientes casos.
a) a = 5 ; b = 3.
b) a = 6 ; c = 10.
RelacionesRelaciones t r igonométr icas tr igonométr icas
de ángulosde ángulos complementcomplement aa r iosr ios
Ejemplo:
A partir del triángulo anterior y usando las relaciones mencionadas, obtenemos:
sen (90º - α) = sen β = cb
= cos α
cos (90º - α) = cos β = ca
= sen α
tg (90º - α) = tg β = ab
= α
1tg
Veamos ahora cómo podemos hallar los ángulos de un triángulo rectángulo, si se conocen sus lados.
Ejemplo:
Supongamos que a = 3 , b = 4 y, por el teorema de Pitágoras, c = 5. Queremos hallar el valor de α . De la definición de las funciones trigonométricas tenemos que
tg α = 43
Este valor de α, también se podría haber hallado a partir del seno y coseno de ángulos agudos, es decir:
sen α = 5
3 y α = arc sen
5
3
cos α = 5
4 y α = arc cos
5
4
Denotamos por
α = arc tg 43
el ángulo agudo cuya tangente es 43
.
Su valor numérico
α = 36,86º = 36º 51' 36''
puede ser hallado utilizando la calculadora.
3 5
4 α
Curso de Apoyo en Matemática
Página 144
14)
a) Si sen α = 31
y a = 2 , calcular el valor exacto de b y c.
b) Si tg β = 2 y a = 2 , calcular el valor exacto de b y c.
c) Calcular el valor exacto del área del triángulo si c = 1 y cos β = 41
.
15) a) Hallar el área de un triángulo rectángulo en el cual un ángulo mide 30º y la hipotenusa mide 4. b) En un triángulo rectángulo, un ángulo mide 60º y el cateto opuesto mide 3. Hallar su perímetro. 16) a) Hallar los ángulos del triángulo rectángulo cuyos catetos miden 30 y 35. b) La hipotenusa de un triángulo rectángulo mide 18 y uno de sus catetos 7. Hallar sus ángulos.
8.4. Signos de las Funciones Trigonométricas
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 17) Comprobar que los signos de las funciones trigonométricas en los distintos cuadrantes son los indicados en las figuras siguientes:
Los signos de las funciones trigonométricas dependen del cuadrante en que se encuentra el ángulo. Así por ejemplo, si α está en el segundo cuadrante, como r > 0 :
x < 0 ; y > 0
sen α = ry
> 0
cos α = r
x < 0
tg α = xy
< 0
P(x, y) y
x 0 α
r
Trigonometría
Página 145
18) Hallar el signo de las funciones trigonométricas de los siguientes ángulos, sin hallar el valor numérico:
98º , 220º , 75º , 160º , 300º , 185º
19) Determinar el cuadrante en que se encuentra el ángulo α en cada uno de los siguientes casos: a) sen α < 0 y cos α > 0
b) sen α > 0 y cos α < 0
c) sen α < 0 y tg α > 0
d) tg α < 0 y cos α > 0
8.5. Relaciones entre las Funciones Trigonométricas
Hemos visto que para cada ángulo α vale la relación fundamental
sen2 α + cos2 α = 1 y definimos la tangente de un ángulo α distinto de 90º y 270º como:
tg α = αα cos
sen .
Ejemplo: Sea α un ángulo del tercer cuadrante del cual se conoce que sen α = - 31
a) Calculemos el cos α:
Como sen2 α + cos2 α = 1, entonces
cos α = ± sen - 1 2 α
= ± 31 - - 1
2
= ±
98 = ±
3 8
y como α está en el tercer cuadrante, cos α < 0 , luego,
cos α = - 3
8 .
x
y
r
0
α
Curso de Apoyo en Matemática
Página 146
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
b) Calculemos la tangente de α:
tg α = αα cos
sen =
3
8 -
31
- =
8 1
.
Ejemplo: Sea α el ángulo del segundo cuadrante tal que tg α = - 3.
a) Calculemos cos α
Como - 3 = tg α = αα cos
sen , entonces sen α = - 3 cos α
Usando que sen2 α + cos2 α = 1 , tenemos que:
(- 3)2 cos2 α + cos2 α = 1
10 cos2 α = 1
cos2 α = 101
cos α = ± 10
1
Dado que α está en el segundo cuadrante, cos α < 0 , luego
cos α = - 101
Utilizamos la relación fundamental
sen2 α + cos2 α = 1.
b) Calculemos sen α:
Como - 3 = tg α = αα cos
sen , entonces cos α =
3−αsen
sen2 α + 9
sen 2 α = 1
910
sen2 α = 1
sen2 α = 109
sen α = ± 109
= ± 10
3
Como α está en el segundo cuadrante, sen α > 0 , entonces
sen α = 103
.
x
y r
0
α
P(x, y)
x
y r
0
α
P(x, y)
Trigonometría
Página 147
20) Calcular las funciones trigonométricas del ángulo α en los siguientes casos:
a) sen α = - 32
, α en el cuarto cuadrante;
b) tg α = 3 , α en el primer cuadrante;
c) cos α = - 52
, α en el segundo cuadrante;
d) tg α = 2 , α en el tercer cuadrante; 8.6. Funciones Trigonométricas Inversas de un Angulo Hemos visto que conocido el valor de una función trigonométrica para ángulos agudos, es posible hallar el valor del ángulo mediante las funciones arco seno, arco coseno , arco tangente. Nuestro objetivo es ahora, calcular estas funciones para ángulos del segundo, tercero y cuarto cuadrante, para lo que debemos tener en cuenta el signo de las funciones trigonométricas seno, coseno y tangente.
Observemos que...
las calculadoras científicas devuelven:
Ø mediante la función arc sen
• si sen α > 0 , un ángulo α del primer cuadrante, • si sen α < 0 , un ángulo α del cuarto cuadrante,
Ø mediante la función arc cos
• si cos α > 0 , un ángulo α del primer cuadrante, • si cos α < 0 , un ángulo α del segundo cuadrante,
x
y +
sen
x
y +
cos
Curso de Apoyo en Matemática
Página 148
Ø mediante la función arc tg
• si tg α > 0 , un ángulo α del primer cuadrante • si tg α < 0 , un ángulo α del cuarto cuadrante.
Si el ángulo que nos interesa no se encuentra en el cuadrante que la calculadora nos devuelve, debemos hacer la reducción correspondiente.
Ejemplo:
Calculemos α sabiendo que sen α = 0,83867 y α está en el segundo cuadrante.
Operando con la calculadora obtenemos:
β = arc sen 0,83867 ≈ 57º
ángulo que pertenece al primer cuadrante.
Observemos en la figura que los triángulos
∆0XP y
∆P'0X' son
congruentes, pues son simétricos respecto del eje y, X = (x , 0) y X’ = (- x , 0).
Luego, sen β = ry
= sen α.
Para calcular α, que es el ángulo que nos interesa, basta observar del dibujo que α = 180º - β ≈ 180º - 57º = 123º
Ejemplos:
1) Calculemos el ángulo α sabiendo que sen α = - 0,5 y α está en el cuarto cuadrante.
Con la calculadora obtenemos:
β = arc sen (- 0,5) = - 30º Aquí el signo menos delante del valor del ángulo significa, que el mismo se ha medido en sentido de las agujas del reloj. De la figura obtenemos que:
α = 360º - 30º = 330º
x
y +
tg
- x
y r
0 α
P’
x
P
β
x
α
β
Trigonometría
Página 149
2) Calculemos el ángulo α sabiendo que sen α = - 0,5 y α está en el tercer cuadrante.
Como en el ejemplo anterior, la calculadora nos devuelve:
β = arc sen (- 0,5) = - 30º
Observamos en la figura que los triángulos ∆
0XP y ∆
P'0X' , donde X = (x , 0) y X’ = (- x, 0) , son congruentes por ser simétricos respecto del eje y, en consecuencia,
sen β = ry
= sen α
De la figura observamos que como los triángulos mencionados son congruentes:
P'X0 = PX0 = 30º luego,
α = 180º + PX0 = 180º + 30º = 210º
3) Calculemos α sabiendo que cos α = 0,61566 y α está en el cuarto cuadrante.
En la calculadora obtenemos: β = arc cos 0,61566 ≈ 52º
De la figura vemos que, si X = (x , 0) , ∆
0XP es congruente
con ∆
0XP' por ser simétricos respecto al eje x de aquí
cos β = rx
= cos α
concluimos que α = 360º - β
4) Calculemos α sabiendo que cos α = - 0,342 y α está en el tercer cuadrante
De la calculadora obtenemos: β = arc cos (- 0,342) ≈ 110º
Vemos que, si X = (x , 0), ∆
0XP' es congruente con ∆
0XP por ser simétricos respecto al eje x, luego
cos β = rx
= cos α
y también PX0 = P'X0 = 180º - β .
Entonces α = 180º + PX0 = 180º + (180º - β) = 360º - β , es decir, α = 360º - 110º = 250º
- x
y
0
α
P’
x
P
β r
x
y
r 0
α
- y
β
P’
P
x
- y
r
0
α
y
β
P’
P
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Página 150
Retomemos el ejemplo que presentamos al comienzo de la Unidad ¿Cómo podremos medir el ancho de un río sin cruzarlo? Tenemos aparatos para medir distancias y para medir ángulos pero no podemos cruzar el río. Además la orilla es escarpada y sólo es posible moverse perpendicularmente al río, donde hay un camino. ¿Cómo medir el ancho del río?
Ejemplo: Un árbol y un observador se encuentran en orillas opuestas de un río. El observador mide el ángulo que forma su visual con el punto más alto del árbol y obtiene 35 º; retrocede 10 m. y mide el nuevo ángulo, obteniendo un valor de 25 º . ¿Qué altura tiene el árbol?, y ¿ cuál es el ancho del río?.
En primer lugar, debemos situarnos frente a algún objeto ubicado en la orilla opuesta que nos sirva de referencia. Desde allí nos movemos a lo largo de la orilla y en dirección perpendicular al árbol una distancia d, como muestra la figura. Desde este punto P medimos el ángulo α que forma la dirección al árbol con el camino que acabamos de recorrer. Para fijar ideas, supongamos que d = 100m. y α = 24º.
Como tg α =100
ada
= entonces a = 100 tg 24º ≈ 44,52 m.
Trigonometría
Página 151
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 21) Determinar α en cada uno de los siguientes casos:
a) sen α = 0,63465 y α en el segundo cuadrante,
b) tg α = - 1,42814 y α en el segundo cuadrante.
c) cos α = - 0,656 y α está en el tercer cuadrante,
d) tg α = - 2 y α está en el cuarto cuadrante,
e) 31
ásen −= y α está en el tercer cuadrante,
f) cos α = - 0,659 y α está en el segundo cuadrante 22) Completar
Sexagesimal Radial sen cos tg α1 36º α2 1 α3 (3/4) π α4 210º 30' α5 (7/8) π α6 810º α7 - (7/6) π α8 - 162º 38' 20''
Llamando h a la altura del árbol y a el ancho del río, el gráfico muestra los datos del problema.
tg 35º = ah
y tg 25º = 100+ah
Despejando la variable h h = a tg35º y h = (a + 100) tg25º
Igualando ambas ecuaciones a tg35º = a tg25º + 100 tg25º
a (tg35º - tg25º) = 100 tg25º
a = tg25ºº35tg
º25tg100−
≈ 199,36 m.
Reemplazando en alguna de las
ecuaciones anteriores Entonces h = a tg35º ≈ 139,59 m.
Curso de Apoyo en Matemática
Página 152
23) Escribir todos los ángulos α (comprendidos entre 0 y 360) cuyo coseno valga -0.5. 24) ¿Para qué valores de α ∈ [0 , 2π] el seno y el coseno coinciden? 25) Resolver los siguientes triángulos:
a) a = 5 cm , β = 30º , α = 90º
b) b = 2 cm , c = 5 cm , α = 90º c) b = 82 cm , α = 90º , γ = 57º
26) Cuando el ángulo de elevación del sol sobre el horizonte es de 30º, una torre proyecta una sombra de 75 m. Calcular su altura. 27) ¿Cuán larga es la sombra que arroja un mástil de 11 m de altura cuando el sol tiene una elevación de 20º?. 28) El hilo que sujeta un barrilete mide 250 m y forma un ángulo de 32º con la vertical. Hallar la altura a que se halla si se supone que el hilo está en línea recta. 29) Un automóvil asciende una cuesta que tiene una inclinación de 22º. Si viaja a una velocidad de 60 km/h, ¿cuántos metros varía su altura sobre el nivel del mar en 15 minutos?. 30) Se piensa construir una pista de aviación y debido a la orientación elegida se ve que al final de la misma quedará una arboleda de 25 m de altura. ¿A qué distancia mínima de la arboleda debe terminar la pista si el ángulo de despegue de los aviones es de 16º?. 31) Cuando se apoya una escalera de 3 m de largo en una de las paredes de un pasillo, llega a una altura de 2,50 m. Si se la inclina sobre la otra pared llega a 2 m de altura. Averiguar el ancho del pasillo. 32) Un carpintero desea construir una escuadra de madera y necesita que uno de los ángulos sea de 30º. Desea saber las relaciones que deben guardar los lados entre sí. 33) Los lados paralelos de un trapecio miden 6 cm y 8 cm, y los otros dos miden 3 cm. Hallar las longitudes de sus diagonales y su área. 34) El frente de un terreno da sobre una diagonal y tiene las dimensiones que se indican en el esquema. Calcular los metros que tiene el frente y el área que ocupa.
35) Se quiere saber cuántos metros de alambrado son necesarios para cerrar el terreno sombreado de la figura:
Trigonometría
Página 153
36) En un triángulo sabemos que la hipotenusa mide 4 cm y la tangente del ángulo que esta determina con la base es igual a 0,2. Calcular el área de dicho triángulo. 37) Un sitio rectangular mide 102m x 296 m. Determinar la longitud de la diagonal y el ángulo que esta forma con el lado mayor. 38) Calcular los lados de un rombo cuyas diagonales miden 12 cm y 8 cm y calcular las medidas de los ángulos interiores. 39) Un poste de teléfono está sujeto por medio de varios cables que parten del extremo superior. Uno de estos cables está atado a una estaca situada a 5 m del pie del poste y forma con la horizontal un ángulo de 60º. Calcular la altura del poste y la longitud del cable. 40) En una circunferencia de 7 cm de radio se traza una cuerda de 9 cm. ¿Qué ángulo central abarca dicha cuerda?. 41) El radio de una circunferencia mide 6 cm. ¿Cuál es la longitud del arco correspondiente a un ángulo de 20º?:
42) Dos ángulos de un triángulo miden 50º y 6π
radianes respectivamente. ¿Cuánto mide el otro
ángulo?. 43) Un barco navega a 30 kilómetros por hora en dirección norte-oeste. ¿Qué distancia ha recorrido en una hora hacia el norte?. ¿Y hacia el oeste?. 44) Calcular el perímetro y el área de un triángulo isósceles, cuyos ángulos iguales miden 27º y sus dos lados iguales 40 m. 45) Calcular el perímetro y el área de un pentágono regular inscripto en una circunferencia de 10 cm de radio. 46) Para conocer la altura de una torre se ha medido el ángulo que forma la visual al punto más alto con la horizontal obteniendo 43º al acercarse 15 metros hacia la torre, se obtiene un nuevo ángulo de 57º. ¿Cuánto mide la altura de la torre?. 47) Desde un acantilado de 50 metros se ve un barco bajo un ángulo de 70º con la vertical. ¿A qué distancia de la costa se encuentra el barco?. 48) Un árbol y un observador se encuentran en orillas opuestas de un río. El observador mide el ángulo que forma su visual con el punto más alto del árbol y obtiene 35º; retrocede 10 metros y mide el nuevo ángulo, obteniendo un resultado de 25º. ¿Qué altura tiene el árbol?.
Curso de Apoyo en Matemática
Página 154
49) A los ángulos que están relacionados con los de 30º, 45º y 60º se les puede calcular en forma exacta el valor de las funciones trigonométricas, ellos son: 120º , 135º, 150º, 210º, 225º, 240º, 300º, 315º y 330º. Hallar dichos valores. 50) En un triángulo isósceles la altura correspondiente a la base mide el doble que esta. Hallar el valor de sus ángulos. 51) ¿Qué ángulos del primer cuadrante son adecuados para calcular las razones trigonométricas de 718º, 516º, 342º?. 52) Dibujar los ángulos que cumplen las siguientes condiciones y dar el valor de sus razones trigonométricas:
a) sen α = - 21
y tg α > 0 b) tg α = - 1 y cos α < 0
53) Si tg α = 33
y α > 2π
, calcular sen α y cos α.
8.7. Identidades trigonométricas En lo que resta de esta unidad veremos un listado de las identidades trigonométricas más importantes. Las mismas son de suma utilidad en la resolución de problemas de cálculo, álgebra y geometría. 8.7.1. Razones trigonométricas de αα + ββ y de αα – ββ
sen(α + β) = sen α cos β + cos α sen β
cos(α + β) = cos α cos β – sen α sen β
tg(α + β) = βαβα
tgtgtgtg
−+
1 Puedes verificar la veracidad de estas
identidades asignando valores a los ángulos α y β, o mejor aún, buscar las demostraciones de estas identidades
en un libro de Cálculo. sen(α – β) = sen α cos β – cos α sen β
cos(α – β) = cos α cos β + sen α sen β
tg(α – β) = βαβα
tgtgtgtg
+−
1
8.7.2. Razones trigonométricas del ángulo doble sen 2α = 2 sen α cos α
Trigonometría
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cos 2α = cos2 α – sen2 α
tg 2α =
α
α21
2
tg
tg
−
8.7.3. Teoremas del seno y del coseno
Teorema del seno
Los lados de un triángulo son proporcionales a los senos de los ángulos opuestos.
γβα senc
senb
sena
==
a b
c α β
γ
Curso de Apoyo en Matemática
Página 156
Teorema del coseno
El cuadrado de un lado es igual a la suma de los cuadrados de los otros lados menos el doble del producto de estos lados
por el coseno del ángulo comprendido.
a2 = b2 + c2 – 2ab cos α
b2 = a2 + c2 – 2ac cos β
c2 = a2 + b2 – 2ab cos γ
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 54) Comprobar que las siguientes igualdades son ciertas utilizando las identidades vistas.
a) αα
212cos
1tg+=
b) sen (α + β) sen (α – β) = sen2 α – cos2 β c) cos2 α = sen2 α cos2 α + cos4 α
a b
c α β
γ
Números Complejos en Forma Polar
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157
9. NÚMEROS COMPLEJOS EN FORMA POLAR
Recordemos que en la Unidad 1 vimos que a un número complejo podemos expresarlo en forma binómica z = a + b i donde a, b son números reales, y que se representa gráficamente mediante un punto del plano de coordenadas (a , b).
En la unidad anterior estudiamos las funciones trigonométricas, y ahora aplicaremos esto para expresar a los números complejos en forma polar, lo que nos posibilitará obtener mayor información respecto de ellos.
Consideremos el número complejo z = 2 + i. Si lo multiplicamos por un número real mayor
que uno se produce una dilatación (también llamada homotecia) en la dirección de la recta que contiene al vector asociado al número complejo z. Por ejemplo, si multiplicamos z por 2 podemos observar dicho efecto comparando los gráficos que aparecen a continuación.
Por otro lado, si multiplicamos a z por un número real entre 0 y 1 se produce una contracción.
Basta, por ejemplo, observar lo que ocurre cuando multiplicamos z por 21
.
¿Qué ocurrirá si multiplicamos ahora a z por un número imaginario puro? Por ejemplo,
z . 2i = -2 + 4i.
Comparando gráficamente los vectores asociados a z y al resultado de z . 2i vemos que este último es el resultado de dilatar y luego rotar 90º en sentido antihorario al vector inicial.
0 a x
b
y
(a, b)
0 2 x
1
y
z = 2 + i
0 4 x
2
y
z = 4 + 2i
0 2 x
1
y
z = 2 + i
0 1 x ½
y
z = 1 + ½ i
Curso de Apoyo en Matemática
Página 158
A continuación veremos cómo comprobar esto formalmente.
Módulo de Módulo de un número un número complejocomplejo
Consideremos un número complejo
z = a + b i
donde a, b son números reales. Llamaremos módulo de z a la distancia entre el punto (a , b) y el origen 0. Al módulo del número complejo z lo denotaremos con
z .
Observemos que...
podemos hallar el valor de z aplicando el Teorema de Pitágoras al triángulo que se obtiene a partir de la representación del número complejo z.
Así,
z = 22 ba + .
Argumento Argumento dd e e un número un número
complejocomplejo
Consideremos un número complejo
z = a + b i
donde a, b son números reales. Si z es un número complejo no nulo, denominamos argumento de z al ángulo αα que forma el semieje positivo de las abscisas y la semirrecta de origen 0 que pasa por (a , b) .
z = 2 + i
z . 2i = - 2 + 4i
0 a x
b
y (a, b)
Números Complejos en Forma Polar
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159
Observemos que...
podemos hallar el valor del argumento del número complejo z usando lo visto en la unidad anterior de trigonometría.
Así,
α = arc tg ab
El número complejo no nulo z = a + b i queda determinado si indicamos su módulo y su argumento.
Forma polar Forma polar de de un número un número
complejocomplejo
Denominamos forma polar de un número complejo a la expresión
z = (r , αα )
donde r es el módulo de z y αα es un argumento de z.
El argumento de un número complejo expresado en forma polar
no es único.
Observemos que...
de acuerdo a lo visto en trigonometría,
tg α = tg (α + 360º)
= tg (α + 2 . 360º)
= …
Esto se debe al hecho que es lo mismo considerar
α , ó α + 360º, ó α + 2 . 360º, ó .......
Ejemplo: Expresaremos en forma polar los siguientes números complejos:
a) z = 1 + 3 i
r = 3 1 22 + = 10
α = arc tg 13
= 71º 33’ 54’’
Así, la forma polar de z = 1 + 3 i es
z = ( 10 , 71º 33’54’’)
0 a x
b
y (a, b)
r α
α
α + 360º
a + bi
0 1
3 1 + 3i
r
x
y
α
Curso de Apoyo en Matemática
Página 160
Recordemos que...
los ángulos se miden en sentido antihorario.
b) z = - 1 + i
r = 1 (-1) 22 + = 2
α = arc tg 1-1
= 135º
(notar que α está en el segundo cuadrante)
Así, la forma polar de z = - 1 + i es
z = ( 2 , 135º )
c) z = 5 - 2 i
r = (-2) 5 22 + = 29
α = arc tg 52 -
= 338º 11’ 55’’
(notar que α está en el cuarto cuadrante)
Así, la forma polar de z = 5 - 2 i es
z = ( 29 , 338º 11’ 55’’ )
Observemos que...
las funciones seno y coseno nos permiten obtener
la forma binómica de un número complejo
conociendo su forma polar.
Si conocemos el módulo y el argumento de un número complejo podemos calcular las componentes real e imaginaria del número, de la siguiente manera:
a = r cos α , b = r sen α
Ejemplo: Expresemos en forma binómica los siguientes números complejos:
0 - 1
1 - 1 + i
r
x
y
α
0 5
- 2 5 - 2 i
x
y
α
0 a x
b
y (a, b)
r α
Números Complejos en Forma Polar
Página
161
a) z = (5 , 30º)
a = 5 cos 30º = 5 2
3
b = 5 sen 30º = 5 21
Así, la forma binómica de z = (5 , 30º) es
z = 5 2
3 +
25
i
b) z = (2 , 135º)
a = 2 cos 135º = - 2 2
2 = - 2
b = 2 sen 135º = 2 2
2 = 2
Así, la forma binómica de z = (2 , 135º) es
z = - 2 + 2 i
Por ejemplo, al número complejo
(2, 135º)
lo podemos escribir como
z = 2 (cos 135º + i sen 135º).
Observemos que...
si efectuamos los cálculos en esta última expresión obtenemos
z = - 2 + 2 i
Cuando la forma polar de un número complejo z es (r , αα ), el número z se puede escribir como z = r (cos αα + i sen αα ), pues z = a + bi = r cos αα + i r sen αα = r (cos αα + i sen αα )
Por ello, encontrarás muchas veces expresiones de la forma z = r cis αα ,
que es una forma abreviada de escribir
z = r (cos αα + i sen αα ).
A esta expresión se la conoce como forma trigonométrica del número complejo z.
Estamos ahora en condiciones de probar que cuando multiplicamos, al comienzo de esta unidad, el número complejo z = 2 + i por 2i, el resultado es un número complejo cuyo módulo es el doble del módulo de z (dilatación) y el vector asociado a éste forma un ángulo de 90º con el vector correspondiente a z.
2,5
52
3
2
- 2
Curso de Apoyo en Matemática
Página 162
La forma polar del número complejo z = 2 + i es
z = ( 5 , 26º 33’ 54’’).
Si denotamos con z1 al resultado de z . 2i, es decir, z1 = -2 + 4i, la forma polar de z1 es
z1 = ( 20 , 116º 33’ 54’’) = (2 5 , 116º 33’ 54’’).
Comparando la forma polar de z y de z1 vemos de inmediato lo que queríamos probar.
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 1) Representar los siguientes números complejos a) z = 2 – 3i b) z = -7i c) z = 3 + 4i d) z = -3 - 4 i e) z = -2 f) z = -1 + i g) z = 4i h) z = 2 2) Expresar en forma polar los siguientes números complejos a) z = 6 i b) z = - 5 + 2 i c) z = -4 d) z = 2 - 7 i 3) Expresar en forma binómica los siguientes números complejos a) z = (2 , 45º) b) z = (1,5 , 60º)
c) z = (4 , 220º) d) z =
300º ,
43
4) ¿Qué argumento tiene un número real positivo?. ¿Y un número real negativo? 5) Calcular tres argumentos del número complejo 1 + i .
Ayuda Es útil que recurras al gráfico de un número complejo y su conjugado.
6) ¿Cuáles son el módulo y el argumento del conjugado de
un número complejo z no nulo?.
7) ¿Cuáles son el módulo y el argumento del opuesto de un número complejo z no nulo?. 8) Expresar en forma binómica y en forma polar el conjugado y el opuesto de z = (5, 45º). 9) ¿Cuál es el argumento del número complejo 8( 3 - 3 i) + 5 2 (-1 + i)? 10) Obtener las dos raíces complejas de la ecuación de segundo grado x2 - 3 3 x + 9 = 0, y
expresarlas en forma polar. ¿Cómo son entre sí? ¿Se puede generalizar el resultado? 11) La suma de dos números complejos conjugados es 8 y la suma de sus módulos es 10. ¿Cuáles
son los números complejos en cuestión?
Números Complejos en Forma Polar
Página
163
12) Calcular el inverso de los números complejos siguientes y representar gráficamente los resultados:
a) z = (3, 60º) b) z = (2, 90º) c) ( 2 , 135º)
13) Sabiendo que z1 = (3, 60º), z2 = (2, 15º) y z3 = (6, 30º), calcular 3
21zzz
(Nota: Expresar el
resultado en forma polar y graficar).
Curso de Apoyo en Matemática
Página 164
SOLUCIONES UNIDAD 1: NÚMEROS 1) a) 4 b) 12
c) - 38 d) 34
e) - 26 f) - 1
g) - 24
2) a) No b) Si 3) a) Si b) No 4) a) V b) F c) F d) V 5) a) 81 b) 729 6) 8 7) a) + , + , - , + b) - 16 , 4 , 32 , - 4 , - 48 8) a) ≤ b) ≥ c) ≥ d) ≤ 9) a) a = 187 , b = 12 b) a = 10 10) a) 56 b) 4
11) a) 25 b) 85
12) 1998 13) a) 280 km b) 10 días , 8 días , 7 días 14) a) F b) V c) F d) V e) V 15)
a) 3617
b) - 1219
c) 1041
Soluciones de los Ejercicios de Aplicación
Página 165
d) 8019
e) - 48161
16)
a) 0,5 ; 105
b) 0,05 ; 100
5
c) 1,23 ; 100123
d) 0,082 ; 1000
82
17) a) 1000 b)1634,615385
18) 1213
19) a) 1 b) 2 c) 35
d) –2
20) inglés. 21) El segundo. 22) 64 kg. 23) 220 litros. 24) 288 kg de cobre, 48 kg de estaño, 12 Kg de cinc. 25) 7 26) 400 cm. 27) Javier.
28) 81
29) a) racional b) racional
c) racional d) irracional
e) racional f) racional
g) irracional h) irracional
31) a) periódico b) no periódico c) periódico d) no periódico
Curso de Apoyo en Matemática
Página 166
32)
Número 7 10 -2,08 1,1212212221... 25 -2,2424... 4− 67
28
−
Natural Si No No No Si No No No No Entero Si No No No Si No No No Si Racional Si No Si No Si Si No Si Si Irracional No Si No Si No No No No No Real Si Si Si Si Si Si No Si Si 33)a) F b) V c) V d) F 35) a) < b) < c) < d) > 36)
a b a ........b 2a
....... 2b
a(-3) ........b(-3)
8 2 8 > 2 28
> 22
8 (-3) < 2 (-3)
-6 -10 > > <
-4 8 < < >
-10 -2 < < >
0 4 < < >
37) a) V b) V c) F d) V e) V
39)
a) - 1258
b) 1 c) 41
d) 91
e) 9
f) 100000 g) 278
h) 10 i) - 1 j) - 1
k) -1 l) 100
40) a) x7 b) x7
c) x10 d) x3
e) -x7 f) x -2
g) x7 h) -x-2
41) No.
42) 2 ; 3 27 ; 5 ; 5 12 ; 71
; 3 9
1 ; 5 105 ;
3 28
1
Soluciones de los Ejercicios de Aplicación
Página 167
43) a) x -1/2 b) x1/6 c) x 37/30 d) x -1/5 44) a) 3 b) 5 c) 3 3 d) 4
45)a) 2 2 b) 3 2 c) 4 2 d) 5 2 46)
a) 8 b) 5 c) 3 d) 43
e) 6 2 2
1 f)
23
g) 30 h) 3 2 2
i) 523 j) 4 2 2 k) 4 l) 3
47) a) 2 2 b) 6 5 c) 6 6 d) 3 2
e) - 2 15383
48) a) 2 b) 537/10 c) 25/2 . 35/4 d) - 101/6 e) 2-11 . 32/3 49) a) 3 3 + 3 2 b)
723+
c) 3
104−
d) ( )
yx
yx
−
+2
50)
a) 3 b) 1112
c) 5929
1
51) 15,62 cm. 52) 43,301 cm.
Soluciones de los Ejercicios de Aplicación
Página 163
53) 100 cm2 54) 31415,926 cm2 55)
4 < 17 < 5 7 < 50 < 8 10 < 105 < 11 20 < 420 < 21
57) a) V b) F c) F d) V
e) V f) V g) F h) V
i) V j) V k) F l) V
58)
a) 29
- 4 I
b) - 3
16 +
61
i
c) 52
+ 511
i
d) 2 + 4i e) 8 + 8 i
f) ( )
3 2 41
324 i−
++
g) 21
- 25
i
59)
a) – 75 + 20 3 b) 7
23 3 −
60) i, -1, -i, 1, -1, 1, i. 63) a) 2a b) a2 + b2 64) a) 94/29 b) – 91 c) – 6/25 d) – 56/3 UNIDAD 2: ECUACIONES LINEALES O DE PRIMER GRADO
1) a) x + 5x
= 12 b) x = 72
x + 8 c) 4 x = 12 d) x + (x - 7) = 23
Curso de Apoyo en Matemática
Página 164
2)
a) x = 9 b) x = -1 c) x = 59
d) x = 56
e) x = 3 f) a = 5 g) m = - 2927
h) t = 15
i) x = 8 k) z = - 3111
3) 10 4) 10 y 11 5) - 2 6) 18 , 21 y 24 7) 76 m de largo y 32 m de ancho 8) 40 cm , 70 cm y 70 cm. 9) 12 años. 10) 6 años. 11) 564 litros 12) a) $600 b) Si, $240 13) $ 3.600.000 14) $ 367.500 15) 13 hombres, 26 mujeres y 117 niños 16) 40 diarios 17) Vivi: $ 1800 , Ana: $ 1200 , Carla: $ 600. Vivi cobró tanto como Ana y Carla juntas 18) 240 asientos. UNIDAD 3: RECTA REAL 1) inciso i: a) SI b) SI c) NO d) NO inciso ii: a)
b)
c) No es posible representar d)
Soluciones de los Ejercicios de Aplicación
Página 165
2) a) 1 y 2 b) -1, 0, 1 y 2 c) (-2 , 3) ∩ Q d) (-2 , 3) 3)
a) (2, 6) b) [-1 , + ∞) c) (- ∞ , 32
)
d) (1 , + ∞) e) (- ∞ , -2) f) (4, 8) 4) a)
b)
c)
d)
5)
a)
∞+− ,
41 b) (-3 , -1) ∪
3 , 25 c) Ø d)
5 , 23
6) a) [ 1 , 2 ]
b) ( 2 , 5 )
c) [- 4 , -2 )
d) [ 1 , 2 )
e) ( -3 , 3 )
f) [ -3 , 0 )
7) a) [-1 , 1) b) [-3 , 2,5) 8) a) ( -1 , 3 ) b) ( -1 , 5 ] 9)
a) x = -23
ó x = 23
b) x = 3 ó x = 7
c) (-∞ , -3] ∪ [3 , ∞)
d) [-5 , 5]
Curso de Apoyo en Matemática
Página 166
10) a) x ∈ (-2 , 8) b) y ∈ [3 , 11] c) t = 2 ó t = 8 d) x ∈ (-∞ , -9] ∪ [-1 , ∞) e) x ∈ (-4 , 4) 11) Si denotamos con p al peso de la ballena, y con x la cantidad de ballenas que se concentran entre octubre y noviembre, resulta
p ∈ [ 30 , 35 ] x ∈ [ 350 , 400 ] 12) a)
∞−
47
,
b)
∞−
41
- ,
c) (- ∞ , 3 )
d)
∞ , 27
e) (- ∞ , -1 )
f) [10, + ∞ )
g) (- ∞ , 6]
h)
∞−
31
,
i) (5 , + ∞ )
j) (- ∞ , - 2 ]
k) (4 , + ∞ )
l) (6 , + ∞ )
m) (- ∞ , 1 )
n) ( )∞+ , 2
13) Falso 14) Cualquier número mayor que 20. 15) 4 16) p ≥ 28 17) S ≤ 16 18) Cuando la edad del hijo es menor que 16 y la del padre menor que 38. 19) Entre 300 km y 450 km. 20) Debe vender más de 40 artículos. 21)
∞−
23
,
22) (2 , 3]
Soluciones de los Ejercicios de Aplicación
Página 167
23) a) (- ∞ , 2 ) ∪ ( 6, + ∞ )
b) [-5 , 1]
c) R - {4}
d) (- 4 , - 3 ) ∪ ( - 3, - 2 )
e)
413
, 3 3 , 4
11
∪
f) , 4
15
49
, -
∞+∪
∞
g)
− 2 ,
21
h)
38
, 34
i) ,
41
43
, -
∞+−∪
−∞
j) (- ∞ , -2 ] ∪ [ 8 , + ∞ )
k) (- ∞ , -5) ∪ (3 , + ∞ )
UNIDAD 4: FUNCIÓN LINEAL Y ECUACIÓN DE LA RECTA 1) a).i) Si ii) Si iii) No iv) No v) Si vi) Si
b) i) Dom f = R ii) Dom f = [a , +∞) iii) --------
Im f = RIm f = [f (a) , +∞)
iv) -------- v) Dom f = R vi) Dom f = (0 , +∞)
Im f = R Im f = (0 , +∞)
2) i) Dom f = [-2 , 3) ii) Dom f = (-3 , 4] iii) Dom f = [0 , 5] Im f = [-2 , 2) Im f = (-2 , 3] Im f = [-2 , 3]
iv) Dom f = (-3 , 3) v) Dom f = (-3 , 4) vi) Dom f = (-3 , 4)
Im f = [-2 , 3] Im f = (-3 , 3) Im f = (-2 , 3)
3) a) f (1) = 2 ; f (2) = 3 ; f (2,5) = 1,5 ; f (4) = -1 ; f (5) = 1,5
Curso de Apoyo en Matemática
Página 168
b) x = 3 ; x = 4,75 c) g(- 1,5) = -1 ; g(- 0,5) = 1 ; g(0) = 1,5 ; g(0,5) = 1,75 ; g(4) = 2,5 d) x ∈ [1 , 3] e) x ∈ (-∞ , -2]
4) a) y es función de x. El dominio es N y la imagen es {0, 1, 2, 3}.
x no es función de y b) y no es función de x.
x es función de y. El dominio es el conjunto formado por los números telefónicos y la imagen es el conjunto formado por los abonados telefónicos.
5) a) Dom f = R
b) Dom f = [ 21
, +∞ ]
c) Dom f = R - {-2} d) Dom f = [0 , +∞) e) Dom f = R f) Dom f = (0 , +∞) 6) g) f (0) = 2 f (-0,8) = 4,4 f (0,8) = -0,4 f (-1) = 5 f (1) = -1 f (-4,25) = 14,75 f (4,25) = -10,75 Dom f = R
h) f (0) = f (-0,8) = f (0,8) = f (-1) = f (1) = f (-4,25) = f (4,25) = - 4 Dom f = R
i) f (0) = -5 f (-0,8) = -5,96 f (0,8) = -2,76 f (-1) = -6 f (1) = -2 f (-4,25) = 4,562 f (4,25) = 21,562 Dom f = R
j) f (0) = 4 f (-0,8) = 6,752 f (0,8) = 2,528 f (-1) = 8 f (1) = 2 f (-4,25) = 107,328 f (4,25) = -63,203 Dom f = R
k) f (0) = no existe f (-0,8) = -6,25 f (0,8) = 6,25 f (-1) = -5 f (1) = 5 f (-4,25) = -1,176 f (4,25) = 1,176 Dom f = R - {0}
l) f (0) = - 43
f (-0,8) = -0,625 f (0,8) = -0,937 f (-1) = - 53
f (1) = - 1 f (-4,25) = - ∩36,0 f (4,25) = 12 Dom f = R - {- 4}
7) a) Si b) Si c) i) diario opositor ii) diario oficialista.
Soluciones de los Ejercicios de Aplicación
Página 169
8) a) Recorrieron 7 km; llegaron luego de 1hora 15 minutos; se detuvieron 15 minutos. b) Recorrieron 3 km y tardaron 1 hora. c) Hicieron 3 km; les llevó menos tiempo (30 minutos). e) Les faltaba 5 km.; llegaron a las 4 horas 15 minutos y descansaron 1 hora 45 minutos. 9) a) y c) 12) a) y = 0 b) y = -3 c) x = 5 d) x = -3 e) y = 2 x f) y = 2 x + 2 g) y = - 3 x h) y = - 3 x - 1
i) y = 21
x j) y = 21
x - 1 k) y = -21
x l) y = - 21
x + 2
Las funciones de proporcionalidad directa son: e) , g) , i) y k)
13) a) α = 71º 33’ 54,18’’ b) α = 45º c) α = 0º 14) y = 3 x - 3 3
15) a) k = -2 b) k = - 31
16) k = 7 17) a) y = x + 1 b) 4 y + 7 x = 41 c) 8 y + 5 x = 22 d) 16 x - 9 y = 61
18) y = 51
x - 1
19) Si
20) a) y = 5 x + 3 b) y = - 21
x + 5 c) y = 41
x + 6031
21) y = 3 x - (2 + 3 3 ) 22) a) ii , iv , v b) i , iii , vi. 23) y = 0,65 x 24) a)
Tiempo de marcha (en horas) 1 2 3 5 10 0,625 Espacio recorrido (en km.) 80 160 240 400 800 50
Curso de Apoyo en Matemática
Página 170
Capital invertido (en pesos) 1000 500 250 125 750 Interés percibido (en pesos) 100 50 25 12,5 75
Masa del aluminio (en gramos) 2,7 5,4 8,1 10,8 13,5 Volumen del aluminio (en cm3) 1 2 3 4 5
b) E = 80 . T ; I = 0,1 C ; V = 2710
M
25) No 26) a) Si b) k = 4 c) p = 4 l 27) a)
Madera de pino: Corcho sintético: Granito:
Volumen (en dm3 )
1 5 10 20 Volumen (en dm3 )
1 5 10 20 Volumen (en dm3 )
20 5 10 1
Peso (en kg.) 10
9
29
9 18 Peso (en kg.) 10
2 1 2 4 Peso
(en kg.) 60 15 30 3
P = 109
. V P = 0,2.V P = 3. V
c) i) granito ii) corcho d) de Madera de pino o de granito 28) a)
Distancia (en km.)
100 150 200 250 300
Precio (en pesos)
15 20 25 30 35
a) y = 0,10 x + 5 b) y = 0,10 x + 10 e) y = 0,10 x
Soluciones de los Ejercicios de Aplicación
Página 171
Precio por km
Precio por maleta
Ecuación sin maletas
Ecuación con una maleta
Empresa A
0,15 2,5 y = 0,15 x y = 0,15 x + 2,5
Empresa B 0,06 7 y = 0,06 x y = 0,06 x + 7
Para gastar lo menos posible, conviene contratar, la empresa A si el viaje es menor o igual a 50 km y la empresa B si el viaje es mayor o igual a 50 km. 29) m = -6 ; n = -1
30) a = - 31
31) a = - 3 , b = - 32
32) y = 54
x + 5
17
33) m = - 51
34) y = - 4 x + 10 35)
a)
+==
22xyxy
(-2 , -2)
b)
+=
+−=
221
221
xy
xy (0 , 2)
−=
−−=
221
221
xy
xy (0 , -2)
−=
+−=
221
221
xy
xy (4 , 0)
−−=
+=
221
221
xy
xy (-4 , 0)
36) a = 0,625 37) a) p ≠ 3 y q ∈ R
b) p = 3 y q ≠ -1 c) p = 3 y q = -1
38) No 39)
a) a ≠ 21
y b ∈ R b) a = 21
y b ≠ 0 c) a = 21
y b = 0
40) .a) e = 4 t ; e = -3 t + 60
b) t = 8,57 seg ; e = 34,286 m 41) 600 unidades ; $ 18000
Curso de Apoyo en Matemática
Página 172
42) .a) y = 700 x + 500
b) 13 años 312 días 43)
a) y = 51
x + 8 b) y = - 5 x - 2 c) y = 5x
+ 103
d) y = - 5 x e) y = - 5 x 44) a = - 1 , b = - 1 ó b = 9 45) a = 4 , b = - 2
UNIDAD 5:ECUACIONES Y FUNCIONES CUADRÁTICAS 1) a) x1 = 0 ; x2 = 0 b) x1 = 0 ; x2 = 1
c) x1 = 23
; x2 = -23
d) x1 = 11 i ; x2 = - 11 i
e) x1 = 0 ; x2 = -2 f) x1 = 4 ; x2 = - 4 g) x1 = 0 ; x2 = 4 h) x1 = 2 + 3 i ; x2 = 2 - 3 i
i) x1 = 2 ; x2 = - 4 j) x1 = 0 ; x2 = 27
k) x1 = 9 ; x2 = - 9 l) x1 = 3 ; x2 = -3 m) x1 = 3 ; x2 = 2 n) x1 = 3 ; x2 = - 3
o) x1 = 1 + 5 i ; x2 = 1 - 5 i p) x1 = 25
; x2 = - 1
q) x1 = - 1 + 13 ; x2 = - 1 - 13 r) x1 = 5 ; x2 = - 5 s) x1 = 0 ; x2 = 2 t) x1 = 2 ; x2 = - 2 u) x1 =
1011
103
+ i ; x2 = 1011
103
− i
2) m1 = - 2 + 2 10 ; m2 = - 2 - 2 10 3) 6 4) 19 y 20 , ó -19 y -20 5) - 9 6) 1 y 2 ; ó -2 y -1 7) 27 cm y 15 cm 8) 6 cm ; 8 cm ; 10 cm 9) 21 años
Soluciones de los Ejercicios de Aplicación
Página 173
10) 3 m 11) 26 cm 12) 11 m ; 60 m ; 61 m 13) 2,85 m 15) a) f (- 4) = 16 , f
31 =
91 , f ( ) 7 = 7
b) x = 10 ó x = -10 ; x = 5 ó x = - 5 ; no existe x real ; x = 5 ó x = -5 16) 1) a) 5 unidades hacia la derecha b) 4 unidades hacia la izquierda y 3,5 unidades hacia abajo c) 2,5 unidades hacia arriba 2) a) y = x2 -10 x + 25 b) y = x2 +8 x + 12,5 c) y = x2 + 2,5 17) a) y = x2 + 3 b) y = x2 + 5 x + 6,25 c) y = x2 - 2 x - 0,5 18) a) V = (2 , - 4) ; x = 2 b) V = (- 3 , 2) ; x = - 3 c) V = (0 , 5) ; x = 0 d) V = (2 , 0) ; x = 2 e) V = (-1 , - 3) ; x = - 1 19) a) y = (x - 2)2 + 3 b) y = (x + 5)2 + 4 c) y = (x - 1)2 – 5 d) y = (x + 4)2 – 6 20)
Raíces reales Vértice Eje de simetría
Ord. al origen
a) x1 = -2 ; x2 = 4 (1 , - 9) x = 1 (0, - 8) b) x1 = x2 = 3 (3 , 0) x = 3 (0, - 9)
c) x1 =
21 ; x2 = -
25
29
- , 1 - x = -1
25
- , 0
d) no tiene (-1 , - 1,5) x = -1 (0, - 2)
e) no tiene
47
- ,21 - x = -
21 (0, - 2)
f) no tiene (2 , 3) x = 2 (0, 7)
23)
1) a) y = - 94
(x + 2)2 + 3 b) y = (x - 1)2 + 2
Curso de Apoyo en Matemática
Página 174
c) y = 498
2
21
+x - 2 d) y =
43
(x + 2)2 + 1
2) a) x1 = - 2 + 323 ; x2 = - 2 - 3
23 b) No tiene raíces reales
c) x1 = 3 ; x2 = - 4 d) No tiene raíces reales 24) b = - 4 25) y = a (x - 2) (x - 3) 26) a = 1 ; b = 0 ; c = 0 27) y = 3 x2 + 2 x - 1 28) y = (x - 1)2 + 1 29) Es positiva en (- ∞ , 2) ∪ (4 , ∞) Es negativa en (2 , 4) Se anula en x1 = 2 ; x2 = 4 30) a) ninguno b) uno c) ninguno d) dos e) dos 31)
a) m = 2 3 ó m = - 2 3 b) m < - 81
c) m > - 41
d) m = 2 5 ó m = - 2 5
32)
a) y = x2 b) y = x2 + 2 c) y = x2 - 3 d) y = - x2 e) y = - x2 + 2 f) y = - x2 - 1 g) y = (x - 2)2 h) y = (x - 2)2 + 1 i) y = (x - 2)2 - 3
j) y = (x + 1)2 k) y = (x + 1)2 + 2 l) y = (x + 1)2 – 3 34) i) c) ii) a) iii) b) 35)
a) y = 3 x (x - 2) b) y = (x - 7) (x - 6) c) y = (x + 7)2 d) y = - x (x - 2)
e) y = 6 (x - 2) (x + 2) f) y = 2 (x - 3) (x + 5) 36) a) y = (x - 2)2 b) y = - 2 (x + 1)2 c) y = (x + 2)2 - 2
d) y = (x - 3)2 - 9 e) y = 4
12127 2
−
−x f) y = 3 (x + 2)2 - 17
g) y = 4 2
25
−x - 16 h) y =
427
21
32
−
−x
37) Si
Soluciones de los Ejercicios de Aplicación
Página 175
38) y = π x2 39) i) 0,2 dm3 ii) 0,8 dm3 iii) 0,018 dm3 iv) y = 0,2 x2 40) 20 cm de ancho ; 30 cm de largo
41) y = 43
x2
42) 14 m 43) La altura del punto más alto es 30 m y la alcanza a los 2 seg de lanzar la piedra. UNIDAD 6: ECUACIONES POLINÓMICAS Y RACIONALES 1) a) 10x5 + 14x4 – 3x3 + 7x2 – 27x – 21. b) – 2x4 + 2x3 – 5x2 – 3x – 16. c) – 4x4 + 5x3 – 9x2 – 3x – 9.
2) a) q (x) = x5 + 9x – 227
r (x) = 2
139x + 10.
b) q (x) = – x4 + 4x3 – 8x2 + 24x – 48. r (x) = 96x.
3) Si. k (x) = 3x4 + 5 4) a) r (x) =24 b) r (x) = 0 c) a (x) es divisible por c (x) pero no es divisible por b (x). 5) a) q (x) = x5 + 3x4 – 3 x3 – 4x2 + 4x – 4 r (x) = 0.
b) q (x) = –2x4 – x2 + 2x – 4. r (x) = 0. 6) a (x) = 3 x (x – 2) (x + 2)
b (x) = 6 x2 (x2 + 3 ) (x + 3 ) (x – 3 ) c (x) = (x – 1) (x2 + 1) d (x) = 3 (x – 2) (x – 1) (x + 1)
e (x) = 4 2
21
+x
f (x) = 3 (x – 3) (x – 1)2 (x2 + 1) (x + 1) g (x) = 2 x (x2 + 4) (x – 2) (x + 2)
h (x) = 25
23/23/12
2
3
52
52
52
+
−
+ xxx
7) a) 0, 2, –2.
b) 0, 0, – 3 i, 3 i, – 3 , 3 . c) 1, i, – i.
Curso de Apoyo en Matemática
Página 176
d) 2, 1, – 1.
e) 21
− , 21
− .
f) 3, 1, 1, i, – i, -1. g) 0, 2 i, –2 i, –2, 2.
h) 3
52
− , 3
52
− , i33 20
3
20
1+ , i
33 20
3
20
1− .
8) a) 2
2
)3)(3(3+−
+xx
x b)
)1)(5()6(9
+−−−xx
x
c) )52)(2(2
)3)(12(−+
+−xx
xx d)
)52)(2(2492
−+−+xx
xx
e) )7)(7)(3(
4257 2
+−−++
xxxxx
9) a = 2 y b = –3 10) a) 1 ; 0 ; 3 i ; – 3 i
b) 4 ; – 21
+ 27
i ; – 21
– 27
i
c) – 3 ; i ; – i
d) 31
; – 2 ; 1 , – 1
e) – 21
; – 61
+ 611
i ; – 61
– 611
i
11) x1 = –3 ; x2 = 2 ; x3 = 4 12) x = 9 13) a = – 3 ó a = – 2 14)
Exp como producto Raíces reales a) a (x) = x (x – 1) (x2 + x + 1) x1 = 0 ; x2 = 1
b) b (x) = 2 x5
+
25
x (x – 1) x1 = x2 = x3 = x4 = x5 = 0 ; x6 = –1 ; x7 = 25
c) c (x) = 5 (x2 + 1) (x – 2) x1 = 2 d) d (x) = (x – 3)2 x1 = x2 = 3 e) e (x) = – 2 (x – 9) (x + 9) x1 = 9 ; x2 = – 9
f) f (x) = (x – 3) (x + 3) (x2 + 9) x1 = 3 ; x2 = – 3 g) g (x) = 4 x (x6 + 1) x1 = 0
h) h (x) = 3 ( )5−x ( )5+x x1 = 5 ; x2 = – 5
i) i (x) = (x2 + 6)2 No posee j) j (x) = 2 x (x – 12)2 x1 = 0 ; x2 = x3 = 12
Soluciones de los Ejercicios de Aplicación
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15) a) 4,25 miles de metros b) No c) Al cuarto día y al quinto día 16) a) k = 20 b) t1 = 3 ; t2 = t3 = 3 17) A las 6 am; a las 6 pm y a las 6 am del día siguiente. 18) Durante la primer y sexta semana. 19)
a) x = – 1915 b) x =
316 c) x = –
1965
d) x = – 97 e) x = 0 f) x = 4
g) x1 = 0 ; x2 = 2
215+− ; x3 =
2215−−
h) no tiene solución
i) x1 = – 2 3 i ; x2 = 2 3 i j) x = – 1 UNIDAD 7: EXPONENCIALES Y LOGARITMOS
3) a) x = 7 b) x = 31−
4) P (t) = 100.000 3t/50 a) 900.000 hab b) 2.700.000 hab c) 8.100.000 hab 5) P (t) = 10 4 2 t / 3 b) 2 . 10 4 bacterias b) 2 9 . 10 4 bacterias c) 2 20 . 10 4 bacterias 6) a) 60 b) 15 . 2 - 8 c) 15 . 2 – 18 d)15 . 2 - 38
7) a) 162 b) 51
8) a) x = 49 b) x = 1 c) x = 2 d) x = 6 e) x = ¼ f) x = 1/12 g) x = 10000 h) x = 10 10)
a) 0 b) 3 c) 0 d) 629
e) - 3
11) a) 3,3 b) 1,3 c) 1,15 d) 4,6 12) a) 5/2 b) 0 c) –1/6 d) 2
e) –2 f) 4 g) 10 h) 710 i) 1 j) 20
Curso de Apoyo en Matemática
Página 178
13) a) 3,322 b) 0,431 c) - 4,322 d) - 1,661 14) a) x = 8 b) x = 300 c) x = 2
d) x ≅ 0,125 e) x = 104/3 f) x = 51
g) x1 = - 189 , x2 = - 111 h) x = 9 i) x1 = e - 4 , x2 = - e - 4 j) x1 = 1 , x2 = 32 15) a) x = 9/4 b) x = 18963 c) x = 43/5 16) a) x = 0 b) no tiene solución c) x ≅ 1,0986 d) x = 1 e) x = 2 f) x = 3 g) x1 = 1 , x2 = -1 h) x1 = 1 , x2 = 0 i) x1 = 1 , x2 ≅ 1,6094
j) x = 56
17) t ≅ 0,157 18) t ≅ 39,86 min 19) La población en 1984 fue de 160.213 habitantes y en el año 2000 fue de 200.000 habitantes. 20) 20,683 21) 10,907 hs. 22) t ≅ 1,356 min a . b = 1 24) p = 5 25) -2 UNIDAD 8: FUNCIONES TRIGONOMÉTRICAS DE ÁNGULOS 1) 4º, 3º, 2º, 3º, 2º, 1º. 2) 23,18º = 23º 10’ 48’’ 107,03º = 107º 1’ 48’’.
Soluciones de los Ejercicios de Aplicación
Página 179
5)
Grados 0 30º 45º 60º 90º 120º 135º 150º 180º 240º 270º 300º 360º
Radianes 0 6π
4π
3π
2π
π 32
π 43
π 65
π π 34
π 23
π 35
2 π
6) π
º180 = 57,2957º = 57º 17’ 45’’.
7) 34°22’39’’= 0,6 rad 8) 15 cm.
11) tg 0º = 0, tg 30º = 33
, tg 45º = 1, tg 60º = 3
12) sen α = 13
3, cos α =
13
2− tg α =
23
−
13) a) sen α = 34
5 cos α =
34
3 tg α =
35
b) sen α = 53
cos α = 54
tg α = 43
14) a) b = 4 2 c = 6 b) b = 4 c = 2 5
c) 12815
15) a) 2 3 b) 3 + 3 3 16) a) α = 40º 36’ 4,66’’ β = 49º 23’ º55,34’’ b) α = 22º 53’ 7,37’’ β = 67º 6’ 52,63’’ 18) sen 98º > 0 cos 98º < 0 tg 98º < 0
sen 220º < 0 cos 220º < 0 tg 220º > 0 sen 75º > 0 cos 75º > 0 tg 75º > 0 sen 160º > 0 cos 160º < 0 tg 160º < 0 sen 300º < 0 cos 300º > 0 tg 300º < 0 sen 185º < 0 cos 185º < 0 tg 185º > 0
19) a) 4º b) 2º c) 3ºd) 4º
20) a) cos α = 35
tg α = 5
2−
b) sen α = 23
cos α = 21
Curso de Apoyo en Matemática
Página 180
c) sen α = 521
tg α = 221
−
d) sen α = 32
− cos α = 33
−
21) a) α = 140º 36’ 21,4’’. b) α = 125º 0’ 0,54’’
c) α = 130º 59’ 43,8’’ d) α = 296º 33’ 54,1’’ e) α = 199º 28’ 16,4’’ f) α = 131º 13’ 25,1’’
22)
Sexagesimal Radial sen cos tg
α1 36º 51
π 0,587785 0,809016 0,726542
α2 57º 17’ 45’’ 1 0,84147 0,54030 1,55741
α3 135º 43
π 0,707106 - 0,707106 - 1
α4 210º 30' 360421
π - 0,507538 - 0,861629 0,589045
α5 157º 30’ 87
π 0,382683 - 0,923879 - 0,414213
α6 810º 29
π 1 0 No existe
α7 - 210º - 67
π 0,5 - 0,866025 - 0,57735
α8 - 162º 38' 20'' - 0,9035 π - 0,298393 - 0,954443 0,312635
23) α = 120º y α = 240º 24) α = 45º y α = 225º 25) a) b = 2,5 cm, c ≅ 4,33 cm, γ = 60º
b) a ≅ 5,38 cm, γ = 68º 11’ 54,93’’, β = 21º 48’ 5,07’’ c) a ≅ 150,56 cm, c ≅ 126,26 cm , β = 33º
26) 43,301 m 27) 30,22 m. 28) 212,012 m. 29) 5,62 km. 30) 87,185 m. 31) 3,89 m.
32) c = 21
a , b = 23
a , b = 3 c
Soluciones de los Ejercicios de Aplicación
Página 181
33) Las diagonales miden 7,54 cm y el área 19,79 cm2. 34) El frente tiene 23,094 m y el área que ocupa es de 584,53 m2. 35) 742,486 m. 36) 1,538 cm2. 37) La longitud de la diagonal es de 313,08 m y el ángulo que esta forma con el lado mayor es 19º 0’ 49,23’’. 38) Cada lado mide 7,211 cm y los ángulos interiores 112º 37’ 11,5’’ y 67º 22’ 48,48’’ 39) La altura del poste es de 8,66 m y la longitud del cable 10 m. 40) 80º 0’ 37,5 ’’ 41) 2/3 π cm = 2,094 cm 42) 100º 43) 21,21 km hacia el norte y la misma cantidad hacia el oeste. 44) El perímetro es 151,28 m y el área 647,211 m2. 45) El perímetro es 58,77 m y el área 237,76 cm2. 46) 35,46 m. 47) 137,373 m. 48) 13,95 m. 49)
120º 135º 150º 210º 225º 240º 300º 315º 330º
sen αα 23
22
21
- 21
- 22
- 23
- 23
- 22
- 21
cos αα - 21
- 22
- 23
- 23
- 22
- 21
21
22
23
tg αα - 3 - 1 - 33
33
1 3 - 3 - 1 - 33
50) 75º 57’ 49,53’’ ; 75º 57’ 49,53’’ ; 28º 4’ 20,94’’ 51) 2º , 24º , 18º
53) sen α = - 21 ; cos α = -
23
Curso de Apoyo en Matemática
Página 182
UNIDAD 9: NÚMEROS COMPLEJOS EN FORMA POLAR 2) a) (6 , 90º) b) ( 29 , 158º 11’ 54,9’’) c) (4 , 180º) d) ( 53 , 285º 56’ 43,4’’) 3)
a) z = 2 + 2 i b) z = 43
+ 43
3 i
c) z = - 3,064 - 2,571 i d) z = 83
- 83
3 i
4) 360º k , k ∈ Z ; 180º + k 360º , k ∈ Z 5) 45º ; 405º ; 765º 6) z = z arg z = 360º - arg z 7) z = - z arg (-z) = 180º + arg z
8) z = 25
2 - 25
2 i = 5 cis 135º ; - z = - 25
2 - 25
2 i = 5 cis 225º
9) 135º 10) Las raíces en forma polar son ( 3 , 30º ) y (3 , 330º ). Se trata de números complejos conjugados. 11) 4 – 3i ; 4 + 3i 12)
a) )31(61
i+ b) 2i
− c) )1(21
i+−
13) ( 3 2 , 300º )
