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Introducción a la Matemática Índice Presentación de la materia 1 UNIDAD N°1: NÚMEROS Y OPERACIONES ARITMÉTICAS 5 INTRODUCCIÓN 7 1. NÚMEROS NATURALES 7 1.1 Operaciones en los Naturales 8 2. NÚMEROS ENTEROS 10 2.1 Operaciones en los enteros 10 3. NÚMEROS RACIONALES 13 3.1 Operaciones en los Racionales 14 4. NÚMEROS IRRACIONALES 18 5. NÚMEROS REALES 19 5.1 Relaciones de orden en los Reales 19 5.2 Valor absoluto de un número real 20 5.3 Operaciones en . 21 5.3.1 Potenciación 22 5.3.2 Radicación 23 5.3.3 Potencia de Exponente Negativo 24 5.3.4 Potencia de Exponente Fraccionario 24 5.3.5 Racionalización del Denominador 26 6. LOS NÚMEROS COMPLEJOS 28 7. EJERCICIOS INTEGRADORES 30 RESPUESTAS DE ACTIVIDADES Y EJERCICIOS UNIDAD N°1 33 UNIDAD N°2: EXPRESIONES ALGEBRAICAS 39 INTRODUCCIÓN 41 1. EXPRESIONES ALGEBRAICAS 42 1.1 Clasificación de las Expresiones Algebraicas 44 1.2 Valor numérico de una expresión algebraica 45 2. EXPRESIONES ALGEBRAICAS ENTERAS 46 2.1 Monomios 46 2.2 Polinomios 47 2.3 Polinomios en una indeterminada 49 3. OPERACIONES ENTRE EXPRESIONES ALGEBRAICAS 50 3.1 Suma o Adición 50 3.2 Diferencia o Sustracción 52 3.3 Multiplicación o Producto 53 3.3.1 Producto de Binomios Conjugados 54 3.3.2 Potenciación 55 3.4 División o Cociente 57 3.4.1 Regla de Ruffini 60 3.4.2 Teorema del Resto 62 3.4.3 Divisibilidad entre polinomios 63 4. FACTORIZACIÓN DE EXPRESIONES ALGEBRAICAS 63 4.1 Factor común 64 4.2 Factor común por grupos 64 4.3 Trinomio cuadrado perfecto 66 4.4 Cuatrinomio cubo perfecto 66 4.5 Diferencia de cuadrados 67 4.6 Suma o Diferencia de potencias de igual grado 68 5. DESCOMPOSICIÓN FACTORIAL DE UN POLINOMIO 70 6. EXPRESIONES ALGEBRAICAS FRACCIONARIAS 74 6.1 Simplificación de Expresiones Algebraicas 75 6.2 Suma y Resta de Fracciones Algebraicas 76 6.3 Producto de Fracciones Algebraicas 78 6.4 Cociente de Fracciones Algebraicas 78 7. EJERCICIOS INTEGRADORES 81 RESPUESTAS DE ACTIVIDADES Y EJERCICIOS UNIDAD N°2 85 UNIDAD N°3: ECUACIONES E INECUACIONES 99 INTRODUCCIÓN 101 1. ECUACIONES 101 1.1 Ecuación lineal con una incógnita 104 1.2 Ecuación cuadrática con una incógnita 109 1.2.1 Ecuación de segundo grado incompleta 115 1.2.2 Propiedades de las raíces de una ecuación de segundo grado 116 1.3 Ecuaciones fraccionarias 118 2. SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES 122 2.1 Sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas 122 2.2 Sistema de tres ecuaciones con tres incógnitas 131 3. INECUACIONES 135 3.1 Generalidades 135 3.2 Notación de Intervalos 137 3.3 Resolución de Inecuaciones 138 4. EJERCICIOS INTEGRADORES 145 RESPUESTAS DE ACTIVIDADES Y EJERCICIOS UNIDAD N°3 149 PRIMERA AUTOEVALUACIÓN 157 SOLUCIONES 1° AUTOEVALUACIÓN 158 UNIDAD N°4: LÓGICA SIMBÓLICA Y TEORÍA DE CONJUNTOS 165 INTRODUCCIÓN 167 1. CONCEPTO DE CONJUNTO, NOTACIÓN Y REPRESENTACIÓN 167 2. CONJUNTOS ESPECIALES 170 2.1 El conjunto Universal o Referencial 170 2.2 Conjunto vacío 171 2.3 Conjunto unitario 171 3. LA LÓGICA SIMBÓLICA Y EL USO DEL LENGUAJE 171 4. CONECTIVOS LÓGICOS 172 5. OPERACIONES LÓGICAS 174 5.1 Negación 175 5.2 Conjunción lógica 176 5.3 Disyunción lógica 177 5.4 Disyunción Exclusiva 177 5.5 Condicional 178 5.6 Bicondicional 181 6. EMPLEO DE MÁS DE UN CONECTIVO LÓGICO 182 6.1 Clasificación de las proposiciones compuestas 184 6.2 Equivalencia Lógica 185 7. FUNCIONES PROPOSICIONALES 186 7.1 Cuantificadores 188 7.1.1 Cuantificador Existencial 188 7.1.2 Cuantificador Universal 189 7.2 Negación de los Cuantificadores 190 8. OPERACIONES ENTRE CONJUNTOS 193 8.1. Complementación 193 8.2 Intersección entre conjuntos 194 8.3 Unión de conjuntos 195 8.4 Diferencia entre conjuntos 197 8.5 Diferencia simétrica 198 9. RELACIONES ENTRE CONJUNTOS 200 9.1 Igualdad de Conjuntos 200 9.2 Inclusión – Subconjuntos 201 10. CONJUNTOS ORDENADOS 203 10.1 Par Ordenado y Producto Cartesiano 203 EJERCICIOS INTEGRADORES 206 RESPUESTAS DE ACTIVIDADES Y EJERCICIOS UNIDAD N°4 209 UNIDAD N°5: RELACIONES Y FUNCIONES 221 INTRODUCCIÓN 223 1. RELACIONES 223 2. RELACIÓN INVERSA 229 3. RELACIONES FUNCIONALES 230 4. DOMINIO NATURAL 236 5. CLASIFICACIÓN DE FUNCIONES 238 EJERCICIOS INTEGRADORES 244 RESPUESTA A LAS ACTIVIDADES Y EJERCICIOS UNIDAD N°5 247 UNIDAD N°6: FUNCIONES ESPECIALES 255 INTRODUCCIÓN 257 1. FUNCIÓN LINEAL 258 1.1 Pendiente o coeficiente angular 1.2 Ordenada al origen 260 261 1.3 Ecuación de la recta que pasa por dos puntos 263 2. FUNCIÓN CUADRÁTICA 266 2.1 Significado de los parámetros 268 2.2 Aplicaciones de la Función cuadrática 273 3. FUNCIÓN EXPONENCIAL 274 3.1 Definición y características de la función 274 4. FUNCIÓN LOGARÍTMICA 278 4.1 Definición y características de la función 279 5. RAZONES TRIGONOMÉTRICAS 285 55..11 ¿¿QQuuéé eess llaa ttrriiggoonnoommeettrrííaa?? 228855 5.2 ¿Qué son las razones trigonométricas? 285 5.3 Sistemas de medición de ángulos 288 5.4. Funciones trigonométricas 290 5.4.1 Seno 291 55..44..22 CCoosseennoo 292 5.4.3 Tangente 294 5.4.4 Relaciones recíprocas 295 5.4.5 Definición y carac. de las funciones trigonométricas 296 5.4.6 Funciones trigonométricas de ángulos complementarios 297 5.4.7 Funciones trigonométricas de ángulos suplementarios, que difieren en , opuestos y congruentes. 298 5.4.8 Representación gráfica de las Funciones Trigonométricas 299 6. EJERCICIOS INTEGRADORES 303 RESPUESTA A LAS ACTIVIDADES Y EJERCICIOS UNIDAD N°6 308 SEGUNDA AUTOEVALUACIÓN 325 SOLUCIONES A LA SEGUNDA AUTOEVALUACIÓN 328 Presentación de la materia 1 Presentación de la materia La presente asignatura busca contribuir a la formación matemática básica de un estudiante universitario, a través de la revisión de conceptos y herramientas matemáticos adquiridos en la escuela media. Sobre esta base se apunta a nivelar los conocimientos. La ejercitación, la correcta formalización lógico-simbólica de las ideas y la transferencia de los contenidos teóricos a situaciones problemáticas constituyen parte de la labor indispensable que se requiere para lograr cierta ductilidad en el análisis matemático y en el manejo algebraico. Objetivos Con esta orientación general, nos proponemos que el alumno logre los siguientes objetivos: Revisar en forma ordenada los aprendizajes logrados en el nivel medio. Rescatar los conocimientos matemáticos básicos para iniciarse en su carrera universitaria. Favorecer el desarrollo del razonamiento deductivo y aplicado en la resoluciónde problemas. Relacionar los conceptos centrales de las distintas unidades, utilizándolos conjuntamente en forma flexible en diferentes situaciones problemáticas. Contenidos generales Tomo 1: Unidad 1: Números y Operaciones Aritméticas Unidad 2: Expresiones Algebraicas Unidad 3: Ecuaciones e inecuaciones Tomo 2: Unidad 4: Lógica Simbólica y Teoría Conjuntos Unidad 5: Relaciones y Funciones Unidad 6: Funciones Especiales Metodología Se propone un estilo de trabajo que combina la utilización del material impreso, especialmente diseñado para esta asignatura, con la posibilidad del intercambio entre docentes y alumnos, a través de lo que denominamos tutorías presenciales. El material impreso es el eje de esta propuesta, contiene el basamento teórico que requiere cada tema con explicaciones en detalle, ejemplificaciones, actividades de aprendizaje y ejercitación adicional con respuestas, cuyo seguimiento por parte del alumno permitirá detectar errores, clarificar dudas y realizar una autoevaluación. En las tutorías se desarrollan los temas más importantes (no la totalidad de los contenidos), haciendo que los alumnos tengan activa participación en lo casos planteados y consulten sus dudas. Te invitamos a ver la presentación de Introducción a la matemática en el Aula Virtual de la asignatura. 2 Sistema de evaluación Para alcanzar la regularidad se requiere la aprobación, con nota de 4 (cuatro) o más, de dos evaluaciones parciales, pudiendo ser recuperada sólo una de ellas por ausencia o aplazo. Aquellos alumnos que cumplan con el requisito de aprobar los dos primeros parciales con nota no inferior a seis (6) en cada uno de ellos alcanzarán la promoción directa de la asignatura. En caso de no aprobar 2 parciales o no asistir a los mismos, el alumno accederá a la categoría de libre. Quienes no estén promocionados deberán rendir un examen final cuya calificación será aprobado o reprobado. La escala de notas en las evaluaciones a utilizar y sus correspondientes valores numéricos serán las establecidas en la ordenanza 482/09. Adicionalmente, la promoción de la materia (directa o por examen final) requiere no adeudar materias del secundario y haber realizado la inscripción definitiva. Bibliografía básica STANECKA, Nancy; RACAGNI, Josefina; MARGARÍA, Oscar; GONZÁLEZ, Mariana; STÍMOLO, María Inés; CARO, Patricia. INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2018 Bibliografía complementaria DÍAZ Margarita, OTTONELLO Susana. Curso de Nivelación 2000. Introducción a la Matemática. Fac. de Ciencias Económicas. U. N. C. OTTONELLO Susana, DÍAZ Margarita, LIMA de CASTELLAO Sonia, MUSTAFÁ Cristina, CARO Patricia, STANECKA Nancy. Curso de Nivelación 2007 Introducción a la Matemática. Fac. de Ciencias Económicas. U. N. C. MUSTAFÁ Cristina, STANECKA Nancy, PENDITO María Inés, MARGARÍA Oscar, MONTERO Laura, BARALDI Ruth, CARO Patricia , STIMOLO María Inés. Curso de Nivelación 2007 Notas Complementarias Introducción a la Matemática. Fac. de Ciencias Económicas. U. N. C ALONSO, Raquel, CARRANZA, Susana. Matemática 7 (EGB). Editorial Santillana. BUTELER, Diana y otros. Matemática I y Matemática IX. Editorial Santillana. Buenos Aires. DUARTE Betina, Matemáticas para ingresar a la Universidad. Editorial Granica. Buenos Aires. ENGLEBERT, PEDEMONTI, SEMINO. Matemática III. Editorial A-Z. Buenos Aires. ETCHEGOYEN, Susana. Matemática I (Polimodal). Editorial Kapeluz. Buenos Aires. KACZOR, Pablo, SHIAPOSCHINK, Ruth, FRANCO, Eleonora y otros. Matemática I (Polimodal). Editorial Santillana. Buenos Aires. Presentación de la materia 3 KISBYE, Patricia, SAYAGO, Silvina, STANECKA, Nancy, VARGAS, Laura. Elementos de Matemática. Curso Preuniversitario 2006. U.N.C. LATORRE, María, SPIVAK, Laura, KACZOR, Pablo y otros. Matemática VIII y IX (EGB). Editorial Santillana. Buenos Aires. ROJO, Armando, SÁNCHEZ, Silvia, GRECO, Mario. Matemática III. Editorial Ateneo. Buenos Aires. SEVESO DE LAROTONDA, Julia. Matemática VII, VIII y IX (EGB) . Editorial Kapeluz. Buenos Aires. VARELA, Leopoldo y FONCUBERTA. Matemática Dinámica III. Editorial Kapeluz. Buenos Aires. VAZQUEZ de TAPIA, Nelly, TAPIA DE BIBILONI, A. Matemática III. Editorial Estrada. Buenos Aires. Páginas de Internet consultadas: http://wmatem.eis.uva.es/~matpag/CONTENIDOS/marco_contenidos.htm http://www.matematicas.net/paraiso/download.php?id=analisis/ap_logica_ci.zip http://hp.fciencias.unam.mx/lytc/ http://www.sectormatematica.cl/libros.htm Números y operaciones aritméticas Unidad 1 Objetivos especí�cos • Reconocer los conjuntos numéricos. • Revisar las operaciones básicas y sus propiedades. • Lograr un manejo adecuado de estas operaciones. Contenidos Números Naturales: Operaciones en los Naturales. Números Enteros: Operaciones en los Enteros. Números Racionales: Operaciones en los Racionales. Números Irracionales. Números Reales : Relaciones de Orden en los Reales, Valor absoluto. Operaciones en los Reales, Potenciación, Radicación, Potencia de exponente negativo, Potencia de exponente fraccionario, Racionalización del Denominador. Números Complejos. 6 Desafío 1 La mamá de Lucas conocía que el viaje de egresados de su hijo tenía un costo $80.000 pagando de contado. En base a sus posibilidades presupuestarias, decidió entregar la cuarta parte del total y pagar el resto con tarjeta de crédito. Sin embargo, como no tenía saldo suficiente en una tarjeta de crédito, tuvo que recurrir al pago con 2 tarjetas, de acuerdo al siguiente esquema: el 30% del total del viaje con Tarjeta Nexos, que excepcionalmente tenía un descuento del 20%, sobre el monto de lo cargado a dicha tarjeta. El resto con Tarjeta Raíces en 12 cuotas mensuales y con un recargo del 15% para todo el período. ¿Cuánto fue el costo total del Viaje de Lucas? Como se puede observar nos encontramos con un pequeño problema relacionado con la economía familiar. Sería muy bueno que pudiéramos resolverlo ahora o quizás, sería mejor avanzar en la revisión de todos los temas de esta unidad y luego ver que simple resulta responder a este desafío. Unidad 1: Números y operaciones aritméticas 7 INTRODUCCIÓN ¿Cómo y porqué surgieron los números? El hombre primitivo en su necesidad de contar objetos, crea una aritmética no formal, contando en principio con los dedos de la mano o utilizando piedras pequeñas. Mucho tiempo después, en las culturas orientales; caldea, egipcia, china e india, aparecen los primeros elementos matemáticos expuestos de manera transmisible. En la actualidad el uso universal del sistema decimal de números, la suma de ellos, el producto, la división, son conocimientos matemáticos, estructurados y clasificados, que resultan básicos para el hombre de hoy. Para representar cantidades y medidas estamos habituados a trabajar con números, por ejemplo: Natalia recibió 250 mensajes en WhatsApp en menos de una hora. La temperatura mínima fue de 3 grados centígrados. Se estima que la inflación en el último semestre será del 4,7%. El perímetro de la circunferencia es 2 por radio. Podemos observar que los números que usamos como parte de nuestra comunicación se expresan de distinta manera (250; 3; 4,7; 2 ) y en sí mismos pretenden simbolizar diferentes hechos, por lo que deben ser identificados y caracterizados claramente para poder operar con ellos. Sin pretender ser muy rigurosos, nos proponemos repasar cada uno de los conjuntos numéricos y recordar sus características, a partir del conocimiento que poseemos de las operaciones básicas. Nos detendremos en las definiciones formales de las operaciones, sus elementos y propiedades más relevantes. Seguramente con esta base podremos abordar los temassiguientes con mayor facilidad. 1. NÚMEROS NATURALES En función de lo que fue el inicio en la construcción de la ciencia matemática, se considera que los primeros números que aparecen son los que aprendimos de muy pequeños y que hoy llamamos naturales. 8 Los números naturales son los que usamos para contar o enumerar y se los simboliza con la letra . 1, 2, 3, 4, ... , , 1, ...n n Observemos que el conjunto de los números naturales: Tiene un primer elemento, el uno (1). Cada natural (excepto el 1) se puede obtener agregando 1 al número natural anterior. No tiene un último elemento. ¿Cómo simbolizarías el número natural anterior a n? Podemos representar gráficamente a los naturales en una recta, considerando un segmento de referencia fijo u, que servirá para separar un natural del inmediato siguiente, comenzado con el número 1. Ahora, formalicemos cuales son las operaciones que se definen entre los números naturales. 1.1 Operaciones en los Naturales La suma o adición de dos números naturales a y b es otro número natural a + b que se obtiene de agregarle a uno de ellos tantas unidades como represente el otro. Cada uno de los números que intervienen en la suma se llama sumando y el número que los reúne o agrupa se denomina suma. La multiplicación o producto de dos números naturales a y b es otro número natural a . b que se obtiene de sumar uno de ellos tantas veces como indique el otro. Cada uno de los números que intervienen en la multiplicación se llama factor y el número que resulta se denomina producto. b veces a + b = c sumandos suma u 1 2 3 4 5 6 7 8 9 + + + + + + + + + + a . b = c factores producto Unidad 1: Números y operaciones aritméticas 9 ¡Tengamos cuidado! La resta y la división no gozan de las propiedades conmutativa y asociativa. Propiedades de la suma y el producto de números naturales PROPIEDAD SUMA PRODUCTO Conmutativa a + b = b + a a . b = b . a Asociativa (a + b) + c= a + (b + c) (a . b) . c = a . (b . c) Distributiva del producto con respecto a la suma. a . (b + c) = a . b + a . c En los naturales también podemos definir otras operaciones: La resta o sustracción como la operación inversa de la suma: a b = c si y sólo si b + c = a Cada uno de los números que intervienen en la resta recibe un nombre, habrá que diferenciar entre el minuendo, el sustraendo y la diferencia o resta. La división o cociente como la operación inversa del producto: a : b = c si y sólo si b . c = a Cada uno de los números que intervienen en la división recibe un nombre, habrá que diferenciar entre el dividendo, el divisor y el cociente. En el conjunto de los naturales podemos sumar y multiplicar sin problemas, dado que el resultado de sumar o multiplicar números naturales es otro número natural. Pensemos qué ocurre en los siguientes casos: 3 5 = ? 3 3 = ? a b = c resta o diferencia sustraendo minuendo a : b = c cociente dividendo divisor La suma y el producto de números naturales poseen ciertas propiedades que facilitan el cálculo y son de importancia teórica. ¿Las recordamos? 10 ¿Pero cuando restamos dos naturales la diferencia es siempre un natural? La imposibilidad de obtener diferencias como estas en el conjunto de los números naturales hace necesaria la creación de un nuevo conjunto de números. Surgen así los denominados números enteros. 2. NÚMEROS ENTEROS Los números enteros están formados por los naturales, el cero y los naturales precedidos por el signo menos (a los cuales llamamos "enteros negativos"). Se los simboliza con la letra . ... , 3, 2, 1 , 0 , 1, 2, 3, ... Al igual que en los números naturales podemos representar los enteros sobre una recta en la que se elige un punto como origen, identificándolo con el número cero. Luego usando un segmento unidad de referencia se ubica el resto de los números enteros, estableciendo que los números positivos están a la derecha de ese origen mientras que los negativos se ubican a la izquierda. Observemos que: Cada número entero, salvo el cero, consta de un signo (+ ó ) y de su valor absoluto, que es la distancia del número al cero. Cada entero tiene asociado su correspondiente opuesto, que está representado por el mismo número natural pero con signo diferente. Por ej. 4 es el opuesto de 4, 3 es el opuesto de 3. El conjunto de los números enteros es discreto, esto significa que entre dos números enteros sólo puede existir una cantidad finita de números enteros. En ellos no hay primer elemento, ni último elemento, por lo tanto existen infinitos números enteros. 2.1 Operaciones en los enteros Las operaciones que hemos definido en los naturales y sus propiedades siguen siendo válidas al trabajar con enteros, repasemos como operar con estos números. 1) Para sumar números enteros habrá que considerar: + + + + + + + + + + u 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 Ellos vienen a dar solución a la resta de números naturales, en el caso en el que el minuendo es menor o igual al sustraendo, pero además estos números nos ayudarán a representar temperaturas, deudas, pérdidas, etc. Unidad 1: Números y operaciones aritméticas 11 Suma de números enteros: a + b Ejemplo Si a y b tienen el mismo signo La suma tendrá el mismo signo de los sumandos y se suman los valores absolutos 5 + 7 = 12 (5) + (7) = 12 Si a y b tienen distinto signo La suma tendrá el mismo signo del mayor de los sumandos y se restan los valores absolutos 5 + 7= 2 5+ (7) = 2 Si uno de los sumandos es cero El cero sumado a izquierda ó a derecha de un número da el mismo número, se dice que 0 es el elemento neutro de la suma. a + 0 = 0+ a = a 2) Para multiplicar habrá que tener presente la regla de signos: Producto de números enteros: a . b Ejemplo a y b tienen el mismo signo Se multiplican valores absolutos de los factores y el producto tendrá signo positivo. 5 . 7 = 35 (5) . (7) = 35 a y b tienen distinto signo se multiplican valores absolutos de los factores y el producto tendrá signo negativo. (5) . 7 = 35 5. (7) = 35 Si uno de los factores es cero. El producto es cero. a . 0 = 0 0 . b = 0 3) Si multiplicamos un número entero a izquierda o a derecha por 1 (uno) se obtiene el mismo número. Se dice que 1 es el elemento neutro del producto. En símbolos a .1 = 1 . a = a Ahora, veamos cómo a partir de lo recordado anteriormente es posible obtener el resultado de operaciones combinadas Por ejemplo: Resolvamos 1 2 3 2 4 1 (2 3) 1 1 Para resolver habrá que tener presente lo siguiente: Un signo menos delante de un paréntesis corchete o llave nos indica que estamos multiplicando por (1). Los signos más (+) y menos () separan términos. Salvo que existan paréntesis corchetes ó llaves, hay que multiplicar y dividir primero y luego sumar o restar (jerarquía de las operaciones). La regla de signos también se aplica a la división.12 Este ejercicio se puede desarrollar de distintas formas, optaremos por suprimir primero los paréntesis luego los corchetes y finalmente las llaves respetando lo que nos indica el signo que los precede y luego asociando los valores de acuerdo a si son positivos o negativos. 1 2 3 2 4 1 (2 3) 1 1 1 2 3 2 4 1 2 3 1 1 1 2 3 4 1 3 1 1 1 2 3 4 1 3 1 1 (1 3 1 3) (2 4) 8 6 2 A continuación te proponemos que realices la siguiente actividad: Actividad 1 Resuelva las siguientes operaciones con números enteros: a) 2 ( 1).( 3) .( 1) 3.( 2).(1 2) b) 5 3 1 2 4 3 5 2 4 2 3 1 c) ( 3)( 1)( 2) 5.2 . ( 2)( 1) 2 d) 2. 2 ( 3).( 1).( 4) 5.2 (4 3) e) ( 1)( 3)( 1) ( 4).( 2) (5 3).( 1) f) 2 . 2 ( 15).( 3) : (4 3) 5.2 g) ( 1)( 7) 20 : ( 1) ( 4) (5 3) : ( 1) h) 3 (5 4) : 3.(4 : 4) 4.( 6) 24 ( 1) En podemos sumar, restar y multiplicar, sin inconvenientes. Pero . . . ¿Qué podemos afirmar sobre la división? En general para dividir recurrimos a un esquema como el siguiente: donde r recibe el nombre de resto, siendo a, b y c dividendo, divisor y a b r c Tenga en cuenta… Al dividir dos enteros el cociente no es necesariamente un número entero. Pensemos qué ocurre en los siguientes casos: 3 : 5 = ? 8 : 3 = ? Unidad 1: Números y operaciones aritméticas 13 cociente respectivamente. Se puede observar que entre los elementos de la división se verifica la siguiente igualdad: Esta fórmula es lo que se denomina algoritmo de la división. Por ejemplo: El algoritmo de la siguiente división es 2 . 3 + 1 = 7 Si el resto es cero se dice que la división es exacta, y entonces el cociente de la división pertenece al conjunto de los enteros. Pero cuando la división no es exacta, debemos recurrir a una nueva extensión del campo numérico, incorporando los números fraccionarios a los enteros. Esto dio lugar a los denominados números racionales. 3. NÚMEROS RACIONALES Una forma alternativa de representar la división de números enteros es a través de las conocidas fracciones. En una fracción a b , a se llama numerador y b denominador, con la condición de que b es distinto de cero ¿porqué? Los números enteros junto a los fraccionarios conforman el conjunto de los números racionales. Los números racionales son aquellos que pueden expresarse como un cociente de enteros con denominador distinto de cero. Se los simboliza con la letra . / 0 a a b b b Otra forma de representar a los racionales es como números decimales con una cantidad finita de cifras decimales ó con infinitas cifras decimales pero periódicas. En el siguiente cuadro resumimos las formas de representación y algunos ejemplos de números racionales: b . c + r = a Observemos que todo entero puede expresarse como una fracción, es decir para cualquier entero a. 7 2 1 3 Importante Si el divisor es cero (b = 0) se dice que el cociente es indeterminado. La división por cero no está definida. 14 Formas de representación de los números racionales Fracciones 10 4 ; 8 10 ; 6 16 ; 18 11 Números con una cantidad finita de cifras decimales. 4,0 10 4 ; 25,1 8 10 Números que presentan cifras decimales que se repiten periódicamente. ...666,2 6 16 , ...6111,0 18 11 Ahora repasemos como se opera con fracciones. 3.1 Operaciones en los Racionales Suma de racionales: Dados dos racionales a b y c d , la suma será . a c a d c b b d b d Por ejemplo: 4 2 4.5 2.7 34 7 5 35 35 Las propiedades enunciadas para la suma de enteros siguen siendo válidas al operar con racionales. Otros ejemplos nos serán útiles para recordar variantes en la forma de operar. Si tenemos fracciones con el mismo denominador el resultado será otra fracción del mismo denominador, cuyo numerador resulta de la suma de los numeradores de las fracciones dadas: 8 5 8 5 13 3 3 3 3 Al sumar dos fracciones de distinto denominador se puede tomar como denominador al mínimo común múltiplo entre b y d. 3 1 6 1 7 5 10 10 10 Todo número entero se puede pensar como un cociente de enteros. 3 3 1 3 5 8 1 5 5 1 5 5 Unidad 1: Números y operaciones aritméticas 15 Actividad 2 Resuelva los siguientes ejercicios con números racionales. a) 3 2 4 4 d) 2 5 1 3 6 2 b) 5 7 4 3 e) 1 8 2 5 3 c) 5 7 4 3 f) 5 8 4 6 3 2 Producto de racionales: Dados dos racionales a b y c d el producto será . . a c a c b d b d Cociente de racionales: Dados dos racionales a b y c d el cociente será . : . a c a d b d b c De la última definición surge que podemos pensar a la división de números racionales como un producto, invirtiendo la fracción divisora, es decir: : a c a d b d b c Propiedad de existencia de elemento inverso El producto de números racionales cumple con todas las propiedades mencionadas para el caso de los números enteros, pero además para cada racional a b , con 0a , existe su inverso b a tal que 1 a b b a A partir de esto se deduce que en el producto de fracciones se puede simplificar numeradores con denominadores. Por ejemplo: 9 7 8 9 4 3 5 3 11 7 4 3 2 8 3.7.2 42 5 5 5 En el producto se multiplica los numeradores entre sí y denominadores entre sí. En el cociente se multiplica “cruzado” 16 Una aplicación muy común de las fracciones lo constituye el cálculo de porcentajes. Un determinado porcentaje es la parte de un todo y se denota con el símbolo “ % ”. La idea en que se basa es que el total está dividido en 100 partes. Por ejemplo: Se realizó una compra de útiles en una librería mayorista por $3.000. A este importe hay que agregarle el 21% del IVA, ¿cuánto es el monto a pagar de IVA? Para responder observemos que el 21% de 3.000 se puede calcular como: 21 3.000 630 100 En síntesis, se deberá pagar adicionalmente $630 en concepto de IVA. Actividad 3 Resuelva a) 3 2 7 5 g) ¿Cuánto es el 35% de 200 y cuánto es el 8% de 400? (Recuerda, que para obtener un porcentaje debes multiplicar por una fracción) b) 5 7 4 3 h) Entre tres hermanos deben repartirse 1.200 pesos. El primero se lleva 7/15 del total, el segundo 5/12 del total y el tercero el resto. ¿Cuánto dinero se ha llevado cada uno? c) 5 8 4 5 i) 2 3 5 8 1 1 : 5 4 4 5 2 4 d) 5 6 1 3 5 2 j) 2 2 1 9 : ( 4) : : 5 5 2 4 e) 1 7 : 3 3 k) 3 4 5 1 1 : 1 4 3 9 3 f) 5 10 4 : 6 3 2 Las operaciones ya definidas de adición, sustracción, multiplicación y división, están presentes también al trabajar con los números racionales, pero aún podemos incorporar a nuestra revisión dos operaciones más: la potenciación y la radicación. Te invitamos a ver un video sobre el tema en el Aula Virtual, en recursos y Materiales de la Unidad 1. Unidad 1: Números y operaciones aritméticas 17 na b Dado un número racional a y un número natural n llamamos potencia enésima de a, al número que se obtiene de multiplicar a por si mismo tantas veces como indique n. Esta expresión se lee “a elevado a la n”. El número a se denomina base y n recibe el nombre de exponente. Por ejemplo: 4 42 2 . 2 . 2 . 2 2 16 Como la potenciación indica el producto de n veces un mismo factor, para su cálculo aplicaremos la regla de signos de la multiplicación. Por ejemplo: 3 3( 1) ( 1) . ( 1) . ( 1) ( 1) 1 Veamos que ocurre al efectuar el cálculo de otras potencias: Potencia Base Exponente Resultado 42.222 Positiva Par Positivo 42.22 2 Negativa Par Positivo 82.2.223 Positiva Impar Positivo 82.2.22 3 Negativa Impar Negativo Si bien no hemos realizado una demostración formal, podemos observar que la potencia sólo es negativa cuando la base es negativa y el exponente impar, esta observación se puede generalizar a cualquier potencia. Asociada a la potencia definimos su operación inversa, la que recibe el nombre de “radicación” Dado un número racional a y un n natural llamamos raíz enésima de a al número b que elevado a la n nos da a, exceptuando el caso en el que 0 y para n . En símbolos: nn a b b a Donde es el operador radical, a es el radicando y n es el índice de la raíz Por ejemplo: 4 16 2 pues 42 = 16 an = a . a . …. a n veces base exponente potencia 18 3 ( 1) 1 pues 3( 1) 1 La introducción de los números fraccionarios soluciona el problema de la división no exacta, pero la operación de radicación presenta un nuevo inconveniente. Si el resultado de la radicación se puede expresar como cociente de dos enteros, diremos que la radicación se puede realizar en el conjunto de los números racionales. Por ejemplo: 2 3 4 9 Actividad 4 Calcule las siguientes potencias y raíces a) 33 b) 23 c) 33 d) 23 e) 16 25 f) 3 8 = g) 3 8 h) 1 49 Pero esto no siempre es posible. Un número con infinitas cifras decimales no periódicas, no puede ser transformado en un cociente de enteros. Las raíces no exactas como 2 no se puede expresar como un cociente de enteros y por lo tanto no es un número racional. Estas observaciones nos llevan a definir un nuevo conjunto numérico: los números irracionales. 4. NÚMEROS IRRACIONALES Los números irracionales son aquellos que no pueden expresarse como un cociente de enteros y su expresión decimal es infinita no periódica. Ejemplos de algunos números irracionales: Número que corresponde a la relación entre el perímetro de una circunferencia y su diámetro. = 3,1415926535… Número e base de los logaritmos naturales o neperianos e = 2,7182818284…. Unidad 1: Números y operaciones aritméticas 19 2 es la medida de la diagonal de un cuadrado de lado igual a la unidad. 4142135623,12 … Podríamos seguir dando ejemplos de números irracionales, pero lo importante es saber que lo que los caracteriza es que no pueden expresarse como cociente de enteros. Ahora si consideramos los distintos tipos de números revisados hasta aquí obtenemos el conjunto numérico más importante con el cual se trabaja de manera habitual es el de los llamados números Reales. 5. NÚMEROS REALES El conjunto de los números Reales está formados por los números racionales y los números irracionales y se denota por . Los números reales “llenan” por completo la recta numérica, por eso se la llama recta real, a cada punto de la recta le corresponde un número real, y a cada número real, un punto en la recta. Antes de continuar con las operaciones y como complemento de los conceptos ya enunciados revisemos las relaciones de orden en los reales y el concepto de valor absoluto. 5.1 Relaciones de orden en los Reales: La idea de comparación en Matemática exige rigurosidad y establece, entre otras cosas, lo que se da en llamar relaciones de orden en el conjunto de los números reales. Recordemos cuál es la simbología utilizada para expresar la relación de orden entre dos números. Para describir la relación de orden entre 2 y 2 usamos : 2 = 2 Para describir la relación de orden entre 3 y 7 usamos: 3 < 7 Para describir la relación de orden entre 1 y 5 : 1 > 5 3 2 1 0 1 2 3 4 ... 3 4 20 Estas relaciones están basadas en el orden natural de los números reales en la recta numérica; esto es, si “a” esta a la izquierda de “b” en la recta numérica entonces a < b, si “a” esta a la derecha de “b” en la recta numérica entonces a > b, y si “a” y “b” están en la misma posición entonces a = b. Diremos entonces que: Dados a y b, números reales, se verifica alguna de las siguientes relaciones entre ellos: a) " a es igual a b ", en símbolos: a = b b) " a es menor que b ", en símbolos: a < b c) " a es mayor que b ", en símbolos: a > b En términos matemáticos, en el primer caso estamos frente a una igualdad, mientras que en los otros dos casos se habla de desigualdades. También habrá desigualdades que involucran la posibilidad de igualdad como se ve a continuación: a b (se lee: a es menor o igual que b) a b (se lee: a es mayor o igual que b) 5.2 Valor absoluto de un número real Como ya adelantamos al introducir los números enteros el valor absoluto de un número “a” puede interpretarse como la distancia de “a” al origen en la recta numérica. Pero demos otra versión del concepto de valor absoluto. El valor absoluto de un número “a” se denota ay se define: si a 0 entonces a= a si a 0 entonces a= a Por ejemplo: 4 = 4 ; pues 4 es mayor que 0 5= (5) = 5 ; pues 5 es menor que 0. Por cualquiera de las dos vías conceptuales se observa que, el valor absoluto de un número es un valor no negativo. Propiedades del valor absoluto. El valor absoluto del producto es igual al producto de los valores absolutos de los factores. En símbolos: a. b=a.b Un número y su opuesto tienen el mismo valor absoluto. Unidad 1: Números y operaciones aritméticas 21 En símbolos: a= a El valor absoluto de la suma es menor o a lo sumo igual que la suma de los valores absolutos. En símbolos: a + ba+b Actividad 5 Calcule el valor absoluto en cada caso: a)7= b) 9= c) 0= d) 35= e)35=5.3 Operaciones en . Hemos definido los conjuntos numéricos y las operaciones algebraicas rescatando la terminología matemática apropiada para cada una de ellas. Las operaciones definidas en los racionales se extienden al conjunto de los números reales. El siguiente cuadro resume las propiedades que se tienen presentes al sumar o multiplicar números reales. PROPIEDADES SUMA PRODUCTO Conmutativa a + b = b + a a . b = b . a Asociativa (a + b) + c= a + (b + c) (a . b) . c= a . (b . c) Elemento neutro 0 es el neutro de la suma: Para todo a real a + 0 = 0 + a = a 1 es el neutro del producto: Para todo a real a . 1 = 1. a = a Elemento simétrico Para cada a real a +( a) = (a) + a = 0 Para cada real a 0 1 1 = 1a a a a Distributiva a . (b + c) = a . b + a . c Notemos que la propiedad distributiva vincula las dos operaciones. Las operaciones de potenciación y radicación de números reales requieren de un estudio más detallado. 5.3.1 Potenciación Anteriormente hemos definido esta operación y sus elementos, a continuación, analizaremos algunas propiedades importantes a aplicar en la resolución de operaciones en donde se incluye la potenciación: En esta unidad y en las restantes será de gran utilidad conocer las propiedades de las operaciones, motivo por el cual nuestro próximo objetivo será recordarlas y revisar su modo de aplicación. 22 Propiedades de la potenciación En símbolos: Ejemplo: Es distributiva respecto del producto. ( . ) .n n na b a b 2 2 22 . 3 2 . 3 Es distributiva con respecto a la división. n n n a a b b 3 33 2 8 2 8 El producto de 2 o más potencias de igual base es igual a otra potencia de la misma base, cuyo exponente es la suma de los exponentes de las potencias dadas. .n m n ma a a 2 3 2 3 52 . 2 2 2 El cociente de potencias de igual base es igual a otra potencia de la misma base, cuyo exponente resulta de la diferencia entre la potencia del numerador y la del denominador. n n m m a a a 5 5 2 3 2 2 2 2 2 La potencia de una potencia es igual a otra potencia de la misma base elevada al producto de los exponentes. .mn n ma a 23 3.2 62 2 2 ¿Qué sucede con el cero en la operación de potenciación? Aquí damos un resumen, intenta analizar el porqué de cada afirmación. Toda potencia de base cero y exponente distinto de cero, es igual a cero. En símbolos 00 n , para n distinto de cero. Toda potencia de exponente cero y base distinta de cero, es igual a 1. En símbolos 10 a , para a distinto de cero. El cero como base y exponente, es decir 00 no está definido. Actividad 6 Resolver, aplicando propiedades cuando corresponda: a) 2(5 3) e) 25( 1) 3 b) 4 1 3 2 f) 2 2 31 1( 1) 4 2 2 c) 32 3 6 3 2 6 g) 02 2 31 1 4 2 2 d) 325 1 h) 4. 4 4 5 7 Unidad 1: Números y operaciones aritméticas 23 5.3.2 Radicación Hemos definido la operación de radicación como la operación inversa de la potenciación. En base a la definición calculemos las siguientes raíces: 283 porque 823 283 porque 3( 2) 8 2164 porque 1624 4 16 no tiene solución dentro de los Reales, porque no existe ningún número real que elevado a exponente cuatro de como resultado un número negativo. Este caso será, como veremos luego, el motivo para crear un nuevo conjunto de números. Establezcamos a continuación algunas propiedades de la radicación: Propiedades de la radicación En símbolos: Ejemplo: Es distributiva respecto del producto. . .n nn a b a b 4 . 9 4. 9 Es distributiva con respecto a la división. n n n a a b b 3 3 3 512 512 8 8 La raíz emésima, de la raíz enésima de un número real a, es igual a la raíz de índice m.n de dicho número. .n n mm a a 2. 33 664 64 64 Estas propiedades pueden ser ejercitadas a través de la siguiente actividad. Actividad 7 Resolver, aplicando propiedades cuando corresponda: a) 16 121 b) 7 2 4 c) 1 82 . 2 5 d) 1 256 e) 32 2 24 Actividad 8 Establezca la VERACIDAD O FALSEDAD de las siguientes afirmaciones y justifique adecuadamente. a) 22 es igual a 22 Verdadero-Falso b) 23 2 es igual a 2 23 2 Verdadero-Falso c) La radicación es distributiva respecto de la suma Verdadero-Falso 5.3.3 Potencia de Exponente Negativo Sabemos que 32 2 . 2 . 2 8 pero . . . ¿qué ocurre si tenemos 32 ? 3 factores ¿Podemos indicar que tenemos 3 factores? ¿Qué significa el exponente negativo? Para responder estos interrogantes observemos que 32 puede ser pensado como un cociente de potencias de igual base: 5 2 3 2 2 2 Si expresamos las potencias como productos y luego simplificamos: 2 3 5 3 2 2 . 2 1 2 2 2. 2 .2 .2 .2 2 Obtenemos: 3 3 2 1 2 Este procedimiento se puede generalizar y entonces afirmamos que toda potencia de exponente negativo se puede transformar en una potencia tal que: la base es la inversa de la base de la potencia dada. el exponente es positivo y de igual valor absoluto que el exponente de la potencia dada. En símbolos: 1 n na a 5.3.4 Potencia de Exponente Fraccionario Toda potencia de exponente fraccionario es igual al radical cuyo índice es el denominador del exponente (m) y cuyo radicando es la base de la potencia (a), elevada al numerador del exponente dado (n). Unidad 1: Números y operaciones aritméticas 25 En símbolos: Por ejemplo Si tenemos 2 3 16 podemos expresarlo de una manera alternativa. El exponente fraccionario nos está indicando que 16 está sometido a la operación de potenciación con exponente 3 (el numerador de la fracción) y a la operación de radicación de índice 2 (el denominador de la fracción). Por lo tanto: 2 32 3 1616 Resolvemos: 6440961616 2 32 3 ¿Qué sucede si el exponente es, además de fraccionario, negativo? Por ejemplo: 2 1 5 9 resolvemos: 3 5 9 5 9 5 9 5 5 9 2 1 2 1 En general, toda potencia de exponente fraccionario y negativo, es igual a la recíproca del radical cuyo índice es el denominador del exponente fraccionario (m) y cuyo radicando es la base de la potencia (a) elevada a un exponente igual al numerador del exponente dado (n). En símbolos: 1nm nm a a En todos estos casos especiales de la operación de potenciación, son aplicables las propiedades que hemos enunciado. n m nma a 26 Actividad 9 Resuelva los siguientes ejercicios a) 35 b) 2 5 3 c) 6 1 64 d) 3 1 64 27 e) 2 327 f) 3 24 9 5.3.5 Racionalización del Denominador Al resolver algunas operaciones, el resultado puede contener una raíz en el denominador. Por ejemplo: 3 2 Podemos proponernos transformar la raíz del denominador en un número racional, obteniendo una fracción equivalente. En esto consiste la “racionalización del denominador”. ¿Cómo hacemos, en nuestro ejemplo, para transformar la fracción de manera que en el denominador se presente un número racional? Primero, multiplicamosnumerador y denominador por 3 3 3 . 3 2 resolvemos en el numerador y denominador: 2 2 2. 3 2. 3 2 3 2 3 33. 3 3 3 y de esta manera hemos transformado la raíz del denominador en un número racional, obteniendo una expresión equivalente a la original. Veamos otro ejemplo: 2 5 7 1 5 multiplicamos numerador y denominador por 3 5 1 5 Unidad 1: Números y operaciones aritméticas 27 y resolvemos 3 3 3 3 5 5 5 5 2 3 2 3 5 5 5 5 5 5 1 1 1 1 7. 7. 7. 5 5 5 57 . 11 1 1 1 1 . 55 5 5 5 5 En general, dado: m nb a para racionalizar el denominador, debemos multiplicar numerador y denominador por m nmb porque: bbbb m mm nmm n . y b será el nuevo denominador Actividad 10 Racionalizar el denominador de las siguientes expresiones: a) 18 2 b) 3 2 1 Actividad 11 Resuelva los siguientes ejercicios combinados a) 2 8 6 1 33 4 (5 3) 2 . 2 2 3 27 8 b) 2 3 22 6 3 3 2 10 2 3 3 7 3 2 : 2 7 7 3 28 c) 2 2 2 441 11 3 ( 2) ( 1) 7 3 d) 5 22 5 0 3 2 2 5 2 1 7 1 (2 3 . 3 ) 4 e) 2 0 2 2 441 12 3 5 ( 3) ( 1) 2 2 Nuestro trabajo se desarrollará casi exclusivamente sobre el conjunto de los números reales, pero como anticipamos, puede ocurrir que nos encontremos con una raíz de índice par y radicando negativo. Por ejemplo hemos observamos que 4 16 no está definida dentro de los reales. Para dar solución a la radicación en este último caso se recurre a los llamados números imaginarios y con ellos a los complejos. 6. LOS NÚMEROS COMPLEJOS La unidad imaginaria se simboliza i y tiene la propiedad de que elevada al cuadrado da 1. Observemos que de acuerdo a la definición: 2 21 1i i De esta manera podremos expresar el resultado de cualquier raíz cuadrada de un número negativo. Son ejemplos de ello: 16 16 1 4 i 15 15 1 15 i Como consecuencia de la aparición de los números Imaginarios se combinan linealmente números reales y números imaginarios, surgen los números Complejos Un número se dice complejo si resulta de la suma de una parte real y otra imaginaria. Es decir z es un número complejo si z = a + b i siendo a y b números reales.Por ejemplo: 3 + 4 i , 5 + i , 7 2 8 i Finalmente diremos que dos números se dicen complejos conjugados si poseen la misma parte real y sus correspondientes partes imaginarias son de signo contrario. Si z denota un número complejo su conjugado se simboliza z . Por ejemplo: Si z =3 + 4 i entonces su conjugado es 3 4 i z Si z =7 2 8 i entonces su conjugado es 7 2 8 i z En el Aula Virtual, en la sección “Recursos y Materiales” encontrarás la resolución detallada al ejercicio e) de esta actividad. Unidad 1: Números y operaciones aritméticas 29 A modo de síntesis podemos resumir los conjuntos numéricos que hemos analizados de la siguiente manera: En el Aula Virtual, en la sección “Recursos y Materiales” encontrarás un resumen de la Unidad 1. Enteros () Fraccionarios Racionales () Irracionales Reales () Imaginarios Complejos Naturales () Cero (0) Opuestos de los Naturales 30 7. EJERCICIOS INTEGRADORES Te proponemos resolver los siguientes ejercicios que pretenden integrar todo lo aprendido en esta unidad. Ejercicio 1 I. En un curso de 60 alumnos el 55% tiene buenas notas, el 35% tiene notas regulares y el resto malas notas. ¿Cuántos alumnos obtuvieron malas notas? II. En un colegio hay elecciones para el centro de estudiantes. Por Juan votaron 280 estudiantes, por Karina votaron 125 y por Antonio 95. ¿Qué porcentaje obtuvo Juan del total de los votos? Ejercicio 2 ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa? a) La suma de dos números reales es un número real. b) La suma de dos números racionales es un número racional. c) El producto de dos números racionales es un número racional. d) El producto de dos números irracionales es un número irracional. e) El producto de dos números reales es un número real. Ejercicio 3 Resolviendo 3 25 9 3 . 2 1 . 0( 4 8) se obtiene: a) 1 3 b) 1 3 c) 5 3 d) 20 3 e) 2 Ejercicio 4 Resolver: a) Me informan que he consumido 4/9 del crédito en mi celular. Si pagué por $180, cuánto es el crédito en pesos que aún me queda? b) Un viaje de egresados costó 20.000 por estudiante. Juan pagó 11/25 partes del viaje en efectivo y el 45% en 10 cuotas iguales, pero previamente se había entregado una seña al momento del contrato. ¿Cuánto fue lo que Juan pagó en efectivo, cuánto pagó en cuotas y de cuánto fue la seña? Unidad 1: Números y operaciones aritméticas 31 Ejercicio 5 Resuelva aplicando propiedades cuando sea posible. a) 12 2 3 2 0 01 2 .3 5 .5 2 6 ( 1) b) 99 3 4 ( 1) 27 : 3 2 2 256 c) 1 1 2 2 2 35 21 . 7 28 ( 2) .2 10 9 3 Ejercicio 6 Complete las siguientes expresiones, indicando con el símbolo si el número está incluido en el conjunto y con si no lo está. a) 0,333........ b) 2 ........... c) 2 4 ........... d) 3 ......... e) 3 1 ........... f) 6........... Ejercicio 7 Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas y justifique. a) La suma de dos números naturales es siempre un número natural. b) La diferencia de dos números naturales es siempre un número natural. c) El cociente entre dos números enteros es siempre un número entero. d) Existen infinitos números enteros entre el 5 y el 25. e) Existen infinitos números racionales entre 3 1 y 1. f) La raíz cuadrada de todo número natural impar es siempre un número irracional. Ejercicio 8 Obtenga el resultado en cada caso, puede dejar indicado los números irracionales y debe racionalizar el denominador de ser necesario. a) 2 3 5 10 b) 3 3 3 3 c) 26 6 4.3.8 3.2 d) 23 ( 3) 4.( 2).( 2) 2.2 32 Ejercicio 9 Resuelva los siguientes ejercicios a) 2 9 3 3 3 1 15( 1) 1 2 1 2 3 41 5 b) 1 22 2 13 5 6 603 6 3 21 2 5 5 2 3 . ( ) . c) 2 2 12 1 0 7 5 1 6 3.2 : ( 7) : 3 1 . 2. 5 . 4 2 6 2 7 6 d) 1 3 4 022 33 3 4 .4 5 ( 1)25 ( 4)7 1 16 5 2 . 4 ( 2) : e) 2 3 3 3 1 15 2 1 2 3 41 5 En el Aula Virtual encontrarás una Autoevaluación que te recomendamos realizar. Unidad 1: Números y operaciones aritméticas 33 RESPUESTAS DE ACTIVIDADES Y EJERCICIOS UNIDAD N°1: Actividad 1 a) En este caso podemos separar en dos términos, resolver cada uno de ellos respetando la jerarquía de las operaciones y aplicando regla de signos del producto. 2 ( 1).( 3) .( 1) 3.( 2).(1 2) 2 3 .( 1) 3.( 2).( 1) 1.( 1) 3.2 1 6 5 b) 5 c) 16 d) 7 e) 3 f) 3 g) 1 h ) 0 Actividad 2 a) 3 2 5 4 4 4 b) 5 7 15 28 43 4 3 12 12 c) 5 7 15 28 13 4 3 12 12 d) 2 5 1 4 5 3 6 1 3 6 2 6 6 e) 1 8 3 30 40 13 2 5 3 15 15 f) 5 8 4 5 16 12 1 6 3 2 6 6 Actividad 3 a) 3 2 6 7 5 35 b) 5 7 35 4 3 12 c) 1 2 1 1 5 8 5 8 2 4 5 4 5 d) 1 e) 1 7 f) 9 4 g) 35 200 . 70 100 70 es el 35% de 200. h) Primer hermano: 7 1200 . 560 15 8 400 . 32 100 32 es el 8% de 400. Segundo hermano: 5 1200 . 500 12 Tercer hermano: 1200-(560+500) = 140 i) 37 10 j) 1 4 k) 1 34 Actividad 4: a) 33 27 b) 23 9 c) 33 27 d) 23 9 e) 16 4 25 5 f) 3 8 2 g) 3 8 2 h) 1 1 49 7 Actividad 5 a)7= 7 b) 9= 9 c) 0= 0 d) 3 5= 2 e)35= 2 Actividad 6 a) 2(5 3) 64 b) 4 4 2 1 1 1 3 3 81 c) 32 3 6 9 6 9 9 6 3 66 6 6 3 .2 3 2 3 2 2 2 8 6 3 23 . 2 d) 325 301 ( 1) 1 e) 2 25( 1) 3 2 4 f) 2 2 4 3 6 21 1 1( 1) 4 ( 1). . 2 2 4 2 2 2 g) 02 2 31 1 4 2 2 1 h) 7 3 5 4 . 4 ( 4) 64 4 Actividad 7 a) 16 121 137 b) 7 1 12 4 4 2 c) 1 8 5 8 2 . 4 2 2 5 2 5 d) 8 8 1 1 1 256 2 2 e) 32 32 16 4 22 Unidad 1: Números y operaciones aritméticas 35 Actividad 8 a) Podemos afirmar que 2 22 2es igual a ? FALSO. 22 4 , pues el exponente afecta al signo menos y por lo tanto el resultado es positivo. 22 4 , pues el exponente no afecta al signo menos. b) Podemos afirmar que 2 2 23 2 3 2es igual a . FALSO 2 2 23 2 3 2 c) La radicación es distributiva respecto de la suma. FALSO Por ejemplo: 4949 Actividad 9 a) 3 1 5 125 b) 2 3 25 5 9 c) 1 6 66664 64 2 2 d) 1 3 333 33 3 3 3 27 27 3 3 3 64 64 4 44 e) 2 3 22 63 3 1 1 1 1 27 3 927 3 f) 3 33 2 6 3 24 9 3 3 3 27 9 4 2 2 2 8 Actividad 10 a) 2 2 318 b) 3 3 1 4 22 Actividad 11 a) 2 8 6 1 33 4 (5 3) 2 . 2 2 3 27 8 2 2 112 2 2 2 81 2 12 10 9 2 2 7 2 2 23 2 5 25 2 23 2 9 4 13 36 b) 2 3 22 6 3 3 2 10 2 3 3 7 3 2 : 2 7 7 3 1 2 100 64 3 3 27 2 7 7 36 3 25 7 6 3 5 7 57 35 c) 2 2 2 441 11 3 ( 2) ( 1) 7 3 2 211 9 ( 2) 3 1 7 1 1 9 4.10 7 1 1 49 7 1 1 7 7 0 d) 5 22 5 0 3 2 2 5 2 1 7 1 (2 3 . 3 ) 4 5 2 3 25 32 1 1 4 (2 1) 5 7 1 1 16 7 15 e) 1 4 5 RESPUESTAS DE EJERCICIOS INTEGRADORES Ejercicio 1 I. 6 alumnos obtuvieron malas notas. II. Juan obtuvo el 56% de los votos. En el Aula Virtual, en la sección “Recursos y Materiales” encontrarás la resolución detallada al ejercicio e) de esta actividad. Unidad 1: Números y operaciones aritméticas 37 Ejercicio 2 Opción d) La afirmación: El producto de dos números irracionales es un número irracional Es Falsa. Por ejemplo: 3. 3 3 (3 no es número irracional) Ejercicio 3 Opción b) 0 3 25 9 ( 4 8) 3 . 2 1 3 16 3 4 1 1 .1 3 33 . 1 Ejercicio 4 a) Me queda 100 pesos de crédito. b) En efectivo: 11 20.000 8.800 25 En cuotas: 45 20.000 9.000 100 Seña: 20.000 (8.800 9.000) 2.200 Ejercicio 5 a) 12 2 3 2 0 01 2 .3 5 .5 2 6 ( 1) 121 (2.3) 5 2 1 1 11 36 .7.2 1 14 35 2 5 b) 99 3 4 ( 1) 27 : 3 2 2 256 4 1 9 1 3 2 3 1 2 2 4 4 4256 c) 1 1 2 2 2 35 21 . 7 28 ( 2) .2 10 9 3 1 1 2 2 2 34 2. 7. 4.7 2 .2 10 9 3 1 2 52 2. 7.2 2 10 3 3 1 2 22 3 36 .6 9 3 2 38 Ejercicio 6 a) 0,333 b) 2 c) 2 4 d) 3 e) 3 1 f)6 Ejercicio 7 a) Verdadera, para cada par de números naturales la suma se define como: agregar al primero tantas unidades como indique el segundo, y por definición de los naturales el resultado será otro natural. b) Falsa, por ejemplo 3 3 =0. c) Falsa, por ejemplo 3 : 2= 1,5 . d) Falsa, podemos enumerar y contar una cantidad finita de números enteros entre el 5 y el 25. e) Verdadera, pues entre dos racionales siempre existe otro racional, por ejemplo (1/3 + 1)/2, luego entre este último y 1 podremos encontrar otro racional, sumando ambos y dividiendo por dos y así sucesivamente deducimos que existen infinitos números racionales entre 3 1 y 1. f) Falsa, por ejemplo la raíz cuadrada 1 es un número racional. Ejercicio 8 a) 3 2 5 b) 6 c) 151 3 i d) 3 7 4 4 i Ejercicio 9 a) 26 25 b) 9 c) 7 2 d) ̶ 1 e) 25 Expresiones algebraicas Unidad 2 Objetivos especí�cos • Conceptualizar las Expresiones Algebraicas, reconociendo su valor instrumental en la resolución de problemas. • Analizar y aplicar las operaciones entre Expresiones Algebraicas Enteras. • Comprobar el sentido y utilidad del factoreo de Expresiones Algebraicas para simpli�car el proceso de resolución de operaciones. Contenidos Expresiones Algebraicas: Clasi�cación, Valor numérico. Expresiones Algebraicas Enteras: Monomios, Polinomios, Polinomios en una indeterminada. Operacionesentre Expresiones Algebraicas: Suma, Diferencia. Producto: Producto de Binomios Conjugados, Potenciación, Cociente: Regla de Ru�ni, Teorema del Resto, Divisibilidad entre polinomios. Factoreo de Expresiones Algebraicas: Factor Común, Factor Común por Grupos, Trinomio Cuadrado Perfecto, Cuatrinomio Cubo Perfecto, Diferencia de Cuadrados, Suma o Diferencia de Potencias de Igual Grado. Descomposición Factorial de un Polinomio. Expresiones Algebraicas Fraccionarias, Fracciones algebraicas equivalentes. Simpli�cación de expresiones algebraicas. Operaciones con Expresiones Algebraicas Fraccionarias: Suma y resta de Expresiones Algebraicas Fraccionarias, Producto de Expresiones Algebraicas Fraccionarias, Cociente de Expresiones Algebraicas Fraccionarias. 40 UNIDAD N°2: Desafío 2 Una pareja de atletas aficionados se está preparando para una carrera. Para su entrenamiento alterna entre una serie de circuitos de diferentes distancias: uno largo, uno mediano y uno corto. Ayer repitieron dos veces el circuito largo, dos veces el mediano y una vez el corto. Hoy recorrieron un tercio del largo y dos veces el mediano. Mañana correrán una vez y media el corto y cuatro veces el largo. Finalmente, pasado mañana su recorrido será una vez el circuito largo, tres veces el mediano y dos veces el corto. ¿Te animás a expresar simbólicamente el recorrido de cada uno de estos cuatro días y luego calcular el total? Unidad 2: Expresiones algebraicas 41 INTRODUCCIÓN En esta unidad nos introduciremos en una de las herramientas más poderosa de la Matemática: el Álgebra, a la que podemos considerar como “el lenguaje de los símbolos”. Los primeros avances en esta área se registran en las civilizaciones de Babilonia y Egipto, entre el cuarto y tercer milenio antes de Cristo y su desarrollo continúa hasta nuestros días. Los matemáticos pasaron de la Aritmética, que se ocupa de los números concretos, al Álgebra cuando intentaron generalizar cálculos, esto significa realizar operaciones donde las letras representan números. En el siglo XVI comenzó la etapa del Álgebra Simbólica, que es la que utilizamos hoy y que nos permite expresar los enunciados en forma más breve, generalizar situaciones y representar cantidades desconocidas. Números y letras vinculados entre sí a través de operaciones serán los protagonistas de esta unidad y nosotros aprenderemos a trabajar con ellos. Veamos qué opina este personaje al respecto… Posiblemente, nos encontremos en una posición parecida a la del personaje anterior. Sin embargo, al finalizar esta unidad estaremos familiarizados con las Expresiones Algebraicas y podremos realizar operaciones entre ellas. 42 1. EXPRESIONES ALGEBRAICAS No son pocas las ocasiones en las que nos encontramos con la necesidad de expresar enunciados en forma más breve, generalizar situaciones o representar cantidades desconocidas. Consideremos los siguientes avisos: Aquí podríamos estar interesados en encontrar una expresión que nos indique la superficie de los lotes cualesquiera sean sus dimensiones. Suponga que se nos informa que los terrenos que se comercializan tienen forma rectangular y que su base mide 10 mts. más que su altura, tal como muestra la siguiente figura: ¿Cómo determinamos la superficie de este lote? Superficie = x (x+10) En este segundo aviso, podríamos preguntarnos: ¿Cómo representar, de manera general, el “interés” a pagar para importes diferentes de préstamos, a un año de plazo? Interés = 7 100 x En la expresión anterior x simboliza el “importe del préstamo”, según el caso. Observemos los segundos miembros de las expresiones obtenidas. ¿Cuáles son sus características? Intervienen números Intervienen letras Intervienen operaciones algebraicas Estas expresiones se llaman expresiones algebraicas. x x +10 ¡EFECTIVO EN EL ACTO! Créditos a sola firma Mínimos requisitos A un año de plazo Tasa de interés anual: 7% CRÉDITO S.A. Recuerde: La superficie de un rectángulo se calcula como el producto de la base por la altura. Su perímetro está dado por la suma de sus lados. Unidad 2: Expresiones algebraicas 43 Una expresión algebraica es toda combinación de números, expresados por letras, o por letras y cifras, vinculadas entre sí mediante las operaciones de suma, sustracción, multiplicación, división, potenciación y radicación. En las expresiones algebraicas podemos identificar: Expresión Algebraica Letras Números Operaciones Se denominan variables o indeterminadas Se denominan constantes o coeficientes de la indeterminada Suma, Resta, producto, división, potencia, radicación En los ejemplos anteriores tenemos: EXPRESIÓN ALGEBRAICA CONSTANTES INDETERMINADAS OPERACIONES x (x + 10) 1 y 10 x suma y producto 7 100 x 7 100 x producto Actividad 1 Escriba la expresión algebraica correspondiente a cada uno de los siguientes enunciados: a) La suma de dos números consecutivos. b) El cuadrado de un número, disminuido en 3. c) El cuadrado de la suma de dos números. d) El doble de la edad de una persona, hace tres años. e) La diferencia de los cubos de un número natural y el siguiente. Actividad 2 En cada uno de los siguientes enunciados establezca la VERACIDAD O FALSEDAD de la afirmación y justifique adecuadamente. a) La expresión algebraica que corresponde a la diferencia de los cuadrados de dos números es 2)( yx . 44 b) La mitad de la diferencia entre dos números puede expresarse algebraicamente como y x 2 . c) es la expresión algebraica que corresponde a la suma de las raíces cuadradas de dos números. Actividad 3 Complete el siguiente cuadro identificando, en cada expresión algebraica, las constantes, las indeterminadas y las operaciones involucradas. EXPRESIÓN ALGEBRAICA CONSTANTES INDETERMINADAS OPERACIONES yyx 3 6 1 2 255 7 yzx 1.1 Clasificación de las Expresiones Algebraicas Las expresiones algebraicas pueden clasificarse de acuerdo a las operaciones a las que están sometidas las letras que en ella figuran: Entera Las indeterminadas están sometidas a las operaciones de adición, sustracción, multiplicación y potenciación con exponente entero no negativo Ejemplos: 24pq 3 118 3 x y x 4 218z z z Racional Fraccionaria Por lo menos una de las indeterminadas, figura como divisor en un cociente o como base de una potencia con exponente entero negativo Ejemplos: 3 15x y x 4 3 22( )z t v Irracional Por lo menos una de las indeterminadas se encuentra sometida a operaciones de radicación o potenciación con exponente fraccionario Ejemplos: 1 5 2 x y 1/ 2 23 6 9a b c 2/12/1 yx Recuerde: Esta clasificación está íntimamente relacionada con la de los números pero para clasificar las expresiones algebraicas se considera únicamente a qué tipo de operaciones están sometidas las indeterminadas. Te invitamos a ver un video sobre el tema en el aula virtual, en recursos y Materiales de la Unidad 2. Unidad 2: Expresiones algebraicas 45 Actividad 4 Complete el siguiente cuadro: EXPRESIÓN ALGEBRAICA CONSTANTES INDETERMINADAS OPERACIONES CLASIFICACIÓN 5 21( ) 3 2 a x 1/ 4(7 ) 7st 1.2 Valor numérico de una expresión algebraica Considere el ejemplo de los lotes dado al comenzar el capítulo. Según el anuncio, los terrenos que se comercializaban eran de forma rectangular y su superficie (S) estaba dada por la siguiente expresión: S(x)= x (x+10) ¿Cuál será la superficie del lote si se sabe que x = 15 mts.? Para determinarla procedemos de la siguiente manera: Hemos calculado el valor numérico de la expresión algebraica S para x = 15. El valor numérico de una expresión algebraica para x = a, es el número que se obtiene reemplazando en la expresión la indeterminada x por a y resolviendo las operaciones indicadas. Actividad 5 El resultado del siguiente cálculo 1 : 1 a a a aa , siendo a un número entero mayor que 1, es: a) un número natural; b) un número entero negativo; c) un número fraccionario, no entero; d) un número irracional; e) no se puede establecer ninguna conclusión. Reemplazamos en S a x por 15. S(15)=15 .(15 +10) Resolvemos las operaciones indicadas S(15)=15.25 S(15)=375 46 Actividad 6 Señale la única alternativa correcta, justificando su elección. A. El valor numérico de la expresión algebraica 235 32 ssss para s = 2 es: a) 38 b) 26 c) 32 d) 18 e) Ninguna de las alternativas anteriores es correcta. B. El valor numérico de la expresión algebraica )84( 316 84 zxy zyx para x =1/4, y = ( – 1/2) – 1 y z = – 2 es: a) 5/9 b) 7/2 c) 5/7 d) 2/7 e) Ninguna de las alternativas anteriores es correcta. 2. EXPRESIONES ALGEBRAICAS ENTERAS Considere nuevamente los ejemplos de expresiones algebraicas enteras: 24 pq 3 1 18 3 x y x 4 218z z z ¿Qué cantidad de términos tiene cada una de las expresiones anteriores? Como habrá observado, las expresiones algebraicas pueden tener un solo término o más de uno. Esto permite clasificarlas en monomios y polinomios. 2.1 Monomios Un monomio es aquella expresión algebraica entera que tiene un solo término, es decir, que las indeterminadas están vinculadas solamente por las operaciones de multiplicación y potenciación con exponente entero no negativo. En todo monomio podemos identificar un coeficiente numérico y una parte literal. Por ejemplo MONOMIO COEFICIENTE NUMÉRICO PARTE LITERAL 24 p q 4 p q 2 3 2x y z 1 3 2x y z Recuerde: Los operadores + y – son los que separan términos. Unidad 2: Expresiones algebraicas 47 Es muy importante, para realizar operaciones con monomios, identificar la parte numérica y la literal. Esta última, también nos permite determinar el grado de un monomio: El grado de un monomio Está dado por la suma de los exponentes de las indeterminadas. Ejemplo: 42 5 st es de grado 5 El grado de un monomio respecto a una de sus indeterminadas Está dado por el exponente de dicha indeterminada Ejemplo: 42 5 st es de grado 1 en s y de grado 4 en t Además, podemos indicar que: Dos o más monomios son homogéneos cuando tienen el mismo grado. Por ejemplo, 4 2 3 5 2 ; 3 ; 5 5 st x y p son monomios homogéneos de grado 5. Dos o más monomios son semejantes cuando tienen la misma parte literal. Por ejemplo, 4 4 4 2 ; 3 ; 5 5 st st st son monomios semejantes. 2.2 Polinomios Un polinomio es aquella expresión algebraica entera en la que las indeterminadas están vinculadas solamente por las operaciones de suma, resta, multiplicación y potenciación con exponente entero no negativo. En definitiva, un polinomio puede definirse como una suma algebraica de monomios. Algunos polinomios reciben nombres particulares según el número de monomios no semejantes que lo forman. Así decimos que un polinomio es un: Binomio cuando resulta de la suma de dos monomios. Trinomio cuando está constituido por tres monomios. Cuatrinomio en caso de tener cuatro monomios. Polinomio de cinco, seis,…,n términos si tiene más de cuatro monomios. Los conceptos que veremos a continuación, serán utilizados al realizar operaciones entre polinomios: Un polinomio es nulo cuando todos sus coeficientes numéricos son iguales a cero. El grado de un polinomio es igual al del monomio de mayor grado de los que lo forman. Por ejemplo, considere el polinomio 3 2 1 18 6 3 x y x xy 48 TÉRMINOS DEL POLINOMIO yx318 x 3 1 26xy Grado 4 1 3 por lo tanto, el polinomio es de grado 4. El grado de un polinomio respecto a una de sus indeterminadas está dado por el mayor exponente con que figure esa indeterminada. El polinomio yyxyxxy 23324 53 5 2 es de grado 3 en x y de grado 4 en y. Por ejemplo, el polinomio 3 2 3 1 3 5 3 7 4 y y y y , los términos 33y y 33y se anulan y el grado del polinomio es 2. Un polinomio está ordenado según las potencias decrecientes de una indeterminada cuando el exponente de la misma en cada término es menor o igual que en el anterior. Por ejemplo, yyxyxxy 23324 53 5 2 está ordenado de acuerdo a las potencias decrecientes respecto de y. Un polinomio está ordenado según las potencias crecientes de una indeterminada cuando el exponente de la misma en cada término es mayor o igual que en el anterior. Por ejemplo, 23324 53 5 2 yxyxxy está ordenado de acuerdo a las potencias crecientes respecto de x. Un polinomio es completo con respecto a una de sus indeterminadas cuando en el mismo figuran todas las potencias menores que la de mayor exponente. Por ejemplo, yyxyxxy 23324 53 5 2 es completo respecto a x pero incompleto respecto a y (falta y0 ). Identificar que un polinomio es completo, será útil para realizar la operación de la división. Dos polinomios son opuestos cuando los coeficientes de los términos semejantes tienen el mismo valor absoluto pero distinto signo. Decimos que: Recuerde: Para determinar el grado de un polinomio, o el grado de un polinomio respecto de una de sus indeterminadas, hay que reducir previamente los términos semejantes, si los hubiera. Recuerde: Para que un polinomio esté completo respecto a una de sus indeterminadas debe figurar también un término de grado cero para dicha indeterminada. Unidad 2: Expresiones algebraicas 49 P(x) es opuesto a Q(x) si P(x) = – Q(x). Por ejemplo, 2 3 2 32 2( ) 3 5 1 ( ) 3 5 1 5 5 P x x x x Q x x x x P(x) y Q(x) son polinomios opuestos. Dos binomios son conjugados cuando se diferencian únicamente en un signo. Por ejemplo, 2 2 2 ( ) 3 5 2 ( ) 3 5 P x x x Q x x x P(x) y Q(x) son binomios conjugados. 2.3 Polinomios en una indeterminada Se llama polinomio de grado n en la indeterminada x a toda expresión algebraica entera de la forma P(x) = a0 + a1x + a2x 2 + .... + anx n, siendo a0, a1, a2, .... ,an números reales y n un número que pertenece a los enteros no negativos. Observe el siguiente polinomio en x y analice: 4 227 3 5 x x ¿Cuál es coeficiente del término de mayor grado? 4 227 3 5 x x ¿Cuál es el término de grado cero, es decir, aquel en el que no figura la indeterminada? 4 227 3 5 x x Por lo tanto: Polinomio 4 227 3 5 x x Coeficiente principal 3 Término independiente 7 Recuerde: x0 = 1 Dicho término se llama término independiente. Dicho coeficiente se llama coeficiente principal. 50 Actividad 7 En cada uno de los siguientes enunciados establezca la VERACIDAD O FALSEDAD de la afirmación y justifique adecuadamente. a) 5 es un monomio de grado cero. b) La indeterminada de mayor grado de un monomio, determina el grado del mismo. c) 2 2 3 3 3 2 ; 3 ; 7 x z x z xz constituyen monomios no homogéneos de grado 4. d) El polinomio 4 3 2 4 43 3 2 6x y x y x y xy x y es de grado 4 respecto a x. e) La indeterminada de mayor grado de un polinomio, determina el grado del mismo. f) 4 3 2 5 1 5 2 3
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