Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 1 Solución de sistemas de ecuaciones por métodos analíticos Por: Sandra Elvia Pérez Márquez Hasta el momento hemos visto que en una situación se pueden tener varias condiciones y cada una de ellas puede implicar más de una variable, de ello resultan los sistemas de ecuaciones, que son un conjunto de ecuaciones con más de una incógnita. Como ya estudiaste los sistemas de ecuaciones con dos incógnitas, te pudiste dar cuenta de que pueden existir tres sistemas diferentes dependiendo del número de soluciones del sistema. Para ello utilizaste el método gráfico, en el cual se puede ver claramente que si las dos rectas se cruzan en un solo punto, el sistema tendrá una solución, pero si al graficar las rectas no se cruzan en ningún punto, no existirá una solución al sistema y, por último, si las dos rectas ocupan el mismo espacio, quiere decir que el sistema tiene infinitas soluciones. Sin embargo, cuando se realiza un gráfica en forma manual se debe tener mucha precisión al encontrar la solución al sistema, para ello existen las calculadoras que grafican o el software para realizar gráficas, pero ¿qué sucede si necesitamos resolver un sistema de ecuaciones con gran precisión y no tenemos una calculadora o una computadora con un software que nos ayude a graficar el sistema de ecuaciones? Para ello existen diferentes métodos matemáticos que nos ayudan a resolver sistemas de dos ecuaciones con dos incógnitas, los cuales nos permiten encontrar una solución exacta, y son: Figura 1. Diagrama de métodos de solución de sistemas de ecuaciones con dos incógnitas. Métodos de solución de sistemas de dos ecuaciones con dos incógnitas a) Método de eliminación (suma y resta) b) Método de igualación c) Método de sustitución d) Método de Cramer FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 2 a) Método de eliminación (suma o resta) Como su nombre lo indica, el método de eliminación (suma y resta) se basa en que al sumar algebraicamente las dos ecuaciones una de las variables se tiene que eliminar y con ello obtenemos una sola ecuación con una incógnita, de la cual se puede obtener el valor de la variable al despejarla. Para lograr que al sumar dos ecuaciones se elimine una variable, debemos tomar en consideración que los coeficientes de la variable que necesitemos eliminar sean iguales pero con signo diferente, para ello, aplicamos la propiedad de la igualdad de la multiplicación. Podemos realizar los siguientes pasos: Solución de un sistema de ecuaciones por el método de eliminación (suma o resta) 1) Si es necesario, se deben reescribir las ecuaciones en la forma cbyax . 2) Si se requiere, se debe multiplicar una o ambas ecuaciones por una constante (o constantes), procurando que la variable que se quiera eliminar en una ecuación sea positiva y en la otra negativa. 3) Sumar algebraicamente las dos ecuaciones. Con esto se obtiene una ecuación con una incógnita. 4) Despejar la variable en la ecuación obtenida en el paso anterior. 5) Sustituir la variable encontrada en cualquiera de las dos ecuaciones, y resolver la ecuación para encontrar la variable que faltaba. FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 3 Ejemplo 1 Encuentre la solución al siguiente sistema de ecuaciones: 9 3 yx yx Solución: Comencemos por analizar las variables. Observa que en una ecuación la variable y es positiva, y en la otra es negativa, cuando se suman las dos ecuaciones se van a eliminar. Suma las dos ecuaciones. 122 9 3 x yx yx Despeja la variable x . 122 x 6 2 12 x Se sustituye el valor de 6x en la ecuación 3 yx 36 y Despeja el valor y 36 y 363 y 3y La solución del sistema de ecuaciones es el conjunto de valores de x y de y que hacen verdaderas las dos ecuaciones, por lo que podemos verificar si los resultados son correctos sustituyendo los valores encontrados en las dos ecuaciones. FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 4 Sustituyendo 6x y 3y En 3 yx 336 Es verdadera la ecuación. Sustituyendo 6x y 3y En 9 yx 93636 Es verdadera la ecuación. Observa que los dos valores hacen verdaderas las dos ecuaciones, por lo tanto, la solución del sistema está dada por la coordenada yx, que representa el punto donde se cruzan las dos rectas. Para este caso, la solución al sistema es: 3,6 También lo podemos comprobar si graficamos. Figura 2. Gráfica de las rectas 3 yx (roja) y 9 yx (azul) y punto de intersección (6,-3). FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 5 Ejemplo 2 Encuentra la solución al siguiente sistema de ecuaciones. 33 52 yx yx Solución: Asignemos un número a cada ecuación para identificarlas. 52 yx ecuación 1 33 yx ecuación 2 Observa que, en este caso, si sumamos las dos ecuaciones no se eliminará ninguna de las variables, pero la variable y en la ecuación 1 es positiva y la de la ecuación 2 es negativa, ahora sólo falta igualar los coeficientes. Si multiplicamos la ecuación 1 por 3 no se alterará el resultado ya que estamos aplicando las propiedades de la igualdad. )52(3 yx )5(3)(3)2(3 yx 1536 yx ecuación 3 Observa que la ecuación 1 y la ecuación 3 son ecuaciones equivalentes, es decir, tienen las mismas soluciones. Ahora sumamos la ecuación 3 y ecuación 2 1536 yx 187 33 x yx Despejando el valor de x : 187 x 7 18 x Sustituyendo el valor de 7 18x en la ecuación 2: 33 yx FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 6 33 7 18 y Podemos multiplicar todo por 7 . 33 7 18 7 y 3737 7 18 7 y 212118 y Despejando y : 212118 y 182121 y 7 1 21 3 y Por lo tanto, la solución al sistema de ecuaciones es: 7 1 , 7 18 Podemos verificarla sustituyendo los valores en las dos ecuaciones o graficando. Figura 3. Gráfica de las rectas 52 yx (roja) y 33 yx (azul) y punto de intersección 7 1 , 7 18 FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 7 Observa que es complicado determinar el valor exacto del punto de intersección de las dos rectas en la gráfica, a pesar de que está hecha en un graficador, sin embargo, con el método matemático podemos obtenerlo. Ejemplo 3 Encuentra la solución al siguiente sistema de ecuaciones: 359 3485 yx yx Solución: Asignemos un número a cada ecuación para identificarlas. 3485 yx ecuación 1 359 yx ecuación 2 En los ejemplos anteriores eliminamos la variable y , sin embargo, cualquiera de las dos variables se pueden eliminar. Para hacerlo con la variable x , es necesario que los coeficientes de la variable sean iguales pero con signo diferente. Esto lo podremos hacer si multiplicamos la ecuación 1 por 9 y la ecuación 2 por -5. Esto no alterará los resultados ya que las ecuaciones que se obtienen son equivalentes. Ecuación 1 por 9 Ecuación 2 por -5 34859 yx 3067245 yx Ecuación 3 3595 yx 152545 yx Ecuación 4 FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 8 Ahora sumamos las ecuaciones resultantes: ecuación 3 y ecuación 4 3067245 yx 29197 152545 y yx Despejando el valor de y : 29197 y 3 97 291 y Sustituyendo el valor de 3y en la ecuación 1, y despejando el valor de x : 34)3(85 x 34245 x 24345 x 105 x 2 5 10 x Por lo tanto, la solución al sistema de ecuaciones es: 3,2 Ejemplo 4 Encuentra la solución al siguiente sistema de ecuaciones: 323 xy 2 3 2 xy Solución: Asignemos un número a cada ecuación para identificarlas. 323 xy ecuación 1 2 3 2 xy ecuación 2 FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 9 Antes de comenzar a resolver el siguiente sistema de ecuaciones por el método de eliminación debemos acomodar las dos ecuaciones de la forma cbyax , es decir, primero las x , después las y el signo igual y la constante. Para la ecuación 1 cambiamos el término x2 del otro lado del signo igual de la ecuación. Para la ecuación 2 multiplicamos toda la ecuación por 3 y cambiamos el término que contiene x del otro lado del signo igual de la ecuación. 323 xy 332 yx Ecuación 3 2 3 2 xy 2 3 2 3 xy 23 3 2 33 xy 623 xy 632 yx Ecuación 4 Si observamos, podemos multiplicar la ecuación 3 por -1 y sumar con la ecuación 4. 332 yx ecuación3 3321 yx 332 yx Sumamos con la ecuación 4. 332 yx 90 632 yx FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 10 Observa que al sumar las dos ecuaciones, las dos variables se eliminan y nos queda como resultado la proposición 90 . Esta proposición es falsa, pero ¿qué quiere decir que la proposición sea falsa? Quiere decir que el sistema no tiene solución. Si recuerdas la gráfica de un sistema de ecuaciones que no tiene solución, las ecuaciones son paralelas y el sistema es inconsistente. La gráfica del sistema de ecuaciones es: Figura 4. Gráfica de las rectas 323 xy (roja) y 2 3 2 xy (azul), dos rectas paralelas. Ejemplo 5 Encuentra la solución al siguiente sistema de ecuaciones: 632 yx 1264 yx Solución: Asignemos un número a cada ecuación para identificarlas: FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 11 632 yx ecuación 1 1264 yx ecuación 2 Antes de comenzar a resolver el siguiente sistema de ecuaciones por el método de eliminación, debemos acomodar la ecuación 2 de la forma cbyax . 1264 yx ecuación 3 Multiplicamos la ecuación 1 por -2 para eliminar la variable x al sumar con la ecuación 3. 632 yx 6322 yx 1264 yx Sumamos con la ecuación 3: 1264 yx 00 1264 yx Observa que al sumar las dos ecuaciones, las dos variables se eliminan y nos queda como resultado la proposición 00 . Esta proposición es verdadera, sin embargo, no tenemos valores de x y de y , ya que las dos ecuaciones son dependientes, es decir, todos sus puntos son coincidentes, por lo tanto, el sistema tiene infinitas soluciones. La gráfica del sistema de ecuaciones es: FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico,magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 12 Figura 5. Gráfica de las rectas 632 yx y 1264 yx , dos rectas coincidentes. Hasta el momento solamente hemos estudiado el método de eliminación para resolver sistemas de ecuaciones. Veamos el siguiente método. b) Método de igualación El método de igualación, como su nombre lo indica, consiste en despejar, de las dos ecuaciones del sistema, la misma variable para después igualarlas y resolver la ecuación resultante encontrando una de las variables; enseguida se puede sustituir la variable encontrada en cualquiera de las ecuaciones despejadas. Para utilizar este método podemos seguir los pasos que aparecen a continuación: Solución de un sistema de ecuaciones por el método de igualación 1) Despejar la misma variable en ambas ecuaciones. 2) Igualar las dos ecuaciones despejadas y resolver la ecuación resultante. 3) Sustituir la variable encontrada en cualquiera de las dos ecuaciones y resolver la ecuación para encontrar la variable que faltaba. Veamos algunos ejemplos. FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 13 Ejemplo 1 Encuentra la solución al siguiente sistema de ecuaciones por el método de igualación. 9 7 yx yx Solución: Asignemos un número a cada ecuación para identificarlas: 7 yx ecuación 1 9 yx ecuación 2 Comencemos por despejar una de las variables. Es necesario que quede con signo positivo. En este caso, es conveniente despejar la x , ya que en las dos ecuaciones el coeficiente es uno. De la ecuación 1 despejar x 7 yx yx 7 ecuación 3 De la ecuación 2 despejar x 9 yx yx 9 ecuación 4 Se igualan las ecuaciones 3 y 4. yy 97 Despeja el valor y : yy 97 79 yy 22 y 1 2 2 y Sustituir en valor encontrado en cualquiera de las ecuaciones. Sustituimos 1y en la ecuación 3. FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 14 yx 7 )1(7 x 8x La solución del sistema es 1,8 . Podemos verificar si el resultado es correcto sustituyendo los valores encontrados en las dos ecuaciones. Sustituyendo 8x y 1y En 7 yx 7)1(8 77 Es verdadera la ecuación. Sustituyendo 8x y 1y En 9 yx 918 918 99 Es verdadera la ecuación. También lo podemos comprobar si graficamos, como se muestra a continuación: Figura 6. Gráfica de las rectas 7 yx (roja) y 9 yx (azul), punto de intersección (8,-1). Ejemplo 2 Encuentra la solución del siguiente sistema de ecuaciones por el método de igualación. FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 15 42 234 yx yx Solución: Asignemos un número a cada ecuación para identificarlas: 234 yx ecuación 1 42 yx ecuación 2 Comencemos por despejar una de las variables, en este caso, puede ser cualquiera de las dos. Así que despejaremos la x : De la ecuación 1 despejar x : 234 yx yx 324 4 32 y x ecuación 3 De la ecuación 2 despejar x : 42 yx yx 42 2 4 y x ecuación 4 Se igualan las ecuaciones 3 y 4. 2 4 4 32 yy Se determina el mcd entre 4 y 2 : 4 2 2 2 1 2 1 1 1 1 1 El 4122 mcd y se multiplica toda la ecuación por el mcd : 2 4 4 4 32 4 yy 2 416 4 128 yy yy 2832 FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 16 Despejamos el valor y : yy 2832 2823 yy 10 y 10 1 10 y Sustituimos el valor encontrado en cualquiera de las ecuaciones, por ejemplo: 10y en la ecuación 3 4 32 y x 4 )10(32 x 7 4 28 4 302 x La solución del sistema es 10,7 . Podemos verificar si los resultados son correctos sustituyendo los valores encontrados en las dos ecuaciones del sistema. También lo podemos comprobar si graficamos, como se muestra a continuación. Figura 7. Gráfica de las rectas 234 yx (roja) y 42 yx (azul), punto de intersección 10,7 . FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 17 Ejemplo 3 Encuentra la solución del siguiente sistema de ecuaciones por el método de igualación. 232 523 yx yx Solución: Asignemos un número a cada ecuación para identificarlas: 523 yx ecuación 1 232 yx ecuación 2 Se puede despejar cualquiera de las variables, en este caso será y . De la ecuación 1 despejar y 523 yx xy 352 2 35 x y ecuación 3 De la ecuación 2 despejar y 232 yx xy 223 3 22 x y ecuación 4 Se igualan las ecuaciones 3 y 4. 3 22 2 35 xx El 632 mcd y se multiplica toda la ecuación por el mcd : 3 22 6 2 35 6 xx 3 1212 2 1830 xx xx 44915 Despejamos el valor x : FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 18 xx 44915 15449 xx 1113 x13 11 x Sustituimos el valor encontrado en cualquiera de las ecuaciones, por ejemplo, 13 11 x en la ecuación 2. 232 yx 23 13 11 2 y 23 13 22 y 23 13 22 13 y 213313 13 22 13 y 263922 y 222639 y 4839 y 13 16 39 48 y La solución del sistema es 13 16 , 13 11 . Podemos verificar si los resultados son correctos sustituyendo los valores encontrados en las dos ecuaciones del sistema; también lo podemos comprobar si graficamos. FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 19 Figura 8. Gráfica de las rectas 523 yx (roja) y 232 yx (azul), punto de intersección 13 16 , 13 11 . Ejemplo 4 Encuentra la solución al siguiente sistema de ecuaciones por el método de igualación. 222 3 yx yx Solución: Asignemos un número a cada ecuación para identificarlas: 3 yx ecuación 1 222 yx ecuación 2 Comencemos despejando una de las variables, en este caso, puede ser cualquiera de las dos, así que será la x . De la ecuación 1 despejar x 3 yx yx 3 ecuación 3 De la ecuación 2 despejar x 222 yx yx 222 y y x 1 2 22 ecuación 4 FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 20 Se igualan las ecuaciones 3 y 4. yy 13 Despeja el valor de y : yy 13 31 yy 40 Observa que, en este caso, desapareció la variable y . La proposición que resultó 40 es una proposición falsa, lo cual indica que el sistema de ecuaciones no tiene solución ya que las ecuaciones son paralelas. Podemos verificar el resultado graficando el sistema. Figura 9. Gráfica de las rectas 3 yx (roja) y 222 yx (azul), dos rectas paralelas. Ejemplo 5 Encuentra la solución al siguiente sistema de ecuaciones por el método de igualación. 1264 632 yx yx FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 21 Solución: Asignemos un número a cada ecuación para identificarlas: 632 yx ecuación 1 1264 yx ecuación 2 Se puede despejar cualquiera de las variables, en este caso será x . De la ecuación 1 despejar x 632 yx yx 362 2 36 y x ecuación 3 De la ecuación 2 despejar x 1264 yx 4 126 y x ecuación 4 Se igualan las ecuaciones 3 y 4. 4 126 2 36 yy El 422 mcd y se multiplica toda la ecuación por el mcd . 4 126 4 2 36 4 yy 4 1264 2 364 yy 126362 yy 126612 yy 121266 yy 00 En este caso desapareció la variable, pero la proposición FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 22 00 es verdadera, lo que indica que las ecuaciones son dependientes, es decir, que todos los puntos coinciden, por lo tanto, el sistema tiene infinitas soluciones. También lo podemos comprobar si graficamos. Figura 10. Gráfica de las rectas 632 yx y 1264 yx , dos rectas coincidentes. c) Método de sustitución El método de sustitución consiste en despejar de una ecuación una variable y sustituirla en la siguiente ecuación, para obtener una variable y después sustituirla en la otra ecuación. Podemos realizar los siguientes pasos: FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 23 Solución de un sistema de ecuaciones por sustitución 1) Despejar una variable de una de las ecuaciones. 2) Sustituir el valor de la variable despejada en la otra ecuación y resolver para encontrar la variable. 3) Sustituir la variable encontrada en cualquiera de las dos ecuaciones y resolver la ecuación para encontrar la variable que faltaba. Ejemplo 1 Encuentra la solución al siguiente sistema de ecuaciones por el método de sustitución. 53 1 yx yx Solución: Asignemos un número a cada ecuación para identificarlas: 1 yx ecuación 1 53 yx ecuación 2 Comencemos por escoger una ecuación y despejar una variable. En este caso, de la ecuación 1 despeja y : 1 yx xy 1 ecuación 3 Sustituye la ecuación 3 en la ecuación 2. 53 yx 513 xx 513 xx 154 x 44 x FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 24 1 4 4 x Se sustituye el valor de 1x en la ecuación 1 1 yx 11 y 211 y Para este caso, la solución del sistema es 2,1 . Al igual que en los otros métodos, se puede comprobar el resultado sustituyendo los valores de las variables en las dos ecuaciones. También lo podemos hacer si graficamos. Figura 11. Gráfica de las rectas 1 yx (roja) y 53 yx (azul), punto de intersección 2,1 . Ejemplo 2 Encuentra la solución al siguiente sistema de ecuaciones por el método de sustitución. 13 172 yx yx Solución: Asignemos un número a cada ecuación para identificarlas. FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcialo totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 25 172 yx ecuación 1 13 yx ecuación 2 Comencemos por escoger una ecuación y despejar una variable. En este caso, de la ecuación 2 despeja y : 13 yx xy 31 ecuación 3 Sustituye la ecuación 3 en la ecuación 1. 172 yx 13172 xx 12172 xx 71212 xx 623 x 23 6 x Se sustituye el valor de 23 6 x en la ecuación 2. 13 yx 1 23 6 3 y 1 23 18 y Se multiplica toda la ecuación por 23 para eliminar el denominador. 1 23 18 23 y 232318 y 23 5 23 1823 y FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 26 Para este caso, la solución al sistema es 23 5 , 23 6 . Graficando podemos comprobar el resultado. Figura 12. Gráfica de las rectas 172 yx (roja) y 13 yx (azul), punto de intersección 23 5 , 23 6 . Ejemplo 3 Encuentre la solución al siguiente sistema de ecuaciones por el método de sustitución. 11016 1107 yx yx Solución: Asignemos un número a cada ecuación para identificarlas: 1107 yx ecuación 1 11016 yx ecuación 2 Comencemos por escoger una ecuación y despejar una variable. En el caso de la ecuación 1 despeja x : 1107 yx 10 71 x y ecuación 3 FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 27 Sustituye la ecuación 3 en la ecuación 2. 11016 yx 1 10 71 1016 x x 1 10 7110 16 x x 17116 xx 11716 xx 09 x 0 9 0 x Se sustituye el valor de 0x en la ecuación 1. 110)0(7 y 110 y 10 1 y Para este caso, la solución al sistema es 10 1 ,0 . Graficando podemos comprobar el resultado. 17116 xx FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 28 Figura 13. Gráfica de las rectas 1107 yx (roja) y 11016 yx (azul), punto de intersección 10 1 ,0 . Ejemplo 4 Encuentra la solución al siguiente sistema de ecuaciones por el método de sustitución. 1214 57 yx yx Solución: Asignemos un número a cada ecuación para identificarlas: 57 yx ecuación 1 1214 yx ecuación 2 Comencemos por escoger una ecuación y despejar una variable. En este caso, de la ecuación 1 despeja y : yx 57 57 xy ecuación 3 Sustituye la ecuación 3 en la ecuación 2. 1214 yx 57 yx FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 29 157214 xx 1101414 xx 1010 90 Observa cómo desaparece la variable x y la proposición 90 no es verdadera, lo que indica que el sistema no tiene solución debido a que las ecuaciones son paralelas. Graficando podemos comprobar el resultado. Figura 14. Gráfica de las rectas 57 yx (roja) y 1214 yx (azul), dos rectas paralelas. Ejemplo 5 Encuentra la solución al siguiente sistema de ecuaciones por el método de sustitución. 1084 524 xy yx Solución: Asignemos un número a cada ecuación para identificarlas: 524 yx ecuación 1 1084 xy ecuación 2 FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 30 Comencemos por escoger una ecuación y despejar una variable. En este caso, de la ecuación 2 despeja y : 1084 xy 4 108 x y ecuación 3 Sustituye la ecuación 3 en la ecuación 1. 5 4 108 24 x x Multiplicamos toda la ecuación por 4 para eliminar el denominador. 5 4 108 244 x x 54 4 108 2444 x x 20108216 xx 20201616 xx 20201616 xx 00 Observa cómo desaparece la variable x y la proposición 00 es verdadera, lo que indica que las ecuaciones son dependientes, es decir, todos sus puntos coinciden, por lo que tiene infinitas soluciones. Graficando podemos comprobar el resultado: FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 31 Figura 15. Gráfica de las rectas 524 yx y 1084 xy , dos rectas coincidentes. c) Método de Cramer El método de Cramer es una regla que se aplica para resolver sistemas de ecuaciones por medio de una matriz. Una matriz es un arreglo rectangular de números que se encuentran dentro de un corchete. Los números que se encuentran dentro de la matriz se denominan elementos de la matriz. Para escribir una matriz lo primero que se tiene que hacer es escribir las ecuaciones en la forma: 111 cybxa 222 cybxa Los números pequeños que acompañan a los coeficientes, llamados subíndices, indican que son los coeficientes de la primera ecuación o los coeficientes de la segunda ecuación. El método de Cramer se basa en la obtención de tres determinantes fundamentales: FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 32 a) El determinante del sistema lo representamos por la letra griega delta Se define como sigue: Observa que los elementos del determinante son los coeficientes de la variable x en la columna 1, y los coeficientes de la variable y forman la columna 2. 22 11 ba ba Y el determinante del sistema se calcula de la siguiente manera: 22 11 ba ba b) El determinante de x lo representamos de la siguiente manera x Se define como sigue: Observa que en el determinante de x está compuesto por los valores que se encuentran después de la igualdad en la columna 1, y los coeficientes de la variable y se encuentran en la columna 2. Y el determinante de x se calcula de la siguiente manera: 22 11 bc bc c) El determinante de y lo representamos de la siguiente manera y 22 11 bc bc x ( a1 ) ( b2 ) – ( a2) ( b1 ) ( c1 ) ( b2 ) – ( c2) ( b1 ) FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 33 Se define así: Observa que en el determinante de y está compuesto por los coeficientes de la variable x en la columna 1 y los valores que se encuentran después de la igualdad en la columna 2. Y el determinante de x se calcula de la siguiente manera: 22 11 ca ca y Para obtener los valores de la variable x y la variable y del siguiente sistema de ecuaciones: 111 cybxa 222 cybxa Utilizando el método de Cramer se usan los determinantes de la siguiente manera: Para obtener el valor de x Para obtener el valor de y 1221 1221 22 11 22 11 baba bcbc ba ba bc bc x x 1221 1221 22 11 22 11 baba caca ba ba ca ca y y Ejemplo 1 Encuentra la solución del siguiente sistema de ecuaciones por el método de Cramer: 22 11 ca ca y (a1) (c2) – (a2) (c1) FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 34 9 3 yx yx Primero encontraremos cada uno de las determinantes. Determinante del sistema Determinante de x x Determinante de y y )1)(1()1)(1( 11 11 211 11 11 )1)(9()1)(3( 19 13 x 1293 19 13 x )3)(1()9)(1( 91 31 y 639 91 31 y Obtenemos los valores de x y de y . Valor de x Valor de y 6 2 12 x x 3 2 6 y y La solución del sistema de ecuaciones es los valores de x y y , por lo tanto, la solución al sistema es 3,6 . Podemos comprobar la solución sustituyendo los valores en las dos ecuaciones. Sustituyendo 6x y 3y En 3 yx 336 Es verdadera la ecuación. Sustituyendo 6x y 3y En 9 yx 93636 Es verdadera la ecuación. FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 35 Observa que los dos valores hacen verdaderas las dos ecuaciones, por lo tanto, la solución del sistema está dada por la coordenada 3,6 que representa el punto donde se cruzan las dos rectas. También lo podemos comprobar si graficamos. Figura 16. Gráfica de las rectas 3 yx (roja) y 9 yx (azul), punto de intersección 3,6 . Ejemplo 2 Encuentra la solución al siguiente sistema de ecuaciones por el método de Cramer. 42 234 yx yx Primero encontraremos los determinantes. Determinante del sistema Determinante de x x Determinante de y y FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 36 )3)(2()1)(4( 12 34 264 12 34 )3)(4()1)(2( 14 32 x 14122 14 32 x )2)(2()4)(4( 42 24 y 20416 42 24 y Obtenemos los valores de x y de y : Valor de x Valor de y 7 2 14 x x 10 2 20 y y La solución del sistema de ecuaciones es los valores de x y y , por lo tanto, la solución al sistema es 10,7 . Ejemplo 3 Encuentra la solución al siguiente sistema de ecuaciones por el método de Cramer. 232 523 yx yx Primero encontraremos cada uno de los determinantes. Determinante del sistema Determinante de x x Determinante de y y )2)(2()3)(3( 32 23 1349 32 23 )2)(2()3)(5( 32 25 x 11415 32 25 x )5)(2()2)(3( 22 53 y 16106 22 53 y Obtenemos los valores de x y de y . FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 37 Valor de x Valor de y 13 11 13 11 x x 13 16 13 16 y y La solución del sistema de ecuaciones es los valores de x y y , por lo tanto, la solución al sistema es 13 16 , 13 11 . Ejemplo 4 Encuentra la solución al siguiente sistema de ecuaciones por el método de Cramer. 222 3 yx yx Primero encontraremoscada uno de los determinantes. Determinante del sistema Determinante de x x Determinante de y y )1)(2()2)(1( 22 11 022 22 11 )1)(2()2)(3( 22 13 x 826 22 13 x )3)(2()2)(1( 22 31 y 862 22 31 y Obtenemos los valores de x y de y . Valor de x Valor de y 0 8 x x Es una inconsistencia. 0 8 y y Es una inconsistencia. FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 38 Un número dividido entre cero es una inconsistencia, por lo tanto, el sistema no tiene solución, es decir, las ecuaciones son paralelas. Graficando el sistema de ecuaciones se puede comprobar esto. Figura 17. Gráfica de las rectas 3 yx (roja) y 222 yx (azul), dos rectas paralelas. Ejemplo 5 Encuentra la solución al siguiente sistema de ecuaciones por el método de igualación. 1264 632 yx yx Como puedes observar, la segunda ecuación no está de la forma cbyax , así que antes acomodamos la ecuación. 1264 632 yx yx Primero encontraremos cada uno de los determinantes. Determinante del sistema Determinante de x x Determinante de y y FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 39 )3)(4()6)(2( 64 32 01212 64 32 )3)(12()6)(6( 612 36 x 03636 612 36 x )6)(4()12)(2( 124 62 y 02424 124 62 y Obtenemos los valores de x y de y . Valor de x Valor de y 0 0 x x Es una inconsistencia. 0 0 y y Es una inconsistencia. Observa que, en este caso, el resultado de los tres determinantes es cero, esto lo que quiere decir es que las ecuaciones son dependientes, por lo tanto, el sistema tiene infinitas soluciones. También lo podemos comprobar si graficamos. Figura 18. Gráfica de las rectas 632 yx y FEC-03_M1AA2L3_Solucion Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 40 1264 yx , dos rectas coincidentes. En esta lectura estudiamos los métodos analíticos para resolver sistemas de ecuaciones de primer grado con dos incógnitas. Cómo pudiste darte cuenta, en cada uno de los métodos es posible definir si un sistema tiene infinitas soluciones o ninguna sin la necesidad de graficar el sistema.
Compartir