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Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua, Managua UNAN – Managua Facultad Regional Multidisciplinaria, Matagalpa MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 2 Contendo Introducción ........................................................................................................ 4 Objetivos Generales de la Asignatura ................................................................ 6 Unidad I: Álgebra ................................................................................................ 7 1.1. Factorización ......................................................................................... 8 1.1.1. Fórmulas de factorización ............................................................... 8 1.2. Fracciones Algebraicas ....................................................................... 20 1.3. Simplificación de expresiones algebraicas .......................................... 20 1.3.1. Operaciones con fracciones algebraicas ...................................... 21 1.4. Ecuaciones .......................................................................................... 28 1.4.1. Ecuaciones lineales ...................................................................... 29 1.4.2. Ecuaciones cuadráticas ................................................................ 35 1.5. Sistemas de ecuaciones lineales ........................................................ 39 1.6. Sistemas de ecuaciones lineales y cuadráticas .................................. 44 1.7. Desigualdades .................................................................................... 47 1.7.1. Desigualdades lineales ................................................................. 47 1.7.2. Desigualdades cuadráticas ........................................................... 53 Unidad II: Funciones ........................................................................................ 57 2.1. Función ............................................................................................... 58 2.2. Función lineal ...................................................................................... 59 2.3. Función cuadrática .............................................................................. 63 2.4. Función cúbica .................................................................................... 66 2.5. Función definida por partes ................................................................. 68 2.6. Función exponencial ........................................................................... 71 2.7. Función logarítmica ............................................................................. 75 Unidad III: Límites y Continuidad ...................................................................... 79 3.1. Idea de límite de una función en un punto ............................................. 80 3.2 Definición formal de límite ....................................................................... 82 3.3. Teoremas de límites ............................................................................... 85 MATEMÁTICA I MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 3 3.4. Límites al Infinito ................................................................................... 91 3.5. Limites Infinitos ................................................................................... 96 3.5. Aplicaciones de límites ........................................................................ 98 3.6. Asíntotas de una función ................................................................... 103 3.6.1. Asíntotas Verticales .................................................................... 103 3.6.2. Asíntotas horizontales ................................................................ 104 3.7. Continuidad de una Función ............................................................. 109 3.7. Puntos de discontinuidad en funciones algebraicas racionales ........ 112 3.8. Continuidad de una función en un intervalo ...................................... 113 Unidad IV: La Derivada en una variable ......................................................... 117 4.1. Interpretación geométrica de la derivada .......................................... 118 4.1.1. Pendiente de la Recta Tangente ................................................ 118 4.2. Teorema de diferenciación ................................................................ 120 4.3. Derivadas de Orden Superior ............................................................ 124 4.4. Derivación Implícita ........................................................................... 125 4.5. Análisis Marginal ............................................................................... 128 4.5.1. Costo Marginal............................................................................ 128 4.5.2. Ingreso y Utilidad Marginal ......................................................... 129 4.5.3. Productividad Marginal ............................................................... 131 4.5.4. Producción Marginal ...................................................................... 132 4.5.5. Tasa de Impuesto marginal ........................................................... 132 4.6. Valores extremos de una función ...................................................... 135 4.6.1. Puntos críticos ............................................................................ 135 4.6.2. Función creciente y función decreciente ..................................... 136 4.6.3. Concavidad ................................................................................. 138 MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 4 Introducción La primera edición del libro de texto para el estudiante “MATEMÁTICA I” es un esfuerzo del Departamento de Educación y Humanidades de la Facultad Regional Multidisciplinaria, Matagalpa, UNAN Managua. El propósito fundamental de esta obra es dotar a los estudiantes de un material pedagógico basado en el programa de la asignatura de Matemática I, la cual se sirve en las carreras de Administración de empresas, Contabilidad, Mercadotécnica, Economía y Economía Agrícola, con el fin de aportar conocimientos básicos que contribuye a la adquisición de conceptos y principios necesarios para el desarrollo del pensamiento lógico que permite la compresión de fenómenos enfocados a las ciencias económicas y administrativas pero cuya fundamentación está en la Matemática. Primero se pretende reforzar los conocimientos previos de la Matemática importantes como son los algunos contenidos de Álgebra y Funciones para luego introducir al estudiante a sus primeros acercamientos con el estudio del Cálculo, comenzando con límite y continuidad y por último la derivada de funciones de una variable. La primera unidad ALGEBRA, trata de contenidos relacionados a la factorización, operaciones con facciones algebraicas, ecuaciones y desigualdades. La segunda unidad FUNCIONES, se realiza un resumen de las gráficas de funciones lineales, cuadráticas, cubicas, seccionadas, logarítmicas y exponenciales, así como problemas de aplicación. LÍMITE Y CONTINUIDAD es la tercera unidad, en ella se presenta: La idea de límite de una función, La definición de Límite, Teoremas de Límite, Limites Infinitos, Limites al Infinito, Asíntotas de una Función y la Continuidad de una función en un punto y en un intervalo. MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 5 La cuanta unidad DERIVADAS EN UNA VARIABLE REAL se aborda contenidos como: Interpretación geométrica de la derivada, Definición de derivada, Teoremas de Diferenciación, Derivada implícita, Derivada de orden superior, Determinación de valores máximos y mínimo de una función. Máximo y mínimo absoluto de funciones en un intervalo cerrado,Criterio de la primera derivada, Criterio de la segunda derivada, Concavidad y punto de inflexión, Construcción de gráficas de funciones. MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 6 Objetivos Generales de la Asignatura N° CONCEPTUALES PROCEDIMENTALES ACTITUDINALES 1 Analizar conceptos, definiciones, axiomas, propiedades y teoremas de los contenidos de Algebra, Modelos funcionales, límites y continuidad y Derivadas de Funciones en una variable. Aplicar conceptos, definiciones, axiomas, propiedades y teoremas de Algebra, Modelos Funcionales, Límites y Continuidad y Derivadas de Funciones en una variable en la solución de problemas de la vida diaria. Valorar la importancia de Álgebra, Modelos Funcionales y, límites y continuidad y Derivadas de Funciones en una variable como herramienta para la solución de problemas de su entorno social. 2 Dominar el vocabulario y la notación propia de Algebra, Modelos funcionales, límites y continuidad y Derivadas de Funciones en una variable. Aplicar el vocabulario y la notación correcta de Algebra, Modelos funcionales, límites y continuidad y Derivadas de Funciones en una variable en la resolución de ejercicios del entorno. Apreciar el trabajo individual y en equipo basado en la responsabilidad y en la cooperación. MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 7 Unidad I: Álgebra Objetivos de la unidad Objetivos Conceptuales Identificar los casos de factorización de acuerdo a sus características y resolver fracciones algebraicas Dominar al menos un método de solución para resolver ecuaciones lineales, cuadráticas, sistemas de ecuaciones lineales, sistema lineal cuadrático y desigualdades lineales y cuadráticas. Objetivos Procedimentales Aplicar los casos de factorización en la resolución de operaciones con fracciones algebraicas. Resolver problemas de la vida cotidiana, utilizando ecuaciones lineales, cuadráticas y sistemas lineales y desigualdades. Objetivos Actitudinales Valorar la importancia del Álgebra como herramienta para la solución de problemas de su entorno social. Contenidos de Unidad Contenidos Cognitivos Contenidos Procedimentales Contenidos Actitudinales Casos de factorización y sus características. Operaciones con fracciones algebraicas. Método de solución para resolver ecuaciones lineales, cuadráticas, sistemas de ecuaciones lineales, cuadráticas. Desigualdades lineales y cuadráticas. Aplicación de los casos de factorización en la resolución de operaciones con fracciones algebraicas. Resolucion de problemas de la vida cotidiana utilizando ecuaciones lineales, cuadráticas y sistemas lineales y desigualdades. Valoración de la importancia del Álgebra como herramienta para la solución de problemas de su entorno social. MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 8 1.1. Factorización Factorizar es escribir o representar una expresión algebraica como producto de sus factores. Una expresión queda completamente factorizada cuando representa como el producto de la mayor cantidad posible de factores de "primer grado" o "factores lineales". Se llama factores lineales las que tienen grado 1. Factor primo, es decir no se puede seguir factorizando. Ejemplo: (𝑥 + 3)2 su factor primo es (𝑥 + 3) 1.1.1. Fórmulas de factorización Factor común a. Se halla el M.C.D. de los coeficientes de los términos de la expresión dada. b. Se divide cada término entre el M.C.D. c. El resultado de dividir se escribe dentro de un paréntesis. Ejemplos Factorizar las expresiones algebraicas a) 24𝑥3𝑦2𝑚4 + 36𝑥4𝑦3𝑚 − 8𝑥2𝑦 𝑧3 El M.C.D. es: 𝟒𝒙𝟐𝒚 Dividiendo nos queda: 𝟒𝒙𝟐𝒚 (6𝑥𝑦𝑚4 + 9𝑥2𝑦2𝑚 − 2𝑧3) b) 12𝑚2𝑛 + 24𝑚3𝑛2 − 36𝑚4𝑛3 + 48 𝑚5𝑛4 El M.C.D. es: 𝟏𝟐𝒎𝟐𝒏 Dividiendo nos queda: 𝟏𝟐𝒎𝟐𝒏 (1 + 2𝑚𝑛 − 3𝑚2𝑛2 + 4𝑚3𝑛3) c) 17𝑎5𝑏2 − 51𝑎4𝑏3 + 85𝑎2𝑏𝑧4 = 𝟏𝟕𝒂𝟐𝒃 (𝑎3𝑏 − 3𝑎2𝑏2 + 5𝑧4) MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 9 d) 4𝑛 + 12𝑛 = 𝟒𝒏 (1 + 3𝑛)} e) 27𝑥3𝑦2𝑧 − 18𝑥𝑦𝑧2 + 9𝑥2𝑦3𝑧 = 𝟗𝒙𝒚𝒛 (3𝑥2𝑦 − 2𝑧 + 𝑥𝑦2) f) 55𝑥8/3 + 5𝑥5/3 − 15𝑥2/3 = 𝟓𝒙𝟐/𝟑 (11𝑥6/3 + 𝑥3/3 − 3) = 𝟓𝒙𝟐/𝟑 (11𝑥2 + 𝑥 − 3) = 5𝑥2/3 (11𝑥2 + 𝑥 − 3) g) 𝑏 (𝑥 − 𝑎) + 𝑥 (𝑥 − 𝑎) = (𝒙 − 𝒂) (𝑏 + 𝑥) h) 7𝑚3 (𝑥 + 8)2 − (𝑥 + 8)3 = (𝒙 + 𝟖)𝟐 [7𝑚3 − (𝑥 + 8)] = (𝒙 + 𝟖)𝟐 [7𝑚3 − 𝑥 − 8] i) 𝑚2 (5𝑥 − 3𝑎) + 2𝑎𝑏𝑛 (5𝑥 − 3𝑎) = (𝟓𝒙 − 𝟑𝒂) (𝑚2 + 2𝑎𝑏𝑛) j) 3𝑏(𝑎 + 1) + 𝑎 + 1 = 3𝑏 (𝑎 + 1) + 1 (𝑎 + 1) = (𝒂 + 𝟏) (3𝑏 + 1) k) (𝑥 − 1) (𝑥 − 2) (𝑥 − 3) + (𝑥 − 1) (𝑥 − 2) − (𝑥 − 1) + 3 (𝑥 − 1) (𝑥 − 3) = (𝒙 − 𝟏)[(𝑥 − 2) (𝑥 − 3) + (𝑥 − 2) − 1 + 3(𝑥 − 3)] = (𝒙 − 𝟏) (𝑥 − 3) [𝑥 − 2 + 1 + 3] = (𝒙 − 𝟏) (𝑥 − 3) (𝑥 + 2) Factor común por Agrupación de términos a) 𝐚𝐱 + 𝐛𝐲 + 𝐛𝐱 + 𝐚𝐲 = (𝐚𝐱 + 𝐛𝐱) + (𝐚𝐲 + 𝐛𝐲) = 𝐱(𝐚 + 𝐛) + 𝐲 (𝐚 + 𝐛) = (𝐚 + 𝐛) (𝐱 + 𝐲) b) 𝐱𝟑 + 𝐱𝟐 + 𝐱 + 𝟏 = (𝐱𝟑 + 𝐱𝟐) + (𝐱 + 𝟏) = 𝐱𝟐(𝐱 + 𝟏) + (𝐱 + 𝟏) = (𝐱 + 𝟏) (𝐱𝟐 + 𝟏) c) 𝟑𝐚 − 𝐛𝟐 + 𝟐𝐛𝟐𝐱 − 𝟔𝐚𝐱 = (𝟑𝐚 − 𝐛𝟐) + (𝟐𝐛𝟐𝐱 − 𝟔𝐚𝐱) = (𝟑𝐚 − 𝐛𝟐) + 𝟐𝐱(𝐛𝟐 − 𝟑𝐚) MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 10 = (𝟑𝐚 − 𝐛𝟐) − 𝟐𝐱(𝟑𝐚 − 𝐛𝟐) = (𝟑𝐚 − 𝐛𝟐) (𝟏 − 𝟐𝐱) d) 𝟐𝐚𝐦 − 𝟐𝐚𝐧 + 𝟐𝐚 − 𝐦 + 𝐧 – 𝟏 = 𝟐𝐚(𝐦 − 𝐧 + 𝟏) + (−𝐦 + 𝐧 − 𝟏) = 𝟐𝐚(𝐦 − 𝐧 + 𝟏) − (𝐦 − 𝐧 + 𝟏) = (𝐦 − 𝐧 + 𝟏) (𝟐𝐚 − 𝟏) e) 𝐚𝟑 + 𝐚𝟐 + 𝐚 + 𝟏 + 𝐱𝟐 + 𝐚𝟐𝐱𝟐 = (𝐚𝟑 + 𝐚) + (𝐚𝟐 + 𝟏) + 𝐱𝟐 + 𝐚𝟐𝐱𝟐 = 𝐚(𝐚𝟐 + 𝟏) + (𝐚𝟐 + 𝟏) + 𝐱𝟐 (𝟏 + 𝐚𝟐) = (𝐚𝟐 + 𝟏) (𝐚 + 𝟏 + 𝐱𝟐) Trinomio cuadrado perfecto Características de un trinomio cuadrado perfecto a. Ordenar el Trinomio. b. El primero y tercer términos deben ser positivos. c. Los extremos deben ser cuadrados perfectos, es decir tienen raíz cuadrada exacta. d. El segundo término debe ser el doble producto de las raíces cuadradas de los extremos, es decir del primero y tercer términos. 𝒂𝟐 + 𝟐𝒂𝒃 + 𝒃𝟐 = (𝒂 + 𝒃)𝟐 𝒂𝟐 − 𝟐𝒂𝒃 + 𝒃𝟐 = (𝒂 − 𝒃)𝟐 Ejemplos a) 𝑥4 ⏟ 𝐱𝟐 − 4𝑥2⏟ 2(2)x2 + 4 ⏟ 𝟐 = (x2 − 2)2 b) 1 + 49𝑥4𝑦2 + 14𝑥2𝑦 = 49𝑥4𝑦2⏟ 7x2y + 14𝑥2𝑦 ⏟ 2(7x2y)(1) + 1⏟ 1 c) − 𝒙𝟐 + 𝟐𝒙 − 𝟏 = −[𝒙𝟐⏟ 𝒙 − 𝟐𝒙 ⏟ 𝟐(𝒙) + 𝟏⏟ 𝟏 ] = −[𝐱 − 𝟏]𝟐 d) 𝟒𝒂𝟐 ⏟ 𝟐𝐚 + 𝟒𝒂𝒃⏟ 𝟐(𝟐𝐚)𝐛 + 𝒃𝟐⏟ 𝐛 = (𝟐𝐚 + 𝐛)𝟐 e) 𝟑𝟐𝒂𝟑𝒙𝟐 + 𝟐𝟎𝟎𝒚𝟐𝒂𝟑 − 𝟏𝟔𝟎𝒙𝒂𝟑𝒚 Este caso es de factor común, pero luego tenemos un trinomio cuadrado perfecto porque cumple las caracterlísticas MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 11 = 𝟖𝒂𝟑 (𝟒𝒙𝟐 + 𝟐𝟓𝒚𝟐 − 𝟐𝟎𝒙𝒚) = 𝟖𝒂𝟑 (𝟒𝒙𝟐 ⏟ 𝟐𝒙 − 𝟐𝟎𝒙𝒚 ⏟ 𝟐(𝟐𝒙)(𝟓𝒚) + 𝟐𝟓𝒚𝟐)⏟ 𝟓𝒚 = 𝟖𝒂𝟑 (𝟐𝒙 − 𝟓𝒚)𝟐 f) 𝟒(𝒙 + 𝟏)𝟐⏟ 𝟐(𝒙 + 𝟏) + 𝟒(𝒙 + 𝟏)⏟ 𝟐[𝟐(𝒙+𝟏)𝟏] + 𝟏⏟ 𝟏 = [𝟐(𝒙 + 𝟏) + 𝟏]𝟐 = [𝟐𝒙 + 𝟐 + 𝟏]𝟐 = (𝟐𝒙 + 𝟑)𝟐 g) 𝟗(𝒙 − 𝒚)𝟐 ⏟ 𝟑(𝒙 − 𝒚) + 𝟏𝟐 (𝒙𝟐 − 𝒚𝟐)⏟ 𝟐∙𝟑(𝒙−𝒚).𝟐(𝒙+𝒚) + 𝟒 (𝒙 + 𝒚)𝟐⏟ 𝟐(𝒙+𝒚) = [𝟑(𝒙 − 𝒚) + 𝟐(𝒙 + 𝒚)]𝟐 = = (𝟑𝒙 − 𝟑𝒚 + 𝟐𝒙 + 𝟐𝒚)𝟐 = (𝟓𝒙 − 𝒚)𝟐 Diferencia de cuadrados a) 𝑥𝟒⏟ √𝑥4=𝑥2 − 𝟏⏟ √𝟏=𝟏 = (𝒙𝟐 + 𝟏)(𝒙𝟐 − 𝟏) = (𝒙𝟐 + 𝟏) (𝒙 + 𝟏) (𝒙 − 𝟏) b) 𝒙𝟐⏟ √𝑥2=𝑥 − 𝟒⏟ 𝟐 = (𝒙 + 𝟐) (𝒙 − 𝟐) c) (𝒂 + 𝒙)𝟐 ⏟ (𝒂+𝒙) − (𝒙 + 𝟐)𝟐⏟ 𝒙+𝟐 = [𝒂 + 𝒙 + 𝒙 + 𝟐] [𝒂 + 𝒙 − (𝒙 + 𝟐)] = [𝒂 + 𝟐𝒙 + 𝟐] [𝒂 + 𝒙 − 𝒙 − 𝟐] = (𝒂 + 𝟐𝒙 + 𝟐) (𝒂 − 𝟐)MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 12 d) 𝒂𝟐 + 𝟐𝒂𝒃 + 𝒃𝟐 − 𝒙𝟐 = (𝒂𝟐⏟ 𝒂 + 𝟐𝒂𝒃 ⏟ 𝟐(𝒂)(𝒃) + 𝒃𝟐⏟ 𝒃 ) − 𝒙𝟐 = (𝒂 + 𝒃)𝟐⏟ 𝒂+𝒃 − 𝒙𝟐⏟ 𝒙 = (𝒂 + 𝒃 + 𝒙) (𝒂 + 𝒃 − 𝒙) e) 𝟏 − 𝒂𝟐 − 𝒅𝟐 + 𝟐𝒂𝒅 = 𝟏 − (𝒂𝟐 ⏟ 𝒂 − 𝟐𝒂𝒅 ⏟ 𝟐(𝒂)(𝒅) + 𝒅𝟐⏟ 𝒅 ) = 𝟏⏟ 𝟏 − (𝒂 − 𝒅)𝟐 ⏟ 𝒂−𝒅 = [𝟏 + (𝒂 − 𝒅)] [𝟏 − (𝒂 − 𝒅)] = (𝟏 + 𝒂 − 𝒅) (𝟏 − 𝒂 + 𝒅) f) (𝟓𝒙 − 𝟒)𝟐 ⏟ 𝟓𝒙−𝟒 − 𝟒 (𝟑𝒙 + 𝟐)𝟐⏟ 𝟐(𝟑𝒙+𝟐) = (𝟓𝒙 − 𝟒)𝟐 − [𝟐 (𝟑𝒙 + 𝟐)]𝟐 = (𝟓𝒙 − 𝟒 + 𝟐(𝟑𝒙 + 𝟐) ) (𝟓𝒙 − 𝟒 − 𝟐 (𝟑𝒙 + 𝟐) ) = (𝟓𝒙 − 𝟒 + 𝟔𝒙 + 𝟒) (𝟓𝒙 − 𝟒 − 𝟔𝒙 − 𝟒) = 𝟏𝟏𝒙 (−𝒙 − 𝟖) = −𝟏𝟏𝒙 (𝒙 + 𝟖) g) 𝒎𝟐 − 𝟐𝒎𝒏 + 𝟔𝒎 − 𝟔𝒏 + 𝒏𝟐 = 𝒎𝟐 − 𝟐𝒎𝒏 + 𝒏𝟐 + 𝟔𝒎 − 𝟔𝒏 = (𝒎𝟐 ⏟ 𝒎 − 𝟐𝒎𝒏⏟ 𝟐(𝒎)(𝒏) + 𝒏𝟐 ⏟ 𝒏 ) + (𝟔𝒎 − 𝟔𝒏) Agrupamos los términos = (𝒎 − 𝒏)𝟐⏟ 𝒎−𝒏 + 𝟔(𝒎 − 𝒏) = (𝒎 − 𝒏) (𝒎 − 𝒏 + 𝟔) h) 𝟐𝟓(𝒙 − 𝒚)𝟐 − 𝟒(𝒙 + 𝒚)𝟐 = [𝟓(𝒙 − 𝒚)]𝟐 − [𝟐(𝒙 + 𝒚)]𝟐 = [𝟓(𝒙 − 𝒚) + 𝟐(𝒙 + 𝒚)] [𝟓(𝒙 − 𝒚) − 𝟐(𝒙 + 𝒚)] = [𝟓(𝒙 − 𝒚) + 𝟐(𝒙 + 𝒚)] [𝟓(𝒙 − 𝒚) − 𝟐(𝒙 + 𝒚)] = (𝟕𝒙 − 𝟑𝒚) (𝟑𝒙 − 𝟕𝒚) MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 13 Trinomios de la forma : x2n + bxn + c 𝒙𝟐𝒏 + 𝒃𝒙𝒏 + 𝒄 = (𝒙𝒏 + 𝒖) (𝒙𝒏 + 𝒗) 𝒖 + 𝒗 = 𝒃 𝒖𝒗 = 𝒄 Ejemplos 𝒙𝟐 + 𝟓𝒙 + 𝟔 = (𝒙 + 𝟑) (𝒙 + 𝟐) Para colocar los signos en los paréntesis se sigue la siguiente regla: En el primer paréntesis va el signo de b En el segundo paréntesis va el producto de los dignos de b y c. El mayor de los números va en el primer paréntesis. a) 𝒙𝟐 + 𝒙 − 𝟐 = (𝒙 + 𝟐) (𝒙 − 𝟏) b) 𝒂𝟐 − 𝟏𝟏𝒂 + 𝟐𝟖 = (𝒂 − 𝟕) (𝒂 − 𝟒) c) 𝒙𝟒 − 𝟓𝒙𝒃 − 𝟓𝟎𝒃𝟐 = (𝒙𝟐 − 𝟏𝟎𝒃) (𝒙𝟐 + 𝟓𝒃) d) 𝒙𝟔 − 𝟏𝟓𝒙𝟑𝒚 + 𝟐𝟔𝒚𝟐 = (𝒙𝟑 − 𝟏𝟑𝒚) (𝒙𝟑 − 𝟐𝒚) e) (𝒙𝟒 + 𝟖𝒙𝟐 − 𝟗) = (𝒙𝟐 + 𝟗) (𝒙𝟐 − 𝟏) f) 𝒙𝟒 − 𝟏𝟎𝒙𝟐 + 𝟗 = (𝒙𝟐 − 𝟗)(𝒙𝟐 − 𝟏) = (𝒙 + 𝟑)(𝒙 − 𝟑)(𝒙 + 𝟏)(𝒙 − 𝟏) g) 𝒙𝟖 − 𝟏𝟎𝒙𝟒 + 𝟏𝟔 = (𝒙𝟒 − 𝟖) (𝒙𝟒 − 𝟐) h) 𝒙𝟐 + 𝟏𝟑𝒙 – 𝟑𝟎 = (𝒙 + 𝟏𝟓) (𝒙 − 𝟐) i) 𝒙𝟐 + (𝒂 + 𝒃)𝒙 + 𝒂𝒃 = (𝒙 + 𝒂) (𝒙 + 𝒃) j) 𝒙𝟐 − (𝒂𝒃 + 𝒄𝒅)𝒙 + 𝒂𝒃𝒄𝒅 = (𝒙 − 𝒂𝒃) (𝒙 − 𝒄𝒅) k) 𝒙𝟓 − 𝟒𝟎𝒙𝟑 + 𝟏𝟒𝟒𝒙 = 𝒙(𝒙𝟒 − 𝟒𝟎𝒙𝟐 + 𝟏𝟒𝟒) = 𝒙(𝒙𝟐 − 𝟑𝟔)(𝒙𝟐 − 𝟒) = 𝒙(𝒙 + 𝟔)(𝒙 − 𝟔)(𝒙 + 𝟐)(𝒙 − 𝟐) l) 𝒙𝟐 − 𝟐𝒙 – 𝟖𝟐 = (𝒙 − 𝟒) (𝒙 + 𝟐) m) (𝒂 + 𝒃)𝟐 − 𝟏𝟐(𝒂 + 𝒃) + 𝟐𝟎 = (𝒂 + 𝒃 − 𝟏𝟎) (𝒂 + 𝒃 − 𝟐) n) 𝒙𝟔 − 𝟕𝒙𝟑 – 𝟖 = (𝒙𝟑 − 𝟖) (𝒙𝟑 + 𝟏) = (𝒙𝟑 − 𝟐𝟑) (𝒙𝟑 + 𝟏𝟑) = (𝒙 − 𝟐) (𝒙𝟐 + 𝟐𝒙 + 𝟒) (𝒙 + 𝟏) (𝒙𝟐 − 𝒙 + 𝟏) Trinomio de la forma: 𝒂𝒙𝟐𝒏 + 𝒃𝒙𝒏 + 𝒄 a) 𝟔𝒙𝟒 + 𝟓𝒙𝟐 − 𝟔 MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 14 = 𝟔𝒙𝟒 + 𝟓𝒙𝟐 − 𝟔 𝟔 = 𝟔 ∙ (𝟔𝒙𝟒) + 𝟔 ∙ (𝟓𝒙𝟐) − 𝟔 ∙ (𝟔) 𝟔 = 𝟑𝟔𝒙𝟐 + 𝟓 ∙ (𝟔𝒙𝟐) − 𝟑𝟔 𝟔 = (𝟔𝒙𝟐 + 𝟗)(𝟔𝒙𝟐 − 𝟒) 𝟑 ∙ 𝟐 = (𝟐𝒙𝟐 + 𝟑)(𝟑𝒙𝟐 − 𝟐) b) 𝟓𝒙𝟔 + 𝟒𝒙𝟑 – 𝟏𝟐 = 𝟓𝒙𝟔 + 𝟒𝒙𝟑 – 𝟏𝟐 𝟓 = 𝟓 ∙ (𝟓𝒙𝟔) + 𝟓 ∙ (𝟒𝒙𝟑) –𝟓 ∙ (𝟏𝟐) 𝟓 = 𝟐𝟓𝒙𝟔 + 𝟒(𝟓𝒙𝟑) − 𝟔𝟎 𝟓 = (𝟓𝒙𝟑 + 𝟏𝟎)(𝟓𝒙𝟑 − 𝟔) 𝟓 = (𝒙𝟑 + 𝟐)(𝟓𝒙𝟑 − 𝟔) c) 𝟐𝒙𝟐 − 𝟏𝟏𝒙 + 𝟓 = 𝟐𝒙𝟐 − 𝟏𝟏𝒙 + 𝟓 𝟐 = 𝟐 ∙ (𝟐𝒙𝟐) − 𝟐 ∙ (𝟏𝟏𝒙) + 𝟐 ∙ (𝟓) 𝟐 = 𝟒𝒙𝟐 − 𝟏𝟏(𝟐𝒙) + 𝟏𝟎 𝟐 = (𝟐𝒙 − 𝟏𝟎)(𝟐𝒙 − 𝟏) 𝟐 = (𝒙 − 𝟓)(𝟐𝒙 − 𝟏) Factorizaciones cúbicas a) 3𝑥2𝑦 + 𝑦3 + 3𝑥𝑦2 + 𝑥3 = 𝑥3⏟ 𝑥 + 3𝑥2𝑦⏟ 3(𝑥)2(𝑦) + 3𝑥𝑦2⏟ 3(𝑥)(𝑦)2 + 𝑦3⏟ 𝑦 = (𝑥 + 𝑦)3 MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 15 b) 𝑥6⏟ 𝑥2 + 3𝑥4⏟ 3(𝑥2)2(1) + 3𝑥2⏟ 3(𝑥2)(1)2 + 1⏟ 1 = (𝑥2 + 1)3 c) 𝑦6 + 3𝑥3𝑦4 = 𝑥9⏟ x3 + 3𝑥6𝑦2 ⏟ 3(𝑥3)2(𝑦2) + 3𝑥3𝑦4 ⏟ 3(𝑥3)(𝑦2)2 + 𝑦6 ⏟ y2 = (𝑥3 + 𝑦2)3 d) 𝑥3 ⏟ 𝑥 − 8⏟ 2 = 𝑥3 − 23 = (𝑥 − 2) (𝑥2 + 2𝑥 + 4) e) (𝑥3⏟ 𝑥 + 𝑦3⏟ 𝑦 ) = (𝑥 − 𝑦) (𝑥2 − 𝑥𝑦 + 𝑦2) f) 𝑥8𝑦 − 64𝑥2𝑦7 = 𝑥2𝑦 (𝑥6 ⏟ 𝑥3 − 64𝑦6⏟ 8𝑦3 ) = 2𝑦 (𝑥3 − 8𝑦3)(𝑥3 + 8𝑦3) = 𝑥2𝑦(𝑥3 − (2𝑦)3)(𝑥3 + (2𝑦)3) g) 8𝑎6 − 1 − 12𝑎4 + 6𝑎2 = 8𝑎6⏟ 2𝑎2 − 12𝑎4 + 6𝑎2 − 1⏟ 1 = (2𝑎2 − 1)3 h) 𝑥6 − 25𝑥3 − 54 = (𝑥3 − 27) (𝑥3 + 2) = [(𝑥3 − 33] (𝑥3 + 2) = (𝑥 − 3) (𝑥2 + 3𝑥 + 9) (𝑥3 + 2) Factorización utilizando la regla de Ruffini En algunos casos es conveniente factorizar los polinomios mediante divisiones sintéticas (regla de Ruffini). Esta regla se aplica en polinomios cuyos factores son de la forma (𝑥 ± 𝑎). Esta regla nos dice que “un polinomio tiene por factor (𝑥 ± 𝑎) si al reemplazar el valor 𝑥 por “𝑎” en el polinomio, el resultado es cero. El valor de “𝑎” de los Esta es diferencia de cuadrados MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 16 posibles factores de la expresión, es un divisor del término independiente del polinomio”. Se trata de buscar, para el polinomio 𝑃(𝑥), factores de la forma (𝑥 ± 𝑎). Para hallar el posible valor de "𝑎" se escogen los submúltiplos o divisores del término independiente entre el coeficiente del primer término. Si al reemplazar “𝑥” por “𝑎”, se obtiene que el valor numérico del polinomio 𝑃(𝑥) es cero, (𝑃(𝑎) = 0) entonces (𝑥 – 𝑎) es un factor de 𝑃(𝑥) y se factoriza: 𝑃(𝑥) = (𝑥 − 𝑎)𝑄(𝑥), donde 𝑄(𝑥) es el cociente. Cuando se tiene un factor, se divide por Ruffini se comprueba que el residuo es cero y se trata de seguir factorizando el cociente. Generalmente se comienza tomando a = 1 ó a = -1 Ejemplos a) Factorizar: 𝑷(𝒙) = 𝒙𝟑 – 𝟕𝒙 + 𝟔 Sea 𝑥 = 1, 𝑃(1) = 13 − 7(1) + 6 = 0 Se tomará 1 para la división porque da 0. 𝑥 − 1 es factor de 𝑃(𝑥) 𝒙𝟐 + 𝒙 − 𝟔 Es el cociente 𝒙𝟐 + 𝒙 − 𝟔 = (𝑥 + 3) (𝑥 − 2) (𝑥3 − 7𝑥 + 6) = (𝒙 − 𝟏) (𝑥 + 3) (𝑥 − 2) b) Factorizar: 𝑥3 + 2𝑥2 − 17𝑥 + 6 Probamos con divisores de 6 𝑥 = 1 ⟹ (1)3 + 2(1)2 − 17(1) + 6 = −8 𝑥 = −1 ⟹ (−1)3 + 2(−1 )2 − 17(−1) − 6 = 12 1 0 – 7 +6 +1 + 1 +1 -6 1 + 1 – 6 0 Como la división es exacta tomaremos como primer factor el binomio (𝑥 − 1) el cual resulta de cambiar el signo de +1 Como el resultado es un trinomio se puede factorizar como tal MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 17 𝑥 = 3 ⟹ (3)3 + 2 (3)2 − 17(3) − 6 = 27 + 18 + 6 − 51 = 0 Se toma 3 para dividir 𝑥 − 3 𝑒𝑠 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟. 𝑥2 + 5𝑥 − 2 Este es el cociente y no es factorizable = (𝑥 − 3) (𝑥2 + 5𝑥 − 2) Esta es la factorización final. c) Factorizar: 𝑚3 − 12𝑚 + 16 Si 𝑚 = 1 ⟹ (1)3 − 12(1) + 16 = 5 𝑚 = −1 ⟹ (−1)3 − 12(−1) + 16 = 27 𝑚 = 2⟹ (2)3 − 12(2) + 16 = 0 Tomaremos 2 𝑚2 + 2𝑚 – 8 Este es el cociente de la división 𝑚2 + 2𝑚 − 8 = (𝑚 + 4) (𝑚 − 2) (𝑚 − 2) (𝑚 + 4) (𝑚 − 2 ) (𝑚 − 2)3 (𝑚 + 4) d) 𝑥4 − 15𝑥2 − 10𝑥 + 24 𝑥 = 1 ⟹ (1)4 − 15(1)2 − 10(1) + 24 = 0 1 +2 – 17 +6 +3 + 3 +15 – 6 1 + 5 – 2 0 1 0 – 12 +16 +2 + 2 +4 – 16 1 + 2 – 8 0 MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 18 (𝑥 − 1) (𝑥3 + 𝑥2 − 14𝑥 − 24) Ahora 𝑥3 + 𝑥2 − 14𝑥 − 24 𝑥 = 1 ⟹ (1)3 + (1)2 − 14(1) − 24 = −36 𝑥 = −2 ⟹ (−2)3 + (−2)2 − 14(−2) − 24 = −8 + 4 + 28 − 24 = 0 𝑥2 − 𝑥 – 12 Esto resulta de esta división 𝑥2 − 𝑥 − 12 = (𝑥 − 4) (𝑥 + 3) Esta es su factorización La factorización de todo el polinomio es: (𝑥 − 1) (𝑥 + 2) (𝑥 − 4) (𝑥 + 3) Completación de cuadrados Pasos a seguir para completar elcuadrado: Lo primero será identificar la parte del Trinomio Cuadrado Perfecto, Toda la expresión es una parte de un TCP 25𝑎2 + 54𝑎2𝑏2 + 49𝑏2 Re-escribiendo la misma expresión: (5𝑎)2 + 54𝑎2𝑏2 + (7𝑏)2 Para que sea un TCP debemos tener a: (2)(5𝑎2)(7𝑏2) = 70𝑎2𝑏2 De los cuales, sólo tenemos 54𝑎2𝑏2 faltan entonces 16𝑎2𝑏2 para tener un Trinomio Cuadrado Perfecto. Luego completando el Trinomio Cuadrado Perfecto: 25𝑎2 + 54𝑎2𝑏2 + 49𝑏2 + 𝟏𝟔𝒂𝟐𝒃𝟐 – 𝟏𝟔𝒂𝟐𝒃𝟐 1 0 – 15 – 10 +24 +1 + 1 +1 – 14 – 24 1 + 1 – 14 – 24 0 1 +1 – 14 – 24 – 2 –2 +2 + 24 – 24 1 –1 – 12 0 MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 19 (25𝑎2 + 54𝑎2𝑏2 + 49𝑏2 + 𝟏𝟔𝒂𝟐𝒃𝟐) − 𝟏𝟔𝒂𝟐𝒃𝟐 (25𝑎2 + 𝟕𝟎𝒂𝟐𝒃𝟐 + 49𝑏2) − 𝟏𝟔𝒂𝟐𝒃𝟐 Seguidamente se factoriza el Trinomio Cuadrado Perfecto que queda dentro del paréntesis (25𝑎4 + 𝟕𝟎𝒂𝟐𝒃𝟐 + 49𝑏4) − 𝟏𝟔𝒂𝟐𝒃𝟐 = (5𝑎2 + 7𝑏2)2 − (4𝑎𝑏)2 Ahora aplicando la fórmula de diferencia de cuadrados: (5𝑎2 + 7𝑏2)2 − (4𝑎𝑏)2 = [(5𝑎2 + 7𝑏2) + (4𝑎𝑏)][(5𝑎2 + 7𝑏2) − (4𝑎𝑏)] Por lo tanto la factorización final es: 25𝑎4 + 54𝑎2𝑏2 + 49𝑏4 = (5𝑎2 + 7𝑏2 + 4𝑎𝑏)(5𝑎2 + 7𝑏2 − 4𝑎𝑏) Ejemplos a) 𝑥4 + 𝑥2 + 1 = 𝑥4 + 𝑥2 + 1 + 𝑥2 − 𝑥2 = 𝑥4 + 2𝑥2 + 1 − 𝑥2 = (𝑥2 + 1)2 − 𝑥2 = (𝑥2 + 1 − 𝑥) (𝑥2 + 1 + 𝑥) b) 𝑥4 + 64 = 𝑥4 + 64 + 16𝑥2 − 16𝑥2 = 𝑥4 + 16𝑥2 + 64 − (4𝑥)2 = (𝑥2 + 8)2 − (4𝑥)2 = (𝑥2 − 4𝑥 + 8) (𝑥2 + 4𝑥 + 8) c) 𝑥4 + 𝑥2𝑦2 + 𝑦4 = 𝑥4 + 𝑥2𝑦2 + 𝑦4 + 𝑥2𝑦2 − 𝑥2𝑦2 = 𝑥4 + 2𝑥2𝑦2 + 𝑦4 − (𝑥𝑦)2 (𝑥2 + − (𝑥𝑦)2 (𝑥2 + 𝑥𝑦 + 𝑦2) (𝑥2 − 𝑥𝑦 + 𝑦2) 4. 𝑥5 + 𝑥 + 1 = 𝑥5 + 𝑥 + 1 + 𝑥2 − 𝑥2 = 𝑥5 − 𝑥2 + 𝑥2 + 𝑥 + 1 = 𝑥2(𝑥3 − 1) + (𝑥2 + 𝑥 + 1) = 𝑥2(𝑥 − 1) (𝑥2 + 𝑥 + 1) + (𝑥2 + 𝑥 + 1) MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 20 1.2. Fracciones Algebraicas Fracción algebraicas: es toda expresión de la forma )( )( xq xp , donde 𝑝(𝑥), 𝑞(𝑥) 𝑝(𝑥); 𝑞(𝑥) 0. El polinomio 𝑝(𝑥) es el numerador y 𝑞(𝑥) el denominador de la fracción algebraica Ejemplos de fracciones algebraicas )2x,4x( 8x2x 4x3 )d( 7 y3x2 )c( 2 3 x 3x2 8 )b()3x( 3x 5x )a( 2 1.3. Simplificación de expresiones algebraicas Una fracción algebraica es reductible (se puede simplificar) si su numerador y su denominador se pueden dividir por un mismo factor. Ejemplos Simplificar las siguientes fracciones algebraicas: a) 3 3 2 3 5 24 8 3 21 a b a ab ab 2 37 3b ab 2 2 8 7 a b b) yx yx 42 105 Al factorizar el numerador y denominador de esta fracción, descubrimos que tienen un factor común que es (𝑥 – 2𝑦), entonces lo factorizamos y luego simplificamos los factores comunes del numerador y denominador al mismo tiempo 5 ( 2 )5 10 2 4 x yx y x y 2 ( 2 )x y 5 2 Esta es una simplificación de fracción en la que sus componentes son monomios En esta fracción sus términos son binomios por lo cual se deberán factorizar y después simplificar MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 21 c) 16 127 2 2 x xx Podemos factorizar el numerador y denominador de la fracción dada, ya que: Luego: 2 2 ( 4)7 12 16 xx x x ( 3) ( 4) ( 4) x x x 3 4 x x d) 1 1 2 3 xx x Podemos además factorizar el numerador de la fracción, dado que: 𝑥3 – 1 = (𝑥 – 1)(𝑥2 + 𝑥 + 1) Entonces: 23 2 ( 1) ( 1)1 1 x x xx x x 2( 1)x x 1x 1.3.1. Operaciones con fracciones algebraicas Para la adición y sustracción de fracciones algebraicas con igual denominador, se procede del mismo modo que en las fracciones aritméticas: se conserva el denominador y se suman o restan los numeradores. 1.3.1.1. Adición de fracciones algebraicas Ejemplos Adición de fracciones algebraicas con igual denominador Consideremos los siguientes casos a) 5 19x17 5 19x14x3 5 )19x14()x3( 5 19x14 5 x3 b) x b23a10 x b19a17b4a7 x )b19a17()b4a7( x b19a17 x b4a7 4)4)(x(x162x 3)4)(x(x127x2x MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 22 c) 2 b3a2 b3a22 b3a2 b6a4 b3a2 )b5a8()b2a7()b9a5( b3a2 b5a8 b3a2 b2a7 b3a2 b9a5 Adición y sustracción de fracciones algebraicas con denominadores distintos En la adición y sustracción de fracciones algebraicas con denominadores distintos es necesario obtener el mínimo común múltiplo de los denominadores (mínimo común denominador) A continuación se amplifican las fracciones, expresándolas todas con el denominador común. Ejemplos Consideremos los siguientes casos: a) yx10 y3x2 xy15 y4x3 22 Calculemos el m. c. m. de los denominadores factorizándolos: yx52yx10 yx53xy15 22 22 m.c.m. = 2222 yx30yx532 Como el denominador común es 30x2y2, debemos amplificar las fracciones para igualar los denominadores: 22 22 22 22 22 222222 yx30 y9xy14x6 yx30 y9xy6xy8x6 yx30 )y3x2(y3)y4x3(x2 yx30 )y3x2(y3 yx30 )y4x3(x2 yx10 y3x2 xy15 y4x3 b) b4a4 a6b b3a3 ba2 Calculemos el mínimo común múltiplo de los denominadores: )ba(4b4a4 )ba(3b3a3 m.c.m.= )ba(12)ba(43 Luego, amplifiquemos las fracciones: MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 23 )ba(12 b7a26 )ba(12 a18b3b4a8 )ba(12 )a2b(3)ba2(4 )ba(12 )a6b(3 )ba(12 )ba2(4 b4a4 a6b b3a3 ba2 (c) 12mm 20m9 6mm m613 22 Calculemos el mínimo común múltiplo de los denominadores: )4m)(2m)(3m(.m.c.m )4m)(3m(12mm )2m)(3m(6mm 2 2 Luego, amplificamos las fracciones )4m)(2m)(3m( 12m13m3 )4m)(2m)(3m( 40m18m20m9m2452m6m13 )4m)(2m)(3m( )20m9)(2m()m613)(4m( )4m)(2m)(3m( )20m9)(2m( )4m)(2m)(3m( )m613)(4m( )4m)(3m( 20m9 )2m)(3m( m613 12mm 20m9 6mm m613 2 22 22 Factoricemos el numerador: 4m33m12m13m3 2 Obtenemos 8m6m 4m3 )4m)(2m( 4m3 )4m)(2m)(3m( )4m3)(3m( )4m)(2m)(3m( 12m13m3 2 2 MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 24 Entonces 8m6m 4m3 12mm 20m9 6mm m613 222 1.3.1.2. Multiplicación de fracciones algebraicas En la multiplicación de fracciones algebraicas se procede igual que en las fracciones aritméticas: se multiplican numeradores y denominadores entre sí, simplificando si es posible. Ejemplo a) yw7 xz6 w z2 y7 x3 b) x2 y10x15 y4x9 xy2x3 22 2 Factorizamos los polinomios y simplifiquemos. x (3 2 )x y (3 2 )x y (3 2 )x y 5 (3 2 )x y 2 x 5 2 c) 7m7 21m7 m8m2m mm 9m 6m5m 223 3 2 2 Factoricemos y simplifiquemos 4m 1 )1m)(1m(7 )3m(7 )2m)(4m(m )1m)(1m(m )3m)(3m( )2m)(3m( )1m(7 )3m(7 )8m2m(m )1m(m )3m)(3m( )2m)(3m( 22 2 1.3.1.3. División de fracciones algebraicas Las divisiones de fracciones algebraicas se resuelven igual que las fracciones aritméticas: se multiplica la fracción dividiendo por el inverso multiplicativo de la fracción divisor. MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 25 Ejemplosa) x3 y4 x9 y20 y5 x3 y20 x9 y5 x3 2 2 3 3 2 b) y12x6 y45x15 y15x5 y4x2 y45x15 y12x6 y15x5 y4x2 Factoricemos y simplifiquemos 2 ( 2 )x y 5 ( 3 )x y 15 ( 3 )x y 6 ( 2 )x y 1 1 1 c) yx y2x2 1 yx y2x2 yx yx 22 22 Al factorizar y simplificar resulta: ( )x y ( ) 2( ) 1 x y x y x y 22( )x y d) 98a14 1 12a6 14a5a 98a14 12a6 14a5a 22 Factoricemos y simplifiquemos ( 7)a ( 2)a 6 ( 2)a 1 14 ( 7)a 1 84 1.3.1.4. Operaciones combinadas con fracciones algebraicas Para resolver una expresión algebraica con distintas operaciones se realizan en primer lugar aquellas indicadas dentro de los paréntesis. Si no los hay, las multiplicaciones y divisiones tienen prioridad. Ejemplos a) 4 a3 2 a 5 a2 Calculamos primero el producto indicado y luego sumamos las fracciones 40 )a1516(a 40 a15a16 40 a35a28 8 a3 5 a2 4 a3 2 a 5 a2 222 MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 26 b) x 4 16 x5 2 x3 2 En primer lugar efectuamos la multiplicación y enseguida la adición 4 x11 4 x5x6 4 x51x32 4 x5 2 x3 x 4 16 x5 2 x3 2 c) 4 5 y15x10 y12x8 y9x4 y3x2 22 Calculemos primero el producto del paréntesis, factorizando previamente el numerador y el denominador, para simplificar si es posible. y3x2 y3x2 : y9x4 y3x2 4 5 )y3x2(5 )y3x2(4 y9x4 y3x2 2222 Ahora dividimos, multiplicando la fracción dividendo por la fracción divisor invertida. y3x2 1 y3x2 y3x2 )y3x2)(y3x2( y3x2 d) 22 22 22 yxyx yx y2x2 y6x6 yxy2x y3x3 Calculemos el cociente del paréntesis y luego multipliquemos. 22 22 2 yxyx yx )yx(6 )yx(2 )yx( )yx(3 utoevaluación I. Calcula la adición o sustracción y simplifica cuando proceda 1) x 3 x2 5 x5 9 2) x3 5 x2 7 x 6 2 3) m5 1m3 m2 2m 4) x12 5x2 x8 6x 5) 1m 5 2m 6) 1a 3a2 7 7) 1b3 5 1b 8) 4c 3c c9 A MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 27 9) 2aa a3 1a 2 22 10) 12mm m7 4m m 2 11) 24p5p 2 12pp 1p 22 12) x y xy2x xy2 y2x x 2 13) 9d )1d(6 3d d 3d 1d 2 14) yx y yxy x y x2 2 2 15) a2b3 b2a3 b2a3 b3a2 16) 1m m 1m 2 1m 4 2 17) 3z 3 3z5z2 1z6 2 18) 12xx 5x4 xx318 9 24x10x 2 222 19) 3a4a 4a2 3a 1 2aa 5a2 22 20) 1m 1 3m2m 11m 3m2m 1m3 22 21) 8p2p 6 6p5p 1p 12pp 17p 222 22) 2d5d3 1 2dd6 7 1dd2 d3 222 II. Calcula el producto de las siguientes fracciones algebraicas 1) 4 3 3 4 ab7 yx5 ba3 xy2 2) 2x19 )ba(17 x2 )ba(3 3) w z 6x 5x 3x 2x 4) 315 87 54 43 yx yx yx yx 5) 52 432 543 32 yx ba ba yx 6) 332 52 32 243 nm dc cd nm 7) y5x20 b14a21 b10a15 y3x12 8) x yx y42x42 y7x7 yx y2x2 22 9) 8a6a ab ab 4a3a 2 5 2 2 10) 18a11a 10a7a 15a8a 18a9a 2 2 2 2 11) 15z2z 21z10z 14z9z 16z10z 2 2 2 2 12) 6 12 2410 166 2 2 2 2 mm mm mm mm 13) x2x 12x7x 16x8x 12x7x 9x6x 9x 2 2 2 2 2 2 14) y30x30 y3x3 y5x5 yxyx yxy2x yxy2x yx yx 22 22 22 33 22 15) 2a9a4 8a17a2 9a9a2 6a7a2 2 2 2 2 16) 22 22 22 22 1092 672 12112 12 baba baba baba baba 17) 2222 33 y2xy2x2 y6x6 yx yx 18) y15x15 y7xy7x7 yx y5xy10x5 22 33 22 19) 10b3b 5b4b 14b9b 21b10b 15b2b 16b10b 1b2b 12b8b 2 2 2 2 2 2 2 2 MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 28 III. Calcula el cociente entre las siguientes fracciones algebraicas (1) 3 2 3 3 b9 ab14 : b18 a35 (2) 523 986 1064 785 cba cba : cba cba (3) 3 3 43 23 x y9 : bxya54 yxab24 (4) 32 2 33 22 yb ax3 : yab bxa (5) yx21x14 a : a xy9x6 233 2 (6) 1a2a aa : aa aa 2 23 2 3 (7) 2m3m 3m2m : 8m2m 16m8m 2 2 2 2 (8) 14c5c 7c8c : 10c7c 5c6c 2 2 2 2 (9) 9x6x 3x4x : 18x3x 24x10x 2 2 2 2 (10) 28m3m 32m4m : 21m4m 48m14m 2 2 2 2 (11) 6p5p4 4p8p3 : 3p7p4 2pp3 2 2 2 2 (12) 1a6a8 1aa12 : 5a8a4 1a5a6 2 2 2 2 (13) 20mm 16m6m : 4m5m 2m3m 2 2 2 2 (14) 22 22 22 33 yxy2x yx : yxy2x yx (15) 22 22 22 44 yxy2x yx : yxy2x yx (16) 1x 1x : 1x xx3 1.4. Ecuaciones Igualdad es la que se compone de dos expresiones unidas por el signo igual. 2𝑥 + 3 = 5𝑥 − 2 Una igualdad puede ser: Igualdad falsa 2𝑥 + 1 = 2 · (𝑥 + 1) 2𝑥 + 1 = 2𝑥 + 2 1 ≠ 2 𝐸𝑠𝑡𝑜 𝑒𝑠 𝑓𝑎𝑙𝑠𝑜 Igualdad verdadera 2𝑥 + 2 = 2 · (𝑥 + 1) 2𝑥 + 2 = 2𝑥 + 2 2 = 2 Identidad es una igualdad que es cierta para cualquier valor de las letras. 2𝑥 + 2 = 2 · (𝑥 + 1) 2𝑥 + 2 = 2𝑥 + 2 2 = 2 Ecuación es una igualdad que se cumple para algunos valores de las letras. 𝑥 + 1 = 2 MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 29 𝑥 = 1 Los miembros de una ecuación son cada una de las expresiones que aparecen a ambos lados del signo igual. Los términos son los sumandos que forman los miembros. Se llaman ecuaciones a igualdades en las que aparecen números y variables (incógnitas) relacionados mediante operaciones matemáticas. Ejemplo de ecuación: 5𝑥 + 4 = 8 Son ecuaciones con una incógnita cuando aparece una sola letra (incógnita, normalmente la x). Por ejemplo: x2 + 1 = x + 4 1.4.1. Ecuaciones lineales Se dice que una ecuación es lineal o de primer grado cuando su variable está elevada a la potencia 1. Ejemplos de ecuaciones lineales 3𝑥 + 1 = 𝑥 − 2 𝑥 2 = 1 − 𝑥 + 3𝑥 2 Supongamos que queremos resolver la ecuación: 3x + 1 = x - 2. Resolver una ecuación es encontrar un valor de x que, al ser sustituido en la ecuación y realizar las operaciones indicadas, se llegue a que la igualdad es irrefutable. MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 30 En el ejemplo podemos probar con algunos valores sustituyéndolos en el lugar de la variable x: Si 𝒙 = 𝟏 ⟹ 𝟑(𝟏) + 𝟏 = 𝟏 − 𝟐 llegaríamos a 𝟒 = −𝟏, esto es falso Si 𝑥 = −1 ⟹ 𝟑(−𝟏) + 𝟏 = 𝟏 − 𝟏 llegaríamos a −𝟐 = −𝟑 tampoco. Para resolver una ecuación de primer grado se utilizan dos reglas fundamentales para conseguir dejar la "x" sola en el primer miembro. Operaciones Justificación 3𝑥 + 1 = 𝑥 − 2 Sumar o restar a los dos miembros un mismo número. En este caso restar 1 a los dos miembros y restar x a los dos miembros: 3𝑥 + 1 − 1 − 𝑥 = 𝑥 − 𝑥 − 2 − 1 Reducción de términos semejantes 2𝑥 = −3 2𝑥 2 = −3 2 Multiplicar o dividir los dos miembros por un mismo número. En este caso se divide por 2 𝑥 = −3 2 Esta es la solución de la ecuación lineal 𝑥 = 1.5 El resultado se puede dividir Comprobamos el resultado obtenido sustituyendo en la ecuación el valor encontrado 3(−1.5) + 1 = −1.5− 2 −4.5 + 1 = −3.5 −3.5 = −3.5 Resolvamos ahora la siguiente ecuación: 𝑥 − 3 = 2 + 𝑥 Rápidamente obtendrás la expresión 0 = 5 ¿qué significa? Desde luego esta igualdad no es cierta independientemente del valor que tome x. Decimos que en este caso la ecuación no tiene solución. Resolvamos ahora 2𝑥 − 1 = 3𝑥 + 3 − 𝑥 − 4 MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 31 Ahora habrás llegado a la expresión 𝟎 = 𝟎 ¿qué significa ahora? La igualdad que has obtenido es cierta, pero se te han eliminado la x ¿Cuál es la solución? Si la igualdad es cierta seguro, ¡lo será para cualquier valor de x!. Compruébalo sustituyendo x por 0, 1, −3 u otro valor que desees. En este caso se dice que la ecuación tiene infinitas soluciones (cualquier valor de x es solución). Este tipo de ecuaciones se denominan identidades} Ejemplo de ecuaciones lineales a) 2𝑥 + 6 = 20 2𝑥 = 20 − 6 2𝑥 = 14 2𝑥 2 = 14 2 𝑥 = 7 b) 4𝑥 − 9 = 2𝑥 + 3 4𝑥 + − 9 = 2𝑥 + 3 𝑠𝑒 𝑎𝑔𝑟𝑢𝑝𝑎𝑛 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠 𝑠𝑒𝑚𝑒𝑗𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 4𝑥 − 2𝑥 = 3 + 9 𝑆𝑒 𝑠𝑢𝑚𝑎 2𝑥 = 12 𝑆𝑒 𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 2 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑗𝑎𝑟 𝑥 2𝑥 2 = 12 2 𝑥 = 6 1.4.1.1. Problemas de aplicación Una de las aplicaciones más importantes de las ecuaciones es la de resolver problemas de la vida cotidiana a) El hermano mayor de una familia con tres hermanos tiene 4 años más que el segundo y este 3 más que el menor. Si entre todos suman la edad del padre que tiene 40 años ¿qué edad tiene cada hermano? Se pasa el + 6 que está sumando a restar a la derecha del igual MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 32 Solución Primero plantearemos los datos, elegimos uno de los valores desconocidos para llamarle x: x = Edad del hermano menor. A partir de ello se expresan los datos del problema y se planteará una igualdad (ecuación): 𝑥 + 3 ∶ Edad del hermano mediano 𝑥 + 3 + 4 = 𝑥 + 7: Edad del hermano mayor Ecuación: suma de las edades de los hermanos 𝑥 + 𝑥 + 3 + 𝑥 + 7 = 40, Resolviendo la ecuación se obtiene 𝑥 = 10 años, esta es la edad del hermano menor Luego las edades de los tres hermanos son 10. 𝑥 + 3 = 10 + 3 = 13 años es la edad del hermano mediano 𝑥 + 7 = 10 + 7 = 17 años, es la edad del hermano mayor. b) Un número y su quinta parte suman 18. ¿Cuál es el número? x = el número buscado. (Definición de la incógnita) Su quinta parte es 1 5 𝑥 (transformación al lenguaje algebraico). 𝑥 + 1 5 𝑥 = 18 (es el planteamiento de la ecuación). Resolvemos la ecuación: 𝑥 + 1 5 𝑥 = 18 5𝑥 + 𝑥 = 90 6𝑥 = 90 𝑥 = 90 6 𝑥 = 15 Notamos que al volver a leer el problema x = 15 es coherente con el enunciado, la quinta parte de 15 es 3. 15 más 3 suman 18. MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 33 c) Perdí un tercio de las ovejas y llegué con 24. ¿Cuántas ovejas tenía? y = número de ovejas que tenía. Un tercio de las que tenía es 𝑦 3 El planteamiento será una resta: 𝑦 − 𝑦 3 = 24 Resolvemos la ecuación: 𝑦 − 𝑦 3 = 24 3𝑦 − 𝑦 = 72 2𝑦 = 72 𝑦 = 72 2 𝑦 = 36 ovejas. Son 36 ovejas y un tercio de 36 es 12. Si restamos 36 menos 12 es 24 que es el número de ovejas con las que llegó. d) En una tienda, de un producto me rebajaron el 15% y pagué C$51. ¿Cuánto costaba el producto? 𝑎: es el precio del producto 𝐸𝑙 15% 𝑑𝑒 𝑎 𝑒𝑠 15 100 𝑎 Lo que costaba el producto menos la rebaja es lo que pagué: 𝑎 − 15 100 𝑎 = 51 Resolviendo la ecuación: 𝑎 − 15 100 𝑎 = 51 100𝑎 − 15𝑎 = 5100 85𝑎 = 5100 𝑎 = 5100 85 𝑎 = 60 córdobas. El 15% de 60 córdobas son 9 córdobas, entonces pagué 60 − 9 = 51 MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 34 utoevaluación I. Determina el valor de x en las siguientes ecuaciones: a) 4𝑥 = 2𝑥 − 12 b) 8𝑥 − 24 = 5𝑥 c) 7𝑥 + 12 = 4𝑥 − 17 d) 3𝑥 − 25 = 𝑥 − 5 e) 5𝑥 + 13 = 10𝑥 + 12 f) 6𝑥 − 12 + 4𝑥 − 1 = −𝑥 − 7𝑥 + 12 − 3𝑥 + 5 g) 2𝑥 − (𝑥 + 5) = 6 + (𝑥 + 1) h) 8 − (3𝑥 + 3) = 𝑥 − (2𝑥 + 1) i) 4𝑥 − 2 = 7𝑥 − (𝑥 + 3) + (−𝑥 − 6) II. Resuelve las situaciones con ecuaciones lineales 1. Juana tiene 5 años más que Amparo. Si entre los dos suman 73 años, ¿qué edad tiene cada una? 2. Un padre tiene 3 veces la edad de la hija. Si entre los dos suman 48 años, ¿qué edad tiene cada uno? 3. Determinar tres números consecutivos que suman 444. 4. Tengo 2 3 de lo que vale un ordenador. ¿Cuánto vale el ordenador si me faltan sólo C$318 para comprarlo? 5. Después de caminar 1500 m me queda para llegar al colegio 3 5 del camino. ¿Cuántos metros tiene el trayecto? 6. Un pastor vende 5 7 de las ovejas que tiene. Después compra 60 y así tendrá el doble de las que tenía antes de la venta. ¿Cuántas ovejas tenía en un principio? 7. Determinar un número que sumado con su mitad y su tercera parte de 55. 8. Tres socios tienen que repartirse 3.000€ de beneficios. ¿Cuánto le tocará a cada uno, si el primero tiene que recibir 3 veces más que el segundo y el tercero dos veces más que el primero? A MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 35 1.4.2. Ecuaciones cuadráticas Ecuaciones cuadráticas Definición Una ecuación cuadrática es una ecuación de la forma 𝒂𝒙𝟐 + 𝒃𝒙 + 𝒄 = 𝟎 donde a, b, y c son números reales y a es un número diferente de cero. Ejemplos Resolver la ecuación cuadrática mediante factorización a) 05x2x3 2 3 ∙ (3𝑥2) − 3 ∙ (2𝑥) − 3 ∙ (5) 3 = 0 9𝑥2 − 2 ∙ (3𝑥) − 15 3 = 0 (3𝑥 − 5)(3𝑥 + 3) 3 = 0 (3𝑥 − 5)(𝑥 + 1) = 0 3𝑥 − 5 = 0 𝑥 + 1 = 0 3𝑥 = 5 𝑥 = −1 𝑥 = 5 3 b) 04x3x 2 (𝑥 − 4)(𝑥 + 1) = 0 𝑥 − 4 = 0 𝑥 + 1 = 0 𝑥1 = 4 𝑥2 = −1 c) 12𝑥2 + 18𝑥 = 0 6𝑥(2𝑥 + 3) = 0 6𝑥 = 0 2𝑥 + 3 = 0 𝑥 = 0 6 2𝑥 = −3 𝑥1 = 0 𝑥2 = −3 2 Ecuación de segundo grado que es un trinomio que tiene la forma: 𝒂𝒙𝟐 + 𝒃𝒙 + 𝒄 = 𝟎 Esta ecuación de segundo grado es un trinomio que tiene la forma: 𝒙𝟐 + 𝒃𝒙 + 𝒄 = 𝟎 Esta ecuación cuadrática tiene dos términos que son el cuadrático y el lineal y lo podemos resolver mediante el factor común. MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 36 Resolver la ecuación cuadrática utilizando la fórmula general 05x2x3 2 5c ,2b ,3a 𝑥 = −(−2) ± √(−2)2 − 4(3)(−5) 2(3) 𝑥 = 2 ± √4 − (−60) 6 𝑥 = 2 ± √64 6 𝑥 = 2 ± √4 + 60 6 𝑥 = 2 ± 8 6 𝑥1 = 2 + 8 6 𝑥2 = 2 − 8 6 𝑥1 = 10 6 𝑥2 = −6 6 𝑥1 = 5 3 Este es un caso especial, pero se resuelve de la misma forma: factorizando, finalmente la solución llevará la variable a. d) 10𝑥2 − 25 = 0 10𝑥2 = 25 𝑥2 = 25 10 𝑥2 = 5 2 √𝑥2 = ±√ 5 2 𝑥1 = −√ 5 2 𝑥2 = √ 5 2 e) 10𝑥2 + 37𝑎𝑥 − 36𝑎2 = 0 (2𝑥 + 9𝑎)(5𝑥 − 4𝑎) = 0 2𝑥 + 9𝑎 = 0 5𝑥 − 4𝑎 = 0 𝑥 = − 9𝑎 2 𝑜 𝑏𝑖𝑒𝑛 𝑥 = 4𝑎 5 Esta ecuación cuadrática tiene dos términos que son el cuadrático y el independiente y lo podemos resolver haciendo transposición de términos y luego extrayendo raíz cuadrada. Le colocaremos doble signo porque es una raíz par. Recuerda que la fórmula general es: 𝒙 = −𝒃 ± √𝒃𝟐 − 𝟒𝒂𝒄 𝟐𝒂 MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 37 utoevaluación I. Determina las raíces de las siguientes ecuaciones cuadráticas: 1) x(2x – 3) – 3(5 – x) = 83 2) (2x + 5)(2x – 5) = 11 3) (7 + x)2 + (7 – x)2 = 1304) (2x – 3)(3x – 4) – (x – 13)(x – 4) = 40 5) (3x – 4)(4x – 3) – (2x – 7)(3x – 2) = 214 6) 8(2 – x)2 = 2(8 – x)2 7) 5 4 4x 2 6x 22 8) 2x x7 x 3x5 9) x2 – 3x = 0 10) 6x2 + 42x = 0 11) x2 + ax = 0 12) (x – 2)(x – 3) = 6 13) (x – 2)(x + 5) = 9x + 10 14) (2x + 6)(2x – 6) = (2x + 9)(3x – 4) 15) (x + 3)2 – 8x – 9 = 0 16) 2 2 x3 1x 4 17) x2 + 4ax – 12a2 = 0 18) x2 – 5ax + 6a2 = 0 19) 8 x3 x2 x5 x37 II. Resuelve las situaciones con ecuaciones de segundo grado 1. La suma de dos números es 5 y su producto es −84. Halla dichos números. 2. Dentro de 11 años la edad de Pedro será la mitad del cuadrado de la edad que tenía hace 13 años. Calcula la edad de Pedro. 3. Para vallar una finca rectangular de 750 m² se han utilizado 110 m de cerca. Calcula las dimensiones de la finca. A MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 38 4. Los tres lados de un triángulo rectángulo son proporcionales a los números 3, 4 y 5. Halla la longitud de cada lado sabiendo que el área del triángulo es 24 m². 5. Calcula las dimensiones de un rectángulo cuya diagonal mide 75 m, sabiendo que es semejante a otro rectángulo cuyos lados miden 36 m y 48 m respectivamente. 6. Halla un número entero sabiendo que la suma con su inverso es 26 5 . 7. Dos números naturales se diferencian en dos unidades y la suma de sus cuadrados es 580. ¿Cuáles son esos números? 8. El producto de dos números es 4, y la suma de sus cuadrados 17. ¿Cuáles son esos números? 9. Encuentra una fracción equivalente a 5 7 cuyos términos elevados al cuadrado sumen 1184. 10. Un cliente de un supermercado ha pagado un total de C$1560 por 24 litros de leche, 6 paquetes de jamón serrano y 12 litros de aceite. Calcula el precio de cada artículo, sabiendo que 1 litro de aceite cuesta el triple que 1 litro de leche y que 1 paquete de jamón cuesta igual que 4 litros de aceite más 4 litros de leche. 11. Dos números que se diferencian en 3 unidades, multiplicados dan 88. Encuentra dichos números. 12. Encuentra un número tal que el doble de su cuadrado sea igual a seis veces ese número. 13. El perímetro de un rectángulo es 42 cm. Si la diagonal mide 15 cm. Halla la anchura del rectángulo. (Pon un lado en función del otro). 14. La edad de un niño será dentro de 3 años el cuadrado de la que tenía hace tres. Halla los años que tiene. 15. Al aumentar 5m el lado de un cuadrado, su área aumenta en 75 𝑚2. Calcula el lado del cuadrado. 16. Calcula las dimensiones de un rectángulo en el que la base mide 2 cm. menos que la altura y la diagonal mide 10 cm. MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 39 17. Varios amigos se reparten un premio y les toca a 1500 euros a cada uno. Si hubieran sido cuatro amigos más, les hubiera tocado a 300 euros menos a cada uno. ¿Cuántos eran a repartir? 18. Se tienen dos cuadrados distintos y el lado de uno de ellos es 4 cm. mayor que el lado del otro. Averigua la longitud de los dos lados sabiendo que la suma de sus áreas es 808 𝑐𝑚2. 19. Calcula la longitud del lado de un cuadrado sabiendo que su área es la cuarta parte del área de otro cuadrado cuyo lado es 2 centímetros mayor. 20. Halla dos números naturales consecutivos sabiendo que la suma de sus cuadrados es 103. 1.5. Sistemas de ecuaciones lineales Definición Llamaremos sistema de m ecuaciones con n incógnitas, a un conjunto de ecuaciones de la forma: 1nn1212111 bxa...xaxa ⋮ mnmn22m11m bxa...xaxa } Los elementos ija son los coeficientes del sistema. Los elementos xi son las incógnitas del sistema. Los elementos bj serán los términos independientes. Ejemplos 4yx2 3yx es un sistema lineal de dos ecuaciones y dos incógnitas Definición: Llamaremos solución del sistema anterior (S), a todo vector o n- upla (s1, s2,…, sn) que verifique todas las igualdades del sistema. Definición: Resolver un sistema será hallar el conjunto de sus soluciones. Atendiendo al número de soluciones, podemos clasificar los sistemas de la siguiente forma: Si el sistema no tiene solución diremos que es incompatible. Si el sistema tiene solución diremos que es compatible. MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 40 Si el sistema tiene una única solución diremos que compatible y determinado. Si tiene infinitas soluciones diremos que es compatible e indeterminado. )soluciones (infinitas adosIndetermin solución) (una osDeterminad )(sin ... sCompatible soluciónlesIncompatib LESlosdeiónClasificac Definición: Llamamos sistemas homogéneos a los que tienen todos los términos independientes nulos. Definición: Dos sistemas de ecuaciones lineales diremos que son equivalentes cuando tienen el mismo conjunto de soluciones. Un sistema lineal de dos ecuaciones con dos incógnitas es un par de expresiones algebraicas que se suelen representar de la siguiente forma: { 𝒂𝐱 + 𝒃𝐲 = 𝐩 𝒄𝐱 + 𝒅𝐲 = 𝒒 donde x e y son las incógnitas, a, b, c y d son los coeficientes y p y q son los términos independientes. Resolución de un sistema de ecuaciones Resolver un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas es encontrar un par de números (x, y) que cumplan a la vez las dos ecuaciones. Método de sustitución a) Se despeja una de las incógnitas en una cualquiera de las ecuaciones. b) Se sustituye la expresión obtenida en la otra ecuación y se resuelve la ecuación de primer grado en una incógnita que resulta de esta sustitución. c) Una vez calculada la primera incógnita, se calcula la otra en la ecuación despejada obtenida en el primer paso. MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 41 Ejemplo 1. Entre José y Sergio tienen C$600, pero Sergio tiene el doble de córdobas que José. ¿Cuánto dinero tiene cada uno? Solución: Primero representaremos los datos mediante el uso de variables 𝒙: Número de córdobas de José 𝒚: Número de córdobas de Sergio. Vamos a expresar las condiciones del problema con ecuaciones: Si los dos tienen 600 córdobas, esto nos proporciona la ecuación x + y = 600. Si Sergio tiene el doble de córdobas que José, tendremos que y = 2x. Ambas ecuaciones juntas forman el siguiente sistema: { 𝒙 + 𝒚 = 𝟔𝟎𝟎 𝒚 = 𝟐𝒙 Vamos a resolver el sistema por el método de sustitución, ya que en la segunda ecuación hay una incógnita ya despejada. Sustituimos el valor de 𝑦 = 2𝑥 en la primera ecuación, con lo que tendremos: 𝒙 + 𝒚 = 𝟔𝟎𝟎 𝒙 + 𝟐𝒙 = 𝟔𝟎𝟎 𝟑𝒙 = 𝟔𝟎𝟎 𝒙 = 𝟔𝟎𝟎 𝟑 𝒙 = 𝟐𝟎𝟎 Ahora sustituimos 𝑥 = 200 en la ecuación en la que estaba despejada la y, con lo que tendremos: 𝒚 = 𝟐𝒙 𝒚 = 𝟒𝟎𝟎 Por tanto, la solución al problema planteado es que José tiene 200 córdobas y Sergio tiene 400 córdobas. Método de igualación Para resolver un sistema de ecuaciones por este método hay que despejar una incógnita, la misma, en las dos ecuaciones e igualar el resultado de ambos despejes, con lo que se obtiene una ecuación de primer grado. Las fases del proceso son las siguientes: MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 42 a) Se despeja la misma incógnita en ambas ecuaciones. b) Se igualan las expresiones obtenidas y se resuelve la ecuación lineal de una incógnita que resulta. c) Se calcula el valor de la otra incógnita sustituyendo la ya hallada en una de las ecuaciones despejadas de primer paso. Ejemplo a) En un corral hay conejos y gallinas. En total hay 14 cabezas y 38 patas. ¿Cuántas gallinas y cuántos conejos hay en el corral? Datos 𝒙: Número de conejos 𝒚: Número de gallinas Planteamos el sistema de ecuaciones:(Traducimos a lenguaje algebraico) { 𝒙 + 𝒚 = 𝟏𝟒 𝟒𝐱 + 𝟐𝐲 = 𝟑𝟖 Resolvemos el sistema de ecuaciones por el Método de Sustitución:Despejamos x en primera ecuación: 𝒙 = 𝟏𝟒 – 𝒚 Sustituimos en la segunda ecuación: 𝟒 ( 𝟏𝟒–𝒚) + 𝟐𝒚 = 𝟑𝟖 Resolvemos la Ecuación: 𝟓𝟔–𝟒𝒚 + 𝟐𝒚 = 𝟑𝟖 – 𝟒𝒚 + 𝟐𝒚 = 𝟑𝟖–𝟓𝟔 –𝟐𝒚 =–𝟏𝟖 𝒚 = 𝟏𝟖 𝟐 𝒚 = 𝟗 Sustituimos 𝒚 = 𝟗 en (1) para calcular x: 𝒙 = 𝟏𝟒–𝟗 𝒙 = 𝟓 Conejos: 𝒙 = 𝟓 Gallinas: 𝒚 = 𝟗 Comprobación: 𝟓 𝒄𝒐𝒏𝒆𝒋𝒐𝒔 𝟓 𝒄𝒐𝒏𝒆𝒋𝒐𝒔 · 𝟒 𝒑𝒂𝒕𝒂𝒔 = 𝟐𝟎 𝒑𝒂𝒕𝒂𝒔 MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 43 −5x−5y=−60 5x + 𝟗 𝒈𝒂𝒍𝒍𝒊𝒏𝒂𝒔 + 𝟗 𝒈𝒂𝒍𝒍𝒊𝒏𝒂𝒔 · 𝟐 𝒑𝒂𝒕𝒂𝒔 = 𝟏𝟖 𝒑𝒂𝒕𝒂𝒔 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝟏𝟒 𝒄𝒂𝒃𝒆𝒛𝒂𝒔 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝟑𝟖 𝒑𝒂𝒕𝒂𝒔 Método de Reducción b) He comprado un DVD y me ha costado 105 dólares. Lo he pagado con 12 billetes de dos tipos, de 5 dólares y de 10 dólares. ¿Cuántos billetes de cada clase he entregado? Datos: x: Número de billetes de 5 dólares y: Número de billetes de 10 dólares Planteamos el sistema de ecuaciones: (Traducimos a lenguaje algebraico) { 𝒙 + 𝒚 = 𝟏𝟐 𝟓𝒙 + 𝟏𝟎𝒚 = 𝟏𝟎𝟓 Resolvemos el sistema de ecuaciones por el Método de Reducción: Multiplicamos la primera ecuación por (–5 ) para eliminar las x 𝟓𝒚 = 𝟒𝟓 𝒚 = 𝟗 Despejamos x en la primera ecuación: x = 12 – y Sustituimos y = 9 x = 12 – 9 x = 3 Número de billetes de 5 dólares: x = 3 Número de billetes de 10 dólares: y = 9 Comprobación 3 billetes de $5 + 9 billetes de 10 = 12 billetes 3 billetes de 5 $ son 𝟑 · $𝟓 = 𝟏𝟓 $ + 9 billetes de 10 $ son 𝟗 · $𝟏𝟎 = 𝟗𝟎 $ 𝟏𝟐 $ MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 44 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝟏𝟎𝟓 𝒅ó𝒍𝒂𝒓𝒆𝒔 1.6. Sistemas de ecuaciones lineales y cuadráticas En los sistemas de ecuaciones no lineales, a diferencia de los lineales, aparecen ecuaciones en las que hay incógnitas de grado mayor que uno. En el caso de sistemas de dos ecuaciones de dos incógnitas, las ecuaciones ya no serán dos líneas rectas. Una de ellas, o las dos, pueden ser parábolas, elipses, hipérbolas. La solución será los puntos en los que las dos ecuaciones se corten. Ejemplo Resolver el sistema de ecuaciones Sea el sistema { 𝒙𝟐 − 𝒚𝟐 = 𝟖 𝐱 ⋅ 𝐲 = −𝟑 Solución Lo primero que vamos a hacer es manipular convenientemente la variable 𝒙 𝒙 = − 𝟑 𝒙 𝒙𝟐 − 𝒚𝟐 = 𝟖 (− 𝟑 𝒚 ) 𝟐 − 𝒚𝟐 = 𝟖 𝟗 𝒚𝟐 − 𝒚𝟐 = 𝟖 ( 𝟗 𝒚𝟐 − 𝒚𝟐 = 𝟖) (𝒚𝟐) 𝟗 − 𝒚𝟒 = 𝟖𝒚𝟐 −𝒚𝟒 − 𝟖𝒚𝟐 + 𝟗 = 𝟎 En donde ahora hacemos el cambio 𝒕𝟐 ≡ 𝒚, lo que implica que −𝒚𝟒 − 𝟖𝒚𝟐 + 𝟗 = 𝟎 −𝒕𝟐 − 𝟖𝒕 + 𝟗 = 𝟎 Primero escogeremos una de las ecuaciones en la cual vamos a despejar una de las variables. MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 45 Resolvemos la ecuación de segundo grado: 𝑡 = −(−8) ± √(−8)2 − 4(−1)(9) 2(−1) 𝑡 = 8 ± √64 − (−36) −2 𝑡 = 8 ± √100 −2 𝑡 = 8 ± 10 −2 𝑡1 = −9 𝑡2 = 1 Ahora deshacemos el cambio 𝑡1 = −9 ⟹ 𝑥 2 = −9 ⟹ 𝑥 = √−9, que no tiene solución en ℝ 𝑡2 = 1 ⟹ 𝑥 2 = 1 ⟹ 𝑥 = ±√1⟹ 𝑥 = ±1 Sólo hay dos posibles valores de 𝑥. Hallamos el valor de 𝑦 para cada 𝑥: 𝐱 ⋅ 𝐲 = −𝟑⟹ 𝑦 = − 3 𝑥 Si 𝑥 = −1, entonces 𝑦 = − 3 (−1) = 3 Si 𝑥 = 1, entonces 𝑦 = − 3 1 = −3 Conclusión: La solución del sistema es (𝑥, 𝑦) = (1,−3) (𝑥, 𝑦) = (1,−3) MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 46 utoevaluación I. Resuelve los siguientes sistemas de ecuaciones II. Resuelve las situaciones utilizando sistemas de ecuaciones 1. La diferencia de dos números 40 y 1/8 de su suma es 11. Hallar los números. 2. La suma de dos números es 3 y su producto es -4. Hallar los números. 3. Determina dos números cuya suma es 9 y su producto 18. 4. La diferencia de dos números es 5 y su producto 14. Hallar los números. 5. Hallar dos números cuya suma es 9 y la suma de sus cuadrados es 53. 6. Determina dos números cuya suma de sus cuadrados es 13 y la diferencia de sus cuadrados es 5. 7. Hallar un número que es 3/5 del otro y el producto de ellos resulta 2160. 8. La diferencia entre un número y el doble de otro número es 5. Si el producto de ellos es 18, ¿cuáles son los números? 9. La diferencia entre dos números es 8 y la suma de sus cuadrados es 34. ¿Cuáles son los números? 10. La diferencia de dos números es 7 y el producto de su suma por el número menor es 104. Hallar los números. A a) { 𝑥 + 6𝑦 = 27 5𝑥 + 8𝑦 = – 60 g) { x + y = 7 x · y = 12 b) { 3𝑥 – 27 = – 2 7𝑥 – 3𝑦 = 9 h) { x2 + y2 = 52 xy = 24 c) { 2𝑎 + b = 0 3𝑎 – 2𝑏 = 13 i) { x2 + y2 = 34 x − y = −2 d) { 2𝑢 – 5𝑣 = 23 3𝑢 + 2𝑣 = 15 j) { x2 + y2 = 29 x2 − y2 = 21 e) { 4𝑥 + – 2𝑦 = 12 5𝑥 – 1𝑦 = 8 k) { x + y + xy = 14 x + y = 6 f) { 2x − 7y = 14 5x + 8y = 2 MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 47 1.7. Desigualdades Desigualdad Se llama desigualdad a toda relación entre expresiones numéricas o algebraicas unidas por uno de los cuatro signos de desigualdad, , , , 1.7.1. Desigualdades lineales Resolver ecuaciones, por ejemplo, ─6𝑥 + 17 = 8 o 𝑥2 − 2𝑥 − 5 = 0 es una de las tareas tradicionales de las matemáticas. Pero es casi de la misma importancia en cálculo saber resolver una desigualdad, por ejemplo ─2𝑥 + 6 < 70 o 𝑥2 − 2𝑥 46 ≥ 0 Resolver una desigualdad Es encontrar el conjunto de todos los números reales que la hacen verdadera. En contraste con una ecuación, cuyo conjunto solución, en general, consta de un número o un conjunto finito de números, en cambio el conjunto solución de una desigualdad consta de un intervalo completo de números o, en algunos casos, la unión de tales intervalos. 1.7.1.1. Propiedades de las desigualdades Dados dos números reales, siempre podemos compararlos y decidir si son iguales o cuál es más grande. Escribimos 𝑎 < 𝑏 para decir que 𝑎 es menor que 𝑏 y 𝑎 𝑏 para decir que 𝑎 es menor o igual que 𝑏. En la recta, 𝑎 < 𝑏 significa que el punto correspondiente a 𝑎 está a la izquierda del que corresponde a 𝑏. El orden en los números reales tiene las siguientes propiedades: a b MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 48 1. Si a y b son números reales, sucede una y sólo una de las siguientes relaciones (propiedad de tricotomía): 𝑖) 𝑎 = 𝑏 𝑖𝑖) 𝑎 > 𝑏 𝑖𝑖𝑖) 𝑎 < 𝑏 2. Si 𝑎 < 𝑏 𝑦 𝑏 < 𝑐, 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑎 < 𝑐 (propiedad transitiva). 3. Si a < b y c IR, entonces 𝑎 + 𝑐 < 𝑏 + 𝑐. 4. Si a < b, y c > 0 entonces 𝑎𝑐 < 𝑏𝑐 5. Si a < b, y c < 0 entonces 𝑎𝑐 > 𝑏𝑐. Podemos tener los tres casos siguientes −𝑏𝑐 − 𝑎𝑐 𝑏𝑐 𝑎𝑐 −𝑏𝑐 𝑎𝑐 1.7.1.2. Intervalos Definición Dados dos números 𝑎, 𝑏 en Iℝ con 𝑎 menor que 𝑏, el intervalo definido por 𝑎 𝑦 𝑏 es el conjunto de números x en Iℝ que están entre 𝑎 𝑦 𝑏. Los puntos 𝑎 𝑦 𝑏 pueden o no pertenecer al intervalo, entonces podemos tener los siguientes casos: 1. Si a y b pertenecen al intervalo, éste se llama intervalo cerrado y escribimos: [a, b] = {x IR a x b}. a b c a b a+c b+c c c a b ac bc a b-bc -ac 0 bc ac-a -b 0 b ac-bc -a 0 [ ] a b MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 49 2. Si a y b no pertenecen al intervalo, éste se llama intervalo abierto y escribimos: (a, b) = {x IR a < x < b} 3. Si alguno de los extremos, pero no ambos, pertenece al intervalo tenemos estos dos casos (intervalos semiabiertos o semicerrados): La noción de intervalo se puede extender, para denotar al conjunto de las 𝑥 ∈ ℝ queson más grandes o más chicas que un número dado. Por ejemplo, para denotar al conjunto {𝑥 ℝ 𝑥 > 𝑎} escribimos (𝑎, + ). Los siguientes conjuntos son intervalos: (𝑎, + ) = { 𝑥 ℝ 𝑥 > 𝑎} [𝑎, + ) = { 𝑥 ℝ 𝑥 𝑎} ( − , 𝑏) = {𝑥 ℝ 𝑥 < 𝑏 } ( − , 𝑏] = {𝑥 ℝ 𝑥 𝑏 } ( − , +) = ℝ 1. Completa la tabla llenando los espacios con la notación adecuada. Intervalo Desigualdad Grafica en la recta. [−3, 5) −3 ≤ 𝑥 5 (−∞,−5] [3, 8] (−5, 4) Resolver una desigualdad significa determinar el conjunto de números x para los cuales la desigualdad es cierta. A este conjunto de números se le llama conjunto solución. 2. Resuelva la desigualdad 𝟐 + 𝒙 < 𝟗 𝒙 + 𝟔 y dibuje la gráfica de la solución en la línea recta. a b ( ) a b )[ a b ( ] +¥ a ( a [ +¥ ) b -¥ -¥ ] b -¥ +¥ MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 50 Solución. La desigualdad es válida para algunos valores de x, pero para otros no. Para encontrar los valores para los cuales es válida utilizaremos las propiedades mostradas en los apartados 1 y 2. Para ello despejaremos la x en la parte izquierda de la desigualdad. En primer lugar restamos -2 a ambos lados de la desigualdad (usando la propiedad 3 con 𝑐 = −2): 2 − 2 + 𝑥 < 9𝑥 + 6 − 2 𝑥 < 9𝑥 + 4 Luego se resta 9𝑥 de ambos miembros (usando la propiedad 3 con c = - 9x): 𝑥 − 9𝑥 < 9𝑥– 9𝑥 + 4 −8𝑥 < 4 Ahora multiplicamos ambos miembros por (−1/8) (propiedad 5 con 𝑐 = −1/8). Observa que al multiplicar por el número negativo cambiamos el orden de la desigualdad. Por lo tanto el conjunto solución está formado por todos los números mayores que −1/2. En otras palabras, la solución de la desigualdad es el intervalo 1, 2 . La representación gráfica de la solución se muestra a la derecha. 1 -1 8 > 4 8 8 x - 4 > 8 x o bien -1 > 2 x 3. Hallar la solución de la desigualdad 𝟑𝒙 + 𝟓 ≤ −𝟕𝒙 + 𝟖 y represéntela gráficamente en la línea recta. Solución: Trataremos de despejar la x en la parte izquierda de la desigualdad utilizando las propiedades de las desigualdades mostradas en los apartados 1, y 2 de este documento. Primero sumamos 7𝑥 a ambos lados, usando la propiedad 3. 3x + 7x + 5 - 7x + 7x + 25 10x + 5 25 MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 51 Ahora sumamos −5 a ambos lados utilizando la propiedad 3. 10x + 5 -5 25 – 5 10x 20 Enseguida multiplicamos por 1/10. De esta manera tenemos que la solución está formada por todos los números menores o iguales que 2. En otros términos, la solución está dada por el intervalo (- La representación gráfica de este intervalo se muestra a la derecha. 1 1 10 20 10 10 x x 2 4. Hallar el conjunto de soluciones de la desigualdad 𝟐 + 𝟑𝒙 < 𝟓𝒙 + 𝟖 e ilustrarlo en la línea recta. Solución: Las siguientes desigualdades son equivalentes: Sumando -2 a ambos lados de la desigualdad. 2 + 3𝑥 < 5𝑥 + 8 2 + 3𝑥 − 2 < 5𝑥 + 8 − 2 3𝑥 < 5𝑥 + 6 Sumando −5𝑥 a ambos lados de la desigualdad. 3𝑥 – 5𝑥 < 5𝑥 − 5𝑥 + 6 −2𝑥 < 6 Multiplicamos por (−1/2) los dos lados de la desigualdad. Observa que cambiamos el orden de la desigualdad. Por consiguiente, el conjunto de soluciones es el intervalo (−3,+ ), que se ilustra en la gráfica de la derecha. (-1/2)(-2x) (-1/2)(6) = -6/2 x 5. Resolver la desigualdad 𝟐𝒙 + 𝟑 ≤ 𝟑𝒙 + 𝟕 y representar la solución en la línea recta. Solución: Despejaremos la variable x en la parte izquierda de la inecuación. Sumando −3 a ambos lados de la desigualdad. 2x + 3 x +7 2x + 3 - 3x +7 – 3 2x x + 4 Sumando −3𝑥 a ambos lados. 2x -3x x -3x + 4 -x 4 MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 52 Multiplicamos por (−1) ambos lados para dejar x con signo positivo, (fíjate que cambiamos el orden de la desigualdad) y así tenemos que la solución es el intervalo (−4,+∞) La gráfica del intervalo se muestra a la derecha. (-1)(-x) (-1)(4) x -4 6. Hallar la solución de la desigualdad 𝟕 < 𝟑𝒙 – 𝟐 𝟏𝟑 e ilustrarla en la recta de los números reales. Solución: En este caso tenemos una doble desigualdad en la que sólo en la parte intermedia aparece la variable x. La solución consta de todos los valores de x que satisfacen las dos desigualdades. Para resolverla despejaremos la variable x en la parte media de la desigualdad aplicando las propiedades dadas en los párrafos 1 y 2. Primero sumamos 𝟐 a toda la desigualdad, usando la propiedad 3. 7 < 3𝑥 – 2 13 7 + 2 < 3𝑥 – 2 + 2 13 + 2 9 < 3𝑥 15 Enseguida multiplicamos por (1/3) toda la desigualdad utilizando la propiedad 5. De esta manera tenemos que la solución está formada por todos los números 𝑥 mayores que 3 y menores o iguales a 5. En otros términos, la solución está dada por el intervalo (3, 5]. La representación gráfica de este intervalo se muestra a la derecha. 1 1 1 9 < 3x 15 3 3 3 3 < x 5 MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 53 7. Resuelva la desigualdad 𝟐 + 𝒙 < 𝟗 𝒙 + 𝟔 y dibuje la gráfica de la solución en la línea recta. Solución. La desigualdad es válida para algunos valores de x, pero para otros no. Para encontrar los valores para los cuales es válida utilizaremos las propiedades mostradas en los apartados 1 y 2. Para ello despejaremos la x en la parte izquierda de la desigualdad. En primer lugar restamos −2 a ambos lados de la desigualdad (usando la propiedad 3 con 𝑐 = −2): 2 − 2 + 𝑥 < 9𝑥 + 6 − 2 𝑥 < 9 𝑥 + 4 Luego se resta 9x de ambos miembros (usando la propiedad 3 con 𝑐 = − 9𝑥): 𝑥 − 9𝑥 < 9𝑥 – 9𝑥 + 4 −8𝑥 < 4 Ahora multiplicamos ambos miembros por (−1/8) (propiedad 5 con 𝑐 = −1/8). Observa que al multiplicar por el número negativo cambiamos el orden de la desigualdad. Por lo tanto el conjunto solución está formado por todos los números mayores que −1/2. En otras palabras, la solución de la desigualdad es el intervalo 1 , 2 . La representación gráfica de la solución se muestra a la derecha. 1 -1 8 > 4 8 8 x - 4 > 8 x o bien -1 > 2 x 1.7.2. Desigualdades cuadráticas Para resolver una desigualdad que incluye polinomios de grado mayor que 1, se expresa cada uno de ellos como producto de factores lineales 𝑎𝑥 + 𝑏, o como factores cuadráticos irreducibles, 𝑎𝑥2 + 𝑏𝑥 + 𝑐 o en las dos formas. Si alguno de estos factores es distinto de cero en un intervalo, entonces es positivo en el intervalo, o es negativo en él. Por consiguiente, si se escoge cualquier k en el MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 54 intervalo, y si el factor es positivo (o negativo) cuando x = k, entonces es positivo (o negativo) en el intervalo. El valor del factor x = k. se llama valor de prueba, o de tanteo en k. Procedimiento en el método gráfico 1. Se factoriza el polinomio. 2. Se organizan los factores de tal modo que la incógnita quede escrita en la parte izquierda de cada paréntesis y con signo positivo. 3. Se traza una recta real por cada facto r y una recta real adicional para el resultado. 4. Se calculan las raíces contenidas en cada factor. 5. Se ubican en cada recta real las respectivas raíces calculadas en el paso anterior. 6. Se trazan rectas verticales por cada punto-raíz. 7. A la izquierda de cada raíz ubicada en su respectiva recta, se señala con un signo menos y a la derecha con un signo más. 8. Aplicando la "Ley de los signos" se halla el resultado de multiplicar los signos de cada columna, dicho resultado se escribeen el lugar correspondiente de la recta real de resultados. 9. Si el sentido de la inecuación es >, la solución estará constituida por todos los intervalos, en la recta resultado, señalados con el signo más; en cambio si el sentido de la inecuación es <, la solución será la unión de los intervalos señalados con el signo menos. Si el signo obtenido no coincide con el de la desigualdad, no tiene solución Ejemplo Resolver la siguiente desigualdad cuadrática. 2𝑥2 − 𝑥 < 3 Solución. Para emplear valores de prueba, en esencial tener 0 en un lado del signo de desigualdad. Por lo tanto, se procede como sigue. 2𝑥2 − 𝑥 < 3 Desigualdad dada 2𝑥2 − 𝑥 − 3 < 0 Se hace que un miembro sea 0 MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 55 (𝑥 + 1) (2𝑥 − 3) < 0 Se factoriza el trinomio de la forma 𝑎𝑥2 + 𝑏𝑥 + 𝑐Los factores resultantes 𝑥 + 1 y 2𝑥 − 3 se igualan a cero y se despeja la variable en cada uno, de la siguiente manera 𝑥 + 1 = 0 ⟹ 𝑥 = −1 2𝑥 − 3 = 0 ⟹ 𝑥 = 3 2 Estos valores los ubicamos en una recta numérica real, para formar los intervalos La solución será el intervalo que lleva el mismo signo de la desigualdad: 𝑆 = (−1, 3 2 ) MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 56 utoevaluación I. Resuelva las desigualdades lineales. II. Determina la solución de las siguientes inecuaciones cuadráticas. 1. x2 – 1 0 8. 2x2 + 3 7x 2. 8x2 + 5x 0 9. 2x2 – 3x – 36 > x2 +2x 3. x(x – 3) – 2x(x – 2) + 3x < 0 10. 3x2 + 16x – 12 < 0 4. 4x2 – 1 < 0 11. 4x(x + 3) -5 5. 3x2 – 5x < 0 12. 3(2x2 + 1) > 11x 6. x(x – 5) – 2x(x + 3) + 6 x2 – 11x 13. x(3x – 4) > 7 7. x2 – 13x + 40 < 0 14. 𝒙(𝟑𝒙 − 𝟓) ≥ 𝟏𝟐 A 1) x52x3 6) 2x21x33x2 2) x32x1 7) 3 x8 x32 3) x32x233 8) x3 4 x 2 8x4 5 3x3 4) 63x32 9) 2 1x 3x2 5) x56x4 10) 4 3 x51 x3 2 1x MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 57 Unidad II: Funciones Objetivos de la unidad Objetivos Conceptuales Explicar los conceptos de la teoría de funciones a través de las distintas formas de representación. Analizar las distintas funciones a través de sus características de acuerdo a su expresión analítica y/o gráfica. Objetivos Procedimentales Identificar el dominio y el recorrido de los distintos modelos funcionales. Representar los tipos de funciones, según sus características de acuerdo a su expresión analítica y/o gráfica. Realizar lecturas de gráficas de los distintos modelos funcionales. Resolver problemas de la vida cotidiana a través de algunos modelos funcionales. Objetivos Actitudinales Valorar la importancia de la teoría de funciones en situaciones de su entorno. Mostrar precisión y exactitud en la representación gráfica de modelos funcionales. Mostrar compromiso y cooperación en el trabajo grupal. Contenidos Contenidos Cognitivos Contenidos Procedimentales Contenidos Actitudinales Formas de representar una función lineal, cuadrática, cúbica, definida por partes, exponencial y logarítmica Tipos de funciones y sus características de acuerdo a su expresión analítica y/o gráfica. . Identificación de dominio y recorrido de los distintos modelos funcionales. Representación de funciones, según sus características de acuerdo a su expresión analítica y/o gráfica. Realización de lecturas de gráficas de los distintos modelos funcionales. Resolución de problemas. Valoración de la importancia de las funciones en la vida cotidiana. Gráficas de modelos funcionales. Compromiso y cooperación en el trabajo grupal. MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 58 2.1. Función Función Una función es una relación entre dos variables 𝑥 𝑒 𝑦. A cada valor de la 𝑥 (variable independiente) le corresponde un único valor de 𝑦 (variable dependiente). La función se represente gráficamente sobre los ejes cartesianos. La primera gráfica corresponde a una función: a cada valor de x le corresponde un único valor de y. La segunda gráfica no es de una función: hay valores de x que les corresponde más de uno en y. Las funciones describen fenómenos mediante las relaciones entre las variables que intervienen. Observando la gráfica de una función podemos comprender cómo evoluciona el fenómeno que en ella se describe. Ejemplo La siguiente gráfica muestra la estatura media de un grupo de varones según su edad: a) ¿Cuál es la variable dependiente? ________ b) ¿y la independiente?___________ c) ¿Cuál es la estatura media a los 10 años? _________ d) ¿Cuál es la etapa de vida de crecimiento? ___________ e) ¿A partir de qué edad se disminuye de altura? ___________ MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 59 f) ¿A qué edad la altura es máxima? _____________ g) ¿Cuál es la altura mínima? ____________ 2.2. Función lineal Función Lineal La función lineal es del tipo: mxyxf )( , con 𝑚 ∈ ℝ(m pertenece a los números reales). 𝑓(𝑥) 𝑜 𝑦 se conocen como imagen de 𝑥, es el valor de 𝒚 para un determinado valor de 𝒙. Su gráfica es una línea recta que pasa por el origen de coordenadas. Su dominio y rango es el conjunto de números reales. m es la pendiente de la recta. Si ),( 111 yxP y 222 , yxP entonces la pendiente de 21PP es: 12 12 xx yy m La pendiente es la inclinación de la recta con respecto al eje de las abscisas (eje x). Si m es positivo (m ˃ 0), la función es creciente y el ángulo que forma la recta con la parte positiva del eje OX es agudo. Si m es negativo (m < 0), la función es decreciente y el ángulo que forma la recta con la parte positiva del eje OX es obtuso. MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 60 Una función es creciente en un intervalo cuando al aumentar la variable independiente 𝑥 en ese intervalo aumenta también la variable dependiente 𝑦. Una función es decreciente en un intervalo cuando al aumentar la variable independiente 𝑥 en ese intervalo disminuye la variable dependiente 𝑦. Una función y = f(x) tiene un máximo relativo en un punto “𝑎” de su dominio si el valor de la función en ese punto, f(a), es mayor que los valores que toma la función en los puntos próximos a “𝑎”. Una función y = f(x) tiene un mínimo relativo en un punto “a” de su dominio si el valor de la función en ese punto, f(a), es menor que los valores que toma la función en los puntos próximos a “𝑎”. Ejemplo a) Graficar la función 𝑦 = 𝑓(𝑥) = 3𝑥 Para ello debemos construir una tabla de valores que relacione las variables independiente y dependiente. X 1 2 Y 3 6 𝑫𝒐𝒎 𝒇(𝒙) = ℝ 𝑹𝒂𝒏𝒈 𝒇(𝒙) = ℝ MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 61 b) Graficar la función 𝑦 = 𝑓(𝑥) = −2𝑥 Función afín a la lineal La función afín es del tipo: nmxy ; donde m es la pendiente o inclinación de la recta y n es la ordenada en el origen y nos indica el punto de corte de la recta con el eje de las ordenadas (eje y) Ejemplo a) Graficar la función 𝑦 = 𝑓(𝑥) = 2𝑥 − 3 X −2 1 Y 4 −2 X 1 2 Y −1 1 𝑫𝒐𝒎 𝒇(𝒙) = ℝ 𝑹𝒂𝒏𝒈 𝒇(𝒙) = ℝ MATEMÁTICA I Nesly Laguna – Mayling Zamora 62 b) Graficar la función 𝑦 = −4𝑥 + 2 Función constante Un caso especial de y f (x) mx b se obtiene cuando m = 0. Entonces 𝒚 = 𝟎(𝒙) + 𝒃 o bien 𝒚 = 𝒃 X 0 1 Y 2 −2 𝑫 = ℝ 𝑹 = ℝ Esta gráfica la construimos buscando interceptos con los ejes X e Y 𝑥 = 0 ⟹ 𝑦 = 𝑓(0) = −4(0) + 2 𝑦 = 2 𝑦 = 0 ⟹ −4𝑥 + 2 = 0 −4𝑥 = −2 𝑥 = 0.5 Esta gráfica la construimos buscando interceptos con los ejes X e Y 𝑥 = 0 ⟹ 𝑦 = 𝑓(0) = 2(0) − 3
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