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INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Objetivos Bloque 1: Números - Recordar y aplicar en casos concretos, las propiedades de las operaciones con números naturales, enteros y racionales. - Mejorar las técnicas de resolución de problemas aritméticos. - Recordar las relaciones entre las expresiones fraccionaria y decimal de un número. - Mejorar el conocimiento de las posibilidades prácticas de la calculadora y utilizarla como medio de indagación de propiedades numéricas. - Identificar números irracionales. - Adquirir destreza en el manejo de números reales. Bloque 2: Álgebra - Mejorar el trabajo operativo con expresiones algebraicas a partir del conocimiento de los distintos conjuntos numéricos. - Resolver ecuaciones. - Mejorar las técnicas de resolución de problemas. - Adquirir destreza en el manejo de expresiones algebraicas. - Descomponer polinomios en factores, en casos sencillos. Bloque 3: Funciones - Recordar la idea de función y manejar su terminología básica. - Reconocer y designar los aspectos más importantes de una función (crecimiento, continuidad, máximos y mínimos). - Interpretar funciones a partir de sus gráficas y graficar funciones descriptas por un enunciado. - Relacionar gráficas y expresiones analíticas de funciones. Objetivos INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Cronograma de actividades Las horas presenciales se distribuirán en 8(ocho) encuentros de 2 horas cada uno, a desarrollarse en las tres semanas previas al inicio del primer cuatrimestre. Un cronograma tentativo de los encuentros previstos es el siguiente: Fecha 15/02 al 17/02 20/02/17 22/02/17 Bloque 24/02/17 2 27/02/17 01/03/17 03/03/17 2 2 3 06/03/17 3 08/03/17 10/03/17 3 1a3 1 1 Carga Horaria: 16hs. Cronograma Contenidos – Actividades Actividades y tareas en el curso online, ambientación. Números naturales, enteros y racionales – Operaciones. Números reales. Propiedades y operaciones. Introducción al álgebra. Identidades. Expresiones algebraicas. Polinomios. Operaciones. Factorización. Ecuaciones e Inecuaciones. Sistemas de ecuaciones. Función. Interpretación de gráficas, dominio, caracterización. Notación, distintas expresiones, valor numérico de una función. Función lineal y cuadrática. Evaluación online. INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 BLOQUE 1: Números Objetivos - - Recordar y aplicar en casos concretos, las propiedades de las operaciones con números naturales, enteros y racionales. Mejorar las técnicas de resolución de problemas aritméticos. Recordar las relaciones entre las expresiones fraccionaria y decimal de un número. Identificar números irracionales. Adquirir destreza en el manejo de números reales. Santa Rosa es la capital de La Pampa y la ciudad cabecera del Departamento Capital. Constituida por 62 barrios, está situada geográficamente en el centro del país, en un contexto de transición, entre la estepa templada y estepa seca (la pampa seca y la pampa húmeda). Contaba en el año 2001 con un área metropolitana de 102399 habitantes, siendo 94340 habitantes de la capital provincial y de Toay, los 8059 habitantes restantes, lo que hace a esta área es la 26º aglomeración de la Argentina, según el censo nacional del 2001. El censo 2010 arrojó 124101 habitantes para el conglomerado gran Santa Rosa compuesto por su ciudad satélite Toay y alrededores. La ciudad ocupa parte de una cuenca centrípeta que tiene su nivel de base en la Laguna Don Tomás, hacia donde drenan las aguas pluviales del área circundante. La superficie edificada se extiende al oeste de la misma, en terrenos ondulados donde las mayores alturas se encuentran en el este, con dos pequeñas mesetas ubicadas a 200 msnm. Este borde elevado se observa también al norte, con alturas de hasta 195 msnm. Desde aquí el relieve desciende hacia el oeste y el sur, con pendientes que en algunos sectores son pronunciadas, ya que superan el 3%. El sector sudoeste es la zona más baja y menos ondulada, descendiendo a 167 msnm. El clima pampeano es templado con un promedio en enero de 24 °C con máximas absolutas de hasta 31 °C y una media de 3 °C en julio; si bien puede bajar hasta -8 °C. Las precipitaciones anuales son 685,8 mm. La temperatura media anual es de 13 °C y la humedad relativa promedio anual es de 68 %. En este texto tomado de Wikipedia (2015), se hace referencia a cantidades numéricas expresadas de distintas maneras. Es fácil observar que los números aparecen naturalmente en diferentes actividades de nuestra vida cotidiana. En este primer bloque analizaremos los distintos conjuntos numéricos que se presentan en la matemática elemental. Bloque 1: NÚMEROS Pág. 1 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Problema: Este es el suelo de una habitación: - - - ¿Cuántas baldosas enteras hay? Cada baldosa mide 33cm de lado, si las que acabas de contar las pusieras en fila, una detrás de otra, ¿qué longitud se alcanzaría? ¿Qué dimensiones tiene el suelo de la habitación? (No olvides los trozos de baldosas cortadas en el borde, para una mejor aproximación). ¿Cuál es la superficie del suelo? Si la altura de la habitación es 2,60m., ¿cuál es su volumen? ¿Cuánto costaría pintar las paredes y el techo a $35 cada m2? ¿Cuántos cuadrados se pueden señalar a partir de los vértices de las baldosas? (utilizamos sólo una porción del suelo, ya que en el total sería una cantidad enorme). En general: Números para contar Contamos cantidad de estudiantes en una clase, cantidad de días que faltan para el invierno, el número de habitantes de una ciudad, entre otros… Los números utilizados para contar la cantidad de elementos de un conjunto no vacío son los números naturales. Los números naturales son infinitos y el conjunto de todos ellos se representa con la letra N. A veces, para contar, se requieren cantidades negativas: para nosotros, el año -320 es el año 320 antes de Cristo; un saldo en la cuenta del banco de -580 indica que se deben 580 pesos, etc. Los números enteros negativos junto con los números naturales y el 0 forman el conjunto de los números enteros. Dicho conjunto se representa con la letra Z. Bloque 1: NÚMEROS Pág. 2 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Números para expresar medidas Medir es relacionar dos magnitudes del mismo tipo. Si decimos que el volumen de la Luna es 1 el de la Tierra, estamos midiendo la Luna tomando como unidad el volumen de la Tierra. 50 El resultado de una medición no suele ser un número entero. Por eso, para expresar medidas, se requiere un tipo de números que admita “trozos de unidad”: los números racionales. Por ejemplo, “Las precipitaciones anuales son 685,8mm…”, “La superficie de la habitación es de 25,6m2…”, “Le ha correspondido los 2 5 de la herencia…”, “Tiene una temperatura de 37,6ºC…”, son medidas expresadas con números racionales. También los números enteros son racionales, “La superficie de cada baldosa es de 1089cm2…”, “El agua hierve a 100 ºC…” son medidas expresadas con números enteros. Números para calcular Los números, además de utilizarse para expresar cantidades y medidas, también sirven para operar con ellos; es decir para calcular ciertas cantidades a partir de otras conocidas, ésta es la mayor de sus ventajas. El estudio de las propiedades de las operaciones con números aporta métodos de cálculo más cómodos y eficaces. Este es el motivo por el que se le dedica tanta atención y trabajo. En este tema vamos a repasar propiedades numéricas, seguramente conocidas, con el objeto de mejorar destrezas en el campo numérico. NÚMEROS NATURALES Los números naturales son, como ya se sabe, 1, 2, 3, …, 10, 11, …, 100, 101, … infinitos. Están ordenados, lo cual nos permite representarlos sobre una recta del modo siguiente: El origen, es el número 0 que también puede ser incluido entre los números naturales, en ese caso, el conjunto de los números naturales con el 0 se denota N 0 . Los naturales se pueden sumar y multiplicar y el resultado de esas operaciones es, también, un número natural. Sin embargo no ocurre lo mismo con la resta y con la división. Bloque 1: NÚMEROS Pág. 3 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Propiedades de la suma y de la multiplicación La suma y el producto de números naturales son asociativas, conmutativas y tienen elemento neutro. Además, el producto es distributivo respecto de la suma. Propiedad Suma Producto Asociativa a b c a b c a b c a b c Conmutativa ab ba a b b a Existencia de elemento neutro a0a a 1 a Distributiva del producto respecto de la suma a b c a b a c Ejemplos y reglas prácticas Gracias a las propiedades asociativa y conmutativa podemos efectuar largas sumas con facilidad, modificando el orden y asociando los sumandos según convenga. Por ejemplo en la suma 40 18 60 , notamos que 40 60 100 y procedemos mentalmente de la siguiente manera: 40 18 60 40 60 18 118 . La propiedad distributiva permite, según convenga, realizar diversas estrategias: - Sacar factor común: - Agrupar términos semejantes: - Eliminar paréntesis: 23 4 23 6 23 12 23 4 6 12 23 22 3x 4 y 11x 9 z 5 y 3 11 x 4 5 y 9 z 14 x 9 y 9 z 4 3 2 x 5 x 2 4 3 4 2 x 4 5 x 2 12 8 x 20 x 2 Jerarquía de operaciones y uso de paréntesis Es importante recordar que, en las expresiones a b c y a b c , la multiplicación se ejecuta antes que la suma. Cuando queremos dar prioridad a la suma es necesario indicarlo con un paréntesis, por ejemplo: a b c ó a b c . Bloque 1: NÚMEROS Pág. 4 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Actividad: Escribir un ejemplo numérico de cada una de las propiedades y verificar que se cumple la igualdad en cada uno de esos casos concretos. Otras operaciones División La idea de división de números naturales es la de reparto. La división 100 5 20 se interpreta como un reparto de 100 elementos (dividendo) entre 5 partes (divisor), de manera que a cada parte le corresponden 20 (cociente). Cuando con el reparto terminamos con todos los elementos disponibles, como es este caso, la división se llama “exacta”. Cuando no es posible un reparto exacto y sobran algunos elementos, la división se llama “entera”. En ella, además de un cociente, se obtiene un resto. Por ejemplo, al repartir 100 entre 7, obtenemos de cociente 14 (a cada parte le corresponden 14 elementos) y de resto 2 (quedan 2 elementos sin repartir). Potenciación Una potencia de números naturales es, en definitiva, una multiplicación reiterada. Por ejemplo, 2 5 2 2 2 2 2 . Algunas de las propiedades de la potenciación se obtienen sencillamente a partir de la definición dada. n 1) m a ⋅a =a⋅a⋅…⋅a⋅a⋅a⋅…⋅a =a⋅a⋅a⋅…⋅a =a m veces n veces m+ n m+ n veces 2) a n b n a b n 3) a m a mn n Actividad: Justificar 2) y 3) mediante un método similar al utilizado en 1). Bloque 1: NÚMEROS Pág. 5 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Radicación Las raíces cuadradas, cúbicas, cuartas, etc, se conciben, en cierta forma, como una manera diferente de expresar resultados de potencias. 16 4 porque 4 2 16 ; 3 216 6 porque 6 3 216 ; 4 625 5 porque 5 4 625 . Cuando un número no es un cuadrado exacto su raíz cuadrada carece de sentido si nos movemos dentro de los números naturales. Análogamente diríamos de las raíces cúbicas, cuartas, etc. Actividad: 1) Quitar paréntesis y reducir: a) x 3 c) 3 x 3 x 3 x b) x y z 4 4 d) 2a 2 b 3 e) a 3 a 2 a 2 5 2) Calcular: a) 33 23 53 b) 2 3 2 2 c) 2 3 d) 3 3372 e) 6 1000000 NÚMEROS ENTEROS Una importante deficiencia de los números naturales es que no es posible restar ni dividir con ellos con la certeza de obtener otro número natural, salvo en algunos casos. Por esta razón se define el conjunto de los números enteros. Este conjunto se representa por Z e incluye a los números naturales y a “sus negativos”. Con ellos, además de sumar y multiplicar, se puede restar con la seguridad de que el resultado siempre será un número entero. Los números enteros se pueden representar sobre una recta del siguiente modo: Esta forma de representarlos en la recta supone el siguiente criterio de ordenación: Los naturales, es decir el cero y los enteros positivos, ya están ordenados. Todos los números naturales son mayores que los enteros negativos. Si un número natural, Bloque 1: NÚMEROS a , es menor que otro, b , entonces a es mayor que b. Pág. 6 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Valor absoluto de un número entero El valor absoluto de un número es la magnitud del mismo si prescindimos de su signo. Se escribe: x y se define del siguiente modo: El valor absoluto de un número natural es él mismo: El valor b b; absoluto 3 3; de un número a a; 5 5; negativo es 0 0 su opuesto: 15 15 . Gráficamente, la idea de valor absoluto de un número es la de su distancia al 0. 4 4 3 3 Propiedades de las operaciones con números enteros El conjunto de los números enteros se ha construido de tal modo que se conserven todas las propiedades de los números naturales y, además, tengan una nueva: Todo número entero tiene un opuesto que, sumado con él, resulta 0, a a 0 . Esta propiedad es la que hace que la resta entre enteros siempre sea posible, pues restar un número entero es sumar su opuesto: a b a b . Propiedad Suma Producto Asociativa a b c a b c a b c a b c Conmutativa ab ba a b b a Existencia de elemento neutro Es el 0, pues a 0 a Es el 1, pues a 1 a Existencia de elemento simétrico El opuesto de a es –a No tiene pues a a 0 Distributiva del producto respecto de la suma a b c a b a c Bloque 1: NÚMEROS Pág. 7 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Ejemplos y reglas prácticas Recordemos algunas reglas para operar con números enteros: Para sumar números positivos y negativos, agrupamos unos y otros, restamos los resultados y ponemos el signo del que tenga mayor valor absoluto, por ejemplo: 7 5 11 15 17 3 7 15 3 5 11 17 25 33 8 Si un paréntesis va precedido del signo menos, se puede suprimir cambiando el signo de todos los sumandos que haya dentro. Por ejemplo: 3 5 8 4 13 6 11 3 3 5 8 4 13 6 11 3 3 8 13 11 3 5 4 6 38 15 23 En la multiplicación de números enteros, se verifica la “regla de los signos”. Signos que se multiplican Signo del resultado Ejemplo 5 7 35 4 3 12 5 4 20 5 3 15 Preguntas: ¿Existe un número entero que sea mayor o igual que todos los demás?, ¿y menor o igual que todos los demás? ¿Cuántos números enteros existen entre los números consecutivos 3 y 4?, ¿y entre -7 y -6?, ¿y entre n y n+1? ¿Cuántos números enteros existen entre 3 y 10?, ¿y entre -3 y 8?, ¿y entre 22 y 56?, ¿y entre -15 y 31? ¿es posible calcular la cantidad de números enteros entre dos números enteros dados a y b? Actividad: Efectuar las siguientes operaciones: 1) 3 2 8 4 1 Bloque 1: NÚMEROS Pág. 8 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 2) 10 2 7 20 4 5 5 3) 32 4 2 8 2 5 4) 4 2 2 1 8 2 2 25 NÚMEROS RACIONALES Números fraccionarios Para medir suele ser necesario fraccionar la unidad. De aquí surge la idea de número fraccionario: la mitad, la quinta parte, la milésima parte…de la unidad. Las fracciones son las expresiones numéricas de los números fraccionarios. Son números fraccionarios: 1 3 4 1 125 ; ; ; ; 2 5 7 100 1000 En todas estas fracciones el numerador es menor que el denominador y, por tanto, son partes de la unidad. También son fraccionarios los números 7 1 23 3 3 ; 4 . Cada uno de ellos se compone 2 2 5 5 de varias unidades enteras más una fracción de la unidad. Asimismo son fraccionarios los números representados por fracciones negativas. El conjunto de los números racionales El conjunto formado por los números enteros y todos los fraccionarios se llama conjunto de los números racionales y se designa por Q. Todos los números racionales se pueden expresar como fracciones, es decir, como cociente de dos números enteros: los fraccionarios ya vienen dados así y los enteros pueden escribirse con denominador unidad. Ahora bien, cada número racional se puede expresar mediante muchas (infinitas) fracciones: 3 6 9 De ahí la importancia de establecer un criterio que permita reconocer 5 10 15 cuándo dos fracciones representan al mismo número racional. Bloque 1: NÚMEROS Pág. 9 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Simplificación de fracciones Si el numerador y el denominador de una fracción se pueden dividir por un mismo número, al hacerlo se dice que se ha “simplificado” o “reducido” la fracción. La nueva fracción obtenida se dice que es equivalente a la primera, pues ambas representan al mismo número racional. Por ejemplo: 15 3 ; 25 5 8 4 2 2 ; 12 6 3 3 3000 2 4500 3 Cuando una fracción no se puede reducir más, diremos que es una fracción irreducible. Se dice que dos fracciones son equivalentes cuando ambas se simplifican dando lugar a la misma fracción irreducible, dicha fracción irreducible se toma como expresión habitual del correspondiente número racional. Por ejemplo, como 15 3 63 3 , las fracciones y 25 5 105 5 15 63 y son equivalentes y representan al mismo número racional que, habitualmente, 105 25 se designa mediante la fracción 3 . 5 Comparación de fracciones Si dos fracciones tienen distinto denominador son difíciles de comparar, por eso, para comparar fracciones es conveniente reducirlas a un denominador común, es decir, buscar fracciones respectivamente equivalentes a ellas y que tengan el mismo denominador. Este denominador común debe ser un múltiplo común de los denominadores de partida, preferiblemente el mínimo común múltiplo de ellas. Por ejemplo, para comparar 5 4 3 ; y , como el mínimo común múltiplo de los 6 5 4 denominadores es 60, es conveniente buscar fracciones equivalentes a ellas con este denominador. 60 6 10 5 5 10 50 6 6 10 60 60 5 12 4 4 12 48 5 5 12 60 60 4 15 3 3 15 45 4 4 15 60 Ahora que tienen el mismo denominador basta comparar los numeradores y Bloque 1: NÚMEROS 5 4 3 . 6 5 4 Pág. 10 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Actividad: 1. Comparar mentalmente cada pareja de racionales: a) 3 4 y 4 3 b) 6 7 y 8 8 c) 1 y 2. Ordenar de mayor a menor: 6 5 d) 3 6 y 5 10 e) 3 y 11 2 7 4 5 3 13 ; ; : ; . 12 6 9 4 18 Representación en la recta Los números fraccionarios pueden ser representados en la recta junto a los enteros: 1 5 10 3 23 3 1 4 2 tendrían todos 3 de este modo se los números7racionales.7 Éstos se aglomeran 5 en la 5 recta de tal manera que, entre cada dos de ellos, hay otros infinitos. Pero, a pesar de tal aglomeración, en la recta aún caben infinitos números no racionales, como se verá a continuación. Actividad: ¿Cuáles son los números racionales a, b, c y d representados en la siguiente construcción? a b c d Preguntas: 1) ¿Existe un número racional que sea menor o igual que todos los demás?, ¿y mayor o igual que todos los demás? 2) Es posible hallar un número racional entre y 2 4 2 3 7 y ?, ¿y entre y ?, ¿y entre 5 5 3 3 7 8 ?. ¿Puede hallarse más de un número racional con esta propiedad?, ¿qué se 3 concluye? Bloque 1: NÚMEROS Pág. 11 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Suma de números racionales Recordemos que los números racionales se pueden representar mediante fracciones. Sumar fracciones con el mismo denominador es una tarea muy fácil: se suman sus numeradores y se mantiene el denominador. Para sumar fracciones con distinto denominador es suficiente transformarlas en fracciones equivalentes con el mismo denominador. Por ejemplo: 3 4 5 45 48 50 45 48 50 143 4 5 6 60 60 60 60 60 2 2 15 17 5 3 3 3 3 Puesto que una vez reducidas a un denominador común, la suma de fracciones se limita a la suma de sus numeradores (números enteros), las propiedades de la suma de números racionales son las mismas que las de la suma de enteros. Actividad: Enunciar las propiedades de la suma de números racionales y comprobarlas en algunos casos concretos. Producto de números racionales La cuarta parte de la tercera parte de algo es su doceava parte: 1 1 1 3 4 12 Razonando de manera análoga se puede ver que 2 5 2 5 10 . 3 4 3 4 12 El producto de dos fracciones es otra fracción cuyo denominador es el producto de sus denominadores y cuyo numerador es el producto de sus numeradores: a c ac . b d bd El producto de números racionales tiene todas las propiedades del producto de números enteros y una nueva: Bloque 1: NÚMEROS Pág. 12 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA Todo número racional 2017 a b a b , salvo el 0, tiene un inverso tal que: 1 . b a b a La existencia de inverso permite dividir fracciones: a c a d ad b d b c bc El cociente de dos fracciones es el producto de la primera por la inversa de la segunda. Actividad: 1) Enunciar las propiedades asociativa, conmutativa y distributiva para el producto de números racionales y comprobarlas en algunos a casos concretos. 2) Identificar las propiedades que se aplican al efectuar las siguientes simplificaciones: 14 2 30 14 30 2 20 2 8 3 5 7 3 7 5 1 5 Potenciación Ahora que el cociente de dos números enteros, a , tiene sentido como número racional, es b posible ampliar las propiedades de las potencias cuando el exponente es un número natural positivo. Propiedades de las potencias con exponente entero positivo Si m y n son números naturales distintos de 0, se verifica que: 1. a m a n a mn m 4. Si m n, a n a mn a 2. a n b n a b n 3. a m n a mn Bloque 1: NÚMEROS n 5. a b an bn Pág. 13 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Actividad: Justificar las propiedades 4 y 5. Observación: Si la propiedad 4 fuera válida, no sólo cuando m n , sino también cuando m n , se tendrían los siguientes resultados que nos sirven para definir potencias de números enteros: an an nn 0 a a 1 entonces a 0 1 . y como an an Si m n, 1 a0 a0 n a n . an an Definición de potencia con exponente entero Si a 0 y n es un número entero, definimos a n : a⋅a⋅…⋅a Si n 0 , Si n 0 , a 0 1 . n veces y an 1 . an Productos notables Algunas relaciones se usan frecuentemente en cálculos numéricos y algebraicos, por ese motivo las mencionamos y ejercitamos. a b 2 a 2 2ab b 2 (cuadrado de una suma) a b a b a 2 b2 (suma por diferencia) Ejemplos: 2 2 1) a 3 a 6a 9 2) a 52 a 52 a 2 10a 25 2 3) a 3 a 3 a 9 Bloque 1: NÚMEROS Pág. 14 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 2 9 3 3 3 2 2 4) 4 x 4 2 x 2 2 x 2 2 x 2 2 b2 b b b 100 4b 10 2 2 10 10 5) 25 5 5 5 2 Es importante recordar que no es conveniente aplicar estas relaciones cuando la operación que hay dentro del paréntesis se puede realizar. Por ejemplo: 2 2 7 2 9 2 81 2 x 49 2 7 x 3x x 2 4 2 ; Actividad: 1) Suprimir paréntesis: b a) a 2 2 2 b) 1 3 2 2 c) 3 x 4 x 1 x 1 d) 3 2 3 2 2) Expresar como producto: 2 2 a) 4a 12ab 9b d) 4x 2 1 25 9 9x2 1 c) 16 2 b) t 6t 9 1 12 e) y 2 y 36 1 2 f) x 2 x 2 3) Descomponer en factores el numerador y denominador y, si es posible, simplificar: 10ab 5ac a) 14b 2 7bc x2 y2 b) x 2 2 xy y 2 12a 2 3 c) 24a 2 24a 6 4 9m 2 d) 10 15m Expresión decimal de un número racional Todo número racional puede expresarse como un número decimal exacto o periódico. Ejemplos: 1 0,5 2 Bloque 1: NÚMEROS es decimal exacto Pág. 15 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 1 0,3333... 0,3̂ 3 es periódico puro, cuyo período es 3 74 6,727272... 6, 72 11 es periódico puro, período 72 19 3,1666666... 3,16̂ 6 es periódico mixto, cuya parte decimal tiene una cifra no periódica que es 1 y otra periódica que es 6 Para comparar números racionales suele utilizarse, por comodidad, su expresión decimal. Sin embargo, cuando se trata de expresiones periódicas, es conveniente utilizar fracciones para evitar el redondeo y lograr una mayor exactitud. Para pasar de la expresión fraccionaria a la expresión decimal es suficiente con realizar la división de numerador y denominador. Para convertir una expresión decimal en una fracción será necesario considerar algunas reglas prácticas que se resumen en el siguiente cuadro: Expresión Regla (para decimales con parte entera 0) En el numerador se colocan todas las cifras Decimal Exacta y en el denominador se coloca 1 seguido de tantos ceros como cifras tenga la parte Ejemplos generales 0,25 25 100 2,367 = 2+ 367 2367 = 1000 1000 decimal. En el numerador se colocan todas las cifras Decimal Periódica Pura y en el denominador se colocan tantos nueves como cifras tenga la parte periódica. 42 99 5 32 3,555... 3 9 9 0,424242... En el numerador se coloca la diferencia entre la parte decimal y la parte decimal no Mixta periódica. En el denominador se colocan 0,75252... 752 7 745 990 990 tantos nueves como cifras tenga la parte 1,17444... 1 174 17 1057 900 900 periódica seguidos de tantos ceros como cifras tenga la parte no periódica. Bloque 1: NÚMEROS Pág. 16 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Actividad: 1) Justificar las reglas dadas en el cuadro anterior. El ejemplo siguiente puede orientar el trabajo: 52 745 745 0,75252... 7,5252... 10 7 10 10 99 99 990 2) Calcular mentalmente un número decimal equivalente a cada una de las siguientes fracciones: 1 3 2 1 1 3 ; ; ; ; ; 2 4 5 4 5 2 3) Si es posible, expresar cada uno de los siguientes números decimales en una fracción: 25,8̂ 4,25 3,030030003 0,001̂ 3, 58 NÚMEROS REALES Números irracionales El número decimal 37,51551555155551... no es exacto ni periódico. No se puede poner en forma de fracción y, por tanto, no es un número racional. Lo mismo sucede con las expresiones decimales de números a los cuales se los denomina irracionales. El número 2, 3 , entre otros muchos El número es muy conocido y se utiliza para calcular la longitud de una circunferencia o la superficie de un círculo conociendo su radio. La expresión que de él se suele utilizar en la escuela elemental es 3,14 ó 3,1416 lo cual es razonable ya que son buenas aproximaciones de . Sin embargo es un número irracional y, por tanto, su expresión decimal es infinita: 3,1415926535... Los griegos, que en un principio creyeron que era racional, sospecharon más tarde que podía no serlo. Sin embargo fue en el siglo XVIII cuando se consiguió probar su irracionalidad. Radicales La raíz cuadrada de un número natural, si no es entera, es irracional. Otro tanto ocurre con las raíces de índice superior. Por tanto, son irracionales los siguientes números: Bloque 1: NÚMEROS 2, 3 , 5, Pág. 17 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 …, 3 2 , 4 2 , 5 2 , …, n k , salvo que k sea una potencia n-ésima exacta. También son irracionales, por ejemplo, la suma o diferencia entre radicales: 5 3 , la suma de un entero y un radical: 5 5 , entre muchísimos otros casos. Los números reales El conjunto formado por los números racionales y los números irracionales se llama conjunto de números reales y se designa por R. Es decir que todos los números considerados hasta el momento son números reales. Con los números reales se pueden realizar las mismas operaciones que se hacen con los racionales: suma, resta, multiplicación y división (exceptuando al cero como divisor) y estas operaciones tienen las mismas propiedades en R que en Q. Con los números reales se pueden extraer raíces de cualquier índice (salvo raíces de índice par de números negativos) y el resultado sigue siendo un número real. Eso no ocurre con los números racionales. Pero la principal mejora que aportan los reales es que “llenan la recta”. Sabemos que los números racionales se ubican en la recta de manera que en cualquier tramo de ella hay infinitos racionales, sin embargo, aún quedan “huecos” que se completan con los números irracionales. Para representar un número irracional en la recta se utiliza el Teorema de Pitágoras. En la figura se observa la representación de los irracionales 2 en el punto D y 10 en H. En el primer caso, se considera el triángulo rectángulo isósceles cuyos catetos miden 1, por el teorema de Pitágoras: 12 12 hipotenusa 2 , por lo cual la hipotenusa mide 2 y, utilizando el compás se traza esa medida en la recta. De manera análoga se traza 10 , utilizando catetos de medida 3 y 1. Actividad: Escribir un número racional y otro irracional comprendidos entre M y N indicados, en cada caso: a) M Bloque 1: NÚMEROS 1 1 , N 2 3 Pág. 18 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 b) M 0,234 , N 0,235 c) M 0, 31 , N 0, 32 Propiedades de los radicales Se indican algunas propiedades útiles para operar con radicales, las mismas son consecuencia inmediata de conocidas propiedades de las potencias. 1) np 2) n ap n a n 3) n n ab a b a b n n a b 4) a 5) m n n p n ap a m n a Observación: La raíz enésima de un número se puede poner en forma de potencia: n a a 1 n pues a n n a y 1n a n n an a. Ejemplos de aplicación: Para comparar índice. Esto es, deduce que 3 103 y 3 22 se trata de expresar ambos radicales con el mismo 103 32 1032 6 10609 y 22 23 223 6 10648 ; de donde se 22 3 103 . Para extraer factores fuera de la raíz: 3 32 3 8 4 3 8 3 4 23 4 o bien para juntar varios radicales en uno solo: 5 2 10 . Para realizar sumas de radicales: 8 18 4 2500 23 32 2 4 54 22 22 2 32 2 4 54 4 22 2 2 3 2 5 22 22 2 2 3 2 5 2 10 2 Bloque 1: NÚMEROS Pág. 19 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Actividad: 1) ¿Cuál es mayor, 2) Simplificar 10 4 31 o 3 13 ? a 4 b 6 28 3) Resolver: a) 5 x 2 x c) e) 50a d) 18a 27 18 2 g) 4 4 8 6 8 4 64 Bloque 1: NÚMEROS b) x f) 27 50 12 8 125 180 3 5 7 75 8 98 3 2 9 2 Pág. 20 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 BLOQUE 1: Números. Trabajo Práctico 1. Calcular: a) 5 3 2 4 6 3 6 4 b) 5 8 2 3 4 6 2 7 h) 2 4 2 6 7 4 3 8 5 8 5 i) 23 d) 24 2 2 : 43 j) 2 3 a 2 b c e) ab 3 c k) 2 3 3 10 m) 127 c) 2 f) l) 2 10 116 g) 2 4 2. Describir con claridad la diferencia entre estas dos expresiones: abc y a b c 3. Calcular mentalmente: a) e) 12% de mil 4 de 21 3 f) 5 b) de 10 2 c) 2 de una hora 3 g) 2,35 100 3 de 1 millón 10 h) 0,2 4 i) 4 d) de cien mil 20 0,13 4. Calcular el punto medio entre cada uno de estos pares de números racionales: a) 0 y 1 b) 1 y1 2 c) 1 3 y 2 4 d) 1 5 y 2 8 Representar esos números en la recta numérica. 5. Escribir un número que esté comprendido entre cada par de decimales: a) 0,6 y 0,8 e) 2,346 y 2,348 b) 0,7 y 0,8 f) 3,459 y 3,46 c) 1 y 0,9 g) 3,21 y 3,2101 d) 1 y 0,99 h) 3,045 y 3,0045 Bloque 1: NÚMEROS. Trabajo Práctico Pág. 1 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 6. Ordenar de menor a mayor los siguientes números decimales: 2,090; 2,1; 2,091; 2,0901; 2,092; 3,001; 3,009; 3,09; 3,0012 7. Un auto consume 9,3 litros de nafta cada 100km recorridos, si recorre 450km, ¿cuántos litros de nafta gasta?, ¿cuánto cuesta el viaje a $15,77 por litro? 8. El 50% de una cantidad equivale a 1 de la misma, ¿qué fracción equivale al …? 2 a) 75% c) 30% e) 150% g) 220% b) 25% d) 16% f) 8,5% h) 85% 9. ¿Cuántos números de tres cifras decimales hay entre 0,25 y 0,29 ? 10. Si se desea calcular el 14% de una determinada cantidad, ¿qué operación se debe realizar? Ejemplificar y enunciar un procedimiento. 11. Se consumieron los 2 1 de un tanque de agua y luego del total. ¿Qué parte se gastó y 3 5 qué parte queda aún sin consumir? 12. Un tambero decide repartir sus 39 vacas entre sus hijos, al mayor le dejará la mitad, al segundo 1 1 1 , al tercero , y al menor de sus vacas. ¿Cuántas le corresponden a cada 4 8 10 uno? a) ¿Tiene sentido el problema? b) Extraer conclusiones c) Redactar un problema modificando los datos de manera que tenga solución. 13. Ubicar el 0 en las siguientes rectas numéricas: a) b) c) Bloque 1: NÚMEROS. Trabajo Práctico Pág. 2 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 14. Escribir fracciones equivalentes a las dadas cuyo denominador sea 60. Analizar los inconvenientes que surjan. 1 4 9 3 13 4 7 9 ; ; ; ; ; ; ; 2 3 5 8 10 15 20 25 15. Resolver mentalmente trabajando con fracciones equivalentes con el mismo denominador. a) 1 b) 4 3 1 5 2 6 c) 3 2 2 4 5 d) 3 1 2 4 2 3 16. Efectuar las operaciones indicadas y simplificar: 1 4 x 16 x 5 2 a) b) e) 2 x 2 3 4 x4 3 y 2 y y y 2 2 3 c) 1 32 f) 3 0 3 x y d) 0 3 x y 4 3 5 1 25 7 4 1 1 a2 3 b2 x 12 1 b2 x 1 a b c a b c 5 2 2 5 74 3 32 5 a2 4 3 5 2 g) 6 3 3 2 8 3 5 17. Si x 0 e y 0 , determinar el signo del número real: a) x y b) x e) y x c) y x x2 y f) d) y-x x y g) xy xy 2 h) y(y-x) 18. Sustituir el símbolo por <, >, o = para que la expresión resulte verdadera: a) –7 e) 4 –4 b) / 2 0,8 f) 2 3 1,57 0,66666 g) 1 7 1 15 d) 11 0,143 h) 225 c) 0,09 2 1,4 19. Expresar el enunciado como una desigualdad: a) x es negativo d) El cociente de p y q es a lo sumo 7 b) y no es negativo e) El valor absoluto de x es mayor que 7 c) d está entre 4 y 2 f) b es positivo Bloque 1: NÚMEROS. Trabajo Práctico Pág. 3 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 g) s es no positivo i) p no es mayor que – 2 h) w es mayor o igual que – 4 j) El inverso multiplicativo de f es a lo sumo 14 20. Calcular en los casos que sea posible, las siguientes raíces: 144; 144; 3 216; 3 216; 400; 0,0025 21. Reducir los siguientes pares de radicales a un mismo índice: 2; a) 3 6 b) 3 5 ; 12 64 c) x; 4 x3 ; 3 x 22. Calcular: a) 4 3 24 3 34 3 b) 12 3 90 c) x 2 x 4 x d) 2 3 5 e) 2 3 3 4 4 f) 36 25 g) 5 Bloque 1: NÚMEROS. Trabajo Práctico 3 9 27 h) 2 x3 4 x i) 2 x 1 3 x 1 5 x 1 j) 4a 25a 16a Pág. 4 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 BLOQUE 2: Álgebra Objetivos - Mejorar el trabajo operativo con expresiones algebraicas a partir del conocimiento de los distintos conjuntos numéricos. - Resolver ecuaciones. - Mejorar las técnicas de resolución de problemas. - Adquirir destreza en el manejo de expresiones algebraicas. - Descomponer polinomios en factores, en casos sencillos. Tarea inicial: Asociar cada uno de los enunciados con la expresión algebraica que le corresponda: ENUNCIADOS EXPRESIONES a) El cuadrado de la suma de dos números es igual a la suma de sus cuadrados más el doble de su 1. n, n 1, n 1 producto. b) El producto de dos potencias de la misma base es x y z 2. igual a otra potencia que tiene la misma base que 3 5 8 las anteriores y cuyo exponente es igual a la suma de los exponentes de las potencias que se 3. V r 2 h multiplican. c) Un número entero, el anterior y el siguiente. 4. n n 1 n 2 87 d) Dos números pares consecutivos. 5. a b 2 a 2 b 2 2ab e) La suma de tres enteros consecutivos es 87. f) Las edades de dos hermanos difieren en 6 años y 6. e v t el año próximo el hermano mayor tendrá el doble de años que el menor. 7. a m a n a m n g) Las cantidades que se llevan tres socios son proporcionales a 3, 5 y 8. x y 6 8. h) El espacio recorrido por un móvil es igual a su x 1 2 y 1 velocidad por el tiempo que está en movimiento. i) El volumen de un cilindro es igual al producto de 9. 2n, 2n 2 por el cuadrado del radio de su base y por su altura. De las nueve expresiones algebraicas anteriores, hay dos que son ciertas para cualesquiera valores que demos a las letras. ¿Cuáles son? Bloque 2: ÁLGEBRA Pág. 1 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 En general: El álgebra consiste en el manejo de relaciones numéricas en las que una o más cantidades son desconocidas. Estas cantidades se llaman incógnitas, variables o indeterminadas, según diferentes casos y se representan por letras. Al traducir al lenguaje algebraico los términos de un cierto problema, se obtienen expresiones algebraicas como las de la tabla de arriba. Esas expresiones también pueden aparecer en distintos tipos de igualdades. A continuación revisaremos algunas. IDENTIDADES La expresión a b 2 a 2 b 2 2ab , utilizada con frecuencia, es una igualdad válida para cualesquiera que sean los valores numéricos que tomen a y b. Por eso es una identidad. También es una identidad: a n a m a n m Podemos comprobar la primera identidad para, por ejemplo, a 3, b 7 3 7 2 10 2 100 3 2 7 2 2 3 7 9 49 42 100 Y la segunda identidad para a 3, m 2, n 5 35 3 2 37 Entonces, una identidad es una igualdad algebraica cierta para valores cualesquiera de las letras que intervienen. Algunas identidades importantes: a b 2 a 2 b 2 2ab a 2 b 2 ( a b) ( a b) a n b n ( a b) n a (b c) a b a c Todas ellas son consecuencia inmediata de propiedades aritméticas. Actividad: Identificar y escribir las propiedades que dan sentido a las anteriores identidades (ver propiedades BLOQUE 1: NÚMEROS). Sólo por si ayuda para entender un poco más las identidades algebraicas te proponemos el siguiente ejemplo: Bloque 2: ÁLGEBRA Pág. 2 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Las identidades son útiles para transformar una expresión algebraica en otra más oportuna o más cómoda de manejar. Por ejemplo: ( x 5) 2 ( x 3) 2 ( x 2 25 10 x ) ( x 2 9 6 x ) 16 x 16 16 ( x 1) Cada una de las tres igualdades es una identidad: en la primera: ( x 5) 2 ( x 3) 2 ( x 2 25 10 x) ( x 2 9 6) hemos tenido en cuenta las expresiones del cuadrado de una suma y del cuadrado de una diferencia. en la segunda: ( x 2 25 10 x) ( x 2 9 6 x) 16 x 16 nos hemos limitado a simplificar (diferencia de dos polinomios). en la tercera: 16 x 16 16 ( x 1) hemos sacado factor común el número 16 (proceso inverso de la propiedad distributiva). Al final, la expresión obtenida es notablemente más sencilla y cómoda de manejar que la inicial, pero de idéntico valor matemático. Por eso podemos sustituir la primera expresión por la última y el cambio es ventajoso. Actividad: a) De las siguientes igualdades, ¿cuáles son identidades? i) a a a 3a v) 3a 15 3 (a 5) ii) x 2 x 27 vi) a a a 15 3 iii) x x x x vii) a 5 a 2a 5 x 3 3x 5 3 x 2 2x 1 viii) m 2 m 6 (m 2) ( m 3) x2 x2 b) Teniendo en cuenta que ( x 5) 2 ( x 3) 2 es una “diferencia de iv) cuadrados” intentar un camino diferente al de arriba para llegar, por medio de identidades, a 16 ( x 1) Bloque 2: ÁLGEBRA Pág. 3 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 c) Construir cuatro identidades igualando de a pares estas expresiones algebraicas 6b a5 3 ; ; a 2 1 ; 3b a a a ; a 1 a 1 a 2 2 a d) Al “sacar factor común” construimos una identidad. Trabajar con las siguientes expresiones (la primera se da resuelta como ejemplo) i) 3a 3b 3 a b ii) 2a 2 6a iii) x 2 x 3 iv) 12a 3b 2 8a 2b 4 v) a x 1 a x 1 vi) 3ax 3a 2bx 2b e) Recordar los productos notables y completar las siguientes identidades: i) 2x 1 2 iii) 3 m 3 m 2 1 ii) x x iv) 3x 2 y 2 vi) x 2 5 f) Utilizar una expresión algebraica para expresar la superficie de las zonas coloreadas en cada una de las tres figuras, a partir de las informaciones que se indican. Luego completar en cada caso una identidad. v) 3a 2b 3a 2b 2 g) En las actividades anteriores, en caso de resultar identidades, escribir/describir cuál/es son las propiedades aritméticas que le otorgan validez. (Revisar BLOQUE 1: NÚMEROS) FÓRMULAS La igualdad e v t que relaciona tres magnitudes físicas (espacio, velocidad y tiempo) la conocemos desde la Física. Algebraicamente, es una igualdad que relaciona tres variables. Si conociéramos el valor de dos de ellas, podemos averiguar el de la tercera. Bloque 2: ÁLGEBRA Pág. 4 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 La Geometría, por ejemplo, nos provee otras fórmulas como la del volumen de la esfera V 3 r3 4 ECUACIONES La expresión n n 1 n 2 87 sólo es cierta para n 28 , pero no para otros valores de n . Es una ecuación cuya solución es n 28 . Así, una ecuación más que una igualdad es una propuesta de igualdad. Cuando n vale 28, entonces es cierto que n n 1 n 2 87 . La solución de una ecuación es el valor de la incógnita (o los valores de las incógnitas) que hacen cierta la igualdad. Resolver una ecuación es hallar su conjunto solución (hallar su solución o soluciones o llegar a la conclusión que no tiene solución) Actividad: Resolver las siguientes ecuaciones, es decir, averiguar -para cada una de ellascuál es el valor de x que hace cierta la igualdad. Aunque ya conozca formas sistemáticas de resolver las ecuaciones (métodos para despejar x), sería muy bueno en este caso probar con algún método como: “a ojo”, esto es, anticipando la solución y comprobando que efectivamente lo es. “tanteando”, es decir, probando y aproximándose cada vez más a la solución. usando la calculadora, siempre que las cuentas realizadas vayan precedidas por la reflexión. Entonces, la consigna es, tantear para resolver: a) 3 x 7 73 g) ( x 3) ( x 2) (2 x 10) 0 1 1 1 x 3 6 b) 3 ( x 7) 240 h) x 11 4 c) d) ( x 1) 2 25 e) x 3 x 222 f) x 5 x 1000 i) 3 x 59049 j) 3 x 500 k) x x 823543 l) x x 100 Ecuaciones con varias incógnitas Hay ecuaciones en las que intervienen dos incógnitas como, por ejemplo, x 5 y 12 . Se trata de encontrar dos números, x e y , tales que x 5 y sea igual a 12. Los números x 7 e y 1 forman una solución pues 7 5 1 12 . Bloque 2: ÁLGEBRA Pág. 5 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA También son solución x 2 , y 2 ; x 3 , y 3 ; x 10 , y 2017 2 y otras muchas 5 (infinitas). Podemos encontrar, elaborar, resolver, ecuaciones con más de dos incógnitas; es decir, igualdades con varias letras cuyos valores necesitamos obtener para que se cumpla la igualdad. Las ecuaciones con varias incógnitas suelen tener infinitas soluciones. Actividad: a) Completar, en cada caso, los pares de valores ( x, y ) para que sean soluciones de la correspondiente ecuación: i) y 4 3 x x y 1 2 5 0 8 17 26 ii) 4 x 3 y x y 5 -1 3 1/2 19 67 49/16 b) Escribir una ecuación, de una sola variable, para cada uno de estos enunciados: i) Queremos que la expresión 3 x 2 x 7 valga 27. ¿Cuánto debe valer x? ii) Buscamos un número que sumado a su siguiente dé 243. ¿Qué número será? iii) Buscar un número que multiplicado por 2 y dividido por 5, dé 16. iv) Un número más su mitad valen 720. ¿De qué número se trata? v) La base de un rectángulo es 3cm más larga que su altura. El perímetro es 26 cm. ¿Cuál es la altura? TIPOS DE ECUACIONES A lo largo de todo el recorrido como estudiante en la carrera que estás iniciando y, seguramente después, te encontrarás con ecuaciones de todo tipo. Algunas queremos distinguirlas particularmente desde ahora. Una gran familia está constituida por las ecuaciones polinómicas. Aquí tienes algunas: 3 ( x 5) 2 x Bloque 2: ÁLGEBRA x3 7 ; x 2 5 2 ( x 3) 2 1 ; 2 x 3 5 x 2 ( x 1) 2 Pág. 6 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 De todas estas ecuaciones nos detendremos en la resolución de sólo algunas de ellas en esta etapa. Nos dedicaremos en el próximo apartado a la resolución por métodos sistemáticos de ecuaciones de primer grado y de segundo grado. Además de las ecuaciones polinómicas, como expresábamos, hay muchos otros tipos de ecuaciones: Por ejemplo: x 11 4 , o como con radicales: como la propuesta más arriba x5 x 2 1 x con la x como denominador: como la anteriormente propuesta 1 1 1 , o como x 3 6 1 3 2x 15 2 2 x 3 x 1 x 4x 3 con la x en el exponente: como en 3 x 500 o en x x 100 . En este tema trabajamos en la resolución de algunas de ellas por métodos sencillos, mediante los cuales, después de unos pasos, se llega a la solución. Sin embargo hay ecuaciones para las cuales no disponemos de tales métodos como, por ejemplo, las dos últimas. Pero sabemos que tanteando inteligentemente, con la ayuda de la calculadora, con algunas estrategias, podemos obtener su solución con tanta aproximación como queramos. ECUACIONES DE PRIMER GRADO Una ecuación de primer grado es una expresión del tipo ax b 0 , siendo a 0 , o bien es una expresión más compleja en la que, después de simplificar, se llega a la anterior. La característica fundamental de este tipo de ecuación es que la x sólo aparece elevada a la primera potencia. Por ejemplo: 3 x 7 73 ; x 5 / 2 7 ; 3 x 5 son ecuaciones de primer grado ( x 3) 2 36 ; 3x 5 x 1 2 3 5 x no son ecuaciones de primer grado x ; Soluciones de una ecuación de primer grado Una ecuación de primer grado tiene, necesariamente, una única solución: a 0 ; ax b 0 x b a A veces nos encontramos con expresiones que parecen ecuaciones de primer grado y que, sin embargo, no tienen solución o tienen infinitas soluciones. Por ejemplo: 3x 5 3 ( x 1) 3 x 5 3 x 3 0 x 8 Evidentemente no tiene solución Bloque 2: ÁLGEBRA Pág. 7 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 3 x 5 3 ( x 2) 1 3 x 5 3x 5 0 x 0 Tiene infinitas soluciones ya que 0 x 0 cualquiera sea el valor de x. Realmente no son ecuaciones pues carecen de término en x. No obstante, como antes de simplificar no sabemos cómo van a quedar, las trataremos como ecuaciones. Ecuaciones equivalentes En general, dos ecuaciones son equivalentes si tienen el mismo conjunto solución o ambas carecen de solución. Por ejemplo: 3 x 7 23 y 5 x 4 66 2 x son equivalentes porque ambas tienen como única solución x 10 Transformaciones que mantienen la equivalencia Resolver una ecuación es encontrar sus soluciones o averiguar que no tiene solución. para conseguirlo hemos de “despejar la x” mediante una serie de pasos que consisten en construir nuevas ecuaciones, equivalentes a la primera, y en cada paso la x esté más próxima a ser despejada. Esas transformaciones dan lugar a unas reglas prácticas: Transformación Sumar o restar la misma expresión en los dos miembros de la igualdad Multiplicar o dividir los dos miembros por el mismo número distinto de cero No supone transformación Regla Práctica Lo que está sumando pasa restando, y viceversa Lo que está multiplicando pasa dividiendo, y viceversa Efectuar en cada miembro las operaciones indicadas, quitar paréntesis, agrupar términos semejantes, etc. Éstas son reglas básicas para la resolución de ecuaciones de primer grado. Con ellas se puede llegar fácilmente a despejar la x y todas garantizan la equivalencia entre la ecuación de partida y la de llegada. Para resolver una ecuación de primer grado A veces las ecuaciones que hemos de resolver tienen un aspecto complicado. Por ejemplo: 3x 1 2 ( x 3) 4 x 2 5 20 5 15 ¿Qué podemos hacer para, de a poco, ir despejando la x ? Te proponemos una secuencia que puede resultarte útil (sólo es a modo orientativo) Bloque 2: ÁLGEBRA Pág. 8 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 1º 2º 3º 4º 5º 6º Quitar los denominadores, si los hay. Para ello se multiplican los dos miembros de la ecuación por un múltiplo común de los denominadores, preferiblemente por el mínimo común múltiplo. Quitar los paréntesis, si los hay. 2017 El mínimo común múltiplo de 20, 5 y 15 es 60. Multiplicando ambos miembros por 60, resulta: 3 (3x 1) 24 ( x 3) 4 ( 4 x 2) 300 9x-3-24x-72=16x+8-300 Pasar los términos en x a un miembro y los números al otro 9x-24x-16x=8-300+3+72 miembro Simplificar cada miembro Despejar la x Finalmente, comprobar la solución en cada miembro de la ecuación inicial 31x 217 x 217 7 31 3 7 1 2 (7 3) 1 4 3 20 5 47 2 5 2 5 3 15 coinciden Esta secuencia no hay que tomarla como algo rígido, habrá ecuaciones en que convenga empezar quitando paréntesis o simplificando... La práctica va ayudando a tomar decisiones acerca de cuándo conviene una cosa, cuándo conviene otra. Actividad: Para cada una de las siguientes ecuaciones, escribir otra equivalente, sin denominadores, y después resolver. a) b) c) d) x 2x x 10 15 5 x x x 3x 1 2 4 8 4 4 2 x 3 x 1 12 x 4 x 9 3 9 3 ( x 2) 3x 5 5 (4 x 1) 25 4 2 6 12 Bloque 2: ÁLGEBRA Pág. 9 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 ECUACIONES DE SEGUNDO GRADO La forma general de una ecuación de segundo grado es: ax 2 bx c 0 , siendo a 0 para resolver esta ecuación hemos de despejar la x , lo cual no parece una tarea nada fácil. Nos enfrentaremos con ella unas páginas más adelante. Hay ocasiones, sin embargo, en que las ecuaciones de segundo grado se nos presentan de modo que se pueden resolver con mucha facilidad. Observemos: 3.( x 5) 2 12 ( x 5) 2 4 x5 2 x 7 x 5 2 x 3 Como se ve, no se ha necesitado ninguna fórmula, ningún tratamiento específico, sino simplemente, aplicar las reglas conocidas. El único paso algo novedoso ha sido el que se expresaría así: “si el cuadrado de un número es 4, entonces ese número puede ser 2 ó -2”. Es muy interesante familiarizarse con modelos de ecuaciones de segundo grado que tienen un matiz que las hace especialmente asequibles. Antes de describir esos modelos, intentemos, con los recursos que disponemos hasta aquí, la resolución de las correspondientes ecuaciones. Actividad: Todas las ecuaciones de segundo grado que se proponen a continuación, pueden resolverse por métodos sencillos. Además, las soluciones de todas ellas son números enteros. Intentar resolverlas, pero: aunque se conozca la fórmula general para la resolución de ecuaciones de segundo grado, no aplicarla. Te invitamos a resolverlas utilizando alternativas como las de arriba y teniendo en cuenta que, en algunos casos, resolver una ecuación puede ayudar a resolver la siguiente: 1. x 2 9 12. 3 ( x 5) 2 12 23. 7 x 2 14 x 0 2. x 2 9 0 13. 3 ( x 5) 2 12 0 24. x 2 5 x 0 3. 2 x 2 9 14. 2 ( x 5) 2 50 0 25. 8 x 2 40 x 0 4. 2 x 2 18 15. 7 ( x 2) 2 63 0 26. x 2 x 0 5. 2 x 2 18 0 16. 5 ( x 11) 2 20 0 27. 17 x 2 17 x 6. 7 x 2 63 0 17. 2 ( x 6) 2 2 100 28. 3 x 2 12 x 3 3 7. 3 x 2 300 0 18. 5 (2 x 3) 2 120 5 29. x 2 2 x 1 4 8. 5 x 2 0 19. ( x 3) ( x 2) 0 30. x 2 4 x 4 1 9. 11x 2 396 20. 3 ( x 5) ( x 1) 0 31. x 2 6 x 9 1 10. 10 x 2 400 90 21. x ( x 2) 0 32. x 2 6 x 9 25 11. ( x 5) 2 4 22. x 2 2 x 0 Bloque 2: ÁLGEBRA Pág. 10 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Ecuaciones de segundo grado fáciles de resolver Siempre que una ecuación sea resoluble por métodos sencillos, es bueno intentar llegar a su solución siguiendo esos caminos. Veamos -a partir de las ecuaciones resueltas en las actividades anteriores- qué tipos de ecuaciones de segundo grado permiten soluciones simplificadas. ecuaciones sin término en x : ax 2 c 0 (como las ecuaciones 1 a 10 anteriores) En estos casos es fácil despejar x 2 y, por lo tanto, obtener los valores de x . Ejemplos: 3x 2 75 0 x 2 75 25 x 5 3 7 x 2 40 0 x 2 40 40 x 7 7 2 x 2 10 0 x 2 5 no tiene solución ecuaciones en la que la x está en un cuadrado perfecto: m( x p) 2 n 0 (como las ecuaciones 11 a 18 y 29 a 32 de la página anterior). En estas ecuaciones se obtienen fácilmente los dos valores de x p y, por tanto, los de Ejemplos: 3( x 3) 2 75 0 ( x 3) 2 25 x. x3 5 x 8 x 3 5 x 2 3 ( x 4) 2 0 ( x 4) 2 0 x 4 0 x 4 5 ( x 2) 2 35 0 ( x 2) 2 7 no tiene soluciones reales ecuaciones que se dan como producto de varios factores: k ( x p ) ( x q ) 0 (como las ecuaciones 19, 20 y 21 de la página anterior) Para que un producto sea cero es necesario que alguno de los factores sea cero. Por tanto, una ecuación de este tipo se resuelve igualando a 0 cada factor en el que está la x : ( x p ) 0, ( x q) 0 . Ejemplo: 3( x 5) (4 x 3) 0 x5 0 x 5 4x 3 0 x 3 4 ecuaciones a las que les falta el término independiente: ax 2 bx 0 (como las ecuaciones 22 a 28 de la página anterior) Se pueden factorizar sacando x factor común: ax 2 bx 0 x ( ax b) 0 Una de sus soluciones es 0 y la otra se obtiene resolviendo la ecuación ax b 0 Bloque 2: ÁLGEBRA Pág. 11 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Ejemplo: x0 7 x 2 5 x 0 x (7 x 5) 0 7x 5 0 x 5 7 Forma general de las soluciones de una ecuación de segundo grado: Como ya hemos dicho, no es fácil despejar la x en una ecuación de segundo grado que tenga todos sus términos. 2 Más adelante probaremos que la solución general de la ecuación ax + bx + c=0 , con a ≠ 0 , x= −b± √ b 2 − 4ac 2a es: El doble signo que precede a la raíz significa que puede haber dos soluciones cuyas −b+ √ b −4ac −b− √ b −4ac x 1= x 2= 2a 2a expresiones son: y Estas dos soluciones pueden reducirse a uno o a ninguna, según los casos. 2 Bloque 2: ÁLGEBRA 2 Pág. 12 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Obtención, paso a paso, de la solución general de una ecuación de segundo grado: Bloque 2: ÁLGEBRA Pág. 13 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Actividad: 1) Resolver aplicando la fórmula: a. x 2 6 x 5 0 b. x 2 5 x 6 0 c. 6 x 2 5 x 1 0 d. x 2 4 x 3 0 e. 4 x 2 4 x 1 0 f. x 2 x 1 0 2) Escribir un ejemplo numérico de cada una de las propiedades y verificar que se cumple la igualdad en cada uno de esos casos concretos. 3) Calcular los valores que ha de tomar m para que la ecuación x 2 6 x m 0 tenga: a) dos soluciones distintas. b) por soluciones los valores x 4 y y 2 c) dos soluciones iguales d) dos soluciones que no sean números reales INECUACIONES A veces los enunciados que dan lugar a una expresión algebraica no dicen "es igual a" sino "es mayor que" o "es menor que". Por ejemplo: La longitud de una mesa es de 140cm. La mido con la palma de mi mano y con 6 me quedo corto. ¿Qué puedo decir de la longitud de la palma de mis manos? Traducido a lenguaje algebraico: la longitud de mi palma es la incógnita. La llamamos x . Seis veces mi palma no llega a ser 140cm <==> 6 x 140 . Esta expresión es una inecuación. Una inecuación es una propuesta de desigualdad. ¿Para qué valores de x es cierto que 6 x 140 ? Las respuestas a esta pregunta constituyen el conjunto solución de la inecuación. Las inecuaciones suelen tener infinitas soluciones (sólo hay un número igual, pero hay infinitos números menores que otro). En este caso, las soluciones se obtienen así: 6 x 140 => x 140 => x < 23,3 => mi palmo podría tener cualquier longitud menor que 6 23,3 cm Bloque 2: ÁLGEBRA Pág. 14 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Actividad: (recuperemos del BLOQUE 1: NÚMEROS) 1) Expresar el enunciado como una desigualdad: 1. x es negativo 2. y no es negativo 3. d está entre 4 y 2 4. El cociente de p y q es a lo sumo 7 5. El valor absoluto de x es mayor que 7 6. b es positivo 7. s es no positivo 8. w es mayor o igual que – 4 9. p no es mayor que – 2 10. El inverso multiplicativo de f es a lo sumo 14 2) ¿Cuáles de los siguientes valores son soluciones de la inecuación 2 x −8x< 12 ? a) -5 b) 0 c) 1,1 d) 2 e) 5/2 f) 3,2 g) 5,3 h) 10 3) Traducir a lenguaje algebraico: 1. El triple de un número más ocho unidades, es menor que 20. 2. El número de alumnos de mi clase es menor que 35. 3. El número de alumnos de la clase de al lado supera los 35 alumnos. 4. Si mi dinero aumentara al triple y además me tocaran $2000 de la lotería, tendría por lo menos $11000 SISTEMAS DE ECUACIONES Los problemas con varias incógnitas suelen dar lugar a varias ecuaciones, todas las cuales han de cumplirse. Ejemplo: La cantidad de fotos del álbum de ídolos de fútbol que tienen entre dos hermanos suma 100. Si el tío les regalara 10 fotos a cada uno (como prometió), uno tendría el doble del otro. ¿Cuántas fotos tiene cada uno? Traducido al lenguaje algebraico, dan lugar a las ecuaciones: Bloque 2: ÁLGEBRA Pág. 15 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 x y 100 x 10 2 ( y 10) donde x e y son, respectivamente, el número de fotos que tiene cada hermano. Para averiguar lo que se pregunta, es necesario tener en cuenta las dos ecuaciones. Es decir, el par de valores x e y buscado ha de ser solución de ambas ecuaciones. Por eso decimos que forman un sistema de ecuaciones y lo indicamos agrupándolas con una llave: x y 100 x 10 2 ( y 10) Varias ecuaciones forman un sistema de ecuaciones cuando el objetivo es encontrar la solución, o las soluciones, comunes a todas ellas. Actividad: 1) Buscar cinco soluciones diferentes para cada una de estas ecuaciones: i) x + y = 4 ii) 3 (x + 4) = 2y – 6 iii) x2 = y + 3 2) Completar, en cada caso, los pares de valores ( x, y ) para que sean soluciones de la correspondiente ecuación: i) y 3x 4 x y 1 2 5 8 0 17 26 x 2 4 0 25 y 9 ¿Tienen ambas ecuaciones alguna solución común? 3) Buscar una solución del siguiente sistema de ecuaciones: ii) x y 4 4) Buscar, por tanteo, una solución a los sistemas: Bloque 2: ÁLGEBRA Pág. 16 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 BLOQUE 2: Álgebra. Trabajo Práctico Identidades 1. Completar de la forma más breve posible, el segundo término de estas igualdades para que resulten identidades: i. ii. iii. iv. 2. Partiendo de cada una de estas expresiones, llegar mediante identidades a los resultados que se indican: i. ii. iii. iv. v. 3. Escribir enunciados que permitan expresar verbalmente cada una de estas propiedades: i. ii. iii. iv. 4. Asociar cada identidad de la izquierda con uno de los enunciados de la derecha: i. ii. iii. iv. 1. Propiedad asociativa del producto. 2. Una propiedad de las potencias. 3. La multiplicación es una suma repetida de sumandos iguales. 4. Propiedad distributiva del producto respecto de la suma. Bloque 2: ÁLGEBRA. Trabajo Práctico Pág. 1 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Ecuaciones 1) ¿Es el valor 5 solución de alguna de estas ecuaciones? Justificar la respuesta. a. f. b. g. c. h. d. i. e. 2) Escribir una ecuación, de una sola variable, para cada uno de los siguientes enunciados: a. Un matrimonio tiene tres hijos. Cada uno le lleva al siguiente dos años. Entre los tres suman 26 años. ¿Cuál es la edad de cada uno? b. El perímetro de un triángulo equilátero es de 72m. ¿Cuánto mide el lado? c. En un triángulo rectángulo los catetos son iguales y la hipotenusa mide 10m. ¿Cuánto miden los catetos? d. Calcular el lado de un cuadrado sabiendo que la diagonal mide 10m. e. Buscar un número cuyo doble coincida con su cuadrado. 3) Completar la tabla. Luego: encontrar las edades de Ángel y Marisa. EXPRESIÓN EXPRESIÓN ALGEBRAICA x y La edad de Ángel La edad de Marisa La edad de Ángel es el triple de la edad de Marisa La edad de Ángel dentro de 5 años La edad de Marisa dentro de 5 años La edad de Ángel dentro de 5 años será el doble de la que entonces tenga Marisa Ecuaciones de primer grado 1) Recordar que a) 2) ; quitar denominadores y resolver: d) b) e) 3 (5 x 7) 2 ( x 1) 5 x 3 c) f) 2 (3 x 2) (2 x 5) 3x 2 ( x 4) Resolver: a) b) Bloque 2: ÁLGEBRA. Trabajo Práctico ( x 1) 2 5 ( x 2) 8 3x 3 x 4 2 ( x 1) x 2 11 2 x d) 6 9 6 18 c) Pág. 2 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Ecuaciones de segundo grado 1. Averiguar las soluciones reales, si existen: a. d. b. e. c. f. 2. Resolver las ecuaciones: a. f. b. g. c. d. e. h. i. 3. Reducir y resolver: a. b. c. d. 4. El producto de un número entero por su siguiente es 272. Calcular dicho número. 5. Un granjero espera obtener $4200 por la venta de huevos. En el camino al mercado se le rompen 20 docenas. Para obtener el mismo beneficio aumenta en $1 cada docena que le quedó. ¿Cuántas docenas tenía al principio? 6. Un grupo de verduleros invierte $10500 en la compra de una partida de frutas. Tienen un problema con una de las cámaras de frío y tienen que desechar 75 kg. Venden el resto, aumentando en promedio $3 el kg sobre el precio de la compra, por $11250. ¿Cuántos kg tenía la partida inicial? 7. En un triángulo rectángulo el lado mayor es 3cm más largo que el mediano, el cual, a su vez, es 3cm más largo que el pequeño. Calcular cuánto miden los lados. 8. La superficie de un rectángulo es 28cm2 y su perímetro 22cm. Calcular las dimensiones. 9. El número de diagonales de un polígono regular es 27. ¿Cuántos lados tiene? (Ayuda: recordar que el número de lados es igual al de vértices; a cada vértice le llegan tantas diagonales como vértices hay, menos 3; cada diagonal vincula 2 vértices no consecutivos.) Bloque 2: ÁLGEBRA. Trabajo Práctico Pág. 3 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Inecuaciones 1. Buscar dos valores que sean solución y otros dos que no lo sean, para la inecuación: 2. ¿Existen números “x” que verifiquen que y ? ¿Y en el caso de que y ? ¿Y en el caso de y ? 3. Desde mi mesa a la estantería cuento cinco palmas de mi mano y aún me falta algo para llegar. Si desde el suelo subo nueve palmas, sobrepaso la estantería. La mesa tiene 70cm de altura; la estantería, 180cm. ¿Qué puedo decir de la longitud de mi palma? 4. Ramón y Nuria han medido una pizarra con una lapicera distinta cada uno de ellos. Ramón ha contado entre 16 y 17 lapiceras. Nuria cuenta más de 17 pero no llega a 18. Si la lapicera de Ramón mide 19,5cm y la de Nuria 18cm, ¿cuánto mide la pizarra? 5. Imagina que e son dos lados de un triángulo cuyos valores son y . ¿Qué podría decir del lado ? (Recordar que cada lado de un triángulo es menor que la suma de los otros dos y mayor que su diferencia). Sistemas de ecuaciones a. Intentar encontrar, tanteando, la solución de cada uno de los sistemas de ecuaciones: (1) (2) (3) (4) (5) (6) (No se pide utilizar técnicas especiales para resolver estos sistemas sino simplemente, descubrir a ojo, tanteando, un valor de y otro de que sean válidos para las dos ecuaciones). b. Explicar por qué es imposible encontrar un valor de y otro de que hagan ciertas, simultáneamente, las dos ecuaciones siguientes: c. Explicar por qué si unos valores de e son solución de la ecuación , entonces, con seguridad, también son solución de . d. Ahora, intentar encontrar la solución a los sistemas del ejercicio a) resolviendo con cualquiera de las técnicas de resolución de sistemas de ecuaciones disponibles. Bloque 2: ÁLGEBRA. Trabajo Práctico Pág. 4 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 BLOQUE 3: Funciones Objetivos - Recordar la idea de función y manejar su terminología básica. - Reconocer y designar los aspectos más importantes de una función (crecimiento, continuidad, máximos y mínimos) . - Interpretar funciones a partir de sus gráficas y graficar funciones descriptas por un enunciado. - Relacionar gráficas y expresiones analíticas de funciones. Problema: Varios amigos van de vacaciones. Esta es la panorámica del recorrido. En el siguiente diagrama se aprecia el lugar en que estaban en cada momento del día, desde las 9 de la mañana, que salen, hasta que llegan. ¿Dónde se pararon a descansar? ¿En qué parte de la gráfica se aprecia como Luis olvida la mochila y deben volver a buscarla? ¿Cuánto recorrieron antes de darse cuenta? ¿A qué hora comieron? ¿Dónde? ¿Cuánto rato estuvieron allí? ¿Se nota en la gráfica las subidas y bajadas del camino? ¿En qué? Bloque 3: FUNCIONES Pág. 1 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Esa noche pernoctaron en el refugio. A la mañana siguiente salieron a las 9 del refugio y volvieron hacia el pueblo. Realizar una gráfica como la anterior, pero que salga a las 9 del refugio y que se llegue, por la tarde, al pueblo. Leticia opina que hay un cierto lugar donde estuvieron los dos días a la misma hora, ¿Puede ser posible? (Sugerencia: superponer las dos gráficas y extraer conclusiones). En general… Las funciones sirven para describir fenómenos. La variación del precio de un alimento respecto al tiempo es una información importante para la economía familiar. Si en lugar de un alimento se valoran y ponderan la totalidad de los productos de consumo doméstico (lo que se suele llamar “la canasta familiar“), la evolución de su corte es una información de enorme importancia para la economía de un país. Es de gran interés ser capaz de interpretar correctamente y con profundidad una gráfica en la que se describa la función tiempo costo de la canasta familiar. Ésta y otras funciones se representan frecuentemente mediante una gráfica que se tiene que interpretar. Y, en otros casos, es necesario que cada uno sea capaz de expresar mediante una gráfica una función conocida. Aspectos relevantes de una función Para proceder eficazmente en esta doble tarea de interpretar gráficas de funciones y de expresar gráficamente funciones conocidas, es necesario saber cuáles son los aspectos más significativos de una gráfica y qué aportan a la comprensión del fenómeno que describen: o El fenómeno descrito, ¿evoluciona suavemente o tiene saltos bruscos? o ¿Aumenta, disminuye? ¿Cuándo se alcanza el mayor valor? ¿Decrece más o menos rápidamente? o ¿Qué cabe esperar que ocurra más allá del tramo en que ha sido estudiado? Es decir ¿qué tendencia tiene? La comparación, el estudio conjunto de dos o más funciones, puede aportar mucha más información que cada una de ellas por separado. Se utilizarán algunas técnicas sencillas para realizar el estudio conjunto de varias gráficas. Expresión analítica Como se sabe, la expresión y 2 x 5 corresponde a una recta y ésta puede interpretarse como una función de x e y. Son muchas las funciones que, Bloque 3: FUNCIONES Pág. 2 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 además de ser descritas gráficamente, pueden ser traducidas al lenguaje analítico mediante una fórmula. La expresión analítica aporta grandes ventajas al estudio de las funciones, aunque conlleva dificultades. En este tema sólo se hará una mirada general de ellas. LAS FUNCIONES DESCRIBEN FENÓMENOS Con mucha frecuencia se recibe la información mediante gráficas. Unas son de tipo estadístico. Otras tienen unas características tales que las denominamos funciones. Veamos cuáles son sus principales rasgos y cuál es la nomenclatura adecuada para utilizarlas. Estudio de un ejemplo La gráfica adjunta describe el movimiento (adelante-atrás) de un coche teledirigido durante los primeros 20 segundos de una prueba. Se trata de la función tiempo transcurrido distancia del coche a nosotros En el fenómeno estudiado intervienen dos variables: tiempo t y distancia d . La función relaciona la segunda variable con la primera, pues al pasar el tiempo se modifica la distancia. Para la representación gráfica se ha utilizado un diagrama cartesiano que consiste en dos ejes, ejes cartesianos, en cada uno de los cuales se representa una variable, utilizando una escala: o El tiempo (t) se ha representado en el eje horizontal y en él cada cuadrito significa 1 segundo. o La distancia (d) se ha representado en el eje vertical y cada cuadrito significa 2 metros. Es muy importante señalar que en cada instante el coche está en un único lugar (por ejemplo, a los 5s se encuentra en 10m), aunque puede haber distintos instantes en los que el coche se encuentra en un mismo lugar (por ejemplo, en los instantes 7s, 15s y 17s se encuentra a 14m). Función: idea y elementos básicos Las funciones sirven para describir fenómenos físicos, económicos, biológicos, sociológicos o, simplemente, para expresar relaciones matemáticas. Una función relaciona dos variables, habitualmente designadas por x e y. Se representa por una gráfica sobre unos ejes cartesianos. Bloque 3: FUNCIONES Pág. 3 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Al eje horizontal (eje de las abscisas) se le suele designar por la letra X; al vertical (eje de ordenadas) por la letra Y. Las variables x e y son numéricas. Para que puedan ser representadas sobre los respectivos ejes, es necesario designar sobre éstos sendas escalas. Cada punto de la gráfica corresponde a un par de valores: un valor x (variable independiente) y el correspondiente valor de y (variable dependiente). Para que una relación de este tipo entre dos variables numéricas pueda ser considerada una función, es necesario que a cada valor de x corresponda un único valor de y. Para expresar simbólicamente una función, se utiliza la letra f o alguna otra (g, h,…). La expresión y f x se lee “y es función de x” o simplemente, “y igual a f de x”, lo que significa que el valor que toma y depende del valor que se le adjudique a x. El conjunto de los valores de x a los cuales les corresponde algún valor de y, se llama dominio de definición de la función. Actividad: 1) La gráfica refleja una etapa de un ciclista cuyo itinerario se describe a la izquierda. a) ¿De qué distancia es la etapa y cuánto tarda en recorrerla? b) ¿Cuándo pasa por la cima más alta? c) ¿En qué tramo va rápido y en cuál más despacio? d) ¿Qué variables intervienen? ¿Qué escala se utiliza para cada variable? e) Señalar sobre ella los pueblos que aparecen en el dibujo de la izquierda. f) ¿Qué distancia hay desde “La Seo” hasta “Andorra” y cuánto tiempo tardó en recorrerla? ¿Qué velocidad media consiguió? Bloque 3: FUNCIONES Pág. 4 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 2) Estas cuatro gráficas representan, supuestamente, la temperatura máxima diaria de cuatro ciudades durante un cierto año. a) ¿En cuál de estas cuatro ciudades oscila menos la temperatura? b) Una de ellas corresponde a nuestro país y otra a nuestras antípodas. ¿A cuáles nos estamos refiriendo? Razonar la respuesta. c) Alguna de las gráficas es absurda. Indicar cuál y por qué. d) Elegir una escala adecuada para cada variable y graduar cada uno de los ejes. VARIACIONES DE UNA FUNCIÓN Observemos estas tres gráficas las cuales tratan de variaciones de presión: Al sumergirnos en agua, la presión aumenta de manera uniforme. Por cada 10m que profundizamos, la presión aumenta una atmósfera (1atm). Esta gráfica corresponde a la función profundidad dentro del agua presión y es, evidentemente, profundidad, más presión. Bloque 3: FUNCIONES creciente: a más Pág. 5 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 La presión atmosférica disminuye con la altura, aunque no lo hace uniformemente (al principio disminuye más rápidamente que después). Esta gráfica corresponde a la función altura en la atmósfera presión. Es decreciente, pues a más altura menos presión. La variación de la presión atmosférica en un lugar es indicio importante de cambios en el tiempo meteorológico. (De ahí lo del parte meteorológico, centro de altas presiones, isóbaras, etc.) Esta gráfica da la presión atmosférica en un cierto lugar, en cada momento, a lo largo de 20 días. Corresponde a la función instante de tiempo presión. Presenta un máximo el día 3º (alta presión que supone buen tiempo), un mínimo del día 10º (baja presión, tiempo tormentoso). Crecimiento y decrecimiento. Máximos y mínimos Para estudiar las variaciones de una función hay que mirarla de izquierda a derecha. (Esto es debido a que la variable independiente que se usa con más frecuencia es el tiempo, y el tiempo transcurre siempre en el mismo sentido.) Una función se llama creciente cuando al aumentar la variable independiente, x, aumenta la variable dependiente, y. Análogamente una función se llama decreciente cuando al aumentar la variable independiente, x, disminuye y. También podemos decir que una función tiene un tramo creciente o decreciente. Por ejemplo, la gráfica anterior es creciente entre los días 0 y 3, y decreciente entre los días 3 y 10. Una función tiene un máximo en un punto cuando en él toma un valor mayor que el que toma en los puntos que la rodean. La función crece hasta el máximo y decrece a partir de él. Análogamente se define mínimo de una función como un punto en el que ésta toma valores menores que los que toma en los puntos próximos a él. Bloque 3: FUNCIONES Pág. 6 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Actividad: 1) La siguiente gráfica representa la altura, con el paso del tiempo, a la que se encuentra un globo de hidrógeno que se va elevando hasta que estalla. a) ¿Cuánto tarda en estallar desde que se suelta? b) ¿Qué altura gana entre el minuto 3 y el minuto 6? ¿Y entre el 7 y el 11? c) ¿Cómo es esta ¿Crece o decrece? d) ¿Cómo continuaría la gráfica si el globo no hubiera estallado? función? 2) Se toma una curiosa botella vacía y se la va llenando de agua con un vaso. Cada vez que se echa un vaso de agua, se mide la altura alcanzada en la botella. Se realizó la gráfica imaginando que se ha echado el agua en forma continua. a) Explicar la relación que hay entre la forma de la botella y la forma de la gráfica. b) Hacer la gráfica correspondiente al recipiente de la derecha. Bloque 3: FUNCIONES Pág. 7 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 3) Una compañía de transporte urbano ha recogido la siguiente información sobre la venta de boletos: a) ¿Durante cuánto tiempo se ha hecho este estudio? b) ¿En qué mes del año 2008 se han vendido menos boletos? ¿Y en el año 2009? ¿Por qué sucede esto? c) ¿En qué mes de 2009 se produce la máxima venta? ¿A qué se podría atribuir? d) ¿En qué períodos anuales es mayor el crecimiento en la venta de boletos? ¿Y en qué estación del año es decreciente esta venta? e) ¿Qué tendencia hay sobre la venta de boletos a lo largo de los años? DISCONTINUIDADES. CONTINUIDAD Observemos las siguientes tres gráficas: Las ganancias mensuales de un vendedor de computadoras son $10000 fijos más $500 por cada aparato vendido. Esta es la gráfica de la función aparatos vendidos ganancias mensuales La variable independiente sólo tiene sentido para los valores 0, 1, 2, 3, 4…, pues no se puede vender un número fraccionario de computadoras. Bloque 3: FUNCIONES Pág. 8 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Una llamada telefónica urbana en España cuesta lo siguiente: 3 duros para comenzar, y con ellos se puede hablar 3 minutos. A partir de ese momento cada minuto cuesta un duro. Esta es la función duración costo Hay variaciones bruscas de costo cada minuto a partir del tercero. Esta gráfica describe el crecimiento de una cierta planta con el paso del tiempo. Concretamente, se trata de la función Tiempo altura La variación de la altura es suave, sin saltos bruscos. Las dos primeras son funciones discontinuas. Esta tercera es continua. Definiciones Hay ocasiones en las que la variable independiente no es continua, sino que pasa dando saltos de cada valor al siguiente (Gráfica 1). Cuando esto sucede la variable se denomina discreta y, en casos, la gráfica de la función no es una línea, sino una serie de puntos. En otras ocasiones, aunque la variable independiente sea continua, la función presenta saltos bruscos (Gráfica 2). Estos saltos se llaman discontinuidades y la función que los tiene se dice que es discontinua. Una función se llama continua cuando no tiene discontinuidad de ningún tipo. Bloque 3: FUNCIONES Pág. 9 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Actividad: 1) Se ha tomado la temperatura de un enfermo cada dos horas durante tres días. A la vista de la gráfica, realizar un estudio de la función tiempo temperatura, contestando las siguientes preguntas: a) ¿Parece correcto haber representado la gráfica en forma continua? b) ¿Qué representa la franja que aparece en torno a los 37ºC? c) ¿En qué intervalo de tiempo la temperatura es muy inferior a los 37ºC? d) ¿En qué instante la temperatura alcanza el máximo valor? e) ¿Cuáles son el aumento y el descenso más brusco que se observa en el gráfico? 2) El estacionamiento de un centro comercial tiene la siguiente tarifa de precios Tarifas Precio desde las 9 hasta las 22 horas Las dos primeras horas…………………….gratuito 3º hora o fracción sucesiva…………...……..$10 Máximo diario………………………………$100 Representar gráficamente la función costo. Bloque 3: FUNCIONES tiempo de estacionamiento Pág. 10 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 EXPRESIÓN ANALÍTICA DE UNA FUNCIÓN Casi todas las funciones consideradas hasta ahora han venido dadas por su gráfico o bien por un enunciado que, de forma aproximada, permite conocer las principales características del fenómeno estudiado. Hay, sin embargo, una gran cantidad de funciones que pueden darse mediante una fórmula que relaciona de manera exacta y sintética las dos variables. Estudio de un ejemplo Se tiene una chapa de 40cm por 30cm y se desea construir con ella un recipiente realizando los cortes y plegados que se indican en la figura. Largo: 40 2 x Ancho: 30 2 x Alto: x Por lo cual el volumen, expresado en centímetros cúbicos, es: V 40 2 x 30 2 x x (se aplica la propiedad distributiva para obtener una expresión equivalente) V 4 x 3 140 x 2 1200 x Realizando algunos cálculos podemos obtener el volumen para distintas medidas del corte: Si x 1cm , V 38cm 28cm 1cm 1064cm3 Si x 2cm , V 36cm 26cm 2cm 1872cm3 Si x 3cm , V 34cm 24cm 3cm 2448cm 3 Si x 4cm , V 32cm 22cm 4cm 2816cm 3 Si x 5cm , ….. Si x 7cm , ….. Si x 6cm , ….. Si x 8cm , ….. Completar los cálculos e indicar de qué medida conviene recortar los cuadrados de las esquinas para obtener mayor volumen. Bloque 3: FUNCIONES Pág. 11 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Al realizar el gráfico de la función podemos comparar la respuesta. Ventajas de la expresión analítica de una función Cuando una función viene dada de forma gráfica, podemos, de un solo golpe de vista, adquirir una idea clara de su comportamiento global. Esta es una enorme ventaja que presenta la forma gráfica sobre la analítica. Ahora bien, una función dada analíticamente puede, con un poco de trabajo, ser representada gráficamente. Además, desde un punto de vista matemático, la expresión analítica presenta una serie de ventajas: o Comodidad de expresión. o Precisión en los cálculos que se realicen en ella y con ella. o La posibilidad de recurrir a modelos conocidos y muy estudiados. Por ejemplo, la función que acabamos de obtener será catalogada como “polinómica de tercer grado” y esa simple asignación, permite a los expertos reconocerle una buena cantidad de peculiaridades. o Aplicar una serie de métodos específicos para examinar, analizar las funciones extrayendo de ella una enorme cantidad de información. Buena parte de la actividad en matemática, en los cursos universitarios, consistirá en aprender y aplicar esos métodos de análisis de funciones. A partir de este momento, la forma analítica de las funciones se irá abriendo camino y llegará a ser la que más se presente en la actividad matemática. Bloque 3: FUNCIONES Pág. 12 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 Notación Como la variable dependiente (el volumen en el caso analizado) es función de la variable independiente (el lado del cuadrado que representamos con la letra x) es frecuente escribir: V f x que se lee “V es igual a f de x”. También suele escribirse: y f x . Con lo cual, tenemos diferentes notaciones para el mismo objeto, en el caso analizado: 3 2 3 2 V 4 x 3 140 x 2 1200 x ; y 4 x 140 x 1200 x ; f x 4 x 140 x 1200 x . Esta última expresión es muy útil al momento de calcular el valor numérico de la función. Determinar, por ejemplo, f 1 (se lee “f de 1”) es equivalente a realizar los cálculos: cuando x 1 , f x 4 13 140 12 1200 1 1064 . Así, decimos que f 1 1064 . Actividad: 1. Dada la función f x 5 x 2 8 x , calcular f 3 , f 100 y f 8 . 2. Escribir la expresión analítica de una función g tal que g 2 12 . DISTINTOS TIPOS DE FUNCIONES Las funciones se pueden clasificar atendiendo a la forma de su gráfica o al tipo de expresión analítica, lo cual permite estudiar “familias de funciones” de modo que los resultados de este estudio sean válidos para todas las funciones de cada familia. Funciones polinómicas de grado 1: Rectas Hemos visto, algunos ejemplos de funciones cuya expresión analítica corresponde a una expresión de primer grado (el mayor exponente de la variable independiente es 1) - La relación entre la profundidad y la presión al sumergirnos en agua dulce. Bloque 3: FUNCIONES Pág. 13 2017 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA - El área de los rectángulos de lado fijo 3cm, en función del otro lado. a 3l Todas las expresiones de primer grado darán lugar a rectas cuyas características se hallan asociadas a la expresión analítica. Actividad: Graficar las siguientes funciones de primer grado y extraer conclusiones. y 2 x , y 2 x 1 , y 2 x 3 , y 2 x , y 1 x , y 3 x , y 3 x 1 , 2 y 3 , x 2 Funciones polinómicas de grado 2: Parábolas Hemos visto algunos ejemplos de funciones de este tipo, entre otras podemos mencionar: - Relación entre el área de un cuadrado y la medida de su lado. A l2 Bloque 3: FUNCIONES Pág. 14 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA - 2017 Relación entre la distancia recorrida y el tiempo transcurrido si se deja rodar una bola por un tobogán. d 10t 2 Todas las expresiones de segundo grado dan lugar a parábolas cuyas características se hallan asociadas a la expresión analítica. Actividad: Graficar las siguientes funciones de segundo grado y extraer conclusiones. y x2 , y y x2 3 , y x2 1, y x 2 , 2 y x 3 , 2 y x 1 , 2 1 2 x , y 3x 2 2 Funciones con otro tipo de expresión algebraica En los ejemplos considerados han aparecido otras funciones cuya expresión algebraica no responde a ninguno de los modelos anteriores - Volumen de una caja en función del lado de los cuadrados que hay que recortar para construirla. V 4 x 3 140 x 2 1200 x Bloque 3: FUNCIONES Pág. 15 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA - 2017 Relación entre la altura y la base en los rectángulos de 144cm 2 de área. a - 144 b Número de amebas en un cultivo en función del tiempo transcurrido. N 41,5 x El estudio de cada una de estas familias de funciones se realizará en espacios específicos. Bloque 3: FUNCIONES Pág. 16 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 BLOQUE 3: Funciones. Trabajo Práctico 1. Hacemos una excursión en bicicleta a un bosque que está a 40km de nuestro pueblo, para llegar al cual hay que seguir un itinerario con subidas y bajadas. Estamos allí un rato y volvemos. Mirando la gráfica, contestar las siguientes preguntas: a) ¿Qué significa cada cuadrito en el eje horizontal de la gráfica tiempo → espacio? ¿Y en el eje vertical? b) ¿A qué hora salimos? c) ¿Cuántos kilómetros hay aproximadamente desde el comienzo de la primera cuesta hasta la cima? ¿Cuánto tiempo tardamos en subirla? d) ¿Cuántos kilómetros hay de bajada? ¿Qué tiempo se tarda? e) ¿Qué distancia hay desde a hondonada hasta el bosque? ¿Cuánto tardamos en recorrerla? f) ¿Cuánto tiempo estamos descansando en el bosque? g) ¿Cuánto hemos tardado en ir del pueblo al bosque?¿Y del bosque al pueblo?¿A qué puede deberse la diferencia? 2. Inventar otra excursión en bicicleta. Dibujar el itinerario y representar la gráfica espacio → tiempo correspondiente. 3. La siguiente gráfica describe la evolución de la temperatura de un paciente con el paso del tiempo: a) ¿Qué variables se relacionan?, ¿qué unidades se toman para cada variable? b) ¿Cuántos días ha estado enfermo el paciente? (se considera normal una temperatura de 36,5°C ) c) ¿Qué ocurre entre los días 2 y 5?, ¿qué ocurre el 6to día? d) ¿Cuándo es máxima la temperatura?, ¿y mínima? e) ¿En qué períodos ha sido estable? Bloque 3: FUNCIONES. Trabajo Práctico Pág. 1 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 4. Las siguientes gráficas muestran la marcha de seis montañistas. Describir el ritmo de cada uno. ¿Cuáles de estas gráficas parecen menos realistas? Al observar que los ejes no están graduados, es importante considerar únicamente las características globales. 5. En las escuelas de conducción tienen precios fijos que se aplican a todo aquel que requiera sus servicios. En la autoescuela Ramírez las tarifas son las siguientes Tarifas Precio de cada clase……………………. $200 Precio matrícula de carnet………………$2500 a) Se han utilizado los servicios de Ramírez y con 5 clases se obtuvo el carnet. ¿Cuánto se ha pagado? b) ¿Cuánto se hubiese pagado con 6 clases? ¿Y con siete? c) Realizar la gráfica en la que se relacione el costo para obtener el carnet según el número de clases recibidas. 6. En el contrato de trabajo de un vendedor de libros ofrecen dos alternativas: Contrato tipo A: Sueldo fijo mensual de $100000 Contrato tipo B: Sueldo fijo mensual de $80000 más el 20% del valor de las ventas que haga de libros. a) Hacer una gráfica que muestre lo que ganaría en un mes este vendedor según la modalidad del contrato que eligiera tomando como variable independiente el valor de las ventas que haga, y como variable dependiente el sueldo. b) ¿A cuánto tienen que ascender sus ventas para que gane lo mismo con cualquiera de las dos modalidades de contrato? ¿Cuáles son esas ganancias? Bloque 3: FUNCIONES. Trabajo Práctico Pág. 2 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 7. Una empresa de automóviles dispone de 200 obreros para fabricar 100 coches al día, pero quiere aumentar la producción. Para ello, tiene que contratar más obreros de manera que cada 10 nuevos obreros produzcan 5 coches más. a) Dibujar la gráfica que relaciona el número de obreros con los coches fabricados al día. ¿Cuál es el dominio de la función? ¿Es continua? b) ¿Cuántos obreros se necesitaban antes para construir un auto al día? ¿Cuántos coches fabricaba un obrero al día? ¿Y con la nueva contratación? 8. Se deja caer una piedra desde una torre de 245m. En la tabla siguiente se indica la distancia recorrida por la piedra en distintos tiempos: Tiempo transcurrido (en segundos) Distancia (en metros) 0 0 1 5 2 30 3 45 4 80 5 125 Realizar una gráfica de esta función, ¿se observa alguna regularidad en los datos de la tabla? 9. Para cada una de las siguientes gráficas, indicar cuál es el dominio de definición, dónde crece y decrece la función; los máximos y mínimos, la continuidad; y si tiende a algún valor fijo. ¿Alguna de ellas es periódica? En caso afirmativo, decir cuál es el período. 10. Relacionar cada una de estas gráficas con una de las siguientes expresiones analíticas. 1) y = x+1 2) y = x3 3) y = x2 Bloque 3: FUNCIONES. Trabajo Práctico Pág. 3 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 11. En un libro de pesca hemos encontrado la siguiente gráfica que relaciona la resistencia de un tipo de hilo según su grosor: a) ¿Qué grosor debe tener el hilo de pesca (o sedal) de un pescador que quiera pescar salmones cuyo peso esté comprendido entre 1000 y 1500 g? b) ¿Con cuántos gramos se podría romper un sedal de 0,2mm de grosor? ¿Y de 0,5mm? 12. Se sabe que el peso es proporcional al volumen. Las siguientes gráficas muestran la relación Peso Volumen para algunas sustancias. a) Consideremos la recta correspondiente a la madera. Sobre ella podemos leer que 1 dm3 pesa 1,8kg . ¿Cuánto pesan 5 dm3 y 10 dm3? b) ¿Cuál es el peso por unidad de volumen? c) A aumentos iguales de volumen ¿corresponden aumentos iguales de peso? d) ¿Cuál será la ecuación que relacione el peso con el volumen? Observar ahora las otras gráficas y con el mismo planteamiento de las preguntas anteriores llegar a las expresiones de las rectas que representan al granito y al corcho sintético. ¿Cuál es la pendiente de estas rectas y qué significado tienen esas cantidades? 1 2 13. Dada la función f x 6 x 3 x 2 8 x 5 , calcular f 3 , f 1 y f . 14. Escribir la expresión analítica de una función h tal que h 1 2 y h2 8 . 15. La energía eléctrica E consumida por un aparato eléctrico (bombita, televisión, lavarropas, etc.) viene dada por la fórmula: Energía Potencia tiempo si la potencia de cierto aparato es de 0,35 amperios, construir una tabla de valores y la gráfica correspondiente dando al tiempo valores de 0 a 10hs. 16. Un viajero quiere alcanzar un tren en marcha. Las funciones que relacionan el espacio (s) y el tiempo (t) son, en cada caso: Viajero: S v 400t Tren: S t 500 30t 2 Representar las gráficas correspondientes, ¿llega a producirse el alcance?, ¿en qué momento? Bloque 3: FUNCIONES. Trabajo Práctico Pág. 4 INTRODUCCIÓN A LA MATEMÁTICA 2017 17. Dibujar un triángulo rectángulo isósceles ABC en el que el cateto AB mida 10cm. Marcar un punto P cualquiera sobre la hipotenusa y dibujar el rectángulo PEAD. a) Comprobar que el perímetro del rectángulo es 20cm cualquiera que sea el punto P elegido. b) Llamar x a la distancia PE y construir una tabla dando valores a x y calculando el área del rectángulo. c) Dibujar la gráfica correspondiente, ¿cuándo es máxima el área?, ¿cuándo es mínima? 18. Representar las siguientes funciones y señalar dos puntos que pertenezcan a cada una de ellas: a) yx b) y 2x c) y d) y 2x2 3 e) y 3 x 1 1 2 x 2 1 x 22 2 g) y 0,75 x 1 f) y h) y 2x 2 19. Escribir la expresión analítica de alguna función que pase por los puntos: a) 1,1 y 5,1 b) 0,0 y 2,4 c) 1,5 y 3,1 Bloque 3: FUNCIONES. Trabajo Práctico Pág. 5