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DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN ABIERTA Y A DISTANCIA Y VIRTUALIDAD LICENCIATURA EN EDUCACION BASICA CON ÉNFASIS EN CIENCIAS NATURALES MATEMATICAS I MÓDULO EN REVISIÓN CORPORACION UNIVERSITAR1A DEL CARIBE CECAR DIVISION DE EDUCACION ABIERTA Y A DISTANCIA MÓDULO MATEMATICAS I Compiladores FRANCISCO FLÓREZ ARIAS TIRSO MERCADO DIAZ PROGRAMA A DISTANCIA DE LICENCIATURA EN EDUCACION BASICA CON ÉNFASIS EN CIENCIAS NATURALES SINCELEJO - SUCRE TABLA CONTENIDO I. INTRODUCCIÓN II. JUSTIFICACIÓN III. REFERENTES TEÓRICOS IV. INSTRUCCIONES GENERALES MANEJO DEL MODULO V. ESTRUCTURA DEL MÓDULO 1. NÚMEROS REALES 1.1 PRESENTACIÓN 1.2 SITUACIÓN PROBLEMA 1.3 COMPETENCIAS ESPECÍFCAS 1.4 DINÁMICA PARA CONSTRUIR EL COMOCIMIEMTO 1.5 DEFICIÓN DE NÚMEROS REALES 1.6 OPERACIONES CON NÚMEROS REALES 1.7 PROPIEDADES DE LOS NÚMEROS REALES 1.8 POTENCIACIÓN DE NÚMEROS REALES 1.9 NOTACIÓN CIENTÍFICA 1.10 APROXIMACIÓN DE EXPRESIONES DECIMALES 1.11 RESUMEN 1.12 EVALUACIÓN 1.13 MAPA CONCEPTUAL DE LOS NÚMEROS REALES 1.14 LECTURA COMPLEMENTARIA 2. PROPORCIONALIDAD 2.1 PRESENTACIÓN 2.2 SITUACIÓN PROBLEMA 2.3 COMPETENCIAS ESPECÍFCAS 2.4 DINÁMICA PARA CONSTRUIR EL COMOCIMIEMTO 2.5 RELACIÓN ENTRE MAGNITUDES 2.6 TIPOS DE PROPORCIONALIDAD 2.7 RESUMEN 2.8 EVALUACION 2.9 MAPA CONCEPTUAL DE LA PROPORCIONALIDAD 2.10 LECTURA COMPLEMENTARIA 3. GEOMETRIA 3.1 PRESENTACIÓN 3.2 SITUACIÓN PROBLEMA 3.3 COMPETENCIAS ESPECÍFCAS 3.4 DINÁMICA PARA CONSTRUIR EL COMOCIMIEMTO 3.5 COMCEPTOS BÁSICOS DE GEOMETRÍA 3.6 POLÍGONOS 3.7 TRIÁNGULOS 3.8 CUADRILATEROS 3.9 PERÍMETROS Y ÁREAS 3.10 ÁREAS DE POLÍGONOS 3.11 VOLUMENES DE CUERPOS GEOMÉTRICOS 3.12 3.13 3.14 3.15 RESUMEN EVALUACIÓN MAPA COMCEPTUAL DE GEOMETRÍA LECTURA COMPLEMENTARIA I. INTRODUCCIÓN El hombre a través de su constante evolución comenzó a descubrir las formas matemáticas, cuando necesariamente debió utilizar un lenguaje para comunicar sus conceptos y se vió forzado por sus actividades a contar y a desarrollar formas y símbolos que posteriormente se conocieron como números. Al paso del tiempo, este lenguaje se ha vuelto específico y se ha incluido reglas, normas y metodologías para procesar esta información. Desarrollándose plenamente lo que se conoce como matemáticas. Este módulo está diseñado con el objeto de fomentar el aprendizaje autónomo de los conceptos básicos de matemáticas en los futuros licenciados en educaci6n básica con énfasis en ciencias naturales, por tanto su implementación contiene los elementos necesarios para que desarrollen o refuercen los conceptos fundamentales. En la primera unidad el estudiante encontrara los conceptos básicos sobre números reales; en la segunda, las magnitudes directas e inversas, los sistemas de medidas y sus conversiones; y en la tercera, los conceptos fundamentales de geometría. Al finalizar el estudio de este módulo y reforzar con las tutorías el estudiante contará con las herramientas para asumir problemas reales que le plantea los fenómenos de la naturaleza vistos a través de las ciencias naturales, lo mismo que el manejo de preguntas referentes a los concursos docente para el ingreso a la carrera magisterial para unos o ascenso en el escalafón para otros. II. JUSTIFICACIÓN La matemática siempre ha sido parte importante para aprender los fenómenos de la naturaleza y las situaciones cotidianas. Es por eso que los futuros licenciados en educación básica con énfasis en Ciencias Naturales, se hace necesario que conozcan y manejen adecuadamente las Competencias básicas de las matemáticas como son los números reales, los Sistemas de medidas y la geometría que le permita potencializar en el uso y aplicación del pensamiento matemático no solo la interpretación de los fenómenos naturales, sino también razonar con lógica ante situaciones de la vida cotidiana y en su desempeño profesional. De otro lado, la matemática juega un papel importante en las asignaturas de Química y Física en la interpretación, análisis y solución de situaciones de sus contextos a través de la firma de las matemáticas. Las competencias a propiciar son: 1. Comprende los conceptos básicos de las matemáticas para analizar, modelar y resolver problemas aplicando métodos y procedimientos cuantitativos y esquemáticos. 2. Comprende los datos presentados de diferentes formas (tablas, gráficas, esquemas, símbolos, expresión verbal), así como la generación de representaciones diversas a partir de datos dados. 3. Comprende los procesos relacionados con la identificación del problema y la construcción/proposición de estrategias adecuadas para su solución en la situación presentada; además del tratamiento de datos, la modelación y el uso de herramientas cuantitativas (aritméticas, métricas, geométricas). 4. Aplica las competencias básicas de las matemáticas, sus operaciones, propiedades, gráficas de los números reales, la variación y conceptos de geometría en la solución de situaciones problemas en cualquier contexto.. 5. Valora la importancia del desarrollo del pensamiento numérico en el ejercicio de su profesión 6. Capacidad para apropiarse con sentido crítico de las nuevas tecnologías de la información y la comunicación y utilizarlas en su propio beneficio III. REFERENTES TEÓRICOS En este módulo se abordan los conceptos matemáticos necesarios para formar a los futuros licenciados en educación básica con énfasis en Ciencias Naturales y los fundamentos teóricos están dentro de los Lineamientos Curriculares de matemática, los Estándares Básico de Competencias trazados por MEN y toda la conceptualización matemática tiene que ver con la bibliografía establecida en este módulo. De igual modo, se tiene como referente la evaluación por competencias que realiza el ICFES en las pruebas saber Pro, los concursos docentes y el ascenso en el escalafón. También se tiene en cuenta para el desarrollo del pensamiento matemático los indicadores de logros propuestos por el MEN. También se toma como referente la teoría del aprendizaje significativo, propuesta por David Ausubel, que se refiere al establecimiento de relaciones sustantivas y no arbitrarias entre los conocimientos previos pertinentes y relevantes de que dispone el sujeto y los contenidos a aprender. La teoría de Lev Vygotsky, que se basa principalmente en el aprendizaje sociocultural de cada individuo y por lo tanto en el medio en el cual se desarrolla. IV. INSTRUCCIONES GENERALES PARA EL MANEJO DEL MÓDULO. Como futuro Licenciado de la Educación Básica con Énfasis en Ciencias Naturales, requerirás de formar un pensamiento matemático que te permita no solo la interpretación de los fenómenos naturales, sino también razonar con lógica ante situaciones de la vida cotidiana. Es por ello que el módulo te permitirá revisar y profundizar los conceptos que tienen que ver con los Números reales, la relación entre magnitudes, sistemas de conversión y los aspectos fundamentales de la Geometría. El aprendizaje del módulo y su aplicación dependen exclusivamente de ti, de tu interés, entusiasmo y disciplina para emprender el estudio del mismo. Por lo tanto, te sugerimos tengas en cuenta: 1. Leer detenidamente para entender los conceptos e ilustraciones que allí encuentres. No avanzar a otros conceptos sin antes entender muy bien el que estudias, recuerda que estos son secuenciales y prerrequisito para los posteriores. 2. Cada vez que estudies un concepto y asimiles su ilustración realiza las actividades individuales y grupales y la autoevaluación al final de las unidades. 3. En lo posible lleva un cuaderno de ejercicios resueltos, no solo te servirá de material de apoyo sino que notaras tus avances. 4. No te desanimes cuando no entiendas algo, a todos nos ha pasado, consulta en otro texto o acláralo con tu grupo de estudio o con el tutor. V. ESTRUCTURA DEL MÓDULO MATEMÁTICA I 1. NÚMEROS REALES 2. PROPORCIONALIDAD 3.GEOMETRIA 1.1 DEFICIÓN DE NÚMEROS REALES 2.1 RELACIÓN ENTRE MAGNITUDES 3.1 COMCEPTOS BÁSICOS DE GEOMETRÍA 1.2 OPERACIONES CON NÚMEROS REALES 2.2 TIPOS DE PROPORCIONALIDAD 3.2 POLÍGONOS 1.3 PROPIEDADES DE LOS NÚMEROS REALES 3.3 TRIÁNGULOS 1.4 POTENCIACIÓN DE NÚMEROS REALES 3.4 CUADRILATEROS 1.5 NOTACIÓN CIENTÍFICA 3.5 PERÍMETROS Y ÁREAS 1.6 APROXIMACIÓN DE EXPRESIONES DECIMALES 3.6 ÁREAS DE POLÍGONOS 3.7 VOLUMENES DE CUERPOS GEOMÉTRICOS 1. NÚMEROS REALES 1.1 PRESENTACIÓN El estudio de los números reales, como punto de partida de este módulo, tiene su pertinencia en el sentido de que como futuros licenciados con énfasis en ciencias naturales, los estudiantes tienen un potencial en matemáticas y manejan de alguna forma los sistemas numéricos y por ello se hace hincapié en los números reales y las situaciones propuestas tendrán la aplicación de cada uno de los sistemas numéricos. 1.2 SITUACIÓN PROBLEMA La irregularidad climática que existe en nuestro país, los problemas de plagas en los cultivos y el exceso oferta y demanda de productos generan variación en los precios de los productos agrícolas. En la tabla 1.1 se muestran los precios de algunos productos en cosecha durante el día 2 de enero de 2014 en el Boletín Diario de Corabastos. DESARROLLA EL SABER CRÍTICO Interpreta 1. ¿cuál es el precio por kg de cada producto? Analiza 2. ¿cuál es la diferencia de precio entre 1kg de curuba de primera calidad y 1 kg e guayaba de primera calidad? Infiere 3. ¿ es una buena opción consultar y comparar los precios de los producto en cosecha antes de hacer una compra? Explica 4. Si en el mes de diciembre el precio promedio de 1kg de curuba fue de $600, ¿por qué es correcto afirmar que en enero el precio del kilo de curuba estuvo por encima de su precio en diciembre? 5. Si el precio de remolacha de primera calidad pasó de $50.000 a $45.500 en una semana, ¿cómo se determina en cuanto disminuyó el precio de la remolacha? 1.3 COMPETENCIAS ESPECÍFICAS Aplica las competencias básicas de las matemáticas, sus operaciones, propiedades, gráficas de los números enteros y fraccionarios en la solución de situaciones problemas diversas. Despierta en los estudiantes la curiosidad y el interés hacia la búsqueda del conocimiento que le sirva de apoyo para su aprendizaje, asumiendo actitudes innovadoras e investigativas a partir de los conocimientos matemáticos. 1.4 DINÁMICA PARA CONSTRUIR EL CONOCIMIENTO 1.4.1 ACTIVIDAD PREVIA: Trabajo independiente. Lea la presentación de la unidad y las competencias específicas a alcanzar al término de la unidad y de solución al problema inicial de la unidad. Lectura comprensiva de la unidad mediante el análisis de los ejemplos y solución de las actividades finales de la unidad. Realice las consultas pertinentes en la bibliografía y cibergrafía o las que usted consideres necesarias. Use el resume de la unidad Resuelva la actividad final de autoevaluación. 1.4.2 ACTIVIDAD EN GRUPO Socialice las respuestas del problema inicial de la unidad con los compañeros y el tutor. Consulte con los compañeros de CIPA sobre las dificultades detectadas y su solución por parte de otros compañeros o el tutor en forma colaborativa. Desarrolle la actividad final de autoevaluación propuesta de la unidad. Realice un informe de la parte II de la autoevaluación, sustentando cada una de las situaciones propuestas. 1.5 NÚMEROS REALES Empezamos dando un breve recorrido por los números Reales. El conjunto N = {1, 2, 3, 4,…} se denomina Conjunto de Números Naturales y en él siempre es posible la suma y multiplicación, es decir, al suma o multiplicar dos número naturales, el resultado siempre es un número natural, pero no siempre es posible la resta o la división. Esta limitación crea la necesidad de extender el conjunto de los números naturales al sistema de los números Enteros (Z). Los enteros incluyen los números naturales, los negativos u opuestos de los naturales y el cero (0), entonces podemos representar al Conjunto de los Números Enteros como: Z = {…, – 3, – 2, – 1, 0, 1, 2, 3,…} Z = Z– {0} Z+ Es claro que los números naturales también son entero, es decir, los enteros contienen a los naturales N Z. en el conjunto de los enteros podemos sumar, restar, multiplicar, pero no siempre es posible efectuar la división. Para superar esta limitación extendemos el sistema de los números enteros al sistema de los números racionales (Q): a Q { , a, b Z , b 0} b En este conjunto siempre es posible sumar, restar, multiplicar y dividir cualesquiera dos números racionales. De esta manera las cuatros operaciones elementales de la aritmética son posible dentro del conjunto de los número racionales. Cuando un número racional se expresa como decimal, los decimales terminan (finitos) o presentan un bloque que se repite indefinidamente. EJEMPLO: Son decimales finitos: 1. 3 0.375; 8 2. 1 0,25; 4 Son decimales infinitos y periódicos: 3. 3 0.272727 ...; 11 y 4. 4 0,5714285714 285...; 7 Estos últimos, se puede escribir como: 3 0.27 11 y 4 0, 571428 , los números sobre la barra indican el periodo. 7 Verifica las igualdades numéricas planteadas Todo número racional tiene una forma decimal que es finita o infinita periódica. A veces se utiliza esta propiedad para definir el conjunto de los números racionales. Existes algunos números de uso común que no son racionales, es decir, no puede 2 , 3, , e, tales expresarse como la razón de dos enteros, entre otros están números se denominan Irracionales (I). La diferencia esencial entre los racionales y los irracionales se advierte en sus expresiones decimales. Cuando un número irracional se representa por medio de un decimal, los decimales continúan indefinidamente sin presentar ningún bloque repetitivo: 2 1,4142135623 ... 3,1415926535 ... No importa cuantos decimales expresemos, estos números no presentan un bloque repetitivo, en contraste con el patrón que ocurre con los racionales. El término Real se utiliza para indicar un número que es racional o irracional. El sistema de los números reales consta de todas las posibles expresiones decimales. Aquellos que terminan o se repiten corresponden a los números racionales mientras que las restantes corresponden a los irracionales. R=QI Todos los números reales pueden representarse por los puntos sobre una línea recta llamada recta Real o numérica. A todo número real le corresponde un punto sobre la recta y a todo punto sobre la recta le corresponde un número real. NOTA: Algunos números, en particular algunos números irracionales, pueden ser representados de manera exacta utilizando el teorema de Pitágoras una o sucesivas veces. 2 12 12 1 1 3 2 1 2 2 2 1 3 2 2 12 4 1 1.6 OPERACIONES CON NÚMEROS REALES Las operaciones con los números reales incluyen las operaciones con naturales, enteros, racionales e irracionales, como lo trataremos a continuación: Adición y sustracción de números reales: Para poder sumar o restar radicales cuadráticos estos deben tener el mismo radicando; para conseguirlo hay que extraer factores fuera del radicando: EJEMPLO 1: 3 18 5 18 8 18 8 2(9) 8(3) 2 24 2 6 5 8 5 2 5 EXAMPLE : Find the total length of the piece of metal shown in figure Solution: First indicate the sum as follows: Changing to like fractions and adding numerators, The total length is inches. Multiplicación de números reales: para obtener el producto de dos radicales semejantes basta multiplicar las cantidades subradicales y luego simplificar: 5x 10 5(10) 50 2(25) 5 2 2 3x3 12 2(3) 3(12) 6 36 6(6) 36 División de números reales: para obtener el cociente de dos expresiones radicales basta realizar la división entre las cantidades subradicales si es posible. EJEMPLO: 20 5 20 5 4 2 14 7 2 28 14 7 1 1 7 7 7 2 28 4 2 4 NOTA: debes consultar las operaciones con radicales que no son semejantes Propiedades de los números reales: Cuando se suman o se multiplican números reales, el resultado es otro número real. Estas operaciones son fundamentales en el sistema de los números reales y poseen ciertas propiedades que parecen elementales pero que son importantes para entender las diversas manipulaciones algebraicas que se efectuaran más adelante. Propiedad conmutativa: si a, b R, se cumple: a+b=b+a – 3 + 10 = 7 10 + (–3) = 7 y axb=bxa – 3 x10 = –21 10 x (–3) = –21 Propiedad asociativa: si a, b, c R, se cumple: (a + b) + c = a + (b + c) y (a x b) = ax(b x c) (–3 + 10) + 5 = –3 + (10 + 5) x(10x5) 7 + 5 = –3 + 15 12 = 12 (–3 x10)x5 = –3 (–30)x5 = –3x(50) –150 = –150 Propiedad distributiva: si a, b, c R, se cumple: a(b + c) = ab + bc a(b – c) = ab – bc y y (b + c)a =ba + bc (b – c)a =ba – bc EJEMPLO 4(–3+2) = 4(–3) + 4(2) 4(–1) = –12 + 8 –4 = –4 4(3 – 2) = 4(3) – 4(2) 4(1) = 12 – 8 4=4 Elemento identidad: si a R, se cumple que: a + 0 = 0 +a y a x1 =1xa El cero y el uno se conocen como elemento identidad para la adición y la multiplicación respectivamente. Elemento inverso: si a R, entonces existe un único número real denominado el negativo de a, simbolizado como – a, tal que: a + (–a) = 0 y se dice que –a es el opuesto o inverso aditivo de a. Si a no es cero, entonces también existe un único número real denominado el recíproco de a simbolizado por 1/a, tal que: 1 a a 1 a a EJEMPLO: El inverso aditivo de 5 es –5 porque 5 + (–5) = 0 Como el inverso aditivo de –5 denotado por –(–5) es 5, se sigue que –(–5) = 5, en general: –(–a) = a El inverso multiplicativo o recíproco de 5 es 1 5 1 porque 5 1 . Este resultado 5 5 5 es válido para cualquier número real a≠0, es decir: el inverso multiplicativo de 5 es 5 1 1 1 1 dado que 5(5 ) 5 1 5 5 El inverso multiplicativo de 51 denotado por 5 1 que 51 1 5. 1 1 , es 5. Pero 5(5 ) 1 , se sigue En general, para cualquier real a≠0, se cumple: a 1 1 a. Una vez definidos los inversos aditivos y multiplicativos de a se puede definir las operaciones de sustracción y división así: a – b = a + (–b) a 1 1 a a b a , b 0 es decir : a b b b b 1.7 POTENCIACIÓN DE NÚMERO REALES La operación potenciación se define en los números reales como una multiplicación abreviada cuando los factores son iguales. Así al tener 3x3x3 esto se puede representar por 34 donde el número 3 es la base y 4 es el exponente. Se debe tener en cuenta que base puede ser positiva o negativa. Es decir: para todo a en los reales y n enteros Se debe tener en cuenta la ley de los signos aplicada en la multiplicación de número enteros. EJEMPLO: 2x2x2x2 = 24 = 16; (–3) (–3) (–3)= (–3)3 = –27 1.8 PROPIEDADES DE LA POTENCIACIÓN. Producto de potencias de igual base: para todo a R; n,m Z se cumple: n m a a a b b b m n EJEMPLO: 3 5 35 8 5 5 5 5 6 6 6 6 Potencia de un producto: para todo a R; n Z se cumple n n a c a c · b d b d n EJEMPLO: 7 7 7 7 7 7 6 7 6 8 15 · · · Simplifique este resultado 8 15 8 15 7 6 Cociente de potencias de igual base: para todo a R; n,m Z se cumple: n m n m a a a b b b EJEMPLO: 5 3 53 2 7 7 7 7 9 9 9 9 Potencia de un cociente: para todo a R; n Z se cumple n n a a n b b EJEMPLO: 3 3 5 5 125 3 3 3 27 Potencia de una potencia: para todo a R; n,m Z se cumple m a n a n·m b b EJEMPLO: 4 5 3 5 3·4 5 12 8 9 9 Exponente fraccionario Se ha definido am cuando m es entero cualquiera, ahora se extiende al caso en 1 que m es un número racional arbitrario. Considere a n cuando n es un entero distinto de cero, haciendo m 1 , por la propiedad potencia de una potencia se n tiene: n 1 n 1 a n a n a1 a 1 De modo, si hacemos b a n se sigue que b n a EJEMPLO: 1 3 8 2, porque 23 8 n El símbolo a también se utiliza en lugar de 1 n a , es decir, EJEMPLO: 3 4 1. a 4 33 , 1 2 2. 2 2 3. 325 5 32 2 porque 25 32 4. 216 3 3 216 6 5. 42 1 1 3 porque 63 216 2 (4)3 64 no tiene raices reales n a a 1 n 1.9 NOTACIÓN CIENTÍFICA ¿Conoces este número 300.000.000 m/s.? ¡Es la velocidad de la luz! ¿Reconoces este número 0,000 000 000 753 kg. ? ¡Es la masa de una partícula de polvo! Los científicos trabajan a menudo con cantidades muy grandes o muy pequeñas, como por ejemplo: la masa de la Tierra que es aproximadamente de: 6.000.000.000.000.000.000.000.000kg. la masa de un electrón: 0,000000000000000000000000000000911 kg Se puede apreciar que escritas de esta manera, las cantidades necesitan mucho espacio y se dificulta su cálculo. Para obviar lo anterior, se usa la notación científica, la cual se basa en potencias de 10 y que para su escritura, la parte numérica de una medición se expresa como un número entre 1 y 10 multiplicado por la potencia de 10: d x 10n donde 1 d < 10 ; n es un entero. Así, la masa de tierra se puede escribir como 6x1024 Kg y la del electrón 9,11x10 –31 kg EJEMPLO 1 una célula vegetal podría contener 208.000.000.000.000 cantidad que puede escribirse como 2,08x1014 el peso de una molécula de oxígeno es 0,000000000000000000000053, que en notación científica es 5,3x10– 23 Los números mayores que 10 tendrán exponentes enteros positivos en la notación científica, mientras que los menores que 1 tienen potencia negativa, el exponente se determina mediante el conteo de posiciones decimales. EJEMPLO 2 Exprese en notación científica el número 14.000.000 Solución 14.000.000 = 14x1.000.000 = 1,4x10x1.000.000=1,4x101x106=1,4x107 Observe que: el número se escribe como el producto de dos factores. El segundo factor es una potencia de 10 el primer factor se escribe como un número entre 1 y 10 por una potencia de 10 se multiplican las potencia de 10 o simplemente se corre la coma decimal a la izquierda hasta tener un dígito y se cuentan los lugares y este número corresponde al exponente positivo de la potencia de 10; si se corre a la derecha se tiene un exponente negativo. EJEMPLO 3 Exprese en notación científica el número 0,00000125 Solución 0,00000125 = 1,25x10 derecha- –6 , se observa que la coma decimal corre 6 lugares a la 1.10 APROXIMACIÓN DE EXPRESIONES DECIMALES Algunas veces es necesario expresar un número con menos cifras de las determinadas en una medida o cálculo. Esto se hace por redondeo del número en cuestión al número deseado de cifras decimales o también cuando la expresión decimal de un racional tiene infinitas cifras decimales, se hace una aproximaci6n decimal a una, dos, tres, o más cifras, según se requiera o de acuerdo con el instrumento de medida utilizado. EJEMPLO a. 20 2,8571428571 ..., Este decimal lo podemos aproximar a dos, tres, o más 7 cifras decimales así: Aproximado a dos cifras decimales se tiene: 20 2,86 porque la 7 tercera cifra decimal (7) es mayor que 5, entonces se aproxima a la superior de 5 que es 6 Aproximado a tres cifras decimales se tiene: 20 2,857 , porque la cuarta 7 cifra (1) es menor que 5. Solución TIC: en las calculadoras científica use el modo SCI, tomando los decimales necesarios, se puede escribir los números en notación científica; en el modo FIX para aproximar o redondear un número con las cifras decimales necesarios. 1.11 RESUMEN El término Real se utiliza para indicar un número que es racional o irracional. El sistema de los números reales consta de todas las posibles expresiones decimales. Aquellos que terminan o se repiten corresponden a los números racionales mientras que las restante corresponden a los irracionales. R=QI Todos los números reales pueden representarse por los puntos sobre una línea recta llamada recta Real o numérica. A todo número real le corresponde un punto sobre la recta y a todo punto sobre la recta le corresponde un número real. En los números reales, se cumplen todas las operaciones y para la solución de situaciones se aplican las propiedades de los mismos. La notación científica, la cual se basa en potencias de 10 y que para su escritura, la parte numérica de una medición se expresa como un número entre 1 y 10 multiplicado por la potencia de 10: es decir: d x 10n, donde 1 d < 10; n es un entero. Para el cálculo de operaciones se suele aproximar los resultados o las medidas de acuerdo con la situación descrita, en estos casos se aplican las reglas según sea el caso. 1.12 EVALUACIÓN I. Sustente cada una de las situaciones propuestas de acuerdo con los conceptos y propiedades estudiadas. 1. La tierra esta aproximadamente a 92.900.000 millas del sol. Si 1 milla = 1.61 x 10 3 m, ¿a qué distancia este el sol de la tierra en metros? 2. Si la velocidad de la luz es 3.00 x 10 8 m/s, utilice la respuesta del problema anterior para estimar cuánto tarda la luz del sol en llegar a la tierra. 3. En una jornada de trabajo paso horas de clase ocupan los 1 3 del durmiendo y los en la universidad, las 8 3 3 del tiempo en la U. ¿Qué fracci6n del día las 2 clases? 4. Una clase de leche da los 6 2 de su peso en nata, y la nata, los de su 15 25 peso en mantequilla. ¿Qué fracción de peso de leche representa el peso de la mantequilla? ¿Qué cantidad de mantequilla se obtiene con 250 Kg. de leche? II. En cada pregunta, sustente su respuesta con buena presentación y adecuado procedimiento. 1. Gasté la tercera parte y gané el equivalente a la mitad del resto, si ahora tengo $90, cuánto tenía inicialmente? a) $200 c) $150 b) $240 d) $90 2. Una arepa se divide en 3 parte iguales, luego una partes de ellas se dividen en tres partes iguales. Si se toma dos partes grandes y dos pequeñas, la porción que queda de la arepa es: a) 8/9 c) 1/9 b) 5/12 d) 7/12 3. Gasté 1/3 del dinero que tenía, luego perdí la mitad del resto y aún me quedan $80. Por lo tanto se puede concluir que tenía inicialmente: a) $80 c) $240 b) $320 d) $180 4. Un constructor de autos tiene 600 en una bodega. Suministra concesionario T, a una empresa distribuidora y autos que aún mantiene almacenados es: a) 102 b) 240 c) 48 d) 125 3 de ellos a un 8 a otra. El número de 5. Tengo $180, gasto un tercio y un tercio del resto lo pierdo, me queda a) $60 b) $80 c) $40 d) $50 6. La cabeza de un cocodrilo es un tercio de la cola y el tronco es un medio de la cola. Sí la cola mide un 3metro, el cocodrilo mide: a) 4,0m c) 5,0m b) 4,5m d) 5,5 m Información: María y su hijo Manuel van a pintar las paredes de su casa. Para 3 5 de galón de pintura roja y de galón 8 8 ello, compraron 1 galón de pintura blanca, de pintura verde. Responda 7, 8 y 9. 7. La cantidad total de pintura que compraron fue de : 1 galones 8 2 d) 2 galones 8 a) 9 galones c) 2 b) 2 galones 8. María pinta más rápido que su hijo. Mientras ella pinta de rojo 2 paredes, Manuel pinta de verde la tercera parte de otra pared del mismo tamaño. Si al terminar la jornada María pinto 6 paredes, entonces Manuel pintó: a) 1 pared b) 2 paredes c) 1 pared y d) 2 9. Los 1 de otra pared 3 1 paredes 3 3 de pintura roja fueron insuficientes para pintar las paredes del patio, 8 entonces María compró un María fue de: a) 4 12 b) 1 más, la cantidad total de pintura roja que compró 1 2 c) 5 8 d) 3 32 10. En un apartamento se tiene un tanque de agua totalmente lleno. En un día se consumió medio tanque de agua; al día siguiente, la cuarta parte de lo que quedaba; el tercer día se consumieron 15 litros de agua, es decir, la tercera parte de lo que quedaba. La capacidad del tanque es de: a) 15 litros c) 60 litros b) 30 litros d) 120 litros 1.13 MAPA CONCEPTUAL DE LOS REALES 1.14 LECTURA COMPLEMENTARIA EL SÍMBOLO , El símbolo , del que toma el nombre la constante, se incorporó tardíamente a las matemáticas; lo introdujo en 1706 el escritor y Matemático inglés William Janes y lo popularizo el Matemático suizo Leonardo Euler en el siglo XVIII. En el Papiro de Rhind (1700 a. C.), aparecido en Egipto, se toma como valor de 3.1625, el error cometido es de aproximadamente 2 centésimas. El matemático chino Tsu Chung - Chih (430 a. C.) encontró como valor de la aproximación . No sería mejorado en occidente este valor hasta finales del siglo XVI. Esta fracción notable fue redescubierta más tarde por Adrián de Metius. Este valor es realmente sorprendente, ya que da el valor de con un error menor que 1 diezmillonésima. Es, por tanto, un número ideal para su explicación en el caso de los engranajes. Arquímedes valiéndose de polígonos de 96 lados (empezando por el triángulo se tiene la sucesión de polígonos 3, 6, 12, 24, 48, 96,) demostró que está comprendido entre 3 10 10 y 3 . 70 71 El método de Arquímedes resulta conceptualmente sencillo. Hasta el siglo XVII todos los intentos de calcular el número realizados en Europa se fundaron de una u otra forma en este método. Ludolph Van Ceulen, matemático holandés del siglo XVI, dedico gran parte de su vida al cálculo de casi al final de su vida obtuvo una aproximación de 32 cifras calculando el perímetro de polígonos inscritos y circunscritos de 262 lados. Se dice que el valor de que obtuvo así, denominado ludolfiano en ciertas regiones de Europa, fue su epitafio. Newton Calculo el numero con 15 cifras decimales. Leibniz dedujo en 1674 la fórmula: 1 1 1 1 .... 4 3 5 7 Llamada también serie de James Gregory (Año 1671). Machin en 1706 calculó 100 cifras decimales. El matemático Francés Lambert demuestra en 1761 quell es un numero irracional; es decir, que no puede expresarse por medio de fracciones. Johann Dase en 1844 computó en cosas de meses 205 cifras decimales utilizando una fórmula similar a la de Machin. En 1853, William Shanks rebasó de largo a Dase con la publicación del cálculo de hasta las 607 cifras, si bien las posteriores a las 527 resultaron ser erróneas. El trabajo de Shanks le llevo muchos años y fue fruto de una aplicación bastante rutinaria, aunque laboriosa, de la fórmula de Machin. En 1873, el matemático francés Hermite prueba que es un número trascendente; es decir, un número que no es solución de ninguna ecuación algebraica. Más tarde, 1882, el matemático Alemán Lindemann generaliza el método de Hermite y resulta definitivamente que no es posible cuadrar el círculo; es decir, construir con regla y compas un cuadrado de área igual a la de un circulo. En 1946, D. F. Ferguson, inglés ayudándose de una calculadora mecánica halla 530 cifras decimales de , comprobando que a partir de las 527 las cifras decimales obtenidas por Sank son erróneas. El advenimiento del ordenador trajo consigo un renacer de los esfuerzos para calcular En junio de 1949, John Von Neumann y sus colegas aplicaron la tarea uno de los primeras ordenadores eléctricos, el ENIAC que generó 2037 cifras en setenta horas. En 1957, G. E. Felton trat6 de calcular 10.000 cifras de , pero por un error de la máquina solo resultaron ser correctas las 7.480 primeras. La meta de las 10.000 cifras la alcanz6 al año siguiente F. Genuts con un ordenador IBM 704. En 1961, Daniel Shanks y John W. Wrench, Jr., calcularon 10.000 cifras de II en menos de nueve horas con un ordenador IBM 7090. El millón de cifras rebasó en 1973; Jean Guiloud y M. Brouyer realizaron la proeza que llevo un poco menos de un día a un CDC 7 600. En 1987 se establece un nuevo record por Jonathan M. Borwein y Meter B. Borwein: 100 millones de cifras. Los algoritmos para llegar a esta proeza se basan en los descubrimientos del matemático Indio Ramanujan. =3,14159265358979323846264338327950288419716939375105820... 2. LA PROPORCIONALIDAD 2.1 PRESENTACIÓN Una de las situaciones de la vida diaria, en diversos contextos, es el uso de los números en los problemas referentes a los tipos de variación entre magnitudes, llámese pintar una casa por un grupo de trabajadores para entregar la obra en el menor tiempo posible, hacer una comida para un número de personas, la dosis de un medicamento, el pago de un dinero por efecto de un préstamo, entre otras, lo cual lleva al estudio de las proporciones. 2.2 SITUACIÓN PROBLEMA Alejandra quiso aplicar la idea de Thales de Mileto para medir la altura de una bandera. A la misma hora del día tomó la medida de la longitud de la sombra de la bandera y la medida de la longitud de la sombra de un palo de 120cm de largo. Según Thales de Mileto, la altura del palo es a la longitud de su sombra como la altura de la bandera es a longitud de su sombra. DESARROLLA EL SABER CRÍTICO Interpreta 1. ¿Cuál es la altura de la bandera hallada por Alejandra? Analiza 2. ¿Cuál es la correlación entre la longitud de la sombra de la bandera y la longitud de la sombra del palo a la misma hora del día? Infiere 3. ¿Es el método de Thales de Mileto una buena opción para calcular la altura de un árbol en forma indirecta? 2.3 COMPETENCIAS ESPECÍFICAS Aplica la proporcionalidad y la medición, en la solución de problemas mediante el uso de la relación entre magnitudes y las conversiones entre los sistema de medidas. Despierta en los estudiantes la curiosidad y el interés hacia la búsqueda del conocimiento que le sirva de apoyo para su aprendizaje, asumiendo actitudes innovadoras e investigativas a partir de los conocimientos matemáticos. 2.4 DINÁMICA PARA CONSTRUIR EL CONOCIMIENTO ACTIVIDAD PREVIA: Trabajo independiente. Lea la presentación de la unidad y las competencias específicas a alcanzar al término de la unidad y de solución al problema inicial de la unidad. Lectura comprensiva de la unidad mediante el análisis de los ejemplos y solución de las actividades finales de la unidad. Realice las consultas pertinentes en la bibliografía y cibergrafía o las que usted consideres necesarias. Use el resume de la unidad Resuelva la actividad final de autoevaluación. ACTIVIDAD EN GRUPO Socialice las respuestas del problema inicial de la unidad con los compañeros y el tutor. Consulte con los compañeros de CIPA sobre las dificultades detectadas y su solución por parte de otros compañeros o el tutor en forma colaborativa. Desarrolle la actividad final de autoevaluación propuesta de la unidad. Realice un informe de la parte II de la autoevaluación, sustentando cada una de las situaciones propuestas. 2.5 RELACIONES ENTRE MAGNITUDES Magnitud: Es todo aquello que se puede medir, como la longitud de una mesa, la temperatura de un cuerpo, la masa de un cuerpo, el tiempo que gasta un fenómeno. Medir: Es comparar una magnitud con otra de su misma especie que arbitrariamente se toma como unidad. El resultado de toda medida es siempre un número que es valor de la magnitud y expresa la relación entre esta magnitud y la que se toma como magnitud. Razón: Es una manera de comparar dos magnitudes. En términos generales, una razón informa la comparación por división de dos números o de las medidas de dos cantidades que pueden ser de la misma especie o de diferente especie. Se simboliza por: a b ó a : b Se lee : " a es a b" a es el antecedente y b el consecuente EJEMPLO: La velocidad es una razón entre la distancia recorrida y el tiempo gastado para recorrerla: 20km/h, significa que un automóvil recorre una distancia de 20 km cada hora. La razón entre la edad del hijo y la del padre si respectivamente tienen 20 años y 60 años es: 20 años 1 que significa que por cada año del hijo el padre tiene 60 años 3 3. Proporción: corresponde a la igualdad de dos razones: si a/b e una razón y c/d es otra razón y son iguales, se escribe y cumple: a c ad bc ; propiedad fundamental b d a y d se denominan extremos y b y c medios. La propiedad fundamental permite calcular un término desconocido en una proporción. EJEMPLO: Calcule el termino desconocido en la proporción 8 24 . 9 x Solución: Se aplica la propiedad fundamental de las proporcione y luego se despeja el valor de x: 8 24 8x 9(24) 9 x 8x 216 216 x 8 x 27 1.6 TIPOS PROPORCIONALIDAD La proporcionalidad es una relación entre magnitudes medibles. Es uno de los escasos conceptos matemáticos ampliamente difundido en la población. Esto se debe a que es en buena medida intuitiva y de uso muy común, ella se puede presentar como: Proporcionalidad directa: En este caso al representar las dos magnitudes están relacionando, estas tienen las siguientes características: Su gráfica es una línea recta que parte del origen del sistema de coordenadas cartesianas. La constante de proporcionalidad, corresponde a la pendiente de la recta y generalmente se le da un nombre, de acuerdo con lo que se esté estudiando. La ecuación que relaciona o liga las magnitudes es de la forma y = K x. Esto significa que el cociente entre cada pareja de las magnitudes en la tabla de datos es constante. No se deben olvidar sus unidades respectivas. Ejemplo1 Un automóvil consume 3 galones de gasolina por 120 km de recorrido ¿Cuantos kilómetros recorre con 20 galones? Solución Se plantea un esquema de proporcionalidad Se resuelve la proporción, de acuerdo a que existe una relación directa entre las magnitudes. 20galones(120km) simplificando 3galones x 20(40km) 800km x Se observa que si se aumenta el número de galones aumenta, el kilometraje aumenta. EXAMPLE The Tortoise and The Hare Goal Apply the concept of average speed. Problem A turtle and a rabbit engage in a footrace over a distance of 4.00 km. The rabbit runs 0.500 km and then stops for a 90.0min nap. Upon awakening, he remembers the race and runs twice as fast. Finishing the course in a total time of 1.75 h, the rabbit wins the race. (a) Calculate the average speed of the rabbit. (b) What was his average speed before he stopped for a nap? Strategy Finding the overall average speed in part (a) is just a matter of dividing the total distance by the total time. Part (b) requires two equations and two unknowns, the latter turning out to be the two different average speeds: v1 before the nap and v2 after the nap. One equation is given in the statement of the problem (v2 = 2v1), while the other comes from the fact the rabbit ran for only fifteen minutes because he napped for ninety minutes. Solution (a) Find the rabbit’s overall average speed. Apply the equation for average speed: (b) Find the rabbit’s average speed before his nap. Sum the running times, and set the sum equal to 0.25 h: t1 + t 2 = 0.250 h Substitute t1 = d1/v1 and t 2 = d 2/v 2: (1) Equation (1) and v2 = 2v1 are the two equations needed, and d1 and d2 are known. Solve for v1 by substitution: v1 = 9.00 km/h Remark As seen in this example, average speed can be calculated regardless of any variation in speed over the given time interval. La proporcionalidad directa es un caso particular de las variaciones lineales. El factor constante de proporcionalidad puede utilizarse para expresar las relaciones entre las magnitudes. Las situaciones de variación directa se traducen a problemas de regla de tres simple directa y porcentaje o tanto por ciento. En tales problemas sólo intervienen dos magnitudes que están directamente correlacionadas. En una proporción porcentual, uno de los números, la parte, se compara con la cantidad total, la base. La otra razón es un porcentaje, escrito como una fracción, con una base de 100. parte porcentaje base 100 Símbolo 2 40 Aritmética 5 100 a p Álgebra b 100 Palabras Una razón que compara el cambio en la cantidad con la cantidad original se llama porcentaje de cambio. Cuando la nueva cantidad es mayor que la original, el porcentaje de cambio es de aumento. Cuando la nueva cantidad es menor que la original, el porcentaje de cambio es de disminución. El aumento en el precio que una tienda le suma al costo se llama recargo. El porcentaje del recargo es un porcentaje de aumento. La cantidad que el cliente paga se llama precio de venta. La cantidad por la cual el precio regular se reduce se llama descuento El porcentaje de descuento es un porcentaje de disminución. Se calcula el precio de oferta al restar el descuento. EJEMPLO 3: El corazón de un hombre adulto bombea 20 litros de sangre en 4 minutos, ¿cuantas horas bombea 1.600 litros? Solución: Se observa que la relación entre a cantidad de sangre bombeada es directa, por lo tanto, se plantea el esquema de proporcionalidad, en su solución la propiedad fundamental de las misma. 20 litros → 4m 1.600 litros → x (20litros)x 1600(4m) 6400litros(min) simplificando 20litros x 320min x EJEMPLO 4: El prensado de 1500kg de aceituna produce el 36% de su peso Calcule la cantidad de aceite obtenida. aceite. Solución: Se aplica la proporción porcentual x 36 $1500kg(36 x simplificando 1500kg 100 100 x 540kg Por lo tanto, la cantidad de aceite producida es 540kg EJEMPLO 5: Un compuesto químico contenía originalmente ½ onza de hidróxido de sodio. La nueva fórmula contiene 5 de onza de hidróxido de sodio. ¿Qué porcentaje de 8 hidróxido de sodio de la fórmula original contiene la nueva fórmula? Solución: Se plantea un esquema de una regla de tres simple directa ½ onza → 100% 5/8 onza → x Se resuelve la proporción directa, como antes: 5 500 (100%) % 1000% x 8 8 125% 1 1 8 2 2 Luego la cantidad de hidróxido de sodio de la nueva formula 5/8 onza es el 125% de la cantidad original de ½ onza. EJEMPLO 6: De los 800 alumnos que hay en una institución educativa donde estudia Gloria, 600 alumnos se fueron de viaje, ¿qué porcentaje de alumnos viajó? Solución: Se plantea una regla de tres simple directa. 800 alumnos 100% 600 alumnos x Se resuelve la proporción: x 600alumnos(100% ) 600% 75% 800alumnos 6 Es decir, viajó el 75% de los alumnos Proporcionalidad inversa: Presenta las siguientes características: Su gráfica es una hipérbola. La constante de proporcionalidad está dado por el producto de las parejas correspondientes en la tabla de datos y también se le da un nombre de acuerdo con el caso que se estudia. La ecuación que liga las magnitudes que se estudian es de la forma: y K x EJEMPLO 1: Dos autos recorren exactamente la misma distancia. Al primero le ha tomado dos horas llegar a su destino, rodando a una velocidad promedia de 75km/h. El segundo rueda a 100 km/h. ¿Cuánto tiempo ha tardado en llegar? Solución Como las magnitudes son inversamente proporcionales, se determina la constante de proporcionalidad: K 75 km (2h) 150km , so observa que dicha contante representa la distancia h recorrida. Se aplica la ecuación que liga las variable, es decir: la velocidad, el tiempo y la distancia, así: d Se sustituyen los valores y se despeja el tiempo: t km 150km 150km 100 t 1,50h h t 100Km/h v Las situaciones de variación inversa se traducen a problemas de regla de tres simple inversa. En tales problemas sólo intervienen dos magnitudes que están correlacionadas. EJEMPLO 2: Dos autos recorren exactamente la misma distancia. Al primero le ha tomado dos horas llegar a su destino, rodando a una velocidad promedia de 75km/h. El segundo rueda a 100 km/h. ¿Cuánto tiempo ha tardado en llegar? Solución: El problema anterior se puede resolver planteado el esquema de proporcionalidad: 75km/h 100 km/h → → 2h x Se resuelve la proporción, de acuerdo a que existe una relación inversa entre las magnitudes, para aplicar la proporción se invierte la segunda razón y se aplica la propiedad fundamental de la misma. 75km/h(2h) simplificando 100km/h 3h x 1,5h 2 x Se observa que si la velocidad aumenta el tiempo disminuye. EJEMPLO 3: En una fábrica 10 obreros hacen cierto trabajo en 15 horas, ¿Cuánto tiempo demoran 5 obreros en efectuar el mismo trabajo con la misma rapidez y habilidad? Solución Observe que al disminuir el número de obreros aumenta el tiempo en que se hace el trabajo. Luego el problema es de regla de tres simple inversa, y se plantea el esquema de proporcionalidad. 100 obreros → 5 obreros → 15 horas x Como las magnitudes son inversamente proporcionales, la razón entre las dos cantidades de la misma magnitud es igual a la razón inversa de la otra. 10 ob x despejando 5 ob 15 h 10 ob(15h) x 30h 5 0b Se plantea un esquema de proporcionalidad Regla de Tres Compuesta: Se ha dicho que cuando en un problema intervienen dos magnitudes, a regla es de tres simple. Cuando intervienen más de dos magnitudes se dice que la regla de tres es compuesta. Si las magnitudes que intervienen en el problema son directamente proporcionales entre sí, entonces la regla es de tres compuesta directa. Si todas las magnitudes que intervienen son inversamente proporcionales decimos que a regla es de tres compuesta inversa. Si algunas de las magnitudes son directamente proporcionales y otras inversamente proporcionales, se dice que la regla es de tres compuesta mixta. Regla de Tres Compuesta directa: Si las magnitudes que intervienen en el problema son directamente proporcionales entre sí. EJEMPLO: 10 canecas de combustible de 15 galones cuestan $36.750, ¿Cuánto cuestan canecas de 55 galones de combustible si el precio por galón es igual? 8 Solución: En el problema intervienen las magnitudes: n° de canecas, capacidad y dinero. Se plantea el esquema de proporcionalidad: D D 10 canecas → 15 galones → $36.750 8 canecas → 55 galones → x Comparando las magnitudes que tiene dos cantidades conocidas (n° de canecas y capacidad) con la magnitud de la cantidad desconocida (dinero), vemos que son directamente proporcionales al precio. Como en 10 caneca de 15 galones hay 10 x 15 = 150 galones y 8 canecas de 55 galones hay 8 x 55 = 440 galones, entonces podemos reducir el problema a una regla de tres simple. 150 galones → $36.750 440 galones → x Se resuelve la proporción como antes: x 444 galones($36.750) $16.170.000 $107.000 150 galones 150 Luego 8 canecas de 55 galones tienen un precio de $107.800 Regla de Tres Compuesta Inversa: Como su nombre lo indica, se trata de resolver problemas donde aparecen más de dos magnitudes que son inversamente proporcionales. EJEMPLO: Un grupo de 45 excursionistas tienen víveres para 40 días a una ración de 900g por día. ,¿Cuál debe ser la raci6n diaria, si al iniciar la excursión se incrementa el grupo en 5 personas y se amplía el tiempo a dos meses?. Solución: En el enunciado intervienen las magnitudes número de personas, tiempo y ración (peso en gramos) I I 45 personas → 40 días → 900 gr 50 personas → 60 días → x Se observa que a mayor número de personas menos es el peso de la ración diaria. A mayor número de días en la excursión disminuye igualmente la ración; luego las magnitudes número de personas y tiempo son inversamente proporcionales con relación al peso de la ración diaria, lo cual indicamos colocando I sobre las respectivas columnas. 50 60 60 900 g 45 40 40 x 3000 x 900 g (1800 ) 1620000g 3000 x 540g x Luego 50 personas durante 2 meses recibe ración diaria de 540g Regla de Tres Compuesta Mixta: Como su nombre lo indica, se trata de resolver problemas donde aparecen magnitudes que son inversamente proporcionales y magnitudes directamente proporcionales. EJEMPLO 1: En una fábrica de envases plásticos 5 máquinas producen 75.000 unidades en tres días. ¿Cuantas máquinas, iguales a las anteriores se deben poner a funcionar para atender un pedido de 200.000 envases plásticos en dos días?. Solución: Se plantea el esquema de proporcionalidad con las tres magnitudes: D I 5 máquinas → 75.000 unidades → 3 días x → 200.000 → 2 días Las magnitudes unidades producidas y numero de máquinas son directamente proporcionales; tiempo y número de máquinas son inversamente proporcionales. Luego: 5 maq 750000 u 2 dias 5 maq 1500000 15 X 200000 u 3 días x 600000 60 x 5maq(60) 20maq 15 Para producir 200 mil unidades en 2 días se deben poner a funcionar 20 máquinas. EJEMPLO 2: Para construir 4 casas iguales en 30 días trabajaron 60 albañiles. ¿Cuantos albañiles se necesitaran para construir 6 casas en 90 días? Solución: Se plantea el esquema de proporcionalidad con las tres magnitudes: D I 4 casas → 30 días → 60 albañiles 6 casas → 90 días → x El numero casas y el número de albañiles son magnitudes directamente proporcionales. El número de días y el número de albañiles son magnitudes inversamente proporcionales. Para resolver una regla de tres simple o compuesta se puede aplicar la siguiente regla práctica: Comenzamos de izquierda a derecha. Cuando la proporción sea directa ponemos debajo del número un signo más, y en el de arriba un signo menos. Cuando sea inversa ponemos un signo menos y un signo más en el otro. Para finalizar, el resultado sería igual entonces al producto de todos los que tienen signo más, dividido el producto de todos los que tienen signo menos. Aplicando a nuestro ejemplo se tiene: – + + 4 casas → 30 días → 60 albañiles 6 casas → 90 días → x + – x 6(30)(60albañiles) 10800 albañiles x 30albañiles 4(90) 360 Luego se necesitan 30 albañiles para construir 6 caasas en 90 días. Nota En la parte II de la evaluación hay problemas de repartos proporcionales; consulte en 2.7 RESUMEN: Proporción, en aritmética y geometría, relación especial entre un grupo de números o cantidades. Según la definición aritmética, proporción es la igualdad de dos razones. La razón es la relación entre dos números, definida como el cociente de un número por el otro. En toda proporción el producto de los extremos es igual al producto de los medios. a c ad bc b d Una importante aplicación de la proporcionalidad está en la resolución de los problemas de regla de tres simple y compuesta. 2.7 EVALUACIÓN I. Sustente cada una de las situaciones propuestas de acuerdo con los conceptos y propiedades estudiadas. 1. En un circuito eléctrico, la corriente eléctrica (I), en amperes, varía directamente con el voltaje con el voltaje (V). Cuando se aplican 12 volts, la corriente es de 12 amperes. Encuentre el valor de la corriente cuando se aplican 18 volts. 2. La ley de Hooke dice que la distancia (d) que se estira un resorte al colgar un objeto de él varía directamente con respecto al peso (p) del objeto. La distancia es 40 cm cuando el peso es de 3 kg. Halle la distancia para un peso de 5 kg. 3. La corriente (i) en un conductor eléctrico varia inversamente con respecto a Ia resistencia (R) del conductor. La corriente es de — amperes cuando la resistencia es de 240 ohms., Cuál es la corriente cuando la resistencia de 540 ohms. 4. Si hay 500 hombres y 400 mujeres en una escuela. ¿Cuál es la razón de: a) Hombres a mujeres? b) Mujeres a hombres? 5. El precio de un televisor se redujo en 11% para alcanzar un valor de $489.950. ¿Cuál era el precio original? 6. Un grifo que arroja 100 litros por minuto llena una piscina en 7 horas 12 minutos. ¿Qué cantidad de agua debe arrojar el grifo por minuto para llenar la piscina en 12 horas? 7. Un ciclista marchando 12 km/h recorre en varias etapas un camino, empleando 9 días a razón de 7 horas por día. ¿A qué velocidad tendrá que ir si desea emplear solo 6 días a razón de 9 horas?. 8. Una persona lee un libro de 400 páginas en 10 días leyendo diariamente 30 minutos. Si desea leer otro libro, de condiciones semejantes, de 600 páginas en 15 días, ¿cuántos minutos debe leer diariamente? 9. En un galpón de 20 gallinas en 12 días producen 190 huevos, ¿cuántos huevos producen 180 gallinas del galpón en 45 días? 10. Para construir una piscina 35 obreros trabajaron 270 días de 8 horas diarias. ¿Cuántos obreros se hubieran necesitado para hacer el mismo trabajo en 180 días de 7 horas diarias? 11. Los balones de fútbol y de baloncesto de una escuela deportiva suman 40 en total. Se sabe que hay 2 balones de baloncesto por cada 3 balones de fútbol. ¿Cuántos hay de cada uno? II. En cada pregunta, sustente su respuesta con buena presentación y adecuado procedimiento. Información: En una finca se desea hacer una zanja de terreno. Isaac calcula que si dos obreros trabajan 6 horas diarias durante 4 días, se harían 72 metros de la zanja, el desea aumentar los obreros a 5, trabajando a 8 horas diarias durante un día menos. Es necesario hallar los metros de zanja que harán en estas condiciones. 1. En el problema anterior, son magnitudes directas: a) Los obreros y las horas diarias b) Los obreros y los dias c) Las horas diarias y los dias d) Las horas diarias y los metros 2. Son magnitudes inversas: A. Los obreros y los metros a) Las horas diarias y los metros b) Los obreros y los dias c) Los dias y los metros d) Las horas diarias y los metros 3. ¿Cuál de las siguientes expresiones representa la solucion al problema planteado por Marcos? a) (72m)(2/5)(816)(3/4) b) (72m)(512)(816)(314) c) (72m)(2/5)(6/8)(3/4) d) (72m)(2/5)(8/6)(413) 4. El número de metros de zanja que se hacen en las nuevas condiciones es: a) 180 b) 160 c) 140 d) 120 Contesta las preguntas 5, 6, y 7 de acuerdo con la siguiente información: Lina, Lilia e Isaac deciden comprar un carro aportando cada uno la siguiente cantidad: Lina $ 3.000.000, Lilia $ 4.000.000 e Isaac $5.000.000. 5. de acuerdo con el aporte de Lina, Lilia e Isaac se puede afirmar: a) Lina aporta la tercera parte de lo que aporta Lilia e Isaac b) Lilia aporta el 30% del total del capital c) Isaac aporta el 40% del total del capital d) Entre Lilia e Isaac aportan el 90% del capital 6. El uso del carro es proporcional al capital aportado por cada uno. Durante los 30 dias de cada mes podemos afirmar: a) Ninguno le corresponden dias completos b) Por cada millón se puede usar el carro 3 dias c) A Lilia le corresponde usar el carro 10 dias d) A Lina le corresponde usar el carro menos de 8 días 7. Deciden vender el carro por $ 9.000.000, el dinero obtenido debe repartirse proporcional a la cantidad aportada, y de acuerdo a este criterio podemos afirmar: a) Lilia pide un millón de pesos b) A Isaac le corresponde menos de $ 4.000.000 c) Lina pide menos de $ 500.000 d) Lilia recupero el 8% de su aporte Responda las preguntas de la 8 hasta la 11 La siguiente tabla relaciona el descuento ofrecido en un almacén sobre ciertos artículos: Artículo Precio original Precio de descuento 17790 12590 A 24990 16240 B 100000 80000 C 185150 219000 D 499000 409000 E 7990 5990 F 139990 70000 G 59990 47990 H 149990 199990 I 8. Para determinar el porcentaje de descuento de los artículos, se debe: a) Restar el precio original del precio con descuento. b) Determinar el porcentaje correspondiente a Ia diferencia entre el descuento y el precio original. c) Dividir el precio original entre el precio final del articulo d) Hallar el promedio entre el precio inicial y el precio con descuento. 9. Para determinar cuál de los artículos tiene el mayor porcentaje de descuento se debe: a) Restar el precio con descuento el precio inicial de cada artículo. Los valores obtenidos se comparan y se determina cual es el mayor de ellos. b) Calcular el promedio entre el valor con descuento y el valor inicial de cada artículo y luego determina entre ellos el mayor valor. c) Considerar el valor inicial de cada artículo como el 100% y luego determinar mediante una regla de tres simple que porcentaje le corresponde al Descuento. d) Considerar el valor con descuento de cada artículo como el 100% y luego determina mediante una regla de tres simple que porcentaje le corresponde al valor inicial. 10. Una persona quiere comprar los artículos A y By pide un porcentaje de descuento sobre la suma de los dos precios originales equivalente a la suma de los porcentajes de cada artículo, este procedimiento es: a) Correcto pues los porcentajes de los artículos A y B son del 30%, respectivamente y su suma es del 65%. b) Incorrecto pues el descuento de los artículos A y B son del 30% y 25% y su suma es de 55%. c) Correcto pues el porcentaje de descuento de cada artículo es del 65%, y además 65%(A + B) = 65% A + 65% B. d) Incorrecto porque los porcentajes de descuentos de los artículos A y B no son iguales. 11. ¿Cuál artículo ofrece un mejor descuento? a) El artículo D porque ofrece un descuento del 20%. b) El artículo D porque ofrece un descuento del 15%. c) El F porque la diferencia entre el precio final y el inicial es menor que cualquier otra diferencia. d) El F porque tiene un descuento del 25%. 2.8 MAPA CONCEPTUAL DE PROPORCIONALIDAD 2.9 LECTURA COMPLEMENTARIAS ¿POR QUE LA GENTE MENUDA DEBE VESTIRSE RAPIDAMENTE DESPUES DEL BAÑO? Aunque la temperatura ambiente sea la misma, no todos experimentamos la misma sensación de frío o de calor. Es bien conocido que hay personas friolentas, mientras otras se sofocan con facilidad. En ocasiones sentimos como un escalofri6 recorre todo nuestro cuerpo sin que haya influenciado en ello la temperatura del exterior. En parte, estas sensaciones tiene una explicación sicológica; sin embargo, también existen motivos fisiológicos que pueden explicar estos hechos. Es sabido, por ejemplo que las personas que tienen menos glóbulos rojos acostumbran a sentir frio antes que las demás No obstante, el motivo por que los bebes hay que vestirlos rápidamente después del baño responden a razones diferentes. Obedece a razones matemáticas. Observemos que para refrescarnos, muchas veces al truco de mojarse con agua o alcohol la frente, o la nuca, en efecto cuando esta agua o alcohol se evapora roban parte del calor de nuestro cuerpo, lo que nos produce una sensación de frescor. Cuanto mayor sea la superficie humedecida mayor será el calor robado a nuestro cuerpo y por tanto será mayor la sensaci6n de frescor. Esta misma sensación de frescor es la que se produce con la salida de la ducha solo que en este caso es todo nuestro cuerpo el que se encuentra humedecido en una persona adulta no hay peligro, por mucho calor que se le robe de esa manera su cuerpo no se enfriara lo suficiente para contraer un resfriado. Sin embargo, un bebé tiene proporcionalmente mucho más superficie de piel con relación al volumen de su cuerpo y el calor que la evaporación le robe, no solo le puede producir un resfriado, sino incluso una pulmonía. La superficie es proporcional al cuadrado de las magnitudes lineales, es decir: S L2 Mientras que el volumen lo es al cubo de la misma: V L3 Por tanto: S 1 V L Lo que significa que la relación bebes cuya magnitud S es tanto mayor cuanto menor es L, así pues los V lineal es pequeña presenta una proporción S S superficie/volumen y como el enfriamiento es proporcional a corren graves V V riesgos de resfriarse matemáticamente hablando. Tomado de Enciclopedia Audiovisual Educativa Matemáticas. 3. GEOMETRÍA 3.1 PRESENTACIÓN La geometría es muy importante debido a que permite enseñar y aprender el arte de razonar, porque es abstracta, pero fácil de visualizar y tiene muchas aplicaciones concretas como por ejemplo, calcular el área de un lote a ser cercado, determinar el volumen de un lata que contiene refresco, construir puentes bien estructurados, estaciones experimentales en el espacio, grandes coliseos deportivos, entre otras. 3.2 SITUACIÓN PROBLEMA Un transbordador espacial es un vehículo diseñado especialmente para transportar astronautas en misiones de reconocimiento o para colocar algún satélite en órbita. Algunas características de un transbordador espacial son las siguientes: Tiene un tanque cilíndrico desechable para el combustible que se libera a una altitud de 109 km, 8,5 minutos después del lanzamiento y tiene una capacidad de 2483,18 kilolitros. Cuenta con dos tanques recuperables de combustible, cada uno de los cuales tiene una masa de 96000 kg. Su masa en el despegue es 2.041.166 kg, mientras que su masa tras la misión es 104.326 kg. La carga máxima que transporta es 28.803 kg (vuelve a la tierra con aproximadamente 14.000kg) DESARROLLA EL SABER CRÍTICO Interpreta 1. ¿Qué unidades de capacidad identificas en las características del transbordador? 2. ¿Qué unidades de masa identificas en las características del transbordador? 3. ¿Qué unidades de tiempo identificas en las características del transbordador? Infiere 4. ¿Cuánta masa ha perdido el transbordador al volver de la misión? 3.3 COMPETENCIAS ESPECÍFICAS Aplica los conceptos básicos de la geometría, sus propiedades, relaciones y fórmulas, en la solución de problemas en cualquier contexto. Selecciona la información relevante y establece relaciones entre variables en la solución de un problema. 3.4 DINÁMICA PARA CONSTRUIR EL CONOCIMIENTO 3.4.1 ACTIVIDAD PREVIA: Trabajo independiente. Lea la presentación de la unidad y las competencias específicas a alcanzar al término de la unidad y de solución al problema inicial de la unidad. Lectura comprensiva de la unidad mediante el análisis de los ejemplos. Realice las consultas pertinentes en la bibliografía y cibergrafía o las que usted consideres necesarias. Use el resume de la unidad Resuelva la actividad final de autoevaluación. 3.4.2 ACTIVIDAD EN GRUPO Socialice las respuestas del problema inicial de la unidad con los compañeros y el tutor. Consulte con los compañeros de CIPA sobre las dificultades detectadas y su solución por parte de otros compañeros o el tutor en forma colaborativa. Desarrolle la actividad final de autoevaluación propuesta de la unidad. Realice un informe de la parte II de la autoevaluación, sustentando cada una de las situaciones propuestas. 3.5 CONCEPTOS BÁSICO DE GEOMETRÍA Cualquier objeto puede sintetizarse mediante sus elementos geométricos más simples: puntos, líneas, superficies, ángulos, etc. Que son los conceptos geométricos básicos de mayor uso en el estudio de la Geometría Descriptiva. Punto: es el objeto fundamental de la geometría. Es la representación de una posición fija del espacio. No es un objeto físico, por lo tanto carece de forma y dimensiones. Un punto se puede representar de las siguientes formas: Línea: Es una sucesión infinita de puntos. Las líneas se clasifican básicamente en: recta, poligonal o quebrada y curva, como se indican en las siguientes figuras: Recta: Línea de dirección constante. Una recta puede ser definida por dos puntos a los que une recorriendo su menor distancia. Una recta tiene las siguientes partes: Semirrecta: cada una de las dos partes en que divide a una recta uno cualquiera de sus puntos, tiene principio pero no fin. En la figura anterior se tiene las semirrectas: CA y CB Segmento: porción de una recta comprendida entre dos de sus puntos y por lo tanto se puede medir. En la figura anterior de tienen los segmentos: AC , BC y AB Ángulo: palabra que procede del latín angulus y significa rincón, ángulo, es la parte de un plano que está limitado por dos semirrectas que tienen el mismo origen llamado vértice. Un ángulo se nombra indistintamente así: con una letra griega , con ABC, o teniendo en cuenta que a letra del vertice va entre las otras dos: B. Los ángulos se miden con el transportador y su medida se expresa en grados (°) o en radianes (Rad) Clasificación de los ángulos: se clasifican según su abertura, posición y su suma. Según su amplitud o abertura: se clasifican: Ángulo Agudo: Si la abertura mide menos de 90° Ángulo Recto: Si mide 90°. Ángulo Obtuso: Es el que mide mas de 90° y menos de 180°. Ángulo plano o llano: Es el que mide 180° Ángulo de una vuelta: Es el que mide 360°. Segun su posicion: Consecutivos: Aquellos ángulos que poseen un lado común. Adyacentes: Aquellos que tienen un lado común y ademas los lados no comunes son semirrecta con sentido opuesto. Opuestos por el vertice: Cuando los lados de un ángulo se obtienen por la prolongacion de los lados de otro. Según su suma: Complementarios: Dos ángulos son complementarios si la suma de sus medidas es 90°. Suplementarios: Dos ángulos complementarios son aquellos cuya suma es igual a 180°. Plano: tiene ancho y largo, sin altura ni grosor. Un plano es una superficie en dos dimensiones, se puede pensar como un conjunto de puntos infinitos en dos dimensiones. Posición Relativa entre dos Rectas Según la posición relativa en que se encuentren dos rectas, se definen como: Rectas que se cortan: si tienen un punto en común. En este caso están contenidas en un plano. Rectas paralelas: si mantienen indefinidamente la distancia entre ellas. En este caso están contenidas en un plano. Rectas que se cruzan: si no se cortan ni son paralelas. En este caso no están contenidas en un plano 3.6 POLÍGONOS Poligonal: Línea formada por segmento rectos consecutivos no alineados. Se clasifican en: Poligonal abierta: si el primer y último segmentos no están unidos, Poligonal cerrada: si cada segmento está unido a otros dos. Polígono: es una figura plana cerrada que está formada por tres o más segmentos de recta que se unen en sus puntos extremos. Los segmentos de recta que forman un polígono solo se interceptan en sus puntos extremos. Convexos: todos sus ángulos interiores son menores de 180º. Cóncavos: algunos de sus ángulos interiores son mayores de 180º. Como podrás ver más adelante en este tema, también se clasifican en: regulares e irregulares y según su número de lados. Los polígonos se nombran de acuerdo al número de lados que están formados. Polígono Triangulo Cuadrilátero Pentágono Hexágono Heptágono Octágono Nonágono Decágono: n - ágono Número de lados 3 4 5 6 8 9 9 10 n Las partes de un polígono son: Vértices: puntos finales de los segmentos que forma el polígono, en la figura: A, B, C, D, E. Lados: segmentos de recta que unen dos vértices consecutivos del polígono, en la figura los lados son: AB Lados consecutivos: cualquier par de lados que comparten un vértice, en la figura: AB y BC, BC y CD, Diagonal: un segmento de recta que une dos vértices no consecutivos, en la figura: AC. Apotema: de un polígono regular, es un segmento cuyos extremos son el centro de un polígono regular y el punto medio de uno cualquiera de sus lados, y es siempre perpendicular a dicho lado. 3.6 TRIÁNGULOS El triángulo es un polígono que tiene tres lados y tres ángulos. Es, por tanto, el polígono más simple y el conocimiento de sus características y propiedades ayudará a analizar los polígonos de más lados. Elementos del triángulo Base: La base de un triángulo es el lado sobre el cual parece que descansa la figura y puede tomarse uno cualquiera de los lados. Vértice: Es el punto de intersección de sus lados. Altura: Es la perpendicular bajada desde uno de los vértices al lado opuesto o a su prolongación. Al punto donde se intersecan las alturas se llama Ortocentro. Clasificación de los triángulos: Teniendo en cuenta el valor del ángulo, se clasifican en: Triángulo Rectángulo: Es el que tiene un ángulo recto. Triángulo Acutángulo: Es el que tiene sus tres ángulos agudos. Triángulo Obtusángulo: Es el que tiene un ángulo obtuso. Teniendo en cuenta la magnitud de sus lados, se clasifican en: Triángulo Equilátero: Es el que tiene sus tres lados iguales. Triángulo Isósceles: Cuando la medida de dos lados son iguales y el tercer lado desigual. Triángulo Escaleno: Cuando la medida de sus tres lados son diferentes. Teorema de Pitágoras En un triángulo rectángulo los lados reciben los siguientes nombres: Hipotenusa: Es el lado que se opone al ángulo recto (c). Catetos: Son los lados que forman el ángulo recto AC y BC (b, c) En todo triangulo rectángulo se cumple que el cuadrado de a medida de la hipotenusa es igual a la suma de los cuadrados de las medidas de los catetos. c2=a2+b2 El anterior enunciado se conoce como "Teorema de Pitágoras". Ejemplo: Sea el triángulo rectángulo ABC, con a = 3, b = 5, halle la hipotenusa c. Solución: se aplica el teorema de Pitágoras: c2 a 2 b2 c 2 32 52 c 2 9 25 c 2 34 c 34 c 5,83 3.7 CUADRILATEROS. Los cuadriláteros son polígonos que tiene 4 lados. En ellos podemos distinguir las siguientes partes: 4 lados, 4 ángulos interiores, 4 ángulos exteriores, 4 vértices y 2 diagonales. Clasificación de los cuadriláteros: Los cuadriláteros se clasifican en: Paralelogramos (cuadrado, paralelogramo propiamente dicho, rectángulo y rombo) y no paralelogramos (trapecio, trapezoide y romboide). Paralelogramo: Es un cuadrilátero que tiene paralelos los pares de lados opuestos. La base del paralelogramo es uno cualquiera de sus lados. La altura es la perpendicular trazada desde un vértice al lado opuesto (a su prolongación) Propiedades: En todo paralelogramo se cumplen las siguientes propiedades: Los lados opuestos son iguales. Los ángulos opuestos son iguales. Los ángulos consecutivos son suplementarios. Las diagonales se corta, mutuamente en partes iguales. Si un cuadrilátero tiene un par de lados paralelos e iguales, el cuadrilátero es un paralelogramo. El punto de intersección de las diagonales de un paralelogramo es centro de simetría del mismo. 3.8 CÍRCULO El circulo es una figura plana que consiste de todos los puntos que están sobre una curva cerrada y de los puntos interiores de ella, en la cual cada punto sobre la curva tiene la misma distancia al centro del círculo. El radio de un círculo es la distancia entre el centro y cualquier punto de la curva y tiene longitud R. En la figura, el radio es BC El diámetro de un círculo es la distancia entre dos puntos cualesquiera de la curva cerrada y que pasa por el centro y tiene longitud d = 2r y divide a un círculo en dos partes iguales, en la figura es AC La Circunferencia es la línea curva cerrada y plana cuyos puntos están a la misma distancia (radio) de un punto (centro). El centro no es parte de la circunferencia. 3.9 PERÍMETROS Y ÁREAS El perímetro de una figura plana es la suma de las longitudes de sus lados. Ejemplo: Encuentre las dimensiones de un rectángulo que tiene 84cm de perímetro, si su ancho mide 2/5 de su longitud Solución: Se ilustra la situación: x es la longitud y es 2 x el ancho 5 es Condición del problema Como el perímetro es la suma de los lados se tiene: 2l 2a P sustituyendo 2 2x 2 x 84cm efectuando 5 4 2x x 84cm multiplicando por 5 5 10x 4x 420cm 14x 420cm 420cm x 30cm que es la longitud 14 2 2 x (30cm) 2(6cm) 12cm que es ancho 5 5 Perímetro de una circunferencia: también se llama, la longitud de una circunferencia, que se calcula en función de su radio o su diámetro, con las siguientes fórmulas: LC 2ππ , como d 2R, entonces LC πd Donde R es el radio de la circunferencia y d es su diámetro El área de una figura corresponde a la medida de la superficie que dicha figura ocupa. El cálculo del área se realiza de forma indirecta, es decir, hay que recurrir a diferentes fórmulas matemáticas para conocerla, no podemos medirla como hacemos con las longitudes (con regla podemos "leer" directamente la longitud de un segmento). Unidades de superficie: Para medir superficies se toma como unidad la superficie que corresponde a un cuadrado de un metro de lado. A esta unidad se le denomina metro cuadrado y se simboliza m2. La escala métrica en el Sistema Métrico Decimal de superficie es: Km2 Hm2 Dm2 m2 dm2 cm2 mm2 3.10 ÁREAS DE POLÍGONOS Áreas de cuadriláteros: El cálculo del área de un cuadrilátero, en el caso de rectángulos, cuadrados y romboides, es muy sencilla. El cálculo del área de un rectángulo es básico para entender el cálculo de áreas de otras figuras planas. Área de un rectángulo. Se obtiene multiplicando la base por la altura: A = base x altura. EJEMPLO A = (7cm)(4cm) =28cm2 Área de un cuadrado: es el paralelogramo que tiene sus cuatro lados y sus cuatro ángulos recto y cumple las propiedades las mismas del paralelogramo, además las siguientes: Las diagonales y las bases medias son ejes de simetría La diagonal del cuadrado es la bisectriz del ángulo recto El cuadrado es el único cuadrilátero que es polígono regular. Además por tener: Cuatro lados iguales es un rombo y cumple de las propiedades del mismo. Cuatro ángulos rectos es un rectángulo y cumple las propiedades del mismo. Es decir, todo cuadrado es rombo, todo cuadrado es rectángulo. Área: el área de un cuadrado es igual al cuadrado de su lado. A = lado x lado = lado2 EJEMPLO 1 Halla el área del cuadrado . A = (5cm)(5cm) =25cm2 EXAMPLE Installing a Carpet Goal Apply the multiplication rule for significant figures. Problem A carpet is to be installed in a room of length 12.71 m and width 3.46 m. Find the area of the room, retaining the proper number of significant figures. Strategy Count the significant figures in each number. The smaller result is the number of significant figures in the answer. Solution Count significant figures: 12.71 m 4 significant figures 3.46 m 3 significant figures Multiply the numbers, keeping only three digits: 12.71 m x 3.46 m = 43.9766 m2 44.0 m2 Remarks In reducing 43.976 6 to three significant figures, we used our rounding rule, adding 1 to the 9, which made 10 and resulted in carrying 1 to the unit’s place. Área de un paralelogramo.. Se obtiene a partir del área del rectángulo, multiplicando la base por la altura del romboide (no por el oro lado). A = base x altura. EJEMPLO 3 A = (6cm)(4cm) =24cm2 Área de un rombo. A partir de un rombo se puede construir un rectángulo como se puede observar en el gráfico de la izquierda. La base coincide con una de las diagonales y la altura con la mitad de la otra A diagonal mayor x diagonal menor Dd 2 2 Ejemplo Dd 6cm x 4cm 12cm2 A 6cm 2 2 2 2 Área de un trapecio. Si se coloca el mismo trapecio invertido como se muestra en la figura de la izquierda, se obtiene un romboide. El área de este romboide es el doble del área del trapecio. La base del romboide es la suma de las bases de los trapecios y la altura del romboide coincide con la altura del trapecio. A (basemayor base menor)h (B b)h 2 2 Ejemplo A (B b)h (7cm 4cm) 3cm 16,5cm2 2 2 Áreas de triángulos: Para entender cómo se calcula el área de un triángulo cualquiera, se coloca el triángulo invertido como se muestra en la figura de la derecha. Se obtiene un romboide de área doble del triángulo, la misma base y la misma altura. El área de un triángulo es igual al producto de su base por su altura dividido entre dos. A (b)h 2 Ejemplo (b)h (7cm)(6cm) 42cm2 A 21cm2 2 2 2 Áreas de polígonos regulares: Para calcular el área de un polígono regular cualquiera se divide en triángulos uniendo el centro con cada uno de los vértices. La altura de cada uno de los triángulos coincide con la apotema del polígono. Se calcula el área de uno de estos triángulos y se multiplica por el número de triángulos que se han formado. El área de un polígono regular es igual al producto de su perímetro por su apotema dividido entre dos. An (perímetro)(apotema) nla pa 2 2 2 Ejemplo: Calcular el área del pentágono de la figura. nla 5(8cm)(5,5cm) (40cm)(5,5cm) 2 2 A 220cm2 A Área del círculo: El área de un círculo, es la medida de la superficie limitada por la circunferencia del círculo dado. Se calcula con las siguientes fórmulas, en función del radio y del diámetro de la circunferencia: A πR 2 , como d 2R, entonces d2 1 2 d A π π πd 2 4 4 2 Donde R es el radio de la circunferencia y d es su diámetro 3.11 VOLÚMENES DE LOS CUERPOS GEOMÉTRICOS Un volumen, cuerpo o sólido geométrico es una región cerrada del espacio limitada por un número determinado de caras o superficies, que pueden ser planas o curvas. A diferencia de las figuras planas, los volúmenes son tridimensionales. Las medidas se toman en longitud, anchura y altura. La escala métrica en el Sistema Métrico Decimal de volumen es: Km3 Hm3 Dm3 m3 dm3 cm3 mm3 Los cuerpos geométricos se dividen en dos grupos: poliedros y los cuerpos redondos. Los poliedros (cuerpos planos), que son cuerpos geométricos limitados por polígonos. En un poliedro se distinguir los siguientes elementos notables principales: Caras: que son las porciones de plano que limitan el cuerpo, tienen forma de polígonos. Aristas: que son los segmentos en los que se encuentran dos caras. Vértices: que son los puntos del poliedro en los que se reúnen tres o más aristas. Diagonales: que son los segmentos que unen vértices no consecutivos del poliedro (aquellos que no están unidos entre sí por una arista). Hay que distinguir entre las diagonales del poliedro y las de los polígonos que forman sus caras. Los poliedros se clasifican en Prisma y pirámides. Un Prisma son poliedros que tienen: dos caras paralelas; que son polígonos y se llaman bases. el resto de las caras que son paralelogramos y son las caras laterales. Clases de prismas: Prismas regulares: sus bases son polígonos regulares. Prismas irregulares: sus bases son polígonos irregulares. Prisma recto: cuando las caras laterales son perpendiculares a la base, son cuadrados o rectángulos. Prisma oblicuo: las caras laterales no son perpendiculares a las bases, las caras laterales son rombos o romboides. Paralelepípedo: es un prisma de seis caras todas ellas paralelogramos. Una Pirámide es un poliedro que tiene: una cara, que es un polígono y se llama base el resto de las caras que son triángulo que se unen en un vértice común y son las caras laterales de la pirámide. Clases de pirámides: Pirámide regular: la base es un polígono regular y las caras laterales triángulos isósceles. Pirámide irregular: cuando tiene por base un polígono irregular. Pirámide recta: las caras laterales son triángulos isósceles. Pirámide oblicua: alguna de las caras laterales no es un triángulo isósceles. Los cuerpos redondos, que son cuerpos geométricos compuestos total o parcialmente por figuras geométricas curvas; como por ejemplo el cilindro, la esfera o el cono. Cuando estudiamos las áreas hablábamos de dos dimensiones: largo y ancho. El producto de los valores largo por ancho nos da el área. Para calcular un volumen necesitamos tres dimensiones: largo, ancho y alto. El producto de los valores largo por ancho por alto nos da el volumen. Es lo mismo que decir, el volumen lo calculamos también multiplicando el área de la base por la altura. Ejemplo: Cuántas cajas pequeñas enteras de 2 cm. de largo, 2 cm. de ancho y 2cm. de alto caben en la caja cuyas medidas aparecen en la siguiente figura: Solución: Se halla el volumen de la caja grande, multiplicando sus tres dimensiones: V = largo x ancho x alto V = 10,5 cm x 3,2cm x 5,58 cm =187,488cm3 Se halla el volumen de la caja pequeña, multiplicando sus tres dimensiones: V = largo x ancho xr alto V = 2 cm x 2 cm x 2 cm =8 cm3 El número de cajas pequeñas que caben en la grande, se obtiene dividiendo el volumen de la caja grande por el volumen de la caja pequeña. No Vcg Vcp 187,488cm3 23,436cajas 8cm 3 Entonces caben 23 cajas Los cuerpos redondos o de revolución no están limitados por polígonos. Son cuerpos geométricos que tienen, al menos, una cara curva. Se generan al girar una línea alrededor de un eje, esta línea se llama generatriz. Se clasifican en: Cilindro: Es el cuerpo engendrado por un rectángulo que gira alrededor de uno de sus lados. Tiene 2 bases circulares y no tiene vértices. Su altura, entre las dos bases, es igual a la generatriz (lado del rectángulo que genera el cilindro) Cono: Se origina al girar un triángulo rectángulo alrededor de uno de sus catetos. Tiene una base circular y un vértice. La altura es la distancia desde el vértice al centro de la base. La generatriz es la distancia desde el vértice a un punto del borde de la base (hipotenusa que genera el cono). Esfera: Superficie que se genera al girar un círculo sobre su diámetro. No tiene base ni vértice. El siguiente cuadro muestra las áreas y volúmenes de algunos cuerpos conocidos: Figura Cilindro Esfera Esquema Área Volumen Cono Cubo Prisma A = 6 a2 V = a3 A = (perím. base • h) + 2•area base V = área base x h Pirámide Tetraedro 4 caras, triángulos equiláteros Octaedro 8 caras, triángulos equiláteros Cubo 6 caras, cuadrados A = 6 a2 Dodecae dro 12 caras, pentágonos regulares Icosaedro 20 caras, triángulos equiláteros A = 30 · a · ap. 3.12 RESUMEN Con el objeto de unificar formas de obtener valores comparables para cada una de las, magnitudes, se han establecidos patrones internacionales de medición. Los patrones de medida utilizados en ciencias son el sistema internacional (SI), y el sistema Ingles. Plano: es el conjunto de puntos que forman un espacio de dos dimensiones. Al piano se le designa con una o varias letras mayúsculas. Recta: La intersección de dos planos es un conjunto de puntos que forman un espacio de una dimensión llamado recta. El Punto es la intersección de dos rectas. No tiene dimensi6n ni medida, pero si una posición. Se nombra usando letras mayúsculas. Las dimensiones de las figuras geométricas son: altura, ancho y largo. Los ángulos se clasifican según su abertura, según su posición, y según su suma. Los Polígonos son figuras geométricas cerradas, compuestas por segmentos unidos en sus extremos. Pueden ser: convexos, cóncavos, regulares e irregulares. En todo triangulo rectángulo se cumple que el cuadrado de la medida de la hipotenusa es igual a la suma de los cuadrados de las medidas de los catetos. El anterior enunciado se conoce como "Teorema de Pitágoras". Superficie: Se refiere a la forma (puede ser triangular, cuadrada, circular). Área: es la medida de la superficie. Se refiere al tamaño. Para medir la superficie de una figura se toma como unidad básica un cuadrado cuyo lado tiene un metro de longitud, es decir, la unidad básica es el metro cuadrado m2. El número de unidades cúbicas contenidas en la porción de espacio de un cuerpo se denomina volumen. La unidad básica o patrón de las unidades de volumen es el metro cúbico m3. Un metro cúbico es un cubo que tiene un metro de arista. 3.13 EVALUACIÓN I. Resuelva cada una de las situaciones propuestas de acuerdo con los conceptos y propiedades estudiadas 1. Una caja con forma cúbica tiene 1,2m de arista, ¿cuál es su volumen en litros?. 2. A un paciente le formulan una dosis de 2 gramos de un medicamento, ¿Cuantas tabletas debe ingerir si cada una de ellas contiene 4x10 6 microgramos de la medicina?. 3. En la construcción de un muro se necesitan 0,03 Dm3 de arena. Si una volqueta puede transportar 6m 3 en cada viaje, ¿cuántos viajes debe realizar? 4. Un paralelogramo tiene por base un segmento de 320m, y la altura es los 3/2 de la medida de la base. Calcule el área del paralelogramo. Halle el valor de 3/2 en cada triángulo rectángulo. 5. Utiliza el teorema de Pitágoras para hallar el valor del lados desconocido si a = 12m y c = 15m. 6. Los lados de un rectángulo miden 20cm y 26 cm; al unir los cuatro puntos medios de sus lados se obtiene un rombo. Determine el área del rombo. 7. De una lámina de aluminio que tiene 2m de lado se recortan dos discos circulares de 80cm de diámetro, ¿cuál es el área de la lámina que queda? 8. Sea el triángulo equilátero ABC de área 1024 m2. Uniendo los puntos medios se ha construido el triángulo A´B´C´. Del mismo modo se construye el A´´B´´C´´ y así sucesivamente. Calcule: a) El área del triángulo A´B´C´ b) La suma de las áreas de los tres primeros triángulos formados con el procedimiento que se ha explicado anteriormente. c) El proceso puede ser infinito. ¿Cuánto suman las áreas de todos los triángulos que pueden formarse? II. Sustente cada una de las situaciones planteadas de acuerdo con los conceptos, principios y propiedades de las relaciones geométricas. 1. Observa el siguiente triángulo Si el valor de x varía entre 2cm y 5 cm, el área del triángulo debe variar de a) 12 cm2 a 21 cm2 b) 6 cm2 a 10,5 cm2 c) 4 cm2 a 7 cm2 d) 7 cm2 a 10 cm2 2. La figura mostrada está formada por cubos congruentes (de iguales medidas) apilados. Considerando que cada cubo es una unidad cúbica de medida, el volumen total de la figura equivales a a) b) c) d) 9 unidades cúbicas 13 unidades cúbicas 14 unidades cúbicas 15 unidades cúbicas 3. De acuerdo con la situación planteada en el ejercicio anterior, el área superficial total de la figura equivale a) 7 veces la de un cubo b) 42 veces la de un cubo c) 6 veces la de un cubo d) 14 veces la de un cubo 4. Un carpintero necesita cuatro hojas de 60cm por 27cm. Si la madera se vende únicamente por decímetro cuadrado, debe, comprar en decímetro: a) 650 c) 6500 b) 65 d) 6,5 5. En un mapa 1cm representa 200km: en el mismo mapa una distancia de 375km está representada por a) 7/8 cm c) 2,75 cm b) 1,5 cm d) 2,25cm 6. Anita construye fichas cuadradas compuestas con cuadrados de igual tamaño de tal forma que cada lado del nuevo cuadrado tiene un cuadrado más que el anterior, tal como se indica en la figura. Si ella continúa armando las fichas con el mismo proceso, para formar la sexta ficha requiere de a) 12 b) 36 c) 24 d) 6 7. De acuerdo con la figura, hay a) 9 rectángulos b) 5 rectángulos c) 4 rectángulos d) 7 rectángulos 8. Según la figura, puede decirse que los triángulo I y II tiene: a) b) c) d) Triángulo I: ∆ ABC definidos por los vértices A, B y C Triángulo II: ∆ ABD definidos por los vértices A, B y d Igual área pero diferentes perímetros Igual área e igual perímetro Igual perímetro pero diferente área Diferentes área y diferentes perímetros Información: se tiene un triángulo rectángulo, como se muestra en la figura, cuya hipotenusa es de 25m2 y la altura partiendo de la hipotenusa es 12m, responda 12 y 13 9. Los catetos miden en metros: a) 20 y 25 c) 20 y 15 b) 12 y 25 d) 20 y 12 10. El área en m2 de dicho triángulo es: a) 250 c) 120 b) 150 d) 300 11. Un hombre realiza un plano de un parque de forma triangular. Le aconsejaron que las longitudes de los lados tuvieran la proporción pitagórica; así el parque como: a) Un triángulo acutángulo: el cuadrado del lado mayor es menor que la suma de los cuadrados de los otros dos. b) Un triángulo rectángulo: el cuadrado del lado mayor es igual que la suma de los cuadrados de los otros dos. c) Un triángulo obtusángulo: el cuadrado del lado mayor es mayor que la suma de los cuadrados de los otros dos. d) Un triángulo epitángulo: el cuadrado del lado mayor es igual al cuadrado de uno de sus otros lados. 12. Para construir un centro comercial se ha elaborado un novedoso diseño para la forma del edificio. La forma de la base es un cuadrado regular y en cada una de sus esquinas sobresalen tres cuartos de una circunferencia cuyo radio es un cuarto del lado del cuadrado, tal como se muestra en la figura. Si los lados del cuadrado miden 100m cada uno, el perímetro en metros es de: a) 357 c) 471 b) 200 d) 671 13. En la figura, si se pinta todo el sólido. ¿Cuántos cubos tienen 4 caras pintadas? a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 14. En la figura mostrada: ABCD y EFCG son cuadrados de lados 12cm y 3cm respectivamente. El perímetro del área sombreada en cm es: a) 36 b) 42 c) 48 d) 54 3.14 MAPA CONCEPTUAL 3.15 LECTURA COMPLEMENTARIA El BARÓMETRO Hace algún tiempo me llama un colega para preguntar si yo estaría dispuesto a servir como árbitro en Ia calificación de un examen. Parecía que él estaba decido a ponerle cero al estudiante por su respuesta a una pregunta de física, mientras el alumno reclamaba que debía tener la máxima calificación, y de que hecho la tendría si el sistema no estuviese cargado en contra de los estudiantes. El profesor y el alumno se pusieron de acuerdo en someter Ia cuestión al juicio de un árbitro imparcial y yo fui el escogido. "Fui a Ia oficina del colega y leí Ia pregunta que decía: Explique cómo determinar Ia altura de un edificio con Ia ayuda de un barómetro. La respuesta del estudiante fue: Lleve el barómetro hasta lo más alto del edificio, amárrele una cuerda larga, haga bajar el barómetro hasta la calle, súbalo de nuevo, y mida lo largo de Ia cuerda. El largo de la cuerda corresponde a Ia altura del edificio" Ahora esta es una respuesta muy interesante, pero: ¿deberá el estudiante obtener crédito por ella?. Yo señale que el alumno de veras tenía un buen argumento para reclamar Ia máxima calificación, puesto que había respondido en forma correcta y completa. Sin embargo, si se le hubiese dado crédito total, esto implicaría que el estudiante obtuviese muy alta calificación en el curso de física. Una alta calificación supuestamente certifica que el estudiante sabe bastante de física, pero la respuesta a Ia pregunta no confirmaba que así fuera. Con este dilema en mente, sugerí que el estudiante tuviese una segunda oportunidad para responder la pregunta. No me sorprendi6 que mi colega estuviera de acuerdo, pero si me sorprendió que el estudiante aceptara de inmediato. Así pues le di tres minutos al estudiante para responder, Ia pregunta con la advertencia de que su respuesta debía demostrar algún conocimiento de física. Al término de cuatro minutos no había escrito nada. Le pregunte que si deseaba rendirse, dado que yo tenía otra calase que atender, pero el dijo que no se rendiría, que tenía muchas posibles respuestas a Ia pregunta, y que solo estaba pensando cuál de ellas sería más acertada. Me excuse por haberlo interrumpido y le pedí que siguiera adelante. En el minuto siguiente el rápidamente escribió su respuesta. Era esta: Lleve el barómetro a lo más alto del edificio. Deje caer el barómetro, midiendo el tiempo de caída con un cronometro. Después, utilizando Ia formula d = 1/2at2 (la distancia en caída equivale a Ia mitad de la aceleración por el cuadrado del tiempo transcurrido), calcule Ia altura del edificio. En este punto le pregunte a mi colega si él estaba dispuesto a rendirse. El hizo Ia concesión, y yo le di al estudiante casi la máxima calificación. Cuando salía de la oficina de mi colega, recordé que el estudiante había dicho que tenía varias respuestas al problema. Ah sí dijo el estudiante: Hay muchas formas de saber Ia altura de un edificio con Ia ayuda de un barómetro. Por ejemplo: uno podría sacar el barómetro en día soleado y medir Ia altura del barómetro, el ancho de su sombra y el largo de la sombra del edificio; y utilizando simple proporci6n, determinar la altura del edificio. Bueno, dije, ¿y las otras? Si dejo el estudiante: hay una forma de medici6n básica que a usted le gustara. En este método, usted toma el .barómetro y empieza a subir las escaleras. A medida que sube, coloca el barómetro sobre la base de cada escala, marca con un lápiz Ia altura alcanzada, y vuelve a colocar el barómetro sobre la marca, hasta Ilegar al piso siguiente. La suma de los pisos le dará Ia altura del edificio en unidades barométricas. Es un método muy directo. Claro que si usted desea un método mas sofisticado, puede amarrar el barómetro a una cuerda, hacerlo oscilar como un péndulo, y determinar el valor de g (Ia aceleración de Ia gravedad), a un nivel de la calle y a nivel del punto más alto del edificio. Finalmente, concluyo, si ustedes se limitan a soluciones físicas el problema, existen muchas otras respuestas, tales como Ilevar el barómetro al primer piso y golpear en la puerta del conserje. Cuando el abra Ia puerta, usted le dice: Querido señor conserje, aquí tengo un fino barómetro. Si usted me dice la altura del edificio yo le doy este barómetro.... (Adaptado de Current Sciencie (1.994): Teacher's edition, vol. 49, N° 14. 3.14 BIBLIOGRAFÍA 1. ENCICLOPEDIA DIDACTICA DE MATEMATICAS. Grupo Editorial Océano. 2. ENCICLOPEDIA AUTODIDACTICA OCEANO COLOR. Grupo Editorial Océano. Tomo III. 3. JACK. R. Brito, BELLO Ignacio. Matemáticas Contemporáneas. Segunda Edición. Editorial Harla.1982. 4. STANLEY A. Smith y otros. Algebra, Trigonometría y Geometría Analítica. Addison Wesley Longman. Series AWLI. 1.998. 5. CARDONA VALENCIA, Arturo. Geometría. Editorial Bedout S.A. 6. GAIL F. Burril y Otros. Geometría: Integraciones, Aplicaciones, Conexiones. MC GAW HILL. 2.000 7. CARDENAS, Fidel A, GELVEZ., S. Carlos A. Química y Ambiente 1. segunda Edición, Mc Graw Hill, 1.998. 8. POVEDA VARGAS, Julio Cesar. Química. Educar Editores. 1.998 9. VALERO, Michel. Física Fundamental. Nueva Edición, Editorial Norma, 2010 10. ALENDOERFER Y OAKLEY. Fundamentos de Matemáticas Universitarias. Mc Graw Hill. Tercera Edición, 1.990. 11. L. MURPHY Johnson ARNOLD R. Steffensen. Algebra y Trigonometría con Aplicaciones. Editorial Trillas. México 1.994. 12 M. L. Fiol — J.M. Fortuny. Proporcionalidad Directa. Editorial Síntesis. 1.990. 13 CARDENAS Jaleydi, GARCIA Manuel y Otros. Serie Matemáticas Para Pensar: Grupo Editorial Norma 2011 14 HERRRERA Adolfo, SALGADO Diana y Otros. Algebra y Geometría I y II. Editorial Santilla 2003. 15 NAVAL EDUCATION AND TRAINING. Mathematics, Basic and Algebra. 1980. 16 RAYMOND A. Serway , CHRIS Vuille. College Physics 7th Edition Vol. One. 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