Manual de Matematica

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas

MATEMÁTICAS

CUADERNO AUTOINSTRUCTIVO DE DEFINICIÓN DE NIVELES


SUMARIO

Página

Aritmética

2

Álgebra

37

Geometría Plana

81



MATEMÁTICAS ARITMÉTICA 1.1

OPERACIONES EN EL CONJUNTO DE LOS NÚMEROS REALES

1.2

DIVISIBILIDAD EN LOS NÚMEROS NATURALES

1.3

NÚMEROS RACIONALES

1.4

PROPORCIONALIDAD

1.5

PROGRESIONES

3

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 1. ARITMÉTICA 1.1 OPERACIONES EN EL CONJUNTO DE LOS NÚMEROS REALES Historia de los números. Desde los orígenes, el hombre ha utilizado los números naturales para contar su rebaño, sus cosechas, etc. usando piedras o marcas. Las matemáticas de los egipcios se conocen por el papiro de Rhind de casi 3800 años y eran muy prácticas. Los babilonios usaban una numeración en base 60, la que persiste hoy en día en los sistemas de medición del tiempo. Los griegos utilizaban fracciones de números naturales, el sistema decimal y se preocuparon por la existencia de números irracionales, al no poder medir la longitud de la diagonal de un cuadrado de lado uno. Las primeras etapas de los sistemas numéricos evolucionaron bajo las exigencias de navegación, comercio, ingeniería y el ejército; y después por el avance de la astronomía y de otras ciencias. El sistema indoarábigo de base diez es el comúnmente utilizado en la actualidad en todo el mundo. 1.1.1

Conjuntos numéricos

El conjunto de los números reales, que se denota IR, tiene los siguientes subconjuntos notables: a. Números naturales. (Se denota IN), IN = {1;2;3;4;5. ..} b. Números enteros. (Se denota ΖΖ), ΖΖ = {... - 3;-2;-1;0;1;2;3...} c. Números racionales. (Se denota Q ) Son los números reales que se pueden expresar en

a , con a ∈ ΖΖ, b ∈ ΖΖ y b ≠ 0 . b 3 11 − 3 7 ; 2; − 5; 0 y 3,5 = . Ejemplos: ; ; 2 5 4 750 d. Números irracionales. (Se denota I ) Son los números reales que no son racionales. Ejemplos: 2 ; 4 7 ; π . la forma

Notas: 1. Se observa que todo número natural es entero y todo número entero es racional. En general IN ⊂ ΖΖ ⊂ Q ⊂ IR I ⊂ IR I ∪Q = IR y I ∩ Q= ∅ 2. Se llaman números positivos (respectivamente negativos) a los números que son estrictamente mayores (respectivamente menores) a cero.

1.1.2

Operaciones básicas

La suma, resta, multiplicación y división son las cuatro operaciones básicas. Adicionalmente se define las operaciones de potenciación y radicación tal como se detalla a continuación.

4

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 1.1.2.1 Potencia natural de un número real a. Una potencia de base real a y exponente natural n es el producto de n factores iguales a a.

a n = a.a.a.......a n veces Ejemplo: 32 = 3 x3 = 9 ; 41 = 4 ; (−3) 2 = ( −3) x (−3) = 9 Nota: Por la regla de los signos, cuando n es par se tiene an≥ 0 . Anécdota : El término googol que significa 10100 fue inventado por el profesor Edward Kasner de la Universidad de Columbia. Este número excede al número de electrones en el universo que es de 1079 !!!

Ampliación para exponente enteros no positivos. a0 = 1, si y sólo si a≠ 0

a −n =

1 an

,donde n es un entero

positivo y a ≠ 0;

Leyes de exponentes. Sean m y n enteros, a y b números reales, tales que las operaciones que aparecen se puedan realizar.

a man = am+ n

(a n ) m = a mn

(ab) n = a nb n

an ⎛a⎞ ⎜ ⎟ = n ⎝b⎠ b

n

, donde b≠ 0

1 1 = = 0,008 , (−3) 2 (−3)3 = (−3)5 , (32 ) −5 = 3−10 , 3 125 5 (23 x53 ) = (2 x5)3 = 103 = 1000

Ejemplos: 30 = 1 , 5 −3 =

1.1.2.2 Radicación de un número real a.

Si n es un entero positivo impar, entonces se define: n a =b, si y sólo si b n = a.

Ejemplo 3

Si n es un entero positivo par y a≥ 0; b≥ 0, entonces se define: n a =b, si y sólo si b n = a.

8;

3

−8 = − 2

Ejemplo

9 = 3 ; 4 16 = 2

El símbolo n a para la enésima raíz principal de a es denominado también radical; el entero n es el índice y a el radicando (o cantidad subradical). Notación: si n =2, se denota: 2 a = dice raíz cuadrada.

a y se

•

¡Cuidado! 16 ≠ − 4 , aunque (-4)2 =16.

Como n es par, 16 = 4 es positivo.

•

− 16 no es un número real. 5

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Propiedad: Si a ≥ 0 ; b ≥ 0, entonces

ab = a b .

Ejemplo: Calcular 1089 = 9 × 121 = 9 121 = 3 × 11 = 33 Radicales semejantes.- Son radicales de igual índice y que tienen el mismo número real como radicando. Ejemplo: 1 2 3 ;5 3 ; 3 Son radicales semejantes 2 No son radicales semejantes 3 3 ;5 2

23 5 ; 3 5

23 2 ; 23 2 ; 33 2 3 Ejemplo: Calcular 7 1.1.3

3 -5

3

No son radicales semejantes Son radicales semejantes

2 - 4 - 4 3 +12

3

2 = 3 3 +7 3 2 - 4.

Orden de operaciones

Para calcular expresiones numéricas en las cuales no hay símbolos de agrupación (paréntesis, corchetes o llaves), se opera en el siguiente orden: 1. Potencias y raíces. 2. Multiplicaciones y divisiones. 3. Adiciones y sustracciones. Ejemplo: 3 x 5 2 -7 = 3 x 25 -7 = 75 – 7 =68

Si hay dos operaciones de la misma jerarquía, se opera de izquierda a derecha. Ejemplo: 10 + 12 ÷ 3 x 2 = 10 + 4 x 2 = 10 + 8 = 18

Si la expresión numérica contiene símbolos de agrupación como paréntesis, corchetes y llaves, se efectúa primero las operaciones indicadas dentro de los símbolos de agrupación empezando por los interiores y respetando la jerarquía de operaciones. Ejemplo: 0,9 – 2 [6 ÷ 9 x 0,2 – 0,4(6 + 1 ÷ 22)] ¡Error común! = 0,9 – 2 [6 ÷ 3 x 0,2 – 0,4(6 + 1 ÷ 4)] 9 – 7 ( 2x5 –1) = 0,9 – 2 [2 x 0,2 – 0,4(6 + 0,25)] ≠ 2 ( 2x5-1) = 0,9 – 2 [0,4 – 0,4(6,25)] = 0,9 – 2 [0,4 – 2,5)] = 0,9 – 2 [–2,1] = 0,9 +4,2 = 5,1 Ejemplo: Calcular

43 − 2 x32 = 43 − 2 x9 = 43 − 18 = 25 = 5

Supresión de paréntesis. • Cuando una expresión dentro de símbolos de agrupación esta precedida del signo +, se puede quitar los símbolos respectivos sin hacer ningún cambio en la expresión. Ejemplo: 2 − 3 + (7,5 − 3 ) = 2 − 3 + 7,5 − 3 = 9,5 − 2 3 . • Cuando una expresión dentro de símbolos de agrupación esta precedida del signo -, se puede quitar los símbolos respectivos cambiando el signo de cada uno de los términos de la expresión. Ejemplo: 2 − 3 − (7,5 − 3 ) = 2 − 3 − 7,5 + 3 = −5,5 .

1.1.4 Ejemplos y ejercicios Ejercicio: Calcular: A = 5+12÷3x22 –7 y B = 9 – 2 ( 9 x 2 – 42). Respuesta.- A= 14, B=29 6

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Ejemplo: Dos personas se dedican a fabricar chocolates. El primero de ellos hace 30 chocolates por hora y el segundo 75 en el mismo tiempo. Para la campaña de Navidad, el primero ha empezado 39 horas antes del segundo y ambos terminaron cuando habían fabricado igual número de chocolates. ¿Cuántas horas trabajó cada uno? Solución: Como el primero ha empezado 39 horas antes, en ese lapso ha fabricado: 39 x 30 = 1 170 chocolates, cantidad en la que aventaja al segundo. Cuando empieza a trabajar el segundo, éste hace 45 chocolates ( 75 – 30) más que el primero en cada hora. Es decir que en cada hora el segundo reduce la ventaja de 45 chocolates. Para eliminar la ventaja el segundo empleará entonces 26 horas debido al cálculo : 1170 = 26 y el primero habrá trabajado (26 +39) horas, o sea 65 horas. 45 Respuesta.- Total de horas de trabajo del primero: 65 horas. Total de horas de trabajo del segundo: 26 horas. Ejemplo: Un negociante de provincia ha adquirido en la capital, al por mayor, 910 libros. El precio unitario fue de 5 soles, pero se le regaló un libro por cada docena que adquirió. En su pueblo decide regalar, para la biblioteca del colegio, 2 libros por cada docena que tiene y vender los que le sobraban, ¿a cuánto debe vender el ejemplar, si quiere ganar 3 600 soles? Solución: Primero se calcula el costo total: Al adquirir una docena de libros, le regalan uno. Entonces, se considera grupos de 13 libros. En 910 libros, hay 70 grupos de 13 libros por 910 / 13 = 70. El precio de cada grupo es el correspondiente a12 libros: 12x 5 = 60 soles. Como hay 70 grupos, el costo total de los libros es de 70 x 60 = 4 200 soles. Luego se calcula la venta total: Por cada docena, regala 2 libros; entonces se considera grupos de 14 libros. En 910 libros, hay 65 grupos de 14 libros por 910 / 14 =65. Entonces le queda para vender 65 x 12 = 780 libros. Para tener la ganancia de 3600 soles, deberá recaudar 7800 soles ( 4200 + 3600) y deberá vender cada libro a 10 soles por 7800/ 780. Respuesta.- El precio de venta de cada ejemplar es de 10 soles. Ejercicio.- Juan tiene una tarjeta de crédito con un saldo a favor de S/.229,23. Pagó con la tarjeta: S/.296,06, S/.103 y S/.76,2. Como había gastado mucho, depositó $130 (tipo de cambio: S/.3,50). Si a fin de mes el banco le carga por aportaciones y otros el S/.7,56, ¿cuál es el saldo de la tarjeta? Respuesta.- El saldo de la tarjeta es de S/. 201,41 Ejercicio: Una empresa de confecciones realiza una promoción en sus ventas y decide obsequiar una chompa a los cinco primeros alumnos de cada sección de primaria de un colegio y las demás venderlas a S/. 40 cada una. Si en el colegio hay 6 secciones de primer grado de 37 alumnos cada una; 5 de segundo grado de 39 alumnos cada una; 4 de tercer grado de 36 alumnos cada una y 7 secciones de cuarto, quinto y sexto grado todas de 37 alumnos cada una. ¿Cuánto se recauda por el total de las ventas, si todos los alumnos restantes compraron su chompa? Respuesta.- Se obtiene S/. 28 4000 por el total de las ventas.

7

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Ejercicio: Un comerciante compra al por mayor 300 vasos a S/. 25 el ciento. Al transportar los 300 vasos a su tienda, se rompen 3 docenas. ¿ A cuánto debe vender la docena si quiere ganar S/. 35? Respuesta.- Cada docena se debe vender a S/. 5.

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Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 1.2 DIVISIBILIDAD EN LOS NÚMEROS NATURALES Un paseo al Cuzco: Una promoción de estudiantes realizará una excursión al Cuzco. Para el alquiler de carpas tienen las siguientes propuestas: carpas para 12 personas a S/.30 la noche; carpas para 8 personas a S/.22 la noche y carpas para 4 personas a S/.12 la noche. Si el grupo es de 128 personas, ¿qué tipo(s) de carpas y cuántas de cada tipo deben alquilar para que resulte lo más económico posible? La resolución de problemas como este necesita el conocimiento de múltiplos y divisores de números naturales.

1.2.1

Múltiplos y divisores

El campo de estudio de múltiplos y divisores, será el conjunto de los números naturales. Definición: Dados dos números naturales a y b, si la división de a entre b es exacta, entonces se dice: • a es divisible por b • a es múltiplo de b • b es divisor de a

Ejemplos:

Nota Si a es múltiplo de b puede expresarse como: a = kb donde k es un número natural.

20 es divisible por 5. En efecto 20 ÷ 5 = 4 22 no es múltiplo de 5 . En efecto 22 ÷ 5 = 4,4. Los cincos primeros múltiplos naturales de 6 son: 6; 12; 18; 24; 30. Los divisores naturales de 6 son: 1; 2; 3; 6.

1.2.2 Criterios de divisibilidad Criterios: Un número es divisible por 2 si se termina en 0 o en una cifra par. Un número es divisible por 5 si se termina en 0 o en 5. Un número es divisible por 3 cuando la suma de sus cifras es un múltiplo de 3. Ejemplo: ¿ Cuántos valores distintos puede tomar la cifra a para que el número 256a sea múltiplo de 2 y de 3? Solución: La suma de las cifras es: 2 + 5 + 6 + a = 13 + a, debe ser múltiplo de 3. Los valores posibles de a son: 2; 5 y 8. Como 5 es impar solo quedan dos valores. Respuesta.- a puede tomar solamente dos valores distintos: 2 y 8.

1.2.3

Números primos y compuestos

Definición: Un número natural es primo si admite solamente dos divisores distintos: la unidad y él mismo. En otro caso, salvo el 1, el número natural es compuesto.

Nota: 1 no es primo ni compuesto porque tiene sólo un divisor, él mismo.

Ejemplos: Los números primos menores que 30 son: 2; 3; 5; 7; 11; 13; 17; 19; 23; 29. 6 es un número compuesto porque tiene 4 divisores: 1; 2; 3; 6.

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Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 1.2.4 Descomposición canónica Descomposición en factores primos o canónica. Los números naturales, salvo la unidad, se pueden descomponer de manera única en un producto de factores primos.

Ejemplo: 180 = 2 x 2 x 3 x 3 x 5 = 2 2 x 3 2 x 5 Regla para obtener la descomposición canónica: • Se divide el número natural por los números primos en orden creciente hasta llegar a un cociente exacto. • Se efectúe la división y se reporta el cociente obtenido • Se repite el proceso hasta que el cociente sea 1.

Presentación Práctica 180 2 90 2 3 45 15 3 5 5 1

Ejemplo: Paseo al Cuzco ( Ver Introducción) Solución: La descomposición canónica de 128 es 128= 2x2x2x2x2x2 = 27 . Entonces 128 es divisible por 4 y 8 pero no por 12. Si se considera carpas de 4 se debe alquilar 32 y el costo es de S/. 384 por 32x12 = 384. Si se considera carpas de 8 se debe alquilar 16 y el costo es de S/. 352 por 16x22 = 352. Sin embargo, el mayor múltiplo de 12 menor que 128 es 120. Se puede alquilar entonces 10 carpas de 12 y una carpa de 8 lo que da: 10x30 + 1x22 = 300 +22 = 322. Respuesta.- El menor costo se obtiene alquilando 10 carpas de 12 y una carpa de 8. Aplicación: Extracción de factores de un radical. • Se hace la descomposición canónica del radicando. • Se agrupa los factores primos según el índice de la raíz. • Se aplica la propiedad de la raíz de un producto. • Se extrae los factores posibles de las raíces.

En la tabla siguiente, se recuerda algunas propiedades importantes de la potencia y la radicación. Ejemplos

Cálculos para un real a Si n es impar, entonces se cumple n

3

a = a , ( a) = a n

n

n

125 = 3 53 = 5 ,

3

− 8 = 3 (−2)3 = −2 .

(3 125 )3 = (5)3 = 125 .

Si n es par, a positivo,

n

a n = a , (n a ) n = a

25 = 52 = 5 , ( 16 ) 2 = (4) 2 = 16 .

a negativo,

n

an = − a

(−3) 2 = 3 ( Notar que: – ( -3) = 3 )

18 = 32 × 2 = 32 2 = 3 2

Ejemplos:

288 = 25 × 32 = 2 2 × 2 2 × 2 × 32 = 2 2 2 2 2 3

1.2.5

3

3

3

3

324 = 34 × 22 = 33 × 3 × 2 2 = 33 3

3 2

3

2 =3 3

32 = 2 × 2 × 2 × 3 = 12 2 3 2

3

2 = 3 12

Máximo común divisor

El máximo común divisor (MCD) de dos o más números naturales es el mayor divisor común de dichos números.

10

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Cálculo del MCD: Se descompone canónicamente cada número y se toma el producto de los factores primos comunes, cada uno elevado al menor exponente con el que aparece en las descomposiciones de los número.

Ejemplo: Hallar el MCD de 18, 24 y 60. Se tiene 18=2x32 ; 24=23 x3 y 60 = 22 x3x5 De donde MCD ( 18, 24, 60) = 2x3 = 6 Números primos relativos o primos entre sí. Dos o más números se dicen primos relativos si admiten como único divisor común a la unidad. Ejemplo : 9 y 10 son primos entre sí porque MCD( 9, 10) = 1.

1.2.6

Mínimo común múltiplo

El mínimo común multiplo (MCM) de dos o más números naturales es el menor de los multiplos comunes de dichos números. Cálculo del MCM: Se descompone canónicamente cada número y se toma el producto de los factores primos comunes y no comunes, cada uno elevado al mayor exponente con el que aparece en las descomposiciones de cada número.

Ejemplo: Hallar el MCD de 18, 24 y 60. Se tiene 18=2x32 ; 24=23 x3 y 60 = 22 x3x5 de donde MCM ( 18, 24, 60) = 23x32x5 = 360 1.2.7 Ejemplos y ejercicios Ejemplo: ¿Cuál es el MCM y el MCD de 150; 180 y 200? ¿Cuántos divisores comunes tienen? ¿Cuántos múltiplos comunes? Solución: Se tiene 150 = 2x3x52 , 180 = 22x32x5 , 200 = 23x52. De donde MCD( 150, 180, 200) = 2x3x5 = 30 y MCM(150, 180, 200) = 23x32x52=1800 Los divisores comunes de 150, 180 y 200 son los divisores de su MCD, o sea de 10. Los divisores de 10 son: 1, 2, 5, 10. En total 10 tiene 4 divisores y 4 es el número de divisores comunes de 150, 180 y 200. Los múltiplos comunes de 150, 180 y 200 son los múltiplos de su MCM, o sea de 1800. Los múltiplos de 1800 son infinitos: 1 800, 3 600, 5 400 ..... Respuestas.- MCD( 150, 180, 200) = 10, MCM(150, 180, 200) =1800. Los números 150, 180 y 200 tienen 4 divisores comunes y una infinidad de múltiplos comunes. Ejemplo: Se debe cortar 2 alambres, de 48 y 60 cm de longitud respectivamente en pedazos todos iguales y de la mayor longitud posible. Si por cada corte, se debe pagar S/.1,00, ¿a cuánto asciende el costo total? Solución: La longitud “L” de cada pedazo debe ser divisor común de 48 y 60 y como debe ser la mayor longitud posible, entonces: L = MCD (48; 60) = 12 Se calcula cuantos pedazos se obtienen de cada alambre y el número de cortes para obtenerlos: 48÷12= 4 pedazos y 3 cortes 60÷12= 5 pedazos y 4 cortes Respuesta.- El pago total es S/.7.

L ⎪

⎪

⎪

48cm

⎪

⎪

⎪

⎪

60cm

11

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Ejemplo: De una tela de 150 cm por 90 cm una señora quiere confeccionar servilletas cuadradas idénticas y del mayor tamaño posible. ¿Cuántas servilletas obtendrá y cuánto medirá el lado de cada una? Solución:

L L

90cm

El lado ”L” de cada servilleta debe ser divisor común de 90 y 150 y como debe ser la mayor longitud posible, se tiene: MCD (90; 150) = 30 De donde, L = 30 cm De cada lado de la tela se obtiene: 90 ÷ 30= 3 servilletas 150 ÷ 30= 5 servilletas Respuesta.- Se hará 15 servilletas de 30 cm de lado.

150cm Ejemplo: Dos señoras se han encontrado hoy en la peluquería. Una de ellas va cada 10 días y la otra lo hace cada 15 días. ¿Dentro de cuántos días se volverán a encontrar? Solución: Para que coincidan nuevamente debe pasar un número de días que sea múltiplo de 10 y de 15 en forma simultánea y que sea el menor posible, por lo tanto ese número de días es: MCM(10 ; 15) = 30. Respuesta.- Ambas señoras se volverán a encontrar dentro de 30 días. Ejercicio: ¿Cuántos triángulos rectángulos distintos, cuyos catetos son números enteros y que tengan 50 m2 de área existen? Respuesta.- 5 triángulos rectángulos. Ejercicio: En la Catedral de Lima existen 3 campanas que fueron tocadas simultáneamente hoy; si en adelante la primera será tocada cada 7 días, la segunda cada 4 días y la tercera cada 10 días. ¿Después de qué tiempo se volverán a tocar las tres el mismo día? Respuesta.- 140 días Ejercicio: Se tienen 3 rollos de papel que miden 340m, 306m y 238m, y se pretende sacar de éstos, rollos más pequeños todos de igual longitud, sin que sobre material. ¿Cuántos de éstos rollos como mínimo se podrán obtener en total? Respuesta.- 26 rollos Ejercicio: La Municipalidad de Santiago de Surco decide sembrar árboles en un terreno que tiene ubicado cerca al Ministerio de Guerra. El terreno es de forma rectangular, las dimensiones son 408m y 216m. La Municipalidad decide dividir este terreno en el menor número de cuadrados que sea posible; ¿cuántos árboles son necesarios plantar si se quiere poner uno en cada vértice de dichos cuadrados? Respuesta.- 180 árboles Ejercicio: En la tienda de abarrotes del papá de Juan hay tres barriles de pintura, uno contiene pintura roja y es de 210 litros de capacidad, otro pintura azul y es de 300 litros y un tercero con pintura amarilla y de 420 litros. Se desea depositar la pintura de los tres barriles (sin mezclarlas) en envases que sean de la misma capacidad. ¿Cuál es la menor cantidad de envases que se emplearía para que todos estén llenos y no se desperdicie la pintura? Respuesta.- 31 envases Ejercicio: Un vendedor tiene entre 600 y 800 naranjas. Si se puede agruparlas de 15 en 15, de 18 en 18 y de 24 en 24 sin que sobre alguna, ¿cuántas naranjas tiene el vendedor? Respuesta.- 720 naranjas 12

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 1.3

NÚMEROS RACIONALES Paradoja Agustín y Percy tiraron penales el fin de semana. El sábado, Percy anotó 10 de 20 intentos mientras Agustín anotó 45 de 100. El dómingo, Percy anotó 30 de 100 y Agustín 5 de 20. Si medimos la eficiencia con el cociente del número de goles sobre el número de intentos, podemos afirmar que tanto el sábado como el domingo Percy estuvo más eficiente que Agustín aunque Agustín estuvo más eficiente en el fin de semana completo (sábado y domingo).

1.3.1

U

Fracciones

a , con a ∈ Ζ, b ∈ Ζ con b ≠ 0. b Interpretación: Una fracción consta de dos términos: el de arriba se llama numerador y el Fracción. Es una expresión de la forma

de abajo se llama denominador. Al referirse a

−3 3 oa se entiende que la unidad principal 4 4

se divide en cuatro partes iguales y se considera (3) o se extrae (-3) tres de dichas partes. Ejemplo: Un señor compra una pizza para 8 personas. Al llegar a casa la señora la corta en ocho partes iguales, pero solo dos de los hijos comen su parte respectiva y deciden guardar el resto para más tarde, ¿cuánto queda de la pizza? Solución .La pizza es cortada en ocho 8 y se consume dos octavos: octavos: 8 2 , por lo tanto quedan seis octavos de 8 6 pizza: 8 Ejemplo: Se tiene dos quintos de un molde de queso y se compra un molde más, ¿cuántos quintos se obtiene? 2 2 5 7 +1= + = Solución: 5 5 5 5 Son siete quintos de molde de queso. 2

5

Y 1

Observación: Los números racionales mayores que la unidad se pueden escribir como números mixtos los cuáles tienen parte entera y parte fraccionaria.

Ejemplo:

2 32 = 6 , ya que al dividir 32 entre 5 se obtiene un cociente de 6 y un resto de 2. 5 5

Asimismo, el número mixto también se puede convertir en fracción. Ejemplo: 7

2 2 3 × 7 + 2 23 =7+ = = 3 3 3 3

13

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Fracciones equivalentes. Ejemplo: Se considera tres pliegos de cartulina de mismas dimensiones. Se ha señalado las partes iguales y se ha sombreado la misma parte en cada caso.

3 5 Dos fracciones

Ejemplo:

9 15

6 10

a c a c y son equivalentes si a × d = b × c . Se denota = b d b d

1 2 3 −5 por -3x10= 6x(-5) = . En efecto 1x4 = 2x2. Del mismo modo, - = 2 4 6 10

Fracción irreductible.

Nota: El valor absoluto de

a La fracción es irreductible si a y b son primos entre sí. un número a, que se b denota a , es el mayor Ejemplo:

6 −2 y son irreductibles porque 7 3 MCD(6,7)= 1 y MCD (2,3)= 1.

5 − 12 y no son irreductibles porque 10 10

valor del real entre a o de su opuesto (-a). Ejemplos: −4 = 4; 5,2 = 5,2

MCD( 5, 10) = 5 y MCD( 12, 10) = 2.

Fracciones homogéneas. Son aquellas fracciones que tienen igual denominador. Fracciones heterogéneas. Son aquellas fracciones que tienen diferente denominador.

Ejemplo: 1.3.2

1 2 −8 , y 5 5 5

son homogéneas, y

1 2 −3 , y 3 7 6

son heterogéneas.

Operaciones

1.3.2.1 Amplificación y simplificación de los términos de las fracciones. Debido a la propiedad:

a ka ,donde k ∈ Ζ y k ≠ 0, se tiene dos operaciones: = b kb

•

Amplificación de los términos de la fracción: cuando se multiplica el numerador y el denominador por un mismo número entero no nulo.

•

Simplificación de los términos de la fracción: cuando se divide el numerador y el denominador por un divisor común a los dos y diferente de 1. 14

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Ejemplos:

2 2 x3 6 2 2 x(−2) − 4 14 14 ÷ 7 2 = = = ; = = ; = 5 5 x3 15 5 5 x(−2) − 10 35 35 ÷ 7 5

1.3.2.2 Potenciación y radicación de fracciones. Sean a, b y n enteros tales que las operaciones que aparecen se puedan efectuar n

3

an ⎛a⎞ ⎜ ⎟ = n ⎝b⎠ b n

Ejemplo

23 8 ⎛2⎞ ; ⎜ ⎟ = 3 = 3 27 ⎝ ⎠ 3

a na ; donde n > 0 = b nb

64 64 8 = = ; 121 121 11

2

9 ⎛ 3⎞ ⎜− ⎟ = 16 ⎝ 4⎠ 3

−

3 27 =− 64 8

1.3.2.3 Adicción y sustracción de fracciones. La suma de dos fracciones es otra fracción que se obtiene de la siguiente manera.

a c ad + bc + = b d ad La resta de dos fraccciones es otra fracción que se obtiene de la siguiente manera

a c ad − bc − = b d ad Nota muy importante: En la práctica estas dos fórmulas no son muy útiles y en especial cuando se debe presentar la nueva fracción en forma irreductible. Por lo tanto se ha desarrollado procedimientos que se muestran a continuación. Procedimientos prácticos. Nota importante: En estos procedimientos, se suma o se resta solamente fracciones con denominadores positivos. De no ser el caso, se multiplica el numerador y el denominador de la fracción por –1.

Ejemplo:

•

4 4x(−1) − 4 − 10 − 10x(−1) 10 = = = ; = − 5 − 5x(−1) − 3x(−1) −3 5 3

Si las fracciones son homogéneas, el procedimiento es bastante sencillo.

Se suma o resta los numeradores. Ejemplo:

2 − 5 8 2 − 5 − 8 − 11 . + − = = 19 19 19 19 19

• Si las fracciones son heterogéneas, se hace en tres etapas: 1. Se calcula el Mínimo Común Múltiplo (MCM) de los denominadores. 2. Se amplifica los términos de las fracciones para convertirlas en fracciones equivalentes homogéneas. 3. Se suma o resta los numeradores según el caso.

15

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 2 3 + 5 4 1. En este caso se tiene MCM(4,5) = 20

Ejemplo:

2. Luego, se amplifica los términos de las fracciones 3. Y después se suma los numeradores

2 2× 4 8 3 3 × 5 15 = = = y = . 5 5 × 4 20 4 4 × 5 20

8 15 23 2 3 + = + = 5 4 20 20 20

Nota: En este caso se puede dar el resultado en forma de número mixto: 1

•

3 . 20

Si se tiene números mixtos, se recomienda realizar por separado el cálculo con las partes enteras y con las partes fraccionarias.

2 1 + 16 . 7 3 2 2 1 1 1. Se recuerda que 3 = 3 + y 16 = 16 + 7 7 3 3

Ejemplo: Calcular: 3

2. Se suma las partes enteras y se obtiene 3+16 =19. 2 1 2 × 3 + 1× 7 13 + = = 7 3 21 21 4. El resultado final se obtiene sumando los resultados parciales. 13 Respuesta.- 19 . 21 3. Por otro lado, se suma las partes fraccionarias y se tiene

Nota importante: Todos los resultados finales deben estar dados con una fracción irreductible. Ejemplo: Calcular:

4 1 2 + − 5 6 15

Se calcula el MCM( 5,6,15)= 2x3x5=30 y se amplifica los términos de las fracciones. Se tiene entonces:

4 1 2 4x6 1x5 2x2 24 + 5 − 4 25 + − = + − = = 5 6 15 30 30 30 30 30

Ahora se simplifica los términos de la fracción obtenida:

25 25 ÷ 5 5 = = 30 30 ÷ 5 6

Respuesta. 5 / 6 1.3.2.4 Multiplicación y división de fracciones Multiplicación. El resultado de la multiplicación de dos o más fracciones es una nueva fracción que tiene como numerador el producto de los numeradores y como denominador el producto de los denominadores.

a c ac x = b d bd

Ejemplo:

3 8 − 2 3 × 8 × (−2) − 4 × × = = 4 3 5 4 × 3× 5 5

Notas: • Siempre es conveniente simplificar cada fracción antes de hacer las operaciones. • Se aplica la regla de los signos cuando hay números negativos.

16

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas División. El resultado de dividir una fracción entre otra es igual al producto de la primera por el inverso multiplicativo de la segunda fracción.

a c a d ad ÷ = x = b d b c bc

Si c ≠ 0 , a

También se puede representar como:

Ejemplo:

1.3.3

c

b = ad bc d

− 3 2 − 3 5 − 15 7 ÷ = × = = −1 4 5 4 2 8 8

Comparación de fracciones

Nota importante. Se recomienda comparar solamente fracciones que tengan denominadores positivos. De no ser el caso, se multiplica el numerador y el denominador de la fracción por –1 como se explico anteriormente.

Si las fracciones a comparar son homogéneas y con denominador positivo, se compara los numeradores. Si las fracciones a comparar son heterogéneas y con denominador positivo, se debe convertirlas en homogéneas y comparar los denominadores. Ejemplo. Paradoja

Sábado Domingo Fin de semana

Percy

Agustín

10 50 = 20 100 30 100 40 120

45 100 5 25 = 20 100 50 120

Resultados

Percy es más eficiente Percy es más eficiente Agustín es más eficiente

Ejemplo.- Ordenar las fracciones siguientes de menor a mayor:

I)

3 5

II)

4 −7

Solución.-

Se transforma la segunda fracción : Ahora, como

III)

1 2

IV)

5 6

4 −4 = . −7 7

−4 es la única fracción con numerador negativo, se deduce que es la menor. 7

Se considera el MCM ( 5 , 2, 6) = 30 De donde:

3 6x3 18 1 15 5 5x5 25 , , = = = = = 5 30 30 2 30 6 30 30

17

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Respuesta.1.3.4

4 1 3 5 < < < 6 −7 2 5

Ejemplos y ejercicios.

Ejemplo: Calcular:

4 4 2x3 − 2 2 4 4 6 4x2 3 3 3 = = 3 = = 3 = x = = −8 − 2 4 1 − 2 5 1 − 1 1 − 1x3 + 1x2 − 1 3 −1 −1 ÷ + x + + 6 6 2 3 5 4 3 5 5 3 2−

Ejemplo. Manolo reparte su dinero de la siguiente manera: A Fernando le da la cuarta parte, a Cesar la tercera parte y a Adela le da la sexta parte, quedándose con 1 800 soles. ¿Cuánto dinero tenía Manolo? Solución: Se expresa las fracciones del dinero total;

Fernando

César

Adela

Manolo

1 4

1 3

1 6

1−

La fracción que le corresponde a Manolo es: 1 − De donde S/. 1800 representan

1 1 1 − − 4 3 6

1 1 1 12 − 3 − 4 − 2 3 1 − − = = = . 4 3 6 12 12 4

1 del total. 4

Por lo tanto, el total de dinero es 1800 x 4 = 7200. Respuesta.- S/. 7200. Ejemplo: Una contadora hace un reporte completo en 4 horas y su secretaria lo hace en 8 horas. Si trabajan juntas, ¿cuánto se demoran? Solución:

1 1 de todo el trabajo y su secretaria solamente . 4 8 1 1 3 de todo el trabajo. Para hacer el trabajo Por lo tanto, juntas en una hora avanzan: + = 4 8 8 8 2 de hora o sea 2 horas y de hora. Como cada hora es 60 minutos, se necesita 3 3 2 x60 = 40 minutos. 3 En una hora, la contadora hace

Respuesta. Si trabajan juntas se demoraran 2 horas y 40 minutos.

Ejemplo: Una jarra tiene un litro de jugo de naranja puro. Un niño toma la tercera parte y reemplaza el contenido con agua. Se le cae la mitad de la mezcla y tuvo que reemplazarlo de nuevo con agua. ¿Cuánto queda de jugo de naranja puro en la mezcla?

Solución:

18

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Acción Inicio Toma la tercera parte y se llena con agua Se cae la mitad y se llena con agua Respuesta. En la mezcla, queda

Jugo (litro) 1 2 3 1⎛2⎞ 1 ⎜ ⎟= 2⎝3⎠ 3

Agua (litro) 0 1 3 2 3

1 litro de jugo. 3

Ejercicio. Reducir las expresiones

a) 3 48 +

1 1 27 − 108 4 8

b) 3 2 + 3 − 125 + 49 − 4 2 + 5 8 Respuestas. a) 12 3 b) 9 + 6 2

Ejercicio: Calcular 5 − 2( 2 x30 − 2 −1 5 2 − 3 2 )

⎡ 1 ⎛ 2 ⎞⎤ ⎢− + ⎜⎜ − ⎟⎟⎥ ⎛ 1⎞ ⎣ 2 ⎝ 5 ⎠⎦ Ejercicio. a) + ⎜1 ⎟ ⎛ 1 1⎞ ⎝ 4⎠ ⎜⎜ − + ⎟⎟ ⎝ 5 3⎠

⎛ 1⎞ Ejercicio: a) ⎜ − ⎟ ⎝ 3⎠

−2

⎛ 4⎞ − ⎜− ⎟ ⎝ 9⎠

⎛ ⎛ − 1⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎞ ⎜ ⎜ ⎟ − 2⎜ ⎟ ⎟ ⎝ 5 ⎠ ⎝6⎠⎟ b) 3⎜ ⎟ ⎜ ⎛ 1⎞ ⎜ 3⎜ − ⎟ + 0,2 ⎟ ⎠ ⎝ ⎝ 5⎠ −

−1

b)

2 2 +2 5 15 5 −1 3

Respuesta. 5

Respuestas. a) –

Respuestas. a)

11 b) 4 2

45 13 b) 4 5

Ejercicio. Tres niñas se han repartido una caja de chocolates, tomando una de ellas la mitad de los chocolates, otra la tercera parte de lo que quedó y la tercera el resto. Si a la segunda le tocó 6 chocolates, ¿cuántos chocolates le tocó a la tercera? Respuesta: 12 chocolates Ejercicio. En la mitad del terreno de una huerta se siembra pasto. En la tercera parte de lo que queda se siembra café y en las 3/5 partes del resto se siembra fruta. Determine qué parte de la huerta quedó sin sembrar y qué parte se sembró con café. 2 1 de la huerta y se sembró con café de la huerta Respuesta: Se quedó sin sembrar 15 6 Ejercicio. Para llenar un tanque de agua se dispone de dos llaves. La primera llena en una hora 2/5 del tanque y la segunda llave llena en una hora la tercera parte. Si el tanque tiene en el fondo dos agujeros de los cuáles fluye agua a razón de 4/15 y 1/6 del tanque por hora respectivamente, ¿qué parte del tanque se llenará en una hora si se abre simultáneamente

las dos llaves?

Respuesta:

3 de tanque 10

Ejercicio. Una persona decide gastar su dinero en 4 días. El primero, gasta la mitad de lo que tiene, el segundo la tercera parte más 10 soles; el tercer día gasta los 2/5 de lo que gastó el día anterior y el cuarto, gasta los 100 soles restantes. ¿Cuánto tenía inicialmente? Respuesta: S/.3 420

19

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 1.4 PROPORCIONALIDAD Razón áurea

Un rectángulo cuyas dimensiones satisfacen la proporción

Longitud 1 + 5 = Ancho 2

se

llama rectángulo áureo y su origen se remonta a la época de los griegos, quienes pensaban que este rectángulo mostraba la proporción más estética y la usaron en sus obras de Arquitectura como el Partenón, construido sobre la Acrópolis en la Antigua 1.4.1

Razones y proporciones numéricas

Razón: Es una comparación de dos cantidades comparables. Dicha comparación se puede hacer de dos maneras: a • Por cociente de dos reales: r = ; b ≠ 0 (razón geométrica) b • Por diferencia de dos reales: r = b - a (razón aritmética). Observación: r es un número real. Ejemplo. Si un padre tiene 40 años y su hijo tiene 10 años, podemos decir que el padre le lleva 30 años a su hijo (razón aritmética con r = 30) o también que el padre tiene 4 veces la edad de su hijo (razón geométrica con r = 4). Nota: En este documento sólo se tratará razón geométrica la cuál se llamará simplemente razón. Vocabulario

En una razón geométrica, r =

a ;b ≠ 0 b

a se llama antecedente b se llama consecuente

Problema: Densidad de la población: La extensión territorial de la ciudad “Aconao” es de 72 600 kilómetros cuadrados y su población aproximada en 1998 era de 609 840. ¿Cuál era su densidad poblacional en 1998?

Aconao 400Km Salida 14

Solución: La densidad poblacional es el cociente del número de habitantes por kilómetros cuadrados. Se expresa en habitantes por kilómetros cuadrados. En este caso la densidad poblacional de la cuidad de Aconao es de 8,4 hab/km2 por el

cociente

609840 = 8,4 . 72 600

Respuesta.- La densidad poblacional de la cuidad de Aconoa es 8,4 hab / km 2 . Proporción: Es la igualdad de dos razones.

Una proporción geométrica es de la forma a c = (con b≠0 y d≠0) b d

se lee “a” es a “b” como “c” es a “d”.

a y d se llaman extremos de la proporción. b y c se llaman medios de la proporción.

20

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Propiedad Fundamental:

Para todo a, b, c y d no nulos,

a c = es equivalente a ad = bc b d

Consecuencias Importantes: • Se deduce que existe un número real α tal que

•

a= α c,

b= α d.

a 4 Por ejemplo: si = entonces se tiene a =4 α y b=7 α b 7 a c = en la cuál a, b, c y d son no nulos entonces se puede Si se tiene la proporción b d a b formar la proporción siguiente: = . c d

Serie de razones iguales:

Si se tiene una serie de razones iguales como:

x y z = = = k , entonces se deduce que: a b c

x= ka, y= kb, z= kc. Se dice que k es la constante de proporcionalidad y que los números x, y, z son proporcionales a: a, b y c, respectivamente. Ejemplo: Se reparte 80 canicas a tres niños de 5, 6 y 9 años proporcionalmente a su edad. ¿Cuántas canicas tendrá cada uno? Solución: Sea x la cantidad de canicas que tiene el niño de 5 años, y la cantidad de canicas que tiene el niño de 6 años y z la cantidad de canicas que tiene el niño de 9 años. Se cumple entonces lo siguiente:

•

x y z = = = k , entonces: x= 5k , y = 6k ; z= 9k 5 6 9

• x+y+z = 80 Así 5k + 6k + 9k = 80 de donde: 20k = 80 y k = 4. De donde: x = (4)(5) =20 y = (4)(6) =24 z = (4)(9) = 36 Respuesta.- Los niños de 5, 6 y 9 años recibieron 20, 24 y 36 canicas respectivamente. 1.4.2

Magnitudes y cantidades.

Una magnitud es todo aquello susceptible de medición. Se expresa usando un número real y una unidad de medición. Ejemplos: Magnitud Temperatura Longitud Masa Dinero Velocidad Obrero

Ejemplo 15°C 5 cm 7,5 kg S/. 20 55 km /h 8 obreros

Unidad grado Celsius centímetro kilogramo un nuevo sol kilómetro / hora un obrero

Número o valor 15 5 7,5 20 55 8

Otras magnitudes son: capacidad, superficie, volumen, velocidad, menú, página etc.

21

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 1.4.3 Magnitudes directamente proporcionales Caso : Si un kilogramo de un producto cuesta 20 soles, y se paga en soles a razón de la masa en kilogramos, se puede llenar la siguiente tabla: Magnitudes

Valores correspondientes

Precio (soles)

10

20

40

42,5

60

Masa (kg)

0,5

1

2

2,125

3

Se observa que el cociente de sus valores correspondientes es constante.

10 20 40 42,5 60 = = = = = 20 0,5 1 2 2,125 3 Es decir que la serie de razones iguales admite 20 como constante de proporcionalidad.

Precio = 20 nuevo sol / kilogramo o Precio = 20 Masa nuevos soles Masa Se dice entonces que: • el precio es directamente proporcional a la masa. • la masa es directamente proporcional al precio. • las dos magnitudes ( precio y masa) son directamente proporcionales. Definición: Dos magnitudes A y B son directamente proporcionales, cuando, al multiplicar el valor de una de ellas por un real no nulo, el valor correspondiente a la otra magnitud se encuentra multiplicado por el mismo real, manteniendo la misma proporción. Ejemplos : Si se considera que las otras magnitudes que intervienen en el suceso tienen un comportamiento constante, se tiene las siguientes magnitudes directamente proporcionales: 1. El número de objetos y el precio cuando se paga a razón del número de objetos. 2. La masa y el precio de una mercancía, cuando se paga a razón de la masa de la mercancía. 3. La longitud de la circunferencia de un círculo y la longitud del diámetro de la misma. 4. El perímetro de un cuadrado y la longitud de su lado. 5. El área de un cuadrado y el cuadrado de su lado.

Si A es directamente proporcional a B, entonces

A =k B

o

A = kB ,

donde k es la constante de proporcionalidad.

1.4.4 Magnitudes inversamente proporcionales Definición: Se dice que una magnitud A es inversamente proporcional a una magnitud B si

la magnitud A es directamente proporcional a la magnitud

1 . B

22

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Caso : Si un móvil que se desplaza a una velocidad constante (Movimiento rectilíneo uniforme) de 30 kilómetros por hora demora 2 horas, se puede llenar la siguiente tabla para saber cuanto tiempo se demoraría para recorrer la misma distancia a velocidades constantes distintas. Magnitudes

Valores correspondientes

Velocidad ( km/h)

15

30

50

60

Tiempo (horas)

4

2

1,2

1

Se observa que el producto de sus valores correspondientes es constante. 15 x 4 = 30 x 2 = 50 x 1,2 = 60 x 1= 60 Es decir que la serie de productos admite 60 como constante de proporcionalidad.

velocidad x tiempo = 60 km

o

velocidad =

60 km / h tiempo

Se dice entonces: • La velocidad es inversamente proporcional al tiempo. • El tiempo es inversamente proporcional a la velocidad. • Las dos magnitudes ( velocidad y tiempo) son inversamente proporcionales. Ejemplos: Si se considera que las otras magnitudes que intervienen en el suceso tienen un comportamiento constante, se tiene las siguientes magnitudes inversamente proporcionales 1. El número de obreros ( de igual rendimiento) y el tiempo que emplean para hacer una obra. 2. El número de días y el número de horas por día que emplean los trabajadores (de igual rendimiento) en realizar una misma obra.

Si A es inversamente proporcional a B, entonces

A=

k B

o

AB = k ,

donde k es la constante de proporcionalidad. 1.4.5 Propiedades: Sean A y B dos magnitudes proporcionales y sus valores correspondientes indicados en la siguiente tabla. Magnitudes A B

a1 b1

Valores correspondientes a2 a3 b2 b3

1. Si A y B son directamente proporcionales entonces, se cumple: •

a1 a 2 a 3 a 4 = = = =k. b1 b 2 b 3 b 4

donde k es la constante de proporcionalidad y tiene una unidad.

23

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas •

a1 b1 a1 b1 a b , , 2 = 2 , etc. = = a2 b2 a3 b3 a3 b3

En estos cocientes, el resultado no tiene unidad debido a que se divide dos cantidades expresadas en la misma unidad. Ejemplo: En el caso del precio con la masa visto anteriormente, estas últimas proporciones

se traducen por ejemplo con:

60 3 = 40 2

,

40 10 . = 2 0,5

2. Si A y B son inversamente proporcionales entonces, se cumple: • a1 b1 = a2 b2= a3 b3 = a4 b4 = k. donde k es a constante de proporcionalidad y tiene una unidad. •

b a1 b 2 a1 b 3 a = = , , 2 = 3 , etc. a 2 b1 a 3 b1 a3 b2

En estos cocientes, el resultado no tiene unidad, debido a que se divide dos cantidades expresadas en la misma unidad. Nota importante: Cabe resaltar que, en este caso, se invierte el orden de los valores correspondientes. Propiedad 2: 1. Si la magnitud A es directamente proporcional a la magnitud B y es directamente proporcional a la magnitud C, entonces, la magnitud A es directamente proporcional a la magnitud BC, lo que se expresa con:

A = k BC Donde k es la constante de proporcionalidad. Nota: Esta propiedad se puede generalizar a más de 2 magnitudes.

2. Si la magnitud A es directamente proporcional a la magnitud B y es inversamente proporcional a la magnitud C, entonces se expresa con:

A =k

B , C

donde k es la constante de proporcionalidad.

Ejemplo: La fuerza de atracción entre dos planetas es directamente proporcional a cada una de las masas de los planetas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Expresar la relación de proporcionalidad entre estas magnitudes. Si la distancia entre las planetas se duplica, ¿que pasa con la fuerza de atracción? Solución. Sea F la fuerza de atracción, M y M’ las magnitudes masa de cada planeta y D la

magnitud distancia, se tiene entonces F = k

M.M' . D2

Si la distancia se duplica, D2 se cuadruplica y la fuerza se divide entre 4.

24

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Ejemplo: Sean tres magnitudes X, Y y Z, para los cuales: X es directamente proporcional a Y e inversamente proporcional al cuadrado de Z. a. Expresar X en términos de Y y de Z. b. Si el valor de X es 18 cuando Y toma el valor 5 y Z toma el valor de 2, determinar el valor que toma X cuando Y es 25 y Z, 3. Solución. Como X es directamente proporcional a Y e inversamente proporcional al cuadrado de Z,

entonces por propiedad: X = k

Y Z2

Con los datos se puede calcular k. Así 18 = k (

5 ). De donde k = 72/5. 22

Ahora si Y=25 , Z =3 se tiene X = (72/5 )(25/9)= 20 Respuesta.- Si Y=25 , Z =3 entonces X = 20. Ejemplo: El valor de una obra de arte es proporcional al cuadrado de la antigüedad que tiene. Si actualmente tiene 20 años, ¿dentro de cuántos años cuadruplicará su valor? Solución: Si se denota con P la magnitud obra de arte y con A la magnitud antigüedad, entonces se tiene: P = k A2.

p p P = k, es siempre constante y se cumple: 12 = 22 . 2 A a1 a2 p1 4p Como p2 = 4 p1, se reemplaza los valores: = 21 . 2 (20) a2 Por lo tanto, la relación:

Se simplifica por p1, por ser no nulo, y por lo tanto, a22 = 4 (20)2= 1600. Como a2 es positivo, se deduce que a2 = 1600 = 40. Respuesta.- El valor de la obra se cuadriplicará dentro de 20 años. Ejemplo: Si A y B son dos magnitudes tales que: entonces, A y B son magnitudes inversamente proporcionales.

A B

2 7

3,5 4

5 2,8

6,5 2

Solución: En este caso se debe verificar que los productos de los valores correspondientes de A y B son iguales. Se observa que 2*7=3,5*4=5*2,8= 14 pero 6,5*2=13. Respuesta.- Las magnitudes A y B no son inversamente proporcionales.

Nota: Un error frecuente es considerar solamente que cuando los valores de A crecen, los valores respectivos de B decrecen sin verificar todos los productos. 1.4.6 Regla de tres 1.4.6.1 Regla de tres simple: Definición: La regla de tres simple es un procedimiento que permite hallar un término desconocido de una proporción geométrica en la cuál interviene solamente dos magnitudes que tienen una relación de proporcionalidad. Regla de tres simple directa: Se dice cuando las magnitudes son directamente proporcionales. 25

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Procedimiento: Sean A y B dos magnitudes directamente proporcionales tales que la magnitud B corresponde al valor desconocido. Se establece la siguiente tabla: A B a1 b1 a2 x Como las magnitudes son directamente proporcionales, se cumple B = k A.

Se establece la proporción:

a1 b1 a b , y, por la propiedad fundamental, x = 2 1 . = a2 x a1

Ejemplo: En un restaurante, si se cobra 48 soles por un total de 12 menús, ¿cuánto cuestan 5 menús? Solución: Se observa que, en este caso, las dos magnitudes (precio y menú) son directamente proporcionales. En efecto, al aumentar el número de menús, el precio aumenta en la misma proporción. De esta manera se tiene:

Precio = k donde k es la constante de proporcionalidad Menú Se presenta los datos de la siguiente manera: Menús (Número de) 12 5

Precio (En Soles) 48 x

O de esta otra: 12 menús

...............

S/. 48

5 menús

...............

S/. x

Como las magnitudes son directamente proporcionales

12 48 = 5 x

•

se establece la proporción

•

se aplica la propiedad fundamental (48)( 5) = 12 x

•

de donde: x =

(48)(5) (4)(5) = = 20 12 1

Respuesta. – Cinco menús cuestan S/. 20.

Regla de tres simple inversa: Se dice cuando las magnitudes son inversamente proporcionales. Procedimiento: Sean A y B dos magnitudes inversamente proporcionales tales que la magnitud B corresponde al valor desconocido. Se establece la siguiente tabla: A B a1 b1 a2 x 26

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Como las magnitudes son inversamente proporcionales, se cumple AB = k y se deduce:

a1 ab x . Por la propiedad fundamental se tiene a1 b1 = a2 x. De donde: x = 1 1 . = a 2 b1 a2 Ejemplo: Si 6 obreros demoran 20 días para realizar una obra, ¿cuántos días demorarían 8 obreros a hacer la misma obra en las mismas condiciones? Solución: Se observa que, en este caso, las dos magnitudes (tiempo y obrero) son inversamente proporcionales. En efecto al aumentar el número de obreros, el tiempo disminuye en la misma proporción. Se puede presentar los datos de la siguiente manera: Obreros ( Número) 6 8

Tiempo (En días) 20 x

O de esta otra: 6 obreros .................... 20 días 8 obreros .................... x días

Como las magnitudes son inversamente proporcionales:

(Obreros)(Tiempo)= k

6 x = 8 20

•

se establece la proporción

•

se aplica la propiedad fundamental (6)(20) = 8 x

•

de donde: x =

(6)(20) = 15 . 8

Respuesta: 8 obreros se demorarían 15 días. Ejemplo: Si se necesita dos horas para pintar una pared cuadrada de cinco metros de lado, ¿ cuánto tiempo se necesita para pintar en las mismas condiciones una pared cuadrada de diez metros de lado? Solución: ¡Cuidado! En este caso, la proporcionalidad no es con el lado del cuadrado sino con su área. Área de la pared Tiempo ( en metros cuadrados) ( en horas) 25 2 100 x

Como a más área, más tiempo, las magnitudes son directamente proporcionales y se tiene

25 100 = . De donde: 25 x = (100)(2) 2 x

y

x=

200 =8. 25

Respuesta.- Se necesita 8 horas para pintar una pared de 10 metros de lado. 1.4.6.2 Regla de tres compuesta: Definición.- La regla de tres compuesta es un procedimiento que permite hallar un término desconocido de una serie de razones en la cuál intervienen más de dos magnitudes que tienen entre sí relaciones de proporcionalidad.

27

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Procedimiento.- Para resolver el problema se estudia la relación de proporcionalidad que tiene la magnitud que corresponde al valor desconocido con las otras magnitudes considerando en cada caso que las demás magnitudes presentan un comportamiento constante. Sean A, B y C magnitudes tales que la magnitud A corresponde al valor desconocido. A a1 x

B b1 b2

C c1 c2

Si, por ejemplo, A y B son directamente proporcionales, A y C son inversamente proporcionales entonces, por las propiedades vistas en 1.4.5, se tiene: A = k De donde

B . C

a1 b1 c 2 ab c = y x= 1 2 1. x b2 c1 b1c 2

Nota importante.- Como A y B son directamente proporcionales entonces la razón mantiene el mismo orden. En cambio, como A y C son inversamente proporcionales la respectiva razón se invierte. . Ejemplo: Para una obra cinematográfica se encarga la confección del vestuario a 10 sastres que pueden hacer 1000 trajes en 40 horas. ¿Cuántos sastres más que trabajan de la misma forma se necesita para hacer 600 trajes en 20 horas? Solución: Se establece la siguiente tabla con los datos Sastres ( Número) 10 x

Tiempo (Horas) 40 20

Trajes (Número) 1000 600

Como a más sastres, menos tiempo, los sastres y el tiempo son magnitudes inversamente proporcionales Como a más sastres, más trajes entonces los sastres y los trajes son magnitudes directamente proporcionales

10 20 1000 =( )( ) x 40 600 (10)( 40)(600) De donde: x = = 12 y por lo tanto 12 - 10 = 2. ( 20)(1000) Y se tiene:

Respuesta.- Se necesita 2 sastres más. 1.4.7 Porcentajes Definición.- Un porcentaje es una razón cuyo antecente es racional y cuyo consecuente es 100.

La razón

a se denota a% y se lee a por ciento. 100

1.4.7.1 Aplicar un porcentaje.Se calcula el a % de una cantidad N de la siguiente manera: a% de N=

a N. 100

Nota Histórica. En un libro del NCTM ( National Council of teachers of Mathematics) se señala que el signo de porcentaje % evolucionó de un símbolo en un manuscrito italiano de 1425 y se transformó a la notación actual alrededor de 1650.

28

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Ejemplo.- Calcular el 5 % de 90. Solución.- Se calcula

5 ( 90) , o, lo que es lo mismo, (0,05) (90). El resultado es 4,5. 100

Ejemplo. ¿Cuál es el 20 % del 30 % de 150?

30 x150 = 0,30 x 150. 100 20 30 El 20 % del 30 % de 150 es x x150 = 0,20 x 0,30 x 150= 9 100 100 Solución: El 30 % de 150 es :

Respuesta. - 9 Ejemplo: La leche da 12,5 % de su volumen en crema. Si se ha obtenido 30 dm3 de crema, ¿cuántos litros de leche se ha procesado? Solución: Si V es el volumen en dm3 de leche procesado, se debe cumplir

12,5% de V = 30. V = 240 dm3 .

De donde:

12,5 (30)(100) V = 30 y V = = 240 100 12,5

Como 1dm3 = 1 litro se tiene

Respuesta.- Se ha procesado 240 litros de leche.

1.4.7.2 Transformar razón a porcentajes Tomar el

a ⎛a⎞ de N es equivalente a tomar el 100⎜ ⎟ % de N. b ⎝b⎠

Ejemplos.-

(3)(100) 3 de N equivale a tomar el % de N, es decir el 75 % de N. 4 4

•

Tomar los

•

¿Qué porcentaje de 250 es 50? Se debe cumplir

(50)(100) 50 a = 20 = . Por lo tanto: a = 250 100 250

Respuesta: 50 es el 20 % de 250. •

Un par de zapatos de 150 Nuevos Soles se rebaja a 120 Nuevos Soles. ¿Cuál es el porcentaje de descuento? Se ha aplicado al precio una rebaja de 30 Nuevos Soles por 150 – 120. Ahora, se calcula el porcentaje de descuento con la proporción:

30 a = . De donde: a = 20. 150 100

Respuesta.- El porcentaje de descuento es 20 %. Ejemplo: En un matrimonio al cuál asistieron 120 personas adultas, el 60% era hombres. Si el 50% de los hombres y el 31,25% de las mujeres eran solteras, ¿qué porcentaje de los asistentes eran solteros? Solución: Se calcula el número de hombres solteros:

50% de 60% de 120 es:

50 60 x x120 = 36 100 100

29

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Se calcula el número de mujeres solteras: Si hay 60% de hombres entonces hay 40% de mujeres.

31,25 40 x x120 = 15 100 100 36 + 15 a Luego se establece la proporción: , donde a es el porcentaje de los = 120 100 31,25% de 40% de 120 es:

asistentes solteros. Así a = 42,5 Respuesta.- El porcentaje de solteros es 42,5 %.

1.4.7.3 Aplicación al campo económico. Caso 1: El Impuesto general a la ventas ( I.G.V) se calcula aplicando a cada precio inicial el 18 %. ¿Cómo se calcula los nuevos precios? Solución. Si P es el precio inicial, entonces el IGV es el 18 % de P o sea (0,18)P. Como es un aumento, el nuevo precio es: P + 18% = P + (0,18)P = (1+0,18)P = 1,18 P

Respuesta.- Para calcular los nuevos precios se multiplica los precios iniciales por 1,18. Caso 2: Una tienda de ropa inicia una campaña de oferta, aplicando a cada prenda un descuento del 15 %. ¿Cómo se calcula los nuevos precios? Solución. Si P es el precio de una prenda, entonces el 15 % de P es (0,15)P. Como es un descuento, el nuevo precio es: P -15% P = P – (0,15)P = ( 1 - 0,15)P = 0,85 P.

Respuesta.- Para calcular los nuevos precios se debe multiplicarlos por 0,85. Resumen: Precio inicial P

Aumento de a% (1 + a%) P

Descuento de a% (1 - a%)P

Ejemplo. Una tienda vende chompas a S/. 60 ganando un 20 % del costo. ¿Cuál es el costo de una chompa? Solución: Si C es el costo, entonces el precio de venta se expresa por: 60 = (1 + 20%) C. De donde 60 = 1,20 C y C = 50. Respuesta.- El costo de una chompa es de S/.50. Ejemplo. Un automovilista va a comprar aceite para su motor en su grifo favorito y descubre que los precios han aumentado de 15 % desde el mes anterior. Si, al comprar el aceite, el vendedor le hace una rebaja de 15 % por ser cliente preferencial, ¿ha ganado o perdido el automovilista en la transacción?¿ Cuál es su porcentaje de ganancia o perdida? Solución: Si P es el precio inicial del aceite, con el aumento de 15 % se transforma en 1,15P. Luego, se aplica la rebaja de 15 % al nuevo precio y se transforma en: (0,85)(1,15) P o sea en 0,9775 P. Este resultado significa que el automovilista ha pagado su aceite 97,75 % del precio del mes anterior y ha ganado el 2,25 % (100% – 97,75% ) sobre el precio del mes anterior.

30

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Aplicación: Variaciones El cálculo de variaciones es sumamente útil para ver el crecimiento o decrecimiento porcentual de algún factor en comparación a un comportamiento anterior. Ejemplo. Con la finalidad de vender la mayor cantidad de artículos después de las fiestas patrias, un comerciante reduce sus precios en un 20 % y observa que sus ventas en el mes de agosto aumentan en un 30 %. ¿En que porcentaje varió su ingreso en agosto con respecto a julio? Solución: El ingreso se calcula multiplicando el precio por el número de artículos vendidos. donde P es el precio y N el número de artículos. En el mes de julio, se tiene: IJ = PN En el mes de agosto, se tiene IA = (0,80 P)(1,30N) = (1,04 PN) La variación del ingreso del mes de julio al mes de agosto esta dada por:

I A − I J 1,04PN - PN = 0, 04 = 4 %. = IJ PN Respuesta.- La variación de su ingreso de julio a Agosto es un aumento del 4 %.

1.4.8 Ejemplos y problemas. Ejemplo. Juan y José tienen dinero en la relación de 4 a 3, pero gastan como 5 a 6 respectivamente. Si tenían juntos 350 soles y gastaron juntos 220 soles ¿En qué razón está el dinero de Juan con respecto al de José luego de los gastos? Solución. La razón entre el dinero de Juan y el de José es de :

Juan 4 4α donde α es = = Jose 3 3α

un número real. Como en total tienen 350 soles, se cumple: 4α + 3 α = 350 . De donde 7α = 350 y α = 50. Por lo tanto, Juan tiene 200 soles y José tiene 150 soles. Similarmente, se calcula que Juan ha gastado 100 soles y José 120 soles. Respuesta. - Al final, Juan y José tienen dinero en la relación de10 a 3. Ejercicio. Si el precio de una manzana es al precio de una naranja como 3 es a 2 y el precio de una naranja es al de una pera como 5 es a 6, ¿cuántas peras se puede intercambiar por 100 manzanas? Respuesta.- 80 peras Ejercicio. De un plano hecho a escala 1:1 000 se obtienen las siguientes medidas de un terreno rectangular: 5cm y 8cm. ¿Cuál es el área del terreno en metros cuadrados? Respuesta.- 400m2 Ejercicio. Supongamos que Pedro y Juan van a establecer un negocio. Pedro va a invertir $12 000 y Juan $18 000. ¿Qué parte de las ganancias le corresponderán a cada uno? 2 3 y a Juan Respuesta: A Pedro le corresponde 5 5

Ejercicio. Un padre desea repartir una herencia entre sus hijos José, Luis y Carlos, de manera que las partes sean entre sí como los números 7, 6 y 5 respectivamente. Posteriormente cambia de opinión y ordena hacer el reparto proporcionalmente a los números 6, 5 y 4.

31

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas a. ¿Qué fracción de la herencia ha ganado o perdido cada uno de los hijos con esta nueva repartición? b. El monto total de la herencia si a uno de ellos le corresponde en la segunda repartición S/.1 200 más que la primera. 1 1 ,Luis ni pierde ni gana y Carlos pierde de la herencia. Respuesta.- a. José gana 90 90 b. El monto total es S/. 108 000. Ejercicio. El número de problemas resueltos por una persona en un examen es directamente proporcional a la raíz cuadrada del número de horas diarias de estudio y es inversamente proporcional a la edad de la persona. Si un alumno de 20 años que dedicó 4 horas diarias de estudio contestó 12 preguntas, ¿cuántas preguntas contestará un alumno que tiene 15 años si estudio 9 horas? Respuesta: El alumno contestará 24 preguntas. Ejercicio. En una fabrica industrial la gratificación por fiestas patrias se pagó en forma directamente proporcional a los años de trabajo y al número de horas diarias de jornada, e inversamente proporcional a la cantidad tardanzas acumuladas en el año. Si Juan Pérez recibió S/. 2 400 por trabajar 12 años, haciendo una jornada diaria de 8 horas y habiendo llegado tarde 5 veces, ¿cuánto le correspondería a Pedro Gómez por sus 14 años de experiencia, trabajando 10 horas diarias, habiendo acumulado 7 tardanzas? Respuesta S/.2 500 Ejercicio. Ocho albañiles, con una jornada de 10 horas por día han concluido una obra en 6 días.¿Cuántas horas diarias hubieran tenido que trabajar 5 albañiles para hacer el trabajo en 10 días? Respuesta: 9h36m Ejercicio. Se contrataron 5 artesanos que hacen 12 chompas en 15 días. Se pretende tener 60 chompas en 25 días, ¿cuántos artesanos se deben contratar adicionalmente? Respuesta: 10 artesanos Ejercicio. Sabiendo que un obrero se demora 16 horas en abrir una zanja de 400m3, ¿en Respuesta: 12 horas cuántas horas lograría abrir una zanja de 300m3 ? Ejercicio. Una guarnición tiene víveres para 121 días a razón de una ración diaria. Si se aumenta en 1/3 el número de individuos, ¿en qué fracción se debe disminuir la ración diaria 1 para que dure el mismo tiempo? Respuesta: 4 Ejercicio. Un ingeniero cuenta con 30 obreros para hacer una obra en 24 días, pasados 10 días de trabajo le notifican que la obra debe culminarse 4 días antes, ¿cuántos obreros adicionales debe contratar para cumplir con el nuevo plazo? Respuesta: 12 obreros Ejercicio. Roberto en su afán de realizar un negocio decide vender dos calculadoras del mismo modelo a 300 dólares cada una. Si en una de ellas pierde el 15% y en la otra gana el 15% sobre el precio de compra, ¿podemos afirmar que Roberto es un buen negociante? Respuesta: No, pierde más o menos S/.14,00 Ejercicio.¿En que porcentaje se debe aumentar el costo de un artículo para fijar su precio, de tal manera que aún haciendo un descuento del 20% del precio fijado se gane el 40% del costo? Respuesta: 75%

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Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Ejercicio. Compré una joya en 500 dólares y quise venderla inicialmente en "N" dólares, pero dada la recesión decidí venderla tan sólo al 80% de dicho precio. Luego, para realizar la venta hice un descuento adicional de 25% obteniendo una ganancia de 20%. Hallar "N". Respuesta: $1 000 Ejercicio. ¿En qué porcentaje varía el área de un cuadrado, si su lado disminuye en 15%? Respuesta: Disminuye en 27,75% Ejercicio. Susana trabaja en una compañía textil. En el mes de Mayo (por el día de la madre), recibe un aumento del 20%, y luego en el mes de Julio (por fiestas patrias), le vuelven a aumentar, esta vez 15%. ¿Qué porcentaje extra de su sueldo de Abril estará recibiendo en Julio? Respuesta: 38% Ejercicio. En una industria se han fabricado 1000 dispositivos electrónicos para computadoras en una semana; el 45% de ellos han sido fabricados en el turno diurno de producción y el resto en el turno nocturno. Si se sabe que el 20% de lo fabricado en el turno diurno es defectuoso y el 40% de lo fabricado en el turno nocturno es defectuoso, ¿qué porcentaje de la producción de la semana representan los dispositivos defectuosos? Respuesta: 31%

33

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 1.5 PROGRESIONES Hace mucho tiempo, en la India, el gran visir Sissa Ben Dahir, inventó el juego de ajedrez en honor a su rey, Shirham. Al rey le entusiasmó tanto el juego que ofreció al gran visir cumplir cualquier deseo que le formúlase. • Majestad, deme un grano de trigo por la primera casilla del tablero, 2 granos por la segunda casilla y así, ¡Oh rey¡, doblando cada vez el número de granos que hay en la casilla anterior, deme el trigo suficiente para cubrir todas las casillas del tablero. • Tu deseo será cumplido ahora, gran visir¡ Sin embargo, era más fácil decirlo que hacerlo. El rey ordenó que trajesen un saco de trigo ante su trono. Empezaron a contar los granos, pero el saco se vació antes de llegar a la cantidad correspondiente a la vigésima casilla. Hecho esto, el rey mando a traer más sacos hasta agotar todos los que tenía en el almacén y aún así faltaban más granos, llegando a la conclusión de que le iba a ser imposible cumplir con el deseo del visir. ¡La cantidad era tal, que sembrando todos los campos de la India, no harían en dos mil siglos los granos de trigo que según la promesa del rey corresponde al gran visir!

1.5.1

Progresiones Aritméticas

Definición. Es una sucesión de números en la cual cada término, salvo el primero, se obtiene sumando al término anterior una cantidad constante no nula llamada razón o diferencia que se denota r. Ejemplo: -2; 5; 12; 19; ............ es una progresión aritmética creciente de razón 7. 10; 2; -6; -14; .......... es una progresión aritmética decreciente de razón -8. Razón r< 0 r >0

Tipo de progresión progresión aritmética es decreciente progresión aritmética es creciente

Elementos. En la progresión aritmética: a1; a2; .........an de n términos, se tiene:

Razón Término de lugar n Suma de los n primeros términos

: r = ai – ai-1, donde i = 2; 3; .....; n : an = a1 + (n-1)r (a + a n )n : Sn = 1 2

Ejemplo: Hallar el término que ocupa el lugar 23 en la progresión aritmética: 9; 4; -1;-6;... Solución: Se calcula la razón: El término de lugar 23 es : Respuesta. a23 = -101

r = 4 – 9 = -5 . a23 = 9 + (23 -1)(-5)

Ejemplo: Determinar el número de términos de la siguiente progresión aritmética: -4; -1,5;1; .......; 66 Solución: Se calcula la razón: r = -1,5 – (-4) = 2,50 Se utiliza la fórmula para determinar cualquier término de posición n: an = a1+(n-1) 66 = -4 + (n -1)(2,5) Si an es el último término, entonces se tiene: 70 = (n-1)(2,5) 28 = n – 1 de donde n = 29.

34

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Respuesta.- La progresión tiene 29 términos. Ejemplo: Un mecánico arregla 20 piezas de una carrocería. Por la complejidad del trabajo acuerda la forma de pago siguiente: $3,50 por la primera pieza; $5,00 por la segunda; $6,50 por la tercera y así sucesivamente. ¿Cuánto recibirá por todo el trabajo? Solución: Los pagos forman una progresión aritmética de razón: r = 5,00 - 3,50=1,50. Para calcular lo que recibe por todo el trabajo se debe determinar la suma de los 20 pagos, (a + a 20 )(20) es decir: S20 = 1 2 Se calcula el término a20 con: a20 = a1 + (20-1)r = 3,50 +(19)(1,50) = 32 (3,50 + 32)(20) Se reemplaza en la suma: S20 = = 355 2 Respuesta.- El mecánico recibirá por el trabajo completo S/.355,00.

1.5.2 Progresiones Geométricas Definición. Es una sucesión de números en la cual cada término, salvo el primero, se obtiene multiplicando el término anterior por una cantidad constante no nula llamada razón que se denota q.

Ejemplos: 3; 12; 48; 192; ............ es una progresión geométrica creciente de razón q = 4. 10; 4; 1,6; 0,64; ......... es una progresión geométrica decreciente de razón q =

2 . 5

1 1 ; − 1; 2 ; − 4 ; − 8 ; ......... es una progresión geométrica alternante de razón q = − 2 2 Razón q<0 0< q <1 q >1

Tipo de progresión Progresión geométrica alternante Progresión geométrica decreciente Progresión geométrica creciente

Elementos. En la progresión geométrica: a1, a2, .........an de n términos, se tiene: ai ; donde i = 2; 3; .....;n a i−1

Razón

:q =

Término de lugar n

: an = a1 (q )n −1

Suma de los n primeros términos

: Sn =

Ejemplo: La razón de una progresión geométrica es

a1 ( qn − 1) si q ≠ 1 q -1 1 1 y el óctavo término es . 2 64

Determinar el valor del primer término. Solución: Se aplica la fórmula para el óctavo término: a8 = a1q8-1= a1q7

Y se reemplaza :

7 1 = a1 ⎛⎜ 1 ⎞⎟ 64 ⎝2⎠

35

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 1 = a1 1 64 128 Respuesta.- El primer término, a1, es 2. Ejemplo: Hallar el noveno término a partir de la progresión geométrica: 3; ......; 24; 48;....... a 48 Solución: Se determina la razón: q= i = =2 a i−1 24 Se calcula el noveno término: a9 = a1q8 = 3(2)8

Respuesta.- El noveno término, a9, es: 768. Ejemplo: Se tiene una lámina triangular equilátera. Se toma los puntos medios de sus lados formando un nuevo triángulo. En este triángulo se vuelve a tomar los puntos medios formándose otro triángulo y así sucesivamente. Si se repite el proceso diez veces, determinar la suma de los perímetros de todos los triángulos así formados incluyendo el triángulo original de lado "a". Solución:

Los perímetros forman 1 una PG de razón: y de 2 primer término 3a. Se pide determinar la suma de los 10 primeros términos de dicha progresión.

perímetro 1: 3 (a) = 3a ⎛ a ⎞ 3a perímetro 2: 3 ⎜ ⎟ = ⎝2⎠ 2

a

⎛ a ⎞ 3a perímetro 3: 3 ⎜ ⎟ = ⎝4⎠ 4 ........ perímetro 10: .............. ⎛ ⎛ 1 ⎞ 10 ⎞ 3a ⎜ ⎜ ⎟ − 1⎟ 3a ⎛⎜ 1 − 1⎞⎟ 3a ⎛⎜ − 1023 ⎞⎟ ⎜⎝ 2 ⎠ ⎟ ⎝ 1024 ⎠ ⎝ 1024 ⎠ ⎝ ⎠ = = Se reemplaza en la fórmula: S10 = 1 1 1 -1 − − 2 2 2

Respuesta.- La suma de los 10 perímetros es: S10 =

3069 a. 512

Ejemplo: Dos poblaciones “Antara” y “Bascua”, tienen en la actualidad 9 167 360 y 143 240 habitantes, respectivamente. Suponiendo una disminución anual de la población de “Antara” en 1/8 de sus habitantes y el aumento anual de la población “Bascua” en 3/4 ¿Dentro de cuanto tiempo las poblaciones tendrán el mismo número de habitantes? Solución: Como la población de “Antara” disminuye en 1/8 anualmente, después de cada año quedan los 7/8 de la población anterior, por lo tanto varía de la siguiente manera: 2

n

7 ⎛7⎞ ⎛7⎞ (9 167 360); ⎜ ⎟ (9 167 360); ....................; ⎜ ⎟ (9 167 360) (1) 8 ⎝8⎠ ⎝8⎠ Como la población de “Bascua” aumenta en 3/4 anualmente, después de cada año quedan los 7/4 de la población anterior, por lo tanto varía de la siguiente manera:

9 167 360;

2

143 240;

n

7 ⎛7⎞ ⎛7⎞ (143 240); ⎜ ⎟ (143 240); ....................; ⎜ ⎟ (143 240) 4 4 ⎝ ⎠ ⎝4⎠

(2)

Por condición del problema se busca n tal que:

36

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas n

n

⎛7⎞ ⎛7⎞ ⎜ ⎟ (9 167 360) = ⎜ ⎟ (143 240) ⎝8⎠ ⎝4⎠ 7n

(64) =

7n

8n 4n 4 n ( 64) = 8 n

2 2n (2 6 ) = 2 3n 2 2n+ 6 = 2 3n Se iguala a los exponentes: 2n+6 = 3n. Finalmente: 6=n Respuesta.- Dentro de 6 años ambas ciudades tendrán el mismo número de habitantes.

1.5.3 Ejemplos y problemas. Ejercicio. Si cada fila de la tabla contiene los datos de una progresión aritmética, completar el cuadro:

r

n

a1 12

6 -1,5

an 33

8 10

12,5

Sn 180 256

Ejercicio. Si cada columna de la tabla contiene los datos de una progresión geométrica, completar el cuadro:

a1 q n an sn

2 3 5

3 4

4095

5 8

0,5 10

1275

1023

2 7 192

Ejercicio. Al investigar diferentes oportunidades de trabajo, se encuentra que la empresa constructora “La Nacional” propone a sus empleados dos formas de pago: A. $250 cada mes con un incremento de $12 mensuales a partir del segundo mes B. $282 cada mes con un aumento de $8 mensuales, a partir del segundo mes. Si un empleado ha sido contratado por un año, ¿qué forma de pago le conviene aceptar? ¿Cuánto recibirá el último mes? Respuesta.- La forma de pago es B y recibe $ 370 el último mes. Ejercicio. Un alumno se preparó para su examen parcial de la siguiente manera: el primer día resolvió 5 problemas, el segundo día 7, el tercer día 9 y así sucesivamente. Si hasta el 5 de octubre resolvió 140 problemas en total ¿qué día comenzó a prepararse? Respuesta.- El 26 de septiembre. Ejercicio. En la casa de los Sánchez se quiere calcular el monto a pagar por el servicio telefónico en el mes de Julio. Para esto se sabe que existe un cargo fijo de $14 por el servicio, y se paga $0,5 por cada minuto de uso del servicio. Si el 1ro de Julio se llamó 10 minutos y cada día se aumentó este número en 3 minutos, ¿a cuánto asciende la cuenta de los Sánchez correspondiente a dicho mes? Respuesta.- $ 866,5

37

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 2 de lo que ahorró el año anterior, ahorró en 3 el quinto año $160, ¿cuánto ha ahorrado en total durante los cinco años? Respuesta.- $ 2 110 Ejercicio. Un hombre que ahorra cada año los

Ejercicio. El lunes a las 8:00 de la mañana, una persona de un pueblo se entera de una noticia, ésta la comunica a dos personas a las 9:00 y cada una de las últimas la comunica a dos personas más a las 10:00. Si la cadena continúa de la misma manera y a las 11 de la noche ya esta enterado todo el pueblo, ¿cuántos habitantes hay en el pueblo? Respuesta.-65 535 habitantes Ejercicio. Se lanza al aire una pelota desde una altura de 32m, y cada vez que cae al piso rebota hasta un cuarto de la altura anterior. Si este proceso se repite, ¿qué altura alcanzará la pelota después del cuarto rebote? Respuesta.- La pelota alcanzará 0,125m

38



MATEMÁTICAS ÁLGEBRA 2.1

EXPRESIONES ALGEBRAICAS

2.2

OPERACIONES CON EXPRESIONES ALGEBRAICAS

2.3

FACTORIZACIÓN

2.4

MÍNIMO COMUN MÚLTIPLO DE DOS O MÁS POLINOMIOS

2.5

EXPRESIONES RACIONALES

2.6

EXPONENTES Y RADICALES

2.7

ECUACIONES CON UNA VARIABLE

2.8

ECUACIONES POLINOMICAS EN UNA VARIABLE

2.9

SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES

2.10

INECUACIONES DE PRIMER GRADO CON UNA INCÓGNITA

39

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 2.

ÁLGEBRA

2.1

EXPRESIONES ALGEBRAICAS

Para las personas familiarizadas con procesadores de textos, es muy fácil reconocer que es lo que representan cada uno de los Iconos anteriores. Vemos que, a través de ciertas representaciones, se indica diferentes tareas como por ejemplo: Tarea Representación Grabar ........... Un diskette Imprimir ..............Una impresora Cortar .................Una tijera.. etc. De la misma manera, la matemática permite expresar enunciados verbales en forma concisa a través de símbolos y operaciones, por ejemplo: Enunciado Variable Representación “El doble de la edad de Luis menos 5” x: la edad de Luis, en años 2x – 5 “El cuadrado de una cantidad menos 2 la tercera parte de esta misma cantidad” y: cantidad y – y/3 “La mitad del sueldo en Nuevos Soles más una comisión fija de a Nuevos Soles” x: sueldo en Nuevos Soles x/2 + a La representación simbólica permitió al Algebra tener su carácter universal desde el siglo 16 y es la clave para poder representar y generalizar, procesos fundamentales en matemáticas y su mayor potencial, lo que la hace llamar el lenguaje universal.

2.1.1 Elementos de un término algebraico Una expresión algebraica: Es toda combinación finita de números y letras, sometidas un número finito de veces a las operaciones de adición, sustracción, multiplicación, división, potenciación y radicación.

Ejemplo de expresiones algebraicas: E(x)= 2x ; P(x)= x + 2 ; Q(x)= x2 ; S(a, b)= 4a - 5b + 7; 6x − y 2 1 ; G(x, y)= 5x2 – 15xy + 3y2. R(x, y)= 0,5 x 3 + x 2 y 3 − 5 z ; F(x, y)= 2 z Si la letra es utilizada para representar a cualquier número de un conjunto, se hará referencia a ella como una variable. En cambio, una constante es un número fijo, tal como 2, 3 , etc., o una letra que represente un número fijo. Observación: Se considera a las constantes y las variables como números reales. El valor numérico: El valor numérico de una expresión algebraica es el número real que se obtiene al sustituir las letras por números reales, reemplazando cada letra por un solo número. Ejemplo: En la fórmula del área del cuadrado A = l2, para l = 2, se obtiene el valor numérico A = (2)2 = 4; para l = 3, se obtiene el valor numérico A = (3)2 = 9. 40

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas El valor numérico de E = 5x2 – 15xy + 3y2 para x = 2, y = 1 es: E = 5(2)2 - 15(2)(1) + 3(1)2 = -7 Valor admisible para una variable: En una expresión algebraica, un valor admisible para una variable es un valor real que permite calcular el valor numérico de dicha expresión. C. V. A. para una variable: Notación del conjunto de los valores admisibles de la variable. Nota: El conjunto de los valores admisibles, C. V. A, se llama también dominio de la expresión algebraica para la variable. 6x − z Ejemplo: en la expresión los valores admisibles para la variable “y” son los reales y y2 tales que y ≠ 0, mientras que para las variables “x” y “z “son todos los reales.

El conjunto de valores admisibles para y es : {y ∈ R / y ≠ 0 }. Término algebraico. Es una expresión algebraica que sólo contiene productos, cocientes y potencias de variables y constantes numéricas.

Ejemplo:

2x3; 3x/y2 ; -9y2 ; ax1/2, -7x3y1/2 Exponente

Signo

Partes:

-7 x 3 y 1/2 Coeficiente

Parte literal

Términos semejantes. Dos o más términos son semejantes, si éstos se diferencian sólo en sus coeficientes, es decir, presentan la misma parte literal donde las variables tienen respectivamente iguales exponentes. ¡Cuidado!

Ejemplo: 1) 2)

6x2y, -5x2y, -9xy2 no son términos semejantes. ¿Por qué?

5x2y, -4x2y, 7yx2; son términos semejantes 8x / y, -5xy-1; son términos semejantes

2.1.2 Polinomios Si se calcula el área de las figuras que están en el margen derecho se obtiene: Área de figura 1: x2 Área de figura 2: xy Area total: x2 + xy

x

y

x Fig

Fig

Las términos algebraicos x2, y xy reciben el nombre de monomios. Monomio. Es aquel término algebraico cuyas variables solo se encuentran en el numerador y con exponentes enteros no negativos entre las variables que lo conforman.

Ejemplos de monomios: 1) 5x2; 2) - 3 xy4;

¡Cuidado!

x-1, x3/2 no son monomios. ¿Por qué? 41

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Grado de un monomio. Es la suma de todos los exponentes de sus variables.

Ejemplos: 1) -5x3; 2) 7; 3) 4x2y3;

entonces, su grado es 3. entonces, su grado es 0. entonces, su grado es 2 + 3 = 5.

Nota. Cuando hay varias variables , se define el grado relativo respecto a una de sus variables considerando el exponente al cuál aparece. Ejemplo: En el caso 3 la expresión es de grado relativo dos con respecto a x y de tercer grado respecto a y. Polinomio. Es la suma algebraica de cualquier número finito de monomios. Notación. Se denota a los polinomios usando letras mayúsculas e indicando entre paréntesis el nombre de la variable o de las variables.

Ejemplos: P(x) = x2 – 6x + 12; Q(x,y) = x2 + xy; R(x,y) = – 3x2y + xy – y3 + 5 Los polinomios formado dos monomios no semejantes se llaman binomios. Ejemplos de binomios: 1) P(x,y) = x + y; 2) Q(x,y) = x2 y + 1 3) P(x) = x3+ 2x2

¡Cuidado!

(x + y-1) no es binomio. ¿Por qué?

Grado ( absoluto)de un polinomio. Es el correspondiente al monomio ( o término) de mayor grado cuyo coeficiente sea distinto de cero. Nota importante. El polinomio nulo, que se denota P(x) =0, no tiene grado.

Ejemplos: 1) Si P(x) = x2 – 6x + 12; su grado es 2. 2) Si R(x, y) = – 3x2y + xy – y3 + 5; los grados de los términos que aparecen son 3, 2, 3 y 0. Por consiguiente el grado del polinomio es 3. Similarmente al anterior se define el grado relativo respecto a las variables. En este caso, el grado relativo de P con respecto a x es 2, y con respecto a y es 3. El opuesto de un polinomio P(x) se representa por - P(x), y resulta de cambiar de signo todos los coeficientes de sus términos.

Ejemplo: Si P(x) = x2 – 6x + 12, entonces, - P(x) = -x2 + 6x - 12 El valor numérico de un polinomio es el número real que se obtiene al sustituir cada variable por el valor asignado a ella.

Ejemplos: 1) P(x) = x2 – 6x + 12; para x = 3, se obtiene: P(3) = (3)2 – 6(3) + 12 = 3 y P(0) = 12 2) R(x, y) = – 3x2y + xy – y3 + 5; para x = 2, y y = -1, se obtiene: R(2, -1) = -3(2)2(-1) + (2) (-1) – (-1)3 + 5 = 16 42

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 2.1.3 Interpretación de textos.

•

Enunciado Un número aumentado en siete.

Expresión algebraica x+7

•

Dos quintos de un número.

(2/5)y

•

Cinco más que dos veces un número.

2x+5

•

Un número reducido a su 20%.

0,20y

Frases que relacionan dos cantidades: Enunciado

•

•

El televisor de Rafael cuesta $100 más que el de Claudio. El precio de un electrodoméstico aumentado en su 18% es $400.

Identificación de una cantidad El televisor de Claudio cuesta en dólares: x

Identificación de otra cantidad El televisor de Rafael cuesta en dólares : x+ 100

El televisor de Claudio cuesta en dólares: x - 100 P Precio inicial en dólares

El televisor de Rafael cuesta en dólares : x Q Precio final en dolares

El nuevo precio es: 1,18P

El precio inicial es: Q/1,18

Ejercicios:

1) Sea x el ancho de una alfombra rectangular. Exprese el largo y el perímetro en cada caso. a) El largo es el triple del ancho b) El largo es igual al ancho mas su tercera parte Respuestas: Si L es el largo y P es el perímetro se tiene: a) L(x) = 3x. P(x) = 8x b) L(x)= (4/3)x P(x) = (14/3)x 2) Hallar el valor numérico de los polinomios si x = 3 y y = -2 a) P(x) = 9 - 2x2 - 6x b) P(x,y) = x2 – xy + 3y2 c) P(x,y) = x2y3 – x2 + y - 5 Respuestas: a) P(3) = -27 b) P(3;-2) = 27 c) P(3;-2) = - 88 3) ¿Cuál es el grado absoluto de los polinomios del 2)? Respuestas: a) 2

b) 2

c) 5

43


OPERACIONES CON EXPRESIONES ALGEBRAICAS.

2.2.1 Símbolos de agrupamiento (o agrupación) Los símbolos de agrupamiento ( o agrupación) más usados son los paréntesis ( ), los corchetes [ ] o las llaves { }; y se emplean para indicar que los términos encerrados en ellos se consideran como una sola expresión algebraica. Supresión de símbolos de agrupamiento

1) Si un signo positivo (+) precede al símbolo de agrupamiento, dicho símbolo se puede suprimir sin modificar los términos que contiene. Ejemplo: 6x + 5y + (2x2 - 3y2) = 6x + 5y + 2x2 - 3y2

2) Si un signo negativo ( - ) precede al símbolo de agrupamiento, dicho símbolo se puede suprimir cambiando el signo de cada uno de los términos que contiene. Ejemplo: 3xy - (2x - 5y2) = 3xy - 2x + 5y2.

3) Si en una expresión figura más de un símbolo de agrupamiento, para suprimirlos se comienza por las interiores. Ejemplo: 3x - {2x3 - (5x2 - 1)} = 3x - {2x3 - 5x2 + 1} = 3x - 2x3 + 5x2 - 1

2.2.2 Adición y sustracción Para sumar ( respectivamente restar) polinomios se suma ( respectivamente resta) los coeficientes de los respectivos términos semejantes. Ejemplo 1: Sumar P(x) = 6x2 + 4x - 3 con Q(x) = 9 - 2x2 - 6x. Solución. Se ordena los polinomios y se agrupa los términos semejantes:

P(x) + Q(x) = (6x2 + 4x - 3) + (-2x2 - 6x + 9) = (6x2 - 2x2) + (4x - 6x) + 9 - 3 = 4x2 – 4x + 6 4x2

– 4x

6

Ejemplo 2: Sustraer P(x) = (6x2 + 4x - 3) de Q(x) = 9 -2x2 - 6x Solución: Lo anterior es equivalente a operar:

Q(x) - P(x) = Q(x) - [ P(x)] = (9 -2x2 - 6x) - (6x2 + 4x - 3) = 9 -2x2 - 6x - 6x2 - 4x + 3 = -2x2 - 6x2 - 6x - 4x + 9 + 3 = - 8x2 – 10x + 12 - 8x2

- 10x

+ 12

Ejemplo 3: Efectuar -3 –{2 – [5 + (7 – 4x – 3y) + 2(x – 3y)] + 3} Solución: Primero se elimina los símbolos de agrupamiento 44

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas – {2 – [5 + (7 – 4x – 3y) + 2(x – 3y)] + 3} = 3 – {2 – [5 + 7 – 4x – 3y + 2x – 6y] + 3} = 3 – {2 – 5 - 7 + 4x + 3y - 2x + 6y + 3} = 3 – 2 + 5 + 7 - 4x - 3y + 2x - 6y + 3 = 16 – 2x – 9y 2.2.3 Multiplicación Al efectuar esta operación resulta conveniente calcular los términos del producto por medio de las llamadas leyes de los exponentes. Se recuerda la definición de potencia de un número real a ≠ 0: a0 = 1 n

a = a.a.a…..a

donde

n veces

n : exponente entero positivo a : base an : potencia

Por ahora se necesita solamente las tres leyes de exponentes, en el caso donde a y b son números reales y m y n son números enteros positivos: Producto de potencias de igual base:

am.an=am+n

Potencia de potencia:

(am)n = amn

Potencia de un producto:

(a.b)m = am.bm

Ejemplos. Hacer mucho cuidado con: 22 23 = 25 , 2 2 = 2 8 , (22)3 = 26 3

•

Para multiplicar dos o más monomios, se multiplica sus respectivos coeficientes y variables y se aplica las leyes de exponentes tanto para los coeficientes como para las variables Ejemplos:

1) (6x2y3)(-3x4y) = (6)(-3) x2 x4 y3 y = -18x6y4 2) (-3x2y3)2 = (-3)2(x2)2(y3)2 = 9x4y6 •

Para multiplicar un monomio por un polinomio se aplica la ley distributiva multiplicando el monomio por cada término del polinomio. Ejemplo: Efectuar el producto -5x(2x4 - x2 - 6x)

Solución: -5x (2x4 - x2 - 6x) = -10x5 + 5x3 + 30x2 •

Para multiplicar dos polinomios, se multiplica cada término de uno de los polinomios por cada uno de los términos del otro polinomio y luego se reduce los términos semejantes Ejemplo: Efectuar el producto (2x - 5)(3x2 - x + 2) 45

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Solución: (2x - 5) (3x2 - x + 2) = 6x3 - 2x2 + 4x - 15x2 + 5x – 10 = 6x3 - 17x2 + 9x - 10

2.2.4 Productos notables Las fórmulas que se expone a continuación son el resultado de algunos de los productos que, con mayor frecuencia, se presentan en el cálculo algebraico, y con los cuáles el alumno debe procurar familiarizarse. La comprobación de dichos resultados se realiza ejecutando las multiplicaciones correspondientes.

Cuadrado de un binomio 2

2

2

(a + b) = a + 2ab + b

(a - b)2 = a2 - 2ab + b2

Cuidado (a + b)2 ≠ a2 + b2 (2 + 3)2 ≠ 22 + 32 (5)2 ≠ 4 + 9 25 ≠ 13

Ejemplos: 1) (x + 3)2 = (x)2 + 2(a)(3) + (3)2 = x2 + 6x + 9 2) (3x - 5y)2 = (3x)2 - 2(3x)(5y) + (5y) 2 = 9x2 - 30xy + 25y2

Diferencia de cuadrados (a + b)(a - b) = a2 - b2

Ejemplos: 1) (3x - 1) (3x + 1) = (3x)2 - (1)2 = 9x2 – 1 2) (x + 2y) (x - 2y) = (x)2 - (2y)2 = x2 - 4y2

Cubo de un binomio (a + b)3 = a3 + 3a2b + 3ab2 + b3 = a3 + b3 +3ab (a+b) (a - b)3 = a3 - 3a2b + 3ab2 - b3 = a3 - b3 - 3ab (a- b)

Ejemplos: 1) (x + 2)3 = (x)3 + 3(x)2 (2) + 3(x)(2)2 + (2)3 = x3 + 6x2 + 12x + 8 2) (2x - y2)3 = (2x)3 - 3(2x)2 (y2) + 3(2x)(y2)2 - (y2)3 = 8x3 - 12x2y2 + 6xy4 - y6.

2.2.5 División Es necesario recordar la ley de exponentes que hace posible la división de potencias en el caso de m y n enteros positivos y, a y b números reales. En el caso de tener denominadores, se supone que estos no son ceros. 46


m

Potencia de un cociente:

am ⎛a⎞ = ⎜ ⎟ bm ⎝b⎠

Cociente de potencias de igual base:

am = am-n si m > n an

Para dividir un polinomio entre un monomio, se divide cada término del dividendo entre el divisor, y se suma los cocientes obtenidos. Ejemplo: Dividir -12x4 + 18x3 - 6x2 entre 2x2

Solución: − 12x 4 + 18x 3 − 6x 2 2x 2

= −

12x 4 18x 3 6x 2 + − = −6x 2 + 9x − 3 2x 2 2x 2 2x 2

División de un polinomio entre otro polinomio: En el problema de dividir un polinomio P (dividendo) entre otro polinomio D (divisor), donde el grado de P es mayor o igual al grado de D, significa encontrar los polinomios Q (cociente) y R (residuo) tales que: P = D.Q + R donde R es el polinomio nulo o el grado de R es menor que el grado de D. Observación: Se puede expresar la división como

P R = Q + , para todos los valores D D

admisibles de las variables. Procedimiento para dividir un polinomio entre otro 1. Se ordena el dividendo y el divisor, según las potencias descendentes de una misma variable.. se completa los coeficientes con ceros para las potencias de la variable que no parecen. 2. Se divide el primer término del dividendo entre el primer término del divisor, y el resultado es el primer término del cociente. Se multiplica todo el divisor por este término y se resta el producto obtenido del dividendo 3. El residuo obtenido en el paso 2 se toma como nuevo dividendo y se repite el proceso del paso 2 para obtener el segundo término del cociente 4. Se repite este proceso hasta que se obtenga un residuo nulo o de grado inferior que el del divisor Ejemplo: Dividir 2x3 - 3x2 + 8x + 3 entre x2 - x + 2

Solución:

Se recomienda disponer la operación como si fuera una división entre números.

Dividendo 2x3 - 3x2 + 8x + 3 - (2x3 - 2x2 + 4x ) -x2 + 4x +3 -(-x2 + x –2) 3x +5 Residuo

Divisor x2 - x + 2

2x - 1 Cociente

47

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas El resultado puede también expresarse como sigue:

2x 3 − 3x 2 + 8x + 3 3x + 5 = 2x - 1 + 2 2 x −x+2 x −x+2

Ejemplo: Dividir x4 - x3y - xy3 + y4 entre x2 + xy + y2

Solución:

La división puede presentarse también de la manera siguiente: 2

2

(divisor) x + xy + y

x2 -2xy + y2 (cociente) x4 - x3y - xy3 + y4 (dividendo) 4 3 2 2 x +xy+xy - 2x3y - x2y2 - xy3 - 2x3y - 2x2y2 - 2xy3 x2y2 + xy3 + y4 x2y2 + xy3 + y4 0 (residuo)

El resultado se puede expresar:

x 4 − x 3 y − xy3 + y 4 = x2 - 2xy + y2 x 2 + xy + y 2

Nota: Si el residuo es cero como en este ejemplo, la división se llama exacta, y el divisor recibe el nombre de factor del dividendo.

Ejercicios:

1. Suprimir todos los signos de agrupación y reducir los términos semejantes: a) x + (2x - y) - (4x - 7y) b) x2 + 3x + [(x - y) - 3(2x - y + z)] c) -5(2x - 3y) + [3x - (2y - z)] - [(x - 2y) + (3z - 2x + y)] 2. ¿Qué expresión debe restarse de x2 + 2xy + 3y2 para dar x2 - 3xy - 5y2? 3. Efectuar las multiplicaciones indicadas y reducir los términos semejantes: a) -5y(2ay2 - y4 - 3y) b) (3x - 4y)(5x + 7y) c) (x - 2y)(x2 + 2xy + 4y2) d) (x - 3)(x + 4)( x - 5) 4. Hallar el producto indicado a) (3x - 2y)2 b) [5 - (x + y)]2 c) (3x – 2 )( 3x + 2 ) d) (ax – y)(ax + y) e) (x – 2y)3 5. En cada división indicada determinar el cociente y el residuo a) (x2 - 2x - 15) ÷ (x - 5) b) (5x - 2x2 + 3x3 - 26) ÷ (x - 2) c) (9y2 - 7 + 2y3 + 8y) ÷ (3y - 2 + y2) d) (x4 - 16) ÷ (x - 2)

48

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 6. Indicar si las siguientes proposiciones son verdaderas o falsas justificando su respuesta a. b. c. d. e.

( a + b) 2 = a 2 + b 2 (2 x − y ) 2 = 4 x 2 − y 2 − 4 xy (a − b) 3 = a 3 − b 3 − 3ab( a − b) a 2 + b 2 = (a + b) 2 − 2ab (a 2 − b)(a 4 + 2a 2 b + b 2 ) = a 6 − b 6 2

2

7. Si a + b = a b = 4; usando el cuadrado del binomio calcular : a + b Respuestas. 1. a. – x + 6y b. x2 – 2x + 2y – 3z c. – 6x + 14y – 2z 2. 5xy + 8y2 3. a. b. c. d

5y5 – 10ay3 + 15y2 15x2 + xy – 28y2 x3 – 8y2 x3 – 4x2 – 17x +60

4. a. b. c. d. e

9x2 - 12xy + 4y2 x2 + y2 + 2xy - 10x - 10y + 25 9x2 – 2 a2x2 – y2 x3 – 6x2y + 12xy2 – 8y3

5

a. Q(x) = x + 3 R(x) = 0 b. Q(x) = 3x2 + 4x + 13 R(x) = 0 c. Q(y) = 2y + 3 R(y) = 3y – 1 d. Q(x) = x3 +2x2 + 4x + 8 R(x) = 0

6. a) F b) F c) V d) V e) F 7. 8

49


FACTORIZACIÓN

La factorización es el proceso con el cual se transforma un polinomio en un producto de polinomios (factores) que ya no se pueden factorizar. Estos factores se llaman factores primos o irreductibles. Ejemplo: x2 + x - 6 = (x + 3) (x - 2)

Factorización Nota: En el caso de polinomios de una sola variable, los polinomios primos son: • los polinomios de primer grado • los polinomios de segundo sin raíces reales (ver en ecuación de segundo grado) Ejemplos: P(x) = ax + b con a ≠ 0. P(x) = x2 – x + 1 Observación: Para factorizar no existe una receta, aquí se presenta una serie de métodos, pero la elección del más adecuado dependerá de una práctica continua.

2.3.1

Factor común

Factor común monomio. Es el monomio cuyo coeficiente es el MCD de los coeficientes del polinomio y cuya parte literal está formada por las variables comunes con el menor exponente en que aparece.

Ejemplo:

Factorizar 4x2y - 12xy2 + 8xy MCD(4, 12, 8) = 4, las variables comunes con su menor exponente son x, y Entonces, 4x2y - 12xy2 + 8xy = 4xy(x - 3y + 2)

Factorización por agrupamiento. Cuando todos los términos de un polinomio no tienen la misma parte literal, se agrupa los términos con el fin de obtener un factor común.

Ejemplo:

Factorizar

P(x, y) = 4xy + 6y - 2x - 3

Se agrupa los dos primeros términos y se factoriza: 4xy + 6y = 2y(2x + 3); luego, se agrupa los dos últimos términos y se factoriza: -2x – 3 = –1(2x + 3) Se tiene P(x, y) = 2y(2x + 3) - (2x + 3) en el cuál (2x+3) es factor común entonces se obtiene: P(x, y) = (2x + 3) (2y - 1) 2.3.2 Factorización de algunos trinomios de la forma ax2 + bxy + cy2 con b≠ 0 Para factorizar trinomios de ésta forma se puede utilizar el conocido “método del aspa simple”. Ejemplo: Factorizar P(x) = 2x2 - 5x – 3 Solución: Se descompone los extremos de: 2x2 - 5x – 3 2x 1 x -3

→ x → - 6x - 5x

Se comprueba que el monomio central sea igual a la suma de los productos obtenidos en aspa

2x x

Finalmente, el polinomio queda:

P(x) = (2x + 1)(x - 3)

1 -3

50

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Ejemplo: Factorizar 16x2 - 40xy + 25y2 Solución: Se descompone los extremos de: 16x2 - 40xy + 25y2 4x - 5y → 4x - 5y →

- 20xy - 20xy - 40 xy

16x2 - 40xy + 25y2 = (4x – 5y)(4x – 5y) = (4x – 5y)2 Nota: En caso de no poder hacerlo por este método se usa la fórmula cuadrática (ver más adelante)

2.3.3

Factorización de binomios especiales

Es importante conocer algunas identidades que involucran a binomios, por ejemplo:

“diferencia de cuadrados”

a2 – b2 = (a + b)(a – b)

“suma de cubos”

a3 + b3 = (a + b)(a2 – ab + b2 )

“diferencia de cubos”

a3 – b3 = (a - b)(a2 + ab + b2 )

Ejemplo:

Factorizar

1) 25x2 - 64y2 2) x3 – 27y3 3) (x + 2y)2 - (x – 3y)2

4) x6 – 1 5) 2x4 -18x2

Solución: 1) Vemos que es una diferencia de cuadrados, así que: 25x2 - 64y2 = (5x + 8y)(5x – 8y) 2) Es una diferencia de cubos, entonces: x3 – 27y3 = (x)3 – (3y)3 = (x – 3y)(x2 + 3xy + 9y2) 3) (x + 2y)2 - (x + 3y)2 = [(x + 2y) + (x + 3y)] [(x + 2y) – (x + 3y)] = (2x + 5y)( -y ) = -y(2x + 5y) 4) 1ra forma: x6 - 1 = (x3)2 - 1 = ( x3 - 1) (x3 + 1) = (x - 1)(x + 1)(x2 + x + 1)( x2 - x + 1) 2da forma: x6 - 1 = (x2)3 - 1 = (x2 - 1)( x4 + x2 + 1) = (x - 1)(x + 1)( x4 + x2 + 1) 5) Primero se usa un factor común : 2x2. Y el otro factor es una diferencia de cuadrados. 2x4 - x2 = 2x2 ( x2 - 9) = 2x2 ( x - 3)( x + 3). Ejercicios: Factorizar cada una de las siguientes expresiones:

1) –20abc + 15b2x 2) x2 – 5

3) 4a2x2 – 81b4y2 4) x2 – 5x – 14 Respuestas 1) 5b (-4ac + 3bx) 2) ( x − 5 )( x + 5 ) 3) ( 2ax - 9b2y)( 2ax + 9b2y) 4) ( x – 7) ( x + 2)

5) –2x2 + 7x + 15 6) 1 + 2x – x2 – 2x3 7) x2 + 3x – 2xy – 6y 8) 8x3 – 27y3

5) ( 2x + 3) ( -x + 5 ) 6) ( 1 + 2x ) (1 – x) (1 + x) 7) ( x + 3 )( x - 2y) 8) ( 2x – 3y)(4x2 + 6xy + 9y2) 51


MINIMO COMUN MULTIPLO DE DOS O MAS POLINOMIOS

Un polinomio que es divisible exactamente entre otro se llama múltiplo de ese último. Por ejemplo, x2 - y2 es un múltiplo de x + y. En efecto x2 - y2 = (x + y)(x – y). Un polinomio que es múltiplo de dos o más polinomios se llama múltiplo común de estos polinomios. Por ejemplo, x2 - y2 es un múltiplo común de (x + y) y de ( x – y). Aquel múltiplo común de dos o más polinomios que tiene el menor grado posible se llama mínimo común múltiplo de dichos polinomio y generalmente se le designa con la abreviatura M.C.M. y se obtiene, multiplicando todos los factores diferentes de estos polinomios, tomando cada factor con el máximo exponente con que aparezca. Ejemplos: Hallar el M.C.M. de las siguientes expresiones 1) 6x2, 3xy2, 12x3y 2) x4 - 1, x3 + 1, 2x2 - 2 3) 2x2 + 3x - 2, 6x2 - 7x + 2

Solución: 1) En 6x2, 3xy2, 12x3y, los factores que aparecen con su mayor exponente son: x3, y2, y el MCM(6, 3 ,12) = 12, por lo tanto, M.C.M. = 12x3 y2 2) Primero se escribe cada polinomio de x4 - 1, x3 + 1, 2x2 - 2 en forma factorizada: x4 - 1 = (x + 1)(x - 1)(x2 + 1) x3 + 1 = (x + 1)(x2 - x + 1) 2x2 + 2 = 2(x2 + 1) los factores con su mayor exponente son: (x + 1), (x - 1), (x2 + 1) y (x2 - x + 1), por lo tanto, M.C.M. = 2(x + 1)(x - 1)(x2 + 1)(x2 - x + 1) 3) Se escribe los polinomios 2x2 + 3x - 2, 6x2 - 7x + 2 en forma factorizada: 2x2 + 3x - 2 = (2x - 1)(x + 2) 6x2 - 7x + 2 = (3x - 2 )(2x - 1) luego, M.C.M. = (2x - 1)(x + 2) (3x - 2) Ejercicios:

Hallar el M.C.M. de las expresiones dadas y expresar el resultado en la forma factorizada 1) x2 – y2, x2 + 2xy + y2, x3 + y3 2) x2 – x – 2, x2 + 4x + 3, x2 + x – 6 3) x4 – 16, x2 + 5x + 6, x2 + x - 6 Respuesta.

1) ( x − y )( x + y ) ( x − xy + y ) 3) ( x 2 + 4)( x − 2)( x + 2)( x + 3) 2

2

2

2) (x + 1)(x – 2)(x + 3)

52


EXPRESIONES RACIONALES

Cuando un polinomio se divide entre otro, el resultado no es necesariamente otro polinomio. Expresión racional. Es el cociente de dos polinomios.

Ejemplos:

x-2 2x 2 + 3 2 x −1 , , 2 y 2 x +1 x−5 x −4 x − 2x − 3

El dominio de una variable en una expresión racional ( llamado también conjunto de valores admisibles y denotado C. V. A. ) consta de todos los números reales para los cuales el valor numérico del denominador es distinto de cero. 2 el dominio de la variable es {x / x ≠ -1}; Por ejemplo, en: x +1 2x 2 + 3 el dominio de la variable es {x / x ≠ 5} x−5

x-2 el dominio de la variable es {x / x ≠ -2 y x ≠ 2} x2 − 4 x −1

x − 2x − 3 2

el dominio de la variable es {x / x ≠ -1 y x ≠ 3}

Para resolver problemas, con frecuencia se debe combinar expresiones racionales y luego reducir las expresiones obtenidas. Como una expresión racional se expresa con variables reales, se puede aplicar las propiedades del sistema de números reales para combinar y simplificar las expresiones racionales. Las siguientes propiedades de las expresiones racionales son particularmente útiles: Sean A, B, C y D polinomios, tendremos 1) Cancelación: 2) Adición o Sustracción:

3) Multiplicación: 4) División:

A.C A = , C≠0 B.C B A C A±C ± = B B B A C AD BC AD ± BC ± = ± = B D BD BD BD A C AC ⋅ = B D BD A C A D ÷ = ⋅ B D B C

(*) (*) (*) (*) (*)

( * ) Siempre el denominador debe ser diferente de cero. 2.5.1 Simplificación de los términos de una expresión racional Se dice que una expresión racional está reducida a sus términos más sencillos o totalmente simplificada, cuando no existe ningún factor común entre el numerador y el denominador. Ejemplo: Simplificar la expresión racional

2x 3 − 2x 4x − 8x 3 − 12x 2 4

53

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Solución. Primero se factoriza el numerador y el denominador y luego se cancela los factores comunes a ellos:

(x − 1) 2x 3 − 2x 2x (x + 1)(x − 1) 2x(x2 − 1) = 2 2 = = 3 2 4x − 8x − 12x 4x (x − 2x − 3) 4x 2 (x + 1)(x − 3) 2x (x − 3) 4

2.5.2 Suma y resta de expresiones racionales Si las expresiones racionales tienen denominador común, entonces, su suma o diferencia se obtiene sumando o restando los numeradores y admite como denominador el denominador común. Ejemplo 1:

Solución:

5 x − 2 2x + − x −1 x −1 x −1

Efectuar

Todas las expresiones racionales tienen el mismo denominador, entonces,

5 + ( x − 2) − 2 x 3 − x 5 x − 2 2x = + − = x −1 x −1 x −1 x −1 x −1 Si las expresiones racionales no tienen denominador común, entonces pueden ser transformadas en otras expresiones racionales equivalentes que sí lo tengan. Al transformar dos o más expresiones racionales en expresiones racionales equivalentes con denominador común conviene usar el M.C.M. de los denominadores. x

+

1

Ejemplo 2:

Calcular la suma

Solución:

El M.C.M. de los denominadores es: (x - 2) (x + 2)2

x −4 2

x + 4x + 4 2

La transformación de cada expresión racional en otra equivalente cuyo denominador sea el M.C.M. se efectúa como sigue: x x −4 2

=

x(x + 2) x = (x − 2)( x + 2) (x − 2)( x + 2) 2

(x - 2) 1 1 = = x 2 + 4x + 4 (x + 2) 2 (x + 2) 2 ( x − 2) luego,

x x −4 2

+

1 x + 4x + 4 2

De donde el resultado es:

=

x(x + 2)

+

(x - 2)

(x − 2)( x + 2) (x + 2) 2 ( x − 2) x(x + 2) + x - 2 = (x + 2) 2 ( x − 2) 2

x 2 + 3x - 2 . (x + 2)2 ( x − 2)

54

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Ejemplo 3: Calcular la suma

(x − 1)

2

−

x−3

3 x −1 x +1 2

+

El M.C.M. de los denominadores es: (x - 1)2 (x + 1)

Solución: Luego

x

x (x − 1) 2

−

x(x + 1) − ( x - 3)(x − 1) + 3(x - 1)2 3 = (x − 1)2 (x + 1) x2 −1 x +1 x−3

+

=

x 2 + x - (x 2 − 4x + 3) + 3x 2 − 6x + 3 (x − 1) 2 (x + 1)

=

3x 2 − x (x − 1) 2 (x + 1)

Resultado : Ejemplo 4: Calcular la suma

3x 2 − x (x − 1) 2 (x + 1)

2a + 3 1 + a + 3a − 4 1 − a 2

Solución: El M.C.M. de los denominadores es: (a + 4)( a – 1)

Luego

2a + 3 - (a + 4) 2a + 3 - a - 4 a -1 2a + 3 1 = = = + (a + 4 )(a − 1) (a + 4 )(a − 1) (a + 4 )(a − 1) a + 3a − 4 1 − a 2

Ahora se observa que el numerador y el denominador tienen un factor común. a – 1. Por lo tanto se simplifica y se tiene como resultado:

1 a+4

Nota: Es importante dar los resultados con expresiones racionales en forma simplificada.

2.5.3 Multiplicación y división de expresiones racionales El producto de dos expresiones racionales es otra expresión racional cuyo numerador y denominador son, respectivamente, el producto de los numeradores y el producto de los denominadores de las expresiones racionales dadas. Ejemplo:

Efectuar

(a − 2b)2 x2 ⋅ 2 3 x a − 4b2

Solución: Factorizando numeradores y denominadores:

(a − 2b)2 x2 ⋅ (a-2b)(a + 2b) x3

Se simplifica por x2 y un factor (a – 2b) y se obtiene el resultado:

a − 2b x(a + 2b)

El cociente de dos expresiones racionales es igual al producto del dividendo por el recíproco del divisor. Ejemplo 1:

Dividir

x2 + x − 6 x2 − 4 entre x +1 x2 − 1

Solución: Para dividir, como se indicó, se invierte el divisor y luego se procede como en la multiplicación

55

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas x2 + x − 6 x 2 − 4 x2 + x − 6 x + 1 = . ÷ 2 x +1 x −1 x2 − 1 x2 − 4 (x 2 + x − 6)(x + 1) = (x 2 − 1)(x 2 - 4) (x + 3)(x - 2)(x + 1) = (x + 1)(x - 1)(x + 2)(x - 2) Se simplifica por (x – 1) ( x + 2) y se obtiene como resultado :

x+3 (x - 1)(x + 2)

Ejercicios:

Reducir las siguientes expresiones a una sola expresión racional en su forma más simple

1) 3x + 1 -

2 − 7x 2x − 3

x -1 x +1 2) − x−2 x+3

3)

2 x +1 x2 − 2 + 2 − 3 x −1 x + x +1 x −1

4)

5x 2 y 9a2b ⋅ 3a2b 10xy2

5)

ax ⎛ x a ⎞ ⋅⎜ − ⎟ a+x ⎝a x⎠

6)

6x 2 − 11x + 4 3x 2 + 2x − 8 ÷ x x 2 + 2x

x+2 3 + 2 7) x − 1 x + 1 4x − 1 x2 + 2x − 3 8)

a + 3 2a 2 + a 1 − − 2a − 1 1 − 2a 4 a 2 − 1

Respuestas:

1. 2.

3. 4.

6x 2 − 5 2x − 3 3x − 1 (x + 3)(x − 2)

2x2 + 2x + 3 x3 − 1 3x 2y

5.

(x – a)

6.

2x-1

7.

x+3 x +1

8.

4 2a − 1

56


EXPONENTES Y RADICALES

Se ha visto las cinco leyes de exponentes establecidas para exponentes enteros y positivos, que se repite a continuación para fácil referencia. Leyes de exponentes

I. II. III.

am.an= am+n (am)n = amn (ab)m = ambm

IV.

am ⎛a⎞ ⎜ ⎟ = m, b ⎝b⎠

V.

am = a m − n , si m > n y a ≠ 0 an

m

b≠0

2.6.1 Exponentes enteros negativos Es conveniente hacer que las reglas establecidas anteriormente sean válidas para todos los enteros m y n. Para lograr esto se define, a n, donde n es entero negativo, como sigue: an =

x-3 =

Ejemplos:

1 para a ≠ 0 a -n

2 ⎛ 1 ⎞ , 2x-5 = 2 ⎜ 5 ⎟ = 5 , 3 x ⎝x ⎠ x

1

x3 1 = x−4 = 4 7 x x

Ejemplos: Simplificar las expresiones dadas

1) (3a-2b3)(2ab-2) 3 2 ⎛ − 3x ⎞ ⎛ 4ax ⎞ 2) ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 2ab ⎠ ⎝ b ⎠ 3) 4)

(x −2 y −3 ) 2 (x −3 y −2 ) 3 (x 2 y 3 ) − 2 3x −1 x −1 − 2y −1

Solución: 1) (3a-2b3)(2ab-2) = (3)(2)a-2ab3b-2 = 6a-1b 3

2

− 27x 3 16a2 x 2 − 54x 5 ⎛ − 3x ⎞ ⎛ 4ax ⎞ ⋅ = 2) ⎜ ⎟ = ⎟ ⎜ 8a3b3 b2 ab5 ⎝ 2ab ⎠ ⎝ b ⎠ 3)

(x −2 y −3 ) 2 (x −3 y −2 ) 3 2

3 −2

(x y )

=

x −4 y −6 x −9 y −6 −4

x y

−6

= x −9 y −6 =

1 x y6 9

57

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 3 x

−1

3

3x 3y 3 xy 4) = = x = ⋅ = −1 −1 y − x 1 1 x y−x y−x x −y − xy x y 2.6.2 Radicales Ahora, se amplia aún más el concepto de exponente para incluir en ellos los números fraccionarios y que obedezcan las cinco reglas establecidas al inicio de 2.6 La enésima raíz principal de un número a, es un número b que se simboliza por verifica bn = a, es decir,

n

n

a y que

a = b, si y sólo si bn = a

donde, 1) a > 0 y b > 0 si n es par 2)a, b cualesquiera si n es impar. Vocabulario: El símbolo n a se denomina también radical, el número n es el índice y a el radicando o subradical.

Las siguientes leyes se usan para simplificar radicales y para efectuar con ellas diversas operaciones algebraicas.

Leyes de los radicales

I.

( n a )n = a

⎧a, si n es impar an = ⎨ ⎩ a , si n es par

II.

n

III.

n

a ⋅ n b = n ab

n

a

n

b

IV.

=n

a b

si b ≠ 0.

n m V. a = nm a = m n a Importante: Debe observarse que si m y n son números naturales pares, los subradicales a y b deben ser números no negativos.

¡Cuidado!

Es error simplificar:

común

x 2 como x. No es correcto. ¿Porqué?

4 = 2 correcto.

4 = -2 incorrecto. ¿?

Simplificación. Se dice que el radical simple n a está simplificado cuando satisface las siguientes condiciones: a) El subradical no contiene factores afectados de exponentes mayores que el índice n del radical b) El subradical no contiene fracciones

c) El índice del radical es el menor posible 58

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Ejemplos: 1)

3

3

8a 5 =

2 3 a 3 a 2 = 2a 3 a 2

2) (3 x + 2 y )(2 x − 3 y ) = 6x − 9 xy + 4 xy − 6y = 6x − 5 xy − 6y

Racionalización.

Es el procedimiento que consiste en eliminar los radicales del numerador o denominador de una expresión algebraica. Este procedimiento implica la multiplicación de la expresión por 1, escrito en forma especial. Ejemplos: Racionalizando los denominadores 1

1)

x −1 1

2)

3)

x −2 5 3

x +1

1

=

x −1 1

=

=

x −2

x −1

x +2 3 3

x −1 x −1

=

x +2

⋅

( ⋅ x +1 ( 5

3

x −1

⋅

) x + 1) x +1

=

2 2

( Se usa la ley I)

x +2

( x)

2

−2

2

5 3 x +1 = x +1

2

=

x +2 x−4

( Se usa la diferencia de cuadrados)

( Se usa las leyes III y I)

Ejemplos: Racionalizando los numeradores x +h − x x +h − x x +h + x (x + h) − x h 1 = = = = ⋅ h h x + h + x h( x + h + x ) h( x + h + x ) x +h + x

1)

2

2)

3

x − 1 = (3 x − 1)

(3 x + 3 x + 1) 2

(3 x + 3 x + 1)

x −1

= 3

( Se usa la diferencia de cubos)

2

x + 3 x +1

2.6.3 Exponentes racionales El concepto de raíz enésima de un número permite ampliar la definición de an de exponentes enteros a exponentes racionales; y, como veremos, con frecuencia es más útil trabajar con exponentes racionales que con radicales.

Los radicales son usados para definir exponentes racionales. a1/n = am/n =

n

n

a si a es real y n > 2 un entero

a m = (n a ) m si a es real y, m y n enteros primos, n > 2. Siempre y cuando

n

a existe.

59

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Ejemplos: Simplificar cada expresión

1

1) (x2/3y-3/4)(x-2y)1/2 = (x2/3y-3/4)(x-1y1/2) = x2/3x-1y-3/4y1/2 = x-1/3y-1/4 =

2)

6

2

1

x2y y3 = x 6y 6y

3

2

1

= x 3y

10

6

1

= x 3y

5

3

1

= x 3 yy

2

3

x

1/3

y 1/4

= y 3 xy 2

Ejercicios:

1) Simplificar la expresión dada y escribir el resultado con exponentes positivos ⎛ 3 −2 a3 ⎞⎛ 2−3 x −1 ⎞ a) ⎜⎜ − 3 − 2 ⎟⎟⎜⎜ −1 − 4 ⎟⎟ ⎝ 5 b ⎠⎝ 5 a ⎠

c)

(x −2 y −1 )-2 (x 2 y −2 )3 (x 2 y - 3 )2

b) (a-1 + b-1)(a + b)-1 2) Efectuar las operaciones indicadas y reducir a su forma más simple

3ax 3 2a 3 x

a)

x 2 − 3 )2

c) (2 -

b) (3 2x 5 )2 3) Racionalizar el denominador 15 a) 3x

b)

3 x− y

c)

d)

4) Simplificar 5xy1 / 3

a)

3 2x 32 x 3

x −1

2 + x −1

b) 2 x 3 x

x1/ 3 y

Respuestas

1) a)

625b 2 a 7 72x

2) a) 6a 2 x 2

3) a)

4) a)

5x x 5x

y

2

2

3

b)

1 ab

b) 18 x5

b)

3 4x

c) x6y2 c) 1 - 4 x 2 − 3 + x 2

c)

(

3 x+ y x−y

)

d)

2 x +1 − x +1 5− x

b) 2 4 x 7

3

60


ECUACIÓNES CON UNA VARIABLE

2.7.1 Definiciones Ecuación con una variable. Es una igualdad de dos expresiones algebraicas de una sola variable. Estas expresiones son llamadas miembros o lados de la ecuación.

Ejemplos:

x2 - x - 6 = 0;

x + 2 = 5;

x 2 −1 = x + 1; x2 + 5 = 1 x −1

Valor admisible de una ecuación: Es un valor admisible para las dos expresiones algebraicas involucradas. C.V.A de una ecuación: Es el conjunto de los valores admisibles de la ecuación. Ejemplo. Para la ecuación

x 2 −1 = x + 1 , C.V.A = {x / x ≠ 1} x −1

Solución de una ecuación de una variable . Un número real que al ser sustituido en la variable la convierte en una identidad numérica se llama solución de la ecuación. Nota: En el caso de una ecuación polinómica, P(x) = 0 donde P es un polinomio, la solución se llama también raíz del polinomio P(x).

El conjunto de todas las soluciones se llama Conjunto Solución y se denota C. S. El C. S. es un subconjunto del C.V.A. Ejemplo: x = 3 es solución de x + 2 = 5, puesto que (3) + 2 = 5, Reemplazando en la ecuación para otro valor de x no se convierte en una identidad numérica. luego, 3 es el único valor de x que satisface la ecuación. Por lo tanto, C.S. = { 3 } Ejemplo: La ecuación x2 + 5 = 0 no tiene solución en el conjunto de los números reales, por lo tanto, C.S. = Φ

Identidad. Es una ecuación que se satisface para todos los valores admisibles de la variable Es decir : C.V.A. = C.S. Ejemplo: La ecuación

x 2 −1 = x + 1, tiene como valores admisibles al conjunto {x / x ≠ 1} x −1

y se satisface para todo x ≠ 1, es decir, C.S. = {x / x ≠ 1}. La ecuación es una identidad.

Ecuaciones equivalentes. Dos ecuaciones se llaman equivalentes si tienen exactamente las mismas soluciones. x+2 − x = −2 Ejemplo: las ecuaciones (1) 2x – 5 = 3; (2) 3 son equivalentes por que tienen el mismo conjunto solución C.S. = { 4 }

Generalmente, se resuelve una ecuación encontrando una ecuación equivalente que tenga soluciones que se determinan fácilmente. 61


Operaciones que producen ecuaciones equivalentes

(i)

Sumar o restar de cada lado de una ecuación de una variable la misma expresión algebraica H(x) (sin alterar el C.V.A). F(x) =G(x) es equivalente a: F(x) + H(x) = G(x) + H(x)

(ii)

Multiplicar o dividir cada lado de una ecuación por un número real distinto de cero. F(x) =G(x) es equivalente a: k.F(x) = k.G(x),

Ejemplo: Resolver

k≠0

4x – 3 = 5 + 2x

Solución: El C.V.A de la ecuación es el conjunto de los números reales. C.V.A. = ℜ Se establece la siguiente lista de ecuaciones equivalentes: 4x – 3 = 5 + 2x 4x - 3 -2x = 5 +2x – 2x por (i) 2x – 3 =5 2x – 3 + 3 = 5 + 3 por (i) 2x = 8 ½ (2x) = ½(8) por (ii) x=4 Respuesta: C.S. = { 4 } Nota: Como es posible cometer errores aritméticos o algebraicos cuando se soluciona una ecuación, es recomendable verificar cada solución, sustituyéndola en la ecuación original. Resumen de estrategia para resolver una ecuación: 1. Determinar el conjunto de valores admisibles. 2. Resolver usando la teoría. 3. Verificar la posible solución. 4. Indicar el Conjunto Solución.

2.7.2 Ecuación de primer grado Es aquélla que se puede expresar de la forma: ax + b = 0, donde a y b constantes reales con a ≠ 0. −b . C. S. = { -b / a } Esta ecuación admite una única solución dada por x = a Nota: Toda ecuación de primer grado tiene C.V.A = ℜ x+3 3 x − =− Ejemplo 1: Resolver 5 2 4 Solución: Multiplicando ambos miembros por el M.C.M.(5;2;4) = 20 4(x + 3) - 10(3) = -5x

62

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas efectuando operaciones

4x + 12 - 30 = -5x

transponiendo y reduciendo

4x + 5x = 30 - 12 9x = 18 de donde x = 2

Respuesta: C.S. = { 2 } ∴ Nota: Ecuaciones reducibles a primer grado

Son ecuaciones que no tienen la forma de la ecuación de primer grado, pero que al momento de operar con ella se reducen a una ecuación de primer grado.

Ejemplo:

Resolver

3x 6 = 1+ x−2 x−2

Solución: En este caso, se debe cumplir que x - 2 ≠ 0, es decir, x ≠ 2 o sea C.V.A = {x / x ≠2}

Luego, multiplicando por (x - 2),

(x − 2)

transponiendo y reduciendo términos

3x 6 = (x − 2) + (x − 2) x−2 x−2 3x = x - 2 + 6 2x = 4 x=2

Pero, como x no puede tomar el valor 2, la ecuación no tiene solución, y C.S. = Φ Ejemplo:

Resolver

1 3 1 − 2 = 2 x − x − 2 x − 2x − 3 x − 5x + 6 2

Solución: Factorizando los denominadores para poder obtener el M.C.M. de ellos

1 3 1 − = (x − 2)(x+ 1) (x − 3)(x+ 1) (x − 3)(x− 2) los valores que puede tomar x son: x ≠ -1; x ≠2 y x ≠3 : Así C.V.A. = {x / x ≠ -1; x ≠ 2; x ≠3 } M.C.M. de los denominadores: (x - 2)(x - 3)(x + 1) multiplicando la ecuación por el M.C.M. (x - 3) -3(x - 2) = (x + 1) x - 3 - 3x + 6 = x + 1 x -3x - x = 3 - 6 + 1 -3x = -2 de donde x = − Se verifica que –2/3 es un valor admisible y por lo tanto ∴ Respuesta: C.S. = { −

2 3

2 } 3 63

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Modelación y resolución de problemas

1. 2. 3. 4.

Comprensión del problema: leer bien el problema, elegir la variable e indicarla con unidades. Planteamiento: establecer relaciones entre la variable y los datos Resolución: es la parte operativa del problema. Es bueno verificar los resultados obtenidos. Análisis de respuesta y respuesta completa: Reflexionar sobre el sentido de los números obtenidos y escribir la respuesta completa. No olvidar de indicar las unidades.

Problema 1 Un hombre deja de herencia 1/3 de su dinero a su esposa; 1/4 a su hija, y el resto. $/ 14000, a su hijo. ¿Cuánto dinero dejó? Solución: 1) Sea x: el monto total del dinero en dólares que deja de herencia

2) A su esposa le corresponde

1 1 x ; a la hija le corresponde x ; y al hijo $ 14 000. 3 4

La suma de estas cantidades hace el monto total x , entonces, 1 1 x + x + 14000 = x 3 4 1 1 x − x − x = 14000 3) 3 4 5x = 14000 de donde x = 33600 12 4) Respuesta : El monto total de dinero que deja es $33 600.

Problema 2 Un alambre de 21 metros se divide en dos partes, de tal modo que la longitud de una de ellas es las tres cuartas partes de la longitud de la otra. ¿Cuál es la longitud de la parte mayor? Solución: 1) Sea x es la longitud en metros de la parte mayor,

2) Entonces, (21 - x) medirá la parte menor.

3 (x) 4

Por la condición del problema,

21 - x =

3) resolviendo se tiene

84 - 4x = 3x 7x = 84 x = 12

4) Respuesta: La longitud de la parte mayor es 12 metros.

Problema 3 En un pueblo correspondía a cada habitante 60 litros de agua por día. Hoy ha aumentado la población en 40 habitantes y corresponde a cada uno tres litros menos. ¿Cuántos habitantes tiene actualmente el pueblo? 64

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Solución: 1) Sea x: el número de habitantes que había inicialmente

2) Si a cada uno le corresponde 60 litros, el consumo total es de 60x litros. Con el incremento de 40 habitantes más se tiene x + 40 habitantes, ahora, a cada uno le corresponde 3 litros menos, el consumo total será de 57(x+40) litros Como la cantidad total de litros de agua no ha variado se tendrá: 60x = 57(x + 40) 60x = 57x + 2280 3x = 2280 x = 760

3) Calculando

4) Se pide el número de habitantes en el presente, o sea 760 +40 = 800 habitantes. Respuesta : El pueblo tiene 800 habitantes actualmente.

2.7.3 Ecuación de segundo grado Es aquélla que se puede expresar de la forma: ax2 + bx + c = 0, donde a, b, c son constantes reales con a ≠ 0

Ejemplos:

x2 = 5x;

x2 - 2x = 3;

3x2 - 7x - 5 = 0

Nota: Toda ecuación de segundo grado tiene C.V.A = R

Métodos de resolución: 1. El método más sencillo para resolver una ecuación cuadrática es factorizarla y aplicar la siguiente propiedad del factor cero:

Si ab = 0, entonces a = 0 ó b = 0. Ejemplo: Resolver las ecuaciones cuadráticas Error común

1) x2 = 5x 2) x2 - 2x - 3 = 0 3) 2x2 - 5x + 2 = 0 Solución:

1) Ordenando la ecuación Factorizando (factor común por la propiedad factor cero

x2 - 5x = 0 x(x - 5) = 0 x=0 o x-5=0 x=0 o x=5

Consiste en simplificar por x en x2= 5x Y dar como solución solamente a x = 5. ¿Porqué es falso?

Respuesta : C.S. = { 0; 5 } 2)

x2 - 2x - 3 = 0 factorizando se tiene ( aspa simple)

(x - 3)(x + 1) = 0 x-3=0 o x+1=0 x = 3 o x = -1

Respuesta : C.S. = { -1; 3 } 65

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 3) 2x2 - 5x + 2 = 0 factorizando se tiene (aspa simple)

(2x - 1)(x - 2) = 0 2x - 1 = 0 o x - 2 = 0 x = 1/2 o x = 2

Respuesta : C.S. = { 1/2; 2 } 2. Usando binomios especiales. En efecto,

x2 – k = 0 con k > 0.

x2 – k = 0 es equivalente a (x de donde x =

k o x=-

k )(x +

k ).= 0

k.

Propiedad de la raíz cuadrada Si k > 0, las soluciones de x2 = k son x = + k .

Ejemplo: Resolver las ecuaciones cuadráticas

1) x2 = 32 2) x2 = -9 Solución:

1) En x2 = 32, entonces: x2 – 32=0; (x- 4 2 )(x+ 4 2 )=0; x = + 4 2 , por lo tanto: ∴

C.S. = { - 4 2 ; 4 2 }

2) En x2 = -9, vemos que -9 < 0, no existen raíces reales y C.S. = Φ

3. En el caso que no sea fácil de aplicar las propiedades anteriores, se utiliza la fórmula cuadrática. Siendo la ecuación ax + bx + c = 0, donde a, b, y c son coeficientes reales y a ≠ 0, se considera para el análisis de la naturaleza de las raíces al valor de b2 – 4ac como discriminante y se le representa por ∆ . Luego se tiene: 2

a) Si ∆ > 0 : hay dos raíces reales y distintas: x1 =

− b + b2 − 4ac 2a

y x2 =

− b − b 2 − 4ac 2a

b)

Si ∆ = 0 : hay dos raíces reales e iguales (raíz doble) x1 = x2 = −

c)

Si ∆ < 0 : no existen raíces reales

b 2a

NOTA: Si ∆ < 0 : entonces el polinomio P(x) = ax2 + bx + c se dice que el polinomio es primo o irreductible. Ejemplos: Los polinomios P(x) = x2 - x +1 y P(x) = x2 +1 son irreductibles porque en cada caso ∆ < 0 :

66

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Ejemplo 1: Resolver la ecuación 3 x 2 − 7 x − 5 = 0 usando la fórmula cuadrática. Solución: En este caso: a = 3 , b = -7 y c = -5. de donde ∆ = b 2 − 4ac > 0

Luego: x =

− (− 7 ) ±

Entonces : x1 = x =

y

(− 7 )2 − 4(3)(− 5) 2(3) 7 + 109 6

y

hay dos raíces reales y distintas:

7 ± 109 6 7 − 109 : x2 = x = 6

⎧ Respuesta : C.S. = {x1 ; x 2 } = C.S. = ⎨ ⎩

o sea

x=

7 − 109 6

;

7 + 109 6

⎫ ⎬ ⎭

Ejemplo 2: Determinar el valor de k en la ecuación 4x2 - 10x + (2k - 3) = 0, para que tenga sus dos raíces iguales. Solución: El discriminante debe ser igual a cero, es decir, ∆ = 0,

de donde -(10)2 - 4(4)(2k - 3) = 0 100 - 32k + 48 = 0 Respuesta :

Ejemplo 3:

k=

Resolver

37 8

x +1 x − 2 =3 + x −1 x + 2

Solución: Esta ecuación se reduce a una cuadrática.

Los valores que puede tomar x son: x ≠ 1, x ≠ -2 de donde C.V.A. = {x / x ≠ 1; x ≠ -2 } hallando M.C.M. y efectuando

(x + 1)(x + 2) + (x − 1)(x − 2) =3 (x − 1)(x + 2)

x2 + 3x + 2 + x2 - 3x + 2 = 3(x - 1)(x + 2) x2 + 3x - 10 = 0 (x + 5)(x - 2) = 0 x + 5 = 0 o x -2 = 0 x = -5 o x = 2 Se observa que -5 y 2 son valores admisibles Respuesta : C.S. = { -5; 2 } operando simplificando factorizando

Modelación y resolución de problemas. Se usa la misma metodología que para ecuaciones de primer grado con los cuatros pasos. Problema 1 Si la longitud y el ancho de un terreno rectangular de 6m y 10m respectivamente se aumenta en una misma cantidad de metros, el área del nuevo rectángulo excede en 20m2 al doble del área original. ¿En cuánto se incrementaron las dimensiones originales? 67

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Solución: 1) Sea x: el número de metros incrementados en cada lado

2) Terreno inicial Area = (10)(6) m2 = 60 m2

6m 10m Terreno Incrementado 6

(6 + x)m

Area = (10 + x)(6 + x) m2

x 10 x (10 + x)m

Por dato

(10 + x) (6 + x) = 20 + 2 (60)

3) efectuando: 60 + 10x + 6x + x2 = 20 + 120 x2 + 16x - 80 = 0 (x + 20)(x - 4) = 0 x + 20 = 0 o x - 4 = 0 x = -20 o x = 4 4) La única solución del problema es x = 4, porque debe representar a una longitud. Respuesta : Cada dimensión original se incrementó en 4m.

Problema 2 Ofelia compró cierto número de lapiceros por 180 Nuevos Soles. Al día siguiente le hubieran dado 10 lapiceros más por la misma cantidad, con lo cual le hubiera resultado 20 céntimos más barato cada lapicero. ¿Cuántos lapiceros compró y cuál fue el precio de cada uno? Solución: 1) Sea x: el número de lapiceros que compró Ofelia. 180 2) Cada lapicero le costó: x 180 Al día siguiente le hubiera costado cada lapicero: x + 10 180 180 donde se tendría: = 0,20 x + 10 x

3) efectuando:

180(x + 10) - 180x = 0,20x(x + 10) 1800 = 0,20x2 + 2x 18000 = 2x2 + 20x 2 x + 10x - 9000 = 0 (x + 100) (x - 90) = 0 x = - 100 (no se considera ) x = 90

Respuesta : Ofelia compró 90 lapiceros a 2 Nuevos Soles cada uno.

68

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Ejercicios

1) Resolver las ecuaciones dadas: a) 3x - (x + 3) = x + 4 c)

b)

2x 3 −2 = x −1 x +1

d) 3x2 + 2x - 1 = 0

e) (x - 2)2 + 2 = x g)

x 3x x − 6 − = 2 5 2

f) (x - 3)(x + 2) = 6

2 x+7 − 2 =0 x −3 x − x −6

2

h) x + 4x + 1 = 0

2) ¿Cuál es la suma de las soluciones de la ecuación: x2 – 4 = 3x – 6? 3) Si a un número positivo, le resto 2 me da el triple de su inverso, ¿cuál es el doble del número? 4) En 5 años, Pedro tendrá 3 veces la edad que tenía hace 7 años; ¿cuántos años tiene ahora? 5) El perímetro de un rectángulo mide 50 cm y el ancho 2/3 de la altura. Encontrar las dimensiones del rectángulo. 6) José tiene 4 billetes más de $100 que de $50. Si el valor total del dinero es de $ 2350, ¿cuántos billetes de $100 y de $50 tiene José? 7) Los miembros de un club van a pagar una cuenta de $600 en partes iguales. Si hubiera habido 20 miembros más, el costo para cada miembro hubiera sido $1 menos. Calcular el número de miembros del club. 8) Para cubrir el piso de un cuarto con losas cuadradas de cierto tamaño se necesita 360 losas. Si cada losa fuera 10cm más larga y 10cm más ancha, se necesitarían 250 losas. Encontrar las dimensiones de las losas. Respuestas: 1. a) C.S = {7} b) C.S = {5} c) C.S = {5} d) C.S = {-1 ; 1/3} e) C.S = {2 ; 3} f) C.S = {-3 ; 4} g) C.S = φ h) C.S = − 2 − 3; − 2 + 3

{

2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

}

La suma de las soluciones es 3. El doble del número es 6. Pedro tiene ahora 13 años. Las dimensiones son 10 m y 15m José tiene 17 billetes de $ 100 y 13 billetes de $50. Hay 100 miembros en el club. El lado de las losas mide 50cm. 69


ECUACIÓNES POLINOMICAS EN UNA VARIABLE

Recuerde que al dividir un polinomio P(x) (el dividendo) entre otro D(x) (el divisor) se obtiene un polinomio cociente Q(x) y un residuo R(x), es decir, P(x) = D(x) Q(x) + R(x) donde el residuo R es el polinomio nulo o un polinomio cuyo grado es menor que el grado de D(x). Nota: Si R(x) = 0, entonces, P(x) = D(x). Q(x),

y en tal caso, se dice que D(x) y Q(x) son factores de P(x). Recuerde que se llama raíz o cero de un polinomio P(x) a todo número real c tal que P(c) = 0. Ejemplo: Sea el polinomio de segundo grado P(x) = x2 – x – 6,

Como P(x) = (x – 3)(x + 2) al dividir P(x) entre (x – 3) o (x + 2) se obtiene el polinomio nulo como residuo. ¿para qué valores de x se cumple que P(x) = 0? Se cumple para los mismos valores de x que son soluciones de la ecuación, x2 – x – 6 = 0

las raíces son, y también, por lo tanto,

(x – 3)(x + 2) = 0, x = 3 y x = -2; P(3) = 0, y P(-2) = 0 x = 3 y x = -2 son ceros de P(x)

En general: Si al factorizar un polinomio, se obtiene P(x) = (x – c)Q(x), entonces:

P(x) es divisible por (x – c)

(x – c) es un factor de P(x)

x = c es una raíz del polinomio, es decir, P(c) = 0

Teorema del residuo: Si un polinomio P(x) de grado n > 1 se divide entre (x – c), entonces el residuo R(x) es P(c).

Este teorema es importante: Gracias a él se puede:: 1) conocer el residuo de la división de un polinomio por ( x – c) si hacer la división. 2) Saber si un número real es raíz de un polinomio. Ejemplo:

1) El residuo de dividir P(x) = x3 – 4x2 + 2x – 5 entre (x + 2) es: P(-2) = (-2)3 – 4(-2)2 + 2(-2) – 5 = -33 2) (x – 1) es un factor de P(x) = 2x3 – x2 + 2x – 3, puesto que: 70

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas P(1) = 2(1)3 – (1)2 + 2(1) – 3 = 0 3) Hallar a para que el P(x) = x3 – x2 - 3x –a sea divisible por ( x + 1). Se debe cumplir P( -1) = 0 o sea (-1)3 - (-1)2 + 3(-1) – a = 0. de donde a = 1

En estos ejemplos, se ha determinado los residuos que resultan de dividir P(x) entre (x – c), pero, no se puede hallar el cociente Q(x). En capítulos anteriores ( Operaciones con expresiones algebraicas) se vio como hallar este cociente y se recordará es un procedimiento tedioso. A continuación se presenta un algoritmo que permite determinar el residuo del cociente y los coeficientes de Q(x) en el caso de la división por ( x – c).

División Sintética: (Método de Ruffini)

Este método se aplica sólo para dividir polinomios P(x) entre polinomios de la forma (x – c), y se debe seguir una serie de pasos como se detalla a continuación. Dividir P(x) = 2x3 – x2 + 2x – 3 entre (x – 1). Notar que c = 1. 1. Se escribe los coeficientes de P(x) ordenado en

2

-1

2

-3 coef.

2

-1

2

-3

-1

2

-3

forma descendente de x, insertando cada potencia faltante con un coeficiente igual a cero 2. Se coloca c a la izquierda del cuadro 3. Se multiplica el primer coeficiente por c y se

1

coloca el resultado en la última fila de la primera columna

2

4. Se multiplica el último resultado por c y se

2

coloca en la segunda fila de la segunda

1

2

columna. 5. Se suma dicha columna y se coloca el resultado

2

1

2

-1

2

-3

2

1

3

1

3

0

en la última fila de la segunda columna. El producto se coloca en la 2da columna 6. Se repite los pasos 4 y 5 hasta llenar la última columna.

1

2 Conclusión: P(x) = (x - 1)Q(x) + R(x) P(x) = (x - 1)(2x2 + x + 3) + 0

Coeficient es del Q(x)

Residuo

71

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Falta ahora encontrar las raíces de Q(x). Como el polinomio es de segundo grado se puede aplicar la fórmula cuadrática. En este caso se calcula ∆ < 0 : entonces Q(x) es irreductible. Conclusión: 1 es la única raíz del polinomio P(x) y la forma factorizada de P(x) es: P(x) = (x - 1)(2x2 + x + 3)

En general para hallar los ceros de un polinomio de grado n se recomienda utilizar el siguiente resultado que da posibles raíces del polinomio: Sea P(x) = anxn + an-1xn-1 + . . . . . + a1x + a0 un polinomio de grado n > 1, con a0 ≠ 0 y coeficientes enteros. Si p es divisor de a0 y q es divisor de an , entonces, p/q es una posible raíz de P(x).

Ejemplo: Hallar los ceros de P(x) = 2x3 + 11x2 - 7x - 6 Solución: Divisores de -6: p = {+1, +2, +3}; y divisores de 2: q = {+1, +2}

Las posibles raíces son p/q = +1, +2, +3, +6, +1/2, +3/2 Como se sabe que P tiene a lo más 3 factores lineales por ser de grado 3, se buscará usando el método de Ruffini o por el teorema del residuo. : Se prueba primero con c = 1. 2

11

-7

-6

2

2 13

13 6

6 0

1

Coeficient es del Q(x)

Usando teorema del residuo. P( 1) = 2 + 11 – 7 – 6 = 0

Residuo

P(x) = (x - 1)(2x2 + 13x + 6), donde, Q(x) es una ecuación cuadrática con ∆ > 0, o sea, tiene dos soluciones. x = -1/2 y x = -6 Respuesta : Los ceros de P(x) son: -6, -1/2 y 1 Nota: P(x) = ( x - 1)(2x + 1)(x + 6)

72

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Ejercicios:

Para cada polinomio, hallar los ceros y expresar el polinomio en forma factorizada 1) P(x) = 2x3 - x2 + 2x - 1 2) P(x) = x4 + 2x3 - 5x2 - 6x 3) P(x) = 4x4 + 7x2 - 2 4) P(x) = x4 + x3 - 3x2 - x + 2 5) P(x) = 4x5 - 8x4 - x + 2 Respuestas: 1) x = ½ 2) x = -3; -1; 0; 2. 3) x = - ½, ½ 4) x = -2; -1; 1 5) x = - 2 /2; 2 /2; 2

P(x) = (2x – 1)(x2 + 1) P(x) = 2x(x + 1)(x + 3)(x – 2) P(x) = (x – ½)(x + ½)(x2 + 2) P(x) = (x + 2)(x + 1)(x – 1)2 P(x) = (x-2)( 2 x-1)( 2 x+1)(2x2+1)

73


SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES

En la industria es frecuente encontrarse con un número limitado de recursos para producir varios productos. Es importante saber que cantidad de cada producto fabricar para optimizar las ventas usando todos los recursos del almacén. Estas situaciones necesitan usar más de una variable y más de una relación entre ellas. De aquí se forman sistemas de ecuaciones.

2.9.1 Definiciones Se llama sistema de ecuaciones lineales al conjunto de ecuaciones de primer grado con dos o más incógnitas. Nota: En este cuaderno se tratará sólo sistemas de ecuaciones con dos incógnitas o variables. Son dos ecuaciones que se reducen a un sistema de la forma:

⎧ A1x + B1y = C1 ⎨ A2x + B2y = C2 ⎩

Donde: A1, A2, B1, B2, C1, C2 son constantes.

Solución de un Sistema: Se llama solución del sistema a todo par ordenado de valores reales que sustituidos en las ecuaciones en forma simultánea, las convierten en identidades numéricas. Ejemplo: El sistema de ecuaciones 5x + 3y = -2 3x - 2y = 14 tiene por solución al par ordenado ( 2 ; - 4) puesto que satisface cada una de las ecuaciones propuestas.

En cuanto al número de soluciones un sistema de ecuaciones lineales puede tener sólo una solución, infinitas soluciones o ninguna solución. De acuerdo a ello el sistema de ecuaciones se clasifica en: compatibles e incompatibles.

1) Compatibles. Es cuando el sistema admite solución. Ejemplo: El sistema

Ejemplo: El sistema

4x - y = -5 2x + 4y = 2 x + 2y = 7 2x + 4y = 14

tiene por única solución al par ( -1 ; 1) C.S. = {( -1 ; 1)} admite infinitas soluciones. C.S. = {t∈ ℜ /(x; y) = (7 – 2t; t)}

2) Incompatibles. Es cuando el sistema no admite solución. Ejemplo: El sistema

x +y=3 3x + 3y = 12

no admite solución es decir su C.S.= Φ

74

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 2.9.2 Resolución de un sistema de dos ecuaciones de primer grado con dos incógnitas Existen varios métodos para resolver un sistema de ecuaciones lineales, entre los más importantes se encuentra el Método de reducción o de eliminación. Este método consiste en multiplicar cada ecuación por un número real, de tal manera que los coeficientes de una de las incógnitas sean opuestos y después se suma las dos ecuaciones para obtener una ecuación de primer grado con una incógnita.

Ejemplo 1:

⎧2x + 3y = 7 ...(1) Resolver ⎨ ⎩3x − 5y = 1 ...(2)

Solución: Para eliminar la variable "y" se multiplica a la primera ecuación por (5) y a la segunda por (3) y se suma las dos ecuaciones.

⎧10x + 15y = 35 ⎨ ⎩ 9x − 15y = 3 =

19x

38

de donde x = 2.

Se reemplaza x = 2 en la primera ecuación para calcular y: 2(2) + 3y = 7 de donde 3y = 3 y finalmente y = 1. Respuesta: C.S = {( 2 ; 1)} Ejemplo 2:

Resolver el sistema

2x − 5 4(y + 2) + =x 3 5 3x − 5 y + 3 − =y 4 6

Solución: Multiplicando por el M.C.M. denominadores cada ecuación:

5(2x-5) + 12(y+2) = 15x 3(3x-5) - 2(y+3) = 12y realizando operaciones y reduciendo términos: -5x + 12y = 1 9x - 14y = 21 multiplicando la primera ecuación por 9, la segunda por 5 y sumando ambas ecuaciones: 38y = 114 de donde y = 3 reemplazando y = 3 en la ecuación 9x - 14y = 21 para obtener el valor de x: 9x - 14(3) = 21 de donde

x=7

Respuesta: C.S = {( 7 ; 3)}

75

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Modelación y resolución de problemas. Se usa la misma metodología que para ecuaciones con los cuatros pasos. Problema 1 El costo total de 5 ejemplares de un libro y 4 lapiceros NFes de $32; el costo total de 6 ejemplares del mismo libro y 3 lapiceros NF es de $33. Hallar el costo de cada artículo. Solución: 1) Sea x: el costo en dólares de cada libro; y lapicero. 2) Se forma las ecuaciones 5x + 4y = 32 6x + 3y = 33

y: el costo en dólares de cada

3) la solución de este sistema es x = 4, y = 3. 4) Respuesta: El costo de cada ejemplar es $4 y el costo de cada lapicero NFes $3. Problema 2 Hace 18 años la edad de Juan era el doble de la de Pedro, dentro de 9 años la edad de 5 la edad de Pedro. ¿Cuántos años tienen actualmente Juan y Pedro? Juan sólo será 4 Solución:

1) Sea J: Edad actual de Juan P: Edad actual de Pedro

2) Se confecciona el siguiente cuadro Hace 18 años

ahora

dentro de 9 años

Edad de Juan

J - 18

J

J+9

Edad de Pedro

P - 18

P

P+9

Del cuadro se deduce:

⎧J − 18 = 2(P − 18) ⎪ ⎨ 5 ⎪J + 9 = (P + 9) 4 ⎩

3) Operando y reduciendo se lleva a la forma estándar:

⎧J − 2P = −18 ... (I) ⎨ ⎩4J − 5P = 9 .... (II) Se aplica el método de reducción: se multiplica la primera ecuación por –4 y se suma las ecuaciones. ⎧− 4J + 8P = 72 ⎨ ⎩ 4J − 5P = 9

3P = 81

de la cuál P = 27 y se reemplaza en (I) para calcular J = 36. 4) Respuesta: Las edades de Pedro y Juan son 27 y 36 años respectivamente. 76

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Ejercicios:

1) En cada uno de los ejercicios resolver el sistema dado: a) 3x - y = 2 2x + 3y = 5

b) 9x + 7y = 0 5x - 9y = 0

c) 3x + y = 5 6x + 2y = 7

d) 4x - 2y = 4 2x - y = 2

e)

2 3 3 − = x 2y 2 x =y 2

f)

1 2 + =1 x y 7 2 1 − =− x y 4

2) La cantidad de cerca necesaria para encerrar un campo rectangular es de 3000 metros. ¿Cuáles son las dimensiones del campo si se sabe que la diferencia entre la longitud y la anchura es de 50 metros? 3) La gerente de un restaurante desea adquirir 200 juegos de platos. Un diseño cuesta $25 por juego y otro cuesta $45 por juego. Si ella sólo desea gastar $7 400, ¿cuántos juegos de cada diseño debe ordenar? 4) Si el ancho de un terreno rectangular se aumenta 10 metros y su longitud se disminuye 10 metros, entonces el área aumenta 400m2. Si el ancho disminuye 5m y la longitud aumenta 10m, entonces el área disminuye 50m2. Calcular las dimensiones del terreno. 5) Los señores Rodríguez invierten un total de $8 000 en dos cuentas de ahorro. Una cuenta de ahorro paga el 10% de interés y la otra el 8% de interés. Encuentre la cantidad colocada en cada cuenta si reciben un total de $750 por intereses después de un año. 6) En un taller de reparación de bicicletas y triciclos hay 18 vehículos estacionados. Si se cuenta 45 llantas en total en los vehículos, ¿en cuánto excede el número de bicicletas al número de triciclos? Respuestas: b) C.S. = {( 0 ; 0)} 1) a) C.S. = {( 1 ; 1)} d) C.S. = {(x ; 2x-2), x real} Infinitas soluciones f) C.S. = {( -2 ; 4/3)} e) C.S. = {( -2/3 ; -1/3)}

c) C.S. =φ

2)

La longitud del campo mide 775m y su anchura mide 725m.

3)

La gerente debe ordenar 80 juegos de $ 25 y 120 juegos de $45.

4)

El ancho del terreno mide 50m y la longitud mide 100m.

5)

En una cuenta hay $ 2500 y en la otra $ 5500.

6)

0

77


INECUACIÓN DE PRIMER GRADO CON UNA INCÓGNITA

2.10.1 Relación de orden Dos números reales a y b , donde a ≠ b, pueden compararse mediante la relación de orden menor que , representada por el símbolo <. Se escribe a < b y se dice a es menor que b ó b < a según el caso. Similarmente se puede comparar dos números reales distintos por la relación de orden mayor que , por ejemplo b es mayor que a y se denota b>a . Observación:

La recta de números reales es útil para observar la relación de orden menor que; a < b significa que el punto que le corresponde al número a en la recta se halla a la izquierda del punto que corresponde a b.

... -3

-2

-1

0

1 2 3 ..

Algunas lecturas de la relación de orden

Relación de orden a>b

a
Significado a es mayor que b (o bien a - b es un número positivo) a es menor que b (o bien a - b es un número negativo) a es mayor o igual que b (o a no es menor que b) a es menor o igual que b (o bien a no es mayor que b) a es mayor que cero, pero menor que 2 x es mayor o igual que -2, pero menor que 2

Inecuación. Se forma una inecuación cuando se relacionan dos expresiones algebraicas con un símbolo de orden. Nota: En este cuaderno , se estudia solamente inecuaciones con una sola variable.

Ejemplos:

1) 2x-5 ≤ 7-x 2) 3x+x2 > 6+x

NOTA: Las expresiones relacionadas por el símbolo de orden son llamadas lados o miembros de la inecuación

Solución de una inecuación.- Si cualquier número real al ser sustituido en la variable, hace que el enunciado sea verdadero. El conjunto de todas las soluciones recibe el nombre de conjunto solución de la inecuación (C.S.). Ejemplos:

1) x2 +1 > 0 , Se verifica para todo x real.

C.S. = R

78

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 2) 2x +3 < 5 , Se verifica para todo x < 1.

C.S. = {x ∈ R/ x < 1}

3) x2 +5 < 0 , no se cumple para ningún valor de x. C.S. = φ Inecuaciones equivalentes.- Dos inecuaciones son equivalentes si tienen exactamente las mismas soluciones.

Ejemplo: Las inecuaciones 2x+3 < 5 verifican para todo x< 1.

;

2x+1< 3 , son equivalentes porque ambas se

Propiedades de las inecuaciones equivalentes

Sean a, b y c números reales (1)

Si a < b y c es cualquier número real, entonces a + c < b + c

(2) Si a < b y c es positivo, entonces

a.c < b.c

(3) Si a < b y c es negativo, entonces a.c > b.c

(4) Si a > b y c > d, se tiene

a+c>b+d

⎧a + 3 > b + 3 ⎪ Ejemplo 1: Si a > b, se tiene: ⎨a − 3 > b − 3 ⎪a − b > 0 ⎩ ⎧5a > 5b ⎪ Ejemplo 2: Si a > b, se tiene ⎨ a b ⎪⎩ 5 > 5 también : si 2a>b , entonces a >

b 2

⎧− 4a < −4b ⎪ Ejemplo 3 : Si a > b, se tiene ⎨ a b ⎪⎩ − 4 < − 4 también : si -2a>b, entonces a <

b −2

2.10.2 Intervalos Son subconjuntos de los números reales y se utilizan para expresar gráficamente la solución de las inecuaciones; estos intervalos se representan en la recta numérica real. Notación: Para indicar un intervalo abierto se tiene diferentes notaciones como: ] -2; 5 [ o ( -2 ; 5) o < -2 ; 5 >

79

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas TIPOS NOTACIÓN

Intervalos Finitos

] a, b [

GRÁFICA

a
[ a, b ]

a

b

a

b

a

b

b

a
[ a, b [

Intervalos Infinitos

DESIGUALDAD

a
] a, b]

a
a

] a, ∞ [

x>a

a

+∞

[ a, ∞ [

x>a

a

+∞

] -∞, b [

x
] -∞, b ]

x
] -∞, ∞ [

-∞ < x < ∞

-∞

b

-∞

b

-∞

+∞

Operaciones con intervalos

Siendo los intervalos subconjuntos de los números reales, es posible realizar con ellos las propiedades operativas de los conjuntos, como son la unión e intersección. Ejercicio 23:

A = ]-5, 8] B = ]-2, ∞ [

Si

Hallar:

a) A ∩ B

b) A ∪ B

Solución:

Graficando los intervalos A y B en la recta numérica real se tiene:

B

A -∞

-5

De donde se observa que:

-2

8

+∞

a) A ∩ B = ]-2, 8] b) A ∪ B = ]-5, ∞ [ 80

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 2.10.3 Inecuación de primer grado con una incógnita Es aquélla inecuación que puede reducirse a cualquiera de las formas: ax + b < 0

;

ax + b > 0

;

ax + b ≤ 0

ax + b ≥ 0

o

donde, en todos los casos, a y b son constantes reales y a ≠ 0. Resolver una inecuación. consiste en hallar un conjunto solución, es decir encontrar aquel intervalo donde están los valores que pueda tomar la incógnita para que se verifique la inecuación. Así, para resolver una inecuación de primer grado con una incógnita, se deja la variable en un solo lado del símbolo de la desigualdad y las constantes en el otro, para lo cual usamos las propiedades anteriormente dadas:

4-

3 x ≥ −5 4

Ejemplo 1:

Resolver

Solución:

Se multiplica la inecuación por 4 que es positivo 16 - 3x > -20 -3x > - 36 x < 12,

dividiendo entre (-3)

la desigualdad cambió por que -3 < 0

-∞

12

Respuesta: C.S. = ]-∞, 12 [ Ejemplo 2:

Resolver

2x − 1 2x + 1 2 3x − 2 − > − 5 2 3 6

Solución: Se multiplica ambos lados del símbolo de la desigualdad por el M.C.M. (5; 2; 3; 6) = 30. Como 30 > 0, el sentido de la desigualdad no cambia.

6(2x - 1) - 15(2x + 1) > 10(2) - 5(3x - 2) 12x - 6 - 30x - 15 > 20 - 15x + 10 -18x - 21 > -15x + 30 -18x + 15x > 30 + 21 -3x > 51 Se divide ambos lados de la desigualdad entre (-3) y el sentido de la desigualdad se invierte, por ser negativo: − 3x 51 < −3 −3 de donde se tiene como resultado x < -17.

-∞

-17

Respuesta: El conjunto solución de la inecuación es C.S.= ]-∞, -17 [ 81

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Modelación y resolución de problemas Problema En un taller de Carpintería, se fabricó una cierta cantidad de sillas de las que vendió 38 quedando más de la tercera parte. Si luego se fabrican 8 más y enseguida se venden 10 quedando menos de 19 sillas. ¿Cuántas sillas se fabricaron en total ? Solución: 1) Sea x: el número de sillas que se fabricó inicialmente:

2) De la 1ra afirmación: 3)

1 3

x - 38 > x 3x - 114 > x 2x > 114 x > 57

De la 2da afirmación: x – 38 + 8 - 10 < 19 x < 59 4) de donde

57< x < 59 , entonces, como x es un número entero se cumple x = 58

Respuesta: Se fabricaron en total 58 + 8 = 66 sillas

Ejercicios:

Resuelva las inecuaciones lineales dadas 1) -3(1 - x) < 12 3)

1 (x − 4) > x + 8 2

2) 8 - 4(2 - x) < -2x 4)

x x ≥ 1− 2 4

Respuestas: 1) C.S.= ]-∞, 5[ 2) C.S.= ]-∞, 0] 3) C.S.= ]-∞, -20[ 4) C.S.= [4/3, ∞[

82



MATEMÁTICAS GEOMETRÍA PLANA 3.1

SEGMENTOS Y ANGULOS

3.2

TRIANGULOS

3.3

CUADRILATEROS

3.4

CIRCUNFERENCIA Y CIRCULO

3.5

RELACIONES METRICAS EN EL TRIANGULO

3.6

POLIGONOS

3.7

AREAS DE REGIONES PLANAS

83


SEGMENTOS Y ANGULOS

3.1.1 Definiciones

Naturaleza y geometría ¨”La geometría está en todas partes. Fíjese en las formas regulares y perfectas que presentan muchos cuerpos. Las flores, las hojas e incontables animales revelan simetrías admirables que deslumbran nuestro espíritu. La geometría, repito, existe en todas partes: en el disco solar, en las hojas, en el arco iris, en la mariposa, en el diamante, en la estrella de mar y hasta en un diminuto grano de arena.......... La geometría existe, como dijo el filosofo, en todas partes. Es preciso, sin embargo, tener ojos para verla, inteligencia para comprenderla y alma para admirarla..... Malba Tahan

Escher, (1898-1972) “Día y Noche” www.worldofescher.com Malba Tahan ( 1895–1974) Seudónimo de Julio Cesar De Mello y Souza. Autor del Libro “ El hombre que calculaba”

Existen dos nociones elementales para la geometría plana a partir de los cuales se define las otras. Noción de punto. Solo indica un lugar en el espacio. No tiene forma ni dimensiones. Se denota con letras mayúsculas. Ejemplo: A, B, C, ...... Noción de línea. Es una sucesión continua e infinita de puntos. Una línea se dice línea recta o simplemente recta cuando los puntos que la conformen siguen una misma dirección. Se denota con una letra minúscula, mayúscula o por dos puntos de la recta debajo de una flecha doble.

L1

Ejemplo: l, d , L1, AB A

B

Figura geométrica plana. Es aquella formada por líneas y puntos

3.1.2 Segmento de recta Dados dos puntos A y B situados sobre una recta, se denomina segmento de recta de extremos A y B (y se denota por AB ) al conjunto constituido por los puntos A y B y todos aquellos puntos de la recta que se encuentran entre A y B. A

•

B

•

Extremos del segmento AB

84

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Longitud de un segmento: Sean dos puntos A y B del plano. Se define la longitud del segmento AB como el número real positivo que se obtiene al medir el segmento usando la unidad de medida. Se denota: AB Nota: Como a la longitud de un segmento le corresponde un número real positivo, las operaciones de la suma y resta de segmentos gozan de las mismas propiedades que las correspondientes operaciones aritméticas

Se dice que dos segmentos son congruentes cuando tienen la misma longitud o medida.

• Definición de Rayo: Es cada una de las partes en que queda dividida una recta cuando se toma un punto de ella, que será el origen de cada rayo. A

O •

B

rayo OA

rayo OB

Ejemplos:

1.

Sobre una recta se dan los puntos consecutivos A, B, C y D. Hallar AB sabiendo que AC = 16 cm, BD = 24 cm y CD = 2 AB

Solución: Sea AB = x , BC = y, entonces CD = 2x Por otro lado, AC = x + y = 16 BD = y + 2x = 24 Resolviendo el sistema se tiene: x = 8 de donde: AB = 8 cm

2.

x A

B

2x C

D

Sobre una recta se toma los puntos consecutivos A, B, C y D, siendo C punto medio de AD . Si BD – AB = 12 cm, hallar BC.

Solución: Sea AB = x , BC = y C es punto medio de AD , entonces: AC = CD = x+y Por otro lado: BD – AB = y +x + y – (x) = 12 De donde: y=6 Por lo tanto: BC = 6 cm 3.

y

x

y

A

B

x+y C

D

A, B, C y D son cuatro puntos consecutivos y colineales; M y N son los puntos medios de los segmentos AB y CD respectivamente. Calcular la longitud del segmento MN si AC = 15 cm y BD = 25 cm.

Solución: Si M es punto medio de AB entonces AM = MB = m Si N es punto medio de CD entonces CN = ND = n Sea BC = p.

m

A

m

M

p

B

C

n

n N

D 85

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Se tendrá entonces: AC = AB + BC = 2m + p = 15 y BD = BC + CD = p + 2n = 25 Sumando miembro a miembro se tiene: 2m + 2p + 2n = 40, de donde: m + p + n = 20. Pero, MN = MB + BC + CN = m + p + n. Por lo tanto, MN = 20 cm Ejercicios

1.

Sobre una recta se tiene los puntos consecutivos A, B, C y D. Si AB = 3 BC = 4 CD y AD = 19 cm, hallar la medida del segmento BC . Respuesta: 4 cm

2.

Sobre una recta se tienen los puntos consecutivos A, B, C y D, de tal forma que: AD = 24 cm, AC = 15 cm y BD =17 cm. Hallar BC. Respuesta: 8 cm

3 Tres amigos viven en la misma calle de su colegio. Adrián camina en total 500m para ir de su casa al colegio y, regresando del colegio, hasta la casa de su amigo Beto. La casa de Carlos equidista de la de Adrián y de Beto. ¿Cuál es la distancia de la casa de Carlos al colegio? Respuesta: 250m

3.1.3 Ángulos

•

Definición de Ángulo

Se define comúnmente como ángulo a la unión de los dos rayos OA y OB que parten de origen común “O”, llamado vértice del ángulo. Los rayos que forman el ángulo reciben el nombre de lados. A Notación: ∠ AOB ó ∠ BOA

O B La medición de los ángulos considera la rotación del lado OB ( respecto al dibujo) hasta el lado OA en el sentido antihorario. La unida de medida de esta rotación es el grado que equivale a 1/ 360 de una rotación completa. Angulo Geométrico : Es un ángulo de medida comprendida entre 0° y 180°

• Medida de un Angulo Geométrico A todo ángulo AOB se le asigna un número real comprendido entre 0° y 180°, que se le conoce como la medida del ángulo AOB ( m∠ AOB) • Angulos Congruentes Dos ángulos son congruentes si tienen la misma medida. De esta manera: ∠ A ≅ ∠ B si y solo si m ∠ A = m ∠ B

86

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas • Bisectriz de un Angulo Se llama bisectriz de un ángulo a un rayo que parte del vértice del ángulo y lo divide en dos ángulos congruentes, es decir, de la misma medida. •

Clasificación de los Angulos

SEGUN SU MAGNITUD: Angulo Agudo: aquel cuya medida es mayor que 0° pero menor que 90° Angulo Recto: aquel cuya medida es igual a 90°

Angulo Obtuso: aquel cuya medida es mayor que 90° pero menor que 180°

SEGUN SU POSICION: Angulos Adyacentes: dos ángulos son adyacentes si tienen el mismo vértice y un lado común Angulos Consecutivos: son dos o más ángulos que tienen el mismo vértice y cada uno tiene con el siguiente un lado común. Angulos Opuestos por el Vértice: son dos ángulos en donde los lados de uno son rayos opuestos a los lados del otro. Los ángulos opuestos por el vértice son congruentes.

α

α

SEGÚN SUS CARACTERÍSTICAS Angulos Complementarios: dos ángulos son complementarios si sus medidas suman 90°. Los ángulos que miden α y β, son complementarios si α + β = 90°. Se dice entonces que α es el complemento de β ó que β es el complemento de α. Angulos Suplementarios: dos ángulos son suplementarios si sus medidas suman 180°. Los ángulos que miden α y β, son suplementarios si α + β = 180°. Se dice entonces que α es el suplemento de β ó que β es el suplemento de α

α

α

β

β

α + β = 90°

α + β = 180°

87

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 3.1.4 Paralelas y Perpendiculares

Rectas Paralelas

Se dice que dos rectas son paralelas si están situadas en un mismo plano y no tienen ningún punto común (no se intersecan)

Rectas Secantes

Se dice que dos rectas son secantes si se cortan (intersecan) y tienen por lo tanto un punto común (el punto de intersección)

Rectas Perpendiculares L2

Se dice que dos rectas son perpendiculares cuando al cortarse forman un ángulo recto. La perpendicularidad se denota por el símbolo “⊥”.

L 1 ⊥ L2 L1

• Distancia de un Punto a una Recta La distancia de un punto a una recta es la longitud del segmento perpendicular trazado desde el punto hacia la recta.

•P distancia de P a la recta L

L

3.1.5 Angulos Formados por dos Rectas Paralelas Cortadas por una Secante

1

2

3

4

5 7

6 8

88

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Designación Alternos Internos: Son los pares de ángulos internos (comprendidos entre las paralelas), no adyacentes, situados a distintos lados de la secante Alternos Externos: Son los pares de ángulos externos (situados hacia afuera de las paralelas), no adyacentes, situados a distintos lados de la secante Conjugados Internos: Son los pares de ángulos internos situados al mismo lado de la secante

Conjugados Externos: Son los pares de ángulos externos situados al mismo lado de la secante

Correspondientes: Son los pares de ángulos no adyacentes, uno interno y el otro externo, situados a un mismo lado de la secante

Propiedad

Son congruentes m∠ 3 = m∠ 6 ; m∠ 4 = m∠ 5

Son congruentes m∠ 1 = m∠ 8 ; m∠ 2 = m∠ 7

Son suplementarios m∠ 3 + m∠ 5 = 180° m∠ 4 + m∠ 6 = 180° Son suplementarios m∠ 1 + m∠ 7 = 180° m∠ 2 + m∠ 8 = 180° Son congruentes m∠ 1 = m∠ 5 ; m∠ 2 = m∠ 6 m∠ 3 = m∠ 7 ; m∠ 4 = m∠ 8

Ejemplos

1.

La diferencia entre el suplemento y el complemento de un ángulo es seis veces la medida del ángulo. Hallar la medida del ángulo.

Solución: De acuerdo al enunciado si α es la medida del ángulo, se tendrá: (180°-α) – (90°-α) = 6 α Entonces 6 α = 90°. Por lo tanto, α = 15°

2.

Se tiene dos ángulos complementarios. Hallar la suma de las medidas de los ángulos suplementarios a los primeros.

Solución:

Sean α y β las medidas de los ángulos complementarios. Sus suplementos tendrán por medidas respectivas: (180°-α) y (180°-β). La suma de la medida de estos ángulos será: S = (180°-α) + (180°-β) = 360° - (α + β). Como los primeros ángulos son complementarios, se tiene α y β = 90°. Por lo tanto, la suma S buscada será: S = 360° - 90° = 270°

3.

Dos ángulos adyacentes suplementarios AOB y BOC tienen sus medidas en la relación 2 a 3 respectivamente. Hallar la medida del ángulo formado por la bisectriz de AOB y el rayo OC

89

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Solución:

De acuerdo al enunciado, m∠ AOB = 2K y m∠ BOC = 3K. Pero por ser ángulos suplementarios se tendrá: 2K + 3K = 180° de donde 5K = 180°, de donde K = 36° De esta manera, los ángulos AOB y BOC medirán 72° y 108° respectivamente. El ángulo buscado es el ángulo XOC indicado en la figura siguiente, cuya medida será: m∠ XOC = 108° + 36° = 144°. B 36° 108° C

4.

36°

O

X A

Las medidas de dos ángulos conjugados externos entre paralelas son (2x + 20°) y 50° Hallar x.

Solución: Los ángulos conjugados externos son suplementarios 50° + (2x + 20°) = 180° 2x = 110° x = 55°

Ejercicios

1.

Dos ángulos suplementarios se diferencian en 40°. Calcular el suplemento del complemento del menor de ellos. Respuesta: 160°

2.

La bisectriz de un ángulo α forma con uno de sus lados un ángulo θ que es igual a la octava parte del suplemento de α. Calcular α. Respuesta: 36°

3.

Se tiene los ángulos consecutivos AOB y BOC. Hallar la medida del ángulo formado por el rayo OA y la bisectriz del ángulo BOC si: m∠ AOB + m∠ AOC = 40° Respuesta: 20°

4

Se tiene dos ángulos consecutivos AOB, BOC. Se traza las bisectrices OP y OQ de los ángulos AOB y BOC respectivamente. Halle la medida del ángulo COQ, sabiendo que las bisectrices forman ángulo recto y que m∠POB = 40°. Respuesta: 50°

90


TRIANGULOS

3.2.1 Definición Dados tres puntos no colineales A, B y C, se denomina triángulo ABC a la reunión de los segmentos AB , BC y AC . Se denota por ∆ABC . La región del plano limitada por el triángulo se define como interior del triángulo o región triangular. 3.2.2 Elementos Interior del triángulo A

m

c

b

n C B

a

p

Los elementos de un triángulo son los siguientes:

•

Vértices Son los extremos comunes de los segmentos que forman el triángulo (A, B y C)

•

Lados Son los segmentos que definen el triángulo ( AB , BC y AC ). Usualmente, las longitudes de los lados se denotan con letras minúsculas correspondientes a los vértices opuestos. Notación: AB = c, BC = a y AC = b.

•

Ángulos interiores Son los ángulos formados al interior del triángulo por dos lados y el vértice común. (∠A, ∠B y ∠C)

•

Ángulos exteriores Son los ángulos formados al exterior del triángulo por un lado, un vértice y la prolongación del lado consecutivo (∠m, ∠n y ∠p)

3.2.3 Perímetro Se denomina perímetro de un triángulo a la suma de las longitudes de sus tres lados. El perímetro se denota usualmente por el símbolo “2p”. La notación p se reserva para el semi perímetro. De esta manera, se tiene: Perímetro:

2p = a + b + c

91


Semiperímetro :

p=

a+b+c 2

3.2.4 Clasificación Los triángulos se clasifican de acuerdo a sus lados y de acuerdo a sus ángulos.

•

De acuerdo a sus lados:

Equilátero:

si tiene sus tres lados congruentes

En el caso del triángulo equilátero, los tres ángulos interiores también son congruentes y miden 60° cada uno. Isósceles:

si tiene dos lados congruentes.

base

En el caso del triángulo isósceles, usualmente el lado desigual se denomina “base”. Por otro lado, a los lados congruentes se oponen ángulos congruentes. Escaleno:

•

si tiene sus tres lados de diferentes longitudes

De acuerdo a sus ángulos:

Rectángulo: si tiene un ángulo recto

Hipotenusa Catetos

En el triángulo rectángulo, el lado opuesto al ángulo recto recibe el nombre de hipotenusa, mientras que los otros dos lados se llaman catetos. 92

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Acutángulo: si tiene sus tres ángulos agudos Obtusángulo:

si tiene un ángulo obtuso (mayor que 90°)

ángulo obtuso

T. Acutángulo

T. Obtusángulo

3.2.5 Líneas y Puntos Notables en un Triángulo Bisectriz Interior:

es el rayo que parte de un vértice y divide al ángulo interior respectivo en dos ángulos congruentes. En todo triángulo se pueden trazar tres bisectrices interiores, las cuales se cortan en un punto interior al triángulo denominado “incentro”.

Mediana:

es el segmento de recta que une un vértice del triángulo con el punto medio del lado opuesto. En todo triángulo se pueden trazar tres medianas, las cuales se cortan en un punto interior al triángulo denominado “baricentro”.

Mediatriz:

es la recta perpendicular a un lado del triángulo, trazada desde su punto medio. En todo triángulo se pueden trazar tres mediatrices, las cuales se cortan en un punto llamado “circuncentro”.

Altura:

es el segmento perpendicular trazado desde un vértice hasta el lado opuesto o a su prolongación. En todo triángulo se puede trazar tres alturas, las cuales se cortan en un punto que recibe el nombre de “ortocentro”.

bisectriz

mediana

α α

Mediatriz

altura

93

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Observaciones:

El incentro, baricentro, circuncentro y ortocentro de un triángulo reciben el nombre de puntos notables del triángulo. El circuncentro de un triángulo se ubica: • en el interior del triángulo, en el caso de triángulo acutángulo • en el punto medio de la hipotenusa, en el caso de triángulo rectángulo • en el exterior del triángulo, en el caso de triángulo obtusángulo El ortocentro de un triángulo se ubica: • en el interior del triángulo, en el caso de triángulo acutángulo • en el vértice del ángulo recto, en el caso de triángulo rectángulo • en el exterior del triángulo, en el caso de triángulo obtusángulo

Propiedades:

• • •

• •

De la Bisectriz: Todo punto de la bisectriz de un ángulo, equidista de sus lados De la Mediatriz: Todo punto de la mediatriz de un segmento equidista de los extremos del segmento. Del Baricentro: El baricentro divide a cada mediana de un triángulo en dos segmentos, uno desde el vértice al baricentro y el otro desde el baricentro al lado, cuyas medidas están, respectivamente, en la relación 2 a 1 Del Incentro: El incentro de un triángulo equidista de los tres lados y además, es el centro de la circunferencia inscrita en el triángulo. Del Circuncentro: El circuncentro equidista de los tres vértices del triángulo y además, es el centro de la circunferencia circunscrita al triángulo.

3.2.6 Propiedades Básicas en el Triángulo

•

Sobre Desigualdades

A

B C Propiedad 1: En todo triángulo, a mayor lado se opone mayor ángulo y viceversa. AC > AB es equivalente a m∠B > m∠C Propiedad 2: En todo triángulo, la longitud de un lado es menor que la suma de las longitudes de los otros dos, pero mayor que su diferencia (Desigualdad triangular).

AC - AB < BC < AB + AC

94


Relativas a los Ángulos

Propiedad 1:

En todo triángulo, la suma de los ángulos interiores es 180° m∠A + m∠B + m∠C = 180°

Propiedad 2:

En todo triángulo, un ángulo exterior es igual a la suma de los ángulos interiores no adyacentes a dicho ángulo

α

x=α+β

β

x

x Propiedad 3:

La suma de los ángulos exteriores de un triángulo es 360°

z

x + y + z = 360°

y 3.2.7 Segmentos en el Triángulo Base Media de un Triángulo

El segmento que une los puntos medios de dos lados de un triángulo es paralelo al tercer lado y además, su longitud es igual a la mitad del lado al cual es paralelo. A

M

N

B C Así, en el triángulo ABC mostrado, si M y N son puntos medios de AB y AC respectivamente, entonces,

MN es paralelo a BC y además: MN =

BC 2

Mediana Relativa a la Hipotenusa de un Triángulo Rectángulo

La mediana relativa a la hipotenusa de un triángulo rectángulo mide la mitad de la hipotenusa. 95

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 3.2.8 Congruencia y Semejanza de Triángulos

• Congruencia de Triángulos Se dice que dos triángulos son congruentes cuando sus tres lados y sus tres ángulos son congruentes dos a dos: m∠ A = m∠ M m ∠ B = m∠ N m∠ C = m∠ P

AB = MN BC = NP AC = MP Se denota: ∆ABC ≡ ∆MNP A

M

≡ B

C

N

P

Casos de Congruencia de Triángulos

Dos triángulos son congruentes si tienen un lado congruente y los ángulos adyacentes a él respectivamente congruentes (caso ángulo-lado-ángulo) Dos triángulos son congruentes si tienen un ángulo congruente y los lados que lo forman respectivamente congruentes (caso lado-ángulo-lado) Dos triángulos son congruentes si tienen sus tres lados respectivamente congruentes (caso lado-lado-lado)

• Semejanza de Triángulos Se dice que dos triángulos son semejantes si tienen la misma forma pero distinto tamaño. Formalmente, esto se expresa diciendo que sus pares de ángulos correspondientes son congruentes y las longitudes de sus lados correspondientes u homólogos son proporcionales. La razón de proporcionalidad se conoce como “razón de semejanza”. ∠A≅∠M ∠B≅∠N ∠C≅∠P

Se denota: ∆ABC ∼ ∆MNP

AB BC AC = = =r MN NP MP A M

∼ B

C

N

P

Casos de Semejanza

Dos triángulos son semejantes si tienen sus ángulos correspondientes respectivamente congruentes (caso AAA) Dos triángulos son semejantes si tienen un ángulo congruente y las longitudes de los lados que lo forman respectivamente proporcionales (caso LAL) Dos triángulos son semejantes si las longitudes de sus lados correspondientes u homólogos son respectivamente proporcionales (caso LLL) 96

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Ejemplos

1.

La distancia del centro de un triángulo equilátero a uno de los vértices es 2n. Hallar la distancia del centro a un lado.

De acuerdo al enunciado, la distancia OA = 2n Se desea calcular la distancia OH. A

Solución:

El centro de un triángulo equilátero es a su vez baricentro del triángulo. Por propiedad de baricentro, se tendrá entonces: OA = 2 OH

O

OH (distancia del centro a un lado) = n

H 2.

Dos lados de un triángulo miden 10 u y 1 u. Si la medida del tercer lado está expresada por un número entero, indicar de qué clase es el triángulo según sus lados.

Solución: Por la propiedad de desigualdades entre los lados de un triángulo, el tercer lado debe medir menos que la suma de los otros dos lados pero más que su diferencia. Si la medida del tercer lado es “x”, se tendrá: (10 – 1) < x < (10 + 1) 9 < x < 11. Como x debe ser entero (por condición del problema), el único valor que puede adoptar es 10. Por lo tanto, el triángulo será isósceles, pues dos de los lados medirán 10 u.

3.

Un ángulo externo de un triángulo mide 140°. De los ángulos internos no adyacentes al primero, uno es el triple del otro. Hallar la medida del mayor ángulo interno del triángulo.

Solución: La medida del ángulo externo es igual a la suma de las medidas de los ángulos internos no adyacentes. 140° = 3x + x = 4x ; de donde se obtiene: x = 35° Por lo tanto, los ángulos internos del triángulo miden : 35°, 105° y 40° El mayor de los ángulos mide 105°.

4.

En un triángulo ABC, m∠ B - m∠ A = 76° y la bisectriz del ángulo C corta al lado opuesto en D. Hallar la medida del ángulo CDB.

Solución: Si se considera que el ángulo A mide α, de acuerdo al dato del problema, el ángulo B medirá α+76°. De esta manera, se tendrá lo mostrado en la siguiente figura:

C x

Suma de ángulos internos en el ∆ABC: 2x + 2α + 76 = 180 2(x + α) = 104 x + α = 52

x

Pero el ángulo CDB es ángulo externo en el triángulo CDA entonces m∠ CDA = x + α B

α+76°

α D

A

Por lo tanto, m∠ CDA = 52°

97


Se tiene un triángulo ABC, en cuyo interior se ubica el punto O, tal que BO es bisectriz del ángulo B y CO es bisectriz del ángulo C. Si el ángulo BOC mide 110°, hallar la medida del ángulo A.

Solución:

En el triángulo BOC: α + β = 70°

B

α

En el triángulo ABC: m∠ A + 2α + 2β = 180°

α O

β

m∠ A = 40°

β

A

6.

m∠ A = 180° - 2 (α + β) = 180° - 2 ( 70° )

110°

C

En un triángulo rectángulo ABC, recto en B se traza la mediana BM y luego se ubica “N”, punto medio de BM . Si G es el baricentro del triángulo ABC y NG = 1 cm, hallar la medida de la hipotenusa AC .

Solución: Sea BM = a Si N es punto medio de BM , entonces BN = NM = a/2

2a a y GM = 3 3 a a a NG = NM – GM = − = 1 entonces = 1 , de donde a = 6 2 3 6 Si G es baricentro , entonces AG =

Por propiedad la hipotenusa mide el doble de lo que mide la mediana relativa a ella. Por lo tanto, AC = 2 a = 12 cm.

7.

En la figura mostrada, hallar PQ. A P

2 cm

Q

4 cm B

C

12 cm

Solución: Puede observarse que ∆ABC ~ ∆APQ De la semejanza se tiene:

2 (2 + 4) = PQ 12

6 PQ = 24 ; de donde: PQ = 4 cm.

98


En la figura, L1 // L2. Hallar α. 120°

L1

α 50°

L2 Solución: El ángulo adyacente suplementario al de 120° medirá 60°. Prolongando el segmento en la línea puntada aparece en el triángulo formado un ángulo de 60º con la recta L2. Se tendrá que el tercer ángulo del triángulo mide 70º y como es suplementario con α, se tiene α =110°

Ejercicios

1.

Dado un triángulo obtusángulo ABC, obtuso en B, se construye exteriormente a él, el triángulo equilátero ACD, cuyos lados tienen por longitud un número entero. Hallar el perímetro del triángulo ACD, si AB = 2 cm y BC = 15 cm. Respuesta: 48 cm.

2.

En la figura, a + b = 36 cm. Hallar el mayor valor entero de x. 10 cm

a x

8 cm

b

Respuesta: x = 26 cm 3.

En un triángulo ABC, recto en B, se traza la bisectriz interior BD . Hallar el ángulo que forman las bisectrices de los ángulos BAD y BDC. Respuesta: 22° 30’

4.

El ángulo formado por las bisectrices interiores de los ángulos B y C de un triángulo ABC es el doble del ángulo A. Hallar el mayor ángulo del triángulo, si se sabe que: m∠ B - m∠ C = 20° Respuesta: 70°

5.

Se tiene el triángulo acutángulo ABC. Al unir el circuncentro M con los vértices A y B, se determina el ángulo AMB, cuya medida es α. Hallar la medida del ángulo C del triángulo. Respuesta: α/2.

99


En la figura, AQ = QC y BQ = BC. Hallar el ángulo A del triángulo , si el ángulo B mide 84°. B

Q

A

C Respuesta: 24°

7.

En un triángulo ABC la mediatriz del lado AC y la bisectriz del ángulo A del triángulo se cortan en un punto P ubicado sobre el lado BC . Si el ángulo B del triángulo mide 120°, hallar la medida del ángulo A. Respuesta: 40°

8.

En un triángulo ABC se traza la altura BH y la mediana AM , las cuales se cortan en N. Si N es punto medio de la mediana AM y BH = 4 cm, hallar NH. Respuesta: 1 cm.

9.

En un triángulo rectángulo la distancia del ortocentro al circuncentro es 7 cm. Calcular la medida de la hipotenusa. Respuesta: 14 cm.

10.

Se tiene un triángulo rectángulo ABC, recto en B. Se traza la altura BH relativa a la hipotenusa. Si AB = 6 cm y AH = 4cm, hallar HC. Respuesta: 5 cm.

11.

Si L1 // L2 , determinar el valor de: α +β + γ

L1

α θ β φ γ

L2

Respuesta: = θ + φ

100


En la figura se muestra un cuadrado y dos rectas paralelas. Hallar el ángulo α. 100°

x Respuesta: 10°

13.

¿Qué relación cumplen α y β en cada uno de los casos siguientes? a.

b.

α

β α

β

Respuesta: α = β

Respuesta: α + β = 180°

14. En una mesa de billar una bola que choca contra una banda rebota formando ángulos congruentes (ver figura). Si CD = 63 cm, CB = 20 cm y AD = 15cm, ¿a qué distancia del punto C y sobre la banda, debe rebotar la bola que está en A para chocar después con la bola B? C

D

α B

A

Respuesta: La bola rebotará a 36 cm del punto C.

101


CUADRILATEROS

3.3.1 Definición Dados cuatro puntos coplanares y no colineales A, B, C y D se denomina cuadrilátero ABCD a la reunión de los segmentos AB , BC , CD y AD . Se denota por ABCD.. La región del plano limitada por el cuadrilátero se define como interior del cuadrilátero o región cuadrangular. 3.3.2 Elementos A

m D q

n C B

p

Los elementos de un cudrilátero son los siguientes:

•

Vértices Son los extremos comunes de los segmentos que forman el cuadrilátero (A, B, C y D)

•

Lados Son los segmentos que definen el cuadrilátero ( AB , BC , CD y AD ). Los lados que no tienen ningún vértice común reciben el nombre de lados opuestos.

•

Angulos interiores Son los ángulo formados al interior del cuadrilátero por dos lados y el vértice común. (∠A, ∠B, ∠C y ∠D)

En todo cuadrilátero se verifica que la suma de ángulos interiores es igual a 360°: m∠A + m∠B + m∠C + m∠D = 360°

•

Angulos exteriores Son los ángulos formados al exterior del cuadrilátero por un lado, un vértice y la prolongación del lado consecutivo (∠m, ∠n, ∠p y ∠q)

En todo cuadrilátero se verifica que la suma de ángulos exteriores es igual a 360°. m∠m +m∠n +m∠p +m∠q = 360°

•

Diagonales Son los segmentos de recta que unen dos vértices no consecutivos ( AC y BD )

102

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 3.3.3 Clasificación En general, los cuadriláteros se clasifican atendiendo a la forma de su contorno. Así, se tiene:

•

Cuadriláteros convexos: Aquellos en que todos sus ángulos interiores son menores de 180° En los cuadriláteros convexos, cualquier segmento que una dos puntos del interior del cuadrilátero está totalmente contenido en el cuadrilátero

•

Cuadriláteros no convexos: Aquellos en que al menos uno de sus ángulos interiores es mayor de 180°. En los cuadriláteros no convexos, existe al menos un segmento que une dos puntos del interior del cuadrilátero, pero que no está totalmente contenido en el cuadrilátero.

C. Convexo

C. no Convexo

3.3.4 Clasificación de los Cuadriláteros Convexos Los cuadriláteros convexos se clasifican como sigue:

•

Paralelogramos • Son aquellos cuadriláteros que tienen dos pares de lados opuestos paralelos

Rectángulo Es aquel paralelogramo que tiene un ángulo recto.

Consecuentemente, tiene cuatro ángulos rectos • Rombo Es aquel paralelogramo que tiene dos lados consecutivos congruentes.

Consecuentemente, tiene cuatro lados congruentes • Cuadrado Es aquel paralelogramo que tiene dos lados consecutivos congruentes y un ángulo recto.

Consecuentemente, tiene cuatros ángulos rectos y cuatro lados congruentes

103


Trapecios • Son aquellos cuadriláteros que tienen un par de lados paralelos, los cuales reciben el nombre de “bases” del trapecio.

Rectangular Es aquel que tiene uno de sus lados perpendicular a las bases. Consecuentemente, tiene dos ángulos rectos.

Base menor

•

Isósceles Es aquel que tiene sus lados no paralelos congruentes.

•

Escaleno Es aquel que tiene sus lados no paralelos no congruentes.

Trapezoides • Son aquellos cuadriláteros que no tienen ningún par de lados opuestos paralelos.

Simétrico Es aquel en el que alguna de sus diagonales constituye una línea de simetría de la figura. Se verificará que una de las diagonales es mediatriz de la otra.

•

Asimétrico Es aquel que no presenta simetría alguna.

Base mayor

•

3.3.5 Definiciones en el Trapecio B

M

A

C

•

Mediana del Trapecio Es el segmento de recta que une los puntos medios de los lados no paralelos del trapecio. Se le conoce también con el nombre de “base media”.

•

Altura del Trapecio Es el segmento perpendicular entre las bases.

N

H

D

104

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 3.3.6 Propiedades

•

En los Paralelogramos ¾ En todo paralelogramo, los lados opuestos son congruentes ¾ En todo paralelogramo, los ángulos opuestos son congruentes y los ángulos adyacentes a un mismo lado son suplementarios ¾ En todo paralelogramo, las diagonales se cortan mutuamente en partes iguales

Rectángulo Rombo ¾ Las diagonales son congruentes SI NO ¾ Las diagonales son perpendiculares NO SI entre sí ¾ Las diagonales bisecan los ángulos del NO SI vértice • En los Trapecios ¾ La mediana de un trapecio es igual a la semisuma de las bases b

M

N

MN =

Cuadrado SI SI

SI

B+b 2

B ¾ En todo trapecio, el segmento de recta que une los puntos medios de las diagonales es igual a la semidiferencia de las bases. b E

EF =

F

B−b 2

B ¾ En todo trapecio isósceles se verifica que: Los ángulos adyacentes a una misma base son congruentes Los ángulos opuestos son suplementarios Las diagonales son congruentes Las proyecciones de los lados congruentes sobre la base mayor del trapecio son iguales a la semidiferencia de las bases. B

m= m

B

B−b 2

m

105


1.

En la figura, hallar la medida del ángulo x, si ABCD es un cuadrado y AFD y CDE son triángulos equiláteros. B C F x

E

A D Solución: Como el triángulo AFD es equilátero, el ángulo FDA medirá 60°. En consecuencia, el ángulo FDC medirá 30°. De la misma manera, al ser el triángulo CDE equilátero, el ángulo CDE medirá 60°. En el triángulo FDE, el ángulo FDE medirá 90° (= 30° + 60°) Como: AD = FD (por ser AFD un triángulo equilátero) CD = DE (por ser CDE un triángulo equilátero) y además AD = CD (por ser ABCD un cuadrado) se concluye que FD = DE. Consecuentemente, el triángulo FDE será isósceles rectángulo y el ángulo x medirá entonces 45°.

2.

En un paralelogramo ABCD, el ángulo B mide 120°. Hallar el mayor ángulo formado por la bisectriz interior del ángulo A y la mediatriz del lado CD

Solución:

B

C

120° x

30° A

3.

30°

90° 120°

D

El ángulo A medirá 60° y la bisectriz de A determinará ángulos de 30°. El ángulo D (opuesto a B) medirá 120°. La mediatriz determina con el lado CD un ángulo de 90°. El ángulo buscado es el ángulo “x” el cual se determina en el cuadrilátero formado por los lados AD y CD , la bisectriz de A y la mediatriz de CD . x = 360° - (30° + 120° + 90°) = 120°

En un trapecio, la relación entre el segmento que une los puntos medios de las diagonales y la mediana es 3/5. Calcular la relación que existe entre las bases del trapecio (base menor (b) / base mayor (B)).

Solución: Se sabe que la mediana de un trapecio mide (B+b)/2 y que el segmento que une los puntos medios de las diagonales mide (B-b)/2. De acuerdo al enunciado, se tendrá:

106

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas B−b 2 =3 B+b 5 2

B−b 3 = B+b 5

por lo tanto 5 B – 5 b = 3 B + 3b

2B = 8 b

Conclusión:

de donde

b/B = 1/4

Ejercicios

1.

En un trapecio de bases BC = 4 cm y AD = 12 cm se traza la diagonal AC

que corta

a la mediana del trapecio MN en el punto E. Hallar la relación entre las medidas de

EN y ME , sabiendo que M se halla sobre el lado AB . Respuesta: 3 cm. 2.

Si las diagonales de un trapecio dividen a la mediana en tres partes iguales, ¿en qué relación están las bases (base mayor / base menor)? Respuesta: 2:1

3.

Dado un rectángulo ABCD, se traza la bisectriz interior del ángulo D, que corta al lado BC en E. Calcular la medida del segmento que une los puntos medios de BD y AE , sabiendo que el lado menor del rectángulo mide 5 m. Respuesta: 2.5 m

4.

Dado un paralelogramo ABCD donde AB = 12 cm y BC = 15 cm. Se traza la bisectriz interior del ángulo B que corta AD en H. Hallar HD. Respuesta: 3 cm

5.

Si AC = 36 m, determine el valor de EC.

B

C

. . E

A

M

D

Respuesta: 24 m

107


CIRCUNFERENCIA Y CIRCULO

3.4.1 Definiciones

•

Circunferencia: Se denomina circunferencia al conjunto de puntos que equidistan de otro punto fijo llamado centro, ubicados en un mismo plano.

•

Círculo: Se denomina círculo a la región del plano limitada por una circunferencia.

Toda circunferencia o círculo quedan definidas al especificar su centro y su radio.

3.4.2 Elementos Centro (O): punto equidistante todos los puntos de la circunferencia

de

Radio ( OA ): segmento que une el centro de la circunferencia con un punto cualquiera de la misma

C A

Cuerda ( BC ): segmento que une dos puntos cualesquiera de la circunferencia

B D

E

O

S

P

Diámetro ( DE ): segmento que une dos puntos de la circunferencia y pasa por el centro de la misma.

↔

Secante ( S ): recta que circunferencia (en dos puntos)

corta

a

la

↔

T

Tangente ( T ): recta contenida en el plano de la circunferencia y que toca a ésta en punto (P), denominado “punto de tangencia” o “punto de contacto”.

( Arco ( AE ): parte de la circunferencia comprendida entre dos puntos de ella. La medida de un arco es igual a la del ángulo central formado por los radios que lo subtienden

108

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 3.4.3 Regiones Circulares Sector Circular Segmento Circular Es la parte del círculo limitada por dos Es la parte del círculo limitada por una radios y por el arco subtendido cuerda y el arco que subtiende.

Corona Circular Trapecio Circular Es la porción del plano comprendida entre Es la porción del plano limitada por dos dos circunferencias concéntricas circunferencias concéntricas y dos radios

3.4.4 Algunas Propiedades en la Circunferencia

•

Toda recta tangente a una circunferencia es perpendicular al radio trazado desde el centro hasta el punto de contacto. P (punto de tangencia)

T O

•

Los segmentos tangentes a una circunferencia trazados desde un punto exterior son congruentes. A

o

P

PA = PB

B

109


Un radio de una circunferencia biseca a una cuerda si y solo si el radio y la cuerda son perpendiculares.

O

•

En toda circunferencia, a arcos congruentes corresponden cuerdas congruentes, y si dos arcos no son congruentes, a mayor arco corresponde mayor cuerda. A

• B

(

(

Si AB ≅ CD ⇒ AB = CD D C

•

3.4.5 Posiciones Relativas de Dos Circunferencias

•

(d: distancia entre los centros)

Exteriores

R d

•

Tangentes Exteriormente

r

d>R+r

R r d=R+r

d

•

Secantes

R

r d
d

110


Tangentes Interiormente

d r

d=R–r

R

•

Interiores

d d
r

•

R

Concéntricas

•

d=0

3.4.6 Ángulos en la Circunferencia y su Medida Un arco de una circunferencia se mide en grados. La medida del arco correspondiente a una circunferencia es 360° y el correspondiente a una semicircunferencia es 180°.

arco mayor

•

arco menor

Angulo Central

Es aquel que tiene como vértice el centro de la circunferencia y como lados dos radios de la misma. Su medida es igual a la medida del arco menor que subtiende (interceptado). A

(

x

x = m( AB ) B

111


Angulo Inscrito

Es aquel que tiene su vértice sobre la circunferencia y sus lados son dos cuerdas de la misma. Su medida es igual a la mitad de la medida del arco que subtiende.

A

(

x

x=

m( AB ) 2

B

Se cumple lo siguiente:

• • •

El ángulo inscrito en una semicircunferencia mide 90° Todos los ángulos inscritos en un mismo arco son congruentes En todo cuadrilátero inscrito en una circunferencia, los ángulos opuestos son suplementarios.

Como caso particular se tiene el llamado ángulo semi-inscrito, cuyo vértice se encuentra sobre la circunferencia, siendo sus lados una cuerda y una tangente. Su medida es igual a la mitad de la medida del arco interceptado. A x

( x=

m( AB ) 2

B

•

Angulo Interior

Es aquel que tiene su vértice en el interior de la circunferencia y sus lados son dos cuerdas que se cortan. Su medida es igual a la semisuma de las medidas de las medidas de los arcos interceptados. B

x=

x D

(

(

A

m( AD ) + m( BC ) 2

C

112


Angulo Exterior

Es aquel formado por dos secantes, por una secante y una tangente, o por dos tangentes a una circunferencia, que se intersecan en un punto fuera de la circunferencia. Su medida es igual a la semidiferencia de las medidas de los arcos interceptados B

x=

x

(

(

A

m( BC ) − m( AD ) 2

D C

3.4.7 Longitud de una Circunferencia La longitud de una circunferencia se denota por C y es igual al producto del diámetro por la constante π ( = 3.14159….). La longitud de un arco de circunferencia será proporcional a la fracción de circunferencia que representa dicho arco. A C=πD=2πR

R

⎛ α ⎞ ⎟ ⎝ 360 ⎠

Larc(AB) = 2πR ⎜ B

π es una de las constantes matemáticas más importantes y juega un papel fundamental en muchos cálculos y demostraciones en las matemáticas, física y otras ciencias, así como en la ingeniería. El valor de π es aproximadamente 3.141592. El matemático griego Arquímedes (287 – 212 a.c.) encontró que el valor de π estaba comprendido entre 3

1 10 y 3 7 71

113


1.

En una circunferencia se encuentra inscrito un trapecio ABCD, de tal forma que: m∠ A = 50°, siendo BC su base menor. Hallar la medida del arco BAD.

Solución: B

C El ángulo A del trapecio es un ángulo inscrito en la circunferencia. Por medida del ángulo inscrito, el arco BCD medirá 100° (el doble del ángulo A). Por lo tanto, el arco BCD buscado habrá de medir:

2.

50°

(

A

D

360° - m(BCD) = 360° - 100° = 260°

En la figura, OA es radio, CA y CB son tangentes a la circunferencia y AN es perpendicular a BC . Hallar el ángulo x. A

30° x

C

O

N B Solución: Como el radio es perpendicular a la tangente, el ángulo NAC medirá 60°. En el triángulo rectángulo ANC, el ángulo buscado medirá entonces 90° - 60° = 30°

3.

En una circunferencia de radio 36 m, determinar la longitud del arco que subtiende un ángulo central de 10°

Solución:

En general, la longitud de un arco está dada por la relación: L(arco) = Para este caso en particular, se tendrá:

L(arco ) =

2πRα° 360°

( 2π )(36)(10) = 2π m 360

La longitud de arco será 6.28 m

114


1.

En la figura mostrada, T es punto de tangencia y el arco AF mide 132°. Calcular la medida del ángulo α. T

E

α

60°

F

A

Respuesta: 27° 2.

En una circunferencia se trazan las cuerdas AB y CD que se cortan en F. Si la medida del arco AD es dos veces la del arco BC y además, el ángulo BFD mide 105°, hallar la medida del arco BC. Respuesta: 50°

3.

Desde un punto P exterior a una circunferencia se traza la tangente PT y la secante PAB . Si el arco ATB mide 120° y el ángulo TPB es igual a 40°, calcular la medida del ángulo TBP. Respuesta: 10°

4.

En la figura mostrada, hallar la relación entre las medidas de los arcos PQ y AF. A P 30°

80°

R

Q F Respuesta: 5/11 5.

En el cuadrado circunscrito mostrado, hallar el ángulo “x”.

x Respuesta: 67° 30′

115


RELACIONES METRICAS EN EL TRIANGULO

Son las diferentes fórmulas que relacionan las longitudes de los lados y de los segmentos notables en un triángulo. Es posible distinguir: • Relaciones métricas en el triángulo rectángulo • Relaciones métricas en el triángulo oblicuángulo

3.5.1 Relaciones Métricas en el Triángulo Rectángulo Si en un triángulo rectángulo ABC, recto en A, se traza la altura AH relativa a la hipotenusa, dicha altura dividirá a la hipotenusa en dos segmentos BH y HC , que serán respectivamente, las proyecciones de los catetos AB y AC sobre la hipotenusa. Al denotar las longitudes de los segmentos de la siguiente manera: AB = c ; BC = a ; AC = b ; AH = h ; BH = m ; HC = n, se verificarán las siguientes relaciones métricas: A h2 = m. n

c

h

c2 = a.m b2 = a.n

b

b.c = a.h m

n

B

H

C a

Se cumple igualmente el llamado teorema de Pitágoras, el cual establece que en todo triángulo rectángulo se cumple que: “la suma de los cuadrados de las longitudes de los catetos es igual al cuadrado de la longitud de la hipotenusa”. a2 = b2 + c2

•

Triángulos Rectángulos Notables

Triángulo 45°-45°:

L

L 2

Es un triángulo isósceles rectángulo cuyos catetos (L) son los lados de un cuadrado y cuya hipotenusa ( L 2 ) es una diagonal del cuadrado. La medida de los catetos es proporcional a 1 y la medida de la hipotenusa es proporcional a 2

L

116

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Triángulo 30°-60°:

L 3

2L

Es un triángulo rectángulo formado por un lado (2L), la mitad de otro lado (L) y una altura ( L 3 ) de un triángulo equilátero. La hipotenusa mide el doble el cateto menor y el cateto mayor mide 3 veces el cateto menor.

L Cabe también señalar entre los triángulos rectángulos Pitagóricos (que tienen por longitudes de sus lados números enteros), a los triángulos 3 - 4- 5 y 5 –12 -13, como los más usuales.

PITAGORAS

Pitágoras fue originario de la isla de Samos, situado en el Mar Egeo. En la época de este filósofo la isla era gobernada por el tirano Polícrates. Como el espíritu libre de Pitágoras no podía avenirse a esta forma de gobierno, emigró hacia el occidente, fundando en Crotona (al sur de Italia) una asociación que no tenía el carácter de una escuela filosófica sino el de una comunidad religiosa. Por este motivo, puede decirse que las ciencias matemáticas han nacido en el mundo griego de una corporación de carácter religioso y moral. Ellos se reunían para efectuar ciertas ceremonias, para ayudarse mutuamente, y aun para vivir en comunidad. En la Escuela Pitagórica podía ingresar cualquier persona. Se dice que Pitágoras se casó con una de las alumnas. Nació : alrededor del 580 AC en Samos, Ionia Falleció : alrededor del 500 AC en Metapontum, Lucania

Debido a la influencia política que tuvo la Escuela en esa época, influencia que era contraria a las ideas democráticas existentes, se produjo, tal vez, después del año 500 una revuelta contra ellos, siendo maltratados e incendiadas sus casas. Pitágoras se vio obligado a huir a Tarento, situada al sur de Italia. Algunos piensan que un año más tarde murió asesinado en otra revuelta popular en Metapontum.

Se debe a Pitágoras el carácter esencialmente deductivo de la Geometría y el encadenamiento lógico de sus proposiciones, cualidades que conservan hasta nuestros días.

117

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Ejemplos 1.

En un triángulo rectángulo, los catetos miden 6 m y 8 m. Hallar el perímetro del triángulo.

Solución: Se trata de un triángulo rectángulo 3-4-5. Por lo tanto, la hipotenusa medirá 10 m (resultado que puede obtenerse también aplicando el Teorema de Pitágoras). 10 m + 8 m + 6 m = 24 m El perímetro del triángulo será: 24 m

2. En un triángulo 3-4-5, la hipotenusa mide 20 cm. ¿A cuánto es igual el producto de las longitudes de los catetos? Solución: La medida de los catetos es 3K y 4K. La medida de la hipotenusa es 5K. Pero 5K = 20 de donde K = 4. Por lo tanto, los catetos miden: 3K = 3 x 4 = 12 ; 4K = 4 x 4 = 16 Consecuentemente, el producto de los catetos es: 16 x 12 = 192 cm2

3.

3 , hallar BC.

En la figura, si AB = B

C 30° A

30°

D

Solución

3 3 y BD = (por ser ABD un triángulo 30-60) 2 2 3 1 Si AD = , entonces: CD = (por ser ACD un triángulo 30-60) 2 2

Si AB =

3 , entonces: AD =

Entonces BC = BD – BC = 3/2 –1/2 =1 Por lo tanto: BC = 1 cm

118


1. En el cuadrilátero ABCD mostrado, se sabe que: m ∠A = 45°, m ∠B = 172°, m ∠C = 83°. Si AB = 5 2 cm y BC = 5 cm, hallar la medida de CD . C B

D

A

Respuesta: B x

2. En la figura mostrada, calcular la medida del segmento AB

16 3 cm. 3

10

A

C 5

17

Respuesta:

22 u.

3. De la figura mostrada, calcule “x” D

8u

4,5u

x

Respuesta:

10 u

4. La figura muestra el esquema de la planta de una tienda. Calcule el ancho de la puerta “x”

11m

5m 9m

x Respuesta: 5m

8m 5. En un trapecio rectángulo ABCD, recto en A y D. a. Calcule BC si AB = 11 m, AD = 3 m y DC = 15 m b. Calcule AB si BC = 20 m, AD = 12 m y CD = 36 m. c. Calcule BD si AB = 20 cm, CD = 28 cm y BC = 17 cm.

Respuesta: a: 5m. b: 20 m c: 25m

119


POLIGONOS

3.6.1 Definición de Polígono Sean A, B, C, D, E …… puntos distintos de un mismo plano. La unión de los segmentos AB , BC , CD , ….. recibe el nombre de polígono si se cumplen las siguientes propiedades:

• •

No es posible que descansen sobre una misma recta dos segmentos que tengan un punto en común Dos segmentos cualesquiera sólo pueden intersectarse en sus extremos

A

β5 E

β1

α1

B

α5

α2 β2

β4

α4 D

α3 β3

C

La longitud total del contorno de un polígono recibe el nombre de “perímetro del polígono”. La porción de plano limitada por un polígono recibe el nombre de “región poligonal”.

3.6.2 Elementos Los elementos de un polígono son:

•

Lados ( AB , BC , CD , …) Son los segmentos rectilíneos que delimitan el polígono

•

Vértices (A, B, C, D, E, …) Son los puntos de intersección de dos lados consecutivos

•

Angulos Interiores (α1, α2, α3, α4,…) Son los ángulos formados en el interior del polígono por dos lados consecutivos

•

Angulos Exteriores (β1, β2, β3, β4,…) Son los ángulos formados en un vértice por un lado y la prolongación del lado consecutivo.

Puede observarse que el ángulo interior y el ángulo exterior correspondientes a un mismo vértice son suplementarios.

120


3.6.3 Clasificación

•

Por la Forma de su Contorno

Los polígonos pueden ser convexos o no convexos. Un polígono es convexo si el segmento que une dos puntos interiores cualesquiera del polígono está contenido en el interior del polígono. En caso contrario, el polígono se denomina no convexo. Casos Particulares:

• •

Polígono equilátero: es aquel que tiene todos sus lados congruentes Polígono equiángulo: es aquel que tiene todos sus ángulos congruentes

Polígonos Regulares: aquellos que son a la vez equiángulos y equiláteros

Todo polígono regular puede inscribirse en una circunferencia o circunscribirse a ella.

Polígono Inscrito

•

Polígono Circunscrito

Por el Número de Lados

Según su número de lados, los polígonos se clasifican en: Triángulo Cuadrilátero Pentágono Hexágono Heptágono Octógono

3 lados 4 lados 5 lados 6 lados 7 lados 8 lados

Nonágono Decágono Endecágono Dodecágono Pentadecágono Icoságono

9 lados 10 lados 11 lados 12 lados 15 lados S

3.6.4 Propiedades de los Polígonos Suma de los ángulos interiores de un polígono de “n” lados Suma de los ángulos exteriores de un polígono de “n” lados Número de diagonales trazadas desde un vértice de un polígono convexo de “n” lados

Sα = 180° (n-2) Sβ = 360° d = n-3

121

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas Número total de diagonales en un polígono convexo de “n” lados En un polígono regular: Medida del ángulo interior de un polígono regular de “n” lados

Medida del ángulo exterior de un polígono regular de “n” lados Suma de ángulos centrales de un polígono regular Medida del ángulo central de un polígono regular de “n” lados

D=

n (n − 3) 2

180°(n − 2) n 360° β= n

α=

Sφ = 360°

φ=

360° n

3.6.5 Congruencia y Semejanza de Polígonos

•

Congruencia Dos polígonos de igual número de lados son congruentes si las medidas de sus lados y ángulos son respectivamente congruentes.

•

Semejanza Dos polígonos de igual número de lados son semejantes si las medidas de sus ángulos correspondientes son iguales y las medidas de sus lados correspondientes u homólogos son proporcionales.

3.6.6 Polígonos Regulares

Apotema

•

Radio

Elementos

Centro: Se denomina centro de un polígono regular al centro de la circunferencia inscrita o circunscrita Radio: Se denomina radio de un polígono regular al radio de la circunferencia circunscrita al polígono Apotema: Se denomina apotema de un polígono regular al segmento perpendicular trazado desde el centro del polígono a uno cualquiera de los lados. Así, el apotema une el centro del polígono con el punto medio de uno cualquiera de los lados y coincide con el radio de la circunferencia inscrita en el polígono.

122

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 3.6.7 Características de algunos polígonos regulares en función del radio “R” de la circunferencia circunscrita ANGULO CENTRAL 120°

MEDIDA DEL LADO (Ln)

MEDIDA DEL APOTEMA (an)

R 3

Cuadrado

90°

R 2

Hexágono Regular

60°

R

R 2 R 2 2 R 3 2

POLIGONO Triángulo Equilátero

Ejemplos

1.

¿Cuántas diagonales tiene el polígono regular en el cual el ángulo externo es la mitad del interno?

Solución: La medida del ángulo externo es 360°/n, siendo “n” el número de lados del polígono.

180°.(n − 2) n 360° 1 180°.(n − 2) = x De acuerdo al enunciado, se cumple que: n 2 n

La medida del ángulo interno es

de donde: 720° = 180° (n-2) de donde n – 2 = 4 y entonces n = 6 El número de diagonales del polígono será: D =

n (n − 3) 2

Reemplazando n = 6, se obtiene D = 9 2.

El perímetro de un triángulo equilátero inscrito en una circunferencia es 3 3 cm. Calcular el perímetro del hexágono regular inscrito en la misma circunferencia.

Solución: Si el radio de la circunferencia es R, el lado del triángulo equilátero inscrito es R 3 .

Como el perímetro del triángulo es 3 3 , su lado medirá 3 . Por lo tanto, R = 1 cm. Como el lado del hexágono regular inscrito es igual a R, el perímetro será: 6 R = 6 cm. 3.

El lado de un cuadrado inscrito en una circunferencia es igual a 2 m. Calcular el lado del cuadrado circunscrito a la misma circunferencia.

Solución:

Si el lado del cuadrado inscrito es 2 m su diagonal medirá 2 2 m. Pero la diagonal del cuadrado es igual al diámetro de la circunferencia circunscrita. Radio = 2 m Diámetro = 2 2 m El lado del cuadrado circunscrito será igual al doble del radio de la circunferencia Lado = 2 2 m 123


1.

¿Cuál es el polígono convexo en el que al duplicarse el número de lados la suma de ángulos internos se cuadruplica? Respuesta: triángulo

2.

El número de lados de un polígono aumenta en 3, el número de sus diagonales aumenta en 15. ¿Cuál es el polígono? Respuesta: pentágono

3.

El lado de un cuadrado inscrito en una circunferencia mide 10 cm. Calcular el perímetro del triángulo equilátero inscrito en la misma circunferencia. Respuesta: 15 6 cm

4.

En una circunferencia se encuentra inscrito un hexágono regular cuyo lado mide 4 cm. ¿Cuánto medirá el perímetro de un triángulo equilátero inscrito en la misma circunferencia? Respuesta: 12 3 cm.

124


AREAS DE REGIONES PLANAS

3.7.1 Area del Triángulo El área de un triángulo es igual al semiproducto de un lado por la altura relativa a dicho lado. A

hb c

B

•

ha

A ∆ABC =

b

hc

a

a.h a b.h b c.h c = = 2 2 2

C

Área del Triángulo en función de sus lados

A ∆ABC = p( p − a )(p − b)(p − c) donde “p” es el semiperímetro del triángulo

•

Área del triángulo equilátero

L

L

A=

L2 3 4

L

•

Propiedades de áreas de Triángulos

Propiedad 1: Si dos triángulos tienen igual longitud de altura, sus áreas son proporcionales a las longitudes de sus respectivas bases. Propiedad 2: Si dos triángulos tienen igual longitud de base, sus áreas son proporcionales a las longitudes de sus respectivas alturas. Propiedad 3: Si dos triángulos son semejantes, sus áreas son proporcionales a los cuadrados de la longitud de cualquiera de sus elementos correspondientes u homólogos

125

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas 3.7.2 Áreas de Cuadriláteros

Cuadrado

En función del lado (L):

A = L2

En función de la diagonal (D): Rectángulo

A=

D2 2

A=b.h siendo: b - base h - altura A=b.h siendo: b - base h - altura

Paralelogramo

Rombo

A=

D.d 2

siendo D: diagonal mayor d: diagonal menor Trapecio

A=

( B + b) h 2

siendo: B – base mayor b – base menor h – altura

3.7.3 Área de Polígonos Regulares La región poligonal regular puede descomponerse en tantos triángulos congruentes como lados tiene el polígono. El área será: A = n . Area(∆) = n . a

L.a 2

A = p.a L

El área de los polígonos regulares, también puede expresarse en función de: • R (radio de la circunferencia circunscrita) • L (lado del polígono regular) • r (radio de la circunferencia inscrita) • a (apotema del polígono regular)

126

Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) Cuaderno Autoinstructivo de Definición de Niveles - Matemáticas El cuadro siguiente presenta las expresiones correspondientes al área de las respectivas figuras: FIGURA

EN FUNCION DE: L r

R Triángulo Equilátero

3R

2

2

3

L

3

3r

a

2

3

3a

2

3

4

4

Cuadrado

2R2

L2

4r2

4a2

Hexágono Regular

3R 2 3 2

3L2 3 2

2r 2 3

2a 2 3

3.7.4 Areas de Regiones Circulares Círculo A=πR2

ó

A=

πD 2 4

Sector Circular

A=

πR 2 α 360

Segmento Circular A

B O O

Zona o Faja Circular

A C

A(sector AOB) – A(∆AOB)

B D

A(segm.CD)-A(segm.AB)

Corona Circular A=π(R2-r2) Trapecio Circular

A=

π(R 2 − r 2 )α 360

127


1.

En un triángulo ABC se cumple que AB = AC y además, las distancias del baricentro a los vértices A y C miden 14 m y 25 m respectivamente. Hallar el área del triángulo ABC.

Solución:

De acuerdo a los datos, se tendrá el triángulo ABC mostrado en la figura. A

G es el baricentro Por dato, GA = 14 y GC = 25 Por propiedad de baricentro GH = GA/2 = 7 De esta manera, la altura del triángulo medirá 21 u. Por otro lado, haciendo uso del teorema de Pitágoras:

HC = (GC) 2 − (GH) 2 = (25) 2 − (7) 2 = 576 = 24 G

La base del triángulo medirá: 2 x 24 = 48 u El área buscada será: A =

B

C

H

2.

48x 21 = 504 m2 2

Hallar el área de un triángulo de 90 m de perímetro, cuyos lados están en la relación 2, 3 y 4.

Solución:

Se tendrá: 2K + 3K + 4K = 90 K = 10 Los lados del triángulo medirán; 20 m, 30 m y 40 m. Para hallar el área se aplica la fórmula de Herón: A =

p(p − a )(p − b)(p − c)

Reemplazando valores, se obtiene: A = 75 15 m2 Si el área del cuadrado ABCD es 27 m2, determinar el área de la región MNPQ mostrada. Tomar en cuenta que cada lado está dividido en tres partes iguales.

3.

Solución:

En la figura mostrada, considerando que el lado del cuadrado ABCD mide “3a”, se tendrá: Area = (3a)2 = 27 ⇒ 9 a2 = 27 ⇒ a2 = 3 m2 A

M

B

Q N

D

P

El área de la región MNPQ puede determinarse restando al área del cuadrado ABCD el área de los cuatro triángulos formados en las esquinas del cuadrado, cada uno de los cuales tiene por base “2ª” y por altura “a”. A(MNPQ) = 27 – 4 x (2a x a) / 2 = 27 – 4 a2 = 27 – 4 x 3 = 15 m2

C

128


Hallar la relación entre las áreas del triángulo equilátero y del hexágono regular inscritos en una misma circunferencia.

Solución:

A (∆equilátero) =

A (hexágono) =

L2 3 (R 3 ) 2 3 3R 2 3 = = 4 4 4

3L2 3 3R 2 3 = 2 2

En consecuencia, la relación de áreas buscada es igual a 5.

1 2

Calcular el área del círculo inscrito en un triángulo equilátero, el cual a su vez está inscrito en una circunferencia de longitud igual a 4π m.

Solución:

Por dato del problema se tiene que: Longitud de circunferencia mayor es : 2 π R = 4 π De donde R = 2 m

R

Pero R = 2r (propiedad de baricentro) De donde r = 1 m

r

Por lo tanto, el área de la circunferencia menor será: A = π r2 = π x 1 = π m2

6.

Hallar el área sombreada si las cuatro semicircunferencias tienen un radio igual a 2 cm.

Solución:

Efectuando las traslaciones de áreas indicadas, el área buscada resulta ser igual al área de cuatro cuadrados, cada uno de los cuales tiene por lado el radio de los arcos de circunferencia, esto es, L = 2. Por lo tanto, el área es: A = 4 x 22 = 16 cm2.

7.

Hallar el área sombreada si el arco APB es una semicircunferencia de centro O y radio 6, el arco AP es un cuarto de circunferencia y ABCD es un rectángulo.

Solución: D

A

P

O

C

B

El área buscada es igual al área de la región APO más el área del cuarto de círculo OPB. Pero el área de la región APO es igual al área de la región PCB; en consecuencia, el área buscada será equivalente al área del cuadrado OPCB ⇒ A = 62 = 36 m2 129


1.

Los catetos de un triángulo rectángulo son entre sí como 3 es a 4. ¿Cuál es la medida de la hipotenusa, sabiendo que el área del triángulo es 24 m2? Respuesta: 10 m

2.

Hallar el área de un cuadrado inscrito en un semicírculo de 3 5 m de radio. Respuesta: 36 m2

3.

Se tiene un hexágono regular de 18 3 m2 de área, circunscrito a una circunferencia. Hallar el área del círculo inscrito. Respuesta: 9π m2

4.

En un triángulo equilátero ABC de 2 m de lado, haciendo centro en cada vértice y con un radio igual a la mitad del lado, se trazan tres arcos de circunferencia. Calcular el área comprendida entre los tres arcos. Respuesta:

5.

3−

π 2 m 2

Se tiene un triángulo ABC cuya área es 45 u2. Sobre BC se toma un punto D tal que DC = 2 BD; y sobre AC se toma un punto E tal que AE = 2 EC. Hallar el área (en u2) del triángulo ADE. Respuesta: 20 u2

130

Manual de Matematica

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