Métodos de resolución
En el kiosco de la escuela, Thiago pagó $\$5.500$ por 2 alfajores y 1 gaseosa. Valentina pagó $\$6.500$ por 1 alfajor y 2 gaseosas. Nadie miró los precios, pero con esos dos tickets alcanza para averiguarlos. Eso es un sistema de ecuaciones. Ya sabés resolverlos con tres métodos, y en este apartado vas a ver cómo se adaptan a sistemas más difíciles: con cuadrados, potencias, logaritmos, raíces, fracciones y hasta con tres incógnitas.
Repaso: sustitución, igualación y reducción
Cada ecuación lineal con dos incógnitas es una recta, y la solución del sistema es el punto donde se cortan. Mirá dónde se cruzan las rectas del sistema del ejemplo de abajo.
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones lineales utilizando el método de reducción: $3x - 2y = 7$ $5x + 4y = 8$
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones lineales utilizando el método de reducción:
$3x - 2y = 7$
$5x + 4y = 8$
Volvé al principio: con $a$ = precio del alfajor y $g$ = precio de la gaseosa, el sistema es $2a+g=5.500$ y $a+2g=6.500$. Despejando $g=5.500-2a$ y reemplazando en la segunda, $a+11.000-4a=6.500$, o sea $a=1.500$ y $g=2.500$.
Elegir el método y sistemas escalonados
No hay un método "mejor": hay uno más cómodo para cada sistema. Si una incógnita ya está despejada, conviene sustitución. Si en las dos ecuaciones aparece la misma expresión igualada a algo, conviene igualación. Si los coeficientes son iguales u opuestos, conviene reducción.
Hay una forma de sistema que ya está casi resuelto: el sistema escalonado. Cada ecuación tiene una incógnita menos que la anterior.
Halla el valor de las incógnitas $x$, $y$, $z$ en el siguiente sistema de ecuaciones lineales, que ya se encuentra en forma escalonada: $2x - y + 3z = 14$ $3y - z = 5$…
Halla el valor de las incógnitas $x$, $y$, $z$ en el siguiente sistema de ecuaciones lineales, que ya se encuentra en forma escalonada:
$2x - y + 3z = 14$
$3y - z = 5$
$2z = 8$
Sistemas no lineales: sustitución y reducción
Cuando alguna ecuación tiene $x^2$, $y^2$ o $xy$, el sistema deja de ser lineal. La estrategia es la misma: llegar a una sola ecuación con una sola incógnita. Hay dos caminos habituales:
-
Si una ecuación es lineal, despejás una incógnita y sustituís en la otra. Te queda una ecuación cuadrática.
-
Si las dos tienen los mismos términos cuadráticos, sumás o restás para que se vayan.
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones no lineales empleando el método de sustitución: $x - y = 2$ $x^2 + y^2 = 10$
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones no lineales empleando el método de sustitución:
$x - y = 2$
$x^2 + y^2 = 10$
Encuentra todas las soluciones del siguiente sistema de ecuaciones no lineales, en el que ambas ecuaciones son de segundo grado: $x^2 + y^2 - 4x = 5$…
Encuentra todas las soluciones del siguiente sistema de ecuaciones no lineales, en el que ambas ecuaciones son de segundo grado:
$x^2 + y^2 - 4x = 5$
$x^2 - y^2 - 4x = -3$
Sistemas simétricos: suma y producto
Un sistema es simétrico si no cambia al intercambiar $x$ por $y$. Por ejemplo, $x^2+y^2=20$ y $xy=8$. Para esos sistemas conviene usar la suma $S=x+y$ y el producto $P=x\cdot y$, porque
$$x^2+y^2=(x+y)^2-2xy=S^2-2P.$$Una vez que conocés $S$ y $P$, los números $x$ e $y$ son las raíces de $t^2-St+P=0$.
Geometría: dónde se cortan dos curvas
Resolver un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas es hallar los puntos de intersección de las curvas que representan. La ecuación $x^2+y^2=10$ es una circunferencia de radio $\sqrt{10}$ y $xy=3$ es una hipérbola. Resolviendo $y=\dfrac{3}{x}$ en la circunferencia queda $x^4-10x^2+9=0$, una ecuación bicuadrada: con $x^2=1$ o $x^2=9$ resultan $x=\pm1$ y $x=\pm3$. Hay cuatro puntos, como muestra la figura.
El perímetro de una parcela rectangular mide $140$ m y la longitud de su diagonal es de $50$ m. Plantea un sistema de ecuaciones no lineales que describa la situación y…
El perímetro de una parcela rectangular mide $140$ m y la longitud de su diagonal es de $50$ m. Plantea un sistema de ecuaciones no lineales que describa la situación y resuélvelo para determinar las dimensiones de la parcela.
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones no lineales simétrico. Para facilitar la resolución, utiliza el cambio de variables $S = x + y$ y $P = x \cdot y$:…
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones no lineales simétrico. Para facilitar la resolución, utiliza el cambio de variables $S = x + y$ y $P = x \cdot y$:
$x^2 + y^2 = 34$
$x \cdot y = 15$
Determina analíticamente los puntos de intersección entre la circunferencia de ecuación $x^2 + y^2 = 25$ y la hipérbola equilátera de ecuación $x \cdot y = 12$. Plantea…
Determina analíticamente los puntos de intersección entre la circunferencia de ecuación $x^2 + y^2 = 25$ y la hipérbola equilátera de ecuación $x \cdot y = 12$. Plantea el sistema no lineal asociado, resuélvelo detallando los pasos y explica cuántas soluciones reales existen.
Sistemas exponenciales
Hay dos herramientas. La primera: si podés escribir los dos miembros como potencias de la misma base, igualás los exponentes, porque $a^m=a^n \Leftrightarrow m=n$ (para $a>0$, $a\neq1$). La segunda: si no se puede, hacés un cambio de variable, llamando $u$ y $v$ a las potencias que se repiten, y el sistema suele quedar lineal.
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones exponenciales expresando ambos miembros de cada ecuación como potencias de la misma base: $2^{x+y} = 32$ $3^{x-y} = 9$
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones exponenciales expresando ambos miembros de cada ecuación como potencias de la misma base:
$2^{x+y} = 32$
$3^{x-y} = 9$
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones exponenciales efectuando los cambios de variable $u = 3^x$ y $v = 2^y$: $3^x + 2^{y+1} = 17$ $3^{x-1} - 2^y = 1$
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones exponenciales efectuando los cambios de variable $u = 3^x$ y $v = 2^y$:
$3^x + 2^{y+1} = 17$
$3^{x-1} - 2^y = 1$
Sistemas logarítmicos
Para los logaritmos usamos dos ideas. Primero, la definición: $\log_a b=c \Leftrightarrow a^c=b$, que convierte una ecuación logarítmica en una algebraica. Segundo, las propiedades:
$$\log(AB)=\log A+\log B \qquad \log\dfrac{A}{B}=\log A-\log B \qquad \log(A^n)=n\log A$$Con ellas podés llevar el sistema a uno lineal en $\log x$ y $\log y$. Acordate de que en $\log x$ el argumento tiene que ser positivo, así que hay que comprobar el dominio al final. Recordá también que $\log$ sin base indica base $10$.
Aplica la definición de logaritmo para plantear un sistema lineal equivalente y resuelve el siguiente sistema de ecuaciones: $\log_2(x + y) = 3$ $x - 2y = 2$
Aplica la definición de logaritmo para plantear un sistema lineal equivalente y resuelve el siguiente sistema de ecuaciones:
$\log_2(x + y) = 3$
$x - 2y = 2$
Halla el valor de $x$ e $y$ en el siguiente sistema de ecuaciones logarítmicas, aplicando previamente las propiedades de los logaritmos para simplificar las expresiones:…
Halla el valor de $x$ e $y$ en el siguiente sistema de ecuaciones logarítmicas, aplicando previamente las propiedades de los logaritmos para simplificar las expresiones:
$\log(x) + \log(y) = 2$
$\log(x^2) - \log(y) = 1$
Resuelve el siguiente sistema mixto que combina una ecuación exponencial y una ecuación logarítmica: $2^x \cdot 4^y = 256$ $\log_3(x) + \log_3(y) = \log_3(6)$
Resuelve el siguiente sistema mixto que combina una ecuación exponencial y una ecuación logarítmica:
$2^x \cdot 4^y = 256$
$\log_3(x) + \log_3(y) = \log_3(6)$
Radicales y fracciones algebraicas
Con radicales: aislás la raíz, elevás al cuadrado y resolvés. Pero elevar al cuadrado puede introducir soluciones que no sirven, así que hay que verificar siempre en el sistema original.
Con fracciones: si las incógnitas solo aparecen en los denominadores, llamá $u=\dfrac{1}{x}$ y $v=\dfrac{1}{y}$. El sistema queda lineal. Antes de empezar, anotá las restricciones: $x\neq0$ e $y\neq0$.
Encuentra la solución del siguiente sistema de ecuaciones que involucra expresiones con radicales: $\sqrt{x} + \sqrt{y} = 5$ $x - y = 5$
Encuentra la solución del siguiente sistema de ecuaciones que involucra expresiones con radicales:
$\sqrt{x} + \sqrt{y} = 5$
$x - y = 5$
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones que contiene fracciones algebraicas, indicando claramente las restricciones previas sobre las incógnitas:…
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones que contiene fracciones algebraicas, indicando claramente las restricciones previas sobre las incógnitas:
$\frac{2}{x} + \frac{3}{y} = 2$
$\frac{4}{x} - \frac{1}{y} = \frac{1}{6}$
Tres incógnitas: el método de Gauss
Con tres ecuaciones y tres incógnitas, sustituir o igualar se vuelve largo. El método de Gauss consiste en usar la reducción de manera ordenada para llegar a un sistema escalonado, que ya sabés resolver de abajo hacia arriba.
Estas operaciones generan sistemas equivalentes (con las mismas soluciones):
-
multiplicar una ecuación por un número distinto de cero,
-
sumarle a una ecuación un múltiplo de otra,
-
intercambiar dos ecuaciones.
El plan es: usar la primera ecuación para eliminar $x$ de la segunda y de la tercera; luego usar la segunda para eliminar $y$ de la tercera.
Aplica el método de Gauss para transformar y resolver el siguiente sistema de tres ecuaciones lineales con tres incógnitas: $x + y + z = 6$ $x - y + 2z = 5$…
Aplica el método de Gauss para transformar y resolver el siguiente sistema de tres ecuaciones lineales con tres incógnitas:
$x + y + z = 6$
$x - y + 2z = 5$
$x + y - z = 0$
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones lineales utilizando el método de Gauss e indica si es un sistema compatible determinado: $2x - y + 3z = 1$ $x + 2y - z = 4$…
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones lineales utilizando el método de Gauss e indica si es un sistema compatible determinado:
$2x - y + 3z = 1$
$x + 2y - z = 4$
$4x - y + z = 2$
Clasificar un sistema con Gauss
Al escalonar, la última ecuación te dice cómo es el sistema:
-
Si queda una ecuación como $az=b$ con $a\neq0$: hay una única solución. Compatible determinado (SCD).
-
Si queda $0=0$ (una ecuación desaparece): hay infinitas soluciones. Compatible indeterminado (SCI). Se expresan con un parámetro.
-
Si queda $0=c$ con $c\neq0$: no hay solución. Incompatible (SI).
Para el caso de dos incógnitas es lo mismo que ya conocés con rectas: se cortan (SCD), son paralelas (SI) o coinciden (SCI).
Resuelve el siguiente sistema de tres ecuaciones con tres incógnitas mediante el método de Gauss. Comprueba que se trata de un sistema compatible indeterminado y expresa…
Resuelve el siguiente sistema de tres ecuaciones con tres incógnitas mediante el método de Gauss. Comprueba que se trata de un sistema compatible indeterminado y expresa su conjunto de soluciones en función de un parámetro $\lambda$:
$x - 2y + z = 3$
$2x + y - 3z = 1$
$4x - 3y - z = 7$
Analiza el siguiente sistema de ecuaciones lineales y demuestra, utilizando las transformaciones del método de Gauss, que es un sistema incompatible: $x + y + z = 4$…
Analiza el siguiente sistema de ecuaciones lineales y demuestra, utilizando las transformaciones del método de Gauss, que es un sistema incompatible:
$x + y + z = 4$
$2x - y + 3z = 5$
$3x + 4z = 10$
Un parámetro en el sistema
A veces el sistema trae una letra, como $k$, y el tipo de sistema depende de su valor. Discutir el sistema es decir, para cada valor de $k$, si es SCD, SCI o SI. Se hace igual que con Gauss: se elimina una incógnita y se mira cuándo se puede dividir.
¿Y cuándo hay infinitas soluciones? Cuando al hacer $k=2$ el término de la derecha también se anula. Con $\begin{cases} x+y=3 \\ 2x+ky=6 \end{cases}$ queda $(k-2)y=0$. Si $k=2$ se obtiene $0=0$ y hay infinitas soluciones: poniendo $y=\lambda$, resulta $x=3-\lambda$, o sea $(3-\lambda;\,\lambda)$.
Discute el siguiente sistema de ecuaciones lineales en función del parámetro $k$: $x + 2y = 5$ $3x + ky = 15$ Halla el valor de $k$ para el cual el sistema tiene…
Discute el siguiente sistema de ecuaciones lineales en función del parámetro $k$:
$x + 2y = 5$
$3x + ky = 15$
Halla el valor de $k$ para el cual el sistema tiene infinitas soluciones y expresa la solución general en función de un parámetro real $\lambda$.
Problemas con dos incógnitas
Para resolver un problema con un sistema:
-
Leé y definí las incógnitas con letras y unidades.
-
Traducí cada dato a una ecuación.
-
Resolvé el sistema con el método más cómodo.
-
Verificá en el enunciado y contestá con una frase.
Un agricultor ha recolectado $500$ kg de fruta entre manzanas y peras. Sabiendo que el triple de los kilos de manzanas equivale exactamente al doble de los kilos de…
Un agricultor ha recolectado $500$ kg de fruta entre manzanas y peras. Sabiendo que el triple de los kilos de manzanas equivale exactamente al doble de los kilos de peras, plantea y resuelve un sistema de ecuaciones lineales para determinar cuántos kilos de cada fruta ha recolectado.
En un laboratorio químico se desea obtener $100$ litros de una disolución de ácido al $30\%$. Para ello se van a mezclar dos disoluciones disponibles en el almacén: una…
En un laboratorio químico se desea obtener $100$ litros de una disolución de ácido al $30\%$. Para ello se van a mezclar dos disoluciones disponibles en el almacén: una al $20\%$ de concentración y otra al $45\%$. Plantea y resuelve un sistema de ecuaciones lineales para calcular cuántos litros de cada disolución se deben emplear.
Dos ciclistas parten simultáneamente desde dos ciudades A y B, separadas por una distancia de $120$ km, y circulan en sentidos opuestos para encontrarse. El ciclista que…
Dos ciclistas parten simultáneamente desde dos ciudades A y B, separadas por una distancia de $120$ km, y circulan en sentidos opuestos para encontrarse. El ciclista que parte de A viaja a una velocidad constante que supera en $5$ km/h a la del ciclista que parte de B. Sabiendo que se cruzan exactamente al cabo de $3$ horas, plantea un sistema de ecuaciones para hallar la velocidad de cada uno y la distancia que ha recorrido cada ciclista hasta el punto de encuentro.
Problemas con tres incógnitas
Cuando el enunciado tiene tres cantidades desconocidas, planteás tres ecuaciones y resolvés con Gauss. Fijate en frases como «el doble de», «supera en» o «el total es»: cada una es una ecuación.
Una empresa tecnológica ensambla tres tipos de drones: A, B y C. En total fabrican $60$ drones al mes. El número de drones del tipo A es el doble que los del tipo C, y…
Una empresa tecnológica ensambla tres tipos de drones: A, B y C. En total fabrican $60$ drones al mes. El número de drones del tipo A es el doble que los del tipo C, y la suma de los drones tipo B y C supera en $12$ a los del tipo A. Plantea un sistema de tres ecuaciones con tres incógnitas y resuélvelo mediante el método de Gauss.
Un inversor reparte un capital total de $50\,000\,000$ pesos entre tres fondos de inversión: renta variable, renta fija y bonos del Estado. El fondo de renta variable…
Un inversor reparte un capital total de $50\,000\,000$ pesos entre tres fondos de inversión: renta variable, renta fija y bonos del Estado. El fondo de renta variable ofrece un $8\%$ de rentabilidad anual, el de renta fija un $5\%$ y los bonos un $3\%$. El inversor decide destinar a renta fija el doble de capital que a bonos del Estado. Si al cabo de un año los beneficios totales generados ascienden a $2\,900\,000$ pesos, ¿cuánto dinero invirtió en cada fondo? Plantea el sistema correspondiente y resuélvelo por el método de Gauss.