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5° Naturales · Matemática
Ecuaciones · Sistemas de ecuaciones

Métodos de resolución

Te conviene dominar: Sistemas de ecuaciones lineales (4° año de la Escuela Secundaria (Ciclo Superior))
Te conviene dominar: Sistemas de ecuaciones no lineales (4° año de la Escuela Secundaria (Ciclo Superior))

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.

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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:

$3x - 2y = 7$

$5x + 4y = 8$

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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.

Sistema escalonado de tres ecuaciones: la última tiene una sola incógnita y se resuelve de abajo hacia arriba. 2x − y + 3z = 14 3y − z = 5 2z = 8 se resuelve de abajo hacia arriba
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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:

$2x - y + 3z = 14$

$3y - z = 5$

$2z = 8$

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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.

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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:

$x - y = 2$

$x^2 + y^2 = 10$

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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:

$x^2 + y^2 - 4x = 5$

$x^2 - y^2 - 4x = -3$

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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.

Circunferencia x al cuadrado más y al cuadrado igual a 10 y hipérbola xy igual a 3: se cortan en cuatro puntos. (1; 3) (3; 1) (−1; −3) (−3; −1)
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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.

x y d = 50 m
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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 $P = x \cdot y$:

$x^2 + y^2 = 34$

$x \cdot y = 15$

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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.

X Y x² + y² = 25 x·y = 12 4 3
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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.

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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:

$2^{x+y} = 32$

$3^{x-y} = 9$

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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 $v = 2^y$:

$3^x + 2^{y+1} = 17$

$3^{x-1} - 2^y = 1$

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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 $10$.

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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:

$\log_2(x + y) = 3$

$x - 2y = 2$

Resolver
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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:

$\log(x) + \log(y) = 2$

$\log(x^2) - \log(y) = 1$

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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:

$2^x \cdot 4^y = 256$

$\log_3(x) + \log_3(y) = \log_3(6)$

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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 $y\neq0$.

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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:

$\sqrt{x} + \sqrt{y} = 5$

$x - y = 5$

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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:

$\frac{2}{x} + \frac{3}{y} = 2$

$\frac{4}{x} - \frac{1}{y} = \frac{1}{6}$

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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.

Un sistema de tres ecuaciones se transforma, eliminando incógnitas, en un sistema escalonado. x + y + z = 6 2x − y + z = 3 x + 2y − z = 2 → x + y + z = 6 −3y − z = −9 −7z = −21
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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:

$x + y + z = 6$

$x - y + 2z = 5$

$x + y - z = 0$

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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:

$2x - y + 3z = 1$

$x + 2y - z = 4$

$4x - y + z = 2$

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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).

Dos rectas que se cortan, dos rectas paralelas y dos rectas coincidentes: sistema determinado, incompatible e indeterminado. se cortan: SCD paralelas: SI coinciden: SCI
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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 $\lambda$:

$x - 2y + z = 3$

$2x + y - 3z = 1$

$4x - 3y - z = 7$

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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:

$x + y + z = 4$

$2x - y + 3z = 5$

$3x + 4z = 10$

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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 $(3-\lambda;\,\lambda)$.

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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 $\lambda$.

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Problemas con dos incógnitas

Para resolver un problema con un sistema:

  1. Leé y definí las incógnitas con letras y unidades.

  2. Traducí cada dato a una ecuación.

  3. Resolvé el sistema con el método más cómodo.

  4. Verificá en el enunciado y contestá con una frase.

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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.

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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.

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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.

A B Punto de encuentro 120 km vA vB dA dB
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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.

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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.

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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.

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Resumen

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