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Décimo 10° · Matemáticas
Ecuaciones y sistemas · Ecuaciones, inecuaciones y sistemas

Sistemas de ecuaciones no lineales

Te conviene dominar: Ecuaciones de segundo grado (noveno año (III Ciclo de la Educación General Básica))
Te conviene dominar: Sistemas de ecuaciones (noveno año (III Ciclo de la Educación General Básica))

Ximena quiere cercar con malla el patio rectangular de su casa en Pérez Zeledón con $28$ m de malla y quiere que el patio tenga $48$ m² de superficie. Hay dos incógnitas y dos ecuaciones, pero una de ellas tiene un producto de incógnitas. Ya no es un sistema lineal, y necesita una estrategia un poco distinta. Al final de la página usted resolverá este patio.

Qué es un sistema no lineal

Llave de sistema que muestra una ecuación lineal fácil de despejar y otra ecuación no lineal cuadrática. x − y = 2lineal: se despeja fácil x² + y² = 34no lineal: la dejamos para sustituir
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Resuelve el sistema formado por una ecuación lineal y una cuadrática: $x - y = 2$ $x^2 + y^2 = 34$

Resuelve el sistema formado por una ecuación lineal y una cuadrática:

$x - y = 2$

$x^2 + y^2 = 34$

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Resuelve el siguiente sistema: $x^2 - y^2 = 16$ $x + y = 8$

Resuelve el siguiente sistema:

$x^2 - y^2 = 16$

$x + y = 8$

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Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones no lineales: $x^2 - x \cdot y + y^2 = 7$ $x + y = 5$

Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones no lineales:

$x^2 - x \cdot y + y^2 = 7$

$x + y = 5$

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Recta y curva: cuántas soluciones hay

Una ecuación lineal es una recta. Una ecuación como $y=x^2-2x-3$ es una parábola. Resolver el sistema recta–parábola es buscar los puntos donde se cortan. Al sustituir queda una ecuación de segundo grado, y su discriminante $\Delta=b^2-4ac$ le dice cuántos cortes hay:

  • $\Delta>0$: dos soluciones (la recta corta a la parábola en dos puntos).

  • $\Delta=0$: una solución (la recta es tangente).

  • $\Delta<0$: ninguna solución real (la recta no la toca).

Muévalo usted: cambie los deslizadores y observe cuántas veces se cruzan.

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Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones no lineales: $y = x^2 - 4x$ $y = x - 6$

Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones no lineales:

$y = x^2 - 4x$

$y = x - 6$

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Suma y producto, suma de cuadrados

Dos recuadros con las ecuaciones suma igual a 15 y producto igual a 56, unidos por el signo y. x + y = 15 y x · y = 56

Otra forma de ver lo mismo: $x$ e $y$ son las raíces de $t^2-st+p=0$, donde $s$ es la suma y $p$ el producto. Por eso el primer ejemplo se resolvió con $x^2-15x+56=0$.

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Encuentra la solución del sistema: $x + y = 7$ $x \cdot y = 12$

Encuentra la solución del sistema:

$x + y = 7$

$x \cdot y = 12$

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La suma de los cuadrados de dos números es $25$, y uno de ellos es $1$ unidad menor que el otro. Plantea un sistema de ecuaciones y encuentra los números.

La suma de los cuadrados de dos números es $25$, y uno de ellos es $1$ unidad menor que el otro. Plantea un sistema de ecuaciones y encuentra los números.

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Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones simétrico: $x^2 + y^2 = 25$ $x \cdot y = 12$

Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones simétrico:

$x^2 + y^2 = 25$

$x \cdot y = 12$

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Cocientes, fracciones y raíces

Cuando el sistema trae cocientes o raíces, primero lo ordena para que quede algo sencillo de sustituir.

  • Cociente: $\frac{x}{y}=3$ equivale a $x=3y$ con $y\neq0$. Ya tiene un despeje listo.

  • Fracciones: multiplique por el denominador común. Por ejemplo, $\frac{x}{2}+\frac{y}{3}=4$ se transforma, al multiplicar por 6, en $3x+2y=24$.

  • Inversos: $\frac1x+\frac1y=\frac{x+y}{xy}$. Si conoce la suma y el inverso de la suma, aparece el producto.

  • Raíces: llame $t=\sqrt{x}$ (con $t\ge0$) y resuelva la ecuación en $t$.

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Encuentra la solución del sistema: $\frac{x}{y} = 3$ $x^2 - y^2 = 32$

Encuentra la solución del sistema:

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

$x^2 - y^2 = 32$

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Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones: $\frac{x}{2} + \frac{y}{3} = 4$ $x \cdot y = 18$

Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones:

$\frac{x}{2} + \frac{y}{3} = 4$

$x \cdot y = 18$

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Resuelve el siguiente sistema que contiene una ecuación irracional: $x + y = 10$ $\sqrt{x} - y = -4$

Resuelve el siguiente sistema que contiene una ecuación irracional:

$x + y = 10$

$\sqrt{x} - y = -4$

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Problemas de geometría: perímetro y área

En rectángulos y rombos, el perímetro suele dar una ecuación lineal y el área, una no lineal. Así se resuelve el patio de Ximena.

Rectángulo de lados x e y con las expresiones del área igual a 48 y del perímetro igual a 28. x y A = x · y = 48 P = 2x + 2y = 28
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El área de una alfombra rectangular es de $6 \text{ m}^2$ y su perímetro mide $10 \text{ m}$. Plantea un sistema de ecuaciones no lineales y calcula las dimensiones de…

El área de una alfombra rectangular es de $6 \text{ m}^2$ y su perímetro mide $10 \text{ m}$. Plantea un sistema de ecuaciones no lineales y calcula las dimensiones de la alfombra.

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El área de un rombo es de $24 \text{ cm}^2$ y la suma de las longitudes de sus diagonales es $14 \text{ cm}$. Determina la longitud de ambas diagonales planteando un…

El área de un rombo es de $24 \text{ cm}^2$ y la suma de las longitudes de sus diagonales es $14 \text{ cm}$. Determina la longitud de ambas diagonales planteando un sistema de ecuaciones.

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Pitágoras, áreas combinadas y cilindros

Otras relaciones geométricas que dan ecuaciones no lineales:

  • Pitágoras: $a^2+b^2=c^2$ en un triángulo rectángulo.

  • Área de un rombo: $\dfrac{D\cdot d}{2}$.

  • Área de un cilindro: $2\pi r^2+2\pi rh=2\pi r(r+h)$. Si le dan $r+h$, sacar factor común simplifica todo.

Triángulo rectángulo de catetos x e y e hipotenusa 10 centímetros. x y 10 cm
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La hipotenusa de un triángulo rectángulo mide $13 \text{ cm}$. Se sabe que uno de los catetos mide $7 \text{ cm}$ más que el otro. Plantea un sistema de ecuaciones no…

La hipotenusa de un triángulo rectángulo mide $13 \text{ cm}$. Se sabe que uno de los catetos mide $7 \text{ cm}$ más que el otro. Plantea un sistema de ecuaciones no lineales para calcular la longitud de los dos catetos.

x y 13
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En un parque se va a construir una zona de juegos rectangular rodeada por un camino de césped artificial de $1 \text{ m}$ de ancho en todo su perímetro. El área de la…

En un parque se va a construir una zona de juegos rectangular rodeada por un camino de césped artificial de $1 \text{ m}$ de ancho en todo su perímetro. El área de la zona de juegos debe ser de $48 \text{ m}^2$ y el área total (zona de juegos más camino) debe ser de $96 \text{ m}^2$. Plantea un sistema de ecuaciones para hallar las dimensiones de la zona de juegos.

Área = 48 m2 Área total = 96 m2 1 m 1 m x y
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Un alambre de $40 \text{ cm}$ de longitud se corta en dos trozos. Con uno de los trozos se forma un cuadrado y con el otro se forma un rectángulo cuya base es el doble…

Un alambre de $40 \text{ cm}$ de longitud se corta en dos trozos. Con uno de los trozos se forma un cuadrado y con el otro se forma un rectángulo cuya base es el doble que su altura. Si la suma de las áreas de ambas figuras es de $48 \text{ cm}^2$, ¿cuánto mide cada trozo de alambre?

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Cuotas, reparto y velocidad

Muchos problemas cotidianos llevan a sistemas no lineales. Siempre aparece el mismo tipo de relación: cantidad de personas × lo que paga cada una = total.

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El producto de dos números enteros positivos es $156$ y uno de ellos es el consecutivo del otro. Plantea un sistema de ecuaciones y encuentra dichos números.

El producto de dos números enteros positivos es $156$ y uno de ellos es el consecutivo del otro. Plantea un sistema de ecuaciones y encuentra dichos números.

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Un grupo de estudiantes compra un regalo para un compañero por $60\,000$ colones, a pagar a partes iguales. A última hora se unen $2$ estudiantes más, lo que hace que…

Un grupo de estudiantes compra un regalo para un compañero por $60\,000$ colones, a pagar a partes iguales. A última hora se unen $2$ estudiantes más, lo que hace que cada uno de los iniciales ponga $1\,500$ colones menos. ¿Cuántos estudiantes había al principio y cuánto pagaba cada uno?

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Una agencia de viajes organiza una excursión por un costo total de $300\,000$ colones. Poco antes de salir, $5$ personas cancelan su viaje, lo que obliga a los demás a…

Una agencia de viajes organiza una excursión por un costo total de $300\,000$ colones. Poco antes de salir, $5$ personas cancelan su viaje, lo que obliga a los demás a pagar $2\,000$ colones más cada uno para cubrir el costo total. ¿Cuántas personas fueron finalmente a la excursión y cuánto pagó cada una?

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Más problemas para plantear

Antes de resolver, defina las incógnitas, escriba cada dato como una ecuación y fíjese cuál es lineal. Estos problemas usan las mismas ideas.

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La suma de dos números es $15$ y la suma de sus inversos es $\frac{5}{18}$. Plantea un sistema de ecuaciones y encuentra los números.

La suma de dos números es $15$ y la suma de sus inversos es $\frac{5}{18}$. Plantea un sistema de ecuaciones y encuentra los números.

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Una parcela rectangular tiene un área de $600 \text{ m}^2$. Si se reduce su largo en $5 \text{ m}$ y se aumenta su ancho en $5 \text{ m}$, el área sigue siendo la misma.…

Una parcela rectangular tiene un área de $600 \text{ m}^2$. Si se reduce su largo en $5 \text{ m}$ y se aumenta su ancho en $5 \text{ m}$, el área sigue siendo la misma. Calcula las dimensiones originales de la parcela.

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El producto de las edades de dos hermanos es $96$. Dentro de $4$ años, el producto de sus edades será $192$. ¿Cuáles son sus edades actuales?

El producto de las edades de dos hermanos es $96$. Dentro de $4$ años, el producto de sus edades será $192$. ¿Cuáles son sus edades actuales?

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Para los de cifras, velocidad y cilindro:

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Un número está formado por dos cifras. El producto de dichas cifras es $18$. Si a ese número se le restan $27$ unidades, se obtiene otro número con las mismas cifras…

Un número está formado por dos cifras. El producto de dichas cifras es $18$. Si a ese número se le restan $27$ unidades, se obtiene otro número con las mismas cifras pero en orden inverso. ¿Cuál es el número original? (Recuerda que un número de dos cifras $xy$ se expresa algebraicamente como $10x + y$).

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Un ciclista recorre una distancia de $120 \text{ km}$ a velocidad constante. Si hubiera viajado $5 \text{ km/h}$ más rápido, habría tardado $2$ horas menos en completar…

Un ciclista recorre una distancia de $120 \text{ km}$ a velocidad constante. Si hubiera viajado $5 \text{ km/h}$ más rápido, habría tardado $2$ horas menos en completar el mismo recorrido. Plantea un sistema de ecuaciones para calcular la velocidad del ciclista y el tiempo que tardó.

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Un envase cilíndrico cerrado tiene un área total (área lateral más las dos bases) de $150\pi \text{ cm}^2$. Se sabe además que la suma del radio de la base y la altura…

Un envase cilíndrico cerrado tiene un área total (área lateral más las dos bases) de $150\pi \text{ cm}^2$. Se sabe además que la suma del radio de la base y la altura del cilindro es de $15 \text{ cm}$. Calcula el radio y la altura del envase. (Recuerda que el área total de un cilindro es $A = 2\pi r^2 + 2\pi rh$).

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Resumen

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