Ejercicios: Expresiones algebraicas

En una tienda de aplicaciones para celulares, el costo de una suscripción mensual a un servicio de música es de $x$ pesos. Además, hay una comisión fija de $30$ pesos por cargos de servicio en cada recibo (se emite un recibo por persona y por mes). Expresa en lenguaje algebraico:

1. a) El costo total de un mes de suscripción.
2. b) El costo de tres meses de suscripción para un mismo usuario.
3. c) El costo de la suscripción de un mes para un grupo de 4 amigos si a cada uno se le aplica un descuento de $40$ pesos sobre el precio base $x$.

Copia y completa la siguiente tabla identificando los elementos de cada monomio dado:

Monomio	Coeficiente	Parte Literal	Grado
$-5x^2y$
$\frac{3}{4}ab^3$
$x^2yz^2$
$-12$

Calcula el valor numérico de las siguientes expresiones algebraicas para los valores de las variables que se indican:

1. a) $3x^2 - 5x + 2$ para $x = 2$
2. b) $2(a + b)^2$ para $a = -1$ y $b = 3$
3. c) $\frac{x + 2y}{2}$ para $x = 4$ e $y = -3$

Reduce las siguientes expresiones algebraicas sumando o restando los monomios semejantes:

1. a) $3x^2 - 5x + 2x^2 + x - 4x^2$
2. b) $2ab^2 + 3a^2b - 5ab^2 + a^2b$
3. c) $x + \frac{1}{2}x + 3x$

Un arquitecto está diseñando una habitación rectangular. El largo de la habitación mide $5$ metros más que el ancho. Si llamamos $x$ al ancho de la habitación:

1. a) Escribe una expresión algebraica que represente el perímetro de la habitación.
2. b) Escribe una expresión algebraica que represente el área de la habitación.

Dado el polinomio $P(x) = -2x^3 + 5x^2 - x + 7$, responde a las siguientes cuestiones:

1. a) ¿Cuál es el grado del polinomio?
2. b) ¿Cuál es el coeficiente del término de grado 2?
3. c) ¿Cuál es el término independiente?
4. d) Ordena el polinomio de forma creciente (de menor a mayor grado).

Realiza las siguientes sumas y restas de polinomios:

1. a) $(3x^2 - 5x + 4) + (2x^2 + x - 6)$
2. b) $(x^3 - 2x^2 + 3) - (x^2 - 5x + 1)$
3. c) $(-4x^4 + 2x^2) + (4x^4 - x^2 + x)$

Observa la siguiente figura formada por un cuadrado de lado $x$ y un rectángulo adosado de base $3$ y altura $x$.

1. a) Escribe el polinomio que representa el área total de la figura.
2. b) Si el lado $x$ vale $4$ cm, ¿cuál es el área total de la figura?

Un terreno rectangular en Querétaro mide $x$ metros de ancho y su largo mide $4$ metros más que el ancho.

1. a) Escribe el área del terreno como un polinomio en $x$.
2. b) Calcula el área del terreno si el ancho mide $x = 6$ m.

El área de un triángulo es $A = \dfrac{b \times h}{2}$.

1. a) Despeja la base $b$ en función del área $A$ y de la altura $h$.
2. b) Una vela triangular para una lancha de Acapulco tiene un área de $24$ m² y una altura de $6$ m. ¿Cuánto mide su base?

Observa la siguiente figura compuesta por dos rectángulos unidos. Las longitudes están dadas en función de una variable indeterminada $x$.

Tu tarea consiste en:

1. Encontrar la expresión algebraica simplificada (polinomio) que representa el perímetro total de la figura.

2. Encontrar la expresión algebraica simplificada (polinomio) que representa el área total de la figura.

Una empresa de renta de scooters eléctricos utiliza la siguiente expresión algebraica para calcular el costo en centavos de la renta en función de los minutos de uso ($x$):

$$ C(x) = 40x^2 - 100x + 3,000 $$

Nota: Esta fórmula es un modelo promocional para usuarios VIP y es válida para recorridos cortos.

1. Calcula el valor numérico del costo si utilizas el scooter durante 10 minutos.

2. Si un usuario ha pagado exactamente 3,000 centavos, ¿cuántos minutos teóricamente ha estado usando el scooter según la fórmula? (Pista: observa el término independiente y encuentra todas las soluciones posibles).

3. Desarrolla la expresión del costo para un tiempo de $(x + 3)$ minutos, es decir, calcula y simplifica $C(x+3)$.

Considera los siguientes polinomios que representan las dimensiones y propiedades de diferentes cuerpos geométricos:

$$ P(x) = 3x^2 - 5x + 1 $$ $$ Q(x) = 2x^2 + 4x - 2 $$ $$ R(x) = x - 3 $$

Realiza las siguientes operaciones combinadas y simplifica el resultado final:

1. Calcula la diferencia: $P(x) - Q(x)$.

2. Calcula el producto: $Q(x) \times R(x)$.

3. Calcula: $2 \times P(x) - 3 \times Q(x)$.

Utilizando las igualdades notables (cuadrado de una suma, cuadrado de una diferencia y suma por diferencia), desarrolla o factoriza las siguientes expresiones algebraicas según corresponda. Relaciona el apartado 2 con la interpretación geométrica mostrada en la imagen.

1. Desarrolla: $(3x + 2)^2$

2. Desarrolla: $(x - 4)^2$

3. Desarrolla: $(2x + 5)(2x - 5)$

4. Factoriza el polinomio (escríbelo como cuadrado de un binomio): $x^2 + 10x + 25$

Queremos comprobar si ciertos valores son "raíces" de un polinomio. Recuerda que una raíz es un valor que hace que el polinomio valga cero.

Dado el polinomio $P(x) = x^3 - 2x^2 - 5x + 6$:

1. Utiliza la división sintética (regla de Ruffini) para dividir $P(x)$ entre $(x - 1)$. ¿Cuál es el residuo? ¿Es $x=1$ una raíz del polinomio?

2. Sin usar la división sintética, calcula el valor numérico $P(-2)$. ¿Es $x=-2$ una raíz?

3. Escribe el polinomio $P(x)$ como producto de sus factores irreducibles sabiendo sus raíces.

Tenemos una caja de cartón con forma de prisma rectangular cuyo volumen viene dado por la expresión algebraica:

$$ V(x) = x^3 + 4x^2 + 3x $$

1. Extrae factor común en la expresión del volumen.

2. Factoriza completamente el polinomio resultante para encontrar las expresiones algebraicas que corresponden al largo, ancho y alto de la caja.

3. Si sabemos que $x = 5$ cm, ¿cuáles son las dimensiones numéricas reales de la caja?

Halla el valor de la constante $k$ en los siguientes casos, aplicando el Teorema del Resto:

1. Para que la división del polinomio $P(x) = x^3 - 3x^2 + kx - 2$ entre $(x+2)$ sea exacta (es decir, que el resto sea 0).

2. Para que el resto de dividir $Q(x) = 2x^2 + kx + 5$ entre $(x-1)$ sea igual a 4.

Simplificación de fracciones algebraicas. Recuerda que para simplificar debes factorizar primero tanto el numerador como el denominador utilizando productos notables o sacando factor común.

Simplifica las siguientes fracciones algebraicas:

1. $$ \frac{4x^2 - 9}{2x + 3} $$
2. $$ \frac{x^2 - 4x + 4}{x^2 - 4} $$
3. $$ \frac{x^3 + 2x^2}{x^2 + 4x + 4} $$

En una tienda de recuerdos de Teotihuacan venden pirámides de obsidiana con base cuadrada de lado $x$ cm y una altura que mide el doble del lado de la base.

1. a) Escribe con $x$ el área de la base y la altura de la pirámide.
2. b) Usa $V = \dfrac{1}{3} A_{\text{base}} \times h$ para escribir el volumen de la pirámide como un monomio en $x$.
3. c) Calcula el volumen de una pirámide con $x = 6$ cm.

Un recipiente para semillas tiene forma de pirámide con base rectangular de $12$ cm por $10$ cm y una capacidad de $600$ cm³.

1. a) A partir de $V = \dfrac{1}{3} B \times h$, donde $B$ es el área de la base, despeja la altura $h$ en función de $V$ y de $B$.
2. b) Calcula el área de la base y la altura del recipiente.

En un despacho de arquitectura están diseñando una nueva plaza rectangular para una escuela secundaria. El diseño consta de una zona ajardinada central rectangular rodeada por un camino pavimentado de anchura uniforme.

Sabemos que la zona ajardinada interior tiene unas dimensiones de $x$ metros de ancho y el doble de largo, es decir, $2x$ metros. El camino que rodea al jardín tiene una anchura constante de 3 metros en todos sus lados.

1. Dibuja un esquema de la situación.

2. Escribe la expresión algebraica reducida que representa el área total de la plaza (jardín más camino).

3. Escribe la expresión algebraica que representa el área del camino pavimentado (la zona gris en el dibujo).

Tenemos un polinomio $P(x) = 2x^4 - 5x^3 + kx^2 - 12$. Sabemos que al realizar la división de este polinomio entre el binomio $(x + 2)$, el residuo obtenido es 40.

Utilizando el Teorema del Residuo (sin realizar la división larga ni la división sintética completa), determina el valor de $k$. Una vez hallado el valor de $k$, comprueba si $x=2$ es una raíz del polinomio resultante.

Una empresa de paquetería quiere fabricar cajas sin tapa a partir de láminas rectangulares de cartón de 40 cm de largo por 30 cm de ancho. Para ello, se cortan cuatro cuadrados iguales de lado $x$ en las esquinas y se doblan las pestañas resultantes hacia arriba.

1. Escribe el polinomio que expresa el volumen de la caja en función de $x$.

2. Determina el volumen de la caja si cortamos cuadrados de 5 cm de lado.

3. ¿Tendría sentido físico cortar cuadrados de 16 cm de lado? Razona tu respuesta basándote en las dimensiones de la lámina.

Observa la siguiente secuencia de figuras formadas por puntos.

• Figura 1: Tiene 3 puntos (formando un triángulo).

• Figura 2: Tiene 6 puntos.

• Figura 3: Tiene 10 puntos.

• Dibuja la Figura 4 siguiendo el patrón de crecimiento.

• Encuentra una expresión algebraica (polinomio) en función de $n$ que nos permita calcular el número total de puntos de la Figura n. Pista: Relaciona estos números con el área de un rectángulo de lados $n+1$ y $n+2$.

• Utiliza tu expresión para calcular cuántos puntos tendría la Figura 20.

Puedes hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.

Analiza los siguientes productos notables incompletos. Tu tarea consiste en encontrar el valor de los términos que faltan (representados por huecos) y escribir la igualdad completa.

1. $( \dots + 3y)^2 = 4x^2 + \dots + 9y^2$

2. $(5x - \dots)^2 = \dots - 20x + 4$

3. $(3x + \dots) \times (3x - \dots) = 9x^2 - 16$

Explica brevemente qué fórmula has utilizado en cada caso (cuadrado de una suma, cuadrado de una diferencia o suma por diferencia).

El área de un rectángulo viene dada por el polinomio $A(x) = 2x^2 + 7x + 3$.

1. Factoriza el polinomio $A(x)$ para encontrar las expresiones algebraicas que corresponden a la base y la altura del rectángulo, sabiendo que ambas expresiones son binomios con coeficientes enteros.

2. Si sabemos que el valor de $x$ es tal que $x > 0$, calcula cuánto valdría el perímetro del rectángulo en función de $x$. Simplifica la expresión resultante al máximo.

Queremos demostrar algebraicamente una curiosidad matemática sobre los números impares.

Sabemos que cualquier número impar se puede escribir de la forma $2n + 1$ (siendo $n$ un número entero) y su consecutivo impar sería $2n + 3$.

1. Escribe la expresión algebraica de la diferencia de los cuadrados de dos números impares consecutivos: $(2n+3)^2 - (2n+1)^2$.

2. Desarrolla y simplifica dicha expresión al máximo.

3. Basándote en el resultado simplificado, razona: ¿Es cierto que la diferencia de los cuadrados de dos números impares consecutivos es siempre un múltiplo de 8?

Se quiere construir una pieza metálica con forma de corona circular (un anillo plano).

El radio exterior del anillo es $R$ y el radio del hueco interior es $r$.

1. Escribe la expresión algebraica del área de la pieza ($A$) utilizando $\pi$, $R$ y $r$.

2. Sabiendo que el radio exterior es $x + 3$ y el radio interior es $x - 3$:

   a) Sustituye estos valores en la fórmula del área.

   b) Utiliza las igualdades notables para simplificar la expresión del área. El resultado final debe ser un monomio o polinomio muy sencillo multiplicado por $\pi$.

Una fábrica de Puebla envasa chiles jalapeños en latas cilíndricas de $10$ cm de altura. El volumen de un cilindro es $V = \pi r^2 h$. Usa $\pi \approx 3.14$.

1. a) Despeja el radio $r$ en función de $V$ y de $h$.
2. b) Si cada lata debe contener $785$ cm³, ¿cuál es el radio de la lata?
3. c) La etiqueta de papel cubre toda la superficie lateral de la lata, que mide $2\pi r h$. ¿Cuántos cm² de papel lleva cada etiqueta?

En un taller de Guadalajara hacen cajas sin tapa para dulces de tamarindo a partir de láminas cuadradas de cartón de $30$ cm de lado: recortan un cuadrado de lado $x$ cm en cada esquina y doblan las pestañas hacia arriba.

1. a) Escribe con $x$ el lado del fondo de la caja y su altura.
2. b) Escribe el volumen de la caja como un polinomio en $x$ ordenado de mayor a menor grado.
3. c) ¿Qué caja tiene más volumen, la de $x = 3$ cm o la de $x = 5$ cm?
4. d) Explica por qué $x$ tiene que ser menor que $15$.