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Algebra 2 · Matemáticas
Ecuaciones · Inecuaciones y sistemas de inecuaciones

Desigualdades racionales

Te conviene dominar: Fracciones algebraicas (Álgebra 1)
Te conviene dominar: Desigualdades (Álgebra 1)

El club del anuario de tu escuela debe decidir cuántas copias imprimir. Imprimir $x$ anuarios cuesta $\$500 + \$8x$, así que el costo promedio por libro es $\dfrac{500+8x}{x}$ dólares. El club quiere que ese promedio sea menor que $\$13$. ¿Cuántas copias necesitan imprimir?

La incógnita $x$ está en un denominador, así que esta es una desigualdad racional (también llamada inecuación racional). Responderás la pregunta del club en la sección Costo, tiempo y tasas. Primero necesitas un método confiable.

Tablas de signos, no multiplicación cruzada

Con una ecuación puedes eliminar un denominador multiplicando ambos lados. Con una desigualdad eso es arriesgado. Si multiplicas por un número negativo, la desigualdad se invierte. Si multiplicas por una expresión como $x+3$, no sabes si es positiva o negativa hasta que conoces $x$.

Esta es la tabla de signos de $\dfrac{x-4}{x+3} > 0$.

Tabla de signos de (x − 4)/(x + 3) > 0 con números críticos −3 y 4; la solución es x < −3 o x > 4. (x − 4)/(x + 3) > 0 −3 4 x − 4 −−+ x + 3 −++ cociente +−+ solución: (−∞, −3) ∪ (4, ∞)

Mira la gráfica: está por encima del eje $x$ exactamente donde la tabla de signos dice que el cociente es positivo.

Practica★☆☆Sin empezar
Resuelva la siguiente inecuación racional expresando su solución en forma de intervalo: $\frac{x-4}{x+3} > 0$

Resuelva la siguiente inecuación racional expresando su solución en forma de intervalo:

$\frac{x-4}{x+3} > 0$

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Resuelva la inecuación: $\frac{x}{x-5} < 0$

Resuelva la inecuación:

$\frac{x}{x-5} < 0$

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Encuentre el conjunto de soluciones de la inecuación: $\frac{2x+6}{x-1} \le 0$

Encuentre el conjunto de soluciones de la inecuación:

$\frac{2x+6}{x-1} \le 0$

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Valores excluidos: el denominador nunca es cero

Por eso, cuando la desigualdad es $\le$ o $\ge$, los dos tipos de números críticos se comportan de manera distinta.

  • Un cero del numerador hace la fracción igual a $0$. Lleva corchete si la desigualdad incluye "o igual a".

  • Un cero del denominador deja la fracción indefinida. Siempre lleva paréntesis.

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Determine los valores de $x$ que verifican: $\frac{4}{x-6} \le 0$

Determine los valores de $x$ que verifican:

$\frac{4}{x-6} \le 0$

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Resuelva la inecuación: $\frac{-5}{2x+3} > 0$

Resuelva la inecuación:

$\frac{-5}{2x+3} > 0$

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Determine para qué valores de $x$ se cumple la siguiente desigualdad: $\frac{-x+5}{x+2} \ge 0$

Determine para qué valores de $x$ se cumple la siguiente desigualdad:

$\frac{-x+5}{x+2} \ge 0$

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Primero factoriza

Cuando el numerador o el denominador es un polinomio cuadrático o de grado mayor, factorízalo para hallar los números críticos. Luego usa los signos de cada factor para llenar una tabla de signos.

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Halle el intervalo solución de la inecuación racional: $\frac{3x-9}{-x+4} \ge 0$

Halle el intervalo solución de la inecuación racional:

$\frac{3x-9}{-x+4} \ge 0$

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Resuelva la siguiente inecuación: $\frac{x^2-9}{x+1} > 0$

Resuelva la siguiente inecuación:

$\frac{x^2-9}{x+1} > 0$

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Resuelva la siguiente inecuación racional y exprese la solución mediante intervalos: $\frac{x^2-5x+6}{x^2-1} \le 0$

Resuelva la siguiente inecuación racional y exprese la solución mediante intervalos:

$\frac{x^2-5x+6}{x^2-1} \le 0$

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Raíces repetidas y factores que nunca cambian de signo

No todos los factores hacen que el signo cambie. Presta atención a estos.

¿Por qué? Un cuadrado no puede ser negativo, así que la gráfica de $(x-a)^2$ toca el cero y rebota. Lo positivo sigue siendo positivo a ambos lados de $a$.

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Resuelva la inecuación racional, prestando especial atención a las raíces múltiples del numerador: $\frac{x^2-6x+9}{x+4} \le 0$

Resuelva la inecuación racional, prestando especial atención a las raíces múltiples del numerador:

$\frac{x^2-6x+9}{x+4} \le 0$

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Resuelva la siguiente inecuación racional en la que el numerador es un polinomio de tercer grado: $\frac{x^3-8}{x^2-2x-3} \ge 0$

Resuelva la siguiente inecuación racional en la que el numerador es un polinomio de tercer grado:

$\frac{x^3-8}{x^2-2x-3} \ge 0$

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Practica★★★Sin empezar
Resuelva la inecuación racional, factorizando previamente los polinomios del numerador y denominador: $\frac{x^4-16}{x^3-2x^2} \le 0$

Resuelva la inecuación racional, factorizando previamente los polinomios del numerador y denominador:

$\frac{x^4-16}{x^3-2x^2} \le 0$

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Algo al otro lado, o fracciones en ambos lados

Una tabla de signos solo compara una fracción con $0$. Si la desigualdad es $\dfrac{P(x)}{Q(x)}\gtrless k$ con $k\ne0$, o tiene fracciones en ambos lados, pasa todo a un lado y combina en una sola fracción primero.

Tabla de signos de (−x + 7)/(x − 3) ≥ 0 con círculo abierto en 3, círculo cerrado en 7 y solución (3, 7]. (−x + 7)/(x − 3) ≥ 0 3 7 −x + 7 ++− x − 3 −++ cociente −+− solución: (3, 7]
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Encuentre el conjunto solución de la inecuación: $\frac{x+3}{x-2} \ge 2$

Encuentre el conjunto solución de la inecuación:

$\frac{x+3}{x-2} \ge 2$

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Determine el conjunto de valores que satisfacen la siguiente desigualdad entre fracciones algebraicas: $\frac{1}{x+1} < \frac{1}{x-3}$

Determine el conjunto de valores que satisfacen la siguiente desigualdad entre fracciones algebraicas:

$\frac{1}{x+1} < \frac{1}{x-3}$

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Encuentre el conjunto solución de la siguiente inecuación racional: $\frac{x+2}{x-1} \le \frac{x-4}{x+2}$

Encuentre el conjunto solución de la siguiente inecuación racional:

$\frac{x+2}{x-1} \le \frac{x-4}{x+2}$

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Costo, tiempo y tasas

Las funciones racionales modelan el costo promedio por artículo, el tiempo de viaje y las tasas. El plan siempre es el mismo: traduce las palabras a una desigualdad, resuélvela con una tabla de signos y luego verifica que la respuesta tenga sentido (un número de artículos no puede ser negativo, una rapidez debe ser positiva).

Ahora podemos responder la pregunta del club del anuario del principio de la página.

Volviendo a la pregunta del club: como el número de libros debe ser un número entero mayor que $100$, el club necesita imprimir al menos 101 copias para que el costo promedio baje de $\$13$.

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El costo promedio diario (en dólares) de producir $x$ componentes electrónicos en una fábrica viene dado por la expresión $C(x) = \frac{800+15x}{x}$. Determine para qué…

El costo promedio diario (en dólares) de producir $x$ componentes electrónicos en una fábrica viene dado por la expresión $C(x) = \frac{800+15x}{x}$. Determine para qué niveles de producción el costo promedio será strictly inferior a $\$25$ por componente.

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El tiempo $T$ (en horas) que tarda una embarcación en recorrer una distancia de $120$ millas a favor de la corriente se modeliza mediante $T(v) = \frac{120}{v+4}$, donde…

El tiempo $T$ (en horas) que tarda una embarcación en recorrer una distancia de $120$ millas a favor de la corriente se modeliza mediante $T(v) = \frac{120}{v+4}$, donde $v$ es la velocidad propia del barco en mph. ¿Para qué velocidades $v > 0$ el trayecto se realizará en menos de $5$ horas?

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La tasa de crecimiento de una población bacteriana (en miles de bacterias por hora) en función del tiempo $t$ (en horas) está dada por la función…

La tasa de crecimiento de una población bacteriana (en miles de bacterias por hora) en función del tiempo $t$ (en horas) está dada por la función $R(t) = \frac{t^2-16}{t+2}$. ¿En qué intervalos de tiempo $t \ge 0$ la tasa de crecimiento es estrictamente positiva?

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Modelos, fórmulas y gráficas

A veces el denominador siempre es positivo. Entonces multiplicar por él es seguro: no puede invertir la desigualdad. Otras veces hay que despejar primero una variable de una fórmula.

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La concentración de un fármaco en el torrente sanguíneo, medida en mg/L, $t$ horas después de su administración viene dada por la función $C(t) = \frac{4t}{t^2+4}$.…

La concentración de un fármaco en el torrente sanguíneo, medida en mg/L, $t$ horas después de su administración viene dada por la función $C(t) = \frac{4t}{t^2+4}$. ¿Durante qué intervalo de tiempo $t \ge 0$ la concentración del fármaco es mayor o igual a $1$ mg/L?

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En óptica, la ecuación de las lentes delgadas relaciona la distancia focal $f$, la distancia del objeto $p$ y la distancia de la imagen $q$ mediante la fórmula…

En óptica, la ecuación de las lentes delgadas relaciona la distancia focal $f$, la distancia del objeto $p$ y la distancia de la imagen $q$ mediante la fórmula $\frac{1}{f} = \frac{1}{p} + \frac{1}{q}$. Si se utiliza una lente con una distancia focal $f = 12$ pulgadas, determine para qué distancias del objeto $p > 0$ la distancia de la imagen $q$ será mayor de $24$ pulgadas.

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El índice de eficiencia térmica $E(r)$ de un sistema de refrigeración cilíndrico depende del radio $r$ (en pies) de los conductos según la función…

El índice de eficiencia térmica $E(r)$ de un sistema de refrigeración cilíndrico depende del radio $r$ (en pies) de los conductos según la función $E(r) = \frac{r^2-4r+3}{r^2-6r+8}$. Los ingenieros necesitan que este índice sea estrictamente negativo para que el sistema no se sobrecaliente. ¿Para qué valores del radio $r > 0$ el sistema es seguro? Apóyese en la representación gráfica de la función para justificar su respuesta.

r E(r) 1 2 3 4 5 E(r)
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Dominio de una raíz cuadrada de una fracción

Una raíz cuadrada está definida solo cuando su radicando es $\ge 0$. Si el radicando es una fracción, el dominio sale de una desigualdad racional del tipo "$\ge 0$", que también excluye los ceros del denominador.

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Determine el dominio de definición de la función de variable real $f(x) = \sqrt{\frac{x^2-x-2}{x^2+4x+3}}$.

Determine el dominio de definición de la función de variable real $f(x) = \sqrt{\frac{x^2-x-2}{x^2+4x+3}}$.

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Sistemas de desigualdades racionales

Para un sistema, resuelve cada desigualdad por separado y conserva los números que cumplen ambas. Esa es la intersección de los conjuntos solución.

Tres rectas numéricas: solución de la primera desigualdad, de la segunda y su intersección (−4, −1). (x + 1)/(x − 3) > 0 (x − 2)/(x + 4) < 0 ambas: (−4, −1) −4 −1 2 3
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Resuelva el siguiente sistema de inecuaciones racionales y exprese el resultado como unión de intervalos:…

Resuelva el siguiente sistema de inecuaciones racionales y exprese el resultado como unión de intervalos:

$\begin{cases} \frac{x-2}{x+3} \ge 0 \\ \frac{x^2-16}{x} \le 0 \end{cases}$

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Desigualdades con un parámetro

A veces la pregunta es: ¿para qué valores de una constante $k$ se cumple una desigualdad para todo $x$ real? Cuando el denominador siempre es positivo, todo depende del numerador, y el discriminante decide.

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Determine para qué valores del parámetro real $k$ la siguiente inecuación se cumple para todo $x \in \mathbb{R}$: $\frac{x^2-kx+9}{x^2+1} > 0$

Determine para qué valores del parámetro real $k$ la siguiente inecuación se cumple para todo $x \in \mathbb{R}$:

$\frac{x^2-kx+9}{x^2+1} > 0$

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Resumen

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