Resolución de sistemas de ecuaciones
En un food truck del 4 de julio, Aaliyah paga $\$13$ por 3 tacos y 2 bebidas. Mateo paga $\$12$ por 2 tacos y 3 bebidas. ¿Cuánto cuesta un taco? ¿Y una bebida? Dos incógnitas y dos pistas forman un sistema de ecuaciones.
En Matemáticas Integradas I resolviste sistemas con dos incógnitas. Ahora se complican: puede haber tres incógnitas, o cuadrados, exponentes, logaritmos, radicales y fracciones. La idea de fondo no cambia: convierte el sistema en algo que ya sabes resolver.
Repaso: sustitución y eliminación
Gráficamente, la solución de un sistema lineal $2\times 2$ es el punto donde se cruzan las dos rectas. Aquí tienes el sistema $2x+3y=16$, $3x-2y=11$.
Resuelva el siguiente sistema de ecuaciones lineales utilizando el método de reducción: $3x - 2y = 7$ $5x + 4y = 8$
Resuelva el siguiente sistema de ecuaciones lineales utilizando el método de reducción:
$3x - 2y = 7$
$5x + 4y = 8$
Tres incógnitas: forma escalonada y eliminación de Gauss
Con tres incógnitas, la sustitución se complica rápido. El método confiable es eliminar variables en un orden fijo hasta que el sistema tenga forma de "escalera". Esto es la eliminación de Gauss (Gaussian elimination).
El plan: usa la ecuación (1) para eliminar $x$ de las ecuaciones (2) y (3). Luego usa la nueva ecuación (2) para eliminar $y$ de la ecuación (3). Por último, sustituye hacia atrás.
Halle el valor de las incógnitas $x$, $y$, $z$ en el siguiente sistema de ecuaciones lineales, que ya se encuentra en forma escalonada: $2x - y + 3z = 14$ $3y - z = 5$…
Halle el valor de las incógnitas $x$, $y$, $z$ en el siguiente sistema de ecuaciones lineales, que ya se encuentra en forma escalonada:
$2x - y + 3z = 14$
$3y - z = 5$
$2z = 8$
Aplique el método de Gauss para transformar y resolver el siguiente sistema de tres ecuaciones lineales con tres incógnitas: $x + y + z = 6$ $x - y + 2z = 5$…
Aplique el método de Gauss para transformar y resolver el siguiente sistema de tres ecuaciones lineales con tres incógnitas:
$x + y + z = 6$
$x - y + 2z = 5$
$x + y - z = 0$
Resuelva el siguiente sistema de ecuaciones lineales utilizando el método de Gauss e indique si es un sistema compatible determinado: $2x - y + 3z = 1$ $x + 2y - z = 4$…
Resuelva el siguiente sistema de ecuaciones lineales utilizando el método de Gauss e indique si es un sistema compatible determinado:
$2x - y + 3z = 1$
$x + 2y - z = 4$
$4x - y + z = 2$
Una, ninguna o infinitas soluciones
Dos rectas pueden cruzarse una vez, ser paralelas o ser la misma recta. Los sistemas con más incógnitas se comportan igual. Puedes saber en qué caso estás mientras eliminas.
| Después de eliminar obtienes… | Qué significa | Soluciones |
|---|---|---|
| un valor para cada variable | las ecuaciones son independientes | exactamente una (consistente, independiente) |
| $0=0$ | una ecuación era redundante | infinitas (consistente, dependiente) |
| $0=5$ (algo falso) | las ecuaciones se contradicen | ninguna (inconsistente) |
Algunos problemas dicen determinado e indeterminado para las dos primeras filas. Significan lo mismo que independiente y dependiente.
Ahora mira cómo un parámetro cambia la gráfica. En $x+y=2$, $3x+ky=6$, mueve $k$ y observa la segunda recta.
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 $\lambda$.
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:
$x + y + z = 4$
$2x - y + 3z = 5$
$3x + 4z = 10$
Sistemas no lineales: sustitución y eliminación
Un sistema es no lineal cuando al menos una ecuación tiene cuadrados, productos de variables u otros términos no lineales. Las soluciones son los puntos donde se cruzan las gráficas. Una recta y una circunferencia pueden cortarse en $0$, $1$ o $2$ puntos.
Resuelva el siguiente sistema de ecuaciones no lineales empleando el método de sustitución: $x - y = 2$ $x^2 + y^2 = 10$
Resuelva el siguiente sistema de ecuaciones no lineales empleando el método de sustitución:
$x - y = 2$
$x^2 + y^2 = 10$
Encuentre todas las soluciones del siguiente sistema de ecuaciones no lineales, en el que ambas ecuaciones son de segundo grado: $x^2 + y^2 - 4x = 5$…
Encuentre 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
Algunos sistemas no cambian si intercambias $x$ y $y$, como $x^2+y^2=20$ y $xy=8$. Para estos, usa $S=x+y$ y $P=xy$.
Ahora míralo geométricamente. La circunferencia $x^2+y^2=25$ y la hipérbola $xy=12$ se cortan en cuatro puntos, que vienen en pares intercambiados.
El perímetro de un terreno rectangular mide $140$ pies y la longitud de su diagonal es de $50$ pies. Plantee un sistema de ecuaciones no lineales que describa la…
El perímetro de un terreno rectangular mide $140$ pies y la longitud de su diagonal es de $50$ pies. Plantee un sistema de ecuaciones no lineales que describa la situación y resuélvalo para determinar las dimensiones del terreno.
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: misma base y cambio de variable
Cuando las incógnitas están en los exponentes, primero intenta escribir ambos lados de cada ecuación como potencias de la misma base. Bases iguales significan exponentes iguales.
Cuando no puedes igualar las bases, usa un cambio de variable: sean $u=2^x$ y $v=3^y$. Las reglas de los exponentes $2^{x+1}=2\cdot 2^x$ y $3^{y-1}=\dfrac{3^y}{3}$ convierten el sistema en uno lineal.
Si $u$ no es una potencia exacta, usa un logaritmo. Por ejemplo, $2^x=5$ da $x=\log_2 5=\dfrac{\ln 5}{\ln 2}\approx 2.32$.
Resuelva el siguiente sistema de ecuaciones exponenciales expresando ambos miembros de cada ecuación como potencias de la misma base: $2^{x+y} = 32$ $3^{x-y} = 9$
Resuelva el siguiente sistema de ecuaciones exponenciales expresando ambos miembros de cada ecuación como potencias de la misma base:
$2^{x+y} = 32$
$3^{x-y} = 9$
Resuelva el siguiente sistema de ecuaciones exponenciales efectuando los cambios de variable $u = 3^x$ y $v = 2^y$: $3^x + 2^{y+1} = 17$ $3^{x-1} - 2^y = 1$
Resuelva 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
Aplique la definición de logaritmo para plantear un sistema lineal equivalente y resuelva el siguiente sistema de ecuaciones: $\log_2(x + y) = 3$ $x - 2y = 2$
Aplique la definición de logaritmo para plantear un sistema lineal equivalente y resuelva el siguiente sistema de ecuaciones:
$\log_2(x + y) = 3$
$x - 2y = 2$
Halle el valor de $x$ e $y$ en el siguiente sistema de ecuaciones logarítmicas, aplicando previamente las propiedades de los logaritmos para simplificar las expresiones:…
Halle 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
Radicales. Una raíz cuadrada nunca es negativa, y elevar al cuadrado ambos lados puede crear soluciones falsas. Dos buenas estrategias son usar $x-y=(\sqrt{x}-\sqrt{y})(\sqrt{x}+\sqrt{y})$ cuando el sistema tiene $x-y$, o sustituir $a=\sqrt{x}$ y $b=\sqrt{y}$.
Fracciones. Si cada incógnita aparece solo en denominadores, sean $u=\dfrac1x$ y $v=\dfrac1y$. El sistema se vuelve lineal. Indica primero las restricciones: $x\ne 0$, $y\ne 0$.
Encuentre la solución del siguiente sistema de ecuaciones que involucra expresiones con radicales: $\sqrt{x} + \sqrt{y} = 5$ $x - y = 5$
Encuentre 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:
$\frac{2}{x} + \frac{3}{y} = 2$
$\frac{4}{x} - \frac{1}{y} = \frac{1}{6}$
Problemas verbales con dos incógnitas
Un agricultor ha recolectado $500$ libras de fruta entre manzanas y peras. Sabiendo que el triple de las libras de manzanas equivale exactamente al doble de las libras…
Un agricultor ha recolectado $500$ libras de fruta entre manzanas y peras. Sabiendo que el triple de las libras de manzanas equivale exactamente al doble de las libras de peras, plantee y resuelva un sistema de ecuaciones lineales para determinar cuántas libras de cada fruta ha recolectado.
En un laboratorio químico se desea obtener $100$ galones de una solución de ácido al $30\%$. Para ello se van a mezclar dos soluciones disponibles en el almacén: una al…
En un laboratorio químico se desea obtener $100$ galones de una solución de ácido al $30\%$. Para ello se van a mezclar dos soluciones disponibles en el almacén: una al $20\%$ de concentración y otra al $45\%$. Plantee y resuelva un sistema de ecuaciones lineales para calcular cuántos galones de cada solución se deben emplear.
Dos ciclistas parten simultáneamente desde dos ciudades A y B, separadas por una distancia de $120$ millas, y circulan en sentidos opuestos para encontrarse. El ciclista…
Dos ciclistas parten simultáneamente desde dos ciudades A y B, separadas por una distancia de $120$ millas, y circulan en sentidos opuestos para encontrarse. El ciclista que parte de A viaja a una velocidad constante que supera en $5$ mph 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 verbales con tres incógnitas
Tres incógnitas necesitan tres ecuaciones independientes. Busca tres datos distintos: una cantidad total, un valor total y una relación entre las cantidades.
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 $\$50000…
Un inversor reparte un capital total de $\$50000$ entre tres fondos de inversión: renta variable, renta fija y bonos del Gobierno. 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 Gobierno. Si al cabo de un año las ganancias totales generadas ascienden a $\$2900$, ¿cuánto dinero invirtió en cada fondo? Plantea el sistema correspondiente y resuélvelo por el método de Gauss.
Volvamos al food truck: sea $t$ el precio de un taco y $d$ el de una bebida. Entonces $3t+2d=13$ y $2t+3d=12$. Multiplica la primera por $3$ y la segunda por $2$: $9t+6d=39$ y $4t+6d=24$. Resta: $5t=15$, así que $t=3$ y $d=2$. Un taco cuesta $\$3$ y una bebida cuesta $\$2$.