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Número reales · Números reales

La recta real y los intervalos

Te conviene dominar: Intervalos, semirrectas y entornos (Álgebra 1)
Te conviene dominar: Desigualdades con una incógnita (Álgebra 1)

Una fábrica de sodas programa su máquina para llenar latas de 12 onzas (oz), pero ninguna máquina es perfecta. La compañía acepta cualquier lata que contenga entre 11.8 oz y 12.2 oz. ¿Cómo puedes decir eso en una sola línea de matemáticas, sin ambigüedad? En esta sección aprenderás tres maneras equivalentes: un intervalo, una desigualdad y una condición de distancia.

Intervalos y desigualdades

Cada punto de la recta numérica es un número real, y cada número real es un punto de la recta. Un conjunto de números reales, como "todos los números desde $-1$ hasta $4$, sin incluir el $4$", se puede escribir como una desigualdad (también llamada inecuación) o como un intervalo. Ambos dicen exactamente lo mismo.

Recta numérica que muestra el intervalo de -1 (incluido, punto relleno) a 4 (no incluido, punto vacío), escrito como la desigualdad -1 ≤ x < 4 y como el intervalo [-1, 4). −1 ≤ x < 4 [−1, 4) −3 −2 −1 0 1 2 3 4 5 6

Un punto relleno (o corchete) significa que el extremo sí está incluido. Un punto vacío (o paréntesis) significa que no está incluido.

Desigualdad Intervalo Tipo
$a < x < b$ $(a, b)$ abierto
$a \le x \le b$ $[a, b]$ cerrado
$a \le x < b$ $[a, b)$ semiabierto
$a < x \le b$ $(a, b]$ semiabierto
$x > a$ $(a, \infty)$ semirrecta
$x \le b$ $(-\infty, b]$ semirrecta
todos los números reales $(-\infty, \infty)$ toda la recta
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Expresa como intervalo y como desigualdad el conjunto de números reales que son mayores o iguales que $-3$ y estrictamente menores que $5$.

Expresa como intervalo y como desigualdad el conjunto de números reales que son mayores o iguales que $-3$ y estrictamente menores que $5$.

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Indica cuáles de los siguientes números reales pertenecen al intervalo $[-1, \pi)$: $-1,01$, $-1$, $3,14$, $\frac{22}{7}$, $\sqrt{10}$.

Indica cuáles de los siguientes números reales pertenecen al intervalo $[-1, \pi)$:

$-1,01$, $-1$, $3,14$, $\frac{22}{7}$, $\sqrt{10}$.

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Valor absoluto y distancia

El valor absoluto $|x|$ es la distancia de $x$ a $0$ en la recta numérica. En general, la distancia entre dos puntos $A$ y $B$ es $|A - B|$.

En algunos problemas al valor absoluto se le llama módulo. Es lo mismo.

Recta numérica con los puntos A = -2.5 y B = 4.5. La distancia entre ellos es el valor absoluto de su diferencia, 7. A = −2.5 B = 4.5 0 d = |4.5 − (−2.5)| = 7

Escribir $|x - a|$ significa "la distancia de $x$ a $a$". Eso convierte las ecuaciones y desigualdades con valor absoluto en preguntas sobre distancia:

Enunciado Significado Solución
$\lvert x - a \rvert = r$ $x$ está exactamente a $r$ de $a$ $x = a - r$ o $x = a + r$
$\lvert x - a \rvert \le r$ $x$ está a $r$ o menos de $a$ $a - r \le x \le a + r$, es decir, $[a - r, a + r]$
$\lvert x - a \rvert \ge r$ $x$ está al menos a $r$ de $a$ $x \le a - r$ o $x \ge a + r$
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Escribe en forma de intervalo el conjunto de números reales que cumplen la condición $|x| \le 7$.

Escribe en forma de intervalo el conjunto de números reales que cumplen la condición $|x| \le 7$.

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Calcula la distancia en la recta real entre los puntos $A = -4,5$ y $B = 2,3$, y expresa la operación matemática utilizando la notación de valor absoluto.

Calcula la distancia en la recta real entre los puntos $A = -4,5$ y $B = 2,3$, y expresa la operación matemática utilizando la notación de valor absoluto.

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Encuentra los valores de $x$ que satisfacen la ecuación $|x - 4| = 9$.

Encuentra los valores de $x$ que satisfacen la ecuación $|x - 4| = 9$.

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Entornos: $E(a, r)$

"Un valor $a$, con una variación de $r$" es una idea tan común que tiene nombre propio. El entorno (neighborhood) de centro $a$ y radio $r$ es el intervalo abierto de todos los puntos que están a una distancia de $a$ menor que $r$.

Recta numérica que muestra un entorno de centro a y radio r, que es el intervalo de a - r a a + r. r r a − r a a + r

Para pasar de un intervalo $(p, q)$ a un entorno, halla el punto medio y la mitad de la longitud:

$$a = \frac{p + q}{2}, \qquad r = \frac{q - p}{2}.$$
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Expresa el entorno $E(-1, 3)$ como un intervalo numérico y descríbelo mediante una desigualdad con valor absoluto.

Expresa el entorno $E(-1, 3)$ como un intervalo numérico y descríbelo mediante una desigualdad con valor absoluto.

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Dado el intervalo abierto $(2, 8)$, exprésalo en forma de entorno indicando explícitamente cuál es su centro $a$ y su radio $r$.

Dado el intervalo abierto $(2, 8)$, exprésalo en forma de entorno indicando explícitamente cuál es su centro $a$ y su radio $r$.

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El precio de una acción en bolsa fluctúa alrededor de un valor central. Si el intervalo de fluctuación durante la semana ha sido $[112,5 , 127,5]$, expresa este rango…

El precio de una acción en bolsa fluctúa alrededor de un valor central. Si el intervalo de fluctuación durante la semana ha sido $[112,5 , 127,5]$, expresa este rango utilizando la notación de entorno $E(a, r)$ y mediante una desigualdad con valor absoluto de la forma $|x - a| \le r$.

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Tolerancias y error de medición

Toda medición tiene un margen de error. Un enunciado como "$L = 8 \pm 0.05$ pulgadas" significa que la longitud verdadera está a $0.05$ o menos de $8$, así que $|L - 8| \le 0.05$ y $L \in [7.95, 8.05]$.

El control de calidad suele dar la condición de rechazo en lugar de la de aceptación. Los valores aceptados son entonces el complemento: invierte la desigualdad.

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Una pieza de motor cilíndrica tiene un diámetro ideal de $50\text{ mm}$. El control de calidad rechaza la pieza si el diámetro $d$ medido cumple que $|d - 50| > 0,02$.…

Una pieza de motor cilíndrica tiene un diámetro ideal de $50\text{ mm}$. El control de calidad rechaza la pieza si el diámetro $d$ medido cumple que $|d - 50| > 0,02$. Escribe el intervalo de diámetros que son aceptados por el control de calidad.

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En un laboratorio de biología, una incubadora debe mantener una temperatura $T$ en grados Celsius que no difiera de $37^{\circ}\text{C}$ en más de $0,5^{\circ}\text{C}$.…

En un laboratorio de biología, una incubadora debe mantener una temperatura $T$ en grados Celsius que no difiera de $37^{\circ}\text{C}$ en más de $0,5^{\circ}\text{C}$. Expresa esta condición de tolerancia mediante una desigualdad con valor absoluto y determina el intervalo de temperaturas permitidas.

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La medida del radio de una esfera es $r = 5,0 \pm 0,1\text{ cm}$. Utilizando las propiedades de las desigualdades y los intervalos en la recta real, determina el…

La medida del radio de una esfera es $r = 5,0 \pm 0,1\text{ cm}$. Utilizando las propiedades de las desigualdades y los intervalos en la recta real, determina el intervalo estricto en el que se encuentra el volumen exacto de la esfera, $V = \frac{4}{3}\pi r^3$. Considera el valor de $\pi$ sin aproximar en los extremos del intervalo resultante.

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Unión, intersección y complemento

Como los intervalos son conjuntos, podemos combinarlos.

  • Unión $A \cup B$: números que están en $A$ o en $B$ (o en ambos).

  • Intersección $A \cap B$: números que están en $A$ y en $B$.

  • Complemento $\mathbb{R} \setminus I$: todos los números reales que no están en $I$.

El mejor método es dibujar cada conjunto en su propia recta numérica, una sobre otra, con los extremos alineados.

Tres rectas numéricas apiladas que muestran A = (-3, 2], B = [0, 6), su intersección [0, 2] y su unión (-3, 6). A = (−3, 2] B = [0, 6) A ∩ B = [0, 2] A ∪ B = (−3, 6)

La intersección es solo donde ambas rectas están en trazo grueso. La unión es donde al menos una está en trazo grueso.

El intervalo (-2, 5] en una recta numérica y su complemento, las dos semirrectas (-infinito, -2] y (5, infinito), en otra. I = (−2, 5] −2 5 (−∞, −2] (5, +∞)

Los intervalos también pueden tener una intersección vacía. Por ejemplo, $(-\infty, 1) \cap [3, \infty) = \varnothing$. Y dos intervalos que se tocan pueden fundirse en uno: $[1, 3] \cup (3, 5) = [1, 5)$.

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Dados los intervalos $A = [-2, 4)$ y $B = (1, 6]$, determina y expresa como un único intervalo el resultado de la unión $A \cup B$ y de la intersección $A \cap B$.

Dados los intervalos $A = [-2, 4)$ y $B = (1, 6]$, determina y expresa como un único intervalo el resultado de la unión $A \cup B$ y de la intersección $A \cap B$.

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Practica★★☆Sin empezar
Considera el intervalo $I = [-3, 4)$. Determina el conjunto complementario $\mathbb{R} \setminus I$ y exprésalo como la unión de dos intervalos.

Considera el intervalo $I = [-3, 4)$. Determina el conjunto complementario $\mathbb{R} \setminus I$ y exprésalo como la unión de dos intervalos.

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Practica★★★Sin empezar
Determina los valores del parámetro $k \in \mathbb{R}$ para los cuales la intersección de los intervalos $A = (-\infty, 2k]$ y $B = (k + 3, +\infty)$ es un intervalo de…

Determina los valores del parámetro $k \in \mathbb{R}$ para los cuales la intersección de los intervalos $A = (-\infty, 2k]$ y $B = (k + 3, +\infty)$ es un intervalo de longitud exactamente igual a $5$.

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Desigualdades con valor absoluto

Para resolver una desigualdad con valor absoluto, aísla el valor absoluto y luego sepárala en una de dos formas:

  • $|u| \le c$ (con $c \ge 0$) se convierte en $-c \le u \le c$ (una sola cadena).

  • $|u| \ge c$ se convierte en $u \le -c$ o $u \ge c$ (dos casos).

Aquí $u$ puede ser cualquier expresión, como $3x + 1$.

Practica★★☆Sin empezar
Resuelve la inecuación $|2x - 5| \le 3$ y representa el conjunto solución en forma de intervalo.

Resuelve la inecuación $|2x - 5| \le 3$ y representa el conjunto solución en forma de intervalo.

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Practica★★★Sin empezar
Resuelve la inecuación con valores absolutos anidados $||x - 1| - 2| \le 1$ y expresa la solución final como la unión de dos intervalos cerrados.

Resuelve la inecuación con valores absolutos anidados $||x - 1| - 2| \le 1$ y expresa la solución final como la unión de dos intervalos cerrados.

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Practica★★★Sin empezar
En un experimento de óptica, la posición $x$ de una lente a lo largo de un riel unidimensional debe satisfacer simultáneamente dos condiciones para que la imagen esté…

En un experimento de óptica, la posición $x$ de una lente a lo largo de un riel unidimensional debe satisfacer simultáneamente dos condiciones para que la imagen esté enfocada: la distancia a la fuente de luz $A$ (situada en $x=10$) debe ser mayor de $5\text{ cm}$, y la distancia a la pantalla $B$ (situada en $x=30$) debe ser menor de $12\text{ cm}$. Expresa estas condiciones mediante un sistema de inecuaciones con valor absoluto y determina el intervalo válido para la posición $x$.

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Desigualdades cuadráticas y sumas de valores absolutos

Para una desigualdad cuadrática, pasa todo a un lado, halla los ceros y revisa el signo en cada pieza de la recta numérica. Si $a > 0$, la parábola abre hacia arriba, así que es negativa entre sus ceros y positiva fuera de ellos.

Tabla de signos de una parábola que abre hacia arriba con dos ceros x1 y x2: positiva a la izquierda de x1, negativa entre los ceros y positiva a la derecha de x2. x₁ x₂ + − + x < x₁ signo + x₁ < x < x₂ signo − x > x₂ signo +

Los valores absolutos también se pueden sumar. Divide la recta numérica en los puntos donde cada valor absoluto cambia de comportamiento y resuelve cada caso por separado.

Practica★★★Sin empezar
Expresa como unión de intervalos el conjunto de todos los números reales que cumplen la inecuación cuadrática $x^2 - 4x - 5 > 0$.

Expresa como unión de intervalos el conjunto de todos los números reales que cumplen la inecuación cuadrática $x^2 - 4x - 5 > 0$.

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Practica★★★Sin empezar
Encuentra el conjunto de números reales $x$ que satisfacen la inecuación $|x + 2| + |x - 3| \le 7$. Expresa el resultado en forma de intervalo.

Encuentra el conjunto de números reales $x$ que satisfacen la inecuación $|x + 2| + |x - 3| \le 7$. Expresa el resultado en forma de intervalo.

−3 −2 3 4 5 7 f(x) y = 7
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Números irracionales en la recta

Los números racionales son fracciones, y sus decimales terminan o se repiten. Los números irracionales, como $\sqrt{2}$, $\pi$ y $\varphi$, no se pueden escribir como fracción. Ambos tipos llenan la recta real, sin huecos.

Ubicar una raíz cuadrada exactamente

El teorema de Pitágoras permite ubicar $\sqrt{n}$ de forma exacta. Escribe $n$ como suma de dos cuadrados perfectos, $n = p^2 + q^2$. Dibuja un triángulo rectángulo con catetos $p$ y $q$ que empiece en $0$ sobre la recta numérica. Su hipotenusa mide $\sqrt{p^2 + q^2} = \sqrt{n}$. Con un compás centrado en $0$ y esa abertura, traza un arco hasta que corte la recta.

Construcción de la raíz cuadrada de 10 en la recta numérica: un triángulo rectángulo con catetos 3 y 1 tiene hipotenusa raíz de 10, y un arco de compás lleva esa longitud a la recta. 01 23 1 √10 √10 ≈ 3.16

La razón áurea

La razón áurea $\varphi = \dfrac{1 + \sqrt{5}}{2}$ también tiene una construcción con regla y compás sobre la recta. Toma un cuadrado unitario sobre $[0, 1]$. Sea $M$ el punto medio de su base, en $\tfrac{1}{2}$. Traza el segmento de $M$ a la esquina superior derecha. Traza un arco con centro en $M$ hasta la recta numérica.

Construcción de la razón áurea: un cuadrado unitario sobre la recta numérica, una diagonal desde el punto medio de su base hasta la esquina superior opuesta, y un arco que cae en 1/2 + √5/2, que es φ. 01/2 1φ √5/2 φ = 1/2 + √5/2 ≈ 1.618

Por qué cae exactamente en $\varphi$: el triángulo rectángulo tiene catetos $1$ y $\tfrac{1}{2}$, así que la hipotenusa es $\sqrt{1 + \tfrac{1}{4}} = \tfrac{\sqrt{5}}{2}$. Partiendo de $M = \tfrac{1}{2}$ y avanzando esa distancia hacia la derecha se llega a $\tfrac{1}{2} + \tfrac{\sqrt{5}}{2} = \tfrac{1 + \sqrt{5}}{2} = \varphi$. También puedes comprobar que $\varphi$ es un cero de $x^2 - x - 1$: $\varphi^2 = \tfrac{6 + 2\sqrt{5}}{4} = \tfrac{3 + \sqrt{5}}{2} = \varphi + 1$.

Números irracionales entre racionales

Entre dos números reales cualesquiera hay números racionales e irracionales. Para hallar un número irracional entre dos racionales $p < q$:

  1. Halla la separación $q - p$.

  2. Elige un número entero $N$ tan grande que $\sqrt{2}/N$ sea menor que la separación.

  3. Entonces $p + \sqrt{2}/N$ está entre $p$ y $q$.

Es irracional porque un número racional más un número irracional es irracional: si $p + \sqrt{2}/N$ fuera un racional $s$, entonces $\sqrt{2}/N = s - p$ sería racional, lo cual es falso.

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Explica los pasos para representar de forma exacta el número irracional $\sqrt{13}$ en la recta real utilizando el teorema de Pitágoras.

Explica los pasos para representar de forma exacta el número irracional $\sqrt{13}$ en la recta real utilizando el teorema de Pitágoras.

0 1 2 3 4 3 2 √13 √13
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Practica★★★Sin empezar
En el diseño de la fachada de un edificio, se utiliza la proporción áurea $\phi = \frac{1 + \sqrt{5}}{2}$. Basándote en la figura adjunta, justifica analíticamente por…

En el diseño de la fachada de un edificio, se utiliza la proporción áurea $\phi = \frac{1 + \sqrt{5}}{2}$. Basándote en la figura adjunta, justifica analíticamente por qué la construcción mostrada determina exactamente el valor de $\phi$ en la recta real.

0 1/2 1 2 φ
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Practica★★★Sin empezar
Demuestra, encontrando un ejemplo explícito, que entre los números racionales $\frac{10}{7}$ y $\frac{143}{100}$ existe al menos un número irracional.

Demuestra, encontrando un ejemplo explícito, que entre los números racionales $\frac{10}{7}$ y $\frac{143}{100}$ existe al menos un número irracional.

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De vuelta al inicio: una lata se acepta cuando contiene entre $11.8$ y $12.2$ oz. Como intervalo es $[11.8, 12.2]$. Como condición de distancia es $|c - 12| \le 0.2$. Y como intervalo cerrado tiene centro $12$ y radio $0.2$, que es justo lo que dice $|c - 12| \le 0.2$. Tres maneras de decir lo mismo.

Resumen

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