Métodos de resolución de sistemas
Dos amigos salen en bicicleta por la Rambla de Montevideo, uno desde cada extremo, y se cruzan al cabo de un rato. ¿A qué velocidad iba cada uno? Para responderlo hay que plantear dos ecuaciones a la vez. En este apartado vas a ver que, aunque los sistemas se compliquen (exponenciales, logaritmos, fracciones, tres incógnitas), la idea es siempre la misma: transformarlos en algo que ya sabés resolver.
Repaso: sustitución, igualación y reducción
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones lineales utilizando el método de reducción: $3x - 2y = 7$ $5x + 4y = 8$
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones lineales utilizando el método de reducción:
$3x - 2y = 7$
$5x + 4y = 8$
Elegir el método según el sistema
No hay un método «mejor»: hay uno más cómodo para cada sistema. Fijate en cómo viene escrito.
Los sistemas no lineales (por ejemplo, con $x^2+y^2$) se resuelven casi siempre por sustitución: se despeja una incógnita de la ecuación más simple y se reemplaza en la otra, que queda como una ecuación de segundo grado en una sola incógnita. Si las dos ecuaciones tienen $x^2$ e $y^2$ con coeficientes que se pueden anular, la reducción también sirve.
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones no lineales empleando el método de sustitución: $x - y = 2$ $x^2 + y^2 = 10$
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones no lineales empleando el método de sustitución:
$x - y = 2$
$x^2 + y^2 = 10$
Encuentra todas las soluciones del siguiente sistema de ecuaciones no lineales, en el que ambas ecuaciones son de segundo grado: $x^2 + y^2 - 4x = 5$…
Encuentra 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
Cuando el sistema da $x^2+y^2$ y $x\cdot y$, conviene usar $S=x+y$ y $P=x\cdot y$, porque $x^2+y^2=S^2-2P$. Con $S$ y $P$ se arma una ecuación de segundo grado cuyas raíces son $x$ e $y$: $t^2-St+P=0$.
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.
Exponenciales y logaritmos: cambio de variable
Cuando las bases no se pueden igualar, se usa el cambio de variable. Por ejemplo, en $\begin{cases} 3^x+2^{y+1}=17 \\ 3^{x-1}-2^y=1 \end{cases}$ se escribe $2^{y+1}=2\cdot 2^y$ y $3^{x-1}=\dfrac{3^x}{3}$, y con $u=3^x$, $v=2^y$ queda un sistema lineal en $u$ y $v$.
En los sistemas logarítmicos se aplican antes las propiedades: $\log a+\log b=\log(ab)$, $\log a-\log b=\log\dfrac{a}{b}$ y $\log(a^n)=n\log a$. Recordá que $\log$ es el logaritmo decimal (base 10) y que el argumento debe ser positivo.
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones exponenciales expresando ambos miembros de cada ecuación como potencias de la misma base: $2^{x+y} = 32$ $3^{x-y} = 9$
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones exponenciales expresando ambos miembros de cada ecuación como potencias de la misma base:
$2^{x+y} = 32$
$3^{x-y} = 9$
Aplica la definición de logaritmo para plantear un sistema lineal equivalente y resuelve el siguiente sistema de ecuaciones: $\log_2(x + y) = 3$ $x - 2y = 2$
Aplica la definición de logaritmo para plantear un sistema lineal equivalente y resuelve el siguiente sistema de ecuaciones:
$\log_2(x + y) = 3$
$x - 2y = 2$
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones exponenciales efectuando los cambios de variable $u = 3^x$ y $v = 2^y$: $3^x + 2^{y+1} = 17$ $3^{x-1} - 2^y = 1$
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones exponenciales efectuando los cambios de variable $u = 3^x$ y $v = 2^y$:
$3^x + 2^{y+1} = 17$
$3^{x-1} - 2^y = 1$
Halla el valor de $x$ e $y$ en el siguiente sistema de ecuaciones logarítmicas, aplicando previamente las propiedades de los logaritmos para simplificar las expresiones:…
Halla 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:
$2^x \cdot 4^y = 256$
$\log_3(x) + \log_3(y) = \log_3(6)$
Fracciones algebraicas y radicales
Con fracciones algebraicas, primero se fijan las restricciones (los denominadores no pueden ser cero) y, si cada incógnita aparece solo en denominadores, se hace $u=\dfrac{1}{x}$ y $v=\dfrac{1}{y}$. El sistema pasa a ser lineal en $u$ y $v$.
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:
$\frac{2}{x} + \frac{3}{y} = 2$
$\frac{4}{x} - \frac{1}{y} = \frac{1}{6}$
Ampliación: sistemas con radicales
Con raíces, se despeja una incógnita, se sustituye y se eleva al cuadrado para eliminar el radical. Al elevar al cuadrado pueden aparecer soluciones que no cumplen el sistema original.
Encuentra la solución del siguiente sistema de ecuaciones que involucra expresiones con radicales: $\sqrt{x} + \sqrt{y} = 5$ $x - y = 5$
Encuentra la solución del siguiente sistema de ecuaciones que involucra expresiones con radicales:
$\sqrt{x} + \sqrt{y} = 5$
$x - y = 5$
Tres incógnitas: el método de Gauss
Con tres incógnitas, sustitución e igualación son lentas y propensas a errores. El método de Gauss usa la reducción de manera ordenada: se elimina una incógnita por vez hasta dejar el sistema escalonado, que se resuelve de abajo hacia arriba.
¿Y si no hay una única solución?
Al escalonar puede pasar algo distinto:
-
Si se llega a una solución única, el sistema es compatible determinado.
-
Si aparece una ecuación como $0=0$, sobra una ecuación y el sistema es compatible indeterminado (infinitas soluciones).
-
Si aparece una ecuación como $0=5$, es imposible: el sistema es incompatible (sin solución).
Halla el valor de las incógnitas $x$, $y$, $z$ en el siguiente sistema de ecuaciones lineales, que ya se encuentra en forma escalonada: $2x - y + 3z = 14$ $3y - z = 5$…
Halla el valor de las incógnitas $x$, $y$, $z$ en el siguiente sistema de ecuaciones lineales, que ya se encuentra en forma escalonada:
$2x - y + 3z = 14$
$3y - z = 5$
$2z = 8$
Aplica el método de Gauss para transformar y resolver el siguiente sistema de tres ecuaciones lineales con tres incógnitas: $x + y + z = 6$ $x - y + 2z = 5$…
Aplica el método de Gauss para transformar y resolver el siguiente sistema de tres ecuaciones lineales con tres incógnitas:
$x + y + z = 6$
$x - y + 2z = 5$
$x + y - z = 0$
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones lineales utilizando el método de Gauss e indica si es un sistema compatible determinado: $2x - y + 3z = 1$ $x + 2y - z = 4$…
Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones lineales utilizando el método de Gauss e indica si es un sistema compatible determinado:
$2x - y + 3z = 1$
$x + 2y - z = 4$
$4x - y + z = 2$
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:
$x + y + z = 4$
$2x - y + 3z = 5$
$3x + 4z = 10$
Ampliación: infinitas soluciones y discusión con parámetro
Cuando el sistema es compatible indeterminado, se toma una incógnita como parámetro $\lambda$ y se expresan las otras en función de ella.
También se puede discutir un sistema según un parámetro $k$: se escalona y se mira para qué valores de $k$ queda $0=0$ o $0=$ un número distinto de cero.
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 $\lambda$:
$x - 2y + z = 3$
$2x + y - 3z = 1$
$4x - 3y - z = 7$
Plantear problemas con sistemas
Para resolver un problema con un sistema: 1) elegí las incógnitas y decí qué representa cada una; 2) traducí cada dato a una ecuación; 3) resolvé; 4) comprobá que la solución tiene sentido en el contexto (por ejemplo, que no dé una cantidad negativa).
Un agricultor ha recolectado $500$ kg de fruta entre manzanas y peras. Sabiendo que el triple de los kilos de manzanas equivale exactamente al doble de los kilos de…
Un agricultor ha recolectado $500$ kg de fruta entre manzanas y peras. Sabiendo que el triple de los kilos de manzanas equivale exactamente al doble de los kilos de peras, plantea y resuelve un sistema de ecuaciones lineales para determinar cuántos kilos de cada fruta ha recolectado.
En un laboratorio químico se desea obtener $100$ litros de una disolución de ácido al $30\%$. Para ello se van a mezclar dos disoluciones disponibles en el almacén: una…
En un laboratorio químico se desea obtener $100$ litros de una disolución de ácido al $30\%$. Para ello se van a mezclar dos disoluciones disponibles en el almacén: una al $20\%$ de concentración y otra al $45\%$. Plantea y resuelve un sistema de ecuaciones lineales para calcular cuántos litros de cada disolución se deben emplear.
El perímetro de una parcela rectangular mide $140$ m y la longitud de su diagonal es de $50$ m. Plantea un sistema de ecuaciones no lineales que describa la situación y…
El perímetro de una parcela rectangular mide $140$ m y la longitud de su diagonal es de $50$ m. Plantea un sistema de ecuaciones no lineales que describa la situación y resuélvelo para determinar las dimensiones de la parcela.
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.
Dos ciclistas parten simultáneamente desde dos ciudades A y B, separadas por una distancia de $120$ km, y circulan en sentidos opuestos para encontrarse. El ciclista que…
Dos ciclistas parten simultáneamente desde dos ciudades A y B, separadas por una distancia de $120$ km, y circulan en sentidos opuestos para encontrarse. El ciclista que parte de A viaja a una velocidad constante que supera en $5$ km/h 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.
Volvé al principio: los dos ciclistas de la Rambla se resuelven con un sistema de dos ecuaciones lineales, como acabás de ver.