Matematica texto-2do-bgu
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Este documento presenta información sobre el libro de texto Matemática 2 BGU de la editorial Don Bosco. En las primeras páginas se describe que el libro fomenta un aprendizaje práctico y funcional mediante proyectos, reflexiones y actividades. Luego se presentan los contenidos que se abordarán organizados en seis unidades temáticas, incluyendo rectas, funciones, derivadas, vectores, estadística y probabilidad y cónicas. Al final se incluyen los objetivos del libro relacionados con el desarrollo de hab
![Prohibidasureproducción
37
Suma de los términos de una progresión aritmética
En varios ejercicios numéricos de progresiones, es posible
determinar la suma de los términos de manera directa, por
ejemplo en la progresión:
,… 4, 6, 8, 10
La suma de los términos será: 28
Pero existirán algunas progresiones cuyo número de tér-
minos sea mucho mayor, por ello, para calcular la suma
Sn
= a1
+ a2
+ a3
+ a4
+… + an – 1
+ an
de los n primeros tér-
minos de una progresión aritmética, podemos calcular me-
diante las expresiones:
2 3 4 97 98 99 1001
Esta expresión se utilizará
cuando en los datos se
disponga del número de
términos (n), del primer
término (a1
) y del último
término (an
).
En cambio, en esta expre-
sión se debe disponer del
número de términos (n),
del primer término (a1
) y
de la diferencia de la pro-
gresión (d).
nn
Sn =Sn = (a1
+ an
) [2a1
+ (n - 1) d]
22
12. Determina el n – término, según corresponda.
13. En cada una de las progresiones siguientes, halla
la suma del número de términos que se indica
14. Determina el n – término, según corresponda
15. En cada una de las progresiones siguientes
halla la suma del número de términos que se
indica
a. 7.o
término de 7, 10, 13, ...
b. 15.o
término de -6, -3, 0, ...
c. 21.o
término de 1, , , ...
a. x, x + y, x + 2y (n = 6)
d. Una progresión aritmética comienza por
2, termina por 3 y su diferencia es 1/10.
¿Cuántos términos hay en la progresión?
a. 9no término de 7, 10, 13, …
a. 3, 6, 9 , … (n = 11)
b. 4, 8, 12, … (n = 10)
c. 8, 4, 0, … (n = 15)
d. (n = 15)
b. 6, 4, 6 , 3, 2, … (n = 15)
d. x - y , x, x + y , ( n = 6 )
c. , … (n = 21)
b. 25vo término de -6, -3, 0,…
c. 11vo término de 1,
d. 29vo término de -1, -4, -7, …
Actividades
4
1
1
1
1
3 4 3
2
2
,
,
,
,
,
, …
5
2
2
3
3
5 5 5
3
3
Según la tradición, el proble-
ma de hallar el valor de la
suma de los cien primeros
números naturales fue plan-
teado en 1787 por un profe-
sor a su clase de niños de
diez años, para mantenerlos
ocupados un buen rato. En
esa clase se encontraba el
que fue llamdo «príncipe de
las matemáticas», el alemán
Carl F. Gauss.
Gauss observó que si suma-
ba el primer término con el
último, el segundo con el
penúltimo, el tercero con el
antepenúltimo y, así sucesi-
vamente, obtenía siempre el
mismo resultado.
Así, dedujo que la suma de
los cien primeros números
naturales es:
101 ∙ 50 = 5050
y también:
B
IÉN
1 + 100 = 101
2 + 99 = 101
3 + 98 = 101
...
Fig. 15.
Tabla 13 Tabla 14](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-40-320.jpg)
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44
Interés compuesto
Un capital está sujeto a un régimen de interés compuesto
cuando, al finalizar el período mínimo del depósito, los in-
tereses no se retiran y se añaden al capital para producir
nuevos intereses.
En general, el capital final, Cn
, que se obtiene al depositar,
en un régimen de interés compuesto, un cierto capital, C, a
un tipo de interés, i, (expresado en tanto por uno) durante n
años es:
Cn = C ∙ (1 + i )n
Para determinar el interés, I, obtenido, tenemos que restar al
capital final, Cn
, el capital inicial, C. Así:
I = Cn − C = C ∙ (1 + i )n
- C ⇒ I = C ∙ [(1 + i )n
− 1]
• Vemos que al cabo de los tres años el capital C3
es $ 44089,92.
b. Utilizamos la fórmula del interés compuesto:
C3
= 35000 · × (1 + 0,08)3
= $ 44089,92 ·
• Tal y como puedes comprobar, hemos obtenido el mismo result
do, aunque el procedimiento aplicado en el apartado a. es mu-
cho más largo.
Calculemos qué capital obtendremos al cabo de tres años por un
depósito de $ 35 000 sometido a un interés anual del 8%, si no reti-
ramos los intereses.
Haz los cálculos:
a. Utilizando la fórmula del interés simple.
b. Utilizando la fórmula del interés compuesto.
• Compara los dos procedimientos.
En primer lugar, expresamos los datos:
C = $ 35 000 n = 3 años i = 8% = 0,08 (tanto por uno)
a. Utilizamos la fórmula del interés simple:
• Para calcular los intereses del primer año, I1
, aplicamos la fórmula
del interés simple al capital inicial, C.
• Como no retiramos los intereses, el capital depositado al final del
primer año, C1
, es la suma del capital inicial, C, y los intereses pro-
ducidos, I1
.
• Los intereses del segundo año, I2
, se calcularán a partir del capital
que ahora hay depositado, o sea, C1
.
• Para encontrar I3
procederemos como en el segundo año, consi-
derando ahora como capital inicial el capital al final del segundo
año,
C2
= C1
+ I2
.
Ejemplo23
.
t Capital inicial Intereses Capital final
1 C I1
= C ∙ i = 35000 ∙ 0,08 = 2800 C1
= C + I1
= 35000 + 2800 = $ 37800
2 C1
I2
= C1
∙ i = 37800 ∙ 0,08 = 3024 C2
= C1
+ I2
= 37800 + 3024 = $ 40824
3 C2
I3
= C2
∙ i = 40824 ∙ 0,08 = 3265,92 C3
= C2
+ I3
= 40824 + 3265,92 = $ 440 89,92
Luca Pacioli
Matemático italiano (1445-
1514).
El hecho de estar en contacto
con artesanos y mercaderes
desde pequeño, le permitió
aprender las denominadas
matemáticas comerciales,
que consistían básicamente
en manejar el sistema de nu-
meración hindo-arábigo.
En 1475, fue profesor en la Uni-
versidad de Perusa, y ya en
1494, cuando escribió su Tra-
tado de las cuentas y las es-
crituras, era considerado uno
de los mejores maestros en
contabilidad de toda Italia, y
fue contratado por el duque
de Florencia para trabajar
como tesorero en la corte.
A partir de la fórmula del in-
terés compuesto, podemos
obtener otras:
y también:
B
IÉN
Cn
Cn
- 1n
(1 + i)n
C
C =
i = �
http://goo.gl/vLTCQB
http://goo.gl/8uH8f0
Tabla 15](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-47-320.jpg)
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49
1
Resumen
Operaciones con funciones
En el conjunto de las funciones reales de variable real pode-
mos definir diversas operaciones.
• La razón de la progresión geométrica que resulta
al interpolar k términos entre a y b es:
• El interés simple i que obtenemos a partir de un
capital C con un interes i expresado en tanto por
uno y a lo largo de n años es:
I = C∙ i ∙ n
• El capital final Cn
que se obtiene al depositar un
capital inicial C a un tipo de interés compuesto i
expresado en tanto por uno durante n años es:
Cn
= C ∙ (1 + i)n
• La TAE es el tipo de interés anual real correspon-
diente a un determinado tipo de interés, i, cuando
los períodos de liquidación, n, son inferiores a un
año:
• El capital final Cf
que se obtiene a partir de cada
anualidad de capitalización af
del tipo de interés
anual i en tanto por uno y el tiempo n en años, es:
• La cuota anual de amortización a de un préstamo
C, a un tipo de interés i expresado en tanto por
uno y a un plazo de n años es:
Adición Sustracción
La función suma de � y g es la función que
asigna a cada número real x la suma de las
imágenes por la función � y por la función g:
� + g : x ↦(� + g) (x) = � (x) + g(x)
La función diferencia de � y g es la función
que asigna a cada número real x la diferen-
cia de las imágenes por la función � y por la
función g:
� - g : x ↦(� - g) (x) = �(x) - g(x)
Multiplicación División
La función producto de � y g es la función
que asigna a cada número real x el produc-
to de las imágenes por la función � y por la
función g:
� ∙ g : x ↦(� ∙ g) (x) = �(x) ∙ g (x)
La función cociente de � y g es la función
que asigna a cada número real x el cocien-
te de las imágnes por la función � y por la
función g:
g(x)gg
(x) =
�(x)
; g(x) ≠ 0
��
: x ↦
TAE =
i n
n
1 + - 1)(
C ∙ i
i
1 - (1 + i)-n
a (1 + i)-n
[(1 + i)-n
- 1]
a =
Cf
=
r = �
• Una sucesión de números reales es un conjunto
de números reales en correspondencia con el
conjunto de los números naturales. Cada uno de
ellos se denomina término de la sucesión.
• La expresión de un término cualquiera de una su-
cesión en función del lugar que ocupa se deno-
mina término general.
• Una progresión geométrica es una sucesión en
la que el cociente entre un término cualquiera,
excepto el primero, y su anterior es una cantidad
constante. Esta cantidad constante se llama ra-
zón de la progresión y se representa por r.
• La expresión del término general de una progre-
sión geométrica es:
an
= a1
∙ r n-1
• La expresión de la suma de n términos de una pro-
gresión geométrica es:
• La expresión del producto de n términos de una
progresión geométrica es:
Pn
= (a1
∙ an
)n
• La interpolación de términos geométricos es el
proceso de colocar un cierto número de términos
entre dos dados, a y b, de manera que resulte una
progresión geométrica de extremos a y b.
√
r -1 r -1
⇨
an
∙ r - a1
a1
( r n
- 1)
Sn
= Sn
=
b
(k+1)
a
Tabla 17](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-52-320.jpg)
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61
Características de la función trigonométrica seno
A continuación, describimos las características de la función, seno definido por �(x) = sen(x)
Además de las características descritas, analizaremos los intervalos de monotonía (creci-
miento y decrecimiento) y concavidad en la siguiente tabla.
La gráfica de la función y = sen (x) , descrita en más de un
período, que constituye una cima y un valle.
5. Representa gráficamente, sobre papel milimetrado, tres perío-
dos de la función sen: x ↦ � ( x ) = sen x en el intervalo [0, 6π].
Actividades
sen : x ↦ �(x) = sen (x)
Dominio: Los números reales
Recorrido: [- 1; 1]
Intersecciones con el eje horizontal x: (0 ,0), (π ,0), (2π ,0)...
Intersecciones con el eje vertical y: (0, 0)
Es una función continua.
La función es simétrica con respecto al origen.
No presente asíntotas.
No es una función inyectiva.
No es una función sobreyectiva.
Máximo relativo:
Mínimo relativo:
π
, 1
3π
, - 1
2
2
Cuadrante Variación eje horizontal
(x)
Variación eje vertical
(y)
Concavidad
I Entre 0 a Crece de 0 a 1 Cóncava hacia abajo
II Entre a π Decrece de 1 a 0 Cóncava hacia abajo
III Entre π a Decrece de 0 a -1 Cóncava hacia arriba
IV Entre a 2π Crece de -1 a 0 Cóncava hacia arriba
π
3π
3π
π
2
2
2
2
http://goo.gl/SBc3e7
Fig. 5.
Tabla 2.
Tabla 3.](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-64-320.jpg)
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62
2.2.Gráfica de la curva trigonométrica coseno
A la función coseno se denota con cos.
Examinemos ahora las características particulares que presenta la función coseno definido por
�(x)= cos x, indagando la tabla de valores y representación gráfica en un período tomado desde 0
a 2π (0 a 360o
).
Características de la función trigonométrica coseno
Representación gráfica de la función coseno en el intervalo [0;2π]
Valores de X
Radianes
Valores de X
(grados)
�(x)= cos x
(x,cos(x))
π
1
π
-1
0
1
0 o
2π
1
π
3 3 3 3
π
0
2π 5π
1
30o
60o
90o
120o
150o
180o
210o
240o
270o
300o
330o
360o
7π 4π 3π 5π 11π
1
6
2
3
2
2 3 6
2 2
- -- -
6 3
2 2
1
2
0
3
2
6
2
√ √ √ √
222
1
-1
0
-2
ππ
π 3π
π 2π
y = cos (x)
y=cos (x)
y
3π
3ππ
2π, 1
, 0, 0
0, 1
π, -1
π
2π
22
2 2
2
22
cos: x ↦ �(x) = cos (x)
Dominio: Los números reales
Recorrido: [- 1; 1]
Intersecciones con el eje x:
Intersecciones con el eje y: (0, 1)
Es una función continua.
La función es simétrica con respecto a la recta, x=0 o con respecto al eje y.
No presente asíntotas.
No es una función inyectiva.
No es una función sobreyectiva.
Máximo relativo: (0, 1) y (2π, 1), ...
Mínimo relativo: (π, -1), ...
π
, 0 y
3π
, 0 ...
2 2) )( (
Máximo
relativo
Mínimo
relativo
Máximo
relativo
-1
-2
1
0
Máximo
relativo
Máximo
relativo
Mínimo
relativo
Función coseno
Vamos a definir ahora la función que asigna al valor de un ángu-
lo, medido en radianes, el valor de su coseno.
Dado un ángulo α como el de la figura, el valor de su coseno vie-
ne dado por la abscisa del punto P.
La función que asigna a la variable independiente x (x es α en rad
en la siguiente tabla) el valor f(x) = cos x se llama función coseno.
P
1
0
α
x
y
cos x
Fig. 6.
Fig. 8.
Fig. 7.
Tabla 4.
Tabla 5.
x
x
{(0,1); 3
2
√π ,
6
; 1
2
π ,
3
;
π , 0
2 ; 1
2
2π, –
3
; 3
2
√5π, –
6
;(�,-1); 3
2
√7π, –
6
;
4π
3
1
2
, –
3π , 0
2
; 5π ,
3
1
2
;
3
2
√11π ,
6
; (2�,1)}](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-65-320.jpg)
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63
Características de variación de la función trigonométrica coseno (crecimiento y decreci-
miento) y concavidad
Comparación gráfica de las funciones seno y coseno
Cuadrante Variación eje horizontal (x) Variación eje vertical (y) Concavidad
I Entre 0 a decrece de 1 a 0 Cóncava hacia abajo
II Entre a π Decrece de 0 a -1 Cóncava hacia arriba
III Entre π a Crece de -1 a 0 Cóncava hacia arriba
IV Entre a 2π Crece de 0 a 1 Cóncava hacia abajo
π
π
3π
3π
2
2
2
2
1
-1
0
0
Seno Coseno
Dominio x ∈ ℝ x ∈ ℝ
Recorrido y ∈ [-1, 1] y ∈ [-1, 1]
Intersección eje X
(0,0); ( π,0); ( 2π,0), ...
Intersección eje Y (0, 0) (0, 1)
Continuidad Si es continua Si es continua
Simetría Respecto al origen Respecto a la recta x= 0 o con respecto al eje y
Asíntotas No No
Inyectividad No No
Sobreyectividad No No
Máximo relativo (0, 1) y (2π, 1), ...
Mínimo relativo (π,-1), ...
Intervalos de crecimiento
Intervalos de decrecimiento
Cóncava hacia arriba
( π,2π ), ...
Cóncava hacia abajo
( 0,π), ...
3π
3π
sen
cos
2ππ
y , ...
, - 1 , ...
, ...
2
x ∈ x ∈
x ∈
x ∈
2
π , 0
2
π
π
, 1
2
2
π 3π
, ...
2 2
,
3π , 0
2
Fig. 9.
Tabla 6.
Tabla 7.
x
y = sen(x)
y = cos (x)
π 3π0, , 2π
2 2
∪] ][ [ [π, 2π]
[0, π[
][
3ππ
⋃ , ..., 2π0,x ∈
22 ][ ][
x ∈
π 3π,
2 2 ]]](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-66-320.jpg)
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64
2.3. Gráfica de la curva trigonométrica tangente
Analicemos las características exclusivas que presenta la función tangente, denotado por tan y defi-
nido por�(x) = tan x, analizando la tabla de valores y representación gráfica en un período tomado
desde 0 a 2π (0 a 360o
).
Valores de X
Radianes
Valores de X
(grados)
�(x)= tan x
(x, tan(x))
π
π
0
0
1
0 o
2π
0
π
3 3 3-
3 3
3 3 3
π
N.D.
2π 5π
30o
60o
90o
120o
150o
180o
210o
240o
270o
300o
330o
360o
7π 4π 3π 5π 11π
6 3
3
2 3 6
- --
6 3
3 3
2
N.D
3
3
6
√ √ √
√ √
√ √ √
tan: x ↦ �(x) = tan (x)
Dominio: ℝ- {�/2 + k� / k ∈ ℤ}
Recorrido: Los reales
Intersecciones con el eje x: (0, 0); (π, 0) y (2π, 0)
Intersecciones con el eje y: (0, 0)
Es una función continua en los reales salvo en los punto en
los que no está definida.
La función es simétrica con respecto al origen.
Presenta asíntotas en los puntos
No es una función inyectiva.
No es una función sobreyectiva.
No posee máximos ni mínimos relativos.
Es estrictamente creciente en todo su dominio.
Características de la función trigonométrica tangente en el
intervalo [0, 2π]
π
, 0 y
3π
, 0
2 2) )( (
y
1
2
3
-1
-2
-3
-4
-5
4
5
x
-2π
y = tan(x)
2π-π π
-
3π π
2 2
3π
2
-
π
2
Función tangente
Podemos definir también la función que asigna al valor de un
ángulo, medido en radianes, el valor de su tangente.
Dado un ángulo α como el de la figura, el valor de su tangente viene
dado por el cociente entre la ordenada y la abscisa del punto P.
La función que asigna a la variable independiente x (x es α en radianes
en la siguiente tabla), el valor f(x) = tan (x) se llama función tangente.
P
1
cos α
cos α
sen α
tan α =
sen α
0
α
Fig. 10.
Fig. 11.
Fig. 12.
Tabla 8.
Tabla 9.
x
y
{(0,1); 3
3
√π
6
, ; 3√
π
3
, ;
�
, N.D.
2
; 3√
2π
3
, – ;
3
3
√5π
6
, – ;(�, 0);
3
3
√7π
6
, ; 3√
4π
3
, ;
3�
, N.D.
2
; 3√
5π
3
, – ; 3
3
√11π
6
, – ; (2�, 0)}
http://goo.gl/OVFrWf
Recordemos que:
Cateto opuesto
tan θ =
Cateto adyacente](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-67-320.jpg)
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65
2.4. Gráfica de la curva trigonométrica cosecante
La función cosecante es la razón trigonométrica inversa del seno y se simboliza como csc
o cosec y se define csc: x ↦ �(x) = csc(x) =
1
sen (x)
; sen (x) ≠ 0. Veamos las características
que presenta �(x)=csc x, examinando la tabla de valores y su representación gráfica en un
período que va desde 0 a 2π (0 a 360o
)
En la siguiente tabla se muestra las características de crecimiento, decrecimiento y concavidad de
la función.
Valores de X
Radianes
Valores de X
(grados)
�(x)= csc(x)
(x, csc(x))
π
2 3 2 3 2 32 3
π
N.D2 -2
0
N.D
0 o
2π
N.D
π π 2π 5π
30o
60o
90o
120o
150o
180o
210o
240o
270o
300o
330o
360o
7π 4π 3π 5π 11π
6
3 3 33
-2
3
2 1
2 3 6
--
6 3 2
-1
3 6
√ √ √√
Cuadrante Variación eje horizontal (x) Variación eje vertical (y) Concavidad
I Entre 0 a decrece de +∞ a 1 Cóncava hacia arriba
II Entre a π crece de 1 a +∞ Cóncava hacia arriba
III Entre π a crece de -∞ a -1 Cóncava hacia abajo
IV Entre a 2π decrece de -1 a -∞ Cóncava hacia abajo
π
π
3π
3π
2
2
2
2
3π/2
2π
ππ/2
csc: x ↦ �(x) = csc x
Dominio: ℝ- {n.π} con n ∈ Z
Recorrido: ℝ- ]1.-1[
No corta al eje X ni al eje Y
Intersecciones con el eje y: NO
Es una función continua en los reales salvo en los punto en los que no
está definida.
La función es simétrica con respecto al origen
Presenta asíntotas en los puntos (0,0); (π,0) y (2π, 0)
No es una función inyectiva.
No es una función sobreyectiva.
Máximos relativos:
Mínimos relativos:
Características de la función trigonométrica cosecante en
el intervalo [0, 2π]
3π
x =
2
π
x =
2
1
-1
-2
Máximo relativo
Mínimo relativo
3
-3
0
4
5
-4
-5
Fig. 13.
Tabla 10.
Tabla 12.
Tabla 11.
x
y = csc (x)
{(0,N.D); 2
π
6
, ; 3
3
2√π
3
, 1
π
2
, ; 3
3
2√2π
3
, ;
5π
6
, 2 ; (�; N.D);
7π
6
, –2 ;
3
3
2√4π
3
, – ; -13π
2
, ;
3
3
2√5π
3
, – ;
11π
6
, –2
; (2�, N.D)}](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-68-320.jpg)
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66
2.5. Gráfica de la curva trigonométrica secante
Ahora, observemos las características que muestra la función secante, que se denota sec,
y se define: sec : x ↦�(x) = sec (x) =
1
cos (x)
; cos (x) ≠ 0. Esta razón trigonométrica es inversa
al coseno. Analicemos su tabla de valores y gráfica dentro del período indicado. (0 a 360o
).
Valores de X
Radianes
Valores de X
(grados)
�(x)= sec (x)
(x, sec(x))
π
2 3 2 32 32 3
π
N.D 2 1-2
0
1
0 o
2π
N.D
π π 2π 5π
30o
60o
90o
120o
150o
180o
210o
240o
270o
300o
330o
360o
7π 4π 3π 5π 11π
6
3 333
-2
3
2
2 3 6
--
6 3 2
-1
3 6
√ √√√
Características de crecimiento, decrecimiento y concavidad de la función
Cuadrante Variación eje horizontal (x) Variación eje vertical (y) Concavidad
I Entre 0 a crece de 1 a +∞ Cóncava hacia arriba
II Entre a π crece de – ∞ a 1 Cóncava hacia abajo
III Entre π a decrece de -1 a -∞ Cóncava hacia abajo
IV Entre a 2π decrece de +∞ a 1 Cóncava hacia arriba
π
y = sec (x)
π
3π
3π
2
2
2
2
Sec: x ↦ �(x) = sec (x)
Recorrido: ℝ- ]-1, 1[
No corta al eje X
Corta al eje Y en el punto (0, 1)
Es una función continua en los reales salvo en los punto en los que no
está definida.
La función es simétrica con respecto al eje y
Presenta asíntotas en los puntos
No es una función inyectiva.
No es una función sobreyectiva.
Máximos relativos: x = π
Mínimos relativos: x = 0 y x = 2π
Análisis de la función secante en el en el intervalo [0, 2π]
Dominio: ℝ -{ π
2
+ k� / k ∈ ℤ}
π 3π
, 0 , 0y , ...
2 2
1
-1
-2
2
3
-3
0
4
5
-4
-5
Mínimo relativo Mínimo relativo
Máximo relativo
Fig. 14.
Tabla 13.
Tabla 14.
Tabla 15.
π
-
2
π
2
2π
π
x
5π
2
3π
2
{(0,1); π
6
, 3
3
2√ ; π
3
, 2 ; N.D.
π
2
, ; – 22π
3
, ; 3
3
2√5π
6
, – ; (�, -1);
3
3
2√7π
6
, – ; – 24π
3
, ; N.D3π
2
, ; 25π
3
, ; 3
3
2√11π
6
, ; (2�, 1)}](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-69-320.jpg)
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67
2.6. Gráfica de la curva trigonométrica cotangente
Es la función trigonométrica inversa a la tangente se denota con cot y se define: cot (x) =
cos (x)
sen (x)
; sen(x) ≠ 0. Observemos las características que presenta en relación a su represen-
tación gráfica y a su tabla de valores durante el periodo designado.
Valores de X
Radianes
Valores de X
(grados)
�(x)= cot (x)
(x, cot(x))
π
3 3 3 3
π
N.D N.D
0
0
0 o
2π
0N.D
π π 2π 5π
30o
60o
90o
120o
150o
180o
210o
240o
270o
300o
330o
360o
7π 4π 3π 5π 11π
6
3 3 33
3 2 3 6
- - --
6 3 2 3 6
√ √ √ √
√3 √3 √3√3
Análisis de la función cotangente en el en el intervalo [0, 2π]
y = cot (x)
x
π 3π
, 0 , 0
2 2) )( (
1
-1
-2
2
3
-3
0
4
5
-4
-5
2ππ
cot : x ↦�(x) = cot (x)
Recorrido: ℝ
No corta al eje Y
Corta al eje X en el punto
Es una función continua en los reales salvo en los puntos en
los que no está definida.
La función es simétrica con respecto al eje origen.
Presenta asíntotas en los puntos (0, 0); (π, 0) y (2π, 0)
No es una función inyectiva
No es una función sobreyectiva
No tienen máximos ni mínimos relativos
Es estrictamente decreciente en todo su dominio.
Dominio: ℝ- {kπ}, con k ∈ Z
π 3π
, 0 , 0y
2 2
9. Representa gráficamente, sobre papel mi-
limetrado, dos periodos de la función cot :
x ↦�(x)= cot (x) en el intervalo [0, 4π].
Actividades
8. Representa gráficamente, sobre papel
milimetrado, tres periodos de la función
f (x) = sec x en el intervalo [0, 6π].
7. Representa gráficamente, sobre papel milime-
trado, dos periodos de la función
tan : x ↦ f(x) = tan x en el intervalo [0, 4π].
6. Representa gráficamente, sobre papel mili-
metrado, cuatro periodos de la función csc :
x ↦�(x) = csc (x) en el intervalo [0, 6π].
Fig. 15.
Tabla 16.
Tabla 17.
{(0, N.D); 3√
π
6
, ;
3
3
√π
3
, ; 0
π
2
, ;
3
3
√2π
3
, – ; 3√
5π
6
, ; (�, N.D);
3√
7π
6
, ;
3
3
√4π
3
, – ; 0
3π
2
, ;
3
3
√5π
3
, – ; 3√
11π
6
, – ; (2�, N.D)}](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-70-320.jpg)
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68
2.8. Comparación de las características de las funciones seno y cosecante
2.7 Relación gráfica de las funciones seno y cosecante
1
-1
-2
2
3
-3
0
4
5
-4
-5
Minimo relativo
(cosec)
Máximo relativo
(cosec)
Minimo relativo
(sen)
Máximo relativo
(sen)
Seno Cosecante
Dominio x ∈ ℝ x ∈ ℝ - { n.π }, con n ∈ Z
Recorrido y ∈ [-1, 1] y ∈ ℝ -]1, -1[
Intersección eje X (0,0); ( π,0); ( 2π,0) No
Intersección eje Y (0, 0) No
Continuidad Sí es continua
Sí es continua a excepción
de los puntos en los que no
está definida.
Simetría Respecto al origen Respecto al origen
Asíntotas No (0, 0); (π, 0) y (2π, 0)
Inyectividad No No
Sobreyectividad No No
Máximo relativo
Mínimo relativo
Intervalos de crecimiento x ∈ [0, π/2] ∪ [3π/2, 2π] x ∈ [π/2 , π[ ∪ ]π, 3π/2]
Intervalos de decrecimiento x ∈ ]π/2, 3π/2[ x ∈ ]0, π/2[ ∪ ] 3π/2, 2π[
Cóncava hacia arriba ( π, 2π ) ( 0,π)
Cóncava hacia abajo ( 0,π) ( π, 2π )
π
π
3π , 1
, 1
, - 1 2
2
2
3π , -1
2
Fig. 16.
Tabla 18.
sen
csc
�
x
y= sen (x)
y= csc (x)
2�](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-71-320.jpg)
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69
2.9. Comparación grafica de las funciones coseno y secante
Minimo
relativo
(sec)
Máximo
relativo
(sec)
Minimo
relativo
(sec)
Máximo
relativo (cos)
Máximo relativo
(cos)
Asintotasecante
Máximo
relativo (cos)
1
-1
-2
2
3
-3
0
4
5
-4
-5
2.10. Comparación de las características de las funciones coseno y secante
Coseno Secante
Dominio x ∈ ℝ x ∈ ℝ - {�/2+ k� / k ∈ ℤ}
Recorrido y ∈ [-1, 1] y ∈ ℝ -]1, -1[
Intersección eje X No
Intersección eje Y (0, 1) (0, 1)
Continuidad Sí es continua
Sí es continua a excepción de
los puntos en los que no está
definida.
Simetría Respecto al eje y Respecto al eje Y
Asíntotas No
Inyectividad No No
Sobreyectividad No No
Máximo relativo (0, 1) y (2π, 1) (π,-1)
Mínimo relativo (π,-1) (0, 1) y (2π, 1)
Intervalos de Crecimiento x ∈ [–π/2, 0] ∪ [π, 2π] x ∈ [0 , π/2[ ∪ ]π/2, π] ∪ [2π, 5 π/2[
Intervalos de Decrecimiento x ∈ ]0, π[ ∪ ]2π, 5π/2] x∈]-π/2,0[∪]π,3π/2[∪]3π/2,2π[
Cóncava hacia arriba
Cóncava hacia abajo π
π
– , 0 ; ; ;
⋃
π 3π 5π
, 0 , 0 , 0
3π
π 3π , 0, 0 y , ...
2
2
,
2 2 2
2
2 2
π 3π
2
,
2
π
π
,
,
,
,
–
–
π
π
⋃
3π
3π
5π
5π
2
2
2
2
2
2
2
2
Fig. 17.
Tabla 19.
cos
sec
x
y = cos(x) y
y = sec (x)
�
2
3�
2
�
2
-
5�
2](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-72-320.jpg)
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70
2.11 Comparación grafica de las funciones tangente y cotangente
1
-1
-2
2
3
-3
0
4
5
Asintotasecante
Asintotatangente
h(x) = tg(x)
y
p(x) = cotg(x)
2.12 Comparación de las características de las funciones tangente y cotangente
Tangente Cotangente
Dominio ℝ – {�/2+k�}; k ∈ ℤ ℝ - { n.π }, con n ∈ Z
Recorrido ℝ ℝ
Intersección eje X (0,0); ( π,0); ( 2π,0)
Intersección eje Y (0, 0) No
Continuidad
Si es continua a excepción
de los puntos en los que no
está definida
Si es continua a excepción
de los puntos en los que no
está definida
Simetría Respecto al origen Respecto al origen
Asíntotas (0, 0); (π, 0) y (2π, 0)
Inyectividad No No
Sobreyectividad No No
Máximo relativo No No
Mínimo relativo No No
Intervalos de Crecimiento Creciente en todo su dominio No
Intervalos de Decrecimiento No
Decreciente en todo su
dominio
Cóncava hacia arriba x ∈ [0, π/2[ ∪ [π, 3π/2[ x ∈ ]0, π/2] ∪ ]π/2, 3π/2]
Cóncava hacia abajo x ∈ ]-π/2, 0[∪]-π/2, π[∪]3π/2, 2π] x ∈ [-π/2, 0[∪[-π/2, π[∪]3π/2, 2π[
Puntos de inflexión (0, 0); (π, 0); (2π, 0) (-π/2, 0); (π/2, 0); (3π/2, 0)
π
π
3π
3π
, 0
, 0
, 0
, 0
y
y
2
2
2
2
Fig. 18.
Tabla 20.
3�
2
�
2�
x
�
2
�–
2](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-73-320.jpg)
![Prohibidasureproducción
85
26. Grafica en papel milimetrado:
27. Utiliza la herramienta Desmos para representar
las siguientes funciones en la misma gráfica.
28. Utilizando la herramienta Desmos, para represen-
tar las siguientes funciones en la misma gráfica.
29. Algunas veces para obtener los términos de una
sucesión se recurre a procedimientos que incluyen
sucesivas operaciones más o menos complejas.
Con la ayuda de los enlaces propuestos sobre el
triángulo de Pascal:
http://redescolar.ilce.edu.mx/redescolar2008/edu-
continua/mate/lugares/ma2_01.htm
www.disfrutalasmatematicas.com/triangulo-pascal.
html
www.disfrutalasmatematicas.com/sierpinski-triangu-
lo.html
Resuelve las cuestiones siguientes:
a. ¿Cómo se construye el triángulo de Pascal?
b. ¿Qué relación tiene con la sucesión de Fibonacci?
c. ¿Qué sucesiones encuentras en las sucesivas diago-
nales?
d. ¿Qué sucesiones encuentras en las sucesivas
diagonales?
e. Si tomas cada fila como un número, ¿qué obtienes?
a. La función �(x)=sen(x), en el intervalo [0;4π] .
b. La función : �(x)=sen(x), en el intervalo [0;6π].
c. Identifica en cada uno de los gráficos, el do-
minio, el recorrido, los puntos máximos y míni-
mos, los intervalos de monotonía (creciente y
decreciente).
a. Representa la función : �(x)= tan (x).
b. Representa la función : �(x)= - tan (x)
c. Interpreta y compara lo que puede observar.
a. Representa la función: �(x)= sec (x)
b. Representa la función: �(x)= sec(x + 2)
c. Representa la función: �(x)= sec(x - 4)
d. Interpreta y compara lo que pudiste observar.
25. Escribe las funciones para las gráficas de color
azul.
a. f(x)= ...............................................
d. f(x)= ...............................................
c. f(x)= ...............................................
b. f(x)= ...............................................
-1
-1
0 1
1
2 3 4 5 6
-1
-1
0 1
1
2 3 4 5 6
85
-1
-1
0 1
1
2 3 4 5 6
0 1
1
-1
-1 2 3 4 5 6
x
x
x
x
y
y
y
y](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-88-320.jpg)
![86
Para finalizar
2
1 Analiza las siguientes preguntas, luego su-
braya la respuesta correcta.
a. ¿Cuál es la medida en radianes de un
ángulo que mide 30 grados?
a. El recorrido de la función seno es [-1, 1]
b. La función tangente es inyectiva.
c. La función secante corta el eje horizontal.
d. La función seno interseca al eje vertical
en (0 ,0)
e. La función �: x ↦ �(x) = sen (x + 6) es
una traslación.
f. La función tangente tiene asíntotas.
g. La función �: x ↦ �(x)= -cos(x) es una
reflexión.
h. La función inversa de secante es el
coseno.
b. El valor en grados de es
c. Al expresar 53° 36' 42" en grados resulta:
d. Al interpretar la función
�: x ↦ �(x)= -cos(x + 2)
•
• 45o
• 90o
• 22,5o
• 180o
• 53,36°
• 53,36°
• 53,61°
• 53,78°
• Se mueve 2 unidades a la derecha y
se refleja sobre el eje x.
• Se mueve 2 unidades hacia arriba y
se refleja sobre el eje y.
• Se mueve 2 unidades a la izquierda y
se refleja sobre el eje x.
• Se mueve 2 unidades a la izquierda y
se refleja sobre el eje y.
•
•
•
Responde verdadero (V) o falso (F).
86
π
π
π
π
π
4
2
5
6
3
AUTOEVALUACIÓN
•Escribe la opinión de tu familia. •Pide a tu profesor sugerencias para
mejorar y escríbelas.
•Trabajo personal
Reflexiona y autoevalúate en tu cuaderno:
•Trabajo en equipo
¿Cómo ha sido mi actitud
frente al trabajo?
¿He cumplido
mis tareas?
¿He respetado las opiniones
de los demás?
¿He compartido con mis
compañeros y compañeras?
¿Qué aprendí en esta
unidad?
Prohibidasureproducción](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-89-320.jpg)
![Prohibidasureproducción
96
La noción de derivada se explica de dos mane-
ras: mediante la representación geométrica y la
física.
La representación física hace referencia a la tasa
de variación que existe en el intervalo (t, t + h).
Llamamos tasa de variación a la diferencia que
existe entre el punto (t) y (t + h), está se represen-
ta por ∆t, así tenemos que:
∆t= [�(t + ∆t) - �(t)]
Se define como velocidad media (vm
) al cociente
entre la distancia recorrida (∆s) y el tiempo trans-
currido (∆t).
Interpretación física del cociente incremental (velocidad media)
Ejemplo4
(t + h)
s(t)
t
R
Q
P β
∝
∆s
s(t+∆t)
∆t
a. La posición inicial.
b. La velocidad media en el intervalo de 2s a 5s.
Una partícula se desplaza conforme a la expresión s: t ↦ s (t) = 4t2
- 2t + 3; esta se encuentra expresada
en metros (m) y el tiempo en segundos (s); determinemos.
a. Posición inicial
Para encontrar la posición inicial, reemplazamos en
la función el tiempo inicial (t0
) en el que se despla-
zaba la partícula, en este caso parte del reposo,
por lo tanto (t0
)= 0.
s (t) = 4t2
- 2t
s (0) = 4(0)2
- 2(0) + 3
s (0)= 3 m
b. Velocidad media en el intervalo
t = 2s hasta t = 5s.
Primero reemplazamos el valor de 2 s en la ecua-
ción inicial, luego hacemos lo mismo con el valor
de 5 s.
s(t) = 4t2
- 2t + 3
s (2) = 4(2)2
- 2(2) + 3 = 15m
s (5) = 4(5)2
- 2(5) + 3 = 93 m
Utilizamos la expresión de cociente incremental
(pág. 88)
velocidad media =
La velocidad media de la partícula
93 - 15
5 - 2
∆s
Vm
=
78
= = 26 m/s=
∆t 3
La velocidad media está determinada por un intervalo de tiempo, ya sea este
(t, (t+h));además debemos tener en cuenta que la velocidad inicial siempre será 0;
recuerda que debes trabajar en las unidades que el problema lo requiera.
�(t + ∆t) - �(t)∆s
==
∆t
vm
(t)
∆t
f(b) - f(a)
b - a
Tabla 3.
Fig. 4.
y
x](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-99-320.jpg)
![Prohibidasureproducción
97
6. Resuelve.
a. La posición de un automóvil se encuentra determinada por s: t ↦ s(t)= 4t3
- 4t2
+ 5t - 1.
Determina su posición inicial y su velocidad media en el intervalo [5,11].
b. La función posición de un punto está determinada por s: t ↦ s(t)= 2t3
- 4t - 5. Determina
la expresión para la velocidad media en el intervalo [t, (t + h)] y halla la velocidad en
el intervalo [3, 5].
c. Una autobús se desplaza 100 m con
una velocidad de 3
m
s , luego incre-
menta su distancia a 250 m con una
velocidad de 7
m
s y finalmente, alcan-
za una velocidad de 9
m
s con 333 m.
Determina la velocidad media entre
sus desplazamientos.
Actividades
Ejemplo5
Un ciclista avanza 85 m con una velocidad de 2,4 m⁄s; luego, incrementa su distancia a 103 m
con una velocidad de 4,6 m⁄s durante una trayectoria lineal. Determinemos la velocidad media
desarrollada por el ciclista.
Cálculo del tiempo
Para obtener la velocidad media, requerimos
el tiempo en el que se desplazó la bicicleta;
para ello, optamos por la fórmula de d = v ∙ t y
despejamos el tiempo, donde se tendrá que :
Se tiene como datos:
d1
= 85 m; v1
= 2,4 ; d2
= 103m y
v2
= 4,6
Su velocidad media en el intervalo
t = 35,42s hasta t = 22,39s.
Como ya obtuvimos los valores del tiempo respec-
tivos y tenemos los datos de las distancias, reem-
plazamos estos datos en la fórmula de la velocidad
media.
Recordemos que se debe considerar el valor abso-
luto de la velocidad media.
m
m
d1
∆s
18
d2
85
103
; t1
=
; t2
=
; t1
= 35,42 s
; t2
= 22,39 s
t1
=
vm
=
vm
=
vm
= 1,38
La velocidad media del ciclista es 1,38
t2
=
m
s
s
v1
∆t
13,03
v2
2,4
4,6
s
103 - 85
vm
=
22,39 - 35,42
d
t =
v
Tabla 4.
https://goo.gl/7bXGY9](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-100-320.jpg)
![Prohibidasureproducción
100
La interpretación geométrica de la prime-
ra derivada hace referencia a la pendien-
te de la curva que se genera mediante el
movimiento de los puntos P, Q.
Los puntos Q y R son colineales, es decir,
siempre van a estar ubicados en la misma
recta si existiere algún desplazamiento.
La línea recta de color azul representa a la
secante de la curva; esta, al experimentar
el desplazamiento del punto Q, y por con-
siguiente, el traslado del punto R hacia P,
se transforma en la tangente de la curva ;
entonces, tenemos que h tiende a 0.
La interpretación geométrica de la primera derivada, da lugar a dos tipos de rectas: tangen-
te y normal.
• La recta tangente tiene por pendiente �'(x0
); se define en ((xo
, �(xo
)); solo está definida
si � es derivable en x0
.
• La recta normal pasa por ((xo
, �(xo
)) y es perpendicular a la recta tangente en ese punto.
Si se tienen dos rectas L1
y L2
perpendiculares y m1
es la pendiente de L1
, entonces la
pendiente de la recta normal será - , por lo tanto mnormal
= -
El siguiente cuadro muestra las expresiones de las pendientes con sus respectivas ecuacio-
nes para las rectas: tangente y normal correspondientemente.
Interpretación geométrica de la primera derivada
1 1
m �' (x0
)
β
[�(x) + h] - �(x)
∝
Recta tangente Recta normal
Pendiente:
mtangente
= lim
Cuando el límite exista.
Pendiente:
mnormal
=
Ecuación de la recta tangente a la gráfica
de � en ((xo
, �(xo
))
y - �(x0
)= �'(x0
)(x - x0
)
Ecuación de la recta normal a la gráfica
de � en ((xo
, �(xo
)))
y - �(x0
) =
∆y
= �'(x)= limtan α
hh→0
h→0
�(x + h) - �(x)
�'(x0
)
�'(x0
)
(x - x0
)
h
1
1-
(x + h)
(x0
, y0
)
f(x)
f(x + h)
x
h R
Q
P
}
Tabla 5.
Fig. 6.
y
x](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-103-320.jpg)
![Prohibidasureproducción
111
Análisis de intervalos (Crecientes, decrecientes y constantes)
El análisis gráfico relaciona la tendencia de la gráfica con los valores del eje horizontal.
Sean las funciones �: x ↦�(x)= x3
y �: x ↦�(x)= -x2
, establezca los intervalos donde la
función es creciente o decreciente.
14. En las siguientes gráficas, determina los intervalos donde la función es creciente y decreciente.
Actividades
2
2
-2
-2
1
1
-1
-1 0
0, 0
-4-6-8 -2 2 4 6 8
2
-2
0 666-88 -2-
�: x ↦�(x)= x3
�: x ↦�(x)= - x2
En el intervalo (- ∞ ; 0] se observamos que
los valores desde -1 hasta 0, van creciendo,
por ende, la función es creciente.
Y en el intervalo (0; ∞) se observamos que
la función sigue creciendo y aumentando
sus valores , esta vez proyectados hacia el
infinito positivo, por ende, la tendencia de
la función sigue siendo creciente.
En (- ∞ ; 0] observamos que en los valores
desde el infinito negativo hasta 0, la fun-
ción es creciente.
En cambio, en el intervalo (0; ∞) la función
tiene tendencia decreciente.
Creciente : (- ∞ ; 0]
Creciente: ( 0 ; ∞ )
Creciente : (- ∞ ; 0]
Decreciente: ( 0 ; ∞ )
-1
-2
-1-2 0
1
1 2
2
0, 0
-1
-2
-1-2 0
1
1 2
2
0, 0
Tabla 12.
y y
y y
xx
xx
(-8, -1)
(3/2, 1) (8, 1)](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-114-320.jpg)
![Prohibidasureproducción
113
a. Realizamos la representación gráfica uti-
lizando el graficador Desmos.
b. Determinamos la primera derivada de la
función.
�'(x)= 3x2
- 16x + 19
c. Igualamos la primera derivada a cero,
luego determinamos los valores de las
raíces en la expresión resultante (utilizan-
do las técnicas de factorización).
3x2
- 16x + 19=0
Utilizando la fórmula cuadrática, obtene-
mos los valores aproximados :
x1
≈ 3,55 x2
≈ 1,78
d. Reemplazamos los valores críticos ob-
tenidos en la expresión original, para
determinar el correspondiente �(x) de
cada uno.
�(x)= x3
- 8x2
+ 19x - 12
�(3,55)=(3,55)3
- 8(3,55)2
+ 19(3,55) - 12 = -0,63
�(1,78)= (1,78)3
- 8(1,78)2
+ 19(1,78) - 12 = 2,11
máximo (1,78 ; 2,11) y mínimo (3,55;- 0,63)
Máximo (0 , 05)
Analizamos las excepciones en el denominador,
para determinar las asíntotas verticales
x2
- 4 ≠ 0 resultará que x2
≠ 4 por lo que x = ± 2.
Entonces las asíntotas verticales se ubicarán en
x = 2 y x = - 2
Según la gráfica la función es creciente en los in-
tervalos : (-∞;-2) y ( -2; 0]
Y la función es decreciente en los intervalos :
[ 0,2 ) y ( 2; ∞)
Máximos y mínimos de una función racional
Sea �: x ↦�(x)=
Mediante un proceso análogo, determinamos la primera derivada: �'(x)=
Determinamos las raíces igualando a cero, por lo que solo se considera el denominador.
-12x = 0 por lo que x = 0
Reemplazamos la raíz obtenida en �: x ↦�(x)=
�(0)= ; �(0)= ; �(0) ≈ 0,5
-5
-5 0
5
5 10
3.55, -0.631
1.78, 2.113
Máximo
Mínimo
2x2
- 2
- 2 1
- 12x
2x2
- 2
x2
- 4
- 4 2
(x2
- 4)2
x2
- 4
-5
-5
-10
-10
0 5
5
10
10
0, 0.5
Tabla 13.
Fig. 16.
y
y
x
x](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-116-320.jpg)
![Prohibidasureproducción
125
Determina.
a. La cuota mensual modificada
b. El número total de clientes
c. El dominio de la función
–Sugerencias: Despejar d en la cuota mensual unificada luego de igualar a cero.
d. La función de ingreso económico
–Sugerencias:
e. La derivada de la función de ingreso económico
f. El número de disminuciones
–Sugerencia: Igualar a cero Resolver el factor común numérico en el primer factor
g. El ingreso máximo económico
–Sugerencias: Evaluar I (0), I (d), I (120)
h. ¿Cuándo ocurre el ingreso máximo?
i. ¿Cuál es el valor económico que la empresa asume como concepto de disminu-
ción?
j. ¿Cuál es el valor de la cuota mensual modificada a ser cancelada por los clientes?
k. ¿Cuántos clientes nuevos se captaron?
l. ¿Cuál es el total de clientes ?
m.¿Cuál es ingreso económico que tendría la empresa?
Desarrollo
Tercero: Derivar la función obtenida al reemplazar los diferentes valores
I´ = (n + N∙ d) ∙ (c – v ∙ d)
Cuarto: Maximizar la función, calculando el valor numérico en puntos referenciales
Sea el dominio: [a, c] y determinar I´ (a), I´ (d) , I´ (c)
La empresa de telefonía Comunicatel dispone actualmente de 50 000 clientes, que pa-
gan por un plan básico celular, una cuota de 30 dólares. Según datos obtenidos en una
encuesta realizada en temporada navideña, se podría captar 5 000 clientes potenciales,
si disminuimos la cuota en 0,25 centavos por cada cliente potencial. ¿Para qué valor de
cuota se obtendrá el ingreso máximo y cuántos clientes se tendrían con tal cuota?
• Resolver el factor común numérico en el primer factor
• Aplicar la propiedad distributiva entre los paréntesis
• Derivar (Factor común) (Expresión obtenida en el paso anterior)
desarrollAMOS](https://image.slidesharecdn.com/matematica-texto-2do-bgu-200831192434/85/Matematica-texto-2do-bgu-128-320.jpg)
Matematica texto-2do-bgu
- 3. La reproducción parcial o total de esta publicación, en cualquier forma y por cualquier medio mecánico o electrónico, está permitida siempre y cuando sea autorizada por los editores y se cite correctamente la fuente. DISTRIBUCIÓN GRATUITA - PROHIBIDA SU VENTA ISBN: 978-9978-71-992-3 Primera impresión: agosto 2016 Quinta impresión: junio 2018 Impreso por: Medios Públicos EP © Ministerio de Educación del Ecuador, 2018 Av. Amazonas N34-451 y Atahualpa Quito, Ecuador www.educacion.gob.ec Promovemos la conciencia ambiental en la comunidad educativa. Hemos impreso el 8% de ejemplares con certificado de responsabilidad ambiental. ADVERTENCIA Un objetivo manifiesto del Ministerio de Educación es combatir el sexismo y la discriminación de género en la sociedad ecuatoriana y promover, a través del sistema educativo, la equidad entre mujeres y hombres. Para alcanzar este objetivo, promovemos el uso de un lenguaje que no reproduzca esquemas sexistas, y de conformidad con esta práctica preferimos emplear en nuestros documentos oficiales palabras neutras, tales como las personas (en lugar de los hombres) o el profesorado (en lugar de los profesores), etc. Sólo en los casos en que tales expresiones no existan, se usará la forma masculina como genérica para hacer referencia tanto a las personas del sexo femenino como masculino. Esta práctica comunicativa, que es recomendada por la Real Academia Española en su Diccionario Panhispánico de Dudas, obedece a dos razones: (a) en español es posible <referirse a colectivos mixtos a través del género gramatical masculino>, y (b) es preferible aplicar <la ley lingüística de la economía expresiva> para así evitar el abultamiento gráfico y la consiguiente ilegibilidad que ocurriría en el caso de utilizar expresiones como las y los, os/as y otras fórmulas que buscan visibilizar la presencia de ambos sexos. PRESIDENTE DE LA REPÚBLICA Lenín Moreno Garcés MINISTRO DE EDUCACIÓN Fander Falconí Benítez Viceministro de Educación Álvaro Sáenz Andrade Viceministra de Gestión Educativa Mónica Reinoso Paredes Subsecretaria de Fundamentos Educativos Ruthy Intriago Armijos Subsecretaria de Administración Escolar Mónica García Echeverría Directora Nacional de Currículo María Cristina Espinosa Salas Director Nacional de Operaciones y Logística Germán Lynch Álvarez
- 5. 2 Conocimientos previos Contenidos Matemática 2 BGU ahora mismo es una página en blanco que, como tú, posee un infinito potencial. Te presentamos Ingenios, el nuevo proyecto de Editorial Don Bosco que hemos diseñado para impulsar lo mejor de ti y que te acompañará en tu recorrido por el conocimiento. Ingenios: • Fomenta un aprendizaje práctico y funcional que te ayudará a desarrollar destrezas con criterios de desempeño. • Propone una educación abierta al mundo, que se integra en un entorno innovador y tecnológico. • Apuesta por una educación que atiende a la diversidad. • Refuerza la inteligencia emocional. • Refleja los propósitos del Ministerio de Educación que están plasmados en el currículo nacional vigente. • Deja aflorar la expresividad de tus retos. • Incorpora Edibosco Interactiva, la llave de acceso a un mundo de recursos digitales, flexibles e integrados para que des forma a la educación del futuro. • Es sensible a la justicia social para lograr un mundo mejor. Matemática 2 BGU te presenta los contenidos de forma clara e interesante. Sus secciones te involucra- rán en proyectos, reflexiones y actividades que te incentivarán a construir y fortalecer tu propio aprendi- zaje. Las ilustraciones, fotografías, enlaces a páginas web y demás propuestas pedagógicas facilitarán y clarificarán la adquisición de nuevos conocimientos. Construye con Ingenios tus sueños. Presentación • Pendiente de una recta dados dos puntos • Ecuación de una recta que pasa por dos puntos • Gráfica de una ecuación que pasa por dos puntos • Ecuación de una recta (punto – pendiente) • Ecuación de una recta (punto – in- tersección) Bienvenidos (10) Índice 0unidadtemática • Rectas paralelas • Rectas perpendiculares • Sistemas de ecuaciones lineales • Métodos de resolución para Siste- mas de ecuaciones lineales • Funciones Cuadráticas • Método de factorización • Fórmula General Cuadrática
- 6. Prohibidasureproducción 3 1. Función 1.1. Concepto de función 1.2. Propiedades de las funciones 1.3. Función sobreyectiva 1.4. Función biyectiva 1.5. Operaciones con funciones 1.6. Función Inversa 2. Progresiones aritméticas 1. Medida de ángulo 1.1. Medidas en el Sistema Internacional 1.2. Equivalencia entre grados y radianes Algebra y funciones (16 - 55) Álgebra y funciones (60 - 87) Geometría y medida (58 - 59) • Producir, comunicar y generalizar información de ma- nera escrita, verbal, simbólica, gráfica y/o tecnológica mediante la aplicación de conocimientos matemáti- cos y el manejo organizado, responsable y honesto de las fuentes de datos para comprender otras discipli- nas, entender las necesidades y potencialidades de nuestro país y tomar decisiones con responsabilidad social. • Desarrollar estrategias individuales y grupales que per- mitan un cálculo mental, escrito, exacto o estimado y la capacidad de interpretación y solución de situacio- nes problemáticas del medio. • Valorar el empleo de las TIC para realizar cálculos y resolver, de manera razonada y crítica, problemas de la realidad nacional, argumentado la pertinencia de los métodos utilizados y juzgando la validez de los resultados. • Proponer soluciones creativas a situaciones con- cretas de la realidad nacional y mundial median- te la aplicación de las operaciones básicas de los diferentes conjuntos numéricos, el uso de modelos funcionales, algoritmos apropiados, estrategias y métodos formales y no formales de razonamiento matemático que lleven a juzgar con responsabilidad la validez de procedimientos y los resultados en un contexto. • Desarrollar la curiosidad y la creatividad en el uso de herramientas matemáticas al momento de enfrentar y solucionar problemas de la realidad nacional de- mostrando actitudes de orden, perseverancia y ca- pacidades de investigación. Objetivos Objetivos Funciones Contenidos Contenidos Funciones Trigonométrícas 1unidadtemática 2unidadtemática 3. Progresiones geométricas 3.1. Término general de una progre- sión geométrica 3.2. Suma de los n términos de una progresión geométrica 3.3. Producto de los n términos de una progresión geométrica 4. Intermediarios financieros 2. Las funciones trigonométricas 2.1. Gráfica de la curva trigonomé- trica seno 2.2. Gráfica de la curva trigonomé- trica coseno 2.3. Gráfica de la curva trigonomé- trica tangente 2.4. Gráfica de la curva trigonomé- trica cosecante 2.5. Gráfica de la curva trigonomé- trica secante 2.6. Gráfica de la curva trigonomé- trica cotangente 2.7. Relación gráfica de las funcio- nes seno y cosecante 2.8. Comparación de las caracte- rísticas de las funciones seno y cosecante 2.9. Comparación gráfica de las funciones coseno y secante 2.10.Comparación de las caracte- rísticas de las funciones coseno y secante 2.11. Comparación gráfica de las fun- ciones tangente y cotangente 2.12.Comparación de las caracterís- ticas de las funciones tangente y cotangente 3. Uso de las TIC para graficar funcio- nes (Calculadora Gráfica Desmos) 3.1. Transformaciones e interpreta- ción de funciones
- 7. Prohibidasureproducción 4 Derivadas de funciones reales Contenidos Contenidos Vectores en R2 3unidadtemática 4unidadtemática Objetivos Objetivos 1. Límite y derivadas • La idea intuitiva de límite – Esti- mación numérica • Cociente incremental Algebra y funciones (90 - 127) 1. Vectores en ℝ² 1.1. Producto escalar entre dos vec- tores Geometría y medida (130 - 159) • Proponer soluciones creativas a situaciones con- cretas de la realidad nacional y mundial median- te la aplicación de las operaciones básicas de los diferentes conjuntos numéricos, el uso de modelos funcionales, algoritmos apropiados, estrategias y métodos formales y no formales de razonamiento matemático que lleven a juzgar con responsabili- dad la validez de procedimientos y los resultados en un contexto. • Producir, comunicar y generalizar información de manera escrita, verbal, simbólica, gráfica y/o • Producir, comunicar y generalizar información de manera escrita, verbal, simbólica, gráfica y/o tec- nológica mediante la aplicación de conocimientos matemáticos y el manejo organizado, responsable y honesto de las fuentes de datos para comprender otras disciplinas, entender las necesidades y poten- cialidades de nuestro país y tomar decisiones con responsabilidad social. • Derivada de una función – nota- ciones - definición • Cálculo de la derivada de una función mediante la definición de límites. • La derivada y algunas de sus reglas básicas en funciones polinomiales. • Interpretación física del cociente incremental (velocidad media). • Interpretación física del co- ciente incremental (velocidad instantánea) • Interpretación geométrica de la primera derivada • La derivada de funciones polino- 1.2. Producto escalar de un vector por sí mismo 1.3. Propiedades del producto es- calar 1.4. Vectores perpendiculares 1.5. Vectores paralelos 1.6. El uso de las TIC y los vectores 1.7. Norma de un vector 1.8. Distancia entre dos puntos 1.8. Ángulo entre dos vectores 2. Ecuaciónes 2.1. Ecuacióncartesianadelarecta (Forma explícita) 2.2. Ecuación de la recta en la for- ma paramétrica. tecnológica mediante la aplicación de conoci- mientos matemáticos y el manejo organizado, res- ponsable y honesto de las fuentes de datos para comprender otras disciplinas, entender las necesi- dades y potencialidades de nuestro país y tomar decisiones con responsabilidad social. • Desarrollar la curiosidad y la creatividad en el uso de herramientas matemáticas al momento de enfrentar y solucionar problemas de la realidad nacional demostrando actitudes de orden, perse- verancia y capacidades de investigación. • Desarrollar la curiosidad y la creatividad en el uso de herramientas matemáticas al momento de enfrentar y solucionar problemas de la realidad nacional de- mostrando actitudes de orden, perseverancia y ca- pacidades de investigación. miales utilizando TIC • Derivada de una función racional mediante la definición de límites. • La derivada de funciones racionales utilizando TIC • Segunda derivada de funciones polinómicas. • Interpretación física de la segunda derivda (aceleración media) • Interpretación física de la segunda derivda (aceleración instantánea) • Monotonía de funciones polinomiales de grado ≤ 4 • Análisis de intervalos (crecientes, de- crecientes, y constantes) • Máximos y mínimos de una función 2.3. Ecuación de la recta en la for- ma vectorial. 2.4. Transformación de la forma explícita a las formas pa- ramétrica y vectorial 2.5. Ecuación de una recta para- lela a una recta conocida 2.6. Ecuación de una recta per- pendicular a una recta co- nocida 2.7. Ecuación de una recta per- pendicular a una recta co- nocida con vectores 2.8. Cálculo de la distancia entre dos puntos con vectores
- 8. Prohibidasureproducción 5 Contenidos Contenidos Estadística y probabilidad Estadística y probabilidad (196 - 225) Geometría y medida (162 - 193) Objetivos Objetivos Cónicas 5unidadtemática 6unidadtemática • Desarrollar la curiosidad y la creatividad en el uso de herramientas matemáticas al momento de enfrentar y solucionar problemas de la realidad nacional de- mostrando actitudes de orden, perseverancia y ca- pacidades de investigación. • Producir, comunicar y generalizar información de manera escrita, verbal, simbólica, gráfica y/o tec- nológica mediante la aplicación de conocimientos matemáticos y el manejo organizado, responsable y honesto de las fuentes de datos para comprender otras disciplinas, entender las necesidades y poten- cialidades de nuestro país y tomar decisiones con responsabilidad social. • Producir, comunicar y generalizar información de ma- nera escrita, verbal, simbólica, gráfica y/o tecnológica mediante la aplicación de conocimientos matemáti- cos y el manejo organizado, responsable y honesto de las fuentes de datos para comprender otras disciplinas, entender las necesidades y potencialidades de nues- tro país y tomar decisiones con responsabilidad social. 1. La circunferencia 1.1. Ecuación canónica de la cir- cunferencia con centro en el origen 1. La estadística 1.1. La recolección de datos y su interpretación 1.2. Tabla de frecuencia para da- tos no agrupados 1.3. Medidas de tendencia cen- tral para datos no agrupados 1.4. Media aritmética 1.5. Mediana 1.6. Moda 1.7. Desviación media para da- tos no agrupados (DM) 1.8. La Varianza para datos no agrupados ( σ2) 1.9. Desviación típica para datos 1.2. Ecuación canónica de la cir- cunferencia con centro en (h, k) 2. La elipse 2.1. Ecuación canónica de la elipse con centro (0, 0) y eje focal x 2.2. Ecuación canónica de la elipse con centro (0, 0) y eje focal y 2.3. Ecuación canónica de la elipse con centro (h, k) y eje de sime- tría paralelo al eje x 2.4. Ecuación canónica de la elipse con centro (h, k) y eje de sime- tría paralelo al eje y 3. La parábola 3.1. Ecuación canónica de la pará- bola con vértice (0, 0) y eje de no agrupados (σ) 1.10.Medidas de tendencia cen- tral para datos agrupados 1.11. Media aritmética para datos agrupados 1.12.Mediana para datos agrupa- dos (Me) 1.13.Moda para datos agrupados (Mo) 2. Experimentos aleatorios 2.1. Espacio muestral 2.2. Operaciones con sucesos 2.3. Probabilidad 2.4. Probabilidad condicionada 2.5. Teorema de Bayes • Valorar sobre la base de un pensamiento crítico, creativo, reflexivo y lógico la vinculación de los co- nocimientos matemáticos con los de otras disciplinas científicas y los saberes ancestrales para plantear soluciones a problemas de la realidad y contribuir al desarrollo del entorno social, natural y cultural. simetría x 3.2. Ecuación canónica de la parábola con vértice (0, 0) y eje de simetría y 3.3. Ecuación canónica de la parábola con vértice (0, 0) y eje de simetría x 3.4. Ecuación canónica de la parábola con vértice (h,k) y eje focal paralelo al eje y. 4. La hipérbola 4.1. Ecuación canónica de la hipérbola con centro (0, 0) y eje focal a x 4.2 .Ecuación canónica de la hipérbola con vértice (0, 0) y eje focal a y 4.3. Ecuación canónica de la hipérbola con vértice (h,k) y eje focal a x 4.4. Ecuación canónica de la hipérbola con vértice (h,k) y eje focal a y
- 9. Prohibidasureproducción 6 Destrezas con criterio de desempeño: Unidades 1 2 3 4 5 6 • Graficar y analizar el dominio, el recorrido, la monotonía, ceros, extremos y paridad de las diferentes funciones reales (función afín a trozos, función potencia entera negativa con n= -1, -2, función raíz cuadrada, función valor absoluto de la función afín) utilizando TIC. • Realizar la composición de funciones reales analizando las características de la función resultante (dominio, recorrido, monotonía, máximos, mínimos, paridad). • Resolver (con o sin el uso de la tecnología) problemas o situaciones reales o hipotéticas con el empleo de la modelización con funciones reales (función afín a trozos, función potencia entera negativa con n= -1, -2, función raíz cuadrada, función valor absoluto de la función afín), identificando las variables significativas presentes y las relaciones entre ellas; juzgar la pertinencia y validez de los resultados obtenidos. • Reconocer funciones inyectivas, sobreyectivas y biyectivas para calcular la función inversa (de funciones biyec- tivas) comprobando con la composición de funciones. • Resolver y plantear aplicaciones de la composición de funciones reales en problemas reales o hipotéticos. • Realizar las operaciones de adición y producto entre funciones reales, y el producto de números reales por funciones reales aplicando propiedades de los números reales. • Resolver ecuaciones que se pueden reducir a ecuaciones de segundo grado con una incógnita. • Resolver (con o sin el uso de la tecnología) problemas o situaciones reales o hipotéticas que pueden ser mode- lizados con funciones cuadráticas identificando las variables significativas presentes y las relaciones entre ellas; juzgar la pertinencia y validez de los resultados obtenidos. • Calcular de manera intuitiva el límite cuando h → 0 de una función cuadrática con el uso de calculadora como una distancia entre dos número reales. • Calcular de manera intuitiva la derivada de funciones cuadráticas a partir del cociente incremental. • Interpretar de manera geométrica (pendiente de la secante) y física el cociente incremental (velocidad media) de funciones cuadráticas con apoyo de las TIC. • Interpretar de manera geométrica y física la primera derivada (pendiente de la tangente, velocidad instantá- nea) de funciones cuadráticas con apoyo de las TIC. • Interpretar de manera física la segunda derivada (aceleración media, aceleración instantánea) de una fun- ción cuadrática con apoyo de las TIC (calculadora gráfica, software, applets). • Resolver y plantear problemas reales o hipotéticos que pueden ser modelizados con derivadas de funciones cuadráticas identificando las variables significativas presentes y las relaciones entre ellas, juzgando la pertinen- cia y validez de los resultados obtenidos. • Interpretar de manera geométrica y física la primera derivada (pendiente de la tangente, velocidad instantá- nea) de funciones polinomiales de grado ≤ 4 con apoyo de las TIC. • Interpretar de manera física la segunda derivada (aceleración media, aceleración instantánea) de una fun- ción polinomial de grado ≤ 4 para analizar la monotonía, determinar los máximos y mínimos de estas funciones y graficarlas con apoyo de las TIC (calculadora gráfica, software, applets). • Calcular de manera intuitiva la derivada de funciones racionales cuyos numeradores y denominadores sean polinomios de grado ≤ 2 para analizar la monotonía, determinar los máximos y mínimos de estas funciones y graficarlas con apoyo de las TIC (calculadora gráfica, software, applets). • Resolver aplicaciones reales o hipotéticas con ayuda de las derivadas de funciones polinomiales de grado ≤ 4 y de funciones racionales cuyos numeradores y denominadores sean polinomios de grado ≤ 2 y juzgar la validez y pertinencia de los resultados obtenidos. • Identificar sucesiones numéricas reales, sucesiones monótonas y sucesiones definidas por recurrencia a partir de las fórmulas que las definen. • Reconocer y calcular uno o varios parámetros de una progresión (aritmética o geométrica) conocidos otros parámetros. • Aplicar los conocimientos sobre progresiones aritméticas, progresiones geométricas y sumas parciales finitas de sucesiones numéricas para resolver aplicaciones en general y de manera especial en el ámbito financiero de las sucesiones numéricas reales. • Resolver ejercicios numéricos y problemas con la aplicación de las progresiones aritméticas, geométricas y sumas parciales finitas de sucesiones numéricas. • Reconocer las aplicaciones de las sucesiones numéricas reales en el ámbito financiero y resolver problemas, juzgar la validez de las soluciones obtenidas dentro del contexto del problema. • Emplear progresiones aritméticas, geométricas y sumas parciales fintas de sucesiones numéricas en el plantea- miento y resolución de problemas de diferentes ámbitos. • Realizar las operaciones de suma y multiplicación entre sucesiones numéricas reales y la multiplicación de escalares por sucesiones numéricas reales aplicando las propiedades de los números reales. • Identificar sucesiones convergentes y calcular el límite de la sucesión. • Definir las funciones seno, coseno y tangente a partir de las relaciones trigonométricas en el círculo trigonomé- trico (unidad) e identificar sus respectivas gráficas a partir del análisis de sus características particulares. ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓
- 10. Prohibidasureproducción 7 Unidades 1 2 3 4 5 6 • Reconocer y graficar funciones periódicas determinando el período y amplitud de las mismas, su dominio y recorrido, monotonía, paridad. • Reconocer las funciones trigonométricas (seno, coseno, tangente, secante, cosecante y cotangente), sus pro- piedades y las relaciones existentes entre estas funciones y representarlas de manera gráfica con apoyo de las TIC (calculadora gráfica, software, applets). • Reconocer y resolver (con apoyo de las TIC) aplicaciones, problemas o situaciones reales o hipotéticas que pueden ser modelizados con funciones trigonométricas identificando las variables significativas presentes y las relaciones entre ellas y juzgar la validez y pertinencia de los resultados obtenidos. • Graficar vectores en el plano (coordenadas) identificando sus características: dirección, sentido y longitud o norma. • Calcular la longitud o norma (aplicando el Teorema de Pitágoras) para establecer la igualdad entre dos vectores. • Sumar, restar vectores y multiplicar un escalar por un vector de forma geométrica y de forma analítica aplican- do propiedades de los números reales y de los vectores en el plano. • Resolver y plantear problemas de aplicaciones geométricas y físicas (posición, velocidad, aceleración, fuerza, entre otras) de los vectores en el plano e interpretar y juzgar la validez de las soluciones obtenidas dentro del contexto del problema. • Calcular el producto escalar entre dos vectores y la norma de un vector para determinar distancia entre dos puntos A y B en R2 como la norma del vector AB. • Escribir y reconocer la ecuación vectorial y paramétrica de una recta a partir de un punto de la recta y un vec- tor dirección o a partir de dos puntos de la recta. • Identificar la pendiente de una recta a partir de la ecuación vectorial de la recta para escribir la ecuación cartesiana de la recta y la ecuación general de la recta. • Determinar la posición relativa de dos rectas en R2 (rectas paralelas, que se cortan, perpendiculares) en la resolución de problemas (por ejemplo: trayectoria de aviones o de barcos para determinar si se interceptan). • Calcular la distancia de un punto P a una recta (como la longitud del vector formado por el punto P y la pro- yección perpendicular del punto en la recta P´, utilizando la condición de ortogonalidad del vector dirección de la recta y el vector PP´ ) en la resolución de problemas (distancia entre dos rectas paralelas). • Determinar la ecuación de la recta bisectriz de un ángulo como aplicación de la distancia de un punto a una recta. • Resolver y plantear aplicaciones de la ecuación vectorial, paramétrica y cartesiana de la recta con apoyo de las TIC. • Aplicar el producto escalar entre dos vectores, la norma de un vector, la distancia entre dos puntos, el ángulo entre dos vectores y la proyección ortogonal de un vector sobre otro para resolver problemas geométricos, rea- les o hipotéticos en R2. • Describir la circunferencia, la parábola, la elipse y la hipérbola como lugares geométricos en el plano. • Escribir y reconocer las ecuaciones cartesianas de la circunferencia, de la parábola, la elipse y la hipérbola con centro en el origen y con centro fuera del origen para resolver y plantear problemas (por ejemplo en física: órbitas planetarias, tiro parabólico, etc.) identificando la validez y pertinencia de los resultados obtenidos. • Resolver y plantear problemas de aplicación de las medidas de tendencia central y de dispersión para datos agrupados con apoyo de las TIC. • Juzgar la validez de las soluciones obtenidas en los problemas de aplicación de las medidas de tendencia central y de dispersión para datos agrupados dentro del contexto del problema, con apoyo de las TIC. • Calcular e interpretar el coeficiente de variación de un conjunto de datos (agrupados y no agrupados). • Reconocer los experimentos y eventos en un problema de texto y aplicar el concepto de probabilidad y los axiomas de probabilidad en la resolución de problemas. • Determinar la probabilidad empírica de un evento repitiendo el experimento aleatorio tantas veces como sea posible (50, 100,… veces) con apoyo de las TIC. • Realizar operaciones con sucesos: unión, intersección, diferencia y complemento, leyes de De Morgan en la resolución de problemas. • Aplicar los métodos de conteo: permutaciones, combinaciones para determinar la probabilidad de eventos simples y a partir de ellos la probabilidad de eventos compuestos en la resolución de problemas. • Reconocer experimentos en los que se requiere utilizar la probabilidad condicionada mediante el análisis de la dependencia de los eventos involucrados y calcular la probabilidad de un evento sujeto a varias condiciones aplicando el teorema de Bayes en la resolución de problemas. • Reconocer variables aleatorias discretas cuyo recorrido es un conjunto discreto en ejemplos numéricos y expe- rimentos y la distribución de probabilidad para una variable aleatoria discreta como una función real a partir del cálculo de probabilidades acumuladas definidas bajo ciertas condiciones dadas. • Calcular e interpretar la media, la varianza y la desviación estándar de una variable aleatoria discreta. • Juzgar la validez de las soluciones obtenidas en los problemas que involucren el trabajo con probabilidades y variables aleatorias discretas dentro del contexto del problema. ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ Fuente: http://goo.gl/zMymHY (Ministerio de Educación del Ecuador 2016).
- 11. Prohibidasureproducción 8 conoce tu libro Un alto en el camino En contexto Noticias y enlaces que contextualizarán la temáti- ca a abordar. En esta página verás cómo el tema es tratado en la red. Actividades de base estructurada. Los contenidos tendrán: Situaciones contextualizadas Soporte visual Uso de regletas y ábacos para faci- litar la comprensión El proyecto de Matemáticas 2 Los contenidos Zona Wifi Proyecto
- 12. Prohibidasureproducción 9 Conéctate con: Actividades interactivas Enlaces we b Videos Perfiles interactivos Documentos Presentación multimedia Colaboratorios ¿Qué significan estos íconos? Propuesta al final de cada quimestre. Énfasis en la presentación clara de los procedimientos. Síntesis de lo aprendido. Para fortalecer tu aprendi- zaje, dispondrás de varios ejercicios. ENGR UPO: YTAMB IÉN: TIC Resumen Para finalizar Problemas resueltos Ejercicios y problemas Autoevaluación Evaluando tus destrezas
- 13. Prohibidasureproducción 10 0 contenidOS: http://goo.gl/TTVkDt • Pendiente de una recta dados dos puntos • Ecuación de una recta que pasa por dos puntos • Gráfica de una ecuación que pasa por dos puntos • Ecuación de una recta (punto – pendiente) • Ecuación de una recta (punto – intersección) • Rectas paralelas • Rectas perpendiculares • Sistemas de ecuaciones lineales • Métodos de resolución para Sis- temas de ecuaciones lineales • Funciones cuadráticas • Método de factorización • Fórmula general cuadrática Conocimientos previos
- 14. Prohibidasureproducción 11 1. Sean los puntos, determina el valor de la pen- diente. 5. Escribe la ecuación de las rectas a y b. 6. Escribe, en cada caso, la ecuación de la recta que pasa por P y tiene pendiente m: 8. Una recta pasa por el punto A (-1, 3) y por el punto P (2, 5). Escribe su ecuación punto pendiente. 9. Halla la ecuación de la recta que pasa por los puntos A (-2, 3) y B (4, 2) 7. Determina la ecuación de las siguientes rectas: 2. Determina la ecuación de la recta en forma ge- neral, que pasa a través de los puntos. 3. Considerando las siguientes gráficas, establece la ecuación de la recta. 4. Según los elementos que describen a una recta, determina la ecuación de la misma. a. Punto (5,17) y pendiente = 4 b. Puntos (-3, 0) y (0, -3) c. m = -5 e intersección con el eje y = -2 d. m = 4 y Punto (3, 7). e. a. (-2, 7) y (1, 8) b. (2, 6) y (5, 9) c. (-4, 4) y (2, -8) d. (3, -1) y (2 , 0) a. (0, 2) y (6, 0) b. (-2, -2) y (-6, 0) f. (0, 4) y (2, -10) d. (- 4, 0) y (0, 12) (-8, 19) P (-3, 1), P (0, 0), m = -1 P (4, -3), m = 4 P (0, 2), 2 13 5 1 - m = m = 12 3 - - 7 2 -, , , , , , 5 , - 5 7 - 10 0 -3 5 7 1 y y y y 5 2 4 2 5 2 2 44 4 4 4 ) ) ) ) ) ) ) ( ( ( ( ( ( ( e. e. c. d. a. b. c. f. 1 Ecuaciones lineales 2 1 - 3 5 m = y m = y P (-2, 5) N (-2, 5)f. -5 -5 5 5 y 0, 3 3, 0 x -5 -5 5 5 0, 1.5 -1, 0 y x Repaso y revisión de contenidos
- 15. Prohibidasureproducción 12 10. Considerando las siguientes ecuaciones determi- na el valor de la pendiente, intersección. 16.Hallar una recta paralela y otra perpendicular a r ≡ x + 2 y + 3 = 0, que pasen por el punto A(3, 5). 17.Calcula k para que las rectas r ≡ x + 2y - 3 = 0 y s ≡ x - ky + 4 = 0, sean paralelas y perpendicu- lares. 18.Hallar la ecuación de la recta que pasa por A(1, 3) y B (2, -5) 19.Calcula una recta paralela a la recta r ≡ y = -2x + 1 que pase por el punto (4, -1) 20.Calcula una recta paralela a la recta 3 r ≡ y = x + 2 2 que pase por el punto (-2, 1) 21.Calcula una recta que sea paralela a la recta r ≡ 3x + 2y - 7 = 0 que pase por el punto (0, -3) 22. Calcula la recta paralela a la recta r ≡ x − y + 4 = 0 que pasa por el punto (-2, 1). 25.Comprueba si la recta r ≡ x - 2y + 9 y la recta s que pasa por los puntos (-1, -2) y (7, 2), son paralelas. 26.Comprueba si las rectas r: que pasa por los puntos (2, -3) y (4, 7) y s: que pasa por los puntos (-1, -4) y (5, 2), son paralelas 23.Comprueba si las recta r ≡ 2x - 3y - 1 = 0 y la recta s ≡ -6x + 9y - 5 = 0 son paralelas 24.Entre estas rectas, ¿cuál no es paralela a las otras dos? 11. ¿Cuáles son las características de las representa- ciones gráficas de las líneas paralelas? ¿Y de las perpendiculares? 12. ¿Cuál es la relación de las pendientes en las líneas paralelas? ¿Y en las líneas perpendiculares? 13. Identifica ¿Cuál de los siguientes pares de rectas son líneas paralelas? Y, ¿cuáles son líneas perpen- diculares? O Ninguno. 14. Demuestra que los siguientes puntos pertenecen a la misma recta, utilizando el cálculo de las pen- dientes. 15.A continuación se presentan ejercicios que vin- culan las propiedades de las rectas paralelas y perpendiculares. Analiza el enunciado propuesto y resuelve los siguientes ejercicios. a. Halla la ecuación de la recta que pasa por el punto (0, -4) y que es paralela a la recta que tiene por ecuación 3x + 5y = -15 b. Determina la ecuación de la recta que pasa a través del punto ( -3 , 1) y que es perpendicular a la recta que tiene por ecuación 2x + 4y = 7 d. Determina la ecuación de la recta de tal ma- nera que pase por el punto de intersección entre las rectas : x + y = 2 con 4x – y = 3 y que sea perpendicular a la segunda recta mencio- nada. e. Determina la pendiente que se obtiene entre los puntos de intersección de las rectas 5x + 3y = 2; 3x – 2y = 5 con la intersección rectas x – 2y = 2; 4x – y =1. c. Halla la ecuación de la recta que pasa por el punto (3, -3) y es perpendicular a la recta cuya ecuación es : 3x - y = -12 a. 5x + 4 y = 2 b. 5x+4 y=2 c. 2x+3y+7=0 d. –y + 2x - 12 = 0 a. x + 3y = 20 ; x + 3y = -2 b. 2x + y = 2 ; -x + 2y = -3 c. -4x + 3y = 19 ; 3x + 4y = -2 d. -9x - 3 y = -1 ; x + 3y = -1 a. ( 0,-12 ) ,(6 ,0 ) ,(14 ,20) b. ( 30 ,6 ) ,(0,- 6 ) ,(15 ,0 ) c. ( -5 ,0 ) ,(0,-3 ) ,(-30 ,15) 2 Líneas Paralelas y Perpendiculares s ≡ 3x - 4y + 2 = 0 t ≡ 8x - 6y - 3 = 0 4 6 r ≡ y = x - 3 5
- 16. Prohibidasureproducción 13 27.Analiza las siguientes preguntas y subraya la res- puesta correcta según corresponda. a) Al resolver el sistema a. El tipo de soluciones que se obtiene es: • Inconsistente • Soluciones infinitas • Solución única • No tiene solución b. Para un sistema compatible determinado, las rec- tas que se obtienen al graficar son: • Coincidentes • Secantes • Intersecantes • No intersecantes c. Al despejar la variable "y", en la primera y segun- da ecuación del sistema x + y = 10 x – y = 2{ se obtiene, respectivamente: • y = 10 – x ; y = 2 – x • y = 10 + x; y = –2 –x • y = – 10 + x; y = 2 – x • y = – x + 10; y = – 2 + x x – 2y = 3 3x – 6y = 11 3 Sistemas de ecuaciones lineales { d. El conjunto solución del sistema • (1; 2 ) • (– 1 ; 2 ) • ( 1; –2 ) • ( 2; 1) e. Aplicando el método de igualación e igualan- do la variable y para el sistema • 5 – x = 11 + 3x • 5 + x = 11 + 3x • -5 – x = 11 – 3x • 5 – x = 11 – 3x f. En el siguiente sistema de ecuaciones: • x = – 2y + 3 • x = – 2y – 3 • x = 3y + 2 • x = 2y + 3 g. Aplicando el método de igualación e igualando la variable x para el sistema • 9 + 4y = 5 + 2y • 9 - 4y = 5 - 2y • -9 - 4y = 5 + 2x • 4 - 9y = 5 - 2y h. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones son verda- deras para el sistema de ecuaciones? • El gráfico del sistema muestra dos rectas paralelas. • El gráfico del sistema muestra una sola recta • El gráfico del sistema muestra dos rectas que se intersecan en el primer cuadrante. • El gráfico del sistema muestra dos rectas que se intersecan en el cuarto cuadrante. i. Al resolver el sistema de ecuaciones • x = - 3 2 c ; y = - 9 2 c • x = 3 2 c ; y = - 9 2 c • x = - 3 2 c ; y = 9 2 c • x = 3 2 c ; y = 9 2 c 3x + 2y = 7 x + y = 5 x + 4y = 9 2x - y = 4 -x + y = 6c 2x + 5y = 12 es: 3x + y = 11 resulta: x + 2y = 5 x + 3y = 7 x + y = 3c despejando x en la primera ecuación resulta: , la expresión que resulta es : en función de c la respuesta es: { { x – 2y = 3 3x – 6y = 11{ { { {
- 17. Prohibidasureproducción 14 Utilizando el método gráfico, resultará: 2x + y = – 1 3x + 2y = 0{ 34.Al resolver el sistema : X Y 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 43 3 4 2 2 1-1-2 -2 -3 -3 -4-5-6-7-8-9 1 (x; y) Solución (-2; 3) a. b. c. d. X Y 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 43 3 4 2 2 1-1-2 -2 -3 -3 -4-5-6-7-8-9 1 (x; y) Solución (-2; 1) X Y 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 43 3 4 2 2 1-1-2 -2 -3 -3 -4-5-6-7-8-9 1 X Y 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 43 3 4 2 2 1-1-2 -2 -3 -3 -4-5-6-7-8-9 1 (x; y) Solución (2; -3) (x; y) Solución (2; 3) 28.Resuelve por sustitución, igualación, reducción y gráficamente los sistemas: 29.Halla las soluciones del sistema 30.Resuelve 31.Resuelve 32.Resuelve el sistema: 33.Halla las soluciones el sistema: a. b. 2x + 3y = -1 = x -1 = 5 = 0 = 4 = 5 = y +1 = 1 = 1 3x + 4y = 0 x + y x + 3y x + 1 y - 1 x y x + y = 1 + 3x + 2y = 7 x + 3y x - y 2x - y x + y +2x + 2y 4x - 3y = -2 3x - y = 5y 2 2 3 2 + - 2 3 3 2 2 2 43 4 -
- 18. Prohibidasureproducción 15 35.La solución gráfica a continuación, a cuál siste- ma de ecuaciones lineales pertenece. 36. Factoriza las siguientes expresiones cuadráticas: Ecuación:..................................................... Ecuación:..................................................... 37. Determina el vértice de las siguientes funciones. 38. Considerando las siguientes gráficas, determina la ecuación correspondiente.X Y 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 43 3 4 2 2 1-1-2 -2 -3 -3 -4-5-6-7-8-9 1 a. 5x – 2y = 29 2x – 3y = 4 b. 5x + 2y = 29 2x – 3y = – 4 c. 5x + 2y = 29 2x – 3y = 4 d. 5x + 2y = – 9 2x + y = – 4 4 Función Cuadrática a. x2 - 9 b. x2 - 25y2 c. x2 - 2x + 1 d. x2 + 16x + 64 e. x2 - 8x f. - 4x2 - 16x g) x2 + 8x + 7 h) x2 - x - 6 a. � : x → �(x)= 2x2 - 4x + 6 b. � : x → �(x)= -x2 + 3x - 6 c. � : x → �(x)= x2 - 4 d. � : x → �(x)= 4x2 - 16x X Y 5 5 -5 0 10 10 15 (1, 0) Y 5 5 0 10 X5-5 10 15 -3, 0 4, 0 0.5, -12.25
- 19. 16 1 Funciones 16 contenidOS: 1. Función 1.1. Concepto de función 1.2. Propiedades de las funciones 1.3. Función sobreyectiva 1.4. Función biyectiva 1.5. Operaciones con funciones 1.6. Función Inversa 2. Progresiones aritméticas 3. Progresiones geométricas 3.1. Término general de una progresión geométrica 3.2. Suma de los n términos de una progresión geométrica 3.3. Producto de los n términos de una progresión geométrica 4. Intermediarios financieros Prohibidasureproducción
- 20. Prohibidasureproducción 17 Web Noticia El consejo directivo del Observatorio Europeo Austral ha aprobado la construcción del telesco- pio óptico más grande del mundo. El proyecto planea instaurarse en el cerro Amazones, al norte de Chile. Consulta la noticia en el siguiente enlace: http://goo.gl/LdHsQ5 a. Lee la noticia anterior y responde: ¿Qué es un exoplaneta? ¿A qué distan- cia se encuentran los tres exoplanetas más cercanos a la Tierra? Habrás observado que las distancias es- tán expresadas en años-luz, pero ¿es esta magnitud realmente una magnitud de longitud? Averigua cómo se define año- luz, por qué se utiliza en las distancias muy grandes y su equivalencia con el metro. b. Lee con detenimiento cómo en la época de Aristarco se determinó la distancia de la Tierra a la Luna. • ¿Qué herramientas y relaciones mate- máticas utilizaron que ya conocías? • ¿Qué nuevas relaciones se propusieron para poder efectuar estas mediciones? • ¿Qué es lo que sigue siendo confuso respecto a las mediciones llevadas a cabo? La observación y las herramientas matemáticas han sido la base para poder evolucionar en el conocimiento de las distintas ramas de las ciencias. En el siguiente documento se explica cómo Aristarco de Samos y su obra contribuyeron a la determinación del tamaño del Sol y de la Luna, y las distancias que les separa de la Tierra. http://links.edebe.com/cww En contexto http://goo.gl/n17z37 17
- 21. Prohibidasureproducción 18 1. función 1.1. Concepto de función En las actividades de nuestro diario vivir, nos encontramos frente a diferentes situaciones tales como cancelar el valor de compra de nuestros víveres, que depende de la canti- dad de artículos que compramos; o que el valor a pagar del recorrido en taxi dependerá de la distancia del viaje; o el costo de realizar una llamada telefónica dependerá de factores como la duración, la región o el país donde nos vamos a comunicar. En todas las circunstancias mencionadas se concibe una re- lación de correspondencia en la que intervienen números. Sin embargo, hay situaciones en las cuales las relaciones de dependencia no vinculan un valor numérico, como por ejemplo, la asignación del lugar de destino de viaje a cada pasajero, o el sector de sufragio de cada ciudadano. Se simboliza mediante la notación: � : A → B x ↦ y = � (x) Llamamos función f del conjunto A en el conjunto B a una relación de dependencia en la que a cada ele- mento x de A le corresponde un único elemento y de B. Además, una de las no- taciones más utilizadas es : y = �(x) http://goo.gl/WJZ0bz https://goo.gl/MFRHN8 https://goo.gl/njlp5q Que se lee «y es igual a � de x», esta notación no sig- nifica «� multiplicado por x», sino que es una manera de indicar que y correspon- de a x.
- 22. Prohibidasureproducción 19 Expresión analítica de una función Al conjunto A se le llama conjunto de salida y al conjunto B, conjunto de llegada. Si un elemento x del conjunto A se corresponde con un ele- mento y del conjunto B, decimos que y es la imagen de x por la función f, o que x es una antiimagen de y por la fun- ción f. En la figura se representa una funciónmediante diagramas de Venn. Observa que todos los elementos de A tienen una única imagen, pero que no todos los elementos de B han de tener antiimagen, ni esta ha de ser única. Una función se puede interpretar mediante una expresión matemática que permite calcular las imágenes de los ele- mentos del conjunto de salida y las antiimágenes de los ele- mentos del conjunto de llegada. Esta expresión matemática se convierte en una «fórmula» que se deriva del lenguaje algebraico; por ejemplo, con- siderando la situación de función en los números reales, al asignar a cada número real el triple del cuadrado de un número aumentado en 5. Es posible definir la función. � : ℝ ↦ ℝ x ↦ �(x) = 3x2 - 5 Cálculo de imágenes En la función anterior � : x ↦ � (x) = 3x2 - 5 Para calcular la imagen respectiva de cualquier elemento x del conjunto de salida, basta con sustituir el valor conside- rado para x. Si x = - 1 ; � (-1)= 3(-1)2 - 5 = - 2 Así , - 2 es la imagen de -1. Escribiremos: � (-1 )= -2 1. Considerando las siguientes funciones, calcula sus respectivas imágenes para x = -1; x = 0; x = 1; x = 1 2 ; x = √2 a. � : x →�(x)= 4x2 + 2 b. g : x →g(x)= -2x2 + 2 c. h : x →h(x)= - 2x2 √2 Lenguaje matemático Variable independiente y variable dependiente Las funciones suelen repre- sentarse por las letras f, g, h… En la expresión: y = �(x) • A x se le llama variable in- dependiente. • A y se le llama variable de- pendiente. y también: B IÉN y también: B IÉN Actividades Fig. 1.
- 23. Prohibidasureproducción 20 Cálculo de antiimágenes Para calcular la antiimagen o las antiimágenes de cualquier elemento y del conjunto de llegada, debemos reemplazar, esta vez, el valor considerado para y. Ejemplo1Ejemplo2 y también B IÉN Matemático alemán (1646- 1716). Miembro fundador, entre otras, de la Academia de Ciencias de Berlín. A él se debe el término función, así como buena parte de la notación que hoy en día uti- lizamos en el estudio de las funciones. http://www.biografiasyvidas.com/ biografia/l/leibniz.htm Gottfried W. Leibniz En la función: � : x →�(x) = 3x2 – 5, Si y = 4, tenemos que: Escribimos la expresión ana- lítica de la función f que asigna a cada número real el triple de su cuadrado, dis- minuido en una unidad. • Calculamos la imagen de 1 por f. • Calculamos las antiimáge- nes de - 4 por f. • Para calcular la imagen de x = 1 sustituimos x por 1 en la expresión analítica de f : f (1) = 3 × 12 - 1 = 2 Luego, - 4 no tiene ninguna antiimagen real. Escribire- mos: f-1 (- 4) = Ø • Para calcular las antiimá- genes de y = -4 debemos sustituir y =f (x ) por - 4 y despejar x en la expresión f(x) = 3x2 - 1. Se tiene: -4 = 3x2 -1 ⇒ 3x2 = -3 ⇒ x2 = -1 ⇒ |x| =√-1 ⇒ x = ± √-1 ∉ ℝ La expresión analítica de la función es: f (x) = 3x2 - 1. 4 = 3x2 - 5 Reemplazamos de y = 4 9 = 3x2 Transponemos – 5 = x2 Dividimos para 3. ± √3 = x Luego − √3 y √3 son las antiimágenes de 4 Escribiremos: �-1 ( 4 )= { – √3 , √3 } 9 3 2. Sean las funciones siguientes, determina las antiimágenes para -1, 0, 1, a. � : x →�(x)= 2x2 - 2 √2 . https://goo.gl/x8JvyG b. � : x →�(x)= 3 √2 - 4x2 Actividades 9 = |x| 3 �
- 24. Prohibidasureproducción 21 Los puntos señalados con el símbolo pertenecen a la gráfica de la función. Los puntos señalados con el símbolo no pertenecen a la gráfica de la función. Gráfica de una función Dada una función �, se dice que el dominio de � son to- dos aquellos valores de x para los cuales está definida la función. Por tanto para cada elemento de x que pertene- ce a ese dominio, podemos considerar al par (x, y), donde y = �(x). Se simboliza como: D(�) Observa los ejes de coordenadas de la figura. Representa- mos en el eje de abscisas el conjunto de valores de x, y en el eje de ordenadas, el conjunto de valores de y = �(x). En la práctica, no es posible representar todos los pares (x, �(x)), ya que, en general, son infinitos. Por ello, se suelen representar unos cuantos puntos significativos y trazar el res- to de la gráfica según las propiedades de la función. Ejemplo3Ejemplo4 Representamos gráficamente la función � : x →�(x) = 2 x − 1. Construimos una tabla con varios pares de valores: Al representar estos pares de valores en unos ejes de coordenadas, se obtienen puntos alineados Asimismo, la gráfica de una función permite hallar fácilmente sus imágenes y antiimágenes. Sea � la función representada en la figura. Hallemos: a. La imagen por � de x = −2 y x = 2. b. Las antiimágenes por f de y = −1 e y = 1. Resolvemos: a. Los puntos de la gráfica de abscisas −2 y 2 tienen ordenada 4. Luego: �(-2) = 4 ; �(2) = 4 b. No existe ningún punto de la gráfica de ordenada −1, mientras que hay dos puntos de ordenada 1 cuyas abs- cisas son −1 y 1. Luego: �−1 (−1) = ;�−1 (1) = {−1, 1} La gráfica de una función � es la representación en unos ejes de coordenadas de todos los pares de la for- ma ( x, �( x)), siendo x un elemento del dominio de �. 0 1 2 -1 1 3 (0,-1); (1,1); (2, 3) y = � (x) (x, �(x)) x y x X (x, y) Y 2 1 2 3 31-2 -2 -1 -1 -3 X Y 2 1 2 3 4 31-2 -2 -1 -1 -3 X 3. Representa gráficamente las siguientes funciones: a. b. c. � : x →� (x) = -2x + 5 � : x → � (x) = x2 - 2x - 3 � : x →�(x) = -2 Actividades Al representar gráficamente una función no siempre se obtiene un trazo continuo. En estos casos debemos indicar si los puntos donde el trazo se interrumpe pertenecen o no a la gráfica. Observa: y también: B IÉN Y X Fig. 2. Fig. 3. y= �(x)
- 25. Prohibidasureproducción 22 Determinación gráfica del dominio y el recorrido Dada una función �, se dice que su recorrido son todos los valores definidos de "y" para los cuales le corresponde, a cada uno de ellos, un valor de x determinado que pertene- ce a su dominio. Se simboliza como: R (�) Para determinar el dominio y el recorrido de una función a partir de su gráfica, nos fijaremos en todos los pares de nú- meros reales de la forma (x, y) representados. • Un número real x = a es del dominio de una función si y sólo si la recta vertical x = a corta a la gráfica en un punto. • Un número real y = b es del recorrido de una función si y sólo si la recta horizontal y = b corta a la gráfica en al menos un punto. 4. Determina el dominio y el recorrido de cada una de las funciones siguientes a partir de su gráfica. Actividades La siguiente gráfica no repre- senta ninguna función, pues- to que a un elemento del do- minio le corresponde más de una imagen. Una gráfica representa una función si y sólo si cualquier recta vertical corta a la grá- fica, como máximo, en un punto. y también: B IÉN Ejemplo5 Hallar el dominio y el recorrido de la función � : x →�(x) = x + 1 y represéntala gráficamente. Para que la imagen de x por la función f sea un número real, es ne- cesario que el radicando sea positivo o cero, es decir, x + 1 ≥ 0. Por tanto, el dominio es: D (� ) = [−1, +∞) Sólo son imágenes por la función los números reales positivos o cero, es decir, y ≥ 0. Por tanto, el recorrido es: R (� ) = [0, +∞) Para representar gráficamente la función, construimos una tabla con unos cuantos pares de valores: Al representar estos pares de valores en unos ejes de coor- denadas, obtenemos diversos puntos del plano situados sobre un arco de parábola. Observa que una recta vertical x = a corta a la gráfica si a ≥ -1, y una recta horizontal y = b cor- ta a la gráfica si b ≥ 0. Luego, el dominio y el recorrido coinciden con los hallados previamente. • Determinemos el dominio y el recorrido a partir de la gráfica y comprueba que coinciden con los hallados previamente. √ Y X y1 y2 x Y 3 2 1 -1 -1-2 1 2 3 4 5 6 X Y X 3 2 1 1 2 f g 3 -1 -2 -3 -1-2 Y X 3 2 1 1 2 3 -1 -2 -3 -1-2-3 h Y X 3 2 1 1 2 3 -1 -2 -3 -1-2-3 k Y X 3 2 1 1 2 3 -1 -2 -3 -1-2-3 Fig. 4. Tabla 1. x -1 0 3 �(x) 0 1 2 (x,�(x)) (-1, 0) (0,1) (3,2)
- 26. Prohibidasureproducción 23 1.2. Tipos de funciones Veamos a continuación algunas características de las fun- ciones que podemos extraer a partir de la observación de su gráfica. Funciones inyectivas, sobreyectivas y biyectivas Observa en la figura 5 las gráficas de g : x → g(x) = x2 y h: x → h(x) = 2x: — Podemos trazar al menos una recta horizontal sobre la gráfica de la función g que la intercepte en más de un punto. Así, si consideramos la recta horizontal y = 4, vemos que existen dos elementos diferentes del dominio de g, x = -2 y x = 2, que tienen la misma imagen, g (x ) = 4. — Cualquier recta horizontal que tracemos sobre la gráfica de la función h la intercepta como máximo en un punto. Así, sea cual sea la recta horizontal que consideremos, vemos que no existen elementos diferentes del dominio de h que tengan la misma imagen. Luego h es inyectiva, mientras que g no lo es. Considera de nuevo las funciones representadas en la figura 5: — El recorrido de g es el conjunto de los números reales ma- yores o iguales que cero, es decir, R (g ) = [0, + ∞). — El recorrido de h es el conjunto de todos los números rea- les, es decir, R (h ) = ℝ. Observa en la figura 5 que, si la función es sobreyectiva, cualquier recta horizontal que consideremos corta a la grá- fica al menos en un punto. Así, h es sobreyectiva, mientras que g no lo es. -1-2-3-4 Y X4 3 32 2 1 1 -1 -2 -1-2-3-4 Y X 4 4 3 32 2 1 1 -1 Una función �:A↦B es inyectiva si dos elementos distintos cualesquiera de su dominio tienen imágenes distintas por �, es decir, si se cumple: ∀x1 ,x2 ∈ A; x1 ≠ x2 ⇒ �(x1 ) ≠ �(x2 ) Una función �:A↦Bes sobreyectiva si su recorrido coin- cide con el conjunto de llegada B: R (� ) = B Una función es biyectiva si es a la vez inyectiva y sobreyectiva. g (x)= x2 h (x)= 2x g h Fig. 5.
- 27. Prohibidasureproducción 24 Análisis de la tabla de valores Es un conjunto de valores registrados en una tabla, los mis- mos que determinan la relación entre dos conjuntos o más, pero que, de manera usual para el estudio de las funciones, utilizaremos únicamente tres columnas de datos. Recordando el principio de inyectividad, tenemos que: Si x1 ≠ x2 entonces � (x1 ) ≠ � (x2 ), ∀ x1 , x2 ∈ D (�) Es decir, al tomar dos valores diferentes de la columna x (conjunto de partida) registrados en la tabla, los valores res- pectivos que se obtienen según la columna (y = 4x + 5), sus respectivas imágenes deben ser diferentes. Así entonces podemos determinar si una función es inyecti- va de forma numérica. Según los datos de la tabla para la función y = 4x + 5, pode- mos observar que, al considerar los valores para x, las imá- genes obtenidas son diferentes: �(- 1) = 1 ; �(0 )= 5 y que �(1) = 6 Por lo que se verifica que la función correspondiente es inyectiva. Mientras que al analizar los valores de la función y = x2 , observamos que: �(- 2)= 4 ; �(0) = 0 y que �(2)= 4 Las imágenes para x = - 2 y x = 2 son iguales, por lo que se puede concluir que la función y = x2 no es inyectiva. 5. Verifica si las siguientes funciones son inyectivas, utilizando el análisis algebraico, gráfico y de tabla de valores. a. d. f. e.b. c. � : x → � (x) = -4x2 + 6 h: x → h(x) = x - 3 g: x→ g(x) = 5x + � : x → �(x) = x2 + 1 � : x → �(x) = 3x - 2 � : x → �(x) = 4x - 1 Tabla de valores de la función y = x2 Tabla de valores de la función y = 4x + 5 Actividades 1 2 √ x �(x) = 4x + 5 (x, �(x)) : : : -1 1 (-1,1) 0 5 (0,5) 1 9 (1,9) : : : x �(x) = x2 (x, �(x)) : : : -2 4 (-2,4) 0 0 (0, 0) 2 4 (2,4) : : : 5 5 A 10 -5 -5 0 5 4 A B 10 -5 0 Fig. 6. Fig. 7. Tabla 1. Tabla 2. y y x x
- 28. Prohibidasureproducción 25 1.3. Función sobreyectiva Análisis algebraico Una función �∶A ↦ B es sobreyectiva si cada elemento de B es imagen de algún elemento del dominio. Es decir, � es sobreyectiva si Rec (�) = B; Rec equivale a recorrido. Debemos tomar en cuenta además que la función �∶ℝ⟶ℝ ; x → �(x), tiene como dominio y codominio los nú- meros reales. Tabla de valores de la función y = x3 x �(x) = x3 (x, �(x)) : : : -1 1 (-1,1) 0 0 (0,0) 1 1 (1,1) 2 8 (2,8) : : : Si tenemos la función � : x ↦ �(x)=- x+7, determinamos si es sobreyectiva. y = - x + 7 Función Dato x = - y + 7 Se resuelve para x Se tiene que el recorrido de � : x ↦ �(x) = ℝ, por ende, la función es sobreyectiva. Análisis de la tabla de valores Revisando las tablas respectivas para las funciones: � : ℝ ↦ ℝ � : A ↦ ℝ ; A ⊆ ℝ x ↦ �(x) = x3 y x ↦ �(x)=√x En la primera tabla que aparece, observamos que todos los valores del casillero de las imágenes pertenecen al con- junto de llegada, por lo que se determina que la función es sobreyectiva. En cambio, en la segunda tabla si se revisan los valores, es posible observar que para los valores negativos de x, las imágenes respectivas no se encuentran definidas. Por lo tanto, la función � : x → �(x)= no es sobreyectiva. Análisis gráfico en diagrama sagital Una función f: X → Y es una función sobreyectiva si: Im(�) =Y Esto significa que todo elemento y ∈ Y es la imagen de al menos un elemento x ∈ A . Es decir, el recorrido de � coin- cide con el conjunto de llegada. Ejemplo6 x �(x) = x (x, �(x)) : : : -1 no def. no def. 0 0 (0,0) 1 1 (1,1) 2 1,4142 (2,1.4) 3 1,732 (3,1.7) : : : √ Tabla de valores de la función y = x√ √x Fig. 8. Tabla 3. Tabla 4. x � x1 �(x3 ) �(x1 ) �(x2 ) �(x4 ) x2 x3 x4 x5 Y = Im (�)
- 29. Prohibidasureproducción 26 Análisis Gráfico Si consideramos la función: �: ℝ → ℝ, x ↦ �(x)= x2 + 2 Observamos que el conjunto inicial de � es ℝ, además que el conjunto de llegada de � es: ℝ. En la gráfica de la función � definida por � : x ↦ �(x)=x2 + 2, al determinar el recorrido de manera gráfica, tenemos que la imagen de la función � es [2 , ∞). De modo que podemos concluir que el recorrido de la función no coincide con el conjunto final de �; entonces concluiremos que: �(x) = x2 + 2 no es sobreyectiva. Ahora bien, analizando la gráfica de la función � : ℝ ↦ ℝ, x ↦ �(x) = x3 , podemos concluir rápidamente que la función es sobreyectiva, debido a que el conjunto del recorrido coinci- de con el conjunto final. 6. Analiza la inyectividad y sobreyectividad de las funciones �: ℝ → ℝ, utilizando los métodos alge- braico, gráfico y de análisis de valores. a. b. c.�: x ↦ � (x) = x + 4 �: x ↦ � (x) = - 4x +�: x ↦ �(x) = 4x3 - 2 � : ℝ ↦ ℝ � : ℝ ↦ ℝ x ↦ y = x2 + 2 x ↦ y = x3 Gráfica de la función Rec (�) = [2, +∞[ Rec (�) = ℝ � no es sobreyectiva � si es sobreyectiva Gráfica de la función Actividades √ 3 4 5 5 10 -5 0 5 5 -5 -5 0 Gráficamente, podemos determinar si una función es sobreyectiva cuando al determi- nar el recorrido de forma gráfica, este debe coincidir con el conjunto de llegada en la función propuesta. Fig. 9. Fig. 10. y y x x
- 30. Prohibidasureproducción 27 1.4. Función biyectiva 7. Dadas las funciones, realiza la representación gráfica y determina si son biyectivas analizando el criterio algebraico, numérico y gráfico. b. c. x ↦ � (x) = - 3x - 4 x ↦ � (x) = x + 5 + 2x ↦ �(x) = -5x2 + 10 a. �: ℝ ↦ ℝ � : ℝ ↦ ℝ � : A ↦ ℝ; A ⊆ ℝ Actividades x �(x) = 3x - 2 : : -1 -5 0 -2 1 1 2 4 : : Dada la función �: ℝ ↦ ℝ, x ↦ �(x) = 3x - 2, determinemos si es biyectiva. Según el análisis, podemos concluir que la función es biyectiva. Una función no biyectiva puede ser inyectiva o sobreyectiva, o bien, ninguna de las dos. Ejemplo7 Análisis algebraico Análisis numérico Análisis gráfico 3x1 - 2 = 3x2 -2 3x1 - 2 + 2 = 3x2 3x1 = 3x2 3x1 3x2 x1 = x2 Por lo tanto � es inyectiva Las imágenes obtenidas son diferentes, por lo tanto � es inyectiva. Se observa que el recorri- do coincide con el con- junto de salida, además es inyectiva. 3 3 = 5 5 -5 -5 0 (2,4) (1, 5) √ Si una función � es sobreyectiva y a la vez inyectiva, entonces es biyectiva. Si una función no es inyectiva, no es necesario analizar su sobreyectividad para determinar si es biyectiva, o también, si no es sobreyectiva tampoco será necesario verificar la inyectivi- dad para determinar su biyectividad. Tabla 5 y x
- 31. Prohibidasureproducción 28 1.5. Operaciones con funciones En el conjunto de las funciones reales de variable real, podemos definir diversas operaciones. Dadas las siguientes funciones: h: x ↦ h(x)= -x2 + 2x + 3; g: x ↦ g(x)= 4x2 - 5x + 2. Calculemos: a. g + h; b. (g + h ) (2) ; c. g - h; d. (g - h ) ( - 3 ) Ahora es posible hallar el valor numérico de (g + h) (2) Calculamos el valor numérico. Mediante un proceso análogo, tendremos: Ejemplo8 g + h : x ↦ (g + h )(x) = g(x) + h(x) =4x2 - 5x + 2 + (- x2 + 2x + 3) =3x2 - 3x + 5 =3x2 - 3x + 5 Reemplazamos las funciones h y g Resolvemos los paréntesis y reducimos términos. Expresión resultante. Reemplazamos x = 2 Resolvemos la potencia, el producto y la suma Encontramos el valor numérico respectivo Reemplazamos las funciones h y g Reducimos términos. Expresión resultante. Reemplazamos x = -3 Resolvemos la potencia, el producto y la suma Encontramos el valor numérico respectivo g + h : x ↦ (g + h )(2)=3(2)2 - 3(2) + 5 = 12 - 6 + 5 = 11 g - h : x ↦ (g - h) (x) = g(x) - h(x) = 4x2 - 5x + 2 - (-x2 + 2x + 3) = 4x2 - 5x + 2 + x2 - 2x - 3 = 5x2 - 7x - 1 = 5x2 - 7x - 1 g - h : x ↦ (g - h)(-3) = 5(-3)2 - 7(-3) - 1 = 65 Adición Sustracción La función suma de � y g es la función que asigna a cada número real x la suma de las imágenes por la función � y por la función g: � + g : x →(� + g) (x) = �(x) + g(x) La función diferencia de � y g es la función que asigna a cada número real x la diferen- cia de las imágenes por la función � y por la función g: � - g : x → (� − g) (x) = � (x) − g (x) Multiplicación División La función producto de � y g es la función que asigna a cada número real x el produc- to de las imágenes por la función � y por la función g: � ∙ g : x → (� ∙ g) (x) = �(x) ∙ g(x ) La función cociente de � y g es la función que asigna a cada número real x el cocien- te de las imágenes por la función � y por la función g: �� � (x) ; g (x) ≠ 0: x → gg g (x) (x) = a. b. d. c. Tabla 6
- 32. Prohibidasureproducción 29 Dadas las siguientes funciones: � : x ↦�(x)= x2 - x ; g: x ↦g(x)= Calcular: Calculamos el valor numérico. Valor numérico de (� ∙ g ) (4) Ejemplo9 � ∙ g : x ↦� (� ∙ g) (x) ; b. � ∙ g : x ↦(� ∙ g ) (4) ; c. � ∙ g : x ↦(� ∙ g ) (x) = ( x2 - x) ∙ Reemplazamos las funciones � y g = Expresión resultante = Reemplazamos x = 4 = Resolvemos las potencias. = Resolvemos la diferencia. = Simplificamos el radical = Simplificando la fracción a. a. d. c. b. x x 48 �� � � � : x ↦ : x ↦ : x ↦ : x ↦ h + h h ∙ g h ∙ g (4)j. i. h. (2) � � � (x); d. (x) (2) = = = 4 = = = 4 x - 1 (2) 4 4 4 4 4 4 4 gg g g g g� � g g g √ √ √ 4√3 √3 √x3 - x2 √64 - 16 √43 - 42 4√x2 - x 4√(2) - 1 √ x 4 √ √ x√ √x2 - x 8. Dadas las siguientes funciones: h : x ↦ h(x)= -√x; g : x ↦ g(x) = 4x2 + 1 2 ; � : x ↦ �(x) = 5x2 - 1 2 suponiendo que �(x) ≠ 0 ∧ g(x) ≠ 0. Calcula. a. f. h + g e. h + 2 g d. � + g + h c. h + 2g b. h - g g + � Actividades Reemplazamos las funciones � y g Realizamos el producto de medios y extremos Simplificamos la expresión Reemplazamos las funciones � y g Resolvemos la potencia y la diferencia h g. � √ 4√1
- 33. Prohibidasureproducción 30 0-2 -1-4-5 -3 3 4 51 2 Dominio resultante de las operaciones con funciones Cuando se combinan las funciones a través de las operaciones indicadas anteriormente, se producen nuevas funciones cuyo dominio también es diferente para el inicial en cada uno de las funciones, debido que al combinarse una función con otra, el dominio resultante será la intersección de los dominios de las funciones que intervienen en la operación. Así entonces, según la tabla: 1. Dadas las funciones: � : x ↦�(x)=√(x - 2); g : x ↦ g(x)= Dominio de � Sea �(x)=√ x - 2 Por la propiedad de los radicales tenemos: x - 2 ≥ 0 por lo que x ≥ 2 Entonces : Dom (�) = [ 2 ; ∞) Determinamos el dominio de g Sea g (x)= Por la propiedad de las fracciones tenemos: x + 3 ≠ 0 por lo que x ≠ -3 Entonces : Dom (g) = ( - ∞; -3 ) U ( - 3; ∞ ) Operación Dominio Adición (� + g)(x)= � (x) + g(x) Dom (� + g) = Dom (�) ∩ Dom(g) Diferencia (� - g)(x) = � (x) + g(x) Dom (f - g) = Dom (�) ∩ Dom (g) Producto (� ∙ g)(x)= � (x) ∙ g(x) Dom(f ∙ g) = Dom (�) ∩ Dom(g) Cociente Dom = Dom (�) ∩ Dom (g) - {x ∈ ℝ/g(x) = 0} �� �(x) (x) = gg g(x) )) (( 1 1 x + 3 x + 3 - ∞ Dom (�) ∩ Dom (g)= [ 2 ; ∞) + ∞ Fig. 11. Tabla 7
- 34. Prohibidasureproducción 31 Composición de funciones Podemos definir otra operación, diferente a las anteriores, llamada composición de funciones. Considera las funciones �(x)= x + 3 y g(x) = x2 - 1, y un número real, por ejemplo, x = 2. Pode- mos calcular la imagen de 2 en �, con lo que obtenemos �(2) = 5, y a continuación, hallar la imagen de 5 en g, es decir, g(5) = g(�(2)) = 24. Sea: x = 2 → � (2) = 5 → g(� (2)) = 24 En general, dadas dos funciones � y g, la función que asigna a cada x el valor g (� (x )) se denomina función compuesta de � y g, y se escribe g ∘ �. x → �(x) → g(� (x)) (g ∘�) (x ) = g(�(x)) Para resolver ejercicios de composición de funciones se debe considerar que si se escribe (� ∘ g)(x) , la función g ingresa a la función �, es decir, (� ∘ g)(x) = �( g(x)) g ∘ � • La función compuesta de �y g se escribe invirtiendo el orden, g ∘ �, para que coincida con el de la ex- presión g (�(x )). • La notación g ∘ � se lee g compuesta con � y también: B IÉN a. (� ∘ g) (x) = �( g(x)) = � = b. (g ∘ �) (x) = g(�(x)) = La función g “ingresa” a �. La función � “ingresa” a g. 1. Dadas las funciones: �(x)=√x2 ; g(x)= . Calculamos a. (� ∘ g)(x) y ;b. (� ∘ g)(x) Ejemplo10 x √x2 x x 2 4 4 4 4 Salida Ingreso Valores de Valores de f Concluimos que la función compuesta no cumple con la propiedad conmutativa; � ∘ g ≠ g ∘ �. Fig. 12. Tabla 8
- 35. Prohibidasureproducción 32 -5 -5 5 5 0 1.6. Función Inversa Qué sucedería si consideramos a una función como un mecanismo, en el cual se tienen «valores de ingreso» (datos), los mismos que luego de cierto proceso, generan otro tipo de valores «elementos de salida». Algo semejante a la computadora, donde ingresamos información a través de un dispositivo de ingreso (teclado) y obtenemos a través de un dispositivo de salida (pantalla, impresora) el «resultado de esa interacción». Para ampliar nuestra concepción, en la figura funcionamiento se observa el proceso de operación, pero y ¿si «revirtiéramos la operación»? Entonces los valores de entrada se con- vertirían en los valores de salida. En las tablas de las funciones, observamos que los elementos del conjunto de entrada de la función y = 3x +1 coinciden con los elementos de salida de la tabla para la función x - 1 y = 3 x �(x) = : : -5 -2 -2 -1 1 0 4 1 : : x �(x) = 3x + 1 : : -2 -5 -1 -2 0 1 1 4 : : x - 1 3 y = 3x + 1y x x - 1 y = 3 Tabla para la función y= 3x + 1 Funcionamiento Como podemos observar, las gráficas de las funciones � : x ↦�(x) = 3x + 1 y � : x ↦�(x)= , resultan líneas simétricas, respecto al origen. x - 1 3 Fig. 13. Tabla 9 Tabla 10
- 36. Prohibidasureproducción 33 Con las ideas antes propuestas definiremos una función inversa: Propiedades: • La función �-1 ( x ) es biyectiva, por ende, será inyectiva y sobreyectiva a la vez. • Los elementos del dominio de la función � coinciden con los elementos del recorrido de la función inversa y viceversa. • Al realizar las representaciones gráficas, resultan curvas que forman una figura simétrica. • No todas la funciones tienen inversa. Cálculo de la función inversa (algebraicamente) y = x = 3x + 5 3y + 5 2x = 3y + 5 2x - 5 2x - 5 y = = y 3x + 5 x - 5 son inversasy �-1 (x) =�(x) = 2 2 3 3 2 3 Encontramos � -1 (x) si � : x ↦� (x)= Verificación Gráfica Intercambiamos las variables y en vez de x. Multiplicamos por 2 Transponemos 5 y dividimos para 3. Axioma reflexivo. Método del espejo. No es necesaria ninguna fórmula, consiste en colocar imaginariamente «un espejo» en la recta identidad, las funciones � -1 (x) y �(x) deben ser simétricas. Se verifica entonces que: Finalmente, y se reemplaza por �-1 (x) resulta entonces: �-1 (x) = 2x - 5 3 Ejemplo11 3x + 5 2 -5 -5 0 -10 -10 5 5 (3x + 5) verificación grá- fica de una fun- ción inversa Recta identidad Espejo función inversa función 2x - 5 x = y 3 2 y = y = Sea � una función biyectiva con dominio X y recorrido Y, se define su función inversa, la cual se denota como �-1 , con dominio Y y recorrido X, de la siguiente manera: �-1 (y) = x ⇔ �(x) = y 9. Calcula la función inversa de las siguientes funciones: a. � : x ↦ f (x) = x3 - 1 x + 1 x + 1 2 x - 2 g : x ↦g (x) = h : x ↦h (x) =b. c. Actividades x y
- 37. Prohibidasureproducción 34 Verificación algebraica de la función inversa 10. Determina la inversa de las funciones. 11. Determina � -1 (x) para las funciones, verifi- ca tus resultados con el método algebraico y gráfico. a. a. b. b. c. � : x ↦� (x) = 5x + 4 � : x ↦� (x) = 3x3 + 1 � : x ↦� (x) = x - 2 � : x ↦� (x) = 2x - 1 � : x ↦� (x) = √ Calculemos la función inversa de y = f(x) = Comprobamos que la función hallada es la inversa de la original: En efecto: (f -1 ∘ f ) (x ) = (f ∘ f -1 ) (x) = x • Despejamos la variable x: • Sustituimos y por x, y viceversa: Así pues: Ejemplo12 Para verificar que una función sea inversa, utilizamos el concepto de composición de funciones. Una función � es uno a uno con su respectiva función g si y solo si: • � (g(x))=x para todo x en el dominio de g • además g (�(x)) = x para todo x en el dominio de � Actividades x + 1 2x + 1 - x + 1 2y + 1 x + 1 2x + 1 3x 3x = x = x x + 1 2x + 1 x + 1 2x + 1 + 1 + 1 - 1 - 2 2 xy -2y= x + 1 ⇒ xy - x = 2y + 1 ⇒ x = (f -1 ∘ f) (x) = f -1 (f(x)) = f -1 ; x≠2 ; x≠1 (f ∘ f -1 ) (x) = f ( f -1 (x)) = f x- 2 x- 1 x- 3 f -1 (x) = y- 1 x- 2 x- 1 3 3 = = = = = = x- 2 x- 1 x- 2 x- 1 2x + 1 x- 1 y = Demostremos algebraicamente que las funciones: � : x ↦�(x)= x3 + 1 y g : x ↦g(x)= ∛ x - 1 son inversas. Ejemplo13 √ a. (� ∘ g) (x) = � (g(x)) (� ∘ g )(x) = ( x - 1)3 + 1 (� ∘ g )(x) = x - 1 +1 b. (g ∘ �) (x) = g (�(x)) (g ∘ �) (x) = x3 + 1 - 1 (g ∘ �) (x) = x3 (� ∘ g) (x) = x (g ∘ �)(x) = x 3 3 3 √ √ Tabla 11 eje de simetría x y
- 38. Prohibidasureproducción 35 2. Progresiones aritméticas Término n - simo Es el último término considerado en una progresión. La expresión que permite calcularlo es: an = a1 + (n - 1)d Una progresión aritmética se determina totalmente si se conocen los componentes de la progresión, como son: primer término (a1 ), diferencia (d) y el número de términos (n). Así, en el ejemplo tenemos: Introducción Una sucesión es una función cuyo dominio es el conjunto de los números naturales: {1, 2, 3 ...}. Sucesión de Fibonacci La sucesión 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, ... en la que cada término, excepto los dos primeros, se halla sumando los dos términos inmediatamente anteriores se encuentra en numerosos elementos de la naturaleza. Así, la disposición de las hojas alrededor del tallo en algunas plantas o la colocación de las semillas en la flor del girasol se produce según los términos de esta sucesión. Esta sucesión es conocida como sucesión de Fibonacci, por ser este ma- temático italiano el primero en describirla. Primer término: (a1 ) = 32 Diferencia: (d) = 6 Último término: (an ) = 56 Número de términos: (n) = 5 Ejemplo14 Las progresiones aritméticas pueden ser crecientes o decrecientes, dependiendo de la constante (diferencia) con la que se realice la progresión. Progresión n a1 d an …1, 3, 5, 7, 9, 11, 13,… 7 1 2 13 …-100, -200, -300,… 3 -100 -100 -300 …x + 1, 3x + 5, 5x + 9,… 3 x + 1 2x + 4 5x + 9 311 53 11 -- , 0, , 1,... ... 222 2 2 2 +6 32 38 44 50 56 +6 +6 +6 Una progresión aritmética (o por diferencia) es una sucesión de términos de tal manera que, para obtener el siguiente término a partir del anterior, aumentamos un mismo número que pue- de ser positivo o negativo, al que se llama diferencia (d). Visita: TIC IC S http://goo.gl/HpC7Vy En el siguiente portal web po- drás encontrar algunos ejem- plos de como se aplican las progresiones aritméticas en la vida diaria. Ley de Titius-Bode Es una sucesión con la cual se predijo en 1766 la existen- cia de un cuerpo celeste entre la orbita de Marte y Jú- piter; ahora conocido como Ceres. https://goo.gl/ec9dHg y también: B IÉN: http://goo.gl/csE99R Fig. 14. Tabla 12
- 39. Prohibidasureproducción 36 Término general de una progresión aritmética La fórmula del término general de una progresión aritmética (a0 ) se encuentra sin más que observar que: Nótese que en todos los casos, el término correspondiente es la suma de dos cantidades: • La primera es siempre a1 • La segunda es el producto (n - 1) d an = a1 + (n - 1) d y también: B IÉN Se encuentra la diferencia en- tre el término consecuente y antecedente. ¿Cómo hallar la diferencia? Intuitivamente al pensar en una progresión, a la vista salta la idea de que es una serie de «cosas» que son ordenadas de forma ascendente o des- cendente y que tienen cierta característica o característi- cas en común. 1. Determinemos el 25.o término de 2. Determinemos el 35.o término de los múltiplos de 3. Primera idea: Calculamos la diferencia de la pro- gresión. Reemplazamos los datos. Resolvemos la diferencia. Resolvemos el producto. Resolvemos la suma. Segunda idea: El 25.o término coincide con el últi- mo término, por lo tanto n = 25. Por lo que tendremos: Primera idea: Calculamos la diferencia de la pro- gresión. Al ser múltiplo de 3, la diferencia será 3. Segunda idea: El 35.o término coincide con el últi- mo término, por lo tanto n = 35. Por lo que tendremos: Todos los términos de una progresión aritmética pueden obtenerse a partir del primer término y de la diferencia. Ejemplo16 2 2 1 1 1 1 4 0, d= 1 - a1 = 0; d = ; n = 25 ; an = ? a1 = 3 ;d = 3; n = 35 ; an = ? an = a1 + (n - 1) d a2 = a1 + d a3 = a2 + d = (a1 + d ) + d = a1 + 2d a4 = a3 + d = (a1 + 2d ) + d = a1 + 3d a5 = a4 + d = (a1 + 3d ) + d = a1 + 4d an = 3+ (35 - 1) 3 an = 3+ (34) 3 an = 3+ 112 an = 115 an = a1 + (n - 1) d an = 0 + (25 - 1) an = 24 an = 8 ⇒ d = , 1, ... 3 + d a1 a2 a3 a4 an + d + d + d + d... ... 3 3 3 3 3 3 Ejemplo 15 http://goo.gl/0ag7JT
- 40. Prohibidasureproducción 37 Suma de los términos de una progresión aritmética En varios ejercicios numéricos de progresiones, es posible determinar la suma de los términos de manera directa, por ejemplo en la progresión: ,… 4, 6, 8, 10 La suma de los términos será: 28 Pero existirán algunas progresiones cuyo número de tér- minos sea mucho mayor, por ello, para calcular la suma Sn = a1 + a2 + a3 + a4 +… + an – 1 + an de los n primeros tér- minos de una progresión aritmética, podemos calcular me- diante las expresiones: 2 3 4 97 98 99 1001 Esta expresión se utilizará cuando en los datos se disponga del número de términos (n), del primer término (a1 ) y del último término (an ). En cambio, en esta expre- sión se debe disponer del número de términos (n), del primer término (a1 ) y de la diferencia de la pro- gresión (d). nn Sn =Sn = (a1 + an ) [2a1 + (n - 1) d] 22 12. Determina el n – término, según corresponda. 13. En cada una de las progresiones siguientes, halla la suma del número de términos que se indica 14. Determina el n – término, según corresponda 15. En cada una de las progresiones siguientes halla la suma del número de términos que se indica a. 7.o término de 7, 10, 13, ... b. 15.o término de -6, -3, 0, ... c. 21.o término de 1, , , ... a. x, x + y, x + 2y (n = 6) d. Una progresión aritmética comienza por 2, termina por 3 y su diferencia es 1/10. ¿Cuántos términos hay en la progresión? a. 9no término de 7, 10, 13, … a. 3, 6, 9 , … (n = 11) b. 4, 8, 12, … (n = 10) c. 8, 4, 0, … (n = 15) d. (n = 15) b. 6, 4, 6 , 3, 2, … (n = 15) d. x - y , x, x + y , ( n = 6 ) c. , … (n = 21) b. 25vo término de -6, -3, 0,… c. 11vo término de 1, d. 29vo término de -1, -4, -7, … Actividades 4 1 1 1 1 3 4 3 2 2 , , , , , , … 5 2 2 3 3 5 5 5 3 3 Según la tradición, el proble- ma de hallar el valor de la suma de los cien primeros números naturales fue plan- teado en 1787 por un profe- sor a su clase de niños de diez años, para mantenerlos ocupados un buen rato. En esa clase se encontraba el que fue llamdo «príncipe de las matemáticas», el alemán Carl F. Gauss. Gauss observó que si suma- ba el primer término con el último, el segundo con el penúltimo, el tercero con el antepenúltimo y, así sucesi- vamente, obtenía siempre el mismo resultado. Así, dedujo que la suma de los cien primeros números naturales es: 101 ∙ 50 = 5050 y también: B IÉN 1 + 100 = 101 2 + 99 = 101 3 + 98 = 101 ... Fig. 15. Tabla 13 Tabla 14
- 41. Prohibidasureproducción 38 1. ¿Cuál es la razón de la progresión? 3, 1, ,… Construimos dos términos adicionales Determinamos la razón entre 1 y 3. r = 2. En la progresión geométrica: Determinemos la razón y el quinto término. Determinamos la razón entre y Resulta r = , por lo que el quinto término se ob- tiene al multiplicar por . Entonces a5 es Multiplicamos por el último término en la progresión y determinamos el cuarto término. . Luego el quin- to término. Resulta entonces: Ejemplo17 3.1. Término general de una progresión geométrica En una progresión geométrica podemos obtener todos los términos a partir del primer término y de la razón. Observa: a1 = a1 a2 = a1 ∙ r a3 = a2 ∙ r = (a1 ∙ r) ∙ r = a1 ∙ r2 a4 = a3 ∙ r = (a1 ∙ r2 ) ∙ r = a1 ∙ r3 a5 = a4 ∙ r = (a1 ∙ r3 ) ∙ r = a1 ∙ r4 Cada término de la progresión se obtiene multiplicando el primer término por la razón elevada al número que indica el lugar que ocupa dicho término, disminuido en una unidad. Por tanto, la expresión de un término cualquiera an es: an = a1 ∙ r n - 1 3. Progresiones geométricas Considera la sucesión: 3, 6, 12, 24, 48, ... Si calculamos el cociente entre cada uno de los términos y su anterior, excepto el primero, obtenemos siempre el mismo resultado: Diremos que esta sucesión es una progresión geométrica de razón 2. 6 12 24 48 = = = = ... = 2 3 6 12 24 Una progresión geométrica es una sucesión en la que el cociente entre un término cualquiera, excepto el pri- mero, y su anterior es una cantidad constante. Esta can- tidad constante se llama razón de la progresión y se representa por r. 1 1 1 5 5 1 5 5 1 5 15 1 5 5 r = 5 , , , , 9 27 27 8 16 9 4 4 3 2 28 2 2 4 2 3, 1, 5,1 3 1 3 En una progresión geométri- ca se cumple que cada tér- mino, excepto el primero, se obtiene multiplicando el an- terior por la razón de la pro- gresión. Para determinar la razón en una progresión geométrica dada, se utiliza el cociente , debido a que es el proceso inverso del producto, entre el término consecuente y precedente. y también: B IÉN a1 a2 ∙ r ∙ r ∙ r a3 a4 Fig. 16.
- 42. Prohibidasureproducción 39 Obtención del término general Una progresión geométrica queda completamente definida si conocemos el primer térmi- no y la razón, debido a que para obtener los siguientes términos, basta multiplicar el último término registrado, y para obtener los anteriores debemos dividir según lo explicamos en la sección anterior. Supongamos que tenemos una progresión cuyo primer término sea 3 y su razón res- pectiva sea 2. Entonces ¿Cómo hallaría- mos el término a25 ? Ilustrando la situación tenemos: razón = 2 Para pasar del primer término (a1 ) hasta (a25 ), son necesarios 24 términos. Para ir encontrando los siguientes términos, se deberá ir multiplicando por 2; aquello supone que tendremos entonces 224 , debido a que es necesario obte- ner los 24 términos que ya mencionamos. Así entonces, podemos escribir: a25 = 3 * 224 , a25 = 3 * 16777217 = 50 331 648. 16. Halla la expresión del término general y el valor del término a20 de la siguiente sucesión. 17. Escribe los diez primeros términos de una progresión geométricade razón r = 1 3 y a5 = 2. 1 1 1 1 , , , , … en caso de que sea una progresión geométrica. 2 4 8 16 a1 = 3 ∙ 2 ∙ 2 ∙ 2 a2 = 3 ∙21 a3 = 3 ∙22 a4 = 3 ∙23 a25 = 3 ∙224 Euclides. Precursor de las proporciones continuas Ejemplo de progresión geométrica. http://goo.gl/69Mxrx Fig. 17. ... Actividades https://goo.gl/klYFWe
- 43. Prohibidasureproducción 40 3.2 Suma de los n términos de una progresión geométrica A continuación, deduciremos una expresión que nos per- mitirá obtener la suma de n términos de una progresión geométrica sin necesidad de calcularlos. Sea a1 , a2 , a3 , a4 , ..., an−1 , an , ... una progresión geométrica y re- presentemos por Sn la suma de los n primeros términos: Sn = a1 + a2 + a3 + a4 + ... + an−1 + an • Multiplicamos por r dicha expresión r ∙ Sn = r ∙ a1 + r ∙ a2 + r ∙ a3 + r ∙ a4 + ... + r ∙ a n-1 + r ∙ an = a2 + a3 + a4 + ... + an + an ∙ r • Calculamos r ∙ Sn − Sn : r ∙ Sn = a2 + a3 + a4 + ... + an + an ∙ r Sn = a1 + a2 + a3 + a4 + ... + an-1 + an r ∙ Sn - Sn = an ∙ r - a1 • Sacamos factor común Sn y despejamos: Sn (r −1) = an · r − a1 ⇨ Sn = Puesto que an = a1 ∙ r n - 1 , Sn puede expresarse también como: Por tanto, para sumar cualquier número de términos de una progresión geométrica, nos es suficiente con conocer a1 y r. Cuenta la leyenda que un poderoso rey tuvo un maes- tro de ajedrez al que estaba muy agradecido por haberle iniciado en este juego. El rey ofreció al maestro una recompensa, y éste pidió todo el trigo que se pudiera reunir colocando un grano en la primera casilla, dos en la segunda, cuatro en la ter- cera, y así sucesivamente hasta la casilla sesenta y cua- tro del tablero de ajedrez. El rey aceptó gustoso, pues pensaba que con un saco de trigo recompensaría al maestro. Pero su gran sorpresa fue que, al contar los granos de trigo necesarios, se dio cuen- ta de que no había suficiente trigo en el país para recom- pensar al maestro. ¿Cómo era posible? • Calcula las toneladas de trigo necesarias para re- compensar al maestro, si consideramos que un gra- no de trigo pesa aproxima- damente 0,0496 g. y también: B IÉN an ∙ r - a1 (a1 ∙ r n-1 )∙ r - a1 a1 ∙ r n - a1 a1 (r n - 1) r - 1 r - 1 r - 1 r - 1 ⇨ Sn =Sn = = 18. Calcula, la suma de los quince primeros térmi- nos de una progresión geométrica cuyo primer término es a1 = 3 y cuya razón es r = 2. 20. De una progresión geométrica se sabe que la suma de sus diez primeros términos es S10 = 29524 y su razón, r = 3. Halla el primer término. 21. De una progresión geométrica se conoce r = 2 y a8 = 768. Halla la suma de los diez primeros términos. 19. De una progresión geométrica se conoce a4 = 128 y r = 4. Calcula la suma de los ocho primeros términos. Hallemos la suma de los seis primeros términos de una progre- sión geométrica cuya razón es r = 3 y a1 = 1. Aplicamos la fórmula Ejemplo18 Sn = S6 = = = S6 = 364 a1 (rn - 1) a1 (r6 - 1) 1(36 - 1) r - 1 r - 1 3 - 1 Actividades
- 44. Prohibidasureproducción 41 Comprobemos que la progresión es geométrica decreciente y calculemos la suma de todos sus términos. Luego, es una progresión geométrica de razón Puesto que la razón es menor que 1, se trata de una progresión geométrica decreciente. Así pues, la suma de sus términos es: Comprobamos que el cociente entre dos términos consecutivos es constante: Ejemplo19 Suma ilimitada de una progresión geométrica decreciente Observemos la figura 18. Consideramos un segmento AB de longitud 1 m y lo dividi- mos por la mitad. A su vez, el segmento CB de longitud 1 2 m lo dividimos por la mitad, y así de forma sucesiva. Obtenemos de esta forma una sucesión de segmentos de longitudes: Esta sucesión es una progresión geométrica de razón 1 2 r = con infinitos términos y en la que el valor absoluto de cada término es menor que el del anterior. Decimos que se trata de una progresión geométrica decreciente ilimitada. Si pretendiésemos calcular la suma de todos los términos de esta progresión, no acabaríamos nunca. Sin embargo, esta suma sí existe: es la longitud del segmento del cual hemos partido, 1 m. La existencia de esta suma se debe a que, para valores muy grandes de n, los términos de la sucesión son prácticamente nulos. Así, para valores de n muy grandes se tiene: Por tanto, la suma de las longitudes de los segmentos es: En general, dada una progresión geométrica ilimitada decre- ciente de razón r y primer término a1 , la suma de todos sus tér- minos, que representamos por S∞ , viene dada por la expresión: 1 1 1 1 1 r - 1 r - 1 1 – r 1 - r 1 - 1 1 1 m, m, m, m, ... 2 2 2 an ∙ r - a1 - a1 a1 a1 = =Sn = S∞ = S∞ = = ≈ 3.4142... 1 1 – = = 1 2 2 4 8 16 La condición para que una progresión geométrica sea decreciente es: 1 < r < 0 En caso de que −1 < r < 0 la progresión no es decre- ciente puesto que el signo de sus términos se va alternando (sucesión oscilante). A estas progresiones también se puede aplicar la expre- sión de la suma ilimitada de sus términos. y también: B IÉN 1 2 1 2 1, , : 1 = : , = ... = , ... 1 2√ 1 2√ 1 2√ 2√ – 1 2√1 2√ 1 2√ 1 r = 2√ 1 22√ A B A B A B A 1 1 1 1 2 4 8 B C D D E C C Fig. 18.
- 45. Prohibidasureproducción 42 3.3. Producto de los n términos de una progresión geométrica Considera la progresión geométrica 1, 2, 4, 8, 16, 32. Si calculamos los productos indicados en el esquema del margen, verás que siempre se obtiene el mismo resultado. En general, dados n términos a1 , a2 , a3 , a4 , ..., an-1 , an de una progresión geométrica, se cumple que al multiplicar el pri- mer término por el último, el segundo por el penúltimo, el ter- cero por el antepenúltimo, etc., se obtiene siempre el mismo resultado. Podemos enunciar esta propiedad de la siguiente manera: Esta propiedad nos permite calcular el producto de n términos de una progresión geométrica. Designemos por Pn dicho producto y escribamos Pn de dos formas diferentes, como se indica a continuación: Si multiplicamos término a término ambas igualdades y agrupamos los factores de dos en dos, obtenemos: Pn ∙ Pn = (a1 ∙ an )∙ (a2 ∙ an-1 ) ∙ (a3 ∙ an-2 ) ∙ ... ∙ (an-1 ∙ a2 ) ∙ (an ∙ a1 ) Por la propiedad que acabamos de ver, todos estos paréntesis tienen el mismo valor, a1 ∙ an . Puesto que hay n paréntesis, podemos expresar el producto anterior como: Pn 2 = (a1 - an )n ⇒ Pn = (a1 ∙ an )n El producto de dos términos de una progresión geomé- trica equidistantes de los extremos es un valor constan- te e igual al producto de dichos extremos. a2 ∙ an-1 = a1 ∙ r ∙ an = a1 ∙ an r a3 ∙ an-2 = a1 ∙ r2 ∙ an = a1 ∙ an ; ... r2 Calculemos el producto de los diez primeros térmi- nos de una progresión geométrica sabiendo que a1 = 4 y que a10 = 2048. Sustituimos los valores de a1 y a10 en la expresión del producto Pn : Calculemos el producto de los ocho primeros térmi- nos de una progresión geométrica sabiendo que a1 = 4 y que r = 3. a8 = a1 ∙ r7 ⇒ a8 = 4 ∙ 37 = 8748 Pn = (a1 ∙ an )n ⇒ Pn = (4 ∙ 8748)8 = 1,5 ∙ 1018 Calculamos primero a8 y, a continuación, sustitui- mos los valores de a1 y a8 en la expresión de Pn : Ejemplo 20 Ejemplo 21 Pn = (a1 ∙ an )n ⇒ Pn = (4 ∙ 2048)10 = 3,7 ∙ 1019 √ √ √ Pn = a1 ∙ a2 ∙ a3 ∙ a4 ∙ ... ∙ an-1 ∙ an Pn = an ∙ an-1 ∙ ... a4 ∙ a3 ∙ a2 ∙ a1 Podemos obtener cualquier término de una progresión geométrica, excepto el pri- mero, a partir de su término anterior multiplicando por la razón. an = an - 1 ∙ r Asimismo, podemos obtener cualquier término de una progresión geométrica a par- tir de su término posterior divi- diendo por la razón. y también: B IÉN an + 1 an = r 1 2 4 8 16 32 x x x Fig. 19.
- 46. Prohibidasureproducción 43 María deposita $ 2 000 en la caja de ahorros de su localidad, que le ofrece el 6% de interés sim- ple anual. Calculemos el beneficio una vez trans- curridos 90 días. Las entidades financieras actúan de intermediarios entre los demandantes y los ofertantes de fondos. 4.1. Interés Los demandantes de dinero pagan una cantidad, llamada interés, a quienes se la ofrecen, por medio de los intermedia- rios. La cantidad que se paga por cada dólar se llama tipo de interés. Los tipos de interés que cobran estos intermediarios por prestar dinero (préstamos y créditos) son más elevados que los que pagan a los ofertantes (depósitos); con la diferencia, cubren los gastos derivados de sus negocios y obtienen beneficios. Veamos a continuación las modalidades más frecuentes de interés. Interés simple Un capital está sujeto a un régimen de interés simple cuan- do, al finalizar el período mínimo de depósito, los intereses son retirados. En tal caso, el capital permanece inalterable. En general, si representamos el interés que obtenemos por I, el capital por C, el tipo de interés anual expresado en tanto por uno por i, y el tiempo en años por n, tenemos: I = C · i · n • Los ofertantes de fondos son las personas o entidades que disponen de dinero y pueden prestarlo a otras perso- nas o entidades. • Los demandantes de fondos son las personas o entida- des que necesitan dinero por cualquier motivo. 4. Intermediarios financieros En la sociedad actual, muchas personas, a pesar de dispo- ner de ahorros, recurren a los préstamos para comprar bie- nes o invertir en negocios. En economía, se distingue entre ofertantes de fondos y de- mandantes de fondos. El año comercial Para simplificar los cálculos comerciales se estableció el año comercial de 360 días, formado por doce meses de 30 días cada uno. Capital: Cantidad de dinero prestada por una entidad financiera o depositada en una entidad financiera. y también: B IÉN A partir de la fórmula del inte- rés simple, podemos obtener las de las otras variables: y también: B IÉN I I I i ∙ n C ∙ n C ∙ i C = i = n = • En primer lugar, expresamos los datos: • Para determinar el beneficio al cabo de 90 días, aplicamos la fórmula del interés simple. Previa- mente, expresaremos el tiempo en años: Ejemplo22 1 año = 0,25 año 360 días n = 90 días ∙ I = 2 000 · 0,06 · 0,25 = 30 dólaresC = $ 2 000 n = 90 días i = 6 % = 0,06
- 47. Prohibidasureproducción 44 Interés compuesto Un capital está sujeto a un régimen de interés compuesto cuando, al finalizar el período mínimo del depósito, los in- tereses no se retiran y se añaden al capital para producir nuevos intereses. En general, el capital final, Cn , que se obtiene al depositar, en un régimen de interés compuesto, un cierto capital, C, a un tipo de interés, i, (expresado en tanto por uno) durante n años es: Cn = C ∙ (1 + i )n Para determinar el interés, I, obtenido, tenemos que restar al capital final, Cn , el capital inicial, C. Así: I = Cn − C = C ∙ (1 + i )n - C ⇒ I = C ∙ [(1 + i )n − 1] • Vemos que al cabo de los tres años el capital C3 es $ 44089,92. b. Utilizamos la fórmula del interés compuesto: C3 = 35000 · × (1 + 0,08)3 = $ 44089,92 · • Tal y como puedes comprobar, hemos obtenido el mismo result do, aunque el procedimiento aplicado en el apartado a. es mu- cho más largo. Calculemos qué capital obtendremos al cabo de tres años por un depósito de $ 35 000 sometido a un interés anual del 8%, si no reti- ramos los intereses. Haz los cálculos: a. Utilizando la fórmula del interés simple. b. Utilizando la fórmula del interés compuesto. • Compara los dos procedimientos. En primer lugar, expresamos los datos: C = $ 35 000 n = 3 años i = 8% = 0,08 (tanto por uno) a. Utilizamos la fórmula del interés simple: • Para calcular los intereses del primer año, I1 , aplicamos la fórmula del interés simple al capital inicial, C. • Como no retiramos los intereses, el capital depositado al final del primer año, C1 , es la suma del capital inicial, C, y los intereses pro- ducidos, I1 . • Los intereses del segundo año, I2 , se calcularán a partir del capital que ahora hay depositado, o sea, C1 . • Para encontrar I3 procederemos como en el segundo año, consi- derando ahora como capital inicial el capital al final del segundo año, C2 = C1 + I2 . Ejemplo23 . t Capital inicial Intereses Capital final 1 C I1 = C ∙ i = 35000 ∙ 0,08 = 2800 C1 = C + I1 = 35000 + 2800 = $ 37800 2 C1 I2 = C1 ∙ i = 37800 ∙ 0,08 = 3024 C2 = C1 + I2 = 37800 + 3024 = $ 40824 3 C2 I3 = C2 ∙ i = 40824 ∙ 0,08 = 3265,92 C3 = C2 + I3 = 40824 + 3265,92 = $ 440 89,92 Luca Pacioli Matemático italiano (1445- 1514). El hecho de estar en contacto con artesanos y mercaderes desde pequeño, le permitió aprender las denominadas matemáticas comerciales, que consistían básicamente en manejar el sistema de nu- meración hindo-arábigo. En 1475, fue profesor en la Uni- versidad de Perusa, y ya en 1494, cuando escribió su Tra- tado de las cuentas y las es- crituras, era considerado uno de los mejores maestros en contabilidad de toda Italia, y fue contratado por el duque de Florencia para trabajar como tesorero en la corte. A partir de la fórmula del in- terés compuesto, podemos obtener otras: y también: B IÉN Cn Cn - 1n (1 + i)n C C = i = � http://goo.gl/vLTCQB http://goo.gl/8uH8f0 Tabla 15
- 48. Prohibidasureproducción 45 ) ) ) ) ) ) Si los intereses se capitalizan semestralmente, trimestral- mente o mensualmente, ten- dremos que expresar el tipo de interés y el tiempo en fun- ción del período de liquida- ción, siendo n el número de años. Liquidación semestral: Liquidación trimestral: Liquidación mensual: y también: B IÉN i i i 2 2n 4n 12n 4 12 Cn = C ∙ 1 + Cn = C ∙ 1 + Cn = C ∙ 1 + ) ) ) ( ( ( ( ( ( ( ( ( Cn 5408 0,05 0,05 0,05 i i i 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 2∙2 4∙2 12∙2 2n 4n 12n (1 + i)n (1 + 0,04)2 2 4 12 2 4 12 C = Cn = C ∙ Cn = C ∙ Cn = C ∙ ⇨ C = $ 5000 ⇨ 22076,26 ⇨ 22089,72 ⇨ 22098,83 ⇨ Cn= 20000 ∙ ⇨ Cn= 20000 ∙ ⇨ Cn= 20000 ∙ ⇨ C = Alberto ha obtenido un capital final de $5 408 por un depósito que efectuó hace dos años. Sabiendo que su banco le ofrece el 4% de interés compuesto anual, ¿qué cantidad inicial ingresó? Calcula el capital final que obtendrá Ana al cabo de dos años por un depósito de $ 20 000 en un banco que le ofrece el 5% anual, según la liquidación sea semestral, trimestral o mensual. Aplicamos la fórmula correspondiente según la liquidación sea se- mestral, trimestral o mensual. Observamos que cuanto más frecuentes sean los períodos de liqui- dación, más aumenta el capital. • En primer lugar, expresamos los datos: Cn = $ 5 408 n = 2 años i = 4% = 0,04 (tanto por uno) • Para calcular el capital inicialmente depositado, despejamos C en la fórmula del interés compuesto y sustituimos los datos. • Liquidación semestral: • Liquidación trimestral: • Liquidación mensual: Ejemplo24Ejemplo25 22. Por un depósito de $ 15 000 hemos obtenido al cabo de dos años, un beneficio de $ 560. ¿Qué interés simple nos aplica la entidad financiera? 26. Por un depósito que efectuamos hace tres años, hemos obtenido un capital final de $ 6 556,36. Sabiendo que la entidad finan- ciera nos aplica un 3% de interés compuesto anual, ¿qué cantidad inicial ingresamos? 27. Calcula el capital final que obtendremos transcurridos tres años por un depósito de $ 2 500 al 6,25% de interés compuesto anual, según la liquidación de intereses sea semes- tral, trimestral o mensual. 28. Calcula qué opción es la más beneficiosa para un depósito a un plazo de un año: a. Un interés anual del 5,25% y una liquida- ción anual. b. Un interés anual del 5% y una liquidación mensual. 23. Calcula qué beneficio producirá un capital de $ 35 000 durante 900 días al 6,5% de interés simple anual. 24. Queremos efectuar un depósito de $ 2 000 a dos años. ¿Qué opción es la más beneficiosa: un interés simple del 6% o un interés compues- to del 5,75%? 25. Calcula el capital final que obtendremos por un depósito de $ 5 000 al 7,5% de interés com- puesto anual durante cinco años. Actividades
- 49. Prohibidasureproducción 46 También en los préstamos bancarios se habla de la TAE correspondiente a un tipo de interés anual. Observa esta información: Si calculas la TAE correspon- diente a la oferta bancaria del 5,95% comprobarás que es inferior a la TAE publicada. Eso pasa porque, al calcular la TAE de un préstamo o crédi- to, se incluyen además las co- misiones de estudio y los gas- tos de apertura que cobra la entidad financiera para con- ceder el préstamo. y también: B IÉN 5,95% 6,28% NOMINAL TAE (*) (*) TAE calculada para un préstamo a 15 años de $ 60 000 comisión de aper- tura: 1 % (mínimo $ 450) 29. Carlos quiere efectuar un depósito de $ 1 000 a un año en una caja de ahorros que le ofrece un interés anual del 7%, y con un período de liquidación trimestral. a. ¿Qué TAE le aplicarán? b. ¿Qué beneficio obtiene Carlos con la liquidación trimestral res- pecto de la liquidación anual? a. La TAE para cada uno de los años. b. El capital final. 30. Rosa efectuó un depósito de $ 3 500 en una entidad bancaria que le ofrecía un interés del 6,5% anual, y lo retiró cuando habían transcurrido dos años. Sabiendo que el primer año la liquidación de los intereses fue mensual, y el segundo año, trimestral, calcula: Actividades Un banco ofrece a sus clientes una cuenta corriente con un interés compuesto anual del 6% y con una liquidación de intereses mensual. ¿Qué TAE está ofreciendo? Al 6% anual le corresponde un 0,5% mensual. Vea- mos cómo se incrementa un capital de 1 dólar. Por lo tanto, una vez transcurrido un año, el aumen- to total del capital inicial ha sido: 1,062 = 1 + 0,062 = 1 + Así, pues, el 6% de interés anual, cuando los perío- dos de liquidación son mensuales, se convierte en un interés anual real; esto es, en una TAE, del 6,2%. • Al final del primer mes, el capital ha aumentado un 0,5%: 1 + 0,005 = 1,005 • Al término del segundo mes, ha aumentado un 0,5% respecto al mes anterior: 1,005 + 1,005 · 0,005 = 1,010 o sea, se ha multiplicado por: (1 + 0,005)2 = 1,010 • Al cabo del tercer mes ha aumentado un 0,5% respecto del mes anterior: 1,010 + 1,010 · 0,005 = 1,015 es decir, se ha multiplicado por: (1 + 0,005)3 = 1,015 • Y así sucesivamente; después de los doce meses, el capital inicial se ha multiplicado por: (1 + 0,005)12 = 1,062 Tasa anual equivalente (TAE) Hemos visto que los períodos de liquidación de intereses pueden ser inferiores a un año, y hemos comprobado también (ejemplo 23) que cuanto más frecuentes sean estos períodos de liquidación, más dinero recibimos. Se plantea entonces la siguiente cuestión: ¿cuál es el tipo de interés anual real que se está aplicando si los períodos de liquidación son inferiores a un año? Este interés se conoce como tasa anual equivalente (TAE). A continuación, veremos, me- diante un ejemplo, el modo de deducir la expresión que nos permite calcular la TAE. Así, pues, observamos que, a partir del proceso seguido en el ejemplo anterior, podemos deducir esta fórmula para cal- cular la TAE: donde: i: interés anual en tanto por uno n: número de períodos de liquidación de intereses Ejemplo26 i n n TAE = 1 + - 1)( 6,2 100
- 50. Prohibidasureproducción 47 Demanda de fondos Las personas y las empresas recurren en muchas ocasiones a las entidades financieras, para obtener recursos con el fin de financiar una adquisición para la que no tienen suficien- te capital. Las modalidades de financiación más frecuentes para la obtención de fondos son: los créditos y préstamos, el alquiler financiero o leasing y la bolsa de valores. Créditos y préstamos Son contratos financieros en los cuales se estipulan unas condiciones por las que un demandante de fondos recibe cierta cantidad de dinero. En un crédito, el demandante tiene la facultad de disponer voluntariamente de una parte de la cantidad o de su tota- lidad. Así, se generarán intereses, dependiendo de la canti- dad dispuesta y del tiempo de devolución. En un préstamo, por el contrario, se dispone del capital en su totalidad y debe devolverse según lo acordado en el contrato. La modalidad más frecuente de devolución o amortización de un préstamo es la amortización progresiva, por la cual, el demandante que recibe el préstamo abona a la entidad financiera el importe del préstamo y de los intereses corres- pondientes mediante cuotas periódicas y constantes. Veamos, con un ejemplo, cómo calcular las cuotas de amortización. Existen diferentes tipos de prés- tamos, entre los que destacan: • Bancario: se obtienen de una entidad financiera como consecuencia de un préstamo aprobado en unas determinadas condiciones convenidas en el contrato. • Hipotecario: en este tipo de préstamos, el solicitante da un bien inmueble como garantía del dinero recibi- do. Acostumbran a formali- zarse en el respectivo regis- tro de la propiedad. y también: B IÉN Visita: TIC IC S http://goo.gl/BiIOrQ Ana y Raúl solicitan un préstamo de $ 100 000 al 8,5% anual para la compra de un departamento. Lo amortizarán en 15 años mediante pagos anuales iguales. ¿Qué cantidad deberán pagar cada año? Debemos tener en cuenta, por un lado, los intereses que produce el capital inicial que la entidad financie- ra ha prestado, C, y, por otro, los intereses que producen las cantidades que se van abonando. Para saber en qué cantidad se convertirían los $ 100 000 colocados al 8,5% de interés compuesto, apli- camos la fórmula: Cn = C ∙ (1 + i )n C15 = 100 000 (1 + 0,085)15 = 339 974,29 dólares Para calcular la cuota anual de amortización, debemos tener en cuenta los intereses que estas producen. Ejemplo27 Pago cuota Valor inicial Tiempo (años) Valor final Primera a 14 a (1 + 0,085)14 Segunda a 13 a (1 + 0,085)13 Tercera a 12 a (1 + 0,085)12 ∙∙∙ ∙∙∙ ∙∙∙ ∙∙∙ Penúltima a 1 a (1 + 0,085) Última a 0 a Tabla 16 TIC
- 51. Prohibidasureproducción 48 Si repetimos el razonamiento del ejemplo anterior para un préstamo C a un tipo de interés i y a un término de n años, la cuota de amortización será: En caso de que interese amortizar un préstamo a plazos in- feriores a un año, habrá que modificar la fórmula como se hizo en el ejemplo del interés compuesto. El capital total amortizado, Ca , al cabo de los 15 años, será la suma de los valores de la última columna: Ca = a + a (1 + 0,085 )+ ... + a (1 + 0,085)13 + a (1+ 0,085)14 = = a (1 + 0,085 + ... + 1,08513 + 1,08514 ) Pero la expresión entre paréntesis es la suma de quince términos de una progresión geométrica en la que a1 = 1 y la razón r = 1,085. Luego: Puesto que esta cantidad ha de ser igual a C15 , se tiene: Calculemos qué cuota anual debemos pagar si queremos amorti- zar un préstamo de $ 30 000 en cinco años y con un interés anual del 13%. • ¿Y si lo amortizamos mensualmente? Los datos del préstamo son: C = $ 30 000 , i = 13% = 0,13 (tanto por uno), n = 5 años Aplicamos la fórmula correspondiente para hallar la cuota anual: Aplicamos la fórmula correspondiente para hallar la cuota mensual: Ejemplo28 C ∙ i C ∙ i 30 000 ∙ 0,13 1,08515 - 1 339974,29 i 0,13 i 0,13 1 - (1 + i)-n 1 - (1 + i)-n 1 - (1 + 0,13)-5 0,085 28,232 269 -12n -12∙5 12 12 12 12 C ∙ 30 000 ∙ a = a = Ca = a ∙ a = = 12 042,05 dólares C15 = a ∙ 28,232 269 ⇨ 339 974,29 = a ∙ 28,232 269 Ca = a ∙ 28, 232 269 a = = = = 682,59 dólares = 8 529,44 dólares 1 - 1 + 1 - 1 + Liquidación semestral: Liquidación trimestral: Liquidación mensual: y también: B IÉN i i i i i i -12n -4n -2n 12 4 2 12 4 2 C ∙ C ∙ C ∙ a = a = a = 1 - 1 + 1 - 1 + 1 - 1 + ) ) ) ( ( ( 31. Una moto que cuesta $ 4 870 la pagamos a través de una entidad financiera que cobra el 12% anual. Si queremos pagarla en 24 mensualidades, ¿a cuánto ascenderá el recibo mensual? 32. ¿Qué cuota anual debemos pagar por un préstamo de $ 20 000 a cuatro años con un interés del 14%? –¿Y si queremos amortizarlo mensualmente? Actividades
- 52. Prohibidasureproducción 49 1 Resumen Operaciones con funciones En el conjunto de las funciones reales de variable real pode- mos definir diversas operaciones. • La razón de la progresión geométrica que resulta al interpolar k términos entre a y b es: • El interés simple i que obtenemos a partir de un capital C con un interes i expresado en tanto por uno y a lo largo de n años es: I = C∙ i ∙ n • El capital final Cn que se obtiene al depositar un capital inicial C a un tipo de interés compuesto i expresado en tanto por uno durante n años es: Cn = C ∙ (1 + i)n • La TAE es el tipo de interés anual real correspon- diente a un determinado tipo de interés, i, cuando los períodos de liquidación, n, son inferiores a un año: • El capital final Cf que se obtiene a partir de cada anualidad de capitalización af del tipo de interés anual i en tanto por uno y el tiempo n en años, es: • La cuota anual de amortización a de un préstamo C, a un tipo de interés i expresado en tanto por uno y a un plazo de n años es: Adición Sustracción La función suma de � y g es la función que asigna a cada número real x la suma de las imágenes por la función � y por la función g: � + g : x ↦(� + g) (x) = � (x) + g(x) La función diferencia de � y g es la función que asigna a cada número real x la diferen- cia de las imágenes por la función � y por la función g: � - g : x ↦(� - g) (x) = �(x) - g(x) Multiplicación División La función producto de � y g es la función que asigna a cada número real x el produc- to de las imágenes por la función � y por la función g: � ∙ g : x ↦(� ∙ g) (x) = �(x) ∙ g (x) La función cociente de � y g es la función que asigna a cada número real x el cocien- te de las imágnes por la función � y por la función g: g(x)gg (x) = �(x) ; g(x) ≠ 0 �� : x ↦ TAE = i n n 1 + - 1)( C ∙ i i 1 - (1 + i)-n a (1 + i)-n [(1 + i)-n - 1] a = Cf = r = � • Una sucesión de números reales es un conjunto de números reales en correspondencia con el conjunto de los números naturales. Cada uno de ellos se denomina término de la sucesión. • La expresión de un término cualquiera de una su- cesión en función del lugar que ocupa se deno- mina término general. • Una progresión geométrica es una sucesión en la que el cociente entre un término cualquiera, excepto el primero, y su anterior es una cantidad constante. Esta cantidad constante se llama ra- zón de la progresión y se representa por r. • La expresión del término general de una progre- sión geométrica es: an = a1 ∙ r n-1 • La expresión de la suma de n términos de una pro- gresión geométrica es: • La expresión del producto de n términos de una progresión geométrica es: Pn = (a1 ∙ an )n • La interpolación de términos geométricos es el proceso de colocar un cierto número de términos entre dos dados, a y b, de manera que resulte una progresión geométrica de extremos a y b. √ r -1 r -1 ⇨ an ∙ r - a1 a1 ( r n - 1) Sn = Sn = b (k+1) a Tabla 17
- 53. Prohibidasureproducción 50 1. Halla la progresión geométrica de la que conocemos el término a4 = 32 y en la que la diferencia entre el sexto y el quinto término es 64. 2. Calcula el valor de x si 3x - 1; 1 - 2x y 2x - 5 son términos consecutivos de una sucesión aritmética. 3. Halla � + g y (� + g) π 2 considerando las funciones sen : x ↦�(x) = sen x; g : x ↦ g(x) = 1 + x Problemas resueltos A B Solución Solución Solución • Los datos del enunciado son: a4 = 32 y a6 − a5 = 64 • Expresamos cada uno de los términos en función del primero y de la razón: –Obtenemos un sistema de ecuaciones. • Resolvemos el sistema. Para ello, despejamos a1 de la primera ecuación y sustituimos en la segunda: Siendo una sucesión aritmética, entonces es posible relacionar dos de los tres términos de la sucesión, para determinar la diferencia. Relacionando los tér- minos a3 y a2 tendremos: d= a3 - a2 d= 2x - 5 - (1 - 2x) d= 2x - 5 - 1 + 2x d= 4x - 6 Ahora también podemos relacionar los términos a2 y a1 , debido a que la diferencia es la misma que en el � + g : x ↦ (� + g)(x) = sen x + 1 + x ⇒ Ahora (� + g) π 2 = = (� + g) π 2 = 2 + π 2 + 1 +sen • Para cada valor de r, hallamos el valor de a1 correspondiente: r = 2 ⇨ a1 = 4 La progresión geométrica es: 4, 8, 16, 32, 64, 128, ... r = -1 ⇨ a1 = -32 La progresión geométrica es: -32, 32, -32, 32, -32, 32, ... Existen pues dos progresiones geométricas que verifi- can las condiciones del enunciado. 32 32 1 ± 1 + 8 1 ± 3 32 r3 r3 2 2 2 → → -1 r3∙ r5 - r = = = 32 ∙ r2 - 32 ∙ r = 64 ∙ r4 = 64 r2 - r - 2 = 0 a1 = a1 ∙ r 3 = 32 a1 ∙ r 5 -a1 ∙ r 3 = 64 } √ π 2 π 2 análisis anterior entre a2 y a1 , entonces: d= a2 - a1 d= 1 - 2x - (3x - 1) d= 1 - 2x - 3x + 1) d= -5x + 2 Debido a que las dos diferencias deben ser igua- les, se establece la ecuación: 4x - 6= -5x + 2 Resolviendo la ecuación : 9x = 8 entonces x = 8 9
- 54. Prohibidasureproducción 51 Ejercicios y problemas 1 Análisis de funciones inyecti- vas, sobreyectivas y biyectivas. 1. ¿Cómo identifica una función inyectiva, utilizan- do los métodos algebraico, numérico y gráfico? 2. Verifica si las siguientes funciones son inyectivas, utilizando el análisis algebraico. 3. Verifica si las funciones anteriores son inyectivas, utilizando el análisis gráfico y la tabla de valores. 4. Analiza la sobreyectividad de las funciones defi- nidas de ℝ ↦ ℝ que se detallan a continuación, utilizando los métodos algebraico, gráfico y de análisis de valores. 5. Analiza las siguientes gráficas y determina si son funciones inyectivas, sobreyectivas y biyectivas. Argumenta tu respuesta. � : x ↦ �(x) = -x2 + 7 � : x ↦ �(x) = x - 1 g : x ↦ g(x) = -4x - � : x ↦ �(x) = x3 - 10 h : x ↦ h(x) = 2 x + 3 � : x ↦ �(x) = - x + � : x↦ �(x) = -x3 + 2x � : x ↦ �(x) = ∣x + 4∣ � : x↦ �(x) = + 3 � : x ↦ �(x) = 4 - x + 2 � : x ↦ �(x) = a. a. b. b. c. c. d. d. e. e. f. x - 2 3x √ x x x x y y 3 4 1 2 -x 3 √ √ 51 0-20 20 20 0 20 20 0 5-5 5 10 10 0 5-5 -5 5 10 a. b. c. d. y y
- 55. Prohibidasureproducción 52 2 Composición de funciones 11. Sean � : x ↦ �(x)= 3x2 - 2; g : x ↦ g(x)= 2x3 - 5 y h : x ↦ h(x)= (x + 2). Halla. 12. Determina (� ∘ g)(x) y (g ∘ �)(x) para cada par de funciones. 13. Verifica si la función � es inversa de g demos- trando mediante la composición de funciones. a. (� ∘g)(x) a. � : x ↦ �(x) = 4x + 1; g : x ↦ g(x) = 3x b. � : x ↦ �(x) = x - 5; g : x ↦ g(x) = x 5 d. � : x ↦ �(x) = 14x + 4; g : x ↦ g(x) = e. � : x ↦ �(x) = 4x2 ; g : x ↦ g(x) = 2 4x f. � : x ↦ �(x) = ; g : x ↦ g(x) = x - 2 c. � : x ↦ �(x) = 2x + 4 x ; g : x ↦ g(x) = 9x2 b. (h ∘�)(3) c. (� ∘g)(2) d. (h ∘�)(x) e. (� ∘g)(-3) 52 √ √ √ √ x 1 7 x - 2 a. � : x ↦ �(x) = 4 x + 3 y g : x ↦ g(x) = 4x - 3 10. Dadas las funciones � : x ↦ 1 x + 2 �(x)= g : x ↦ g(x) = x - 2 . Halla. a. (f ∘ g) (x) = b. (g ∘ f ) (x) = d. ¿Es el dominio de g igual al dominio de (g + h) ? ¿por qué? e. Los dominios de � g y g h . ¿Son iguales? Explica. c. Los dominios de (� + g) y � g . ¿Son iguales? ¿Por qué? 9. Contesta las siguientes preguntas, analizando las funciones y las operaciones respectivas: � : x ↦ �(x) = 4x - 4; g : x ↦ g(x) = x + 2; h : x ↦ h(x) = a. Los dominios de � h y h � . ¿Son iguales? Explica. b. ¿Es el dominio de (� – g) igual al dominio de (� ∙ g)? ¿Por qué? 1 x - 2 √ 7. Sean � : x ↦ �(x) = x2 - 3, g : x ↦ g(x)= 2x + 8 y h: x ↦ h(x) = 4x3 + 3. Determina. a. Todas las funciones inyectivas son biyectivas. b. Sea la función �∶A⟶B, será sobreyectiva cuando el Rec (�) = A. c. Todas las funciones biyectivas son inyectivas. d. Si se interceptan dos puntos entre la curva de una función con una línea horizontal, la fun- ción es inyectiva. e.Algunas funciones inyectivas son sobreyectivas. f. Toda función biyectiva es sobreyectiva. 8. Halla la función suma de cada par de funcio- nes. Luego, determina su dominio. a. (� + g)(3) b. g + h c. � - g d. (g - h) e. (3) + (g)(-1) a. � : x ↦ �(x) = 3x; g : x ↦ g(x) = x2 - 4 b. � : x ↦ �(x) = ; g : x ↦ g(x) = x + 2 c. � : x ↦ �(x) = x - 1; g : x ↦ g(x) = x + 3 d. � : x ↦ �(x) = - x + 3 ; g : x ↦ g(x) = e. � : x ↦ �(x) = -x2 - x; g : x ↦ g(x) = x - 2 f. � : x ↦ �(x) = ; g : x ↦ g(x) = 1 1 x - 3 2 5 4 x - 4 x + 3 x + 2 x + 5 � h √ √ 6. Responde V si es verdadero o F si es falso, ana- lizando los siguientes incisos y justificando su respuesta.
- 56. Prohibidasureproducción 53 22. Halla las dos cantidades an , a, n, d, o sn que fal- tan en cada uno de los problemas. 23. Resuelve. 24. Resuelve los problemas. 15. Determina la variable que se indica en la dere- cha, considerando los elementos de las expre- siones: término n-ésimo y suma de una progre- sión aritmética. 16. Hemos suscrito un plan de ahorro a seis años por el cual cada año depositamos $ 1800 en régimen de capitalización compuesta al 9,25% anual. ¿Qué capital tendremos al cabo de los seis años? 17. Una computadora cuesta $ 2100. Si un joven ha estado ahorrando $ 220 cada trimestre duran- te dos años en una libreta que da el 8% anual, ¿podrá comprarse la computadora al cabo de los dos años? 18. Una persona contrata con una entidad de segu- ros, una prima anual de $ 800 para un plan de pensiones. Si se jubila dentro de 18 años, ¿qué capital tendrá si la aseguradora lo capitaliza al 12%? 19. ¿Qué importe total deberemos devolver por un préstamo de $ 30 000 al cabo de tres años y con un interés compuesto del 14% anual si lo amortizamos anualmente? 20. Una compañía de seguros prevé a un asegura- do 30 años más de vida. Este ha contratado un seguro de vida de $ 100 000. ¿Qué cuota anual debe pagar si se capitaliza al 8%? 21. Pedimos un crédito hipotecario de $ 100 000 al 5,5% de interés compuesto anual. Sabiendo que sólo podemos pagar una mensualidad de $ 900, ¿durante cuánto tiempo deberemos pa- gar el crédito? 3 Progresiones 14. Escribe los elementos de la progresión aritméti- ca que se describe a continuación. a. Si∶ a1 = 3, d= 3,n= 2 a. a= 9, n= 8, d= 2; an a. a1 = 13,5, an = 26, Sn = 118,5 d. a1 = 4, a4 = 5, d= ,n= 6 d. Sn = 0, n= 9, a= 16; an d. Sn = 0, n= 9, a= 16; an b. d= -2 ; a1 = 5, n= 4 b. n= 6 , d= -7 ; an = 90; a b. n= 6 , d= -7 ; an = 90; a e. a1 = 6, a6 = 5, d= , n= 8 e. a= 9, d= -3, Sn = 0; n c. a3 = 10, a4 = , n= 5 c. a= 2, an = 14 , n= 7 ; Sn c. a= 2, an = 14 , n= 7 ; Sn f. a1 = 12, a5 = , d= , n= 6 53 x x x - 2 1 x - 3 2x + 3 x + 1 3x + 5 x + 1 x - 1 5 x + 1 b. � : x ↦ �(x) = y g : x ↦ g(x) = c. � : x ↦ �(x) = y g : x ↦ g(x) = d. � : x ↦ �(x) = y g : x ↦ g(x) = 21 2 1 1 21 3 3 5 2 8 - - a. Determina el quinto y sexto término de la pro- gresión aritmética : 8x – 12, 9x – 7, 10x – 2 y 11x + 3,.. a. Un comisionista cobra por artículo vendido un valor económico a razón de $ 0,25 el primer artículo, $ 0,40 el segundo, $ 0,55 el tercero, y así sucesivamente. ¿Cuántos artículos logra vender, si el total de ventas es de $ 33,50? b. María ingresa a un plan de ahorro mensual, cada mes ahorra $ 20 más que el mes ante- rior. Si el plan dura un año, y al final sus aho- rros suman $ 1 680. Determina. • ¿Cuánto ahorró el primer mes? • Y ¿el último?. b. Determina los valores de a y b , siendo: los tér- minos : a + 2b, 3a + 5b , - a - 2b elementos consecutivos de un progresión aritmética.
- 57. 54 Para finalizar 1 Responde V si es Verdadero o F si es falso, según corresponda. a. Las funciones inversas se verifican me- diante el concepto de composición de funciones. b. Todas las funciones tiene inversa. c. El quinto término de la progresión: 2, 1, ,..es ,.. d. La función inyectiva se verifica gráfica- mente por un punto de intersección con la línea vertical. a. Determina si es inyectiva algebraica- mente. b. Realiza la representación gráfica. c. Determina la inversa. d. Determina �-1 (x). e. Determina �-1 ° �-1 (3). f. Si g(x)= - x2 - 1, Halla � + g. g. Determina el dominio de � ∙ g. a. La diferencia en la progresión. b. El quinto y sexto término. c. La suma de los 6 términos En la progresión : 2x - 5; 3x - 2; 4x + 1; 5x + 4. Calcula. 2 5 3 6 ¿Cuál de las siguientes funciones es la in- versa de la función � : x ↦ �(x)= 3x - 2? Con la siguiente función: �: x ↦�(x)= 4x - 5 • ¿Cuál de las siguientes funciones es la in- versa de la función � : x ↦ �(x)=x3 + 4 ? Determina si las siguientes funciones son bi- yectivas; en caso afirmativo, determina la inversa. x x + 2 x - 2 2 - x 3 3 3 3 + 2a. g : x ↦ g(x) = a. h : x ↦ h(x) = 5x 3 - 4 b. � : x ↦ �(x) = 3x2 - 2 a. g : x ↦ g(x) = x - 4 b. g : x ↦ g(x) = x - 1 c. g : x ↦ g(x) = x + 1 d. g : x ↦ g(x) = 1 - x3 b. g : x ↦ g(x) = c. g : x ↦ g(x) = d. g : x ↦ g(x) = 54 1 4 1 2 4 Subraya la respuesta correcta según co- rresponda: √ √ √ AUTOEVALUACIÓN •Escribe la opinión de tu familia. •Pide a tu profesor sugerencias para mejorar y escríbelas. •Trabajo personal Reflexiona y autoevalúate en tu cuaderno: •Trabajo en equipo ¿Cómo ha sido mi actitud frente al trabajo? ¿He compartido con mis compañeros y compañeras? ¿He cumplido mis tareas? ¿He respetado las opiniones de los demás? ¿Qué aprendí en esta unidad? Prohibidasureproducción
- 58. 55 FUNCIONES UD. 1 Prohibidasureproducción ZONA SOCIEDAD El denominado interés compuesto es una pro- gresión geométrica. Comparemos varias inver- siones con diferentes intereses compuestos, o progresiones geométricas: En el quinto año, las diferencias no parecen muy grandes pero a medida que van pasando los años, pasan a ser enormes. Este tema, el crecimiento futuro de las inversiones es absolutamente clave para un inversor. Es muy común comparar dos inversiones únicamente por la rentabilidad que se va a obtener el primer año y ni siquiera considerar la posible evolución futura de cada una ellas a largo plazo. Sin embargo, para un inversor de largo plazo, el primer año es el menos importante de todos. La clave está en el crecimien- to futuro que vayan a tener cada una de las alterna- tivas que está considerando. http://www.invertirenbolsa.info/articulo_progresion_geo- metrica_interes_compuesto.htmt Un doctor en Microbiología... SENTIDO CRÍTICO SI YO FUERA.... En los torneos de tenis, es evidente la potencia de dos, ya que se realizan cuadros de enfren- tamiento con la siguiente dinámica: En la final, se enfrentan dos jugadores; en la semifinal hay cuatro; en los cuartos de final hay ocho jugado- res. Así, en cada ronda adicional la cantidad de jugadores se duplica. Si el torneo tuviera 25 ron- das, podrían participar casi todos los habitantes de España, y son suficientes 33 rondas para que participen todos los habitantes del planeta. Podría calcular el crecimiento de cierto tipo de bacterias, considerándolas como un crecimien- to constante (reproducción por bipartición), colaborando de esta forma con programas de prevención y control de epidemiología en los hospitales y laboratorios. 55 http://goo.gl/jK89iM AÑO Interés 4% Interés 6% Interés 8% Interés 10% 1 100 100 100 100 5 116,99 146,41 10 142,33 235,79 20 210,68 611,59 30 311,87 1568,31 40 461,64 2011,53 4114,48 50 683,33 1737,75 4342,74 10,671,90 http://goo.gl/hzGvge http://goo.gl/ooqUFH Prohibidasureproducción
- 59. 2 Funciones Trigonométricas contenidOS: 1. Medida de ángulo forma compleja e incompleja 1.1. Medidas en el Sistema Internacional 1.2. Equivalencia entre grados y radianes 2. Las funciones trigonométricas 2.1. Gráfica de la curva trigonométrica seno 2.2. Gráfica de la curva trigonométrica coseno 2.3. Gráfica de la curva trigonométrica tangente 2.4. Gráfica de la curva trigonométrica cosecante 2.5. Gráfica de la curva trigonométrica secante 2.6. Gráfica de la curva trigonométrica cotangente 2.7. Relación gráfica de las funciones seno y cosecante 2.8. Comparación de las características de las funciones seno y cosecante 2.9. Comparación gráfica de las funciones coseno y secante 2.10.Comparación de las características de las funciones coseno y secante 2.11.Comparación gráfica de las funciones tangente y cotangente 2.12.Comparación de las características de las funciones tangente y cotangente 3. Uso de las TIC para graficar funciones (Calcu- ladora Gráfica Desmos) 3.1. Transformaciones e interpretación de funciones 56 Prohibidasureproducción
- 60. Prohibidasureproducción Prohibidasureproducción En Internet La optimización de funciones es un tema recurrente en varios ámbitos. En la página http://bit.ly/1z1cp6H encontrarás dos posibles soluciones a problemas de optimización de transporte. Computadoras y medicina Las computadoras utilizan trigonometría para establecer las sombras y colores de las imágenes en la pantalla. Un sistema lla- mado triangulación define la forma del ob- jeto y utiliza funciones trigonométricas para establecer los colores de las imágenes. Este proceso tiene usos significativos en la medicina. Las máquinas de resonancia magnética escanean tu cuerpo y muestran la imagen a color en una pantalla de com- putadora. Los profesionales médicos utilizan los resultados para determinar la causa y lo- calización de cánceres y tumores. En contexto http://goo.gl/l3Apa9 57
- 61. Prohibidasureproducción 58 1. Medida de ángulos Siempre que medimos una magnitud, debemos tomar una unidad. Existen varias unidades de medida de ángulos. Las más utilizadas son: Medidas en el sistema sexagesimal La unidad fundamental de medida de ángulos en el siste- ma sexagesimal es el grado sexagesimal (°) que, como sa- bes, es la razón 1/90 parte de un ángulo recto (fig. 1). Para medir ángulos pequeños, utilizamos los submúltiplos del grado: • El grado sexagesimal, que con sus submúltiplos, el minuto y el segundo, constituyen el sistema sexagesimal de medi- da de ángulos. • El radián, que es la unidad de medida de ángulos en el SI. El paso de unas unidades a otras se efectúa según el si- guiente esquema: Forma compleja y forma incompleja Una medida angular en el sistema sexagesimal puede venir expresada en una única unidad (forma incompleja) o en varias (forma compleja). 1 minuto (1') = 1 segundo (1'') = de minuto de grado Grado (°) Minuto (') x 60 : 60 x 60 : 60 Segundo ('') 1 1 60 60 Expresemos en forma incompleja de segundos 35° 17' 26''. Expresemos en forma compleja 32046''. Ejemplo 1 Ejemplo 2 3600'' 32046'' 32046'' = 8° 54' 6'' 2040'' 246'' 534' 54' 6'' 8° 60 60 60'' 35° = 35° ∙ 17' = 17' ∙ 126000'' + 1020'' + 26'' = 127046'' = 126000'' = 1020'' 1° 1' Las calculadoras científicas poseen la tecla , que nos permite transformar la expre- sión compleja de un ángulo en su incompleja y viceversa. Así, para calcular, por ejem- plo, la forma incompleja de 2° 15' 5'' tecleamos: 52 EXE1 5 En la pantalla de la calcula- dora aparece , que es la forma incompleja que bus- camos. Para pasar de la forma in- compleja a la compleja, usa- mos las tecla INV y . Así, para obtener la forma compleja de 16,38° tecleamos: 31 EXE.6 8 INV Enlapantalladelacalculado- ra aparece . Este resultado debe interpre- tarse como 16° 22' 48''. CALCULADORA 1ϒ Fig. 1.
- 62. Prohibidasureproducción 59 1.1. Medidas en el Sistema Internacional Como hemos dicho, la unidad de medida de ángulos en el SI es el radián (rad). Para definirlo, procedemos del siguiente modo: • Trazamos una circunferencia de radio arbitrario y marcamos un radio OA. • A partir del punto A tomamos un arco AB de longitud igual a la del radio. • El ángulo central AOB que abarca el arco AB mide un radián. 1.2. Equivalencia entre grados y radianes Como la longitud de la circunferencia es 2 π r, esta contiene 2 π veces la longitud del radio. Por tanto: 360° = 2π rad Esta equivalencia permite pasar de grados a radianes, y vi- ceversa, como se muestra en los siguientes ejemplos. Expresemos en radianes el ángulo α = 25,3°. Escribimos la equivalencia entre grados y radianes en forma de factor de conversión, de manera que aparezcan los grados en el denominador: Expresemos en el sistema sexagesimal el ángulo Escribimos la equivalencia entre grados y radianes en forma de factor de conversión, pero ahora de manera que aparezcan los radianes en el denominador: Ejemplo3Ejemplo4 2π rad 5π 25,3π 5π β = 360° = 0,44 rad rad = 75°rad ∙ 25,3° ∙ = 360° 12 180 12 2π rad 1. Expresa en forma incompleja de segundos: 3. Expresa en radianes los siguientes ángulos: 4. Expresa los siguientes ángulos en el sistema sexagesimal. Escribe el resultado en forma compleja. 2. Expresa en forma compleja: α = 38° 25' 12'' 57° 15' 32'' 65° 34' 2'' α = 324752'' α = 45563'' α = 124568'' α = 5652' α = 5° 12' 23'' 45,84° 15,65°a. a. a. b. c. d. a. c. b. d. b. b. c. d. Un radián es la medida del ángulo central de una cir- cunferencia que abarca un arco de longitud igual a la del radio. Sistema centesimal Además de las unidades del sistema sexagesimal y los radianes, existen otras unidades de medida de ángulos: el grado, el minuto y el segundo centesimales. Un grado centesimal (1g) es la centésima parte de un ángulo recto. Sus submúltiplos, el minuto y el segundo, se definen como sigue: Así, el paso de unas unida- des a otras se efectúa según el esquema. La ventaja de este sistema es que la transformación de una expresión compleja a incompleja, y viceversa, es automática. Observa: 48,5216g ⬄ 48g 52m 16s y también B IÉN 1 minuto (1m ) = 1 segundo (1s ) = de minuto Grado(g ) Minuto(m ) Segundo(s ) de grado 1 1 100 100 :100 :100 × 100× 100 5π π 5π 3 8 6 rad 1,43 rad rad rad Actividades O A B Fig. 2.
- 63. Prohibidasureproducción 60 2. Las funciones trigonométricas Los términos seno, coseno y tangente los hemos escuchado dentro del compendio formal de trigono- metría, utilizándose los cocientes de cada función para resolver triángulos rectángulos. En el eje horizontal, disponemos la variable independiente (x), cuyos valores ingresados son medi- das de ángulos, en radianes y en grados, para contribuir en la comprensión. Mientras que en el eje vertical, ubicamos los valores que se obtiene luego de ingresar los datos en la función, los mismos que son valores numéricos expresados en la forma racionalizada, que son elementos de la variable dependiente (y). 2.1. Gráfica de la curva trigonométrica seno Función seno Veamos cómo podemos definir una función que asigne al valor de un ángulo, medido en radianes , el valor de, por ejemplo, su seno. Observa la figura. Dado un ángulo α, el valor de su seno viene dado por la ordenada del punto P. En esta ocasión, analizaremos las características particulares que presenta la función seno, definido por �(x)= sen x, revisando la tabla de valores y representación gráfica en un período tomado desde 0 a 2π (0 a 360 o ). Las curvas trigonométricas tienen la particularidad de ser funciones periódicas, en la ilustración se muestra el análisis de un periodo horizontal (2π). Si T es un período de la función, también lo será un múltiplo cualquiera de T. Al mínimo valor de T que cumple la definición anterior se le llama período fundamental. La función que asigna a la variable independiente x (x es α en radianes en la siguente tabla) el valor f(x) = sen (x) se llama función seno. Una función � es periódica de período T si existe un número real positivo T tal que, para cual- quier x del dominio de f, se verifica: � (x + T ) = � (x ) P 1 0 α Fig. 3. Valores de X Radianes Valores de X (grados) �(x)= sen x (x, sen (x) π 1 π 0 0 0 0 o 2π 0 π 3 3 3 3 π 1 2π 5π 1 1 30o 60o 90o 120o 150o 180o 210o 240o 270o 300o 330o 360o 7π 4π 3π 5π 11π 1 6 2 3 2 2 3 2 6 2 2 - - - 6 3 2 2 - 1 3 2 6 2 √ √ √ √ Tabla 1. 1 -1 0 π/2, 1 0 , 0 π , 0 x y = sen (x) y x sen (α) 2π , 0 3π/2, -1 Fig. 4. {(0,0); π , 1 6 2 ; π , 3 3 2 √ ; π , 1 2 ; 2π, 3 3 2 √ ; 1 2 5π, 6 (�,0); 1 2 7π, – 6 ; 3 2 √4π, – 3 ; 3π, 2 – 1 ; 3 2 √, –5π 3 ; 1 2 11π, 6 ; (2�,0)}
- 64. Prohibidasureproducción 61 Características de la función trigonométrica seno A continuación, describimos las características de la función, seno definido por �(x) = sen(x) Además de las características descritas, analizaremos los intervalos de monotonía (creci- miento y decrecimiento) y concavidad en la siguiente tabla. La gráfica de la función y = sen (x) , descrita en más de un período, que constituye una cima y un valle. 5. Representa gráficamente, sobre papel milimetrado, tres perío- dos de la función sen: x ↦ � ( x ) = sen x en el intervalo [0, 6π]. Actividades sen : x ↦ �(x) = sen (x) Dominio: Los números reales Recorrido: [- 1; 1] Intersecciones con el eje horizontal x: (0 ,0), (π ,0), (2π ,0)... Intersecciones con el eje vertical y: (0, 0) Es una función continua. La función es simétrica con respecto al origen. No presente asíntotas. No es una función inyectiva. No es una función sobreyectiva. Máximo relativo: Mínimo relativo: π , 1 3π , - 1 2 2 Cuadrante Variación eje horizontal (x) Variación eje vertical (y) Concavidad I Entre 0 a Crece de 0 a 1 Cóncava hacia abajo II Entre a π Decrece de 1 a 0 Cóncava hacia abajo III Entre π a Decrece de 0 a -1 Cóncava hacia arriba IV Entre a 2π Crece de -1 a 0 Cóncava hacia arriba π 3π 3π π 2 2 2 2 http://goo.gl/SBc3e7 Fig. 5. Tabla 2. Tabla 3.
- 65. Prohibidasureproducción 62 2.2.Gráfica de la curva trigonométrica coseno A la función coseno se denota con cos. Examinemos ahora las características particulares que presenta la función coseno definido por �(x)= cos x, indagando la tabla de valores y representación gráfica en un período tomado desde 0 a 2π (0 a 360o ). Características de la función trigonométrica coseno Representación gráfica de la función coseno en el intervalo [0;2π] Valores de X Radianes Valores de X (grados) �(x)= cos x (x,cos(x)) π 1 π -1 0 1 0 o 2π 1 π 3 3 3 3 π 0 2π 5π 1 30o 60o 90o 120o 150o 180o 210o 240o 270o 300o 330o 360o 7π 4π 3π 5π 11π 1 6 2 3 2 2 3 6 2 2 - -- - 6 3 2 2 1 2 0 3 2 6 2 √ √ √ √ 222 1 -1 0 -2 ππ π 3π π 2π y = cos (x) y=cos (x) y 3π 3ππ 2π, 1 , 0, 0 0, 1 π, -1 π 2π 22 2 2 2 22 cos: x ↦ �(x) = cos (x) Dominio: Los números reales Recorrido: [- 1; 1] Intersecciones con el eje x: Intersecciones con el eje y: (0, 1) Es una función continua. La función es simétrica con respecto a la recta, x=0 o con respecto al eje y. No presente asíntotas. No es una función inyectiva. No es una función sobreyectiva. Máximo relativo: (0, 1) y (2π, 1), ... Mínimo relativo: (π, -1), ... π , 0 y 3π , 0 ... 2 2) )( ( Máximo relativo Mínimo relativo Máximo relativo -1 -2 1 0 Máximo relativo Máximo relativo Mínimo relativo Función coseno Vamos a definir ahora la función que asigna al valor de un ángu- lo, medido en radianes, el valor de su coseno. Dado un ángulo α como el de la figura, el valor de su coseno vie- ne dado por la abscisa del punto P. La función que asigna a la variable independiente x (x es α en rad en la siguiente tabla) el valor f(x) = cos x se llama función coseno. P 1 0 α x y cos x Fig. 6. Fig. 8. Fig. 7. Tabla 4. Tabla 5. x x {(0,1); 3 2 √π , 6 ; 1 2 π , 3 ; π , 0 2 ; 1 2 2π, – 3 ; 3 2 √5π, – 6 ;(�,-1); 3 2 √7π, – 6 ; 4π 3 1 2 , – 3π , 0 2 ; 5π , 3 1 2 ; 3 2 √11π , 6 ; (2�,1)}
- 66. Prohibidasureproducción 63 Características de variación de la función trigonométrica coseno (crecimiento y decreci- miento) y concavidad Comparación gráfica de las funciones seno y coseno Cuadrante Variación eje horizontal (x) Variación eje vertical (y) Concavidad I Entre 0 a decrece de 1 a 0 Cóncava hacia abajo II Entre a π Decrece de 0 a -1 Cóncava hacia arriba III Entre π a Crece de -1 a 0 Cóncava hacia arriba IV Entre a 2π Crece de 0 a 1 Cóncava hacia abajo π π 3π 3π 2 2 2 2 1 -1 0 0 Seno Coseno Dominio x ∈ ℝ x ∈ ℝ Recorrido y ∈ [-1, 1] y ∈ [-1, 1] Intersección eje X (0,0); ( π,0); ( 2π,0), ... Intersección eje Y (0, 0) (0, 1) Continuidad Si es continua Si es continua Simetría Respecto al origen Respecto a la recta x= 0 o con respecto al eje y Asíntotas No No Inyectividad No No Sobreyectividad No No Máximo relativo (0, 1) y (2π, 1), ... Mínimo relativo (π,-1), ... Intervalos de crecimiento Intervalos de decrecimiento Cóncava hacia arriba ( π,2π ), ... Cóncava hacia abajo ( 0,π), ... 3π 3π sen cos 2ππ y , ... , - 1 , ... , ... 2 x ∈ x ∈ x ∈ x ∈ 2 π , 0 2 π π , 1 2 2 π 3π , ... 2 2 , 3π , 0 2 Fig. 9. Tabla 6. Tabla 7. x y = sen(x) y = cos (x) π 3π0, , 2π 2 2 ∪] ][ [ [π, 2π] [0, π[ ][ 3ππ ⋃ , ..., 2π0,x ∈ 22 ][ ][ x ∈ π 3π, 2 2 ]]
- 67. Prohibidasureproducción 64 2.3. Gráfica de la curva trigonométrica tangente Analicemos las características exclusivas que presenta la función tangente, denotado por tan y defi- nido por�(x) = tan x, analizando la tabla de valores y representación gráfica en un período tomado desde 0 a 2π (0 a 360o ). Valores de X Radianes Valores de X (grados) �(x)= tan x (x, tan(x)) π π 0 0 1 0 o 2π 0 π 3 3 3- 3 3 3 3 3 π N.D. 2π 5π 30o 60o 90o 120o 150o 180o 210o 240o 270o 300o 330o 360o 7π 4π 3π 5π 11π 6 3 3 2 3 6 - -- 6 3 3 3 2 N.D 3 3 6 √ √ √ √ √ √ √ √ tan: x ↦ �(x) = tan (x) Dominio: ℝ- {�/2 + k� / k ∈ ℤ} Recorrido: Los reales Intersecciones con el eje x: (0, 0); (π, 0) y (2π, 0) Intersecciones con el eje y: (0, 0) Es una función continua en los reales salvo en los punto en los que no está definida. La función es simétrica con respecto al origen. Presenta asíntotas en los puntos No es una función inyectiva. No es una función sobreyectiva. No posee máximos ni mínimos relativos. Es estrictamente creciente en todo su dominio. Características de la función trigonométrica tangente en el intervalo [0, 2π] π , 0 y 3π , 0 2 2) )( ( y 1 2 3 -1 -2 -3 -4 -5 4 5 x -2π y = tan(x) 2π-π π - 3π π 2 2 3π 2 - π 2 Función tangente Podemos definir también la función que asigna al valor de un ángulo, medido en radianes, el valor de su tangente. Dado un ángulo α como el de la figura, el valor de su tangente viene dado por el cociente entre la ordenada y la abscisa del punto P. La función que asigna a la variable independiente x (x es α en radianes en la siguiente tabla), el valor f(x) = tan (x) se llama función tangente. P 1 cos α cos α sen α tan α = sen α 0 α Fig. 10. Fig. 11. Fig. 12. Tabla 8. Tabla 9. x y {(0,1); 3 3 √π 6 , ; 3√ π 3 , ; � , N.D. 2 ; 3√ 2π 3 , – ; 3 3 √5π 6 , – ;(�, 0); 3 3 √7π 6 , ; 3√ 4π 3 , ; 3� , N.D. 2 ; 3√ 5π 3 , – ; 3 3 √11π 6 , – ; (2�, 0)} http://goo.gl/OVFrWf Recordemos que: Cateto opuesto tan θ = Cateto adyacente
- 68. Prohibidasureproducción 65 2.4. Gráfica de la curva trigonométrica cosecante La función cosecante es la razón trigonométrica inversa del seno y se simboliza como csc o cosec y se define csc: x ↦ �(x) = csc(x) = 1 sen (x) ; sen (x) ≠ 0. Veamos las características que presenta �(x)=csc x, examinando la tabla de valores y su representación gráfica en un período que va desde 0 a 2π (0 a 360o ) En la siguiente tabla se muestra las características de crecimiento, decrecimiento y concavidad de la función. Valores de X Radianes Valores de X (grados) �(x)= csc(x) (x, csc(x)) π 2 3 2 3 2 32 3 π N.D2 -2 0 N.D 0 o 2π N.D π π 2π 5π 30o 60o 90o 120o 150o 180o 210o 240o 270o 300o 330o 360o 7π 4π 3π 5π 11π 6 3 3 33 -2 3 2 1 2 3 6 -- 6 3 2 -1 3 6 √ √ √√ Cuadrante Variación eje horizontal (x) Variación eje vertical (y) Concavidad I Entre 0 a decrece de +∞ a 1 Cóncava hacia arriba II Entre a π crece de 1 a +∞ Cóncava hacia arriba III Entre π a crece de -∞ a -1 Cóncava hacia abajo IV Entre a 2π decrece de -1 a -∞ Cóncava hacia abajo π π 3π 3π 2 2 2 2 3π/2 2π ππ/2 csc: x ↦ �(x) = csc x Dominio: ℝ- {n.π} con n ∈ Z Recorrido: ℝ- ]1.-1[ No corta al eje X ni al eje Y Intersecciones con el eje y: NO Es una función continua en los reales salvo en los punto en los que no está definida. La función es simétrica con respecto al origen Presenta asíntotas en los puntos (0,0); (π,0) y (2π, 0) No es una función inyectiva. No es una función sobreyectiva. Máximos relativos: Mínimos relativos: Características de la función trigonométrica cosecante en el intervalo [0, 2π] 3π x = 2 π x = 2 1 -1 -2 Máximo relativo Mínimo relativo 3 -3 0 4 5 -4 -5 Fig. 13. Tabla 10. Tabla 12. Tabla 11. x y = csc (x) {(0,N.D); 2 π 6 , ; 3 3 2√π 3 , 1 π 2 , ; 3 3 2√2π 3 , ; 5π 6 , 2 ; (�; N.D); 7π 6 , –2 ; 3 3 2√4π 3 , – ; -13π 2 , ; 3 3 2√5π 3 , – ; 11π 6 , –2 ; (2�, N.D)}
- 69. Prohibidasureproducción 66 2.5. Gráfica de la curva trigonométrica secante Ahora, observemos las características que muestra la función secante, que se denota sec, y se define: sec : x ↦�(x) = sec (x) = 1 cos (x) ; cos (x) ≠ 0. Esta razón trigonométrica es inversa al coseno. Analicemos su tabla de valores y gráfica dentro del período indicado. (0 a 360o ). Valores de X Radianes Valores de X (grados) �(x)= sec (x) (x, sec(x)) π 2 3 2 32 32 3 π N.D 2 1-2 0 1 0 o 2π N.D π π 2π 5π 30o 60o 90o 120o 150o 180o 210o 240o 270o 300o 330o 360o 7π 4π 3π 5π 11π 6 3 333 -2 3 2 2 3 6 -- 6 3 2 -1 3 6 √ √√√ Características de crecimiento, decrecimiento y concavidad de la función Cuadrante Variación eje horizontal (x) Variación eje vertical (y) Concavidad I Entre 0 a crece de 1 a +∞ Cóncava hacia arriba II Entre a π crece de – ∞ a 1 Cóncava hacia abajo III Entre π a decrece de -1 a -∞ Cóncava hacia abajo IV Entre a 2π decrece de +∞ a 1 Cóncava hacia arriba π y = sec (x) π 3π 3π 2 2 2 2 Sec: x ↦ �(x) = sec (x) Recorrido: ℝ- ]-1, 1[ No corta al eje X Corta al eje Y en el punto (0, 1) Es una función continua en los reales salvo en los punto en los que no está definida. La función es simétrica con respecto al eje y Presenta asíntotas en los puntos No es una función inyectiva. No es una función sobreyectiva. Máximos relativos: x = π Mínimos relativos: x = 0 y x = 2π Análisis de la función secante en el en el intervalo [0, 2π] Dominio: ℝ -{ π 2 + k� / k ∈ ℤ} π 3π , 0 , 0y , ... 2 2 1 -1 -2 2 3 -3 0 4 5 -4 -5 Mínimo relativo Mínimo relativo Máximo relativo Fig. 14. Tabla 13. Tabla 14. Tabla 15. π - 2 π 2 2π π x 5π 2 3π 2 {(0,1); π 6 , 3 3 2√ ; π 3 , 2 ; N.D. π 2 , ; – 22π 3 , ; 3 3 2√5π 6 , – ; (�, -1); 3 3 2√7π 6 , – ; – 24π 3 , ; N.D3π 2 , ; 25π 3 , ; 3 3 2√11π 6 , ; (2�, 1)}
- 70. Prohibidasureproducción 67 2.6. Gráfica de la curva trigonométrica cotangente Es la función trigonométrica inversa a la tangente se denota con cot y se define: cot (x) = cos (x) sen (x) ; sen(x) ≠ 0. Observemos las características que presenta en relación a su represen- tación gráfica y a su tabla de valores durante el periodo designado. Valores de X Radianes Valores de X (grados) �(x)= cot (x) (x, cot(x)) π 3 3 3 3 π N.D N.D 0 0 0 o 2π 0N.D π π 2π 5π 30o 60o 90o 120o 150o 180o 210o 240o 270o 300o 330o 360o 7π 4π 3π 5π 11π 6 3 3 33 3 2 3 6 - - -- 6 3 2 3 6 √ √ √ √ √3 √3 √3√3 Análisis de la función cotangente en el en el intervalo [0, 2π] y = cot (x) x π 3π , 0 , 0 2 2) )( ( 1 -1 -2 2 3 -3 0 4 5 -4 -5 2ππ cot : x ↦�(x) = cot (x) Recorrido: ℝ No corta al eje Y Corta al eje X en el punto Es una función continua en los reales salvo en los puntos en los que no está definida. La función es simétrica con respecto al eje origen. Presenta asíntotas en los puntos (0, 0); (π, 0) y (2π, 0) No es una función inyectiva No es una función sobreyectiva No tienen máximos ni mínimos relativos Es estrictamente decreciente en todo su dominio. Dominio: ℝ- {kπ}, con k ∈ Z π 3π , 0 , 0y 2 2 9. Representa gráficamente, sobre papel mi- limetrado, dos periodos de la función cot : x ↦�(x)= cot (x) en el intervalo [0, 4π]. Actividades 8. Representa gráficamente, sobre papel milimetrado, tres periodos de la función f (x) = sec x en el intervalo [0, 6π]. 7. Representa gráficamente, sobre papel milime- trado, dos periodos de la función tan : x ↦ f(x) = tan x en el intervalo [0, 4π]. 6. Representa gráficamente, sobre papel mili- metrado, cuatro periodos de la función csc : x ↦�(x) = csc (x) en el intervalo [0, 6π]. Fig. 15. Tabla 16. Tabla 17. {(0, N.D); 3√ π 6 , ; 3 3 √π 3 , ; 0 π 2 , ; 3 3 √2π 3 , – ; 3√ 5π 6 , ; (�, N.D); 3√ 7π 6 , ; 3 3 √4π 3 , – ; 0 3π 2 , ; 3 3 √5π 3 , – ; 3√ 11π 6 , – ; (2�, N.D)}
- 71. Prohibidasureproducción 68 2.8. Comparación de las características de las funciones seno y cosecante 2.7 Relación gráfica de las funciones seno y cosecante 1 -1 -2 2 3 -3 0 4 5 -4 -5 Minimo relativo (cosec) Máximo relativo (cosec) Minimo relativo (sen) Máximo relativo (sen) Seno Cosecante Dominio x ∈ ℝ x ∈ ℝ - { n.π }, con n ∈ Z Recorrido y ∈ [-1, 1] y ∈ ℝ -]1, -1[ Intersección eje X (0,0); ( π,0); ( 2π,0) No Intersección eje Y (0, 0) No Continuidad Sí es continua Sí es continua a excepción de los puntos en los que no está definida. Simetría Respecto al origen Respecto al origen Asíntotas No (0, 0); (π, 0) y (2π, 0) Inyectividad No No Sobreyectividad No No Máximo relativo Mínimo relativo Intervalos de crecimiento x ∈ [0, π/2] ∪ [3π/2, 2π] x ∈ [π/2 , π[ ∪ ]π, 3π/2] Intervalos de decrecimiento x ∈ ]π/2, 3π/2[ x ∈ ]0, π/2[ ∪ ] 3π/2, 2π[ Cóncava hacia arriba ( π, 2π ) ( 0,π) Cóncava hacia abajo ( 0,π) ( π, 2π ) π π 3π , 1 , 1 , - 1 2 2 2 3π , -1 2 Fig. 16. Tabla 18. sen csc � x y= sen (x) y= csc (x) 2�
- 72. Prohibidasureproducción 69 2.9. Comparación grafica de las funciones coseno y secante Minimo relativo (sec) Máximo relativo (sec) Minimo relativo (sec) Máximo relativo (cos) Máximo relativo (cos) Asintotasecante Máximo relativo (cos) 1 -1 -2 2 3 -3 0 4 5 -4 -5 2.10. Comparación de las características de las funciones coseno y secante Coseno Secante Dominio x ∈ ℝ x ∈ ℝ - {�/2+ k� / k ∈ ℤ} Recorrido y ∈ [-1, 1] y ∈ ℝ -]1, -1[ Intersección eje X No Intersección eje Y (0, 1) (0, 1) Continuidad Sí es continua Sí es continua a excepción de los puntos en los que no está definida. Simetría Respecto al eje y Respecto al eje Y Asíntotas No Inyectividad No No Sobreyectividad No No Máximo relativo (0, 1) y (2π, 1) (π,-1) Mínimo relativo (π,-1) (0, 1) y (2π, 1) Intervalos de Crecimiento x ∈ [–π/2, 0] ∪ [π, 2π] x ∈ [0 , π/2[ ∪ ]π/2, π] ∪ [2π, 5 π/2[ Intervalos de Decrecimiento x ∈ ]0, π[ ∪ ]2π, 5π/2] x∈]-π/2,0[∪]π,3π/2[∪]3π/2,2π[ Cóncava hacia arriba Cóncava hacia abajo π π – , 0 ; ; ; ⋃ π 3π 5π , 0 , 0 , 0 3π π 3π , 0, 0 y , ... 2 2 , 2 2 2 2 2 2 π 3π 2 , 2 π π , , , , – – π π ⋃ 3π 3π 5π 5π 2 2 2 2 2 2 2 2 Fig. 17. Tabla 19. cos sec x y = cos(x) y y = sec (x) � 2 3� 2 � 2 - 5� 2
- 73. Prohibidasureproducción 70 2.11 Comparación grafica de las funciones tangente y cotangente 1 -1 -2 2 3 -3 0 4 5 Asintotasecante Asintotatangente h(x) = tg(x) y p(x) = cotg(x) 2.12 Comparación de las características de las funciones tangente y cotangente Tangente Cotangente Dominio ℝ – {�/2+k�}; k ∈ ℤ ℝ - { n.π }, con n ∈ Z Recorrido ℝ ℝ Intersección eje X (0,0); ( π,0); ( 2π,0) Intersección eje Y (0, 0) No Continuidad Si es continua a excepción de los puntos en los que no está definida Si es continua a excepción de los puntos en los que no está definida Simetría Respecto al origen Respecto al origen Asíntotas (0, 0); (π, 0) y (2π, 0) Inyectividad No No Sobreyectividad No No Máximo relativo No No Mínimo relativo No No Intervalos de Crecimiento Creciente en todo su dominio No Intervalos de Decrecimiento No Decreciente en todo su dominio Cóncava hacia arriba x ∈ [0, π/2[ ∪ [π, 3π/2[ x ∈ ]0, π/2] ∪ ]π/2, 3π/2] Cóncava hacia abajo x ∈ ]-π/2, 0[∪]-π/2, π[∪]3π/2, 2π] x ∈ [-π/2, 0[∪[-π/2, π[∪]3π/2, 2π[ Puntos de inflexión (0, 0); (π, 0); (2π, 0) (-π/2, 0); (π/2, 0); (3π/2, 0) π π 3π 3π , 0 , 0 , 0 , 0 y y 2 2 2 2 Fig. 18. Tabla 20. 3� 2 � 2� x � 2 �– 2
- 74. Prohibidasureproducción 71 3. Uso de las TIC para graficar funciones (Calculadora Gráfica Desmos) Es un software gratuito en línea, mediante el cual es posible realizar diversas representacio- nes gráficas de varias tipos de funciones. Entre las características de las funciones, presenta las intersecciones en los ejes horizontal y vertical (acercando el cursor sobre el punto de interés y haciendo clic sobre el mismo), ade- más es posible convertir la función en la tabla de valores correspondiente. A continuación explicamos la manera de utilizarlo: A continuación realizaremos la gráfica de la función seno. 1. Ingresa a google: https://www.google.com.ec/ 2. Escribe «Desmos». 3. Selecciona Desmos Graphing Calculator haciendo un clic.
- 75. Prohibidasureproducción 72 4. Luego de dar doble clic, aparecerá una pantalla como esta. 5. Como ejemplo, representaremos la función: � : x ↦ �(x)=x2 + 4x + 3 , digitando en la pantalla de ingreso de funciones: y = x2 + 4x + 3. a. Digita y = x. y =x2 + 4x + 3 b. Activa el teclado ubicado en la esquina inferior iz- quierda, haciendo clic en el botón. d. Continúa digitando el resto de la función. + 4x + 3 e. Luego de terminar de ingresar la función, aparecerá la gráfica en la «pantalla de presentación de grá- ficas». Finalmente, para visualizar las intersecciones solo debemos acercar el cursor a los ejes horizontal y vertical, y luego, dar un clic. Aparecerán las intersecciones en forma de un par ordenado. c. Clic en la tecla para obtener el exponente 2. Presentación de la gráfica Ingreso de funciones Tabla 21. x y
- 76. Prohibidasureproducción 73 Gráfica de la función y: x ↦ y = x2 + 4x + 3, en la que se visualiza: las coorde- nadas de las intersecciones con los ejes y el vértice. 10. Utilizando la herramienta Desmos, determina la gráfica de las siguientes funciones, mostrando las intersecciones con los ejes. a. � : x ↦�(x)= x2 - x - 6 b. � : x ↦�(x)= x c. � : x ↦�(x)= sen x + 4 Actividades √ Tecla de funciones: Raíz cuadrada, raíz cúbica, exponenciales, trigo- nométricas, etc Botones de «alejamiento o acercamiento» Zoom x y https://goo.gl/JZTgcY https://goo.gl/JZTgcY x y
- 77. Prohibidasureproducción 74 3.1. Transformaciones e interpretación de funciones Las representaciones gráficas de las curvas trigonométricas, se ven modificadas cuando la variable se ve relacionada con alguna operación; esta correlación se interpreta mediante: traslaciones (verticales u horizontales), reflexiones (eje horizontal o eje vertical), compresión o alargamiento de las funciones con respecto a la representación original en su forma bási- ca, es decir sin relacionar las funciones con ninguna alteración. Definición de una curva trigonométrica Las funciones trigonométricas seno y coseno pueden expresarse de la siguiente forma: y = p sen(qx - r )+ s y y = p sen(qx - r) + s Donde p, q, r y s son constantes y las variables p y q no pueden tomar el valor de 0. Traslaciones Las traslaciones de las funciones trigonométricas, se evidencian considerando la variable s, si la variable s, se relaciona con la operación suma, este aumento se interpreta con una traslación vertical en el eje de las ordenadas (eje y), si se tiene: y=p sen(qx + r ) + s ⟶ la gráfica se traslada hacia arriba de su posición original. y=p sen(qx + r ) - s ⟶ la gráfica se traslada hacia abajo de su posición original. Observemos las siguientes gráficas. Como se observa, la función: y : x ↦y= sen x + 2 , se traslada dos unidades hacia arriba, así como y : x ↦ y= sen x - 3 se traslada tres unidades hacia abajo, ambas funciones con res- pecto a la función básica y : x ↦ y= sen x - 3. -5 -5 0 5 5 10-10 ⟶⟶ 1) y = sin (x) 2) y = sin (x) + 2 3) y = sin (x) - 3 Fig. 19. x Y
- 78. Prohibidasureproducción 75 En cambio, las traslaciones horizontales se relacionan, con el signo de la variable r, con una traslación en el eje de las abscisas (eje x), si se tiene: y = p sen(qx + r )⟶ la gráfica se traslada hacia la izquierda de su posición original. y = p sen(qx - r )⟶ la gráfica se traslada hacia la derecha de su posición original. En la función y : x ↦ y = sin(x + 1), se mueve una unidad a la izquierda con respecto a la función y = sen(x). En la función y : x ↦ y = sen (x - 3), se mueve tres unidades a la derecha con respecto a la función y = sen (x). 1) y = sen (x) 1) y = sen (x) 2) y = sen (x - 3) 2) y = sen (x + 1) 11. Grafica, en papel milimetrado, las funciones básica de y : x ↦ y = cos (x), además de las funciones y : x ↦ y = cos x + 3 y y : x ↦ y=cos x - 2, explicando las traslaciones. 12. Grafica, en papel milimetrado, las funciones básica de y : x ↦ y = sin (x), además de las fun- ciones y : x ↦ y = sen (x + 4) y y : x ↦ y = sen (x - 5), explicando las traslaciones. Actividades Los signos + y - , que llama- remos signos internos, por el hecho de encontrarse den- tro del paréntesis, se deben cambiar para recorrer la dis- tancia según la constante (número) que se indica. y también: B IÉN 0 5 10 0 5 10 Fig. 20. Fig. 21. Y X X Y
- 79. Prohibidasureproducción 76 13.Analiza gráficamente las reflexiones en los ejes de coor- denadas de la función y: x ↦ y = cos(x ). Actividades Como podemos observar, la función: y: x ↦ y = sen (-x) , se refleja sobre el eje vertical (y). Como podemos observar, la función: y: x ↦ y = - sen x, se refleja sobre el eje horizontal (x). Caso 2: Cuando se incluye un signo negativo antes del ángulo x. y: x ↦ y = sen (-x) ⟶ la gráfica se refleja sobre el eje y. Reflexiones La trasformación en reflejo se la puede intuir mediante la «colocación imaginaria» de un espejo sobre los ejes. Así: Caso 1: Cuando se incluye un signo negativo antes de la función. y: x ↦ y = - sen (x) ⟶ la gráfica se refleja sobre el eje x. Observemos la gráfica: 0 2 2 4 6 8 0 2 2 -2 -2-4-6 4 6 «colocacion del espejo» «colocacion del espejo» 1. y = sen (x) 1. y = sen (x) 2. y = sen (-x) 2. y = - sen (x) Fig. 22. Fig. 23. Y Y X X
- 80. Prohibidasureproducción 77 2 4 6 4 2 0 -2 -4 Como podemos observar, la función: y: x ↦ y = 2 sen (x) se estira dos unidades hacia arriba y hacia abajo con respecto a la función básica de y = sen (x). Además, de igual manera, la función: y: x ↦ y = 4 sen (x) se estira cuatro unidades hacia arriba y hacia abajo con respecto a la función básica y: x ↦ y = sen (x). Estiramientos y compresiones verticales Los estiramientos se caracterizan con el producto de un número con la variable p. Caso 1: Cuando se multiplica por un número mayor que 1. y = p sen (x) ⟶ la gráfica se estira con respecto a los puntos de referencia hacia arriba y abajo con respecto a los nodos de la función básica, el número de veces que indica la constante. Observemos la gráfica. 14. Analiza gráficamente los estiramientos y alarga- mientos en los ejes de coordenadas de la función y: x ↦ y = cos(x). 15. Analiza lo que debería suceder con los estiramientos y alargamientos en los ejes de coordenadas de las funcio- nes: y: x ↦ y = -2cos(x) y con y: x ↦ y = -5 cos (x). Actividades π π π 3π 3π 3π , 4 , 2 , 1 , -1 , -2 , -4 2 2 2 2 2 2 1. y = sen (x) 2. y = 2 sen (x) 3. y = 4 sen (x) Fig. 24. X Y
- 81. Prohibidasureproducción 78 16.Dibuja, en papel milimetrado, las compresiones vertica- les de la función y: x ↦ y = cos (x). 17. Analiza lo que debería suceder con las compresiones en los ejes de coordenadas de las funciones: y: x ↦ y = - 1 5 cos(x) y con y: x ↦ y = - 1 2 cos (x). Actividades Como podemos observar, la funciones: y: x ↦ y = 1 2 sen (x) , y: x ↦ y = 1 3 sen (x) se com- primen dos y tres unidades respectivamente, hacia arriba y hacia abajo con respecto a la función básica de y: x ↦ y = sen ( x ). Las compresiones verticales se caracterizan con el producto entre un número fraccionario y la variable p. Caso 2: Cuando se multiplica por un número mayor que cero y menor que la unidad. y = 1 2 p sen (x) ⟶ la gráfica se comprime con respecto a los puntos de referencia hacia arriba y abajo con respecto a los nodos de la función básica, el número de unidades que indica el denominador. Observemos la gráfica. 0 -1 1 2 2,51,5 3 1 0,5 -0,5 1,5,1,5, π π π , 1 , 0.5 , 0.3333 2 2 2 1. y = sen (x) 2. y = sen (x) 3. y = sen (x) 1 1 3 2 Fig. 25. x y
- 82. Prohibidasureproducción 79 18.Dibuja en papel milimetrado las compresiones y estira- mientos horizontales de la función y: x ↦ y = cos(x). Actividades Estiramientos y compresiones horizontales Los estiramientos horizontales se caracterizan con el producto de un número con la variable del ángulo (x). Caso 1: Cuando se multiplica por un número mayor que 1. y = p sen (x) ⟶ la gráfica se comprime horizontalmente, con respecto a los puntos de refe- rencia, hacia la izquierda el recíproco número de veces que indica la constante con respec- to a los nodos de la función básica (la gráfica se hace más pequeña). Observemos la gráfica. Caso 2: Cuando se multiplica por un número mayor que 0 y menor que uno (número fraccionario). y=1/d p sen (x) ⟶ la gráfica se estira horizontalmente, con respecto a los puntos de referen- cia, hacia la derecha el recíproco número de veces que indica la constante con respecto a los nodos de la función básica (la gráfica se hace más grande). Así tenemos la gráfica: Notamos que y: x ↦ y = sen 1 2 x , se estira horizontalmente el recípro- co de 1 2 , es decir la dos veces, con respecto a los nodos de la función básica de y: x ↦ y = sen(x). Como podemos observar, la función y = sen(2x), se comprime el recíproco de dos, es decir la mitad de ve- ces, hacia la izquierda con respecto a los nodos refe- renciales de la función bá- sica de y = sen (x). -1 1 10 2 2 3 4 5 6 -2 π π 3π 5π 3π , 1 , 1 , -1 , 1 , -1 4 2 4 4 2 -1 1 20 2 4 6 8 10101 π 3π , 1 , -1 3π, -1 π, 1 2 2 Fig. 26. Fig. 27. x x y y
- 83. Prohibidasureproducción 80 2 2 40 -2 -2-4 2 Resumen Transformaciones y = sen (x) Función básica y = sen (x) + 2 Traslación vertical y = sen (x + 4) Traslación horizontal y = -sen (x) Reflejo 1. y = sen (x) 2. y = sen (x) + 2 4. y = - sen (x) 3. y = sen (x + 4) 1 0 y x -1 1 0 y x -1 1 0 y x -1 1 0 y x -1 2 1 0 y x -1 -2 x y y: x ↦ y = sen (x) y: x ↦ y = cos (x) y: x ↦ y = tan (x) y: x ↦ y = cot (x)y: x ↦ y = csc (x) y: x ↦ y = sec (x) Fig. 28. Fig. 29. Tabla 22. x y
- 84. Prohibidasureproducción 81 1. Expresa en forma incompleja de segundos 860 45´52´´ 3. Expresa los siguientes ángulos en radianes. 2. Expresa los siguientes ángulos en grados. 5. Dada la siguiente gráfica, escribe y explica las transformaciones de la función básica y: x ↦ �(x) = sen x. Función básica : �(x) = sen (x) Función desplazada : �(x) = sen (x)+ 4 La gráfica se desplaza 4 unidades hacia arriba. Función desplazada : �(x) = sen (x) - 2 La gráfica se desplaza 2 unidades hacia abajo 4. Expresa los siguientes ángulos en grados. Problemas resueltos A Solución Solución Solución Solución 3600'' 3600'' 180o 180o 180o 180o 60'' 60'' 52'' 52'' = 309 600'' = 309600'' Simplificando 1080o Simplificando 1080o Simplificando 240o Simplificando 240o 312 352'' 312352'' = 2700'' = 2700'' 86o = 86o ∙ 86o = 86o ∙ 6π rad 6π rad π rad π radπ rad ∙ π rad ∙ 6π rad∙ 6π rad∙ 45'= 45'∙ 45'= 45'∙ 1o 1o πrad πrad πrad πrad 1' 1' a. a. b. b. 4 44 4 3 33 3 0 -5 5 5-5 10-10 y: x ↦ �(x)= sen (x) Fig. 30. x y
- 85. Prohibidasureproducción 82 Ejercicios y problemas 1 Funciones Trigonométricas 1. Observa la siguiente gráfica. 2. Elabora una tabla de valores de x con intervalos de desde 0 a 2π. 5. Grafica las funciones �(x) = sen(x) y �(x) = cos(x), utilizando el graficador Desmos. 3. Elabora una tabla de valores de x con intervalos de desde 0 a 4π. 4. Considerando la siguiente tabla. • Responde las preguntas. a. Escribe la función que representa la gráfica. b. Escribe el dominio de la función así como el recorrido. c. Escribe las intersecciones con los ejes horizon- tal y vertical, respectivamente. d. Escribe los máximos y mínimos que se observan. e. Escribe los intervalos donde la función es creciente. f. Escribe los intervalos donde la función es decreciente. • Responde las preguntas a. Escribe la función que representa la gráfica. b. Escribe el dominio de la función así como el recorrido. c. Escribe las intersecciones con los ejes horizon- tal y vertical, respectivamente. d. Escribe los máximos y mínimos que se observan. e. Escribe los intervalos donde la función es creciente. • Realiza la representación gráfica y responde las siguientes preguntas. a. Escribe la función que representa la gráfica. b. Escribe el dominio y recorrido de la función. c. Escribe las intersecciones con los ejes horizon- tal y vertical, respectivamente. d. Escribe los máximos y mínimos que se observan. e. Escribe los intervalos donde la función es creciente. f. Escribe los intervalos donde la función es decreciente g. Escribe si la gráfica tiene asíntotas. Explica. • Pararepresentar �(x)=tan(x) • Para representar �(x) = sen(x) 6. Observa la siguiente gráfica. 0 1 1 -1 2 3 4 5 6 7 8 π 5π 3π , 1 , 1 , -1 π, 0 2π, 0 2 2 2 π π 9 6 Valores de X Radianes Valores de X (grados) �(x)= sec x π 2 3 2 32 32 3 π N.D 2 1-2 0 1 0 o 2π N.D π π 2π 5π 30o 60o 90o 120o 150o 180o 210o 240o 270o 300o 330o 360o 7π 4π 3π 5π 11π 6 3 333 -2 3 2 2 3 6 -- 6 3 2 -1 3 6 √ √√√ 0 1 1 -1 2 3 4 5 6 7 8 π, 0 2π, 0 82 x y y x
- 86. Prohibidasureproducción 83 a. �: x ↦ �(x)= sen x; �: x ↦ �(x) = sen (x + 4) b. �: x ↦ �(x)= cos x; �: x ↦ �(x) = cos (x - 3) c. �: x ↦ �(x) = csc x; �: x ↦ �(x)= csc (x - 5) d. �: x ↦ �(x)= tan x; �: x ↦ �(x)= 2 tan (x + 1) e. �: x ↦ �(x)= sec x; �: x ↦ �(x)= 1 4 sec (x + 2) f. �: x ↦ �(x)= cos x; �: x ↦ �(x)= - cos (x + 2) g. �: x ↦ �(x)= ctg x; �: x ↦ �(x)= - cos (x + 2) 7. Reduce los siguientes ángulos a grados. 8. Expresa los siguientes medidas de grados en radianes. 9. Completa el siguiente cuadro de las características de variación de la función trigonométrica coseno. 10. Completa el cuadro de la tabla de valores de la función trigonométrica seno. 11. Grafica el siguiente par de funciones y establece dos observaciones con respecto a la compara- ción de las mismas. 11. Identifica los puntos máximos y mínimos relativos en el siguiente gráfico de la función y = sec (x). 12° 6' 50" 12,25° 89° 40' 150° 12° 32' 5" 12° 32' 5" 53° 36' 42" 120° 3° 12' 22" 110° 125° 42" 125° 42" b. b. d. d. f. f. a. a. c. c. e. e. 83 f. Escribe los intervalos donde la función es decreciente x Cuadrante Variación eje horizontal (x) Variación eje vertical (y) Concavidad I Decrece de 1 a 0 Cóncava hacia abajo II Entre a π Cóncava hacia arriba III Crece de -1 a 0 Cóncava hacia arriba IV Entre a 2π Crece de 0 a 1 π 3π 2 2 π – 2 3π 5π 2π 2 2 π 2 Valores de X Radianes Valores de X (grados) �(x)= sen x π π0 0 0 o 2π 3 3 π 1 2π 5π 1 1 30o 60o 120o 180o 210o 240o 300o 330o 360o 3π 5π 1 6 2 2 3 6 2 2 - - 2 2 - 1 3 2 √ √ 1 -1 -2 2 3 -3 0 4 5 -4 -5 y
- 87. Prohibidasureproducción 84 14. Responde a las siguientes preguntas. 15. Identifica y describe las transformaciones que se presentan en las siguientes funciones trigonométricas. 16. Grafica las funciones, utilizando el graficador Desmos; identifica el dominio y el recorrido de forma gráfica. 19. Escribe el proceso para expresar 53° 36' 42" en grados. 20. Utiliza el resultado obtenido en la pregunta ante- rior para expresarlo en radianes 24. Elabora una tabla de doble entrada en la que compares las representaciones gráficas seno – secante, coseno- secante y tangente – cotangen- te. 21. Escribe las características de la función seno. 22. Dibuja las funciones seno, coseno y tangente en intervalos de 15° 23. Dibuja las funciones secante, cosecante y co- tangente en intervalos de 15 ° 17. En los ejercicios anteriores, grafica dos periodos de las funciones, sin utilizar calculadora. 18. En los siguientes gráficos, especifica la amplitud de cada una de las funciones y explica las tras- laciones que se manifiestan. �(x) = - tan (x) a. �: x ↦ �(x) = 3 sen x b. �: x ↦ �(x) = - 8 cos x c. �: x ↦ �(x) = 0,25 sen x d. �: x ↦ �(x)= sen (x + 1) e. �: x ↦ �(x)= -0,5 sen (x + 4) f. �: x ↦ �(x)= -0,25 sen(x - 5) + 3 a. �(x) = -7sen x b. �(x) = cos (x - 3) c. �(x) = csc (x - 2) + 4 d. �(x)= sec (x + 3) e. �(x)= - cos (x - 2) - 2 2 Transformaciones a. ¿Cuántos tipos de transformaciones conoce? b. ¿Qué efecto genera el tipo de traslación horizontal? c. ¿Cómo identifica el tipo de transformación horizontal? d. ¿Cuántas formas de traslación horizontal pueden manifestarse? e. Explica la transformación en reflejo f. ¿En qué consiste la teoría del espejo? g. ¿Qué debe cambiar en una función para que represente una reflexión sobre el eje x? 1 2 -2 -4 -2-4-6-8 0 2 2 4 4 6 4444 3ππ π3π , 3, 3 , -3, -3 22 2 - 2 - -2 -4 -2-4-6-8 0 2 2 4 8 4 666666 �(x) = - 3 sen x 3π 3π π π,1.5 ,-1.5 ,-1.5 ,1.52 2 2 2 - - π π 12 12 -2 -4 -2-4 0 2 2 4 4 84 x x y y x y
- 88. Prohibidasureproducción 85 26. Grafica en papel milimetrado: 27. Utiliza la herramienta Desmos para representar las siguientes funciones en la misma gráfica. 28. Utilizando la herramienta Desmos, para represen- tar las siguientes funciones en la misma gráfica. 29. Algunas veces para obtener los términos de una sucesión se recurre a procedimientos que incluyen sucesivas operaciones más o menos complejas. Con la ayuda de los enlaces propuestos sobre el triángulo de Pascal: http://redescolar.ilce.edu.mx/redescolar2008/edu- continua/mate/lugares/ma2_01.htm www.disfrutalasmatematicas.com/triangulo-pascal. html www.disfrutalasmatematicas.com/sierpinski-triangu- lo.html Resuelve las cuestiones siguientes: a. ¿Cómo se construye el triángulo de Pascal? b. ¿Qué relación tiene con la sucesión de Fibonacci? c. ¿Qué sucesiones encuentras en las sucesivas diago- nales? d. ¿Qué sucesiones encuentras en las sucesivas diagonales? e. Si tomas cada fila como un número, ¿qué obtienes? a. La función �(x)=sen(x), en el intervalo [0;4π] . b. La función : �(x)=sen(x), en el intervalo [0;6π]. c. Identifica en cada uno de los gráficos, el do- minio, el recorrido, los puntos máximos y míni- mos, los intervalos de monotonía (creciente y decreciente). a. Representa la función : �(x)= tan (x). b. Representa la función : �(x)= - tan (x) c. Interpreta y compara lo que puede observar. a. Representa la función: �(x)= sec (x) b. Representa la función: �(x)= sec(x + 2) c. Representa la función: �(x)= sec(x - 4) d. Interpreta y compara lo que pudiste observar. 25. Escribe las funciones para las gráficas de color azul. a. f(x)= ............................................... d. f(x)= ............................................... c. f(x)= ............................................... b. f(x)= ............................................... -1 -1 0 1 1 2 3 4 5 6 -1 -1 0 1 1 2 3 4 5 6 85 -1 -1 0 1 1 2 3 4 5 6 0 1 1 -1 -1 2 3 4 5 6 x x x x y y y y
- 89. 86 Para finalizar 2 1 Analiza las siguientes preguntas, luego su- braya la respuesta correcta. a. ¿Cuál es la medida en radianes de un ángulo que mide 30 grados? a. El recorrido de la función seno es [-1, 1] b. La función tangente es inyectiva. c. La función secante corta el eje horizontal. d. La función seno interseca al eje vertical en (0 ,0) e. La función �: x ↦ �(x) = sen (x + 6) es una traslación. f. La función tangente tiene asíntotas. g. La función �: x ↦ �(x)= -cos(x) es una reflexión. h. La función inversa de secante es el coseno. b. El valor en grados de es c. Al expresar 53° 36' 42" en grados resulta: d. Al interpretar la función �: x ↦ �(x)= -cos(x + 2) • • 45o • 90o • 22,5o • 180o • 53,36° • 53,36° • 53,61° • 53,78° • Se mueve 2 unidades a la derecha y se refleja sobre el eje x. • Se mueve 2 unidades hacia arriba y se refleja sobre el eje y. • Se mueve 2 unidades a la izquierda y se refleja sobre el eje x. • Se mueve 2 unidades a la izquierda y se refleja sobre el eje y. • • • Responde verdadero (V) o falso (F). 86 π π π π π 4 2 5 6 3 AUTOEVALUACIÓN •Escribe la opinión de tu familia. •Pide a tu profesor sugerencias para mejorar y escríbelas. •Trabajo personal Reflexiona y autoevalúate en tu cuaderno: •Trabajo en equipo ¿Cómo ha sido mi actitud frente al trabajo? ¿He cumplido mis tareas? ¿He respetado las opiniones de los demás? ¿He compartido con mis compañeros y compañeras? ¿Qué aprendí en esta unidad? Prohibidasureproducción
- 90. Prohibidasureproducción 87 Funciones UD. 2 ZONA En la física SOCIEDAD En física se estudia las características de las on- das, que se pueden interpretar como cualquier tipo de perturbación que se propaga desde el punto en que se produjo hacia el medio que rodea ese punto. Curiosamente, la representación de las distancias de separación de la posición de equilibrio de las partículas al vibrar frente al tiempo dan una fun- ción matemática seno, que una vez representada en el papel, tiene forma de onda. El sonido es una onda que responde a las si- guientes características: Es una onda mecánica, que no puede despla- zarse en el vacío, necesitan hacerlo a través de un medio material (aire, agua, cuerpo sólido). La radio Ingeniero electrónico SENTIDO CRÍTICO SI YO FUERA.... La radiodifusión es un conjunto de prácticas so- ciales, culturales, comerciales, institucionales y gubernamentales, dirigidas al público general o a un grupo de personas en particular, mediante transmisiones de mensajes, sonidos y/o imáge- nes enviados en ondas electromagnéticas de RF («Radio» y «Televisión» principalmente). Su función es difundir periódicamente programas destinados a informar, entretener, comunicar, promocionar, alertar, etc. Viene de radius, que significa «rayo» en latín. Las Ondas de Radio son Ondas Electromagné- ticas de radiofrecuencia (RF) que transportan información. Son emitidas por las emisoras de Radiodifu- sión («Broadcasting»), formadas por una onda portadora de RF, transportando una señal de audiofrecuencia (AF), que corresponde a las transmisiones «radiofónicas» (voz transportada en ondas de radio) dirigidas al público general. Se dice que la Onda de Radio es una onda por- tadora de RF modulada por la señal de AF, y esta información se puede transportar modu- lando la amplitud A o modulando la frecuencia f de la onda portadora: Amplitud Modulada (AM, Amplitude Modula- tion), la onda de radio tiene la frecuencia de la Podría interpretar el tratamiento de las ondas de radio y televisión, optimizando en muchos casos la señal de recepción, adecuando las condicio- nes de emisión, mejorando la nitidez, sensibili- dad y amplificación de señales, y disminuyendo el ruido o las interferencias. Prohibidasureproducción 87 http://goo.gl/2sOXme Además de que exista un medio material, se re- quiere que este sea elástico. Un medio rígido no permite la transmisión del sonido, porque no permite las vibraciones. La propagación de la perturbación se produce por la compresión y expansión del medio por el que se propagan. La elasticidad del medio permite que cada partícula transmita la pertur- bación a la partícula adyacente, dando origen a un movimiento en cadena http://goo.gl/IVBcBy RF constante, y su amplitud A(t) está modulada en el tiempo t por la AF. Frecuencia Modulada (FM, Frequency Modula- tion), donde la portadora tiene amplitud A cons- tante y frecuencia f(t) modulada por la AF.
- 91. 3 Derivadas de funciones reales contenidOS: 1. Límite y derivadas • La idea intuitiva de límite – Estimación numérica • Cociente incremental • Derivada de una función – notaciones - definición • Cálculo de la derivada de una función mediante la definición de límites. • La derivada y algunas de sus reglas básicas en funciones polinomiales. • Interpretación física del cociente incremental (velocidad media). • Interpretación física del cociente incremental (velocidad instantánea) • Interpretación geométrica de la primera derivada • La derivada de funciones polinomiales utilizando TIC • Derivada de una función racional mediante la definición de límites. • La derivada de funciones racionales utilizando TIC • Segunda derivada de funciones polinómicas. • Interpretación física de la segunda derivda (ace- leración media) • Interpretación física de la segunda derivda (ace- leración instantánea) • Monotonía de funciones polinomiales de grado ≤ 4 • Análisis de intervalos (crecientes, decrecientes, y constantes) • Máximos y mínimos de una función 88 Prohibidasureproducción
- 92. Prohibidasureproducción Prohibidasureproducción En Internet Una búsqueda en Google debe recorrer un gran número de páginas web, y des- pués ordenarlas para el usuario. Para dar mayor o menor relevancia a un resultado, Google utiliza un algoritmo que cuenta la cantidad de páginas con un link al mismo. En el reporte http://bit.ly/1Gs6r3D puedes aprender más acerca del proceso. En la ingeniería electrónica el paso de corriente se calcula mediante sistemas de ecuaciones, y en informática el manejo de datos se realiza mediante matrices ordenadas. En este capítulo aprenderás a utilizar estos recursos para resolver varios problemas. En contexto http://goo.gl/fuH5QI 89
- 93. Prohibidasureproducción 90 La idea intuitiva de límite La noción de límite constituye uno de los conceptos impor- tantes para introducirse al estudio del cálculo. En nuestras actividades cotidianas, figuramos la noción de límite cuando en una competición automovilística se obser- van vehículos a punto de colisionar, o también en una grúa cuando estamos aproximadamente cerca de exceder su capacidad de carga, se dice que el equipo de izaje se en- cuentra al límite de su capacidad. Considerando la función: �(x)= 2x + 1, determinemos. a. La imagen de la función cuando x = 2. b. La imagen de la función cuando x está muy cercano (límite) a 2. Para interpretar la situación del problema, realizamos el análisis de la tabla de valores, así como las respectivas representaciones gráficas. Ejemplo1 a. Imagen cuando x = 2 b. Imagen cuando x se aproxima a 2 Utilizamos valores enteros mayores y menores a 4. Utilizamos valores un tanto mayores y un tanto menores a 4. Observamos en la gráfica que cuando x = 2 en- tonces �(x)= 5. En el punto (2, 5), se observa un «agujero» (dis- continuidad), que indica que a pesar de que x no puede ser igual a 2, se acerca mucho a 2, y entonces �(x) se «proyecta» o se aproxima a 5. Utilizando límites, se denota: lim (2x + 1) = 5x→2 x ... 0 1 2 3 4 ... �(x) ... 1 3 5 7 9 ... x ... 1,98 1,99 2,01 2,02 2,03 ... �(x) ... 5,96 5,98 5,02 5,04 5,06 ... -5 -5 0 5 5 -5 -5 0 5 5 2, 5 2, 5 http://goo.gl/PST9OC Tabla 1. x x y y
- 94. Prohibidasureproducción 91 Estimación numérica de un límite Considerando la función: �: x ↦ �(x)= x2 - 4 , x ≠ 2 x - 2 Supongamos que es posible representar grá- ficamente la función f, pero es notable obser- var que cuando x = 2, la función no podría representarse, debido a que se anula el de- nominador. Para observar el comportamiento de la fun- ción, generamos una tabla de valores que se aproximen a dos por la izquierda y por la derecha, es decir utilizamos valores un poco menores y un poco mayores que 2, como se ilustra en la siguiente tabla. Como es notable, el límite de la función es 4, debido a que se acerca por la izquierda y por la derecha. Ejemplo2 x ... 0,98 0,99 1,01 1,02 1,03 ... �(x) ... ... (x,�(x)) x ... 3,98 3,99 4,01 4,02 4,03 ... �(x) ... ... (x,�(x)) x ... -0,1 -0,001 0,001 0,1 ... �(x) ... ... (x,�(x)) x ... -0,99 -0,98 1,01 1,02 ... �(x) ... ... (x,�(x)) x ... 1,98 1,99 2,01 2,02 2,03 ... �(x) ... 3,98 3,99 4,01 4,02 4,03 ... -2 -4 -2-4 0 2 4 2 4 1. Considerando los siguientes límites, completa las tablas respectivas y estima el límite. Compara el resultado con la representación gráfica respectiva. a. lim (x2 + 6x) b. lim c. lim d. lim Actividades x→1 x→0 x→4 x→-1 x2 + 6x x2 - 6x + 8 x2 + 2x + 1 x x - 4 x + 4 Un número real L es el límite de una función � cuando x tiende o se aproxima a x0 si y solo si para cualquier número real positivo Ɛ, por pequeño que sea, existe un número real positivo δ, tal que para todo x ≠ x0 , si la distancia entre x y x0 es menor que δ, entonces la distancia entre �(x) y L es menor que Ɛ. x→x0 lim �(x) = L ⇔ A Ɛ > 0, E δ > 0 : 0 < |x - x0 | < δ ⇒ |�(x) - L|< Ɛ L + Ɛ L - Ɛ x0 - δ x0 + δx0 x L �(x) Fig. 1. x x y y �(x)
- 95. Prohibidasureproducción 92 Cociente incremental En la situación: dos personas en su automóvil se trasladan desde un punto A hasta el punto B; las siguientes gráficas muestran la distancia recorrida por los móviles. Analizando las gráficas, observamos que el tiempo invertido en el viaje y el número de kiló- metros es el mismo para los dos móviles, (5 horas, 250 kilómetros). Cabe preguntar: ¿Por qué las gráficas de movimiento son diferentes? Debido al cambio de velocidad, el móvil 1 se desplaza con velocidad variable, mientras que el móvil 2 lo hace con velocidad constante. En el móvil 2, la velocidad coincide con la pendiente de la recta, la cual denominaremos velocidad media. Así tenemos entonces: 10 50 2 100 3 150 4 200 5 250 6 7 505005050 10 2 3 4 5 6 7 50 100 150 200 250 505005050 5, 55, 5 0, 00, 0 Tiempo (horas) Distancia(km) Móvil 1 Móvil 2 5h ∙ 250km Suponiendo que el movimiento de un cuerpo se interpreta según la ecuación: y = 25t2 , donde la distancia se mide en metros, determinemos la velocidad media considerando los 4 primeros segundos de caída. Considerando que b= 4 y que a= 0, utilizando la expresión del cociente incremental, tenemos: Ejemplo3 velocidad media = velocidad media = velocidad media = Reemplazamos en la expresión t= 4 y t= 0 respectivamente. �(b) - �(a) 25(4)2 = 100 Resolvemos la potencia y el cociente 25(4)2 - 25(0)2 b - a 4 4 - 0 m s velocidad media = , donde ∆y y ∆x miden los cambios en los ejes respectivos El cociente = es conocido como cociente incremental, el cual indica el incremento de la variable y con respecto a x. ∆y ∆x ∆y �(b) - �(a) ∆x b - a Fig. 2. Fig. 3. y y xx
- 96. Prohibidasureproducción 93 Derivada de una función La derivada de una función mide el cambio o la variación de una variable con respecto de otra. Para intuir este concepto, observamos que la pendiente, o inclinación, de una carretera es la derivada de la altura res- pecto a la distancia horizontal. La velocidad en módulo es la derivada de la distancia reco- rrida con respecto al tiempo. Así, el odómetro de un automóvil, se lo puede interpretar como una máquina de derivar. Diferentes notaciones de la derivada de una función Las formas más conocidas para expresar la derivada según: Leibniz: El cociente dy dx se lee: «derivada de y con respecto a x». Esta notación tie- ne la ventaja de sugerir a la derivada de una función con respecto a otra como un cociente de diferenciales. Lagrange: La expresión �'(x) se lee «f pri- ma de x» , es la notación más simple para diferenciación. Euler: La expresión Dx � se lee «d sub x de �». Al proceso de calcular la derivada de una función se deno- mina derivación. Una función es derivable en x siempre y cuando su deriva- da en x exista, y además, también es derivable en un inter- valo abierto siempre y cuando sea derivable para todos y cada uno de los elementos del conjunto determinado por el intervalo. Una función derivable es continua pero el reciproco no se cumple. http://goo.gl/RO2lCx La derivada de �'(x) de x está dada por: �(x + h) - �(x) h �' (x)= lim h→0 http://goo.gl/CI5H4y http://goo.gl/LnfXMw http://goo.gl/vMMM9l Lagrange Euler Leibniz Definición de la derivada de una función
- 97. Prohibidasureproducción 94 Cálculo de la derivada de una función mediante la definición de límites En los procesos esenciales para obtener la derivada intervienen: productos notables, simpli- ficación de expresiones semejantes y sustituciones numéricas; así tenemos: 2. Suponiendo que el movimiento de un cuerpo se interpreta según la ecuación: y= 10t2 , determina la velocidad media considerando los dos primeros segundos de caída. 3. Suponiendo que el movimiento de un cuerpo se interpreta según la ecuación: y= 3t2 - 2, determina la velocidad media considerando los cinco primeros segundos de caída. 4. Determina la derivada de las funciones utilizando la definición de la derivada. a. �: x ↦ �(x)= -16x + 9 b. �: x ↦ �(x)= 5x c. �: x ↦ �(x)= x2 - x d. �: x ↦ �(x)= 4x3 + 3x + 2 e. �: x ↦ �(x)= x - 6x2 Actividades Ejemplo No 1 Ejemplo No 2 Determinemos �'(x) para �: x ↦ �(x)= 8x + 5 Determinemos �'(x) para �: x ↦ �(x)= -5x2 - 3 En cada variable x insertamos la adición de h; luego restamos la función original. Propiedad distributiva en los paréntesis. Productos notables y propiedad distributiva en los paréntesis. Reducimos términos semejantes Simplificamos h Sacamos el factor común y simplificamos Finalmente, calculamos el límite reemplazando h por 0 �'(x) = 8 �'(x)= -10x 8 (x + h) + 5 - (8x + 5) 8x + 8h + 5 - 8x - 5 8h 8h -5 (x + h)2 - 5 - (-5x - 3) -5x2 - 10xh - 5h2 - 3 + 5x2 + 3 - 10xh - 5h2 -5h (2x + h) �'(x) = �'(x) = �'(x) = �'(x) = �'(x) = �'(x) = �'(x) = �'(x) = lim lim lim lim lim lim lim lim h h h h h h h h h→0 h→0 h→0 h→0 h→0 h→0 h→0 h→0 Tabla 2.
- 98. Prohibidasureproducción 95 La derivada y algunas de sus reglas básicas en funciones polinomiales A continuación se presentan algunas reglas básicas de la derivación, las cuales permitirán calcular las derivadas sin el uso de la definición de la derivada por límites. Hallamos las derivadas de: Hallamos las derivadas de: Estudiaremos el resto de reglas en el curso superior, debido a que el propósito de explicar únicamente las reglas mencionadas es que el estudiante pueda verificar los resultados ob- tenidos en la diferenciación por límites. Hallamos las derivadas de: 5. Deriva las funciones utilizando las reglas de diferenciación básicas (reglas 1 a 3). a. a. a. a. d. b. e. c. f. b. b. b. c. c. c. d. �: x ↦ �(x) = - 5 �: x ↦ �(x) = - 5x3 entonces �'(x)= 0 entonces �'(x)= -15x2 entonces �'(x)= 3x2 + 16x entonces �'(x)= 0 entonces entonces �'(x)= 0 entonces �'(x)= 45 x4 entonces �'(x)= 45 x4 + 36x2 entonces �'(x)= 8x-3 entonces �'(x)= 8x-3 - 15 �: x ↦ �(x) = 9πc �: x ↦ �(x) = 9x5 �: x ↦ �(x) = x3 + 8x2 �: x ↦ �(x) = -5x2 + 8 �: x ↦ �(x) = -12x2 + 8x + 15 �: x ↦ �(x) = -5π3 �: x ↦ �(x) = - 20x2 + 12 �: x ↦ �(x) = -e2 + �: x ↦ �(x) = πx+ 5 �: x ↦ �(x) = 9x5 + 12x3 �: x ↦ �(x) = -4x-2 - 15x �: x ↦ �(x) = - 4x-2 �: x ↦ �(x) = d d π 3 5 dx dx = 0 + √ 5 √ 3 3 7 √ √ Actividades Regla 1: Sea la función constante definida por: �: x ↦ �(x) = k, donde k es constante. La derivada de una función constante es cero. �'(x)= 0. Explica que al derivar una función constante, en general un número real, entonces la derivada es cero. Regla 2: Sea la función definida por: �: x ↦ �(x) = xn . La derivada de esta función es �'(x)= nxn-1 . Cuando n es cualquier número real. Explica que el exponente multiplica a la función y que la base x tiene una nueva potencia reducida en una unidad, con respecto a la función inicial. Regla 3: La derivada en la adición o sustracción. Siendo las funciones g y h diferenciables: Expone que la derivada de la suma o la resta de funciones es la suma o diferencia de las derivadas independientes de cada función de manera independiente. g' (x) - h'(x) g' (x) + h'(x)sea �(x) = g(x) + h(x) ⇒ �'(x)= sea u(x) = g(x) – h(x) ⇒ u'(x)=
- 99. Prohibidasureproducción 96 La noción de derivada se explica de dos mane- ras: mediante la representación geométrica y la física. La representación física hace referencia a la tasa de variación que existe en el intervalo (t, t + h). Llamamos tasa de variación a la diferencia que existe entre el punto (t) y (t + h), está se represen- ta por ∆t, así tenemos que: ∆t= [�(t + ∆t) - �(t)] Se define como velocidad media (vm ) al cociente entre la distancia recorrida (∆s) y el tiempo trans- currido (∆t). Interpretación física del cociente incremental (velocidad media) Ejemplo4 (t + h) s(t) t R Q P β ∝ ∆s s(t+∆t) ∆t a. La posición inicial. b. La velocidad media en el intervalo de 2s a 5s. Una partícula se desplaza conforme a la expresión s: t ↦ s (t) = 4t2 - 2t + 3; esta se encuentra expresada en metros (m) y el tiempo en segundos (s); determinemos. a. Posición inicial Para encontrar la posición inicial, reemplazamos en la función el tiempo inicial (t0 ) en el que se despla- zaba la partícula, en este caso parte del reposo, por lo tanto (t0 )= 0. s (t) = 4t2 - 2t s (0) = 4(0)2 - 2(0) + 3 s (0)= 3 m b. Velocidad media en el intervalo t = 2s hasta t = 5s. Primero reemplazamos el valor de 2 s en la ecua- ción inicial, luego hacemos lo mismo con el valor de 5 s. s(t) = 4t2 - 2t + 3 s (2) = 4(2)2 - 2(2) + 3 = 15m s (5) = 4(5)2 - 2(5) + 3 = 93 m Utilizamos la expresión de cociente incremental (pág. 88) velocidad media = La velocidad media de la partícula 93 - 15 5 - 2 ∆s Vm = 78 = = 26 m/s= ∆t 3 La velocidad media está determinada por un intervalo de tiempo, ya sea este (t, (t+h));además debemos tener en cuenta que la velocidad inicial siempre será 0; recuerda que debes trabajar en las unidades que el problema lo requiera. �(t + ∆t) - �(t)∆s == ∆t vm (t) ∆t f(b) - f(a) b - a Tabla 3. Fig. 4. y x
- 100. Prohibidasureproducción 97 6. Resuelve. a. La posición de un automóvil se encuentra determinada por s: t ↦ s(t)= 4t3 - 4t2 + 5t - 1. Determina su posición inicial y su velocidad media en el intervalo [5,11]. b. La función posición de un punto está determinada por s: t ↦ s(t)= 2t3 - 4t - 5. Determina la expresión para la velocidad media en el intervalo [t, (t + h)] y halla la velocidad en el intervalo [3, 5]. c. Una autobús se desplaza 100 m con una velocidad de 3 m s , luego incre- menta su distancia a 250 m con una velocidad de 7 m s y finalmente, alcan- za una velocidad de 9 m s con 333 m. Determina la velocidad media entre sus desplazamientos. Actividades Ejemplo5 Un ciclista avanza 85 m con una velocidad de 2,4 m⁄s; luego, incrementa su distancia a 103 m con una velocidad de 4,6 m⁄s durante una trayectoria lineal. Determinemos la velocidad media desarrollada por el ciclista. Cálculo del tiempo Para obtener la velocidad media, requerimos el tiempo en el que se desplazó la bicicleta; para ello, optamos por la fórmula de d = v ∙ t y despejamos el tiempo, donde se tendrá que : Se tiene como datos: d1 = 85 m; v1 = 2,4 ; d2 = 103m y v2 = 4,6 Su velocidad media en el intervalo t = 35,42s hasta t = 22,39s. Como ya obtuvimos los valores del tiempo respec- tivos y tenemos los datos de las distancias, reem- plazamos estos datos en la fórmula de la velocidad media. Recordemos que se debe considerar el valor abso- luto de la velocidad media. m m d1 ∆s 18 d2 85 103 ; t1 = ; t2 = ; t1 = 35,42 s ; t2 = 22,39 s t1 = vm = vm = vm = 1,38 La velocidad media del ciclista es 1,38 t2 = m s s v1 ∆t 13,03 v2 2,4 4,6 s 103 - 85 vm = 22,39 - 35,42 d t = v Tabla 4. https://goo.gl/7bXGY9
- 101. Prohibidasureproducción 98 La velocidad instantánea es definida como el límite de la velocidad media cuando ∆t tiende a 0. Cuando el límite no existe, lo denomina- mos como indeterminado. Existen dos pro- cesos para conseguir la velocidad instan- tánea, la primera es utilizando la fórmula del límite cuando la variación del tiempo tiende a 0, y la segunda es obtener la pri- mera derivada del desplazamiento que se denota como s'(t) o v(t), utilizando las reglas para derivar. La velocidad instantánea se determina en un tiempo específico. Interpretación física del cociente incremental (velocidad instantánea) �(t + ∆t) - �(t)∆s == ∆t vm (t) ∆t s(t) t Ejemplo6 La ecuación de desplazamiento de un objeto que parte del reposo y cae libremente por acción de la aceleración de la gravedad, está determinada por s: t ↦ s(t) = 8t2 - 5t + 2. Determinemos la velocidad instantánea del objeto cuando t = 4,7s (utilice la primera derivada y la definición de límite). Primer método: Utilizando la fórmula del límite cuando ∆t tiende a cero. Reemplazamos (4,7 + ∆t) en el numerador, en las variables t, y luego restamos �(4, 7). Resolvemos los productos notables y aplicamos la propiedad distributiva en los ( ). Reducimos los términos semejantes. Determinamos el factor común y simplificamos. Determinamos el valor del límite reemplazando ∆t por 0. �(4,7 + ∆t) - �(4, 7) 70,2∆t +8 ∆t2 ∆t(70,2 +8 ∆t) ∆t(70,2 +8 ∆t) = 70,2 8(4,7 + ∆t)2 - 5(4, 7 + ∆t) + 2 - (8(4,7)2 - 5 (4,7) + 2 8(22,09 + 9,4∆t + ∆t2 ) - 23,5 - 5∆t + 2 - (176,72 - 23,5 + 2) 176,72 - 75,2∆t + 8 ∆t2 - 23,5 - 5∆t + 2 - 176,72 + 23,5-2) v = v = v = v = v = v = v = lim lim lim lim lim lim lim ∆t ∆t ∆t ∆t ∆t ∆t ∆t→0 ∆t→0 ∆t→0 ∆t→0 ∆t→0 ∆t→0 ∆t→0 m s Fig. 5. y x ∝
- 102. Prohibidasureproducción 99 Respuesta: La velocidad instantánea es 70,2 Segundo método: Utilizando las reglas básicas de derivación (página 91). Determinamos la primera derivada de la función: s (t) = 8t2 - 5t + 2. Aplicando las reglas 1, 2 y 3. s'(t) = 16t - 5 Reemplazamos el valor de t = 4,7 segundos s'(4,7) = 16(4,7) - 5 Resolvemos las operaciones m s m v = 70,2 s 7. Se lanza hacia arriba una bola de béisbol con una velocidad inicial de 115 m s , su distan- cia s en función de t está dada por s: t ↦ s(t)= 115t - 10t2 . Halla la velocidad que alcanza en t = 3 y t = 12. 8. El desplazamiento en metros de una partícula que se mueve en línea recta se expresa con s: t ↦ s(t) = 2t3 + 5t2 - 3t, donde t está expresada en segundos. Halla la velocidad instantánea cuando t = 5. Actividades Se deja caer una piedra desde un edificio de 300 metros de altura. ¿Cuál es el tiempo en el que la piedra llega al suelo y con qué velocidad lo hace? Razonamiento: Es notable que en el enunciado del ejercicio no disponemos del valor del tiempo, por ende, lo primero que se debe hacer es calcularlo. Sea la ecuación de caída libre: 1s(t) = vo + gt2 2 y sabiendo que vo = 0 (se deja caer), s = 300m y que el valor de g = 9,8 m s2 , resulta la expresión: 300 = 4,9t2 Despejamos la variable tiempo. Derivamos la expresión: s(t) = 4,9 t2 La piedra llega al suelo en 7,8 segundos con una velocidad de 76,44 Ejemplo7 m m s'(t) = 9,8 t ; s'(7,8) = 9,8 (7,8) ; s'(7,8) = 76,44 s s 300 300 4,9 t2 = 300; t2 = t = � t = 7,8 s; ; 4,9 4,9 Es notable que los resultados obtenidos, utilizando los dos métodos, son iguales.
- 103. Prohibidasureproducción 100 La interpretación geométrica de la prime- ra derivada hace referencia a la pendien- te de la curva que se genera mediante el movimiento de los puntos P, Q. Los puntos Q y R son colineales, es decir, siempre van a estar ubicados en la misma recta si existiere algún desplazamiento. La línea recta de color azul representa a la secante de la curva; esta, al experimentar el desplazamiento del punto Q, y por con- siguiente, el traslado del punto R hacia P, se transforma en la tangente de la curva ; entonces, tenemos que h tiende a 0. La interpretación geométrica de la primera derivada, da lugar a dos tipos de rectas: tangen- te y normal. • La recta tangente tiene por pendiente �'(x0 ); se define en ((xo , �(xo )); solo está definida si � es derivable en x0 . • La recta normal pasa por ((xo , �(xo )) y es perpendicular a la recta tangente en ese punto. Si se tienen dos rectas L1 y L2 perpendiculares y m1 es la pendiente de L1 , entonces la pendiente de la recta normal será - , por lo tanto mnormal = - El siguiente cuadro muestra las expresiones de las pendientes con sus respectivas ecuacio- nes para las rectas: tangente y normal correspondientemente. Interpretación geométrica de la primera derivada 1 1 m �' (x0 ) β [�(x) + h] - �(x) ∝ Recta tangente Recta normal Pendiente: mtangente = lim Cuando el límite exista. Pendiente: mnormal = Ecuación de la recta tangente a la gráfica de � en ((xo , �(xo )) y - �(x0 )= �'(x0 )(x - x0 ) Ecuación de la recta normal a la gráfica de � en ((xo , �(xo ))) y - �(x0 ) = ∆y = �'(x)= limtan α hh→0 h→0 �(x + h) - �(x) �'(x0 ) �'(x0 ) (x - x0 ) h 1 1- (x + h) (x0 , y0 ) f(x) f(x + h) x h R Q P } Tabla 5. Fig. 6. y x
- 104. Prohibidasureproducción 101 Cálculo de la recta tangente Cálculo de la recta normal Primero determinamos la pendiente mtangente = lim La pendiente para la recta normal mnormal = Como: m tangente = 3 entonces mnormal = - Ecuación de la recta tangente y - �(x0 )=�'(x0 )(x - x0 ) y + 1= 3(x - 1) y + 1= 3x - 3 Ecuación: 3x – y – 4 = 0 Ecuación de la recta normal y - �(x0 )= - y + 1= - (x - 1) 3y + 3= - x + 1 Ecuación: x + 3y + 2 = 0 �(x + h) - �(x) �'(x0 )h 1 - Ejemplo8 Determinamos la ecuación de la recta tangente y la recta normal a la gráfica de la función �: x ↦ �(x)=x3 - 2 en el punto (2, 0) �: x ↦�(x)=x3 – 2 , con las rectas tan- gente y normal en el punto (2,0) (x + h)3 - 2 - (x3 - 2) 3x2 h + 3xh2 + h3 Por lo tanto �'(x)= 3x2 �'(1) = 3(1)2 = 3; mtangente = 3 3x2 x3 + 3x2 h + 3xh2 + h3 - 2 - x3 + 2 �(4,7 + ∆t) - �(4, 7) lim lim lim lim h h h ∆t h→0 h→0 h→0 h→0 1 3 h→0 1 3 5 5 10 10-10 -10 -5 -5 0 �: x ↦�(x) = x3 - 2 3x - y - 4 = 0 x + 3y + 2 = 0 Función Recta tangente Recta normal Tabla 6. y x
- 105. Prohibidasureproducción 102 1. Ingresa a www. google.com 2. Busca «Desmos» y selecciona: Desmos Graphing Calculator 3. Ingresa al graficador haciendo clic. 4. En la pantalla de ingreso de funciones, digita la función y la derivada La derivada de funciones polinomiales utilizando las TIC Un graficador nos permite representar las funciones de manera rápida y eficiente, y provee la alternativa de poder verificar las gráficas que se obtienen mediante el trazo manual. Para graficar la derivada de funciones polinomiales, sugerimos el siguiente proceso: �(x)= 3x2 + 1 d dx 3x2 + 1 «Mostramos el teclado» En el mismo, hacemos clic en el siguiente orden: En el mismo, hacemos clic en el siguiente orden: Hacemos clic en «misc» «Mostramos el teclado» Tabla 7.
- 106. Prohibidasureproducción 103 5. En la pantalla se visualizará el siguiente resultado: 9. Utilizando el graficador Desmos, determina las representaciones gráficas de la función con su respectiva derivada. a. �: x ↦�(x)= 8x2 - 5 b. �: x ↦�(x)= x3 - 5 c. �: x ↦�(x)= x4 - 4x3 + 8x d. �: x ↦�(x)= - x5 - Actividades 2 5x4 + x- 12 3 7 Como muestra la gráfica, una función cuadrática (azul) de segundo grado, luego de derivar, resulta una función lineal (verde) de grado 1. Es notable en el gráfico que, al derivar una función polinomial, la derivada resulta una función de grado menor. y x
- 107. Prohibidasureproducción 104 Derivada de una función racional mediante la definición de límites De forma análoga, es posible obtener la derivada de una función racional cuyos esenciales son: adición y/o sustracción de fracciones algebraicas, fracciones complejas, simplificación de expresiones semejantes y sustituciones numéricas; así tenemos: 10.Determina la ecuación de la recta tangen- te y la recta normal a la gráfica de la fun- ción �: x ↦�(x)= x2 + 2 en el punto (1, 3). Realiza la representación gráfica de la función y de las rectas: tangente y normal. 11. Determina la ecuación de la recta tan- gente y la recta normal a la gráfica de la función �: x ↦�(x)= x3 - 4 en el punto (2, 4). Realiza la representación gráfica de la función y de las rectas tangente y normal. 12. Determina la derivada de las funciones racionales utilizando la definición de la derivada por límites. Actividades 5x 4 x - 3 �: x ↦�(x) = �: x ↦�(x) = �: x ↦�(x) = x + 3 x2 - 1 x + 1 a. b. c. Ejemplo No 1 Ejemplo No 2 Determine �'(x) para �(x)= En cada variable x insertamos la adición de h; luego, restamos la función original. Resolvemos la diferencia de fracciones algebraicas Dividimos las fracciones algebraicas Reducimos los términos semejantes y simplificamos las fracciones Finalmente, calculamos el límite reemplazando h por 0 (x + h) x + h - 4 x + h (x - 4) (x - 4) (x - 4)2 x2 (x + h) (x) (x + h) (x) (h) (x + h) (x) (h) h(x + h - 4) (x - 4) h(x + h - 4) (x - 4) (x + h - 4) (x - 4) 3 3 �'(x) = �'(x) = �'(x) = �'(x) = �'(x) = �'(x) = �'(x) = �'(x) = �'(x) = �'(x) = lim lim lim lim lim lim lim lim h h 3 x x - -43 - 3x - 3x - 3h 3x - 3x - 3h 3h x2 + xh - 4x - 4h - x2 - xh + 4x x2 + xh - 4x - 4h - x2 - xh + 4x x2 + xh - 4x - 4h - x2 - xh + 4x - x x h h h→0 h→0 h→0 h→0 h→0 h→0 h→0 h→0 Determine �'(x) para �(x)= Tabla 8.
- 108. Prohibidasureproducción 105 La derivada de funciones racionales utilizando las TIC Para graficar la derivada de funciones racionales, sugerimos el siguiente proceso: 1. Ingresa a www. google.com 2. Busca «Desmos» y seleccionamos: Desmos Graphing Calculator 3. Ingresa al graficador haciendo clic. 4. En la pantalla de ingreso de funciones, digita la función y la derivada d dx x+ 3x+ 3 �(x) = xx «Mostramos el teclado» En el mismo, hacemos clic en el siguiente orden: En el mismo, hacemos clic en el siguiente orden: «Mostramos el teclado» Hacemos clic en «misc» Tabla 9.
- 109. Prohibidasureproducción 106 13. Utilizando el graficador Desmos, determina las representaciones gráficas de la función con su respectiva derivada. a. �: x ↦�(x)= b. �: x ↦�(x)= c. �: x ↦ �(x)= d. �: x ↦ �(x)= Actividades 4 x - 5 x - 1 x2 - 1 x2 - 1 x + 1 5 x - 3 5. En la pantalla se visualizará el siguiente resultado: En la gráfica se aprecia �(x)= x + 3 x con asíntota vertical en x = -3 y su respectiva derivada, que resulta la función �(x)= (x + 3)2 3 con asíntota horizontal y = 0. y x
- 110. Prohibidasureproducción 107 Segunda derivada de funciones polinómicas Sea n un número natural y sean a0 , a1 , a2 ,…, an-1 ,an números reales con an ≠ 0, entonces la fun- ción polinómica de x de grado n viene terminada por la siguiente expresión: �(x)= an xn + an-1 xn-1 + ⋯ + a2 x2 + a1 x1 +a0 ; todos los términos expresados por a se denominan coeficientes (a1 , a2 , …, an-1 ), en tanto que a0 , término independiente o término constante. Entre las funciones polinómicas tenemos: funciones constantes, funciones cuadráticas, fun- ciones cúbicas, funciones a trozos, funciones radicales y funciones racionales. Si la primera derivada de una función es factible y además es diferente de un coeficiente, entonces podremos continuar derivando la función hasta que esta sea realizable. Mediante la segunda o demás derivadas, podemos conocer la pendiente de la recta tan- gente a la curva que deseamos analizar, y esto lo podemos comprobar en su gráfica. Ejemplo9 Hallemos la pendiente de la tangente de la siguiente función �: x ↦�(x)= x3 + 2x2 + 3x - 5. Obtenemos la primera y segunda derivada de la función. Tomamos en consideración que la pendiente de la recta también se encuentra definida por la ecuación y = mx + b, también, si realizamos una tercera derivada, obtenemos la misma pendiente. Primera derivada Segunda derivada que al comparar con y = mx + b Se puede concluir que: m = 6 �'(x)= 3x2 + 4x + 3 �''(x)= 6x + 4 x 4 4 3 3 2 2 1 0 -1 1 7 6 6 x 5 5 4 4 3 -3 -3 -4 3 2 -2 -2 2 1 -1 -1 1 7 8 9 6 x 5 4 4 3 -3-4 3 2 -2 -2 2 1 -1 -1 1 función constante y = 3 función cuadrática y = x2 - 6x + 6 función cúbica y = 5x3 + 4x2 + 1 y 4 5 6 7 8 9 3 3 2 2 1 0 -1-1-2 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -3 1 y 4 4 3 -3 -3 -4 3 2 -2 -2 2 1 -1 -1 16 x y 54 3 4 3 2 -2 -2 2 1 -1 -1 1 función a trozos función radical función racional y = (4x + 1) y = x y = x �: x ↦�(x) = �: x ↦ �: x ↦ 5x, si x ≤ 0 x2 , si x > 0 (2x+1)√ √ { Fig. 7. Fig. 8. Fig. 9. Fig. 10. Fig. 11. Fig. 12. y y y xx
- 111. Prohibidasureproducción 108 Ejemplo10 Se lanza verticalmente hacia arriba un cuerpo de manera que la altura sobre el nivel del suelo está dada por la ecuación: h = 32 t – 1 2 (10)t2 , donde la altura se mide en metros. Determine- mos la aceleración media en el intervalo t = 2s hasta t = 3s. Primero, se debe derivar la función de desplazamiento para obte- ner la velocidad h = 32 t – (10)t2 Derivamos la función y se obtiene v = 32 – 10t Segundo, determinamos el valor de la velocidad para cada uno de los intervalos. Cuando t = 2s v = 32 – 10t v = 32 – 10 (2) v = 12 Tercero, utilizamos la expresión: Vector variacion de velocidad La aceleración media es de – 9 , el signo negativo significa que esta con movimiento retardado, está frenando. Cuando t = 3s v = 32 – 10t v = 32 – 10 (3) v = 3 La velocidad se ve modificada en su dirección debido a que esta magnitud es tangente a la trayectoria de la curva como lo podemos ver en la figura. Los vectores velocidad corresponden a los puntos t y t + Δt cuando pasan por los puntos P y Q correspondientemente. La variación de la velocidad la obtenemos mediante la di- ferencia entre el vector velocidad uno y dos. Se define la aceleración media entre los puntos P1 y P2 como el cocien- te entre la variación de la velocidad ∆v y la variación del tiempo ∆t. La dirección y sentido de la velocidad media son iguales al vector variación de la velocidad. Entonces: Interpretación física de la segunda derivada (aceleración media) ∆v ∆v ∆v ∆v ∆t ∆t ∆t ∆t t� - t0 t� - t0 3 - 2 1 v� - v0 v� - v0 3- 12 -9 = -9 am = am = am = am = = = = = y x V1 am p1 p2 r1 r2 t V2 t + ∆t 1 2 m s2 → → ∆V= V2 - V1 → → → V1 V2 Fig. 13. Fig. 14.
- 112. Prohibidasureproducción 109 Ejemplo11Ejemplo12 El movimiento de una motocicleta está dada por s(t)= 3t2 - 5t + 8. Calculemos la aceleración instantánea. Determinamos la primera y segunda derivada, siendo esta última la ecuación de aceleración, o ya sea la aceleración misma. En cualquier instante de tiempo, la aceleración es la misma. Una partícula se desplaza con velocidad constante según la función : y= 4t, donde la distancia se mide en metros y el tiempo en segundos; determinemos, mediante el análisis gráfico y la derivada , la veloci- dad de la partícula y verifiquemos el valor de la aceleración. valor de la aceleración instantánea función velocidad s(t)= 3t2 - 5t + 8 s'(t)= 6t - 5 s''(t)= 6 Se define a la aceleración instantánea como el límite al que tiende la velocidad media cuando Δt tiende a 0, es decir, la primera derivada del vector velocidad, o también como la segunda derivada del desplazamiento en función de t. La dirección y sentido de la aceleración instantánea, generalmente, no concuerda con la del vector velocidad, sino que más bien depende del cambio que existiera en este. Tenemos que: Interpretación física de la segunda derivada aceleración instantánea ∆v ∆t a = v'(t)= s''(t) = m s2 lim am = lim am ∆t→0 ∆t→0 Tabla de valores Gráfico Derivada y = 4t y' representa fisicamente la velocidad instántanea. y' = 4 Entonces v = 4 Además la segunda derivada representa físicamente la ace- leración. y''= 0 Entonces a = 0 De esta manera, verificamos que la aceleración en el mo- vimiento rectilíneo uniforme es cero. m m y = 4t s2 s2 t(seg) y=�(t) 0 0 1 4 2 8 3 12 4 16 5 20 -5 -5 0 5 5 Tabla 10. Fig. 15. y t y x V1 am a p1 p2 r1 r2 t V2 → → → → t + ∆t
- 113. Prohibidasureproducción 110 Monotonía de funciones polinomiales de grado ≤ 4 Los diferentes tipos de análisis, nos muestran que una función es creciente, decreciente o constante, según lo resume la siguiente tabla. Una función es estrictamente monótona sobre un intervalo determinado si resulta creciente o decreciente en todo el intervalo. Los intervalos se pueden analizar de forma gráfica o utilizando principios de cálculo para determinarlos con mayor certeza, lo cual se aprenderá en una futura sección. Tipo de curva Análisis Algebraico Análisis Numérico Análisis Gráfico Función creciente En el intervalo: a ≤ x ≤ b Cuando (x1 ) < (x2 ) entonces �(x1 ) < �(x2 ) Las imágenes obtenidas lue- go de ingresar los valores de x aumentan su valor numérico . Función decreciente En el intervalo: a ≤ x ≤ b Cuando (x1 ) < (x2 ) entonces �(x1 ) >�(x2 ) Las imágenes obtenidas lue- go de ingresar los valores de x disminuyen su valor numérico . Función constante En el intervalo: a ≤ x ≤ b Para cada (x1 ) y (x2 ) entonces �(x1 ) = �(x2 ) Las imágenes obtenidas lue- go de ingresar los valores de x son iguales a b 1 2 3 0 �(x1 ) �(x2 ) a b 1 2 3 0 �(x1 ) �(x2 ) a b 1 2 3 0 �(x1 ) �(x2 ) La monotonía de funciones es una característica de las funciones en donde se analiza el comportamiento o tendencia de la curva de la gráfica, la misma que puede au- mentar, disminuir o no variar de ninguna forma (permanecer constante), considerando un intervalo de números en donde se analiza la función. Tabla 11. y y y x -x x
- 114. Prohibidasureproducción 111 Análisis de intervalos (Crecientes, decrecientes y constantes) El análisis gráfico relaciona la tendencia de la gráfica con los valores del eje horizontal. Sean las funciones �: x ↦�(x)= x3 y �: x ↦�(x)= -x2 , establezca los intervalos donde la función es creciente o decreciente. 14. En las siguientes gráficas, determina los intervalos donde la función es creciente y decreciente. Actividades 2 2 -2 -2 1 1 -1 -1 0 0, 0 -4-6-8 -2 2 4 6 8 2 -2 0 666-88 -2- �: x ↦�(x)= x3 �: x ↦�(x)= - x2 En el intervalo (- ∞ ; 0] se observamos que los valores desde -1 hasta 0, van creciendo, por ende, la función es creciente. Y en el intervalo (0; ∞) se observamos que la función sigue creciendo y aumentando sus valores , esta vez proyectados hacia el infinito positivo, por ende, la tendencia de la función sigue siendo creciente. En (- ∞ ; 0] observamos que en los valores desde el infinito negativo hasta 0, la fun- ción es creciente. En cambio, en el intervalo (0; ∞) la función tiene tendencia decreciente. Creciente : (- ∞ ; 0] Creciente: ( 0 ; ∞ ) Creciente : (- ∞ ; 0] Decreciente: ( 0 ; ∞ ) -1 -2 -1-2 0 1 1 2 2 0, 0 -1 -2 -1-2 0 1 1 2 2 0, 0 Tabla 12. y y y y xx xx (-8, -1) (3/2, 1) (8, 1)
- 115. Prohibidasureproducción 112 Máximos y mínimos de una función El cálculo de la «altura máxima» como una aplicación de las funciones cuadráticas conlle- vaba a calcular la primera componente (x), misma que nos servirá de insumo para maximi- zar la altura de un cuerpo, conocida la función. A los puntos máximos y mínimos de una fun- ción los conocemos como los extremos rela- tivos y constituyen una referencia para repre- sentar gráficamente una función. Una función �: x → �(x) tiene un máximo ab- soluto o relativo en un punto donde x = a , si �(a) es el mayor valor que cualquiera de los valores que se “generan” en la función. Mientras que un mínimo relativo o mínimo absoluto, será el menor valor que cualquie- ra de los que toma la función. En la gráfica, se analizan los puntos máximos y mínimos correspondientemente. Máximo relativo (-1, 2) Mínimo relativo (1, -2) Los valores de la variable independiente que satisfacen la ecuación �'(x)= 0 se llaman va- lores críticos, los mismos que determinan puntos de cambio en la curva de la función. Relación de la primera derivada con las funciones crecientes y decrecientes Sea una función �(x), considerada en el intervalo a ≤ x ≤ b, se tienen los criterios: • Si la primera derivada resulta un valor positivo, es decir �'(x) > 0, entonces la función en el intervalo considerado es creciente. • En cambio, si la primera derivada resulta un valor negativo, es decir �'(x) < 0, entonces la función en el intervalo considerado es decreciente. • Si al obtener la primera derivada resulta cero, �'(x)= 0, entonces la función en el intervalo considerado es constante. Método para calcular los máximos y mínimos de una función polinómica Al máximo y mínimo de una función lo determinamos mediante el siguiente proceso: Sea �: x ↦ �(x)= x3 - 8x2 + 19x - 12, determinar los extremos relativos de la función y realizar la representación gráfica, para verificar su respuesta. -2 -4 -2-4 0 2 2 4 4 -1, 2 1, -2 Máximo relativo Mínimo relativo Fig. 15. y x
- 116. Prohibidasureproducción 113 a. Realizamos la representación gráfica uti- lizando el graficador Desmos. b. Determinamos la primera derivada de la función. �'(x)= 3x2 - 16x + 19 c. Igualamos la primera derivada a cero, luego determinamos los valores de las raíces en la expresión resultante (utilizan- do las técnicas de factorización). 3x2 - 16x + 19=0 Utilizando la fórmula cuadrática, obtene- mos los valores aproximados : x1 ≈ 3,55 x2 ≈ 1,78 d. Reemplazamos los valores críticos ob- tenidos en la expresión original, para determinar el correspondiente �(x) de cada uno. �(x)= x3 - 8x2 + 19x - 12 �(3,55)=(3,55)3 - 8(3,55)2 + 19(3,55) - 12 = -0,63 �(1,78)= (1,78)3 - 8(1,78)2 + 19(1,78) - 12 = 2,11 máximo (1,78 ; 2,11) y mínimo (3,55;- 0,63) Máximo (0 , 05) Analizamos las excepciones en el denominador, para determinar las asíntotas verticales x2 - 4 ≠ 0 resultará que x2 ≠ 4 por lo que x = ± 2. Entonces las asíntotas verticales se ubicarán en x = 2 y x = - 2 Según la gráfica la función es creciente en los in- tervalos : (-∞;-2) y ( -2; 0] Y la función es decreciente en los intervalos : [ 0,2 ) y ( 2; ∞) Máximos y mínimos de una función racional Sea �: x ↦�(x)= Mediante un proceso análogo, determinamos la primera derivada: �'(x)= Determinamos las raíces igualando a cero, por lo que solo se considera el denominador. -12x = 0 por lo que x = 0 Reemplazamos la raíz obtenida en �: x ↦�(x)= �(0)= ; �(0)= ; �(0) ≈ 0,5 -5 -5 0 5 5 10 3.55, -0.631 1.78, 2.113 Máximo Mínimo 2x2 - 2 - 2 1 - 12x 2x2 - 2 x2 - 4 - 4 2 (x2 - 4)2 x2 - 4 -5 -5 -10 -10 0 5 5 10 10 0, 0.5 Tabla 13. Fig. 16. y y x x
- 117. Prohibidasureproducción 114 3 Resumen Primera derivada Velocidad media: Velocidad instantánea: Segunda derivada Aceleración media: Aceleración instantánea: Las pendientes de las rectas tangente y normal son inversas. Las rectas normal y tangente son perpendiculares. Recta Tangente Pendiente: Ecuación de la recta tangente Recta Normal Pendiente: Ecuación de la recta tangente Ejercicios de Física. Calculando la primera deri- vada en las ecuaciones de desplazamiento, la primera derivada representa físicamente la veloci- dad y la segunda derivada, la aceleración de una partícula. Trazado de curvas. Mediante la derivada de una función, podemos determinar si la gráfica es cre- ciente o decreciente, además, podemos deter- minar los extremos relativos como son máximos y mínimos. Interpretación Geométrica Aplicaciones de la derivada Interpretación Física (t + h) s(t) t R Q P y x V1 am a p1 p2 r1 r2 t V2 �(t + ∆t) - �(t) �(b) - �(a) Cociente Incremental: �(x + h) - �(x) 1 1 y - �(x0 )= �'(x0 )(x - x0 ) y - �(x0 ) = mnormal = �(t + ∆t) - �(t) a = v'(t) = s''(t) �(t + ∆t) - �(t) ∆t b - a h �'(x0 ) �'(x0 ) (x - x0 ) ∆t ∆t ∆t ∆x ∆t ∆t ∆t vm (t) = mtangente = vm (t) = v(t) = ∆s ∆y ∆s ∆s ∆s = = = = =lim lim am lim ∆t→0 ∆t→0 ∆t→0 -5 -5 0 5 51, -1 lim h→0 Tabla 14. Tabla 15. Tabla 16. y y x x
- 118. Prohibidasureproducción 115 1. Determina el lim (-4x - 2) utilizando la noción en la que se analice la tabla de valores aproximada y la re- presentación gráfica. 2. Determina �'(x) para �: x ↦ �(x)= 5x2 - 9 utilizando la definición de la derivada por límites. Problemas resueltos A B Solución Solución Límites Derivadas Como podemos observar en el gráfico, en el punto (1, - 6 ) existe una discontinuidad. Es decir, el lim - 4x - 2 = -6 Verificando numéricamente, tenemos: lim -4(1) -2 = - 4 - 2 = - 6 Reemplazamos (x + h) en la variable x, luego restamos �(x) 3. Determina �'(x) para �: x ↦�(x)= 4x5 + 7x3 - 8x2 - 12x + 25, utilizando las reglas básicas de la derivación. Resolvemos el producto notable y resolvemos ( ) Reducción de términos semejantes Factor común y simplificación de fracciones Determinamos el límite reemplazando h por 0. Utilizamos las reglas básicas de la derivada. x→1 x→1 x→1 x ∙∙∙ 0,98 0,99 1,01 1,02 1,03 ∙∙∙ �(x) ∙∙∙ -5,92 -5,96 -6,04 -6,08 -6,12 ∙∙∙ (x,�(x)) ∙∙∙ (0,98;-5,92) (0,99;-5,96) (1,01;-6,04) (1,02;-6,08) (1,03;-6,12) ∙∙∙ -5 -5 0 5 5 1, -6 5(x + h)2 - 9 -(5x2 - 9) 5x2 + 10xh + 5h2 - 9 - 5x2 + 9 �: x ↦�(x) = 4x5 + 7x3 - 8x2 - 12x + 25 �'(x) = 20x4 + 21x2 - 16x - 12 10xh + 5h2 h(10x + 5h) 10x �' (x) = �' (x) = �' (x) = �' (x) = �' (x) = lim lim lim lim lim h h h h h→0 h→0 h→0 h→0 h→0 y x
- 119. Prohibidasureproducción 116 4. Determina la ecuación de la recta tangente y la recta normal a la gráfica de la función �: x ↦ �(x)= -5x2 + 4 en el punto (1, -1) 5. Sea �: x ↦ �(x)= , realiza el análisis de las propiedades de la gráfica. Problemas resueltos C D Solución Solución Interpretación geométrica de la derivada Máximos y Mínimos x2 - 9 x2 - 9 10x �'(x)= �(x)= x2 - 4 x2 - 4 (x2 - 4)2 Cálculo de la recta tangente Cálculo de la recta normal Gráfica de la función y las rectas tan- gente y normal Derivamos la función �'(x)= -10x Determinamos �'(1) �'(1)= -10(1) = -10 mtangente = -10 Como : mtangente = -10 entonces mnormal = Ecuación de la recta tangente y - � (x0 ) = �'(x0 )(x - x0 ) y + 1 = -10(x - 1) y + 1 = -10x + 10 Ecuación: 10x + y – 9 = 0 Ecuación de la recta normal y - �(x0 )= y + 1 = (x - 1) 10y + 10= x - 1 Ecuación: x - 10y - 11 = 0 Analisis de la gráfica Gráfica de la función y las rectas tangente y normal Derivamos la función Obteniendo la función Igualamos el numerador a cero para determinar las raíces. 10x = 0, entonces x = 0 Reemplazamos x en la función original. �(0) = Extremo relativo (0, ) Determinamos las asínto- tas verticales. x2 - 4 = 0 x2 = 4 x = ± 2 x = 2 ; x = - 2 Intervalos Creciente ( 0 ,2 ) y ( 2,∞) Decreciente (-∞ ,-2 ) y (- 2,0) 1 1 3 9 3= 10 10 2 4 2 1 - �'(x0 ) -5 -5 0 5 51, -1 y = - 5x2 + 4 10x + y - 9 = 0 x - 10y - 11 = 0 -5 -5 -10 -10 0 5 5 10 10 y y x x
- 120. Prohibidasureproducción 117 Ejercicios y problemas 1 3 2 Límites Derivadas (límites) Cociente incremental 1. Determina el lim (-3x2 + 4); analiza la tabla de valores aproximada y la representación gráfica. 2. Un cuerpo se mueve según la ecuación y= 17t2 , si la distancia se mide en metros, determina la velocidad media considerando los 3 primeros segundos de caída. • Halla los siguientes límites: • Indica en qué puntos f no es continua. 3. Una partícula cae según la ecuación y= 28t2 + 3, si la distancia se mide en metros. Halla la velocidad media considerando los dos primeros segundos de movimiento. 4. Considera la gráfica de la función f. 5. Determina la derivada de las funciones utilizan- do la definición por límites. 6. Calcula, a partir de la definición, la derivada de la función constante y comprueba que es la fun- ción cero. 7. Calcula, a partir de la definición, la derivada de la función �: x ↦ f(x) = xn para n = 1, 2 y 3, y com- prueba que se verifica f '(x) = n ∙ x n-1 . a. �: x ↦ �(x)= -5x + 2 a. lim f (x) e. lim f (x) i. lim f (x) b. lim f (x) f. lim f (x) j. lim f (x) c. lim f (x) g. lim f (x) k. lim f (x) d. lim f (x) h. lim f (x) l. lim f (x) b. �: x ↦ �(x)= 2x2 + x c. �: x ↦ �(x)= 10x3 117 x→x0 x→-∞ x→-4 x→3- x→+∞ x→-2- x→3+ x→-4- x→-2+ x→3 x→-4+ x→-2 x→0 x ∙∙∙ 0,98 0,99 1,01 1,02 1,03 ∙∙∙ �(x) ∙∙∙ ∙∙∙ (x,�(x)) -5 -5 0 5 5 1, 1 d. �: x ↦ �(x)= x3 - x + 2 e. �: x ↦ �(x)= x3 - 4 + x2 g. �: x ↦ �(x)= x2 - 2x f. �: x ↦ �(x)= x x + 2 x y x
- 121. Prohibidasureproducción 118 9. Deriva las funciones utilizando las reglas de derivación. 10. Aplica la regla de la cadena para derivar las siguientes funciones: 11. Calcula la derivada de las funciones siguien- tes e indica en qué casos has aplicado la re- gla de la cadena: 12. Averigua si es cierta la afirmación siguiente: 13. Demuestra que la derivada de f (x) = tg (x) es: 15. Aplica la regla de la cadena para calcular la derivada de las siguientes funciones: 14. Calcula la derivada de las funciones siguientes: 118 a. �: x ↦ �(x)= 3x4 - 4x + 9x2 a. �: x ↦ �(x) = (2x + 3)2 b. g: x ↦ g(x) = sen (5 x) c. h: x ↦ h(x) = e cos (x) d. i: x ↦ i(x) = ln (sen (x) 2 ) e. j: x ↦ j(x) = cos2 (x3 ) f. k: x ↦ k(x) = sen (x) a. �: x ↦ �(x)= (2x4 - 3x2 - 7x+ 3)3 a. �: x ↦ �(x)= 3x4 - 5x3 - 12x2 a. �: x ↦ �(x)= 3x4 + 5x3 - 12x2 + 3x + 4 b. �: x ↦ �(x)= 4In x - x b. �: x ↦ �(x)= 4 ln x - x c. �: x ↦ �(x)= 4cos (x) - x ∙ ln x c. �: x ↦ �(x)= ex ∙ sen (x) �(x)= �'(x)= d. �: x ↦ �(x)= (2x + 3)2 d. �: x ↦ �(x)= 4 cos (x) - x ∙ ln x e. �: x ↦ �(x)= x - e. �: x ↦ �(x)= ecos (x) f. �: x ↦ �(x)= ln 3x2 b. �: x ↦ �(x)= sen (x2 + 5) c. �: x ↦ �(x)= ln (sen x) d. �: x ↦ �(x)= cos2 (x3 + 2x2 ) b. �: x ↦ �(x)= 3 - 10x3 - 4x c. �: x ↦ �(x)= 3 - 10x3 - 4x d. �: x ↦ �(x)= 3 - 10x3 - 4x 4 Derivadas (reglas) e. �: x ↦ �(x)= √x + √4x - ∛x + 15 g(x) cos2 (x) x (g(x))2 ⇒ f '(x) k 1 ln x k ∙ g' (x) √ 8. Calcula la derivada de las siguientes funciones: a. �: x ↦ �(x) = 8x9 b. �: x ↦ �(x) = x4 c. �: x ↦ �(x) = d. �: x ↦ �(x) = 3x4 - 2x3 + 7x + 10 e. �: x ↦ �(x) = cos x ∙ ex f. �: x ↦ �(x) = 4x3 ∙ln x g. �: x ↦ �(x) = (5x6 - 3x2 ) ∙ (7x4 - 3x2 ) h. �: x ↦ �(x) = i. �: x ↦ �(x) = 5 7 √ x5 cos x 3 - 4 ex 1 2x3 + 7x2 - 8x + 9 4x ∙ sen x √
- 122. Prohibidasureproducción 119 19. Considerando la ecuación �(x)= -3x3 + 4 en el punto (-1,7), determina: 20. Considerando la ecuación �: x ↦ �(x)=√x en el punto (4, 2), determina. a. La ecuación que permita encontrar la pen- diente de la recta tangente. b. La pendiente de la recta tangente en el pun- to dado. c. La pendiente de la recta normal en el punto dado. d. La ecuación de la recta tangente e. La ecuación de la recta normal f. La representación gráfica de la función y las rectas tangente y perpendicular al punto dado. a. La ecuación que permita encontrar la pen- diente de la recta tangente b. La pendiente de la recta tangente en el pun- to dado c. La pendiente de la recta normal en el punto dado d. La ecuación de la recta tangente e. La ecuación de la recta normal f. La representación gráfica de la función y las rectas tangente y perpendicular al punto dado 16. Calcula la función derivada de cada una de las funciones siguientes: • ¿Cómo será la tangente en dicho punto con res- pecto al eje de abscisas? 17. Dada la función f (x) = x2 - 7x + 1, averigua el valor de la derivada en los puntos de abscisa x = -2, x = 2 y x = 10. 21. Dada la función �: x ↦ f(x) = sen(x) ∙ cos (x), comprueba que la función derivada se anula en el punto de abscisa: 22. Averigua la ecuación de la recta tangente a la curva de la función �: x ↦ f(x) = x ∙ ln x en el punto de abscisa x = 1. 18. Determina �'(x), �''(x),�'''(x) en las siguientes funciones. 119 a. �: x ↦ �(x) = tg (3x) b. �: x ↦ �(x) = ex2 ∙ sen (3x) a. �: x ↦ �(x)= -5x3 - 4x2 + 2 5 6 Derivadas sucesivas Rectas tangentes y normales 4 � x = c. �: x ↦ �(x)= √4x - √27x + √x + 15 d. �: x ↦ �(x)= 2 √x b. �: x ↦ �(x)= 2 5 1 x6 x4 - - - 3 2 2 a. �: x ↦ f (x) = x3 + 2x + 10, en el punto de abscisa x = -2. b. �: x ↦ f (x) = ex , en el punto de abscisa x = 0. c. �: x ↦ f (x) = ln x, en el punto en que la gráfi- ca corta al eje de abscisas. –¿En qué punto la tangente es paralela al eje de abscisas? 23. Calcula la ecuación de la recta tangente a la gráfica de cada una de las siguientes funcio- nes en los puntos indicados. 24. Calcula la ecuación de la recta tangente a la gráfica de �: x ↦ x2 x2 + 1 f (x) = en el punto de abscisa x = 1.
- 123. Prohibidasureproducción 120 33. Escribe dos situaciones en la que se pueda intuir la definición de límite. 36. Calcula el valor de los siguientes límites en forma numérica. 35. Determina el lim completando la siguien- te tabla de valores aproximada. 32. Dada la función �: x ↦ �(x)=5x4 - 10x3 , determina. 120 b. Los valores críticos c. Los valores extremos d. El punto máximo y mínimo e. La gráfica de la funció. a. La derivada de la función b. Los valores críticos c. Los valores extremos d. Los puntos máximo y mínimo e. La gráfica de la función 34. Determina el lim 2x - 5 completando la siguien- te tabla de valores aproximada. x→3 x→-1 x ∙∙∙ 2,98 2,99 3,01 3,02 ∙∙∙ �(x) ∙∙∙ (x, �(x)) x ∙∙∙ -0,9 -0,99 -1,01 -1,04 ∙∙∙ �(x) ∙∙∙ (x, �(x)) x2 - 5 x - 3 a. b. lim x - 3 lim x + 2 x→2 x→-2 31. Dada la función �: x ↦ �(x)= 2x3 - 5x , determina. 8 9 Máximos y mínimos Más a fondo a. La derivada de la función 29. Un cuerpo en caída libre recorre pt2 , donde la distancia se mide en m, el tiempo en segun- dos y p es la aceleración de la gravedad. Cal- cula la velocidad y la aceleración a los 2s. 30. Un móvil que viaja a 30 aplica el freno de manera repentina. Si el movimiento realizado se modela según la ecuación: y = 30t – t2 , halla la distancia recorrida así como la aceleración que desarrolla el móvil hasta detenerse. m s 1 2 27. Averigua el valor de los coeficientes m, n y p de la función: f (x) = x3 + mx2 + nx + p sabiendo que su gráfica pasa por el punto (0, 2) y que f '(2) = f '(0) = 1. 28. Desde un globo aerostático en reposo que está a una altura de 1300 m sobre el suelo, se lanza una piedra verticalmente hacia arriba que lle- va velocidad inicial de 25 . Determina. 7 Aplicaciones de la derivada m s a. La expresión de movimiento b. La expresión de la velocidad c. La velocidad para t = 1s. d. La velocidad para t = 2s. e. La aceleración para t = 2s. 25. El número de átomos de una muestra de ma- terial radioactivo se desintegra a medida que pasa el tiempo según la siguiente función: 26. Dada la función f(x) = k ∙ ln x, donde k es una constante, halla el valor de esta sabiendo que la derivada de la función en el punto de abs- cisa x = 1 es igual a 3. –Razona cuándo se desintegra más rápidamen- te el material, ¿al inicio o al final del proceso? N(t): Número de átomos t: Tiempo k et N (t) =
- 124. Prohibidasureproducción 121121 c. d. e. f. g. h. lim x + lim - 3 lim (m2 - 10) lim lim 2r2 lim x→2 x→-5 x→3 x→5 x→2 x → 2 2 x - 3 x3 - 3 - 3 3 x + 3 x + 2 37. Escribe V si es verdadero o F si es falso, según corresponda a. La expresión de la derivada por límites es b. La derivada de la función �(x)= 2xn es �'(x)= n2xn c. La notación de Euler para la derivada es d. Si �'(x)> 0 entonces la función es creciente. e. Si �'(x)= 0 entonces la función es decreciente. f. La primera derivada en la función de desplaza- miento representa físicamente la velocidad me- dia. g. Al calcular la segunda derivada en la función de desplazamiento determinamos la aceleración instantánea. h. Los valores de la variable independiente que sa- tisfacen la ecuación �'(x)= 0 se denominan valo- res críticos. i. Para determinar los extremos relativos reemplaza- mos los valores críticos en �'(x). j. Al calcular la derivada de la función �(x)= 2x4 + 12 resulta 8x4 . lim h→0 �(x + h) - �(x) h dy dx 38. Cuando se deriva �(x)=x2 – 5 utilizando la ex- presión de límites, resolviendo el producto nota- ble y reduciendo términos semejantes, resulta la expresión: a. b. lim lim h→0 x→0 x2 + 2xh - h2 - 5 x2 + 2xh - h2 h h c. d. lim lim h→0 x→0 x2 + 2xh - h2 2xh - h2 h h ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 39. Cuando se deriva �(x)= 2x3 utilizando la expre- sión de límites, resolviendo el producto notable y reduciendo términos semejantes, resulta la ex- presión: a. c. b. d. lim lim lim lim h→0 h→0 x→0 x→0 x3 + 3xh - h3 - 5 2x2 h+ 2xh2 - 2h3 6x2 h + 6xh2 + 2h3 2 + 6x2 + 3xh - h2 h h h h 40. Al derivar �(x)= √x , resulta: a. b. c. d. x 1 1 �: x ↦ �(x)= �: x ↦ �(x)= �: x ↦ �(x)= �: x ↦ �(x)= 2 x x x x 2 √ √ √ √
- 125. 122 Para finalizar En d: t ↦ d(t)= 4t2 + 8t - 2 , el valor de la aceleración instantánea es: Escribe “V” inicial de Verdadero ó“F”inicialdeFalso,segúncorresponda En d(t)= 5t2 + 10t - 12 , el valor de la aceleración instantánea cuando t = 2s es: a. a. b. c. d. e. f. g. h. a. b. b. c. c. d. d. �(x)= - 2 La primera derivada en la función de desplazamiento representa físi- camente la velocidad media. Al calcular la segunda derivada en la función de desplazamiento se determina la aceleración ins- tantánea Los valores de la variable indepen- diente que satisfacen la ecuación �' (x)=0 se denominan valores crí- ticos. Para determinar los extremos rela- tivos se reemplazan los valores crí- ticos en �' (x). Al calcular la derivada de la fun- ción �(x)=2x4 +12resulta 8x4 . La derivada de la función �(x)=2xn es �'(x)=n2xn . Si �' (x)>0 entonces la función es- creciente. Si �' (x)=0 entonces la función es- decreciente. �(x)= 20 m/s �(x)= 10 �(x)= 10 m/s �(x)= 8 �(x)= 15 m/s �(x)= 0 �(x)= 3 m/s 1 4 2 Determina la derivada en las siguientes funciones utilizando las reglas de la de- rivación. a. b. c. d. e. �: x ↦�(x)= 8x2 + 15 - x �: x ↦ �(x)= 16 x2 + 25x4 �: x ↦ �(x)= x + 5x - 12 �: x ↦ �(x)= �: x ↦ �(x)= 3 √ √ 2 2 5 5 x + 3 2 x + 2 9x√ 122 AUTOEVALUACIÓN •Escribe la opinión de tu familia. •Pide a tu profesor sugerencias para mejorar y escríbelas. •Trabajo personal Reflexiona y autoevalúate en tu cuaderno: •Trabajo en equipo ¿Cómo ha sido mi actitud frente al trabajo? ¿He cumplido mis tareas? ¿He respetado las opiniones de los demás? ¿He compartido con mis compañeros y compañeras? ¿Qué aprendí en esta unidad? Prohibidasureproducción
- 126. Prohibidasureproducción 123 DERIVADAS DE FUNCIONES REALES UD. 3 Prohibidasureproducción ZONA Costo Marginal SOCIEDAD Se define como la variación en el costo total ante el au- mento de una unidad en la cantidad producida, es de- cir, es el costo de producir una unidad adicional. Matemáticamente se expresa como la derivada par- cial del costo total respecto a la cantidad: Costo Marginal = ∂Costo Total / ∂Cantidad CMg = ∂CT / ∂Q El costo marginal es un concepto fundamental en la teo- ría microeconómica, debido a que se utiliza para deter- minar la cantidad de producción de las empresas y los precios de los productos. El costo marginal depende de la tecnología utilizada en la producción y de los precios de los insumos y los factores de producción. Extraído 4 de abril del 2016 desde la págima web: http://goo.gl/4iKFME Proporción marginal al ahorro Ingeniero en Finanzas SENTIDO CRÍTICO SI YO FUERA.... La propensión marginal al ahorro dependerá, visto desde el punto de vista de factores endó- genos al modelo, de la capacidad de ahorro que tenga la economía, y de la posibilidad que tenga esta. Se espera que (b) tenga un valor más alto en economías de mayor desarrollo. Matemáticamente, la función de la Propensión Marginal al Ahorro (PMA) se expresa como la derivada de la función de ahorro (S) respecto a la renta disponible (Y). En otras palabras, la Propensión Marginal al Ahorro se interpreta como la cantidad en la que aumenta el ahorro de las familias cuando se produce un incremento de una unidad mo- netaria en la renta disponible, tomando valores entre 0 y 1. Es el concepto opuesto a la Propen- sión Marginal al Consumo (PMC). En un supues- to clásico de economía cerrada. Así, en el ejemplo anterior, siendo la PMA de 0,35, ante un incremento de la renta disponible en una unidad monetaria, el individuo o familia ahorrará 35 centavos y gastará los 65 restantes. Extraído 4 de abril del 2016 desde la págima web: https://goo.gl/BBoMvG Y por tanto Podría determinar el valor S de un capital, en de- terminado número de años invertidos a una tasa anual r compuesta continuamente mediante la expresión S = Pert . Prohibidasureproducción 123 http://goo.gl/kyk8M8 https://goo.gl/qnZH6R PMA + PMC = 1 PMA = 1 – PMC PMA = dS dY
- 127. Prohibidasureproducción 124 La derivada de una función halla plena aplicación en situaciones de potenciación económica en determinada empresa, donde a través de un conjunto de estrate- gias publicitarias que conlleven a una disminución económica en la cuota a cancelar mensualmente (sistema de planes de telefonía), se logre aumentar de manera con- siderable el número de clientes bajo esta modalidad de prestación de servicios de tele- fonía celular. Bajo esta intención, se establecen por un lado variables inherentes a los clientes, como: el valor de disminución, el número de personas que aplican a esta disminución, y por ende, variables de gestión empresarial, como valores totales económicos de disminución por con- cepto de las promociones ofertadas y el número de clientes que se proyecta captar duran- te la temporada que conlleve la maximización de ingreso económico para la empresa. Elijo eligIMOS La situación problemática se interpreta a través de un modelo matemático en el cual se establece una función de ingreso a partir de la cual, el ingreso económico para deter- minada empresa sea máximo. Consideremos “promociones” difundidas en los diferentes medios de comunicación y en determinada temporada durante el año, misma que se interpreta en un intervalo cerrado. Para analizar la situación propuesta, sugerimos el si- guiente proceso: Primero: Establecer variables Segundo: Establecer la función de ingreso económico relacionando las variables así como las condiciones: I = (número de clientes totales) ∙ (cuota modificada mensual) I = (n + N· d) · (c – v · d) d = Número de disminuciones v = Valor de disminución n = Número de clientes N = Número de clientes nuevos c = Cuota de pago mensual C = Cuota modificada mensual I = Función de ingreso económico Planifico PlanifiCAMOS Proyecto 124 http://goo.gl/Nw1MrL
- 128. Prohibidasureproducción 125 Determina. a. La cuota mensual modificada b. El número total de clientes c. El dominio de la función –Sugerencias: Despejar d en la cuota mensual unificada luego de igualar a cero. d. La función de ingreso económico –Sugerencias: e. La derivada de la función de ingreso económico f. El número de disminuciones –Sugerencia: Igualar a cero Resolver el factor común numérico en el primer factor g. El ingreso máximo económico –Sugerencias: Evaluar I (0), I (d), I (120) h. ¿Cuándo ocurre el ingreso máximo? i. ¿Cuál es el valor económico que la empresa asume como concepto de disminu- ción? j. ¿Cuál es el valor de la cuota mensual modificada a ser cancelada por los clientes? k. ¿Cuántos clientes nuevos se captaron? l. ¿Cuál es el total de clientes ? m.¿Cuál es ingreso económico que tendría la empresa? Desarrollo Tercero: Derivar la función obtenida al reemplazar los diferentes valores I´ = (n + N∙ d) ∙ (c – v ∙ d) Cuarto: Maximizar la función, calculando el valor numérico en puntos referenciales Sea el dominio: [a, c] y determinar I´ (a), I´ (d) , I´ (c) La empresa de telefonía Comunicatel dispone actualmente de 50 000 clientes, que pa- gan por un plan básico celular, una cuota de 30 dólares. Según datos obtenidos en una encuesta realizada en temporada navideña, se podría captar 5 000 clientes potenciales, si disminuimos la cuota en 0,25 centavos por cada cliente potencial. ¿Para qué valor de cuota se obtendrá el ingreso máximo y cuántos clientes se tendrían con tal cuota? • Resolver el factor común numérico en el primer factor • Aplicar la propiedad distributiva entre los paréntesis • Derivar (Factor común) (Expresión obtenida en el paso anterior) desarrollAMOS
- 129. Prohibidasureproducción 126 Un alto en el camino 5 21 4 Sean las gráficas A y B, contesta las si- guientes preguntas: El desplazamiento en metros de un de- portista de élite se expresa mediante: s(t) = t3 + 5t2 - 3t, donde t es expresada en segundos. Verifica si las siguientes funciones son in- yectivas utilizando el análisis algebraico, gráfico y de tabla de valores. Dadas las funciones, realiza la representa- ción gráfica y determina si son biyectivas analizando el criterio algebraico, numéri- co y gráfico. Responde V si es verdadero o F si es falso, según corresponda. a. ¿Qué tipo de funciones son? b. ¿Cuál es el dominio en cada una de las gráficas? c. ¿Cuál es el recorrido en cada una de las gráficas? d. ¿Qué función es inyectiva? utilizando el método gráfico e. ¿Qué función es sobreyectiva? utilizando el método gráfico f. ¿Todas las funciones tienen inversa? ¿Por qué? g. ¿En qué intervalos las funciones son cre- cientes? ¿Y decrecientes? h. ¿Cuáles funciones son estrictamente crecientes? a. ¿Cómo se obtendrá la expresión que per- mita evaluar la velocidad del deportista? b. ¿Cuál es la expresión? c. Si deseo conocer, la velocidad a la cual se desplaza a los 3 segundos. ¿Qué pro- ceso se debe realizar? d. ¿Cómo se podría determinar la expre- sión que permita calcular la aceleración que desarrolla el deportista? e. ¿Cuál es la aceleración del deportista en el instante cuando t = 5 segundos? 3 6 5 x2 2x g: x ↦ g(x)= -3x + √2 �: x ↦ �(x)= 3x + e �: x ↦ �(x)= + 5 �: x ↦ �(x)= - 4 h: x ↦ h(x)= √x+2 - π �: x ↦ �(x)= √x - 5 + 2π - - x1 1 -1 -1 2 2 -2 -2 3 3 -3 -3 x y y x1 1 -1 -1 2 2 -2 -2 3-3-4 -4 -3 y x1 1 -1 -1 2 2 -2 -2 3 3 -3 -3 y x1 1 -1 -1 2 2 -2 -2 3 3 -3 -3 y 1 1 -1 -1 2 2 -2 3 4 5 6 7 3 4 x y 1 -4 -6 -8 -1 2 2 -2 -2 3 4 5 a. a. b. b. c. c.
- 130. Prohibidasureproducción 127 a. Las funciones inversas se verifican me- diante el concepto de composición de funciones. b. El quinto término de la progresión: 2, 1, ,... es , .... c. La función inyectiva se verifica gráfica- mente por dos punto de intersección con la línea vertical. d. Todas las funciones biyectivas son inyec- tivas. e. La función �∶ A⟶B es sobreyectiva cuando el Rec � = A. f. La función tangente es inyectiva. g. La función �: x ↦ �(x)= sen (2x) es una traslación. h. La función tangente tiene asíntotas. i. La función �: x ↦ �(x)= -tan(x) es una reflexión. a. Se mueve 2 unidades a la derecha y se refleja sobre el eje x. b. Se mueve 2 unidades hacia arriba y se refleja sobre el eje y. c. Se mueve 2 unidades a la izquierda y se refleja sobre el eje x. d. Se mueve 2 unidades a la izquierda y se refleja sobre el eje y. • En la progresión 2m + 5 ; m + 2; - 1; - m - 4… La diferencia es: • La suma de los términos de la progresión aritmética del ejercicio anterior es: • ¿Cuál de las siguientes funciones es la inversa de la función �: x ↦ �(x)= -3x + 15? • Al interpretar la función �(x)= -cos(x - 2) 8 7 10 Escoge la opción correcta. Halla las dos cantidades an , a, n, d, o sn que faltan en cada uno de los problemas. Sean �: x ↦ �(x) = 7x2 - 5; g: x ↦ g(x) = x2 - 2x; h: x ↦ h(x) = √(x + 2), halla. Determina (� ∘ g) (x) y (g ∘�)(x) para cada par de funciones. En d(t) = 8t2 + 2t, el valor de la aceleración instantánea (a) es: 6 9 10 1 2 1 4 x -x' + 5 x x 4 3 x 1 116 - + 5 + 5 g(x) = m + 3 2m + 2 a1 = , d = - , Sn = - an = 16, d= 3 ; sn = 51 � ∘ g �(x) = 14x + 4; g(x) = �: x ↦ �(x) = 4x2 ; g(x) = 2 4x �: x ↦ �(x) = ; g(x) = x - 2 a = -2 a = 16 a = 8 a = 0 (� ∘ g)(-3) (h ∘ �)(1) h ∘ � -m - 3 -m + 5 m - 3 2 m -m + 3 g(x) = g(x) = g(x) = 3 3 3 3 5 5 7 x + 2 5 a. a. a. a. b. a. a. b. c. a. b. c. d. b. c. d. b. b. c. c. d. d. c. b. d. √
- 131. 4 Vectores en ℝ2 contenidOS:1. Vectores en ℝ² 1.1. Producto escalar entre dos vectores 1.2. Producto escalar de un vector por sí mismo 1.3. Propiedades del producto escalar 1.4. Vectores perpendiculares 1.5. Vectores paralelos 1.6. El uso de las TIC y los vectores 1.7. Norma de un vector 1.8. Distancia entre dos puntos 1.8. Ángulo entre dos vectores 2. Ecuaciónes 2.1. Ecuación cartesiana de la recta (Forma explícita) 2.2. Ecuación de la recta en la forma paramétrica. 2.3. Ecuación de la recta en la forma vectorial. 2.4. Transformación de la forma ex- plícita a las formas paramétrica y vectorial 2.5. Ecuación de una recta paralela a una recta conocida 2.6. Ecuación de una recta perpen- dicular a una recta conocida 2.7. Ecuación de una recta perpen- dicular a una recta conocida con vectores 2.8. Cálculo de la distancia entre dos puntos con vectores 128 Prohibidasureproducción
- 132. Prohibidasureproducción Prohibidasureproducción Web Libros En contexto http://goo.gl/jOmU3a a. ¿Por qué crees que se utiliza un vector para representar el viento? ¿Se te ocu- rren otros fenómenos físicos que deban ser representados con vectores? • Anota en una lista varios fenómenos físi- cos que se representen con vectores. • Busca en Internet, como mínimo, tres fe- nómenos físicos más que también se representen con vectores, y resumidlos brevemente. • Pon en común en clase los fenómenos físicos que hayas encontrado. b. Busca información en Internet sobre los vectores biológicos y las enfermedades transmitidas por vectores. ¿Qué relación tienen con el libro de Robin Cook? ¿Por qué crees que se utiliza el término vec- tor para definirlas? Robin Cook escribió en 1999 una novela titulada Vector que trata sobre el peligro de las armas bacteriológicas. En la siguiente página http://links.edebe. com/h6dd, podrás ampliar la información sobre el autor y su bibliografía. Como puedes leer en el siguiente fragmen- to del libro Iniciación a la aeronáutica de Antonio Creus Solé, los vectores desempe- ñan un papel fundamental en la navega- ción aérea: «En vuelo sin viento, la ruta sobre el suelo descrita por el avión es igual al rumbo. El viento desplazará el avión de su rumbo y la ruta verdadera descrita sobre el suelo dife- rirá del rumbo mantenido. El viento puede ser representado por un vector definido por su dirección y su veloci- dad. La dirección del viento es la dirección de la que viene el viento, no a la que apun- ta el viento. De este modo, un viento de 180° 10 nudos significa un viento que viene del sur y de intensidad 10 nudos. Para dibujar la ruta verdadera del avión se dibuja el llamado triángulo de velocidades. Para ir de un punto A a otro B se dibuja una recta que los une sobre el mapa. A conti- nuación, se traza sobre ella, partiendo del punto A, la velocidad verdadera del avión (TAS) y el viento estimado de 210° 20 nudos (el viento viene de 210°) y se unen los extre- mos de los dos vectores». 129
- 133. Prohibidasureproducción 130 El producto escalar o tambien conocido como produc- to punto, entre dos vectores, es un número real que se obtiene al multiplicar los módulos de los vectores con- siderados entre sí, por el coseno del ángulo formado entre estos vectores. El producto punto toma su nombre debido a su representación «un punto» entre los vectores relacionados en la operación. Reemplazo Prop. Distributiva Resolución 1.1.Producto escalar entre dos vectores A ∙ B = ||A|| ∙ ||B|| cos θ Observaciones: El producto escalar de los vectores unitarios rectangu- lares es: i ∙ j = 0 o viceversa j ∙ i = 0 i ∙ i = 1 o viceversa j ∙ j = 1 → →→ → Vectores base Al expresar un vector en coor- denadas de vectores base, se designa las letras: i para la componente del vector en x. j para la componente del vector en y. y también: B IÉN 0 5 5 x y i j M = 6i + 3j → Determinemos el producto escalar con los vectores A = (4i + 4j) y B = (-3i + j ) A ∙ B = (4 i ∙ -3i) + (4 i ∙ j) + (4 j ∙ -3i) + (4j ∙ j ) A ∙ B = (-12) + (4 i ∙ j) + (4 j ∙ -3i) + (4 ) 0 0 A ∙ B = (-12+ 4 ) A ∙ B = -8 Determinemos el producto escalar entre: A = (-i- 9j) y B = (-2 i - 6 j ) A ∙ B = (-i ∙ -2i) + (-9 j ∙ -6j) A ∙ B = (2) + (54 ) A ∙ B = 56 Ejemplo1Ejemplo2 → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → θ → → Vectores A y B con el ángulo de separación entre ellos. A B → → → → → → → → → → →→ → → → 1. Vectores EN ℝ² 1. Determina el producto escalar solicitado siendo A = (-2i + 3j); B = (-1i + 9j); C = (+3i - 2j); D = (-2i + 2j) Actividades A ∙ B B ∙ C C ∙ C D ∙ D A ∙ A A ∙ D B ∙ B B ∙ D a. b. e. h. c. f. d. g. ⃗ ⃗ ⃗⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗⃗⃗⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ Fig. 1. Fig. 2.
- 134. Prohibidasureproducción 131 1.2.Producto escalar de un vector por si mismo Dados el vector: B = (5; 8)m .Determinamos el producto punto utilizando la definición de producto punto. Sean: El vector B = (5; 8)m Producto Escalar de un vector por sí mismo 1.3. Propiedades del producto escalar El producto escalar cumple con la propiedad conmutativa, Es decir: A ∙ B = B ∙ A Además cumple con la propiedad distributiva con relación a la suma de vectores. C ∙ (A + B) = C ∙ A + C ∙ B Se verifica que el resultado es igual al calcular mediante la magnitud elevada al cuadrado. Dados el vector B = (5 ; 8)m determinemos el producto punto de sí mismo B2 . Cálculamos la magnitud Aplicando el Teorema de Pitágoras, se tiene: ||B|| = √Bx2 + By2 ) ||B|| = √52 + 82 ||B|| = √25 + 64 ||B|| = √89 ; ||B|| ≈ 9,43 Entonces el producto punto es: ||B||2 = 89 Hallamos B2 : B2 = (5; 8) · ( 5; 8) B2 = (25 + 64) B2 = 89 Ejemplo3 → → → → → → → →→ →→→ → → → → → → → →→ Vectores iguales Al disponer de dos vectores que son iguales se concluye que el ángulo que forman entre ellos es 0o . Además A = B debido a que son iguales. Se tiene entonces: A ∙ B = ||A|| ∙ ||B|| ∙ cos 0o A ∙ B = ||A|| ∙ ||A|| ∙ (1) A ∙ B = ||A||2 y también B IÉN 2. Dados los vectores : A = (3i + j)cm ; B = (i + 2j)cm ; C = (2i + j) cm. Determina. Actividades a. b. c. d. A ∙ B C ∙ A A ∙ B ∙ C Demuestra que: C ∙ ( A + B ) = C ∙ A + C ∙ B El producto escalar entre dos vectores iguales, es igual al cuadrado el módulo del vector dado. → → → → → → → → → → → → → ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗
- 135. Prohibidasureproducción 132 1.4. Vectores Perpendiculares Dos vectores son perpendiculares cuando forman un ángulo recto (90°) y se cortan en un punto. Por lo tanto, aplicando el producto escalar entre estos dos vectores perpendiculares, el resultado obtenido es cero. → → A ∙ B = ||A|| ∙ ||B|| ∙ cos θ A ∙ B = ||A|| ∙ ||B|| ∙ cos 900 A ∙ B = ||A|| ∙ ||B|| ∙ (0) A ∙ B = 0 → → → → → → → → → → → → → → ∝ = 900 A B Identifiquemos si los siguientes vectores son perpendiculares entre sí. Realizamos un bosquejo referencial del caso. Representan dos vectores perpendiculares porque el producto escalar es igual a cero. Ejemplo4 → → → → → → → → → → → → A = (4i – 7j)m y B = (14; 8)m A ∙ B = AxBx + AyBy A ∙ B = (4)(14) + (-7)(8) A ∙ B = 56 – 56 A ∙ B = 0 3. De los siguientes vectores ¿Cuál es perpendicular al vector D = (6Km/h; 30°)? 4. De los siguientes vectores ¿Cuál no es perpendicular al vector A = (8i – 20j)m? Actividades → → → a. b. c. E = (8km/h; 90°) F = (12km/h; 0°) G = (5km/h; 120°) → → → a. b. c. E = (5i + 2j)m F = (2i + 5j)m G = (2,5i + j)m x y 1 1 -1 -1 2 2 -2 3 4 5 6 7 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 Fig. 3. Fig. 4. ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗
- 136. Prohibidasureproducción 133 1.5. Vectores Paralelos Dos vectores son paralelos cuando sobre una línea de acción, se forma un ángulo de 0° o de 180°. El producto escalar de dos vectores paralelos es igual al producto de sus módulos. Además, las componentes cartesianas de dos vectores paralelos son proporcionales. A . B = AxBx + AyBy → → → → Identifiquemos si los siguientes vectores A = (4i + 5j) m y B = (6i + 7,5j) m son paralelos. Aplicamos la relación de proporcionalidad. Ejemplo5 AxBy = AyBx (4)(7,5) = (5)(6) 30 = 30 Verdadero Estos vectores sí son paralelos. 5. Los vectores paralelos son aquellos que se grafican en: 6. Escribe un vector paralelo al vector A = (5m; 60°). 7. Escribe un vector paralelo al vector A = (8i – 5j). Actividades a. b. c. Un ángulo recto Un ángulo agudo Un ángulo de 180° AxBy = AyBx A ∙ B =||A|| ∙ ||B|| ∙ cos θ A ∙ B = ||A|| ∙ ||B||∙ cos 1800 A ∙ B = ||A|| ∙ ||B|| ∙ (-1) A ∙ B = -||A|| ∙ ||B|| A . B = ||A|| ∙ ||B|| ∙ cos θ A ∙ B = ||A|| ∙ ||B|| ∙ cos 0o A ∙ B = ||A|| ∙ ||B|| ∙ (1) A ∙ B = ||A|| ∙ ||B|| → → → →→ → → → → → → → → →→ → → → → → → → → → → → → →→ → b) Fig. 5. Fig. 6. ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ → → → → A A B B a) 180 o 0 o
- 137. Prohibidasureproducción 134 1.6. El uso de las TIC y los vectores Utilizando el programa Geogebra se facilita el gráfico e identificación de vectores perpen- diculares. Cuando tenemos los dos vectores: A = (5i + 4j)m y B = (2i – 5j)m Se puede identificar su perpendicularidad o no, calculando el ángulo de inclinación entre los dos vectores. Para ello damos click en la opción ángulo. Así mismo se puede conocer el lugar donde se va a graficar un vector perpendicular; calcu- lando el ángulo de inclinación, partiendo de un vector conocido A = (5i – 2j)m → → ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ https://goo.gl/ntscG2https://goo.gl/ntscG2
- 138. Prohibidasureproducción 135 Identificando un punto del vector y el punto del origen identificamos el ángulo que desee- mos, en este caso, 90°. Unimos el punto de origen con el punto que identifica la perpendicular. Usando la opción de ángulo conocida su amplitud https://goo.gl/ntscG2 https://goo.gl/ntscG2 https://goo.gl/ntscG2 https://goo.gl/ntscG2
- 139. Prohibidasureproducción 136 1.7. Norma de un vector La norma de un vector se puede identificar como la distancia del punto final al origen; se en- cuentra calculando la raíz cuadrada de las variaciones de cada componente al cuadrado. Por consiguiente, la relación de la norma de un vector en ℝ2 (dos dimensiones) será: ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗⃗ ⃗⃗⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ La Norma o magnitud de un vector se representa por «|| ||» Considerando que el origen es el punto O (0,0), la relación quedaría expresada por: d(v – u) = √(vx - ux)2 + (vy - uy)2 Sean los vectores v = ( vx, vy ) ; u= ( ux, uy) ⇒ d(v – u) = d(v – 0) = √(vx - 0)2 + (vy - 0)2 Identifiquemos la norma o magnitud de los siguientes vectores: A = (6m; 35°); B = (3i - 4j) m; C = (7i + 2j); cuando su punto de origen es D (3; -4) En el vector A = (6m; 35°) norma del vector es 6m, debido a que se expresa en coordenadas polares. En el vector B : B = (3i – 4j) m || B || = √Bx2 + By2 || B || = √32 +(-4)2 || B || = √9+16 || B || = √25 || B || = 5m d(C – D) = √(Cx-Dx)2 + (Cy-Dy)2 d(C – D) = √(7 - 3)2 + (2-(-4)2 ) d(C – D) = √(4)2 + (6)2 ) d(C – D) = √16 + 36 d(C – D) = √52 En el vector C : C = (7i + 2j); cuando su punto de origen es D(3; -4) Realizamos el cálculo punto final menos punto inicial. Ejemplo6 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ 8. Encuentra la norma de los siguientes vectores: 11. Las componentes de en una base orto- normal son u = (1, 2, 3) y v = ( -2, 7, -1). Calcula: 12. Determina un vector unitario que sea pa- ralelo a v = (2, 6, -3) y un vector unitario que sea perpendicular a u = (3, 2, -1). 10. Halla el valor de k para que u = (1, k, 2k ) tenga módulo 9. 9. Las componentes de u y v en una base or- tonormal son u = (2, -5, 4) y v = (-1, -3, 6). Calcula: 13.Las componentes de u, v y w en una base ortonormal son u = (1, -1, 7), v = (-2, 0, 5) y w (3, -3, 2). Halla. Actividades De AB y AC, siendo A(6, 0), B(3,5), C(-1, -1). u = (1, 2), v = (-4, 3) y w = (8, -8) u ∙ v |u + v| 2u ∙ (v + w) (u + v) ∙ (u - w) u ∙ (w - u) (u - v) ∙ (u + v) |u| |u - v| |v| |3u - 2v| cos (u, v) a. a. a. a. c. b. d. b. b. c. c. d. b. √ 〉 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗
- 140. Prohibidasureproducción 137 1.8. Distancia entre dos puntos Para calcular la distancia entre dos puntos en el espacio, es necesario representar ese espa- cio por medio de un vector y calcular la norma de este vector; considerando que la mayoría de veces el origen no empieza en el punto O (0,0); considerando los puntos A(x1 ; y1 ) y B(x2 ; y2 ) y aplicando la relación estudiada anteriormente, obtenemos: Un corredor sale del punto (-3; 5) m y dentro de dos minutos llega al punto (5; -6). Determinemos. a. Distancia total recorrida b. Distancia promedio recorrida por minuto a. Distancia total recorrida b. Distancia promedio recorrida Ejemplo7 d 13,60 d = √(x2 - x1 )2 + (y2 - y1 )2 d = √(-3 - 5)2 + (5 - (-6))2 d = √(-8)2 + (11)2 ) d = √64 + 121 d = √185 d = 13,60 dm= dm = dm = 6,80 metros cada minuto t 2 d(v – u) = √(vx - ux)2 + (vy - uy)2 d(b – a) = √(x1 - x2 )2 + (y1 - y2 )2 d = √(x1 - x2 )2 + (y1 - y2 )2 -5 -5 -10 -10 0 5 5 10 X 10 Y -3, 5 5, -6 14. Calcula la distancia de los puntos A = (2, 3, -1) y B = (1, 4, 0) a la recta r : (x, y, z ) = (1, 3, -2) + k (1, 0, 1). 15. Sea el triángulo determinado por los puntos A = (1, 4, -1), B = (0, 0, 1) y C = (1, 3, 1). Ha- lla la distancia del punto B a la recta determinada por A y C. A continuación, calcula el perímetro y el área de este triángulo. Actividades Fig. 7. ⃗⃗⃗ ⃗Sean los vectores v = ( vx, vy ) ; u= ( ux, uy) ⇒ Sean los vectores a = ( x2 , y2 ) ; b = ( x1 , y1 ) ⇒ Con otra notación sería:
- 141. Prohibidasureproducción 138 1.9. Ángulo entre dos vectores El ángulo comprendido entre dos vectores A y B se calcula utilizando la definición del pro- ducto escalar, representado en coordenadas cartesianas, y el producto de sus magnitudes. ⃗⃗ ⃗⃗A ∙ B AxBx + AyBy ⃗ ⃗∣∣A∣∣ ∙ ∣∣B∣∣ ⃗ ⃗∣∣A∣∣ ∙ ∣∣B∣∣ Cos θ = Cos θ = X1 1 -1 -1 2 0 0 -3 -2 3 4 5 6 3 4 5 Y A B ∝ = 73,43o Calculamos el ángulo comprendido entre los siguientes vectores: A = (3i + 4j)m y B = (2i – j) m. Primero: Encontramos el módulo o magnitud de cada vector. Segundo: Aplicamos la relación correspondiente, con su respectiva gráfica. Ejemplo8 AxBx + AyBy (3)(2) + (4)(-1) 6 - 4 2 ||A|| = √Ax2 + Ay2 ||A||= √(3)2 + (4)2 ) ||A|| = √9 + 16 ||A|| = √25 ||A|| = 5 m ||B||= √Bx2 + By2 ||B||= √(2)2 + (-1)2 ||B|| = √4 + 1 ||B|| = √5 ||B||= 2,24 m Cos θ = Cos θ = Cos θ = Cos θ = Cos θ = 0,18 θ = 79,71o (5)(2,24) 11,2 11,2 X1 1 -1 -1 2 0 0 3 4 3 4 5 Y A B ∝ = 79,7o ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗∣∣A∣∣ ∙ ∣∣B∣∣ Fig. 8 Fig. 9.
- 142. Prohibidasureproducción 139 Calculemos el ángulo comprendido entre los vectores A = (-5; 3)m y B = (7m; 27°) Segundo: Expresar el vector B en coordenadas cartesianas. Primero: Calculamos las magnitudes de los vectores A y B. Tercero: Aplicamos la relación correspondiente, con su respectiva gráfica. La magnitud del vector B es 7 Ejemplo9 AxBx + AyBy (-5)(6,24)+(3)(3,18) -31,2 + 9,54 -21,66 ||A|| = √Ax2 + Ay2 ||A|| = √(-5)2 + (3)2 ) ||A|| = √25 + 9 ||A|| = √34 ||A|| = 5,83 m Bx = B cos θ Bx = 7m cos 27° Bx = 6,24 m B = (6,24 ; 3,18 )m By = B sen θ Bx = 7m sen 27° Bx = 3,18 m Cos θ = Cos θ = Cos θ = Cos θ = Cos θ = -0,53075 θ = 122,06 ° (5,83)(7) 40,81 40,81 16. ¿Cuál es el ángulo comprendido entre los siguientes vectores? A = (7i – 4j)m y B = (5i + 2j)m C = (-5i + j)Km/h y D = (-8i - 12j) E = (6m; 30°) y F = (2i + 7j)m Actividades X Y 1 1 -1 -1-2-3-4-5 2 2 0 0 3 4 5 6 3 4 5 6 7 A B ∝ = 122,06o ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗∣∣A∣∣ ∙ ∣∣B∣∣ Fig. 10.
- 143. Prohibidasureproducción 140 2.1 Ecuación cartesiana de la recta (Forma explícita) La ecuación cartesiana describe a la recta mediante los siguientes elementos: • Pendiente; descrita por m, representa el grado de inclinación de la recta. Es el cociente entre la variación de la varia- ble y y la variación de la variable x. •Intersección; se refiere al punto de corte entre la recta y el eje de las ordenadas (eje y); se representa por b y se obtiene con la relación: Así, la recta en su forma cartesiana o explí- cita es : 0 y1 x2 x1 y2 X Y (x2 , y2 ) (x1 , y1 ) (0 . b) y2 - y1 x2 ∙ y1 - x1 ∙y2 m = b = x2 - x1 x2 - x1 2. Ecuaciones De La Recta Con los elementos m y b, la ecuación explícita de la recta es : y= x - 2 Ejemplo10 Dados A = (5; 3) y B = (7; 5), determinemos la ecuación explícita de la recta. Primero: Determinamos el valor de la pendiente: Segundo: Calculamos el valor de la intersección (7)(3) - (5)(5) 21 - 25 5 - 3 - 4 2 x2 . y1 - x1 . y2y2 - y1 b = b = b = b = - 2 m = 1 b =m = m = m = 7 - 5 2 7 - 5 2 2 x2 - x1x2 - x1 y = mx + b Fig. 11.
- 144. Prohibidasureproducción 141 2.2. Ecuación de la recta en la forma paramétrica La ecuación paramétrica se expresa en función de las componentes de dos de los puntos de la recta, con la relación de un pa- rámetro, que se puede simbolizar por «p». La expresión paramétrica de la recta descri- ta en los ejes respectivos es : En el eje x : x = x1 + p (x2 - x1 ) En el eje y : y = y1 + p (y2 - y1 ) A continuación, ilustramos un ejemplo en el cual analizaremos la ecuación paramétrica de la recta en función de sus respectivas ecuaciones. Ejemplo11 Dada la ecuación que se expresa mediante : x = p – 5 Donde p es un número real. 1. Determina los puntos determinados por p = ,..., -2, -1, 0, 1 y 2. Análisis numérico 2. Determinemos la relación algebraica entre x e y. Análisis algebraico Despejamos el parámetro «p» de la primera ecuación y reemplazamos en la otra ecuación. y = 3(x + 5) + 2 y = 3x + 15 +2 y = 3x + 17 3. Representemos gráficamente la relación algebraica entre x e y. y = 3p + 2 0 5 5 -5 -5 x1 X Yx = x1 + P (x2 - x1 ) y = y1 + p (y2 - y1 ) x = 3 - 2p y = 7 - 6p Las ecuaciones en forma paramétrica : (x1 , y1 ) S(3, 7) (x2 , y2 ) R(1, 1) } x x= p - 5 y = 3p + 2 (x, y) -2 -7 -4 (-7, -4) -1 -6 -1 (-6, -1) 0 -5 2 (-5, 2) 1 -4 5 (-4, 5) 2 -3 8 (-3, 8) -5 -5 -10 -10 0 5 5 10 10 Y X Fig. 12. Fig. 13.
- 145. Prohibidasureproducción 142 2.3. Ecuación de la recta en la forma vectorial La ecuación vectorial, expresa a una recta en vectores base, es decir, en sus compo- nentes incluye los vectores directores (i, j). Describe la recta según los elementos. • Vector origen: Comprendido entre el origen de coordenadas y el punto A (OA). • Parámetro: Se refiere a un valor numéri- co constante ( |p| ). • Vector de dirección: Se constituye por la variación entre el punto final menos el punto inicial (AB). La ecuación vectorial de la recta, conoci- dos dos de sus puntos, es : ͢ 0 5 5 -5 -5 X Y (x1 , y1 ) B(3, 7) (x2 , y2 ) A(1, 1) 17. Dados los puntos A(3, 2) y B(-1, -3), determina la ecuación de la recta en forma explícita. 18. Dada la ecuación que se expresa mediante : x = p + 8 ; y = 2p – 11, donde p es un número real, determina: a. Los puntos determinados por : …. - 3,-2,-1,0,1, 2 y 3. b. La relación algebraica entre x e y. c. La gráfica de la función. Actividades Ejemplo12 Sean los puntos A (1, 1) y B (3, 7). Determinemos le ecuación de la recta en forma vectorial. Primero: Determinamos el vector origen, mediante la diferencia de coordenadas: Segundo: Determinamos el vector dirección mediante te la diferen- cia de coordenadas: Tercero: Reemplazamos los elementos en la ecuación vectorial, por lo tanto. OA = A - O ; OA = ( i + j ) - ( 0i + 0j ) ; OA = ( i + j ) AB = B - A ; AB = ( 3i + 7j ) - ( i + j ) ; AB = ( 2i +6j ) (OX) = OA + p (AB) (OX) = ( i + j ) + p ( 2i + 6 j) ͢ ͢ ͢͢͢ ͢ ͢ ͢ ͢ ͢ } (OX) = OA + p (AB) ͢ ͢ ͢ Fig. 14. ⃗ ⃗ ⃗ ⃗
- 146. Prohibidasureproducción 143 2.4. Transformación de la forma explícita a las formas paramétrica y vectorial Las formas de expresar una recta pueden relacionarse según los elementos ya descri- tos en apartados anteriores. Partiendo desde la ecuación de la recta en forma explícita: y = mx + b, recordamos que sus elementos correspondientes son pendiente (m) e intersec- ción con el eje y (b). Así entonces, para expresar la ecuación de la recta desde su forma explícita a la forma paramétrica, debemos obtener dos puntos de referencia, para lo cual es conveniente reem- plazar dos valores de x. De esta manera, reemplazando los valores x = 0 y x = 1 , respectivamente: Sea x = 0 y = mx + b y = m(0) + b y = b Sea x = 1 y = mx + b y = m(1) + b y = m + b Obteniéndose por ende, los puntos : A(0, b) y B( 1, m + b) Reemplazamos en la ecuación paramétrica: En el eje x : x = x1 + p(x2 - x1 ) En el eje y : y = y1 + p (y2 - y1 ) Así resulta entonces : Sean los puntos A(0 ,b) y B(1 , m + b). La ecuación de la recta en forma vectorial es: Primero: Determinamos el vector origen, mediante la diferen- cia de coordenadas: OA = A - O; OA = (0i + bj ) - (0i + 0j); OA = bj Segundo: Determinamos el vector dirección mediante te la diferencia de coordenadas: AB = B - A; AB = (i + m j + bj) - (0i + bj); AB = (i + m j) Tercero: Reemplazamos los elementos en la ecuación vec- torial, por lo tanto: (OX) = OA + p (AB) (OX) = (bj) + p ( i + mj) ͢ ͢ ͢ ͢ ͢ ͢ ͢ ͢ ͢ ͢
- 147. Prohibidasureproducción 144 Recordando que la forma explícita, presenta los elementos: pendiente (m) e intersección (b), a continuación se muestra el proceso para obtener las expresiones que nos permitan calcular los elementos de la forma explícita. Sea una recta en la forma paramétrica: x = x1 + ak con y = y1 + bk, obtenemos dos puntos cualquiera asignando de manera conveniente los valores de k1 = 0 y k2 = 1, así. Sea k1 = 0 x1 = x1 + ak resulta x = x1 y1 = y1 + bk resulta y = y1 Sea k2 = 1 x2 = x1 + ak resulta x2 = x1 + a y2 = y1 + bk resulta y2 = y1 + b Expresemos la recta explícita: y = 5x + 4 a su forma paramétrica y vectorial. Paso a la forma paramétrica: Sea x = 0 y x = 1, obtendremos los puntos : Si x = 0 entonces se tendrá: ( 0 , 4) donde x1 = 0 y además y1 = 4 Si x = 1 entonces se tendrá: (1 , 9) de igual manera : x2 = 1 y y2 = 9 Aplicando la expresión paramétrica. En el eje x : x = x1 + p (x2 - x1 ) ⟶ x = 0 + p(1) ⟶ x = p En el eje y : y = y1 + p (y2 - y1 ) ⟶ y = 4 + p (5) ⟶ y = 4 + 5p Paso a la forma vectorial: Consideramos los puntos A(0 ,4) y B(1 , 9). Primero: Determinamos el vector origen, mediante la diferencia de coordenadas: OA = A - O; OA = (0i + 4j ) - (0i + 0j); OA = 4j Segundo: Determinamos el vector dirección mediante la diferencia de coordenadas: AB = B - A; AB = (i + 9j ) - (0 i + 4j ); AB = ( i +5 j ) Tercero: Reemplazamos los elementos en la ecuación vectorial, por lo tanto. (OX) = OA + p (AB) (OX) = (4 j) + p (i + 5 j) Ejemplo13 ͢ ͢ ͢ ͢ ͢ ͢ ͢ ͢ ͢ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗⃗ Transformación de la forma paramétrica a la forma explícita
- 148. Prohibidasureproducción 145 Expresión que permita calcular la pendiente ( m ) Aplicamos los valores de x1 , x2 , y1 y y2 en la fórmula Expresión que permite calcular la intersección con el eje y (b). De igual manera, reemplazamos los valores de x1 , x2 , y1 y y2 en la fórmula Una vez que conocemos las expresiones de pendiente (m) e intersección (b), reemplazamos en la ecuación de la rec- ta en forma explícita; así resultará: y = m x + b Expresemos la ecuación en forma paramétrica: a su forma explícita: Así, reeemplazando en las ecuaciones pendiente (m) e intersección (b), tenemos: así, la expresión de la recta en forma explícita es: Datos : x1 = 5, y1 = 8, a = 4 y b = - 3 Ejemplo14 b b 3 - y2 - y1 y2 - y1 y1 + b - y1 x2 y1 - x1 y2 ay1 - bx1 (x1 + a) (y1 ) - (x1 )(y1 + b) x1 y1 + a y1 - x1 y1 + bx1 ;entonces: m = ; así resultará: ; entonces: b = m = m = ; m = b = ; b = b = a a 4 x2 - x1 x2 - x1 x1 + a - x1 x2 - x1 a x2 - x1 x1 + a -x1 ay1 - bx1 ay1 - bx1 (4 ∙ 8) - (-3 ∙ 5) 32 - 15 47 x + a a 4 4 4 b y = m = b = ; b = ; b = ; b = ; m = 3 47 x +- 4 4 y = a x = 5 + 4p y = 8 - 3p{
- 149. Prohibidasureproducción 146 Transformación de la forma vectorial a la forma explícita Para convertir la expresión de la recta en la forma vectorial a la forma explícita utilizaremos: ay1 - bx1 x + a b y = a 19.Sean las rectas en la forma explícita y = 4x - 5, determina la expresión vectorial y paramétrica de la recta. 21.Sea la expresión x = 3p + 2 y y = p - 3, determina la forma explícita y paramé- trica de la recta. 20.Sea la expresión 𝑂𝑋 = (3𝑖 - 4𝑗) + 𝑝 (-2𝑖 + 5𝑗), determina la forma explícita y pa- ramétrica de la recta. Actividades ͢ ͢ ͢ ͢ Expresemos la siguiente recta en forma vectorial a su respectiva forma explícita. Así, identificamos los valores : x1 = 3 , y1 = - 4, a = - 2 y b = 5; reemplazando en la ex- presión, tendremos: Valores de x1 y y1 Expresión de conversión Reemplazo de valores Resolución de ( ), producto Ley de signos en las fracciones Por lo tanto la recta en forma explícita es: Valores de a y b Sea la recta OX = (3i - 4j) + p(-2i + 5 j) determinemos la forma explícita correspondiente: En la expresión OX = (3i- 4j) + p(-2i + 5j) Ejemplo15 5 5 5 b 8 - 15 (-2)(- 4) - (5)(3) 7 ay1 - bx1 x + x + x + x + - - -2 -2 2 a -2 -2 2 a y = y = y = y = ͢ ⃗⃗⃗⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗
- 150. Prohibidasureproducción 147 2.5. Ecuación de una recta paralela a una recta conocida Dos rectas paralelas tienen la misma dirección, por ende, las pendientes de las mismas son iguales: m1 = m2 En la forma explícita: ͢ ͢ Reemplazamos Propiedad distributiva Ecuación en la forma explícita Determinemos la ecuación de la recta paralela a la recta y = 3x – 2 que pase por el punto (2,3) Análisis: Los datos, según el ejercicio, son: m = 3 , b = – 2 y el punto (2, 3), donde x1 = 2 y y1 = 3. Además, al ser rectas paralelas, los valores de las pendientes son iguales. m1 = m2 = 3. Solución: En la expresión: y – y1 = m (x – x1 ), reempla- zamos los datos y resolvemos: Determinemos la ecuación de la recta paralela a OX = (3i - 4j) + p (-2i + 5j), que pase por el punto (2i + 4j). Análisis: Los datos según el ejercicio son: vector de dirección (-2 i + 5 j), el cual es el mismo para las dos rectas debido a que son paralelas, vector de origen (2i + 4j) que será el punto por el cual debe pasar la recta paralela. Solución: La ecuación de la recta paralela a la recta conocida en la forma vectorial será: OX = (2i + 4j) + p(-2i + 5j) Ejemplo16Ejemplo17 y – 3 = 3(x – 2) y – 3 = 3x - 6 y = 3x - 3 0 5 5 -5 -5 X Y y = 3x - 2 y = 3x - 3 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ Fig. 15.
- 151. Prohibidasureproducción 148 2.6. Ecuación de una recta perpendicular a una recta conocida Dos rectas perpendiculares forman, en su punto de intersección, un ángulo recto; las pen- dientes presentan la relación m1 ∙ m2 = -1. 0 5 5 Y X-5 -5 y = 2x + 1 y = - x + 7 2 Reemplazamos Solución: En la expresión: y – y1 = m (x – x1 ), reempla- zamos los datos y resolvemos: Multiplicamos por 2 Ecuación en la forma explícita Determinemos la ecuación de la recta perpen- dicular a la recta y = 2x + 1, que pase por el punto (1,3) Análisis: Los datos según el ejercicio son: m1 = 2 , b = 1 y el punto (1, 3), donde x1 = 1 y y1 = 3. Además, al ser rectas perpendiculares, la pen- diente de la segunda recta debe cambiar el signo e invertir los elementos de la pendiente. Así entonces, si m1 = 2 1 entonces m2 = 1 - 2 Ejemplo18 2y – 6 = - x + 1 y – 3 = y = (x - 1) - x + 7 2 1 - 2 22.Determina la ecuación de la recta parale- la a la recta y = – 2x + 5, que pase por el punto (1, 2) en la forma explícita y vecto- rial. Dibuja la gráfica con las dos rectas. 24.Determina la ecuación de la recta que pase por el punto (1,3) y que sea per- pendicular a la recta y = -3x - 1. Dibuja la gráfica con las dos rectas. 25.Determina la ecuación de la recta que pase por el punto (-2 ,0) y que sea per- pendicular a la recta y = -5x + 3. Dibuja la gráfica con las dos rectas. 23.Determina la ecuación de la recta para- lela a la recta y = 4x - 2, que pase por el punto (2, 3) en la forma explícita y vecto- rial. Dibuja la gráfica con las dos rectas. Actividades Fig. 16.
- 152. Prohibidasureproducción 149 2.7. Ecuación de una recta perpendicular a una recta conocida con vectores Cuando se presenta una recta en su forma vectorial, se consideran los aspectos que ilustra- mos en el siguiente ejemplo: 2.8. Calculo de la distancia entre dos puntos con vectores Para determinar la distancia entre dos puntos con vec- tores, calculamos el vector AB, restando las coordena- das de los vectores B y A, mediante la expresión: AB = OB – OA AB = (8i + 5j) – (i + 4j) AB = 8i – i + 5j – 4j AB = 7i + j Luego, calculamos la norma del vector que resulta, aplicando la expresión: d (A, B) = ||AB|| = √(x2 - x1 )2 + (y2 - y1 )2 d (A, B) = ||AB|| = √(7)2 + (1)2 ) d (A, B) = ||AB|| = √50 ≈ 7,07 por ende, la distancia es de 7,07 unidades. Determinemos la ecuación de la recta perpendicular a OX = (i - 2 j) + p(-3i + 4j), que pase por el punto (2, 5). Análisis: Los datos según el ejercicio son: vector de dirección (-3 i + 4 j), donde la componente de y ( j) se intercambia con la componente de x (i) y viceversa para la componente x, con la particu- laridad de cambiar el signo de la componente. El vector de origen , coincide con el punto de coordenadas rectangulares (2, 5). Solución: La ecuación de la recta paralela a la recta conocida en la forma vectorial será: OX = (2i + 5j) + p(4i + 3j) Ejemplo19 ͢ ͢ ͢ ͢ ͢ ͢͢ ͢ ͢ ͢ ͢ 0 5 10 5 X Y -5 AB A B ͢ ͢ ͢ 26. Calcula la distancia de los puntos A = (2, 3, -1) y B = (1, 4, 0) a la recta r : (x, y, z ) = (1, 3, -2) + k (1, 0, 1). 27. Sea el triángulo determinado por los puntos A = (1, 4, -1), B = (0, 0, 1) y C = (1, 3, 1). Halla la distancia del punto B a la recta determinada por A y C. A continuación, calcula el perímetro y el área de este triángulo. Actividades Fig. 17. ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗
- 153. Prohibidasureproducción 150 4 Resumen Ángulo entre dos vectores Los ángulos de los dos vectores se representa en coordenadas cartecianas y el producto de sus magnitudes. Ecuacion Cartesiana de la recta (explícita). El valor de la pendiente (m) que está dada por la relación - y el valor de la ordenada al origen (b) - Su forma explícita es: Ecuacion vectorial de la recta. Se compone del vector dirección , la constante p y el vector de dirección. AxBx + AyBy A ∙ B B D A C Cos θ = Ecuación paramétrica de la recta En el eje x : x = x1 + p (x2 - x1 ) En el eje y : y = y1 + p (y2 - y1 ) (OX) = OA + p (AB) y = mx + b Vectores paralelos Son dos vectores, iguales con una misma línea de acción. Norma de un vector Es la distancia de un vector desde el punto final al de origen. Producto escalar entre dos vectores. Es la multipicacion de dos vectores que dan como resultado un número real. Vectores perpendiculares Son dos vectores que se cortan formando siempre una ángulo recto (90°) A ∙ B = ||A|| ∙ ||B|| cos θ A ∙ B = 0 AxBy = AyBx ͢ ͢ ͢͢ ͢ ͢ ͢ ͢ ͢ d = √(x1 - x2 )2 + (y1 - y2 )2
- 154. Prohibidasureproducción 151 3. Identifica si los siguientes vectores A = (3i + 6j) m y B = (4,5i + 9j) m son paralelos. Aplicamos la relación de proporcionalidad AxBy = AyBx (3)(9) = (6)(4,5) 27 = 27 Resulta una igualdad, por ende, los vectores dados son paralelos. 2. Identifica si los siguientes vectores son perpendiculares entre sí. Realiza un bosquejo referencial del caso. 4. Determina la norma en el siguiente vector B = (6i - 2j) m. En conclusión, no son vectores perpendiculares. ∣∣B∣∣ = Bx2 + By2 ∣∣B∣∣ = 62 + (-2)2 ∣∣B∣∣ = 36 + 4 ∣∣B∣∣ = 40 ∣∣B∣∣ ≈ 6,32 m Problemas resueltos A Solución Solución Solución Solución ⃗ ⃗ ⃗ ⃗⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ A ⋅ B = (-5i ∙ 2i) + (-3j ∙ 8j) A ∙ B = (-10) + (-24) A ∙ B = - 34⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ A = (8i - 4j)m y B = (4i; - 8j)m A ⋅ B = AxBx + AyBy A ⋅ B = (8)(4) + (-4) (-8) A ∙ B = 32 + 32 A ∙ B = 64 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ √ √ √ √ Solución ⃗ 0 5 10 5 -5 -10 A ⃗B 1. Determina el producto escalar entre los vectores A = (-5i - 3j) y B = (2i + 8j).⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ Fig. 18. x y
- 155. Prohibidasureproducción 152 5. Calcula el ángulo comprendido entre : A = (-5i + 3j)m y B = (-i + 4j)m. 6. Expresa la recta explícita: y = -3x + 1 en su forma paramétrica y vectorial. Problemas resueltos B Solución Solución Primero: Encontramos el módulo o magnitud de cada vector. Paso a la forma paramétrica: Sea x = 0 y x = 1, obtendremos los puntos : Si x = 0 entonces tendremos: (0, 1) donde x1 = 0 y ademas y1 = 1 Si x = 1 entonces se tendrá: (1, - 2) de igual manera: x2 = 1 y y2 = -2 Aplicando la expresión paramétrica. Segundo: Aplicamos la relación correspondiente, con su respectiva gráfica. Paso a la forma vectorial: Consideramos los puntos A(0 ,1) y B(1, - 2). Primero: Determinamos el vector origen, mediante la diferencia de coordenadas. OA = A - O; OA = (0i + j) - ( 0i + 0j); OA = j Segundo: Determinamos el vector dirección median- te te la diferencia de coordenadas: AB = B - A ; AB = (i - 2j) - (0i + j) ; AB = (i - 3 j) Tercero: Reemplazamos los elementos en la ecua- ción vectorial, por lo tanto: (OX) = OA + p (AB) (OX) = (j) + p(i - 3j) ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗⃗ 24,02 24,02 (-5)(-1) + (3)(4) (Ax ∙ Bx) ∙ (Ay ∙ By)||A||= Ax2 + Ay2 ||B||= Bx2 + By2 ||A||= (-5)2 + (3)2 ||B||= (-1)2 + (4)2 ||A||= 25 + 9 ||B||= 1 + 16 ||A||= 34 ||B||= 17 ||A|| ≈ 5,84 ||B|| ≈ 4,12 5 + 12 17 (5,83)(4,12) ∣∣ A ∣∣ ∙ ∣∣ B ∣∣ Cos θ = Cos θ = Cos θ = Cos θ = θ = 44,95° √ √ √ √ √ √ √ √ ͢ ͢ ͢͢ ͢ ͢ ͢ ͢͢ ͢ En el eje x: x = x1 + p(x2 - x1 ) ⟶ x = 0 + p(1) ⟶ x = p En el eje y: y = y1 + p(y2 - y1 ) ⟶ y = 1 + p(-3) ⟶ y = 1 - 3p ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗
- 156. Prohibidasureproducción 153 Ejercicios y problemas 1 Producto escalar 1. Dados los vectores : A = (-8i + 12j) C = (4i - 3j) y B =(i - 2j) 4. ¿Cómo verifico si dos vectores son paralelos? 5. ¿Cuál de los siguientes vectores es perpendicu- lar a C = (-2i ,4j) 6. ¿Cuál de los siguientes vectores es perpendicu- lar a C = (5i, - 3j) 7. ¿Cuál de los siguientes vectores es paralelo a M = (5i, -3j)? 8. ¿Cuál de los siguientes vectores es paralelo a P = (i, - j)? 2. Dados los vectores : A = (-5, 0); N = (0, 3) y M = (-1, -2) 3. ¿Cómo verifico si dos vectores son perpendiculares? ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ 10. Dados los vectores u = (1, -2) y v = (-2, 2), referi- dos a una base ortonormal, calcula: ⃗ ⃗ 9. Dados los vectores u, v y w de la figura, calcula gráficamente. ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ 153 A ∙ B A ∙ N E = (-10i, 5j) E = (6i ,10j) A = (2i ,3j) A = (-5i, 5j) C ∙ B A ∙ M F = (-5i, 10j) F = (10i, 6j) N = (10i, 6j) N = (i, j) A ∙ C M ∙ N G = (5i, - 10j) G = (6i, - 10j) M = (10i, -6j) M = (5i, -5j) A ∙ A A ∙ B ∙ C A ∙ M ∙ N P = (10i, 5j) P = (-6i, 10j) B = (-6i, 10j) B = (-i, 2j) M ∙ N ∙ N a. a. a. a. a. a. ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ a. u + v + w b. -2w c. u + 2v d. 2u - v ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ a. u ∙ v + w b. -2u ∙ v c. (u + v) ∙ v b. b. b. b. b. b. c. c. c. c. c. c. e. Determina. Determina. d. d. d. d. d. d. f. 11. Dados los vectores u = (1, -2) y v = (2, 2) y w = (0, -1), calcula (2u - 3v) ∙ (v + 4w). ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ u⃗ v⃗ Y X j⃗ w⃗ i⃗ O Fig. 19.
- 157. Prohibidasureproducción 154 13. Dados los vectores : A = (-1, 0) N = (0, -1) y M =(-7, -2). Determina la magnitud de: 12. Averigua si los puntos A, B y C estan alinea- dos en cada uno de los siguientes casos: 14. Dados los vectores : A = (-10, 5) N = (2, -2) y M =(0, -2). Determina la distancia entre: 16. En la siguiente figura, determina. ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ 15.Dados los vectores : Z = (20m, 50o ) X = (8i, -2j) y Y =(i, -5j). Determina.⃗ ⃗ ⃗ 2 3 4 Norma de un vector Distancia entre dos puntos Ángulo entre dos vectores ⃗ 17. Calcula el ángulo formado entre los vectores a y b, si se conoce que:⃗ ⃗ 18. Las componentes de u, v y w en una cierta base son u = (−1, 2), v = (2, 3) y w = (1, 0). Expresa cada uno de estos vectores como combinación lineal de los otros dos. 19. Escribe en todas las formas posibles la ecuación de la recta que pasa por el punto A=(−5,3) y que tiene vector director v = (−1, 1). 20. Escribe en todas las formas posibles la ecuación de la recta que pasa por el punto B= (2, -1) y que tiene como vector director u = (3, 5) ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ A A y N M M y N N A y M M + A M + A M + N M + M a. a. b. b. c. c. d. d. e. e. f. El resultado obtenido en los literales c y d es igual?¿Por qué? a. La norma de Z a. El ángulo entre A y B a. A = (0, 3), B = (1, 1) y C = (1, 5) c. X ∙ Z b. La norma de X b. El valor de θ. b. A = (-1, 3), B = (4, 0) y C = (2, 6) d. El ángulo entre los vectores X y Z e. La norma de Y f. X ∙ Y g. El ángulo entre los vectores X y Y g. ¿Por qué se obtiene el resultado del literal e? 0 55 10 X Y 10 5 -5 -10 10 θ 32o A B⃗ ⃗ 154 a. a (4, 5) ; b 16 5 , 6⃗ ⃗ c. a = 3i - 2j ; b = 2i - 3j⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗⃗ ⃗ ⃗ d. a = (-1, 0) ; b = i⃗ ⃗ b. a = AB ; b = CD y A (4, 6), B -2, 26 5 , C 9, 103 10 , D - 3√ , 5 ⃗ ⃗ ͢ ͢ Fig. 20.
- 158. Prohibidasureproducción 155 21. Encuentra la ecuación explícita de la recta 5x + y – 7 = 0. 22. Encuentra la ecuación explícita de la recta que pasa por los puntos (7; -2) y (12; 3). 23. Encuentra la pendiente y la ordenada al origen de la recta y = 24. Encuentra la pendiente y la ordenada al origen de la recta 3x - 5y = 0 25. Encuentra la ecuación vectorial de la recta que pasa por el punto A = (-3; 5) y es parte del vec- tor v = (-2; -7). 26. La ecuación vectorial de la recta que pasa por el punto A = (-2; 9) es (x, y) = (-2; 9) + k(-6; 7). ¿Cuál es el valor del vector director? 27. Encuentra la ecuación vectorial de la recta que pasa por los puntos P = (-8; -5) y Q = (-2; 9). 29. La ecuación paramétrica de la recta que pasa por el punto P (5; 8) es x = 5 + 3p e y = 8 – p. ¿Cuál es el valor del vector director? 30. Dada la ecuación que se expresa mediante : x = p + 8 ; y = 2p - 11, donde p es un número real, determina. 28. Encuentra la ecuación paramétrica de la recta que pasa por el punta B = (5; 6) y tiene un vec- tor director de (-9; -2) 31. Representa la recta 5x + 3y = 0; en forma explíci- ta, paramétrica y vectorial. 32. Encuentra las ecuaciones explícita, general pa- ramétrica de la siguiente recta (x, y) = (3; -2) + p(2; 5). 155 5 6 8 7 Ecuación explícita de la recta Ecuación vectorial de la recta Formas de expresión de la recta Ecuación paramétrica de la recta a. Los puntos determinados por : ….-3,-2,-1,0,1, 2 y 3. b. La relación algebraica entre x e y. c. La gráfica de la función. 3x + 7 2 33. Escribe en todas las formas posibles la ecuación de la recta que pasa por el punto A = (-5, 3) y que tiene vector director v = (-1, 1). 34. Escribe en todas las posibles la ecuación de la recta que pasa por A = (1, -3) y B = (2, 0) ⃗ 35. Escribe la ecuación paramétrica de la recta que pasa por el punto P y tiene como vector director a. b. P - 1 2 , 4 ; a (5, 3)⃗ ⃗ a. P(4, 5) , a (-4, 6)⃗ 36. Escribe la ecuación paramétrica de la recta que contiene a los puntos: a. A(0, 0) , B(- 3, - 6) b. G - 3√ , 5 , H - 3√ , 2
- 159. Prohibidasureproducción 156 41. Sea la ecuación 42. Sea la ecuación 43. Sea la recta OX = (5i - 2j) + p(i + 4j), determi- na la forma explícita. 44. Determina la ecuación de la recta paralela a la recta y = 5x + 4 , que pase por el punto (2, 3). 45. Halla la ecuación de la recta paralela a la rec- ta y = - x + 4, que pase por el punto (-1, 0). 46. Dado el triángulo de vértices los puntos A = (1, 1), B = (−3, 5) y C = (−1, −2), calcula la ecuación de: a. La recta que pasa por A y es paralela al lado BC. b. La mediana que parte de B. c. La altura que parte de C. Determina. a. Los valores de x1 , y1 , a y b. b. El valor de la pendiente c. El valor de la intersección d. La ecuación explícita Determina. a. Los valores de x1 , y1 , a y b. b. El valor de la pendiente c. El valor de la intersección d. La ecuación explícita a. Los valores de x1 , y1 , a y b. b. El valor de la pendiente c. El valor de la intersección d. La ecuación explícita 156 37. Expresa y = 2x - 4 en su forma paramétrica. 38. Sean los puntos (4, 3) y (2, 2). Determina la for- ma paramétrica de la recta descrita. 39. Una recta se describe mediante los elementos m = 3 y b = -2. Determina la forma paramétrica de la misma. 40. Sea la gráfica, además de los puntos (0,–2) y (0.4, 0). Halla la forma paramétrica de la recta descrita. 9 10 12 Conversion explícita – paramé- trica Conversion paramétrica explícita Recta paralela a una recta dada. x = 4 + 3p x = 3p y = 1 – p . y = 5 + 2p . { { 0 2-2 4-4 2 -2 -4 4 Y X 11 Conversion vectorial – explícita ͢ 156 (0, -2) (0.4,0) Fig. 21.
- 160. Prohibidasureproducción 157 Para finalizar 1 7 10 4 Sean los vectores A (5 ,8) y B (3 ,2). Al reali- zar el producto punto, resulta. Responde verdadero (V) o falso (F). a. El producto i ∙ j = 0. b. Para verificar que dos vectores son para- lelos utilizamos la ecuación: AxBy = AyBx. c. El producto escalar entre dos vectores que son perpendiculares es igual a uno. d. Los vectores que son iguales forman 180o . e. El producto escalar de dos vectores per- pendiculares es igual al producto de sus módulos. f. El producto escalar es conmutativo. g. El producto i ∙ i = 0. La magnitud del vector M = 5i - 8j es: Sean los vectores A = (3 ,- 4 ) y B = (-2 ,3 ) El módulo de los vectores respectivamente es: Sean los vectores A = (-5i ,- j) y B = (-2i , 3j) El producto punto entre A y B es: El ángulo formado por los vectores del ejer- cicio anterior es: El producto escalar entre dos vectores. Per- pendiculares es: El vector perpendicular a B = 4i + 3j es: 2 8 5 11 9 3 6 Determina la ecuación de la recta paralela a la recta y = -2x + 3, que pase por el pun- to (2, 3). Halla la ecuación de la recta perpendicu- lar a la recta y = -5x + 1, que pase por el punto (-1, -2). Considerando la siguiente gráfica, deter- mina la ecuación de la recta paralela a la recta L, que pase por el punto (0 ,4); y ade- más, la ecuación de la recta perpendicular a la recta L, que pase por (0 ,1). 157 a. 46 a. 0 a. 7 a. 12,68o a. -7i + 3j a. 39 a. 14, 12 b. 31 b. 90 c. 9 c. 67,59o b. 12i + 9j b. -39 c. 5, -13 c. 13 c. 1 b. 12 b. 0,38o c. -9i + 12j c. 3 b. 12, 15 d. 18 d. -1 d. -12 d. 22,41o d. 3i + 4j d. 89 d. 5 , 13 → → → → → → → → √ √ √ √ √ √ √ 0 2-2 4-4 2 -2 -4 4 222 0 , 1 1.5 , -2 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ Fig. 22. L
- 161. 158 Para finalizar 12 21 18 13 22 19 14 20 158 La intersección de la recta explícita -2x + y – 7 = 0 es : Sea la ecuación 15 ⃗ ⃗ Considerando los vectores: M = 3i + 4j y N = -4i + 3j. • Determina si son paralelos o perpendi- culares. Determina. a. Los valores de x1 , y1 , a y b. b. El valor de la pendiente c. El valor de la intersección d. La ecuación explícita a. El vector de origen b. El vector de dirección c. Los valores de x1 , y1 ,a y b. d. El valor de la pendiente e. El valor de la intersección f. La ecuación explícita Encuentra la ecuación explícita de la recta que pasa por los puntos: (7; -5) y (-2; 3). Sea la recta OX = (7i - j) + p(3i + 4j). Determina. La pendiente y la ordenada al origen de 3x + 4y = -7 es: 16 ⃗ ⃗Sean los vectores: A = 5i + 2j y B = -6i + j. Determina la magnitud de los vectores y la distancia que hay entre ellos. 17 Dada la ecuación paramétrica: x = 3 + 7p y y = -4 + p, determina la relación alge- braica entre x y y. Convierte la expresión explícita y= -9x + 2 a la forma paramétrica Sean los puntos (5, -3) y (0, 2). Determina la forma paramétrica de la recta descrita. Una partícula se desplaza desde el punto (3 , 5) hasta (12 , 25). Determina la distan- cia recorrida.a. -2 a. 3x - 2y = 12 b. 7 b. y = 2x – 3 x = - p + 6 c. 2 c. 7x + 2y = 11 d. -7 d. 8x + 9y = 11 y = 5 + 2p 3 3 7 7 , , - - - 4 4 4 4 a. 7 3 ,- - 4 4 c. 3 7 ,- - 4 4 b. d. { ͢ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ AUTOEVALUACIÓN •Escribe la opinión de tu familia. •Pide a tu profesor sugerencias para mejorar y escríbelas. •Trabajo personal Reflexiona y autoevalúate en tu cuaderno: •Trabajo en equipo ¿Cómo ha sido mi actitud frente al trabajo? ¿He cumplido mis tareas? ¿He respetado las opiniones de los demás? ¿He compartido con mis compañeros y compañeras? ¿Qué aprendí en esta unidad? Prohibidasureproducción
- 162. Prohibidasureproducción 159 Vectores en ℝ2 UD. 4 ZONA El cuaternión Los vectores y la animación audiovisual El billar y los vectores SOCIEDAD NOTICIAS SOCIEDAD El origen de la palabra vector se atribuye al matemá- tico italiano Giusto Bellavitis (1803-1880). No obstan- te, dicho concepto tuvo un precursor, el cuaternio o cuaternión, impulsado por el matemático irlan- dés William R. Hamilton (1805- 1865), quien en 1843 represen- tó los números complejos con cuatro dimen- siones. De esta cantidad deriva dicho nombre. Placa conmemorativa en el puente de Brougham (Dublín, Irlan- da donde Hamilton ideó los cuaterniones mientras paseaba. En el choque de dos bolas de billar intervienen, en su desplazamiento, vectores. En el siguiente enlace podrás acceder a activida- des interactivas relacionadas con los vectores y el billar: http://links.edebe.com/mwx Einstein y la teoría de la relatividad Piloto de aviación SENTIDO CRITICO SI YO FUERA.... Esta frase pertenece al científico alemán Albert Einstein (1879-1955), quien, entre 1905 y 1915, publicó sus teorías de la relatividad sobre la localización de los sucesos físicos. En estos escritos, habló por pri- mera vez del tiempo como una cuarta dimensión indispensable para ubicar un objeto en el espacio en un momento determinado. Extraído 5 de abril del 2016 desde la págima web: http://goo.gl/cXvC9H «Los problemas de espacio y tiempo se piensan durante la infancia; yo lo hice cuando ya había crecido» aplicaría vectores debido a que durante mi for- mación utilizaría la triangulación de tres vecto- res: velocidad con respecto a tierra, velocidad con respecto al viento y velocidad conjunta de los motores, en la cual relacionaría distancias y ángulos para determinar cada uno de ellos. Una de las aplicaciones de los vectores es la crea- ción de animaciones de gráficos vectoriales. A partir de programas informáticos, el usuario crea y edita imágenes con el ordenador. El enlace http://links.edebe.com/i3sz9c te facilita- rá información sobre los gráficos vectoriales y el tipo de imágenes que produce. ¿Que diferencia existe respecto a las imágenes creadas a partir de mapas de bits? Prohibidasureproducción 159 http://goo.gl/HMgohZ https://goo.gl/gdlQHghttp://goo.gl/vEqrRO
- 163. Cónicas 5 contenidOS: 1. La circunferencia 1.1. Ecuación canónica de la circunferencia con centro en el origen 1.2. Ecuación canónica de la circunferencia con centro en (h, k) 2. La elipse 2.1. Ecuación canónica de la elipse con centro (0, 0) y eje focal x 2.2. Ecuación canónica de la elipse con centro (0, 0) y eje focal y 2.3. Ecuación canónica de la elipse con centro (h, k) y eje de simetría parale- lo al eje x 2.4. Ecuación canónica de la elipse con centro (h, k) y eje de simetría parale- lo al eje y 3. La parábola 3.1. Ecuación canónica de la parábola con vértice (0,0) y eje de simetría x 3.2. Ecuación canónica de la parábola con vértice (0,0) y eje de simetría y 3.3. Ecuación canónica de la parábola con vértice (0,0) y eje de simetría x 3.4. Ecuación canónica de la parábola con vértice (h, k) y eje focal paralelo al eje y. 4. La hipérbola 4.1. Ecuación canónica de la hipérbola con centro (0,0) y eje focal a x 4.2 .Ecuación canónica de la hipérbola con vértice (0,0) y eje focal a y 4.3. Ecuación canónica de la hipérbola con vértice (h,k) y eje focal a x 4.4. Ecuación canónica de la hipérbola con vértice (h,k) y eje focal a y 160 Prohibidasureproducción
- 164. Prohibidasureproducción Prohibidasureproducción Películas En el siguiente enlace puedes ver un fragmento de la película Ágora en la que Hipatia teoriza sobre la posibilidad de que la Tierra describa una órbita elíptica alrededor del Sol: a. Visualiza el fragmento de la película Ágora: • En la época de Hipatia, ¿cómo se pen- saba que eran los movimientos de los cuerpos celestes? • ¿Conoces algún otro personaje que en su día se cuestionara la creencia de que la Tierra orbita de manera circular alrededor del Sol? • ¿Quién fue el primer personaje en demostrar que las órbitas de los plane- tas eran elípticas? ¿Cómo llegó a esta conclusión? b. Durante muchos siglos, los fenómenos celestes fueron objeto de estudio y es- tuvieron sujetos a supersticiones, creen- cias, etc. Busca información sobre la cultura maya y su amplio conocimiento de la astronomía. Web En este vídeo puedes observar un fenó- meno que se denomina descenso de la serpiente: http://links.edebe.com/k6gc Este fenómeno se produce cada año con la llegada del equinoccio de primavera en la Pirámide de Kukulkán (525 d. C.), en la antigua ciudad maya de Chichén Itzá. Consiste en un juego de luces que repre- senta el cuerpo de una serpiente que se desplaza desde la cima de la pirámide hasta la base. La Pirámide de Kukulkán es, en realidad, un calendario gigante con el que los mayas podían, por ejemplo, predecir los cambios de estación. También demuestra los profundos conocimientos de matemá- ticas, geometría y astronomía que esta cultura poseía. En contexto http://goo.gl/89oXPs 161
- 165. Prohibidasureproducción 162 Cónicas 1. La Circunferencia Si giramos una recta alrededor de un eje con el que tiene un punto en común, obtenemos una superficie cónica de revolución. La intersección de una superficie cónica de revolución con un plano determina una familia de curvas que tienen una gran importancia en campos como la arquitectura o la in- geniería: las cónicas. Observamos en la imagen que las cónicas varían en fun- ción de la inclinación del plano. Veamos a continuación cómo definir las cónicas como lugares geométricos del plano. La circunferencia es el perímetro del círculo, que posee los siguientes component es: Centro: El punto interior equidistante a todos los puntos de la circunferencia. Radio: Segmento que une el centro de la circunferencia con cualquier punto de ella. El radio se denota con la letra «r» o bien con sus puntos extremos, su medida es constante. Cuerda: Segmento que une dos puntos de la circunferencia de manera interna. Diámetro: Es la cuerda de mayor medida que pasa por el centro de la circunferencia. Lo denotamos mediante «d» y es el doble del radio (2r). Tangente: Es la recta que intersecta a solo un punto de la circunferencia. Secante: Es la recta que corta a la circunferencia, intersecando dos puntos de ella. Un lugar geométrico es un conjunto de puntos que cumplen una determinada condición geométrica. Circunferencia de centro C y radio r. y también: B IÉN Una cónica es la curva que se obtiene como intersección de una superficie cónica de revolución y un plano. Es el lugar geométrico de un punto que se mueve en el plano de tal forma que la distancia a un punto fijo permanece constante. El punto fijo se denomina centro de la circunferencia y la distancia fija, radio de la cir- cunferencia (r). Fig. 1. Fig. 2. Fig. 3.
- 166. Prohibidasureproducción 163 1.1 Ecuación canónica de la circunferencia con centro en el origen Según la definición, se tiene que cualquier punto P(x, y) que pertenezca a la circunferencia se encuentra a una dis- tancia CP desde el centro, y a este segmento se le conoce como radio. Aplicando la fórmula de distancia entre los puntos de un punto P(x, y) al centro C(h, k): Se elimina la raíz: d2 = (x - h)2 + (y - k)2 Se sustituye d (distancia) por r (radio), porque d = r Reemplazamos en la fórmula las coordenadas C (0,0) r2 = (x - 0)2 + (y - 0)2 d= √(x - h)2 + (y - k)2 r2 = (x - h)2 + (y - k)2 Ecuación canónica de la circunferencia C(0,0): r2 = x2 + y2 Hallemos la ecuación de la circunferencia con centro en el origen y radio = 4 Determinemos la ecuación de la circunferencia a partir de la siguiente gráfica. Ecuación canónica de la circunferencia Ecuación canónica de la circunferencia Ecuación canónica de la circunferencia Reemplazo de datos. Reemplazo de datos. Datos: La gráfica Ecuación = ? x2 + y2 = r2 x2 + y2 = (4)2 x2 + y2 = 16 x2 + y2 = r2 x2 + y2 = (3)2 x2 + y2 = 9 Ejemplo1Ejemplo2 x Fig. 4. Fig. 5.
- 167. Prohibidasureproducción 164 Considerando la ecuación de la circunferencia x2 + y2 = 4 determinemos la gráfica de la circunferencia correspondiente. Datos: x2 + y2 = 4 Gráfica = ? Al comparar la ecuación dada en los datos con la ecuación general, es posible establecer la igualdad: r2 = 4; entonces r = 2. Ejemplo3 1. Representa gráficamente las siguientes ecuaciones. 2. Relaciona las ecuaciones con su respectiva gráfica 3. Determina las ecuaciones que cumplan con las condiciones dadas. Actividades x2 + y2 = 6 x2 + y2 = (5)2 x2 + y2 = 4 x2 + y2 = x2 + y2 = x2 + y2 = 36 x2 + y2 = x2 + y2 = 2 x2 + y2 = C (0, 0); d = C (0, 0); r = 3 C (0, 0); r =√6 C (0, 0); r = a. 1. 2. 3. 4. d. c. a. b. d. b. e. c. a. b. c. d. 12 9 1 2 2 1 25 4 4 3 3 1 4 Fig. 6. Fig. 7. Fig. 8. Fig. 9. Fig. 10. y x y x y y x x
- 168. Prohibidasureproducción 165 Determinemos la ecuación canónica de la circunferencia de centro (-2, -3) y radio 5. Datos: Centro (-2, -3) y radio 5. Determinemos la ecuación de la circunferencia si los extremos del diámetro son los puntos M (2, 3) y N (-3, -1). Datos: Puntos M (2, 3) y N (-3,-1). Solución: Reemplazamos en la ecuación canónica Resolvemos la potencia y los signos Ecuación canónica con centro (-2,-3) y radio 5. Solución: Primero: Calculamos el punto medio entre los puntos M y N. El punto medio del diámetro coincide con las coordenadas del centro, C Segundo: Calculamos las distancia entre el centro y uno de los puntos, para determinar la longitud del radio. Reemplazamos las coordenadas del centro y el valor del radio en la ecuación canónica (x - h)2 + (y - k)2 = r2 (x - (-2)2 + (y - (-3))2 =(5)2 (x + 4)2 + (y + 3)2 = 25 Ejemplo4Ejemplo5 1.2. Ecuación canónica de la circunferencia con centro en (h, k) Iniciamos con el mismo procedimiento ejecutado anterior- mente para obtener la ecuación canónica con C (0, 0), pero en este caso, vamos a sustituir por el centro de coorde- nadas C (h, k) pues este se encuentra fuera del origen. Empleamos la fórmula de distancia desde un punto P (x, y) al centro C (h, k) d= √(x - h)2 + (y - k)2 Se elimina la raíz: d2 = (x - h)2 + (y - k)2 Como la distancia es igual al radio, tenemos que: (x - h)2 + (y - k)2 = r2 Ecuación canónica con C(h, k) x1 + x2 2 - 3 - 1 - 1 y2 + y1 r = √(x - h)2 + (y - k)2 ); (x - h)2 + (y - k)2 = r2 ; x + + (y - 1)2 = ; 2 + + (3 - 1)2 ; + 4 ; x + + (y - 1)2 = 3 - 1 2 2 2 2 2 2 1 1 ; ; ; ; ; ;PMN = PMN = PMN = 1 r = r = r =1 25 41 141 41 2 2 4 2 22 4 22 2 2 √ � � √ Fig. 11
- 169. Prohibidasureproducción 166 Ecuación general de la circunferencia Si desarrollamos la ecuación canónica de la circunferencia, resolviendo el producto notable binomio al cuadrado (en los dos paréntesis), tenemos: Resolviendo el binomio al cuadrado Ordenando los términos convenientemente Reemplazando las constantes A, B y C Ecuación general de la circunferencia Ecuación General de la circunferencia Al reemplazar los valores de h y k cambian los signos. Ecuación canónica con centro C(h,k) Ecuación canónica con centro C (h, k) (x - h)2 + (y - k)2 = r2 (x - h)2 + (y - k)2 = r2 x2 + 6x + 9 + y2 - 4y + 4 = 36 x2 + y2 + 6x - 4y +9 + 4 = 36 x2 + y2 + 6x - 4y +13 - 36 = 0 x2 + y2 + 6x - 4y - 23 = 0 (x + 3)2 + (y - 2)2 = 36 x2 - 2xh + h2 + y2 - 2yk + y2 = r2 x2 + y2 - 2hx - 2ky + h2 + y2 - r2 = 0 A = -2h, B = -2k y C = h2 + y2 - r2 x2 + y2 + Ax + By + C= 0 Determinemos las ecuaciones canónica y general de la circunferencia de radio 6, cuyas coor- denadas del centro son (-3 ,2). Datos: r = 6, C = ( -3 ,2). a. Ecuación canónica = ? ; b. Ecuación general = ? Según los datos, conocemos las coordenadas del centro y el valor del radio, así tenemos en la ecuación canónica. Al desarrollar la ecuación canónica con centro h, k, resolvemos los productos notables, y las constantes. Al igualar a cero resulta: Ejemplo6 4. Determina las ecuaciones canónica y general para las circunferencias descritas: a. Radio 8, centro (-2, 3). b. Radio 2, centro (5, 2). c. Radio 4, centro (-2, -1). d. Radio 7, centro (-5, 8). e. Radio 12, centro (-1, 0). 5. Halla la ecuación de la circunferencia cuyo centro se halla sobre el eje de abscisas y es tangente a la recta r: y = -x + 3 en el punto P = (-1, 4). 6. Halla la ecuación general de una circunferen- cia de radio 2 que es concéntrica con la que tiene como extremos de un diámetro los pun- tos A = (0, 3) y B = (8, 3) 7. Considerando las siguientes ecuaciones de hipérbolas , determine las coordenadas del centro, vértices y focos así como la represen- tación gráfica. Actividades a. b. c. (x + 2)2 x2 9x2 - 4y2 - 54x + 8y + 113 = 0 (y - 5)2 y2 9 16 49 7 = 1 = 1 - -
- 170. Prohibidasureproducción 167 Obtención del radio y las coordenadas del centro a partir de la ecuación general de la circunferencia A partir de la fórmula general, obtendremos la ecuación canónica de la circunferencia uti- lizando el método de completación para trinomios cuadrados perfectos. Aumentamos el término ideal para completar el trinomio cuadrado perfecto, dividiendo para dos y elevando al cuadrado el segundo término. Ecuación general de la circunferencia Agrupando los términos según x e y. Comparamos con la ecuación canónica. Factorando los trinomios y resolviendo las fracciones. Por lo cual, se concluye que el radio es Completando el trinomio. Factorando los trinomios Comparamos con la ecuación canónica Agrupando los términos según x e y. Dato (x - h)2 + (y - k)2 = r2 x2 + y2 + 4x + 2y - 31 = 0 x2 + y2 + 6x + 4y - 3 = 0 x2 + y2 - 4x +8y - 5 = 0 2x2 + 2y2 + 4x - 8y = 8 5x2 + 5y2 - 10x - 20y + 5 = 0 (x2 + 4x) + (y2 + 2y) = 31 (x2 + 4x + 4) + (y2 + 2y + 1) = 31 + 4 + 1 (x + 2)2 + (y+ 1)2 = 36 (x - h)2 + (y- k)2 = r2 x2 + y2 + Ax + By + C= 0 (x2 + Ax ) + ( y2 + By)= - C x2 + Ax + + y2 + By + = - C + x+ y++ = Determinar el valor del radio y las coordenadas del centro a partir de la ecuación general de la circunferencia descrita por: x2 + y2 + 4x + 2y - 31 = 0 Ejemplo7 8. Determina el valor del radio y las coordenadas del cen- tro a partir de las ecuaciones: Actividades A2 A B A2 + B2 - 4C A2 B2 B2 4 2 2 4 2 2 4 4 + 4 a. b. c. d. A2 + B2 - 4C r = 2 √
- 171. Prohibidasureproducción 168 Verificación de la ecuación general de la circunferencia Ahora analizaremos la ecuación general, para verificar si representa o no una circunferencia, estudiando las caracte- rísticas del radio; según la expresión obtenida en apartados anteriores: r = Consideramos los casos: Cuando A2 + B2 - 4C > 0, la ecuación general representa una circunferencia de radio igual a r = y centro en el punto . Cuando A2 + B2 - 4C = 0, la ecuación general representa un punto de coordenadas . Cuando A2 + B2 - 4C < 0, la ecuación general representa una circunferencia imaginaria. A2 + B2 - 4C A2 + B2 - 4C A A B B - - , - , - 2 2 2 2 2 2 √ √ Por lo que podemos concluir que la ecuación general solo representa una circunferencia cuando A2 + B2 - 4C > 0. Ecuación canónica de la circunferencia Factor común y agrupación Suma de y Resolviendo los trinomios Resolviendo las operaciones con fracciones. Dividiendo para 2. Dato2x2 + 2y2 - 6x + 10y + 7 = 0 2(x2 - 3x)+ 2(y2 + 5y) = -7 2 x2 - 3x + + 2 y2 + 5y + = -7 + + 2 x - + 2 2 x - + 2 x - + y + y + y + = 10 = = 5 (x - h)2 + (y - k)2 = r2 Sean las ecuaciones generales, determinemos si representa o no una circunferencia. En caso afirmativo, hallemos el centro y el radio respectivo. Solución: Al comparar la ecuación obtenida y la canónica, es posible concluir: El radio es igual a √5 ≈2,24 y las coordenadas del centro son Ejemplo8 9 9 3 3 3 3 5 , - 25 25 5 5 5 2 2 2 2 2 2 18 50 -28 + 18 + 50 4 4 2 2 2 2 2 4 4 2 2 2 4 4 4 https://goo.gl/h0lH6c Ecuaciones de una circunferencia
- 172. Prohibidasureproducción 169 2. La elipse La excentricidad debe ser siempre menor que uno y mayor que 0, además que c debe ser menor que a. La ecuación que la representa es .Si c es igual a 0, los focos coincidirán con el centro y representará una circunferencia. Las distancias entre a, b y c se relacionan mediante la fórmula a2 = b2 + c2 ; de ella, podrás despejar la variable que necesites para encontrar su valor, siempre y cuando tengas tan solo una incógnita desconocida. Para obtener la ecuación de la elipse partimos desde su definición: d(P, F1 ) + d(P, F2 ) = 2a, para ello, determinamos la distancia de un punto cualquiera P (x, y) a los focos F1 (-c, 0) y F2 (c, 0). 2.1. Ecuación canónica de la elipse con centro (0,0) y eje focal x En las elipses con centro en el origen y eje de simetría x se cumple que: • Centro (0,0) • V1 (-a, 0); V2 (a, 0) • Cortes con los ejes B1 (0, b); B2 (0, -b) • Focos F1 (-c, 0); F2 (c,0) • Eje focal x • Eje normal y • Longitud eje mayor 2a • Longitud eje menor 2b • Lado recto LR = Los elementos que corresponde a la elipse son: • Centro: Es el punto de intersección de los ejes que unen los focos. • Vértices: Son los puntos de intersección de la elipse con los ejes; entonces se considera (V1 y V2 ) a los puntos que cortan al eje focal y (B1 y B2 ) a aquellos que intersecan al eje normal. • Focos: Son los puntos fijos ( F1 y F2 ) que generalmente se encuentran sobre el eje mayor. • Eje focal: También nombrado eje de simetría o principal, es la recta que pasa por los focos. • Eje normal o secundario: Recta perpendicular al eje de simetría. • Eje mayor: Es el segmento más largo de la elipse que une los puntos (V1 y V2 ), denomina- do como 2a. • Eje menor: Es el segmento más pequeño de la elipse que une lo puntos (B1 y B2 ) denomi- nado como 2b. • Lado recto: Es el segmento de recta paralela al eje menor que pasa por uno de los focos y une dos puntos cualesquiera de la elipse. 2b2 c a2 - b2 a e = a a = √ Es el lugar geométrico de los puntos de un plano tales que la suma de las distancias a los puntos fijos denominados focos ( F1 y F2 ) no cambia. Así, tenemos que un punto P (x, y) pertenece a la elipse si y tan solo si d(P,F1 ) + d(P,F2 ) = 2a, en donde a corresponde a un número real positivo. Fig. 12. eje mayor y principal y c b a B2(0,-b) B1 (0,b) P(X,Y) C(O,O)V2 (-a,0) F1 (-c,0) F2 (c,0) L R V2 (a,0) x eje mayor y normal
- 173. Prohibidasureproducción 170 (x2 - x1 )2 + (y2 - y1 )2 (x2 - x1 )2 + (y2 - y1 )2 (x+ c)2 + (y- 0)2 -4(xc - a2 )= -4a √(x - c)2 + y2 ; (a2 - xc)= a √(x - c)2 + y2 ; (a2 - xc)2 = a √(x - c)2 + y2 )2 ; a4 - 2a2 xc + x2 c2 = a2 (x2 - 2xc + c2 + y2 ) a4 - 2a2 xc + x2 c2 = a2 x2 - 2a2 xc + a2 c2 +a2 y2 a4 - a2 c2 = a2 x2 - x2 c2 + a2 y2 ; a2 (a2 - c2 ) = x2 (a2 - c2 ) + a2 y2 a2 b2 = x2 b2 + a2 y2 ; a2 = b2 + c2 ; b2 = a2 - c2 x2 b2 + a2 y2 = a2 b2 (x+ c)2 + (y- 0)2 d (P, F1 ) = d (P, F2 ) = d (P, F1 ) = d (P, F2 ) = √ √ √ √ (x+ c)2 + y2 )2 = (x- c)2 + y2 )2 ( (2a -√ √ (x+ c)2 + y2 = 4a2 - 4a √(x - c)2 + y2 + (x - c)2 + y2 x2 + 2xc + c2 + y2 = 4a2 - 4a √(x - c)2 + y2 + x2 - 2xc + c2 + y2 4xc - 4a2 = -4a √(x - c)2 + y2 (x+ c)2 + y2 + (x- c)2 + y2 = 2a√ √ Sumamos las distancias e igualamos a 2a. Resolvemos las raíces Desarrollamos el binomio que se presentan en ambos lados de la ecuación y eliminamos términos semejantes. Extraemos factor común y simplificamos Eliminamos la raíz cuadrada, resolvemos el binomio y multiplicamos Reducimos términos semejantes, agrupamos los términos por variables que tengan x e y a un solo lado de la ecuación, luego factorizamos. Tenemos que la distancia del punto B1 (0, b) a cada foco es a. Por lo tanto, aplicamos teore- ma de Pitágoras y despejamos b2 . Sustituimos todos los (a2 - c2 ) que tengamos en la ecuación anterior por b2 Finalmente, dividimos toda la ecuación para a2 b2 y simplificamos. ecuación de la elipse con eje focal x x2 b2 x2 a2 y2 y2 a2 b2 + + = 1= ; a2 b2 a2 a2 b2 b2 a2 b2 Recuerda que a siempre será el mayor valor en la ecuación de una elipse.
- 174. Prohibidasureproducción 171 4x2 x2 x2 x2 y2 y2 y2 + + + 9y2 x2 y2 36 a2 a2 49 b2 y y x x b2 24 = 1 = 1 = 1 36 9 4 = = 1+ + 36 36 ⇒Dividimos para 36 Solución 4x2 + 9y2 = 36 Dada la ecuación de una elipse 4x2 + 9y2 = 36, determinemos las coordenadas de los vértices, focos, las longitudes de los respectivos ejes mayor y menor, la excentricidad, la longitud de los lados rectos y realice- mos la representación gráfica. Hallemos la ecuación de la elipse de centro en el origen cuyos vértices son los puntos (-7, 0) y (7, 0) y sus focos (- 5, 0) y (5, 0). Al comparar la expresión obtenida con , tenemos: a2 = 9 y b2 = 4, por lo tanto a = 3 y b = 2. Ahora, según la expresión pitagórica: a2 = b2 + c2 , reemplazamos y determinamos el valor de c, c =√(a2 - b2 ), c = √(32 - 22 ) entonces c = √5. Ahora, reemplazamos en la ecuación Resulta: Vertices: V1 (-a, 0); V2 (a, 0) ⟶ V1 (-3, 0); V2 (3, 0) Focos F1 (-c, 0); F2 (c, 0) ⟶ F1 (- √5, 0); F2 (√5, 0) B1 (0, 2); B2 (0, -2) Longitud eje mayor 2a = 6 Longitud eje menor 2b = 4 Excentricidad: e = ; e = Lado recto LR= ; LR= ; LR= ; LR ≈ 2,67 Ejemplo9Ejemplo10 c 2b2 82(2)2 a 3 33 5 3 √ Según los vértices (- 7, 0) y (7, 0) entonces a = 7 y los focos (-5, 0) y (5, 0), c = 5. Ahora según la expresión pitagórica: a2 = b2 + c2 , reemplazamos y determinamos el valor de b: b =√(a2 - c2 ), b =√(72 - 52 ) entonces b = √24. 9. Sea la ecuación 4x2 + 25y2 = 100, determina las coordenadas de los vértices, focos, las longitudes de los respectivos ejes mayor y menor, la excentricidad, la longitud de los lados rectos y realiza la representación gráfica. 10. Halla la ecuación de la elipse de centro en el origen cuyos vértices son los puntos (-8, 0) y (8, 0) y sus focos (-6, 0) y (6, 0). 11. Halla la ecuación de la elipse de centro en el origen cuyos vértices son los puntos (-7, 0) y (7, 0) y sus focos (-5, 0) y (5, 0) . Actividades Fig. 13 Fig. 14
- 175. Prohibidasureproducción 172 Aplicamos el mismo procedimiento para obtener la ecuación de la elipse; debemos partir desde su definición, es decir d (P, F1 ) + d (P, F2 ) = 2a, para ello conseguimos la distancia de un punto cualquiera P (x, y) a los focos F1 (-c, 0) y F2 (c, 0). 2.2. Ecuación canónica de la elipse con centro (0, 0) y eje focal y Sumamos las distancias e igualamos a 2a En las elipses con centro en el origen y eje de simetría x se cumple que: • Centro (0,0) • V1 (0, a); V2 (0, -a) • Cortes con los ejes B1 (b, 0); B2 (-b, 0) • Focos F1 (0, -c); F2 (0, c) • Eje focal y • Eje normal x • Longitud eje mayor 2a • Longitud eje menor 2b • Lado recto LR = • Excentricidad 2b2 c a2 - b2 a e = a a = √ (x2 - x1 )2 + (y2 - y1 )2 (x2 - x1 )2 + (y2 - y1 )2 (x- 0)2 + (y- c)2 (x- 0)2 + (y- c)2 (x- 0)2 + (y + c)2 (x- 0)2 + (y + c)2 d (P, F1 ) = d (P, F2 ) = d (P, F1 ) = d (P, F2 ) = √ √ √ √ √ √+ = 2a (x2 + (y + c)2 )2 = x2 + (y + c)2 = 4a2 - 4a√(x2 + (y - c)2 ) + x2 + (y - c)2 x2 + y2 + 2yc + y2 = 4a2 - 4a √ x2 + (y - c)2 + x2 + y2 - 2yc + c2 4yc - 4a2 = -4a √x2 + (y - c)2 -4(-yc + a2 )= -4a √(x2 + (y - c)2 ; (a2 - yc)= a √(x2 + (y - c)2 ; (a2 - xc)2 = a √(x - c)2 + y2 )2 ; a4 - 2a2 xc + x2 c2 = a2 (x2 - 2xc + c2 + y2 ) a4 - 2a2 xc + x2 c2 = a2 x2 - 2a2 xc + a2 c2 +a2 y2 a4 - a2 c2 = a2 x2 + a2 y2 - y2 c2 a2 (a2 - c2 )= a2 x2 + y2 (a2 - c2 ) x2 + (y - c2 )2 ( (2a -√ √ Resolvemos las raíces Desarrollamos los binomios que se presentan en ambos lados de la ecuación y eliminamos términos semejantes. Extraemos factor común y simplificamos Eliminamos la raíz cuadrada, resolvemos el binomio y multiplicamos Excluimos términos semejantes, agrupamos los términos que tengan x e y a un solo lado de la ecuación, factorizamos. eje mayor y principal L a b c R B2 (0,-b) Ladorecto B1 (0,b) P(X,Y) C(O,O) V2 (O,-a) V1 (O,a) F1 (O,c) F1 (O,c) eje mayor y normal Fig. 15. y x
- 176. Prohibidasureproducción 173 Tenemos que la distancia del punto B1 (0, b) a cada foco es a. Por lo tanto, seguimos esta ecuación pitagórica y despejamos b2 . Sustituimos todos los (a2 - c2 ) que tengamos en la ecuación anterior por b2 Finalmente dividimos toda la ecuación para a2 b2 y simplificamos. ecuación de la elipse con eje focal y a2 = b2 + c2 ; a2 x2 + += ; b2 y2 a2 b2 x2 y2 = 1 a2 b2 a2 b2 a2 b2 b2 a2 a2 b2 = a2 x2 + b2 y2 ; a2 x2 + b2 y2 = a2 b2 b2 = a2 - c2 ; x2 2b2 x2 y2 = 1,Resulta: + 322(4)2 ; LR = ; LR = ; LR = 6,4 y2 + 16 a 5 9 55 16 = 1Hallemos los elementos de la elipse cuya ecuación es Hallemos la ecuación de la elipse de centro en el origen cuyos vérti- ces son los puntos (0,3) y (0,-3) y sus focos (0, 2) y (0, -2) . Primero: Encontramos a y b, luego sustituimos en las coordenadas de V y B. a2 = 25 ; a = 5 entonces los vértices serán V1 (0, 5); V2 (0, -5) b2 = 16 ; b = 4 entonces B1 (4,0); B2 (-4, 0) Según los vértices (0, 3) y (0, -3) entonces a = 3 y los focos (0, 2) y (0, -2), c = 2. Ahora según la expresión pitagórica: a2 = b2 + c2 , reemplazamos y determinamos el valor de b. b =√(a2 - c2 ), b =√(32 - 22 ) entonces b = √5. Ahora, reemplazamos en la ecuación x2 y2 = 1,+ b2 a2 Segundo: El valor de c lo conseguimos despejando de la ecuación a2 = b2 + c2 c=√(a2 - b2 ) ; c=√(25 - 16) ; c=√9, c = 3 entonces los focos serán F1 (0, 3); F2 (0, -3) longitud eje mayor = 2a ; longitud eje mayor = 10 longitud eje menor = 2b ; longitud eje menor = 8 lado recto LR = Ejemplo11Ejemplo12 12. Dada la ecuación 25x2 + 4y2 = 100, determina las coordenadas de los vértices, focos, las longitudes de los respectivos ejes mayor y menor, la excentricidad, la longitud de los lados rectos y realiza la representación gráfica. 13. Halla la ecuación de la elipse de centro en el origen cuyos vértices son los puntos (0, 4) y (0, -4) y sus focos (0, 2) y (0, -2) . Actividades Fig. 16. Fig. 17. y y x x
- 177. Prohibidasureproducción 174 2.3. Ecuación canónica de la elipse con centro (h, k) y eje de simetría paralelo al eje x En la elipse que se muestra en la gráfica se tiene que: 2.4. Ecuación canónica de la elipse con centro (h, k) y eje de simetría paralelo al eje y En esta elipse, se cumple que: Para la deducción de la ecuación canónica de la elipse con centro (h, k) se debe realizar una traslación de ejes, y de ello obtenemos que: , donde a > b > 0 Al igual que en las anteriores ecuaciones de elipse, aquí también utilizamos la fórmula pita- górica a2 = b2 + c2 Se aplica el proceso de traslación de ejes para conseguir la ecuación canónica de centro (h, k) y eje de simetría paralelo al eje y Entonces: donde a > b > 0 • Centro (h, k) • V1 (h - a, k); V2 (h + a, k) • Cortes con los ejes B1 (h, b + b); B2 (h, k - b) • Focos F1 (h - c, k); F2 (h + c, k) • Eje focal y = k • Eje normal paralelo a y • Longitud eje mayor 2a • Longitud eje menor 2b • Lado recto LR= • Centro (h, k) • V1 (h - a, k); V2 (h, k + a) • Cortes con los ejes B1 (h - b; k); B2 (h + b, k) • Focos F1 (h, k - c); F2 (h, k + c) • Eje focal x = h • Eje normal paralelo ax • Longitud eje mayor 2a • Longitud eje menor 2b • Lado recto LR= 2b2 2b2 (x - h)2 (y - k)2 (x - h)2 (y - k)2 a a b2 a2 = 1+ a2 + b2 eje mayor y principal R L X Y b c a Ladorecto B2 (h;k-b) C(h,k) B1 (h;k+b) V1 (h-a;k) V2 (h+a;k)F1 (h-c;k) F1 (h+c;k) eje mayor y normal eje mayor y principal X Y R b a c Lado recto B1 (h-b;k) B2 (h+b;k)C(h,k) V2 (h;k+a) V1 (h;k-a) F1 (h;k-c) F1 (h;k+c) eje mayor y normal Fig. 18 Fig. 19.
- 178. Prohibidasureproducción 175 k + a = 8 k - a = -4 2k = 4 (x - h)2 (x - h)2 (x + 2)2 (x + 3)2 (y - k)2 (y - k)2 (y - 2)2 2 6 (y - 4)2 b2 b2 36 49 a2 a2 25 7 25 = 1 = 1 = 1 = 1 + + + + Determinemos la ecuación de la elipse con centro (-2 , 2 ) , cuyos vértices son (-2, 8) y (-2, -4) y además el eje menor es 10. Determinemos la ecuación de la elipse con centro (-3, 4), cuyo eje mayor es paralelo al eje horizontal y el valor de la excentricidad es Si el eje menor es 10, tenemos que 2b = 10 por lo cual b = 5. Empleamos la fórmula de la elipse paralela al eje y que se ubica fuera del origen: Empleamos la fórmula de la elipse paralela al eje x que se ubica fuera del origen: Entonces k = 2 y a = 6 Solución: Es notable que la primera componente no cambia (-2), esta observación evidencia que la elipse se encuentra paralela al eje y. Entonces: V1 (h, k + a) se relaciona con (- 2, 8) entonces h = -2 y k + a = 8 V2 (h, k - a) se relaciona con (-2, -4) entonces h = -2 y k - a = -4 Resolvemos el sistema formado por las ecuaciones k + a = 8 y k - a = - 4. Solución: Con el valor de la excentricidad, concluimos que a = 7 y c = 2√6. Calculamos el valor de b con la expresión: b2 = a2 - c2 b2 = 49 - 24, entonces b = 5. Entonces: V1 (h - a, k) ⟶ (-10, 4) V2 (h + a, k) ⟶ (4, 4) Ejemplo13Ejemplo14 √ 14. Una elipse se describe según la ecuación , halla las coordenadas de los vértices, focos, las longitudes de los respectivos ejes mayor y menor, el valor de la excentricidad, la longitud de los lados rectos y realiza la representación gráfica. 15. Determina la ecuación de la elipse con centro (3, 3), cuyo eje mayor es paralelo al eje vertical y el valor de la excentricidad es Actividades 4 (x - 2)2 (y - 1)2 5 100 36 = 1+ y x y x Fig. 20. Fig. 21.
- 179. Prohibidasureproducción 176 Obtención de la ecuación canónica de la elipse a partir de la ecuación general 16(x - 3)2 (x - 3)2 c ;e = 9(y - 2)2 16x2 + 9y2 - 96x - 36y + 36 = 0 (16x2 - 96x )+ (9y2 - 36y )= -36 16(x2 - 6x ) + 9(y2 - 4y )= -36 16(x2 - 6x + 9) + 9(y2 - 4y + 4)= -36 + 144 + 36 16(x - 3)2 + 9(y2 - 2)2 = 144 (y - 2)2 144 144 144 144 9 a 16 = = 1 + + 16(x - 3)2 144 Sea la ecuación 6x2 + 9y2 - 96x - 36y - 36 = 0, hallemos la ecuación canónica de la elipse, deter- minemos las coordenadas del centro, vértices, focos, longitudes de los lados rectos, el valor de la excentricidad y la representación gráfica. • Elipse de eje mayor paralelo al eje y. • Valores de a, b y c correspondientemente: 4, 3 y √7. • Centro (h, k) ⟶ Centro (3, 2) • Vértices: (h, k +a) ⟶ (3, 6) (h, k - a) ⟶ (3, -2) • Focos: (h, k + c) ⟶ (3, 2 + √7 ) (h, k - c) ⟶ (3, 2 - √7) • Lado recto LR= • Excentricidad: Solución: Dato Agrupando los términos según x e y. Factor común numérico Completando los trinomios Factorando trinomios y realizando operaciones Dividiendo cada término para 144 Simplificando las fracciones Ejemplo15 7 e = 4 √ 16. Considerando las siguientes ecuaciones, determina la ecuación canónica de la elipse, establecien- do las coordenadas del centro, vértices, focos, longitudes de los lados rectos el valor de la excentri- cidad; así como la representación gráfica. 9x2 + 4y2 - 36x - 8y + 4 = 0 x2 + 4y2 - 6x + 16y + 21 = 0 16x2 + 4y2 + 32x + 16y - 32 = 0a. b. c. Actividades Sea la ecuación general de un lugar geométrico, Ax2 + By2 + Cx + Dy + E = 0; si los coeficien- tes de A y B son del mismo signo, representa una elipse con eje paralelo al eje horizontal o vertical. y x Fig. 22.
- 180. Prohibidasureproducción 177 3.1. Ecuación canónica de la parábola con vértice (0,0) y eje de simetría x 3. Parábola 3.2. Ecuación canónica de la parábola con vértice (0,0) y eje de simetría y Por definición de parábola tenemos que la distancias de un punto al foco (p, 0) y a la directriz (-p, y) serán las mismas, por ello, igualamos las ecuaciones obtenidas y resolvemos. En la parábola con eje de simetría "x" que se presenta a con- tinuación, tenemos las siguientes características: • Coordenadas del vértice (0, 0) • Las coordenadas del foco son (p, 0) • Directriz x = -p • Lado recto es igual a |4p| • Si p > 0, la parábola tiene su foco a la derecha del vértice y sus ramas se abren a la derecha. • Si p < 0, la parábola tiene su foco a la izquierda del vérti- ce y sus ramas se abren a la izquierda. Eje focal: También nombrado eje de simetría, es la recta que pasa por el foco e intersecta perpendicularmente a la directriz. Directriz: Recta cuya distancia a cualquier punto de la parábola es equidistante a la distancia de ese mismo punto al foco. Vértice: Es el punto V en el que se une la parábola con el eje focal. Foco: Es el punto fijo F que se halla sobre el eje de simetría. Lado recto: Es la cuerda paralela a la directriz que pasa por el foco, su distancia es de 4p. Parámetro: Designado comúnmente con la letra p, se refiere a la distancia que existe entre el vértice y el foco, la cual es igual a la distancia entre el vértice y la directriz. d (P, F) = √(x2 - x1 )2 + (y2 - y1 )2 d (P, L) = √(x2 - x1 )2 + (y2 - y1 )2 ) d (P, F) = √(x- p)2 + (y - 0)2 d (P, F) = √(x+ p)2 + (y - y)2 d (P, F) = x+ p y2 = 4px ; 4p representa el lado recto de la parábola d (P, F) = √(x- p)2 + y2 (x + p)2 = √(x- p)2 + y2 )2 Una parábola es el lugar geométrico de todos los puntos de un plano que tienen una distancia igual a una recta fija, denominada directriz, y a un punto fijo, llamado foco. Los elementos que podemos apreciar en la parábola son los siguientes: Fig. 23. x
- 181. Prohibidasureproducción 178 3.3. Ecuación canónica de la parábola con vérti- ce (0,0) y eje de simetría x En la parábola con vértice en el origen y eje focal "y" se tiene que: • Coordenadas del vértice (0, 0) • Las coordenadas del foco son (0, p) • Directriz y = -p • Lado recto es igual a |4p| • Si p > 0, la parábola tiene su foco arriba del vértice y sus ramas se abren hacia arriba. • Si p < 0, la parábola tiene su foco abajo del vértice y sus ramas se abren hacia abajo. Realizamos el mismo proceso de distancias para obtener la ecuación, pero en este caso, tendremos diferentes coordenadas debido a que la parábola se abre hacia arriba o hacia abajo; así tenemos que F (0, p) y el punto L(x, -p) d (P, F) = √(x2 - x1 )2 + (y2 - y1 )2 d (P, L) = √(x2 - x1 )2 + (y2 - y1 )2 ) d (P, F) = √(x- 0)2 + (y - p)2 d (P, L) = √(x- x)2 + (y + p)2 d (P, L) = y+ p x2 = 4py ; 4p representa el lado recto de la parábola d (P, F) = √x2 + (y- p)2 y + p = √(x2 + (y - p)2 (y + p)2 = √x2 + (y - p)2 ) x2 = 4py ; x2 = 4 y2 = 4px ; 4p(2) = (-4)2 ; 8p = 16; p = 2 : x2 = 3 3 2 8 yy- - Determinemos la ecuación de la parábola descrita por el foco de coordenadas y vértice en el origen (0, 0) La ecuación que describe la parábola es y2 = 8x Encontremos la ecuación de la parábola que tiene vértice en el origen, de eje de simetría x y pasa por el punto (2, -4). El eje focal es el eje de las x, por lo que tenemos que aplicar la siguiente ecuación. y2 = 4px; como el punto (2, -4) pertenece a la curva, debemos sustituirlo en las variables x e y para despejar p y determinar su valor. Recordamos que cuando el foco es (0, p) utilizamos la ecuación x2 = 4yp, reemplazamos el parámetro en la expresión. Ejemplo16Ejemplo17 2 0 , - 3 2 Fig. 24. Fig. 25. y x
- 182. Prohibidasureproducción 179 3.4. Ecuación canónica de la parábola con vérti- ce (h, k) y eje focal paralelo al eje y. La parábola que se muestra en la gráfica tiene las siguientes características: • Coordenadas del vértice (h, k) • Las coordenadas del foco son (h + p, k) • Ecuación de la directriz x = h - p • Ecuación del eje focal y = k • Longitud del lado recto LR = |4p| • Si p > 0 las ramas de la parábola abren a la derecha. • Si p < 0 las ramas de la parábola abren a la izquierda. d (P, L) = √(x2 - x1 )2 + (y2 - y1 )2 (h - p - x)2 = √(h + p - x)2 + (k - y)2 ) h2 + p2 + x2 - 2hp - 2hx - 2px= h2 + p2 + x2 + 2hp - 2hx - 2px + k2 - 2ky + y2 y2 - 2ky + k2 = 4px - 4hp d (P, F) = √(x2 - x1 )2 + (y2 - y1 )2 ) d (P, L) = √(x- 0)2 + (y - p)2 d (P, F) = √(x- x)2 + (y + p)2 Igualamos distancias y resolvemos d (P, L) = h - p - x Recordamos que para obtener la ecuación canónica hay que igualar las distancias que se obtienen desde un punto de la parábola P (x, y) al foco (h + p; k) y a la directriz L (h - p; y). Así tenemos que: 3.5. Ecuación canónica de la parábola con cen- tro (h, k) y eje de simetría paralelo al eje y. En la parábola con eje focal paralelo al eje y que se presen- ta, se tiene que: • Vértice (h, k) • Coordenadas del foco es (h; k + p) • Ecuación de la directriz y = k - p • Ecuación del eje focal x = h • Longitud del lado recto LR = |4p| • Si p > 0, las ramas de la parábola abren hacia arriba. • Si p < 0, las ramas de la parábola abren hacia abajo. 2 (y - k)2 = 4p(x - h) ecuación canónica Fig. 26. Fig. 27.
- 183. Prohibidasureproducción 180 Recordamos que, para obtener la ecuación canónica, hay que igualar las distancias que se obtienen desde un punto de la parábola P(x, y) al foco (h; k + p) y a la directriz L(x; k - p). Así, tenemos que: d (P, L) = √(x2 - x1 )2 + (y2 - y1 )2 (k - p - y)2 = √(h - x)2 + (k + p + y)2 k2 + p2 + y2 - 2kp - 2ky - 2py = h2 - 2hx + x2 + k2 + p2 + y2 + 2kp - 2ky - 2py x2 - 2hx + h2 = 4py - 4kp d (P, F) = √(x2 - x1 )2 + (y2 - y1 )2 d (P, L) = √(x- x)2 + (k - p - y)2 d (P, F) = √(h- x)2 + (k + p + y)2 Igualamos distancias y resolvemos d (P, L) = k - p - y Determinemos la ecuación de la parábola que cumple con las condiciones dadas: vértice (-3,-2) y ecua- ción de la directriz es y - 3= 0. Solución: La ecuación de la directriz es y = k - p, y disponemos del dato y - 3 = 0, luego, se concluye que 3 = k - p, pero, según el vértice k = -2 entonces despejamos p. 3 = k - p; 3 = - 2 - p donde -p = 5 entonces p = -5 Así, con el valor de p y las coordenadas del vértice, reemplazamos en la ecuación: (x - h)2 = 4p(y - k) ; (x + 3)2 = 4(-5)(y + 2) ; (x + 3)2 = -20(y + 2) Ejemplo18 Solución: Comparamos con la ecuación general (y - k)2 = 4p (x - h), por lo que: 4p = 8 → p = 2 • Vértice (-2, 4) • Coordenadas del foco (0, 4) • Ecuación de la directriz x = -4 • Ecuación del eje focal y = 4 • Longitud del lado recto LR = 8 • Como p > 0, las ramas de la parábola abren hacia arriba. Hallemos los elementos de la parábola que corresponde a la siguiente ecuación (y - 4)2 = 8(x + 2), luego realicemos la representación gráfica. Datos: (y - 4)2 = 8(x + 2) V= ? F= ? directriz = ? eje focal = ? LR = ? Ejemplo19 17. Representa gráficamente las parábolas. 18. Determina la ecuación de la parábola cuyo vértice y foco sean V (3, 4); F(3, 6) (x - 3)2 = -3(y + 4) y2 = -8(y + 3) x2 = - (y - 1)a. b. c. 1 2 Actividades (x - h)2 = 4p(y - k) ecuación canónica 2 y x Fig. 28.
- 184. Prohibidasureproducción 181 La ecuación general de la parábola ubicada fuera del origen se expresa como: Sea la ecuación y2 + 8y - 16x + 64 = 0. Determinemos la ecuación canónica de la parábola, las coordenadas del vértice , foco, directriz y la representación gráfica. Solución: Ejemplo20 • Vértice (h, k) → (3, -4) • Foco (h + p, k) → (7, -4) • Directriz x = h – p; x = 3 – 4; x = -1 • Eje de simetría: y = k; y = -4 • Lado recto LR = 4p; LR = 4(4); LR = 16 19. Sean las ecuaciones generales de parábo- las, determina la ecuación canónica y defi- nelas los elementos vértice, foco, lado recto, directriz y eje de simetría, así como la repre- sentación gráfica. 20.Considerando las ecuaciones canóni- cas de parábolas, determina la ecua- ción general. x2 - 6x + 12y + 21 = 0 (x - 3)2 = 8 (y - 2) y2 + 2y - 16x + 1 = 0 (x + 4)2 = -12 y x2 + 4x + 20y - 96 = 0 (y - 2)2 = 24 (x + 6) (y + 5)2 = 36 (x - 1) a. a. b. b. c. c. d. Actividades Obtención de la ecuación canónica de la parábola a partir de la ecuación general y2 + 8y - 16x + 64 = 0 y2 + 8y = 16x - 64 y2 + 8y + 16 = 16x - 64 + 16 (y + 4)2 = 16x - 48 (y + 4)2 = 16(x - 3) (y - k)2 = 4p(x - h) Dato Agrupando los términos según y Completando los trinomios Factorando trinomios y realizando operaciones Factor común numérico Ecuación canónica Al comparar tenemos que : h = 3, k = -4 , p = 4 x2 + Ax+By+ F= 0 donde A ≠ 0 y el eje de simetría es paralelo al eje vertical y. y2 + Ax+By+ F= 0 donde A ≠ 0 y el eje de simetría es paralelo al eje horizontal x. y x Fig. 29.
- 185. Prohibidasureproducción 182 4. La hipérbola 4.1. Ecuación canónica de la hipérbola con vérti- ce (0,0) y eje focal a x • Centro: Punto de intersección de los ejes o punto medio del eje transverso. • Vértices: Puntos de intersección de la hipérbola con los ejes; entonces (V1 y V2 ) son los puntos que cortan al eje focal y (B1 y B2 ) se consiguen como intersección del eje imaginario de los vértices con la hipérbola. • Focos: Son los puntos fijos (F1 y F2 ) que se encuentran sobre el eje de simetría. • Asíntotas: Son dos rectas que se acercan a la hipérbola sin llegar a tocarla, pues se extiende in- definidamente. • Eje focal: Conocido como eje de simetría o principal, es la recta que pasa por los focos. • Eje normal: Recta perpendicular al eje de simetría. • Eje conjugado: Es el segmento perpendicular al eje transverso, su distancia es 2b • Eje transverso: Segmento que une los puntos (V1 y V2 ) de la hipérbola, su distancia es 2a. • Lado recto: Segmento de recta que pasa por uno de los focos y une a dos puntos de la hipérbola. En la hipérbola que se muestra en la gráfica con centro en el ori- gen y eje de simetría x, se cumple que: • V1 (-a, 0); V2 (a, 0) • Cortes con ejes B1 (0-, b); B2 (0, b) • Focos F1 (-c, 0); F2 (c, 0) • Asíntotas y = • Eje focal x • Eje normal y • Longitud eje conjugado 2 • Longitud eje transverso 2a • Longitud del lado recto • Excentricidad es • Las distancias entre a, b y c se relacionan mediante la expre- sión c2 = a2 + b2 . b b 2b2 √(a2 + b2 ) d(P, F1 ) = (x2 - x1 )2 + (y2 - y1 )2 d(P, F2 ) = (x2 - x1 )2 + (y2 - y1 )2 d(P, F1 ) = (x+ c)2 + (y - 0)2 d(P, F2 ) = (x- c)2 + (y - 0)2 c LR= e = y esta debe ser >1= x; y = - x a a a aa La hipérbola es el lugar geométrico de los puntos de un plano, tales que la suma de las distancias a los puntos fijos denominados focos (F1 y F2 ) no cambia. Así, tenemos que un punto cualesquiera P (x, y) pertenece a la hipérbola si d (P, F1 ) - d (P, F2 ) = 2a en donde a es un número real positivo. Los elementos que se aprecian son: Para hallar la ecuación de la hipérbola hay que iniciar desde su definición, es decir d(P, F1 ) - d(P, F2 )= 2a para ello conseguimos la distancia de un punto cualquiera P (x, y) a los focos F1 (-c, 0) y F2 (c, 0). Restamos las distancias e igualamos a 2a; (x+c)2 + y2 ) - (x - c)2 + y2 ) = 2a Resolvemos las raíces: (x+c)2 + y2 )2 = (2a+√(x - c)2 + y2 )2 (x+c)2 + y2 = 4a2 + 4a (x - c)2 + y2 + (x - c)2 + y2 √ √ √ √ √ √ √ √ Fig. 30. y
- 186. Prohibidasureproducción 183 4.2. Ecuación canónica de la hipérbola con vértice (0,0) y eje focal a y Desplegamos los binomios que se presentan en ambos lados de la ecuación y descartamos términos semejantes. Desarrollamos factor común y simplificamos. Eliminamos la raíz cuadrada, resolvemos el binomio y multiplicamos. Descartamos términos semejantes, agrupamos los términos que tengan x e y a un solo lado de la ecuación, factorizamos. Tenemos que la distancia del punto B1 (0, b) a cada foco es a. Por lo tanto, aplicamos teorema de Pitágoras y despejamos b2 . Sustituimos todos los (c2 - a2 ) que tengamos en la ecuación anterior por b2 . Finalmente, dividimos toda la ecuación para a2 b2 y simplificamos. ecuación de la hipérbola con eje focal x En la hipérbola con centro en el origen y eje de simetría y se cumple que: • V1 (0, -a); V2 (0, a) • Cortes con ejes B1 (-b, 0); B2 (b, 0) • Focos F1 (0, -c); F2 (0, c) • Asíntotas y = • Eje focal x y eje normal y • Longitud eje conjugado 2b • Longitud eje transverso 2a • Lado recto • La excentricidad: 0 < c ; e > 1 • Las distancias entre a, b y c se relacionan mediante la fórmula c2 = a2 + b2 . 2b2 c a2 + b2 x2 b2 a2 y2 a2 b2 a2 b2 a2 b2 a2 b2 ;- = x2 + 2xc + c2 + y2 = 4a2 + 4a √(x - c)2 + y2 + x2 - 2xc + c2 + y2 4xc - 4a2 = 4a √(x - c)2 + y2 4(xc - a2 )= 4a √(x - c)2 + y2 ; (xc - a2 )2 = a√(x - c)2 + y2 ) ; x2 c2 - 2a2 xc + a4 = a2 (x2 - 2xc + c2 + y2 ) x2 c2 - x2 c2 - 2a2 xc + a4 = a2 x2 - 2a2 xc + a2 c2 + a2 y2 x2 c2 - a2 x2 - a2 y2 = a2 c2 - a4 ; x2 (c2 - a2 ) - a2 y2 = a2 (c2 - a2 ) c2 = a2 + b2 ; b2 = c2 - a2 x2 b2 - a2 y2 = a2 b2 ; x2 b2 - a2 y2 = a2 b2 . (xc - a2 )= a √(x - c)2 + y2 LR= e = = a a a x2 y2 - a2 b2 = 1 a a x; y = - x b b √ 2 Fig. 31.
- 187. Prohibidasureproducción 184 Aplicamos el mismo procedimiento para obtener la ecuación de la elipse; iniciamos desde su definición, es decir, d(P,F1 ) + d(P,F2 ) = 2a y luego de ello, conseguimos la distancia de un punto cualquiera P (x, y) a los focos F1 (0, -c) y F2 (0, c). Hallamos la diferencia entre las distancias e igualamos a 2a. Desarrollamos los productos notables y reducimos términos semejantes. Extraemos el factor común y simplificamos. Eliminamos la raíz cuadrada, resolvemos el binomio y multiplicamos. Excluimos términos semejantes, agrupamos los términos que tengan x e y a un solo lado de la ecuación, factorizamos. Tenemos que la distancia del punto B1 (0, b) a cada foco es a. Por lo tanto, seguimos esta ecuación pitagórica y despejamos b2 . Sustituimos todos los (c2 - a2 ) que tengamos en la ecuación anterior por b2 Finalmente, dividimos toda la ecuación para a2 b2 y simplificamos. Resolvemos las raíces. d (P, F1 ) = √(x2 - x1 )2 + (y2 - y1 )2 d (P, F2 ) = √(x2 - x1 )2 + (y2 - y1 )2 d (P, F1 ) = √(x- 0)2 + (y - c)2 d (P, F2 ) = √(h- x)2 + (k + p + y)2 √(x- 0)2 + (y - c)2 - (x - 0)2 + (y + c)2 = 2a√ √x2 + (y + c)2 )2 = (2a + x2 + (y - c)2 )2 = 2a x2 + (y + c)2 = 4a2 + 4a x2 + (y - c)2 + x2 + (y - c)2 4yc - 4a2 = 4a x2 + (y - c)2 4(yc - a2 )= 4a x2 + (y - c)2 ; (yc - a2 ) = a x2 + (y - c)2 (yc - a2 )2 = a x2 + (y - c)2 ; y2 c2 - 2a2 yc + a4 = a2 (x2 + y2 - 2yc + c2 ) y2 c2 - 2a2 yc + a4 = a2 x2 + a2 y2 - 2a2 yc + a2 c2 y2 c2 - a2 y2 - a2 x2 = a2 c2 - a4 ; y2 (c2 - a2 ) - a2 x2 = a2 (c2 - a2 ) c2 = a2 + b2 ; b2 = c2 - a2 y2 b2 - a2 x2 = a2 b2 x2 + y2 + 2yc + y2 =4a2 + 4a (x2 + (y - c)2 + x2 + y2 - 2yc + c2 √ √ √ √ √ √ √ y2 b2 a2 x2 a2 b2 a2 b2 a2 b2 a2 b2 ;- = y2 x2 - a2 b2 = 1 ecuación de la hipérbola con eje focal y 2
- 188. Prohibidasureproducción 185 4.3. Ecuación canónica de la hipérbola con vértice (h, k) y eje focal paralelo a x 4.4. Ecuación canónica de la hipérbola con vértice (h, k) y eje focal paralelo a y 2b2 2b2 c a2 + b2 LR= LR= e = = a a a a a a a a y - k = y - k = (x - h); y - k = (x - h); y - k = (x - h) (x - h) b b b b - - √ En la hipérbola que se muestra en la gráfica, con centro en el origen y eje de simetría x se cumple que: • Centro (h, k) • V1 (h - a, k); V2 (h + a, k) • Cortes con ejes B1 (h, k - b); B2 (h, k + b) • Focos F1 (h - c, k); F2 (h + c, k) • Eje focal x y eje normal y • Longitud eje conjugado 2b • Longitud eje transverso 2a • Asíntotas • Lado recto • La excentricidad: e > 1, además que c debe ser menor que a. • Las distancias entre a, b y c se relacionan mediante la fórmula c2 = a2 + b2 . En la hipérbola que se muestra en la gráfica, con centro en el origen y eje de simetría x se cumple que: • Centro (h, k) • V1 (h, k - a); V2 (h, k + a) • Cortes con ejes B1 (h + b, k); B2 (h - b, k) • Focos F1 (h, k - c); F2 (h, k + c) • Asíntotas • Eje focal y y eje normal x. • Longitud eje conjugado 2b. • Longitud eje transverso 2a. • Lado recto • La excentricidad debe ser siempre menor que uno y mayor que 0, además que c debe ser menor que a. La ecuación que la representa es: e = • Las distancias entre a, b y c se relacionan mediante la fórmula c2 = a2 + b2 . La fórmula que define a la hipérbola con centro (h, k) y eje focal paralelo al eje x es: La fórmula que define a la hipérbola con centro (h, k) y eje focal paralelo al eje x es: , donde a, b, c > 0; c >a. , donde a, b, c > 0; c >a. (x - h)2 (y - k)2 (y - k)2 (x - h)2 a2 a2 b2 b2 = 1 = 1 - - c a y x Eje conjugado nominal Eje tranverso y focal B2 (h, k + b) B1 (h, k - b) B2 (h+b, k)B1 (h-b, k) C(h, k) P (x, y) F2 (h+c, k) F1 (h,k-c) F2 (h,k+c) Lado recto V1 (h-a, k) V2 (h+a, k) V2 (h, k+a) V1 (h, k-a) F1 (h+c, k) (y-k)=b/a(x-h) b c a x y =b ax (y-k) = b(x-h) a - (y-k) = b(x-h) a - (y-k) = a(x-h) b - (y-k) = a(x-h) b - Fig.32.Fig.33.
- 189. Prohibidasureproducción 186 Dada la siguiente ecuación 4x2 - 9y2 = 36, determinemos los vértices focos, luego, grafiquemos la hipérbola. Sea la ecuación 36x2 - 16y2 - 216x - 32y - 268 = 0, hallemos la ecuación canónica de la hipérbola, deter- minemos las coordenadas del centro, vértices y focos, luego representemos la hipérbola. Solución: Dividimos cada elemento de la ecuación para 36, con la finalidad de obtener la unidad en el lado derecho de la ecuación. Solución: Ejemplo21Ejemplo22 • Valores de a, b y c: 4, 6 y 2√13 • Centro (h, k) ⟶ Centro (3, -1) • Vértices: (h + a, k) ⟶ (7, - 1) (h - a, k) ⟶ (-5, - 1) • Focos: (h + c, k) ⟶ (3 + 2√13, -1 ) ( h - c , k) ⟶ (3 - 2√13,-1) • Lado recto LR = • Excentricidad: 36x2 - 16y2 - 216x - 32y - 268 = 0 (36x2 - 216x) - (16y2 + 32y)=268 36(x2 - 6x ) - 16(y2 + 2y) = 268 36(x2 - 6x + 9) - 16(y2 + 2y + 1) = 268 + 324 - 16 36(x - 3)2 - 16(y + 1)2 = 576 16(y + 1)2 (y + 1)2 36(x - 3)2 (x - 3)2 576 16 576 36 = 1- 576 a a 4 576 2b2 c ;e = 2(36) LR = ; LR = 18; - = luego obtenemos: Entonces la hipérbola tiene eje focal x. Comparando con la ecuación de la hipérbola conclui- mos que: a2 = 9 y que b2 = 4, por lo que a = 3 y b = 2. Dato Agrupando los términos según x e y Factor común numérico Completando los trinomios Factorando trinomios y realizando operaciones Dividiendo cada término para 576 Simplificando las fracciones Calculamos c = √(a2 +b2 ), c = √(32 + 22 ), c = √(9 + 4), c = √13. Vértices: (3, 0) y (-3, 0) Focos: (√13, 0) y (- √13, 0) Hipérbola con eje focal en el eje x. 4x2 x2 x2 9y2 y2 y2 = 1.- - - = 1 = 36 9 9 36 4 4 36 36 2 13 e = √ y x y x Fig. 34. Fig. 35.
- 190. Prohibidasureproducción 187 5 Resumen Parábola Hipérbola Elipse x2 y2 = 1- a2 b2 y2 x2 = 1- a2 b2 x2 y2 = 1- b2 a2 x2 y2 = 1+ a2 b2 p - p - pp , 0 , 0 0,0, 2 2 22 Primer caso: e = eje OX y F = Segundo caso: e = eje OX y F = Tercer caso: e = eje OY y F= a. a. b. b. Cuarto caso: e= eje de ordenadas y F = En este caso, la directriz d es x = En este caso, la directriz d es y = En este caso, la directriz d es y = En este caso, la directriz d es x = Como d(P, F) = d(P, d): Como d(P, F) = d(P, d): Como d(P, F) = d(P, d): Como d(P, F) = d(P, d): Operando, se obtiene: y2 = 2px Operando, se obtiene: x2 = 2py Operando, se obtiene: x2 = - 2py Operando, se obtiene: y2 = - 2px p - 2 p - 2 p - 2 p 2 p - 2 p xx + y2 = + 2 2 � p - 2 p 2 p p y yy y +x2 + x2 += =+ - 2 2 2 2 � � p + 2 p xx + y2 = - 2 2 � Tabla 1. a' a'a' a' a aa a b' b' b' b' b b b b
- 191. Prohibidasureproducción 188 1. Determina la ecuación de la elipse con eje focal en el eje x cuyo centro coincide con el origen y pasa por los puntos 2. Determina la ecuación de la circunferencia que pasa por los puntos P (2, 3) y Q (0, 5) y cuyo centro está sobre la recta x - y + 3 = 0. 3. Halla los elementos de la parábola cuya ecuación es y2 = -2x Problemas resueltos A Solución Solución Solución Solución: Según la ecuación de la elipse con eje focal en el eje x, reemplazamos los valores que obtenemos de acuerdo al enunciado del ejercicio. Resolviendo el sistema obtenido, se tiene que a = 6 y b = 5. Así, reemplazando a y b en la ecuación de la elipse con eje focal x, tenemos: En el punto A: En el punto B: Resolviendo → Resolviendo → Donde se obtiene En el punto A 3, - , XA = 3 y YA = - y en B , 4 . XB = y YB = 4, para obtener Primero: Establecemos un sistema de ecuaciones con los puntos P y Q en la ecuación canónica; lue- go resolvemos los productos notables y ordenamos algebraicamente. Segundo: Se establece r2 = r2 y se reducen los térmi- nos semejantes. Tercero: Se sustituye x por h e y por k debido a que el centro de la circunferencia está sobre la recta. Luego, resolvemos el sistema de ecuaciones resultante. Cuarto: Reemplazamos , resolvemos y obtenemos el radio. Finalmente, reemplazamos el vértice y el radio en la ecuación. 13 18 3 5 3, - , 4A y B 188 13 x2 x2 x2 (3)2 (4)2 9 16 y2 y2 y2 = 1 = 1 ; = 1 = 1 = 1 (2 - h)2 + (2 - k)2 = r2 → h2 + k2 - 4h - 4k + 8 = h2 + k2 - 10k + 25; -4h - 4k = 17 (0 - h)2 + (5 - k)2 = r2 → h2 + k2 - 4h - 4k + 8 = r2 x - y + 3 = 0 → h - k = -3 -4h - 4k = 17 h2 + k2 - 10k + 25 = r2 + + + + + + + 13 13 18 169 324 18 18 3 a2 a2 36 a2 b2 a2 b2 b2 b2 25 b2 a2 b2 a2 3 3 5 9 25 = 1 = 1 2 2 - 5 5 5 , -- 8a2 C 29 5 , -- 8a2 C 29 x + 2 + y + 2 + 8 8 64 64 8 8 = 38,44 = r2 ; 2 2 2 2 29 29 2025 441 = r; 6,2 = r+ 5 5 + + � 1 1 1 - - 2 2 2 4p = -2, entonces p = . Ahora bien, foco (p, 0) entonces F ( , 0) Vértice (0, 0) Directriz es x = - p entonces x = LR = |4p| entonces LR = 2 Como p < 0 entonces las ramas de la parábola se dirigen hacia la izquierda. y x
- 192. Prohibidasureproducción 189 Ejercicios y problemas 1 Circunferencia 1. Determina la ecuación de la circunferencia y traza su gráfica. 2. Verifica si el punto dado pertenece o no a la cir- cunferencia. 3. Determina las ecuaciones de la circunferencia a partir de su gráfica. 4. Halla la ecuación del lugar geométrico de los puntos que distan 10 metros del punto P = (-3, 8). 5. Halla la ecuación del lugar geométrico del pla- no formado por los puntos que distan 7 unidades del punto A= (-4, -5). 6. Determina las ecuaciones de las circunferencias siguientes: 7. Analiza las ecuaciones canónicas de circunfe- rencias y determina las coordenadas del centro y el valor del radio. 8. Dadas las ecuaciones generales, halla las coor- denadas del centro de la circunferencia así como el valor del radio. 9. Calcula los valores de m para que el punto P = (1, 1) pertenezca a la circunferencia descri- ta por x2 + y2 - 2mx + 4my - 4m2 = 0 10. Determina la posición relativa de los puntos A – (5, 4), B – (-1, 1) y C – (2, -1) respecto a la circun- ferencia x2 + y2 - 4x -2y - 4 - 0. a. C (0, 0); r = 5 a. P (-1, -3) a (x + 3)2 + (y - 2)2 = 4 a. (x - 3) 2 + (y - 1)2 = 49 a. x2 + y2 - 6x - 4y - 12 = 0 b. x2 + y2 - 10y - 11 = 0 c. x2 + y2 - 2x + 2y - 7 = 0 d. x2 + y2 - 121 = 0 a. Centro (2, -1) y radio 3. b. Centro (3, 0) y radio 4. c. Centro (-1, 5) y pasa por el punto P =(-4, -6). b. P (0, 2) a (x + 5)2 + (y + 1)2 = 5 b. (x - 5)2 + (y + 3)2 = 36 c. P (-9, 3) a (x - 4)2 + (y - 2)2 = 81 c. x2 + (y + 5)2 = 9 d. (x + 12)2 + y2 = 144 d. P a (x -7)2 + y2 = 64 b. C (4, 2); r = 4 c. C (-3, 2); r = 2 d. C (-4, -2); d = 8 z = 0 z = 0 r : r : 189 1 3 , - 3 5 a. b. c. 2 Elipse 28. Dadas las gráficas, halla la ecuación de la elipse. y y y y y y y x x x x x x x Fig. 36. Fig. 37. Fig. 38. Fig. 39. Fig. 40. Fig. 41. Fig. 42.
- 193. Prohibidasureproducción 190190 3 Parábola 12. Halla la ecuación de las elipses determinadas por las siguientes condiciones: 13. Halla la ecuación de la elipse que pasa por el punto P = (3, 1) y tiene sus focos en F= (4, 0) y F' = (-4, 0) 14. Halla la ecuación de las elipses que satisfacen las siguientes condiciones: 17. Halla las coordenadas del punto medio de la cuerda que determinan la recta x + 2y - 1 = 0 y la elipse x2 + 2y2 = 3. 18. Analiza las ecuaciones canónicas de elipses y determina las coordenadas del centro, vértice y las longitudes de los ejes mayor y menor. 19. Dadas las ecuaciones generales, halla la ecua- ción canónica y determina las coordenadas del centro de la elipse y los valores de a, b y c. 20. Halla el valor del parámetro p de la parábola x2 = -2py sabiendo que el punto P = (-6, -1) está contenido en ella. 21. Halla el foco y la directriz de las siguientes parábolas: 23. Halla la ecuación de las parábolas que satis- facen las siguientes condiciones: 22. Determina en su forma reducida las ecuacio- nes de las siguientes parábolas: A continuación, indica en cada caso el valor del parámetro p, las coordenadas del foco y la ecuación de la directriz. a. Vértice: (0, 0). Foco: (-2, 0). Directriz: x = 2. b. Vértice: (0, 0). Directriz: y = 6. c. Foco: (0, -5). Directriz: y = 5. d. Vértice: (0, 0). Eje de simetría: eje OY. Pasa por el punto P = (-3, 3). 15. Halla el centro y los focos de las siguientes elipses de ecuación: 16. La Luna describe una órbita elíptica alrededor de la Tierra, que es uno de sus focos. Si la excentrici- dad de la órbita lunar es 0,84 y la distancia focal es de 369 200 km, halla la distancia máxima a la que se encuentra la Tierra de la Luna. a. y2 = -8x a. 6y2 - 12x = 0 b. 15x2 - = 42y b. x2 = 12y c. y = 5x2 d. 8x2 + 12y = 0 (x - 3)2 (x - 3)2 (x + 5)2 (x - 1)2 (y + 4)2 (y + 2)2 (y - 3)2 (y + 4)2 + + + + 64 16 81 100x2 + 81y2 - 486y - 7371 = 0 9x2 + 25y2 - 18x + 100y = 116 9x2 + 4y2 - 36x - 8y + 4 = 0 100 16 9 100 36 = 1 = 1 = 1 = 1 a. a. b. c. b. a. b. 1 3 a. Focos (±4, 0). Vértices: (0, ±5). b. Longitud del eje mayor: 6. Longitud del eje me- nor: Focos en el eje X. c. Focos: (±5, 0). Longitud del eje mayor: 12. d. Extremos del eje menor: (0, ±3). Distancia fo- cal: 8. e. Excentricidad: 0,8. Focos: (±1,5 , 0). f. Corta el eje de ordenadas en los puntos A= (0, 6); A' = (0, -6) y la excentricidad es e = a. Foco (7, 2). Vértice: (9, 2). Centro: (4, 2). b. Centro: (1, 4). Distancia focal: 16. Eje mayor: Paralelo al eje OX y de longitud 20. 11. Halla los vértices, los focos y la excentricidad de siguientes elipses: b. 9x2 + 4y2 = 36 c. 5x2 + 6y2 = 30 d. x2 = 4 - 2y2 x2 y2 + 25 9 = 1a.
- 194. Prohibidasureproducción 191191 4 5 Hipérbola Más a fondo 27. Halla los vértices, los focos y las asíntotas de estas hipérbolas: 28. Halla el centro, los focos y los vértices de las si- guientes hipérbolas: 30. Halla la ecuación de las hipérbolas determina- das por las siguientes condiciones: 31. Identifica las siguientes cónicas y halla sus ele- mentos característicos: 32. Halla la ecuación del lugar geométrico de los puntos del plano con diferencia de distancias a los puntos A = (0, 3) y B= (0, -1) igual a 1. ¿De qué tipo de curva se trata? a. Focos: (±5, 0). Vértices (±3, 0) b. Focos: (0, ±10). Vértices (0, ±8) c. Vértices: (±1, 0). Asíntotas y = ± 5x d. Focos: (0, ±6). Pasa por P = (-5, 9) e. Focos: (0, ±1). Longitu eje real: 1. f. Asíntotas: y = ± . Pasa por el punto de coordenadas: (5, 2) 24. Analiza las ecuaciones canónicas de las parábolas y determine las coordenadas del vértice y las longitudes de su lado recto. 25. Dadas las ecuaciones generales, halla la ecuación canónica de la parábola y deter- mina el vértice, el foco y la directriz. 26. Halla las ecuaciones de las hipérbolas que tienen las siguientes gráficas: a. (x - 4)2 = -24(y - 2). b. (y + 3)2 = 16(x + 5) c. y2 = -20(x - 3) d. x2 = 36(y + 7) x2 (x - 4)2 (x - 1)2 9x2 - 4y2 = 36 8x2 - 3y2 = 120 x2 + y2 +2x + 6y + 1 = 0 x2 - y2 + 4 = 0 x2 + 4y2 = 100 x2 - y2 - 8 = 0 y2 = 36x y2 (y + 1)2 4(y - 2)2 - - - 4 16 5 16 9 5 = 1 = 1 = 1 a. a. b. b. b. a. c. c. d. d. a. c. b. d. x2 x y x2 x2 x2 y2 y2 y2 y2 36 36 25 6 5 25 36 5 = 1 = 1 = 1 = 1 + + + + 29.La ecuación que describe la siguiente gráfica es: x 2 Fig. 43. Fig. 44. Fig. 46. x x y y
- 195. Prohibidasureproducción 192 Para finalizar 1 4 Sea la siguiente gráfica: 2 3 Sea la gráfica: a. ¿Cuáles son los elementos que definen de forma total a una circunferencia? b. ¿Cuál es el valor del radio? c. Escribe la ecuación respectiva d. ¿Cómo varía la ecuación de la circunfe- rencia si el centro se traslada 4 unidades a la derecha? e. ¿Cómo se explicaría el hecho de que al recorrer 4 unidades a la derecha, que significaría un aumento de cuatro unida- des (+4), en la ecuación aparezca (-4)? f. En cambio ¿Cómo varía la ecuación de la circunferencia si el centro se traslada tres unidades hacia arriba? a. ¿Cuál es la distancia del eje mayor? b. ¿Cuál es la distancia del eje menor? c. ¿Cuál es la ecuación de la gráfica? d. ¿Cómo cambiaría la ecuación si el eje mayor se trasladase al eje horizontal y el eje menor al eje vertical? e. En una elipse, ¿Cuál de las variables en- tre a, b y c , es mayor? f. Según la gráfica, ¿cuál sería la ecuación si la elipse se traslada 2 unidades hacia la derecha y 4 unidades hacia abajo? g. ¿Cómo diferenciamos si una elipse es paralela al eje x o paralela al eje y? a. LR = 10, y = 5 b. LR = 5, y = - 4 c. LR = 20, y = 5 d. LR = -20, y = - 4 ¿Cómo se diferencian las ecuaciones ca- nónicas de la elipse e hipérbola? Para la expresión x2 = - 20y el lado recto y la directriz es: 192 AUTOEVALUACIÓN •Escribe la opinión de tu familia. •Pide a tu profesor o profesora suger- encias para mejorar y escríbelas. •Trabajo personal Reflexiona y autoevalúate en tu cuaderno: •Trabajo en equipo ¿Cómo ha sido mi actitud frente al trabajo? ¿He cumplido mis tareas? ¿He respetado las opiniones de los demás? ¿He compartido con mis compañeros y compañeras? ¿Qué aprendí en esta unidad? x x y y Fig. 47. Fig. 48.
- 196. Prohibidasureproducción 193 Cónicas UD. 5 Prohibidasureproducción ZONA Antenas parabólicas DESARROLLOS TECNOLÓGICOS SOCIEDAD SOCIEDAD El gran geómetra La papiroflexia y las cónicas Óvalos, ovoides y elipses Arquitecto SENTIDO CRÍTICO SI YO FUERA.... Así era conocido el ma- temático griego Apolonio de Perge (262 a. C.-190 a. C.), famoso por ser quien otorgó el nombre de elip- se, parábola e hipérbola a las figuras que hoy cono- cemos. Recopiló todos sus estu- dios en su famosa obra, so- bre las secciones cónicas en la que, además, trataba las curvas planas y la cuadratura de sus áreas. También se le atri- buye la hipótesis de las órbitas excéntricas para intentar explicar el movimiento aparente de los planetas. La papiroflexia es el arte, de origen japonés, que consiste en el plegado de papel para obtener diversas figuras. Además de las técnicas cono- cidas con finalidades lúdicas (aviones, barcos, pajaritas, etc.), doblar un papel puede ayudar a conseguir elementos geométricos relacionados con las cónicas. –Observa cómo obtener una elipse a partir de una circunferencia: http://links.edebe.com/puv8db −Busca información para obtener, con una téc- nica parecida, otras cónicas. Estas tres figuras pueden llevar a comparaciones un tanto complejas y confusas; mientras la elipse es una curva cónica, el óvalo y el ovoide no lo son. —Busca en Internet una definición correcta de óvalo y de ovoide. ¿Con qué otra cónica se les puede relacionar? Accede al enlace http://links.edebe.com/tvea y observa los distintos métodos para obtener óva- los y ovoides. —¿En qué coinciden y en qué se diferencian es- tas dos líneas curvas? Las antenas parabólicas se caracterizan por incorporar un reflector parabó- lico cuya superficie es un paraboloide (superficie tridimensional resultante de girar una parábola en torno a su eje de simetría). Tienen la propiedad de reflejar los rayos paralelos entrantes hacia su foco, donde suele ubicarse un receptor de señales. Se utilizan para conectar con satélites, comunicarse con radioaficionados o recoger señales de muy alta frecuencia. En grupos, realicen una presentación con fotografías de elementos del en- torno donde se identifiquen superficies cónicas o derivadas de ellas. Aplicaría conocimientos sobre lugares geométri- cos, partiendo desde el diseño como una cene- fa, utilizando paquetes informáticos, para luego plasmarlos en cubiertas parabólicas en diversas instalaciones , investigando materiales que ten- gan características flexibles, como algún tipo de madera. 193 http://goo.gl/7bYmAj https://goo.gl/Cv7wfn http://goo.gl/zjZins
- 197. Estadística y Probabilidad6 contenidOS: 1. La estadística 1.1. La recolección de datos y su interpretación 1.2. Tabla de frecuencia para datos no agrupados 1.3. Medidas de tendencia central para datos no agrupa- dos 1.4. Media aritmética 1.5. Mediana 1.6. Moda 1.7. Desviación media para datos no agrupados (DM) 1.8. La Varianza para datos no agrupados ( σ2) 1.9. Desviación típica para datos no agrupados (σ) 1.10.Medidas de tendencia central para datos agrupados 1.11. Media aritmética para datos agrupados 1.12.Mediana para datos agrupados (Me) 1.13.Moda para datos agrupados (Mo) 2. Experimentos aleatorios 2.1. Espacio muestral 2.2. Operaciones con sucesos 2.3. Probabilidad 2.4. Probabilidad condicionada 2.5. Teorema de Bayes 194 Prohibidasureproducción
- 198. Prohibidasureproducción Prohibidasureproducción Web Películas Noticias En la siguiente web puedes encontrar todo tipo de datos y encuestas. También hay juegos y un poco de historia, que te ayudarán con la estadística: http://www.ine.es/explica/explica.htm Esta otra página te servirá como apoyo durante estos temas. En ella podrás repasar la teoría y dispondrás de una evaluación al final: http://links.edebe.com/zkbk Ciudad mágica, de William A. Wellman (1947). Una empresa que se dedica a elaborar son- deos y busca una ciudad en la que la opinión de cuyos habitantes sea representativa de la de todo el país. Baja el precio del suelo urbano un 11,5 % y las ventas, un 22 % En el primer trimestre del año 2013, las ventas de pisos bajaron un 22 %, y el precio del metro cua- drado bajó un 11,5 % en comparación con el año anterior. En las poblaciones más habitadas el precio del metro cuadrado ha disminuido un poco más, llegando al 20 %. El País, 18-6-2013. Observa el gráfico que encontrarás en el siguiente enlace y contesta razonadamen- te a las preguntas: http://links.edebe.com/ixn a. ¿Puedes describir la trayectoria del gráfico? b. ¿Podrías predecir lo que va próximos cuatrimestres? a ocurrir en los c. ¿Te podrías fiar de esta predicción? Busca otros gráficos e intenta predecir lo que va a suceder. ¿Qué ocurre en la realidad? En contexto http://goo.gl/6td7Fd 195
- 199. Prohibidasureproducción 1. La Estadística Las variables y sus tipos Variables estadísticas: Son las propiedades o características que se desea evaluar. Variables cualitativas: Se miden mediante cualidades de tipo nominal u ordinal, no toman valores numéricos; usualmente respondemos a preguntas mediante palabras. Variables cuantitativas: Son de carácter exclusivamente numérico, pueden ser discretas o continuas. Usualmente respondemos a preguntas o averiguaciones mediante un valor numérico. Población y muestra • Empleados de la empresa de alimentos «Alimentar». • Lámparas de iluminación del hotel «Buenaventura». • Estudiantes de la Unidad Educativa «Nuevo amanecer». El tamaño de la población se determina por el número de elementos o individuos que se pretende estudiar, por ello es uno de los factores más importantes a la hora de realizar cierto tipo de estudio. Cuando el tamaño de la población es muy extenso, surge la necesidad de estudiar únicamente una parte de la misma, con la finalidad de reducir esfuerzos, tiempo y recursos económicos. • 120 empleados entre los departamentos de ventas, pro- ducción y planificación. • 25 Lámparas de iluminación entre los pisos 1, 3, 5 así como del lobby. • 200 estudiantes entre el ciclo básico, básico superior y bachillerato. Población Muestra Muestra La estadística, es una ciencia que estudia el proceso de análisis de un fenómeno, recolectando informa- ción para luego ordenarla, presentarla y analizarla, con la finalidad de describir, comparar y explicar sus características. Muestra es un subconjunto de la población; el núme- ro de elementos considerados debe ser representati- vo y conservar las mismas características, relacionan- do los ejemplos citados en la población tendremos respectivamente: Población es un conjunto finito de elementos o perso- nas que presentan características comunes, objetivos del estudio a determinarse, así por ejemplo tenemos: 196 Fig. 1.
- 200. Prohibidasureproducción 197 1.1. La recolección de datos y su interpretación El instrumento más utilizado para recolectar información sobre cierto tipo de estudio es la en- cuesta; luego de realizada, se organiza en tablas, con la finalidad de realizar el tratamiento de la misma. Entre algunos conceptos integrantes, que figuran en las tablas tenemos: Frecuencia absoluta: Es el número de veces en que se repite o aparece un valor, el total del número de veces, deberá coincidir con el tamaño de la muestra. Frecuencia relativa: Es el cociente entre los valores de frecuencia absoluta y el tamaño de la muestra. Toma valores entre 0 y la unidad, debido a que son fracciones. El valor total de todas las frecuencias relativas es 1. De la frecuencia relativa se deriva su interpretación porcentual, donde se halla el producto entre la frecuencia relativa por 100%. 1. En la situación: Se realiza un estudio para determinar el grado de satisfacción del ni- vel educativo en el Colegio «ABC», que en- cuestó a 100 estudiantes de los cursos de bachillerato. Identifica la población, muestra, variable y tipo de variable. 2. Clasifica las siguientes variables en cuali- tativas o cuantitativas: Edad, ocupación, nacionalidad, remuneración económica, hijos, signo zodiacal, comida preferida. 3. Escribe tres ejemplos de variables cuali- tativas nominales y ordinales. 4. Describe tres ejemplos de variables cuantitativa. Actividades Deporte preferido • Respondemos: fútbol, básquet Grado de satisfacción • Respondemos: Bueno, malo. Cualitativa Variable estadística Cuantitativa ¿Que preguntamos? ¿Qué averiguamos? Número de hijos • Respondemos: 1,2 ó 3 . Número de horas utilizando internet • Respondemos: 2 ó 3 al día. Las variables cualitativas pueden ser nominales u ordinales; en la primera, los valores no siguen una tendencia de orden determinado, por ejemplo tenemos: el estado civil de una persona, el género de un individuo, lugar de nacimiento... En cambio, en las variables cualitativas ordinales se asignan valores que siguen una tendencia de orden, por ejemplo: Ninguna, algunas veces, muchas veces, siempre.
- 201. Prohibidasureproducción 198 1.2. Tabla de frecuencia para datos no agrupados Se realiza un estudio para determinar la edad de veinte estudiantes del décimo año de EGB del Colegio «ABC», y se obtuvo los siguientes datos: 14, 15, 14, 14, 13, 16, 16, 15, 15, 15 , 15, 15, 14, 14, 14, 14, 15, 16, 16, y 14. Determinemos la tabla de frecuencias considerando la variable mencionada. Ejemplo1 1. Se registran los valores ubicando el menor como primer dato, seguido del resto de valores hasta el mayor, una sola vez, en forma vertical. 2. Se contabiliza el número de datos registrados en los datos estadísticos. Observación: El total de fi , debe coincidir con el total de la muestra. 3. Se establece la frecuencia absoluta acumulada, sumando en forma transversal, conservan- do el primer valor. Observación: El último valor de fai , coindice con total de la muestra. 4. Se establece la frecuencia relativa, mediante fracciones donde el numerador es la frecuen- cia absoluta respectiva y el denominador, el total de la muestra (Σ fi ). Observación: Establecemos el valor decimal utilizando dos decimales. 5. Se establece la frecuencia relativa porcentual, multiplicando los valores respectivos de la fre- cuencia por 100%. 6. Se establece la frecuencia relativa acumulada, sumando en forma transversal, conservando el primer valor. Observación: El último valor de far , coindice con el total de la unidad si se considera el valor decimal o con el 100 % si se toma en cuenta los valores de frp . xi fi fai fr frp(%) far 13 1 1 5 5 14 8 9 40 45 15 7 16 35 80 16 4 20 20 100 1 8 7 4 20 20 20 20 = 0,05 = 0,40 = 0,35 = 0,20 ∑fi = 1∑fi = 20 ∑fi = 100% Simbología de la tabla: xi: Dato estadístico fi: Frecuencia absoluta fai: Frecuencia absoluta acumulada fr: Frecuencia relativa frp: Frecuencia relativa porcentual far: Frecuencia relativa acumulada Los datos no agrupados son valores obtenidos y recolectados a través de una encues- ta, en una cantidad pequeña relativamente (n < 30), mismos que son analizados sin tipo de preclasificación. Tabla 1.
- 202. Prohibidasureproducción 199 1.3. Medidas de tendencia central para datos no agrupados 1.4. Media aritmética Es el parámetro estadístico, más utilizado en un sinnúmero de estudios. Sea un determinado número de datos estadísticos: a1 , a2 , a3 ,…….an , la media aritmética se obtiene sumando todos los datos obtenidos y dividiendo para el número de datos. Debido al proceso descrito, se la conoce también como promedio. Media aritmética ponderada José obtiene una media aritmética de 8,07 en sus evaluaciones. 6,87 + 8,50 + 9,25 + 8,15 + 9,00 + 6,45 + 8,25 56,47 153 ∑fi = 20 ∑xi fi = 153 x = 7 7 20 ≈ 8,07 = 7,65 = = José obtiene en sus evaluaciones quimestrales, en las diferentes asignaturas: 6,87 , 8,50 , 9,25 , 8,15 , 9,00 , 6,45 y 8,25 . Determinar la media aritmética. 20 estudiantes obtienen en el primer parcial, las siguientes califica- ciones: 7, 8, 7, 6, 8, 6, 8, 9, 8, 9, 9 , 8 , 6, 7 , 9, 7, 6 , 8 , 9 y 8.Calcule- mos la media ponderada. La media aritmética de los 20 estudiantes en el primer parcial es de 7,65. Solución: Ejemplo2Ejemplo3 Simbología xi : Dato estadísitico fi : Frecuencia absoluta ∑fi : Total de la muestra y también:B IÉN ∑i=1 xi fi ∑fi x = n ∑i=1 xi fi ∑fi x = n xi fi xifi 6 4 24 7 4 28 8 7 56 9 5 45 Son medidas estadísticas cuyo cálculo muestra la relación entre un valor determinado y un conjunto de valores. Constituyen un punto central de referencia, en torno al cual los demás valores le circundan. Así tenemos: la media aritmética, mediana y moda. La frecuencia ponderada relaciona datos estadísticos así como su respectiva periodicidad; se determina me- diante el cociente entre la suma del producto de datos y entre los datos y frecuencias y el total de la muestra considerada en el estudio. x y Fig. 2. Tabla 2.
- 203. Prohibidasureproducción 200 1.5. Mediana (Me) Para obtener la mediana se debe ordenar los datos estadísticos de manera ascendente (de menor a mayor); se presentan dos casos: Caso 1: Cuando el número de datos es par, la mediana se obtiene calculando el promedio de los valores centrales. Caso 2: Cuando el número de datos es impar, la mediana se ubica en el valor central de los datos estadísticos. Entonces, la mediana se obtendrá: Entonces la mediana es 35. 7 + 7 14 Me = ; Me = ; Me = 7 2 2 Hallemos la mediana, sean los valores: 8, 6, 7, 5, 4, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 7, 8, 10, 12, 7, 8, 9, 6 y 7. Determinemos la mediana entre: 25, 45, 35, 67, 34, 56, 54, 34 y 28 Solución: Se observan veinte valores, los ordenamos y utilizamos los valores centrales. Solución: Se observan nueve valores; los ordenamos e identificamos el valor central. Ordenando: 3, 4, 5, 5, 6, 6, 6, 6, 7, 7, 7, 7, 7, 8, 8, 8, 8, 9, 9, 10, 12 Ordenando: 25, 28, 34, 34, 35, 45, 54, 56, 67 Ejemplo4Ejemplo5 5. Las ventas registradas en dólares, para los meses del año anterior fueron: 300, 250, 450, 230, 235, 125, 450, 750, 800, 230, 650, 1800. De- termina la media aritmética y la mediana de los datos registrados. 8. Se realiza un estudio para determinar el acer- camiento a la lectura de 21 estudiantes en un colegio, se pregunta el número de libros leídos en el último mes, los datos registrados son: 3, 10. Se desea llevar a cabo un estudio estadístico de la edad de los visitantes de un museo. Para ello, se considera una muestra representativa y se obtienen estos resultados. 13, 15, 18, 22, 21, 35, 38, 45, 20, 21, 19, 24, 28, 67, 26, 24, 31, 23, 25, 27, 25, 16, 17, 19, 20, 21 Determina la media aritmética y la mediana. 9. Una máquina produce piezas que, teórica- mente, han de medir 50 mm. Seleccionada una muestra de 39 piezas, se obtuvieron las siguientes medidas, expresadas en milímetros. 49, 49, 50, 52, 50, 50, 49, 50, 52, 51, 50, 47, 50, 51, 49, 50, 50, 51, 49, 52, 50, 51, 50, 51, 50 ,50, 51, 50, 48, 50, 53, 50, 52, 49, 50, 53, 49, 48, 55 Calcula la moda, la media y la mediana de esta muestra. 6. En determinado estudio, se observa el tiempo que registra un deportista de alto rendimien- to en sus entrenamientos: 3,20; 3,40; 3,52; 3,48; 3,67; 3,15; 3,96; 3,75 y último 3,45. Halla los valo- res de la media aritmética y mediana para el rendimiento del deportista. 7. Halla la moda, la media aritmética y la me- diana de esta serie de datos. 9,75; 9,50; 9,50; 9,25; 9,50; 9,75 • Determina los diferentes parámetros de dis- persión (recorrido, desviación media, varian- za y desviación típica) de la serie. Actividades La mediana es el parámetro estadístico que ocupa la posición central de los datos es- tadísticos, dividiendo la serie de datos en dos partes iguales. 2, 1, 1, 0, 1, 0, 2, 3, 2, 1, 1, 1, 2, 3, 4, 4, 3, 2, 1. Determina la tabla de frecuencias, la media aritmética, la media aritmética ponderada y la mediana de los datos registrados.
- 204. Prohibidasureproducción 201 1.6. Moda (Mo) Determinemos la moda entre los valores: 3, 5, 6, 7, 6, 9, 7, 8, 10, 9, 7, 8, 9, 6 y 7. Determine la moda de: 5, 2, 3, 3, 4, 2, 3, 2, 5, 2, 3 y 4. Solución: Tenemos quince valores, de los cuales se observa que: el valor 7 se repite cuatro veces, a diferencia del valor 6, que se repite 3 veces; por ello, se concluye que la moda de los datos estudiados es 7. Solución: Según los datos, la moda será: 2 y 3. Por ende tene- mos un estudio bimodal. Se encuesta a 25 estudiantes sobre el deporte preferido, se propu- sieron las opciones: futbol (F), voleibol (V), tenis (T), básquet (B). Las respuestas fueron: F, V, T, T, F, F, B, F, B, V, T, T, V, V, F, F, V, F, V, T, B, T, V, B y F. Analizamos una variable cuantitativa, cuyos valores y frecuencia son respectivamente: Ejemplo6Ejemplo7Ejemplo8 Xi fi Futbol (F) 8 Voleibol(v) 7 Tenis (T) 6 Básquet (B) 4 Xi fi 8 23 9 13 10 19 11 23 En el cuadro se observa que la mayor frecuencia absoluta es ocho y corresponde a fútbol, por ende la moda del conjunto de datos es fútbol. 11. Los valores de durabilidad de las pilas AAA, en un determinado juguete son: 32, 33, 31, 32, 29, 30, 31, 32, 30, 32, 34, 33, 31, 32, 29, 33, 31, 32, 34, 29, 31, 30, 30, 32, 29, 32, 32, 32, 34, 30, 29, 30, 32, 32, 31, 32, 31. Determina la media aritmética, la mediana y moda. 12. Determina los valores de la media aritméti- ca, media aritmética ponderada, mediana y moda de: 6, 5, 4, 3, 4, 3, 6, 6, 7, 5, 4, 3, 4, 3, 4, 3, 5, 6. 13. Según los datos de la tabla: Determina la media aritmética ponderada, la mediana y moda de los datos registrados. Actividades La moda es una medida estadística que muestra el dato estadístico que más se repite en el estudio de una variable, por ende, la moda se establece también como el valor que tiene la mayor frecuencia absoluta. Puede haber más de una moda en el análisis de datos. Tabla 3. Tabla 4.
- 205. Prohibidasureproducción 202 1.7. Desviación media para datos no agrupados (DM) Simbología: DM: Desviación media Xi : Valor estadístico n: Número de datos y también: B IÉN ∑i=1 |xi - x| n DM= n Los valores: 8, 6, 7, 7, 9, 6, 6, 7, 8 y 9 constituyen la edad de un grupo de niños que participan en un curso vacacional. Determinemos la desviación media. Solución: Primero: Determinamos la media aritmética. Segundo: Calculamos la desviación media (DM). |8 - 7,30| + |6 - 7,30| + |7 - 7,30| + |7 - 7,30| + |9 - 7,30| + |6 - 7,30| + |6 - 7,30| + |7 - 7,30| + |8 - 7,30| + |9 - 7,30| |0,70| + |1,30| + |0,30| + |0,30| + |1,70| + |1,30| + |1,30| + |0,30| + |0,70| + |1,70| 9,60 8 + 6 + 7 + 7 + 9 + 6 + 6 + 7 + 8 + 9 73 10 DM = DM = DM = ; DM = 0,96 x = 10 10 10 10 ≈ 7,30= Ejemplo9 14. Sean los valores : 4, 5, 6, 7, 8, 5, 6, 5, 8, 4, 5 y 8. Determina: 15.Determina la desviación media de una distribución dada por los siguientes valo- res: 25, 28, 28, 29, 25, 25, 27, 28, 29, 25, 29, 27, 25, 27, 26 y 28. a. La media aritmética b. La mediana c. La moda d. La desviación media 16. Determina los valores de la media arit- mética, media aritmética ponderada, mediana, moda y desviación media de: 26, 25, 24, 27, 28, 2, 26, 27, 26, 25 y 26. 17. Según los datos de la tabla, determina lo siguiente: a. ¿Cuántos valores constituyen la muestra? b. Determina la media aritmética. c. Determina la mediana. d. Determina la moda. e. Determina la desviación media. Actividades Xi fi 2 2 3 7 5 8 7 13 8 12 Se denota como DM a la media aritmética de los va- lores absolutos de la diferencia entre un valor determi- nado y la media aritmética del respectivo conjunto de datos estadísticos. Relaciona las desviaciones de valo- res con respecto a la media aritmética. Tabla 5.
- 206. Prohibidasureproducción 203 1.8. La Varianza para datos no agrupados ( σ2 ) Hallar la varianza entre los datos: 7, 9, 7, 7, 9, 6, 6, 7, 6 y 8. Solución: Primero: Determinamos la media aritmética. Segundo: Calculamos la varianza. 72 + 92 + 72 + 72 + 92 + 62 + 62 + 72 + 62 + 82 49 + 81 + 49 + 49 + 81 + 36 + 36 + 49 + 36 + 64 4530 7 + 9 + 7 + 7 + 9 + 6 + 6 + 7 + 6 + 8 72 10 - 51,84 x = x = 10 10 10 10 x = 7,20 -7,202 -7,202 Ejemplo10 Simbología: σ2 : Varianza Xi: Valor estadístico x: Media aritmética y también: B IÉN σ2 = σ2 = σ2 = σ2 = 453 - 51,84 σ2 = 401,16 ∑xi 2 n - x2σ2 = 18. Sean los valores : 14, 16, 18, 19, 16, 18, 18, 17, 15, 16, 14 y 18. 19. Determina la varianza de los siguientes va- lores: 25, 28, 28, 29, 25, 25, 27, 28, 29, 25, 29, 27, 25, 27, 26 y 28. 20. Determina los valores de la media aritmé- tica y la varianza de los siguientes datos: 21. Según los datos en las tablas, determina: Determina: a. La varianza b. La media aritmética c. La mediana d. La desviación media. a. ¿Cuántos valores constituyen la muestra? b. Determina la media aritmética. c. Determina la mediana. d. Determina la desviación media. e. Determina la varianza. Actividades xi 0 1 2 3 4 5 6 7 8 fi 12 8 7 6 5 3 3 2 12 Xi fi 13 3 14 4 16 6 18 6 20 8 22 15 Xi fi 2 4 3 5 5 7 6 15 7 17 8 18 Es una medida de dispersión, definida como la diferen- cia entre el cociente del cuadrado de cada uno de los datos estadísticos y el número de datos menos el cuadrado de la media aritmética. Tabla 6. Tabla 7. Tabla 8.
- 207. Prohibidasureproducción 204 1.9. Desviación típica para datos no agrupados (σ) Hallemos la varianza entre los datos: 7, 9, 7, 7, 9, 6, 6, 7, 6 y 8. Solución: Primero: Determinamos la media aritmética. Segundo: Calculamos la desviación típica o estándar. 122 + 132 + 142 + 162 + 142 144 + 169 + 196 + 256 + 196 961 - 190,44 12 + 13 + 14 + 16 + 14 69 5 x = 5 5 5 5 = 13,8 - 13,82 - 190,44 = σ= σ= σ= σ= 1,8 σ= 1,34 Ejemplo 11 Simbología: σ: Desviación típica xi : Dto estadístico x: Media aritmética y también:B IÉN ∑xi 2 n - x2 σ= � � � � √ 22. Sean los valores: 245, 250, 252, 253, 251, 250, 250, 247, 249 y 253. 23. Halla la varianza y la desviación típica de los siguientes valores: 27, 28, 28, 29, 25, 25, 26, 27, 29, 25, 29, 26, 24 y 28. 24. Determina los valores de la desviación tí- pica y la varianza de los siguientes datos: 25. Según los datos en las tablas, determina: Determina: a. La varianza b. La media aritmética c. La mediana d. La desviación media. e. La desviación típica. a. ¿Cuántos valores constituyen la muestra? b. Determina la media aritmética c. Determina la desciación estándar d. Determina la desviación media e. Determina la varianza Actividades xi 12 14 16 20 25 27 29 30 fi 11 32 20 17 15 9 8 12 xi fi 7 8 8 7 5 2 xi 5,34 6,34 5,97 6,03 5,99 6,05 fi 23 32 29 28 27 30 xi 2 2,7 2,9 2,9 2,6 2,4 fi 2 8 7 5 9 5 1 1 1 1 1 1 2 4 5 2 3 4 Conocida como desviación estándar, tiene amplia rela- ción con la varianza, debido a que para obtener la des- viación típica se calcula la raíz cuadrada de la varianza. Se denota σ. Tabla 9. Tabla 10. Tabla 11. Tabla 12.
- 208. Prohibidasureproducción 205 Tabla de frecuencia para datos agrupados Disposición de intervalos Los intervalos se conforman de acuerdo al valor obtenido en el rango, debido a que el nú- mero que se obtiene se dispone según sus factores. En el ejemplo anterior, el rango resultó 6, sus respectivos factores son entre otros: 1, 2, 3, 6, donde seleccionamos dos números de manera que el primero represente el número de intervalos y el segundo, la manera de dispo- nerse. Para el ejemplo de rango = 6, es posible conformar dos intervalos de tres o también tres intervalos de dos. Ejemplo: En los datos : 59, 57, 68, 69, 86, 75, 89, 88, 87, 89 , 90, 94, determinemos el valor del rango y el número de intervalos a conformar en la tabla de frecuencias. Rango = xmáx – xmin; Rango = 94 – 57; Rango = 37 Aumentando y disminuyendo: Rango = Xmáx – Xmin; Rango = 95 – 56; Rango = 39 Entonces, al observar los factores de 39, podemos concluir que es posible formar trece inter- valos de tres o, en su defecto, tres intervalos de trece. Los intervalos hallan plena aplicación cuando los datos estadísticos tienen una dife- rencia considerable. y también: B IÉN Los datos agrupados al igual que los no agrupados son recolectados a través de una encuesta, la principal ca- racterística es que conforman grupos (intervalos), para ello previamente se determina el valor del rango y pos- teriormente el número de intervalos según la disposi- ción de datos. Rango de datos En un listado de datos estadísticos, el rango se determina me- diante la diferencia entre el valor mayor (xmáx) y el valor me- nor (xmin). Rango = xmáx - xmin Ejemplo: En los datos: 34, 37, 35, 33, 33, 38, 39, 38, 37, 39 , 39, 38, determinar el valor del rango . Solución: 34, 37, 35, 33, 33, 38, 39, 38, 37, 39 , 39, 38. Rango = xmáx – xmin; Rango = 39 – 33; Rango = 6 Observación: En el caso de que el rango resulte un número primo, se procede a aumentar una unidad a la cantidad mayor, y de igual forma, restar una unidad a la cantidad me- nor, hasta lograr en la diferencia un número divisible.
- 209. Prohibidasureproducción 206 Marca de clase (xi ) En los datos: 12; 50; 13; 25; 18; 25; 17; 50; 21; 25; 22; 50; 23; 25; 25; 25; 28; 50; 27; 75; 28; 00; 29; 25; 30; 25; 32; 25; 34; 50; 35; 25; 37; 25; 37; 25; 38; 00; 27; 25; 28; 50; 26; 25; 32; 50; 35; 25; 36; 40; 34; 50; 35; 25; 38; 00; 39; 65; 40; 25; 42; 25; 30; 75; 25; 75; 25; 50; 26; 25; determinemos el valor del rango, el número de intervalos y la marca de clase. Solución: Rango = xmáx – xmin; Rango = 42,50 – 12,5; Rango = 30 Entonces se pueden formar los intervalos según las opciones: • Cinco intervalos que comprendan seis unidades. • Seis intervalos que comprendan cinco unidades. • Diez intervalos que comprendan tres unidades. • Tres intervalos que comprendan diez unidades. Para el ejemplo, escogeremos cinco intervalos que comprendan seis unidades, así tendremos la siguiente tabla de frecuencias para intervalos: Luego de determinar los intervalos, calculamos la marca de clase. Realizamos el conteo de los 35 valores que se encuentren dentro del intervalo para determinar la frecuencia. Se verifica que el total de la frecuencia absoluta coincide con el número de datos de la muestra. Ejemplo12 Intervalos Xi fi [12,5 – 18,5[ 15,5 4 [18,5 – 24,5[ 21,5 3 [24,5 – 30,5[ 27,5 12 [30,5 – 36,5[ 33,5 8 [36,5 – 42,5[ 39,5 8 ∑fi = 35 26. En los datos: 12, 50, 38, 26, 55, 18, 27, 13, 25, 18, 25, 17, 50, 28, 50, 27, 75, 28, 29, 25, 67, 34, 30, 25, 32, 25, 34, 50, 35, 25, 37, 25, 37, 25, 28, 50, 26, 25, 32, 50, 35, 25, 36, 50, 55, 35, 37, 45, 54, 36, 34, 50, 35, 25, 38, 42, 25, 30, 25, 58, 25, 50, 26, 25; determina el valor del rango, el nú- mero de intervalos y la marca de clase. Actividades 27. Considera las estaturas de 28 alumnos expresa- das en centímetros. 154 158 162 148 163 153 159 180 165 168 156 148 162 157 153 158 147 165 166 175 172 167 160 155 147 156 161 159 Calcula el rango, el número de intervalos, reali- zar la tabla y colocar la marca de clase. 28. Al lanzar un dado cuarenta y dos veces, obte- nemos los siguientes resultados. 3, 2, 1, 6, 3, 5, 4, 2, 4, 2, 6, 4, 1, 6, 4, 5, 1, 1, 2, 6, 4, 3, 4, 3, 2, 1, 2, 5, 3, 1, 5, 6, 5, 6, 2, 4, 1, 6, 5, 1, 2, 6 Calcula el rango, el número de intervalos, rea- lizar la tabla y colocar la marca de clase. 29. Las masas en gramos de treinta y tres piezas producidas por una máquina son: 6,8; 6,5; 6,9; 7,0; 6,8; 6,7; 6,9; 6,4; 7,0; 7,1; 6,7; 6,6; 6,4; 6,7; 7,2; 6,8; 6,9; 6,9; 6,5; 7,0; 6,9; 6,7; 6,5; 6,8; 7,0; 6,8; 6,4; 6,9; 7,1; 7,0; 6,6; 6,6; 6,8 Calcula el rango, el número de intervalos, rea- lizar la tabla y colocar la marca de clase. Es valor medio de cada clase y se obtiene mediante el promedio del valor mínimo del intervalo y el valor mayor del intervalo. Tabla 13.
- 210. Prohibidasureproducción 207 1.10. Medidas de tendencia central para datos agrupados 1.11. Media aritmética para datos agrupados Es el parámetro estadístico más representativo de un determi- nado grupo de datos. Se obtiene mediante el cociente entre el producto de la marca de clase (xi) y la frecuencia absolu- ta (fi); para el cálculo se utiliza la siguiente expresión: En una institución educativa se realiza un estudio, en el cual se analiza las estaturas medidas en centímetros de treinta estudiantes, los resultados fueron: 167, 158, 167, 165, 167, 170, 158, 168, 167, 160, 159, 162, 154, 155, 158, 168, 157, 169, 166, 168, 173, 162, 165, 170, 159, 162, 158, 170, 150, 155. Considerando los datos, determinemos el valor de la media aritmética para datos agrupados. Solución: Determinamos el rango: Rango = xmáx – xmin; Rango = 170 – 150; Rango = 20. Pero se debe considerar que el valor 170 no debe incluirse como extremo superior de un inter- valo entonces: aumentando y disminuyendo: Rango = 171 – 149; Rango = 22. Se establecerían dos intervalos de once o también once de dos unidades, por conveniencia de análisis generamos otra clase de intervalos, entonces: Rango = 172 – 148; Rango = 24. Establecemos los intervalos: Realizaremos cuatro intervalos de seis unidades. Formamos la tabla de frecuencias para datos agrupados: En el conteo tenemos: 167,158,167,165,167,170,158,168,167,160,159,162 ,154,155,158,168,157,169,166,168,173,162,165,17 0,159,162,158,170, 150,155 Ejemplo13 Intervalos xi fi xi ∙fi [148 – 154[ 151 1 151 [154 – 160[ 157 10 1570 [160 – 166[ 163 5 815 [166 – 172[ 169 14 2366 ∑xi fi = 4902∑fi = 30 ∑i=1 xi fi x1 f1 +x2 f2 + x3 f3 +x4 f4 + ……xn fn El valor de x es de 163,40 nn x = = n n ∑i=1 xi fi 4902 ≈ 163,40 n = 30 Los datos agrupados se caracterizan por aplicarse para una cantidad de datos estadísticos mayor que 20, los mismos que son agrupados en intervalos para analizar- los de manera más simple, resumiendo la información. Al igual que en los datos no agrupados, también se dis- pone de la media aritmética, mediana y moda, cuyos cálculos difieren de los datos no agrupados. Tabla 14.
- 211. Prohibidasureproducción 208 1.12. Mediana para datos agrupados (Me) f aiant f i ∙ a n - 2 Me = Liminf + Los datos estadísticos que se obtuvieron en una encuesta fueron: 28 32 29 30 30 27 31 30 28 27 27 26 32 34 33 26 33 34 33 25 30 30 27 31 27 26 32 34 29 32 Determinemos el valor de la mediana para datos agrupados. Solución: Determinamos el rango: Rango = xmáx – xmin; Rango = 34 – 25; Rango = 9 El valor 34 no puede incluirse como valor superior del intervalo entonces es necesario aumentar y disminuir: Rango = 35 – 24; Rango = 11, resulta ser número primo entonces aumentamos y dis- minuimos: Rango = 36 – 23; Rango = 13, resulta ser número primo nuevamente entonces Rango = 37 – 22; Rango = 15. Establecemos los intervalos: Realizaremos tres intervalos de cinco unidades. Formamos la tabla de frecuencias para datos agrupados: Determinamos n 2 = 30 2 = 15 y ubicamos los valores superior e inferior a n 2 en fai; así tenemos 4 < n 2 < 19, además ubicamos el intervalo del valor superior: 27 – 32. Ejemplo14 Intervalos xi fi xi ∙fi [22 – 27[ 24,5 4 4 [27 – 32[ 29,5 15 19 [32 – 37[ 34,5 11 30 ∑fi = 30 15 - 4 55 11 92 15 15 3 3 ∙ 5 ; ; En el conteo tenemos: 28 32 29 30 30 27 31 30 28 27 27 26 32 34 33 26 33 34 33 25 30 30 27 31 27 26 32 34 29 32 Simbología: Me = mediana. Liminf = límite inferior del intervalo de la mediana. n = número de datos estadísticos. f ainf = frecuencia absoluta acumulada en el inter- valo anterior al de la mediana. a = amplitud del intervalo. f aiant f i n - 2 Me = Liminf + ; Me = 27 + Me = 27 + Me = 27 + Me = Donde Me = 30,67 Se la conoce como clase de mediana, es una medida estadística que al igual que en los datos no agrupados, divide el conjunto de datos estadísticos en la mitad, generando un punto medio de referencia, se calcula mediante: Tabla 15.
- 212. Prohibidasureproducción 209 1.13. Moda para datos agrupados (Mo) ∆f1 + ∆f2 ∆f1 ∙ aMo = Liminf + Simbología: Mo = moda. Liminf = límite inferior del intervalo de la moda. ∆f1 = diferencia entre la frecuencia absoluta del intervalo modal menos la frecuencia absoluta del intervalo anterior. ∆f2 = diferencia entre la frecuencia absoluta del inter- valo modal menos la frecuencia absoluta del intervalo consecutivo. a= amplitud del intervalo. 30. Para la siguiente disposición de datos: 12 28 23 32 36 48 50 55 57 26 48 50 55 57 48 12 28 23 48 12 15 28 29 32 32 28 23 55 12 28 48 12 28 28 29 32 32 32 36 48 Determina el valor del rango, el número de intervalos y la marca de clase, la media aritmética, mediana y moda para datos agrupados. Determina los valores de la media aritmética, mediana y moda para datos agrupados. 31. Según la tabla: Actividades Intervalos Xi fi [130 – 150[ 140 5 [150 – 170[ 160 7 [170 – 190[ 180 12 [190 – 210[ 200 4 ∑fi = La siguiente tabla de frecuencias resume en intervalos el número de artículos vendidos durante 43 días. Determinemos la moda para datos agrupados. Solución: Frecuencia absoluta modal = 9 Frecuencia absoluta intervalo anterior = 5 Frecuencia absoluta intervalo siguiente = 3 Y además a = 15. ∆f1 = 9 – 5 = 4 ∆f2 = 9 – 3 = 6 Reemplazamos en la expresión: ; Mo= 135 + · 15 ; Mo = 135+ 6 ; Mo = 141 Por lo tanto la moda es 141 artículos. Ejemplo15 Intervalos xi fi fai [120 – 135[ 127,5 5 7 [135 – 150[ 142,5 9 16 [150 – 165[ 157,5 3 28 [165 – 180[ 172,5 2 43 ∑fi = 19 ∆f1 + ∆f2 ∆f1 ∙ aMo = Liminf + 4 10 Para datos agrupados, es el dato estadístico que más se repite en el estudio de cierta variable, se calcula mediante: Tabla 16. Tabla 17.
- 213. Prohibidasureproducción 210 Experimentos aleatorios Existen múltiplos experimentos en que, por muchas veces que se repitan, no se puede saber de antemano su resultado. Son los experimentos aleatorios. 2.1. Espacio muestral Para estudiar un experimento aleatorio, es importante cono- cer el conjunto de resultados posibles que pueden darse. Sucesos Si en lugar de considerar todo el espacio muestral, nos que- damos con un subconjunto de él, estaremos hablando de sucesos. Tipos de sucesos Se pueden distinguir los siguientes tipos de sucesos: • Suceso elemental: suceso formado por un único elemento del espacio muestral. • Suceso compuesto: suceso formado por dos o más elementos del espacio muestral. • Suceso seguro: suceso que se verifica siempre. Es el suceso formado por todos los elemen- tos del espacio muestral. • Suceso imposible: suceso que no se verifica nunca. • Sucesos incompatibles: dos sucesos son incompatibles si no tienen elementos en común. Así, el experimento lanzar un dado sobre una mesa es alea- torio, pues no es posible predecir el resultado que vamos a obtener. En el experimento lanzar un dado y anotar la puntuación que sale, el espacio muestral lo forman las distintas puntuaciones que pueden darse, es decir: Ω = {1,2, 3, 4, 5, 6}. Si un experimento consiste en la realización de varios expe- rimentos, se llamará experimento compuesto; por ejemplo, lanzar dos veces un dado. Un experimento es aleatorio si no podemos predecir su resultado, a pesar de conocer las condiciones en las que se realiza. El espacio muestral de un experimento aleatorio es el conjunto de los posibles resultados que pueden darse, y se representa por la letra W. Un suceso es cualquier subconjunto del espacio muestral. Para trabajar con experimen- tos compuestos, es útil repre- sentar el espacio muestral en un diagrama de árbol o ayu- darse con una tabla de doble entrada o de contingencia. Por ejemplo, en el experimen- to del lanzamiento de tres mo- nedas, el espacio muestral se podría plantear mediante un diagrama de árbol: Y si estudiamos los efectos de un medicamento en distintos grupos de personas, plantea- ríamos una tabla de contin- gencia: Un experimento es determi- nista si, al realizarlo, sabemos el resultado que va a dar. y también: B IÉN (C,C,C) Espacio muestral (C,C,+) (C,+,C) (C,+,+) (+,C,C) (+,C,+) (+,+,+) (+,+,C) Hombres Mujeres Efecto correcto 34 56 Efecto incorrecto 17 28 No hace efecto 75 23 Tabla 18.
- 214. Prohibidasureproducción 211 2.2. Operaciones con sucesos Al ser los sucesos subconjuntos del espacio muestral, podremos efectuar con ellos las ope- raciones propias de los conjuntos. Propiedades de las operaciones con sucesos De las operaciones con sucesos se derivan las siguientes propiedades: Unión Intersección Complementario Diferencia Se llama unión de los su- cesos A y B (A ∪ B) al su- ceso formado por todos los resultados que están en A o en B. Se llama intersección de los sucesos A y B (A ∩ B) al suceso cuyos elemen- tos pertenecen a ambos sucesos a la vez, es decir, que están en A y en B. Se llama complementa- rio de A(A = Aʹ′) al suce- so cuyos elementos son resultado del experimen- to, pero no pertenecen al suceso A. Se llama diferencia entre A y B (A - B) al suceso cuyos elementos perte- necen a A, pero no a B. Ω A B Ω A B Ω A Ω BA Conmutativa A ∪ B = B ∪ A A ∩ B = B ∩ A Asociativa (A ∪ B) ∪ C = A ∪ (B ∪ C) (A ∩ B) ∩ C = A ∩ (B ∩ C) Distributiva A ∪ (B ∩ C) = (A ∪ B) ∩ (A ∪ C) A ∩ (B ∪ C) = (A ∩ B) ∪ (A ∩ C) Elemento neutro A ∪ ∅ = A A ∩ Ω = A Complementación A ∪ A = Ω A ∪ A = Ω Leyes de morgan (A ∪ B) = A ∩ B (A ∩ B) = A ∪ B Lanzamos un dado y consideramos los sucesos: A, sacar par; B, sa- car un impar distinto de 5; C, sacar un número mayor que 2. a. Expre- semos los siguientes sucesos: B, A ∪ B, A ∩ C , B - C. b) Comprobemos que se cumplen las siguientes identidades: A ∩ B = A ∪ B y B ∪ C = B ∩ C . Comprensión: Primero identificamos el espacio muestral y los distintos sucesos. Después, resolvemos, paso a paso lo que pide el ejercicio. Ejemplo16 TIC IC S Además de las propiedades descritas en la tabla, existen otras denominadas idempo- tente, simplificativa e involu- ción. Busca información acer- ca de estas propiedades y completa la tabla con ella. Demuestra las leyes de Mor- gan mediante la representa- ción gráfica de conjuntos. Resolución: Ω = {1,2, 3, 4,5,6}, A = {2, 4, 6}, B = {1, 3}, C = {3, 4, 5, 6} a. B = {2, 4,5,6}, A ∪ B = {1,2, 3, 4,6} , A ∩ C = {4,6} , B - C = {1} b. Veamos que se cumple A ∩ B = A ∪ B : Como A = {1, 3,5} y B = {2, 4, 5, 6}, entonces A ∩ B = {5}. Por otro lado, como A ∪ B = {1, 2, 3, 4, 6} y A ∪ B = {5}, luego son iguales. Para ver que se cumple B ∪ C = B ∩ C, procedemos de la misma forma: Como B = {2, 4,5,6} y C = {1,2}, tenemos que B ∪ C = {1,2, 4,5,6} . Y B ∩ C = {3}, luego B ∩ C = {1,2, 4,5,6} , por lo que se cumple la igualdad. Tabla 19. Tabla 20.
- 215. Prohibidasureproducción 212 2.3 Probabilidad Introducción: Técnicas de Conteo Principio fundamental Si un suceso puede ocurrir de n1 formas distintas y si después de ocurrir este suceso, ocurre otro de n2 formas, entonces ocurren ambos un número n1 ∙ n2 . En el ejemplo 17: n1 = 3; n2 = 5; n3 = 2 n1 ∙n2 ∙ n3 = 3 x 5 x 2 = 30 opciones A este principio se le conoce también como principio de multiplicación. Factorial de n Un factorial de n, se expresa como n! y esta definido de la siguiente manera: n! = n ∙ (n - 1) ∙ (n - 2)... 1 Si en un restaurante, ofertan un menú que consta de: sopa, plato fuerte y postre; con tres variedades de sopa a escoger, cinco de platos fuertes y dos variedades de postre, las posibles formas en que una persona puede escoger un menú es: Calcular el siguente factorial: 7! = 7 ∙ (7-1) ∙ (7-2) ∙ (7-3)... 1 = 7 ∙ 6 ∙ 5 ∙ 4 ∙ 3 ∙ 2 ∙ 1 = 5 040 Primera opción: sopa1, P. fuerte 1, postre 1 Segunda opción: sopa1, P. fuerte 1, postre 2 Tercera opción: sopa1, P. fuerte 2, postre 1 .... así sucesivamente. Ahora calculemos las opciones: 3 variedades de sopa x por 5 variedades de plato fuerte x 2 varieda- des de postre = 3 x 5 x 2 = 30 opciones de menú Ejemplo17Ejemplo18 Sopa 1 P. fuerte 1 P. fuerte 2 Postre 1 Postre 2 P. fuerte 3 P. fuerte 4 P. fuerte 5 Sopa 2 Sopa 3 Por definición el factorial de cero siempre es igual a uno. 0! = 1 Una aplicación muy común de los factoriales y de las técnicas de conteo es la que sirve para desarrollar el binomio de Newton: (a+b)n y también: y también: B IÉN B IÉN
- 216. Prohibidasureproducción 213 Definición de permutación De manera general, una elección ordenada de r objetos de entre n objetos, es una permutación. Se denota por n Pr y se define así: n Pr = n(n - 1) ∙ (n - 2)... (n - r + 1)= Definición de combinación De manera general, una selección de r objetos de entre n objetos (sin importar el orden de los objetos formados), es una combinación, denotada por n Cr , otra notación es n r y se define así: n r n! = r! (n - r)! en el caso del ejemplo 19: 3 2 3! = 2! (3 - 2)! 3 ∙ 2 ∙ 1 6 == = 3 2 ∙ 1 ∙ 1 2 formas En el caso del ejemplo 19: 3 P2 = 3 (3 - 1) (3 - 2) ... (3 - 2 + 1) =3 (2) (1) (1) = 6 Calculando la permutación de otra manera: 3 P2 = Permutaciones Combinaciones Las permutaciones que se pueden hacer con las letras x, y, z, toma- dos de dos en dos son: xy; yx; yz; zy; xz; zx Como podemos observar obtuvimos seis formas Se usa la notación 3 P2 = 6, para indicar las permutaciones de 3 obje- tos tomados de dos en dos. Las combinaciones que se pueden hacer con las letras x, y, z, toma- dos de dos en dos son: yx; yz; xz Como podemos observar obtuvimos tres formas Nota: xy es la misma combinación que yx, pero xy no es la misma permutación que yx Se usa la notación 3 C2 = 3, para indicar las combinaciones de 3 ob- jetos tomados de dos en dos. Ejemplo19Ejemplo20 n! 3! 3! 3 ∙ 2 ∙ 1 (n - r)! (3 - 2)! 1! 1 = = = 6 Las calculadoras científicas disponen de una función para determinar las permuta- ciones de la siguiente forma según el ejemplo 19: presionamos el 3, a continua- ción shift luego la tecla (x), despues el número dos y fina- lizamos presinando la tecla igual, entonces saldrá: 3 P2 = 6 Este algoritmo puede variar según la calculadora científi- ca que tengas. CALCULADORA
- 217. Prohibidasureproducción 214 0,3 0,2 0,1 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 500 100 150 200 250 300 350 400 X fA fB Y Definición de probabilidad Para estudiar los sucesos en un experimento aleatorio y saber cuáles pueden darse más frecuentemente, utilizamos una medida denominada probabilidad. Esta propiedad permite dar una definición experimental de la probabilidad de un suceso: Esta definición de probabilidad basada en un número n muy grande de experimentos es la denominada ley de los grandes números. Si observas las frecuencias relativas, estas tienden a situar- se en torno a un cierto valor a medida que va aumentan- do el número de realizaciones del experimento. Esta propiedad se observa, de forma más evidente, si re- presentamos gráficamente las frecuencias relativas de cada suceso en función del número de extracciones. Definición experimental: ley de los grandes números Si realizamos el experimento consistente en extraer una bola de una urna donde hay 7 bolas azules y 3 blancas, ¿qué po- sibilidades hay de que la bola sea azul? Un modo de dar respuesta a esta pregunta es llevar a cabo muchas veces este experimento. Así, podemos efectuar va- rias series de n realizaciones de él, y en cada una de ellas: • Anotamos el número de veces que se han verificado los sucesos A azul y B blanca. Estos resultados na y nb se llaman frecuencias absolutas de A y B. • Calculamos la frecuencia relativa de A y B, fa y fb , es decir, el cociente entre las frecuen- cias absolutas y el número de realizaciones del experimento. Observa un ejemplo de los resultados que podríamos haber obtenido al efectuar ocho series, donde en cada una se realizan cincuenta veces el experimento: Visita: TICIC S http://goo.gl/SSX0HH En el siguiente enlace, encon- trarás una simulación de la ley de los grandes números apli- cada a un dado: ¿Qué conclusiones puedes sacar de la observación de di- cho experimento? Dado un suceso A asociado a un experimento aleatorio, llamamos probabilidad de A, P(A), al número al que tiende a estabilizarse la frecuencia de A, al aumentar el número de realizaciones del experimento. Suceso Realizaciones del experimento 50 100 150 200 250 300 350 400 Azul na 32 72 93 131 160 201 242 278 fa 0,640 0,720 0,620 0,655 0,662 0,688 0,692 0,695 Blanco nb 18 28 57 69 90 99 108 122 fb 0,36 0,28 0,380 0,354 0,338 0,312 0,309 0,305 Tabla 21. Fig. 3.
- 218. Prohibidasureproducción 215 Cálculo de probabilidades: regla de Laplace En cualquier experimento aleatorio en el que los sucesos ele- mentales son equiprobables, podemos aplicar la llamada re- gla de Laplace: La probabilidad del suceso A se obtiene dividiendo el número de resultados que forman el suceso A entre el número de resultados posibles: Si cogemos al azar una ficha de dominó, calculemos la probabili- dad de estos sucesos: a. Que la ficha sea un doble. b. Que los puntos de la ficha sumen 10. Una bolsa contiene tres bolas rojas y dos azules. Extraemos sucesiva- mente y con reposición dos bolas, y observamos el color. ¿Cuál es la probabilidad del suceso S: «obtener una bola roja y una bola azul sin que importe el orden»? Comprensión: En ambos casos, se trata de un experimento equipro- bable y deberemos determinar el número de casos favorables fren- te a los casos posibles. Comprensión: Se trata de un experimento compuesto, por lo que nos ayudaremos de un diagrama en árbol. En cada rama, indicare- mos la probabilidad del suceso correspondiente calculado a partir de la regla de Laplace. Resolución: Denominamos a los sucesos R: «sacar bola roja» y A: «sa- car bola azul». En la primera extracción, hay dos casos favorables a R y tres favorables a A, frente a los cinco casos totales. En la segunda extracción, las probabilidades son las mismas, pues las extracciones son con reposición. Ahora ya podemos dibujar el diagrama y seña- laremos los caminos favorables al suceso S. La probabilidad de cada camino es el producto de probabilidades: Resolución: a. Número de casos favorables: 7 (0, 0), (1, 1), (2, 2), (3, 3), (4, 4), (5, 5), (6, 6). Número de casos posibles: 28 fichas de dominó. Luego: Luego: b. Número de casos favorables: 3 (4, 6), (5, 5), (6, 4). Número de casos posibles: 28 fichas de dominó. Si sumamos las probabilidades de cada camino, obtenemos la pro- babilidad del suceso S: Ejemplo21Ejemplo22 Al representar experimentos compuestos mediante dia- gramas en árbol, cada rama tendrá asignada una proba- bilidad. Así, para calcular la proba- bilidad de un suceso com- puesto, deberemos tener en cuenta los siguientes aspec- tos: 1. La probabilidad de un ca- mino es igual al producto de las probabilidades de las ra- mas de este camino. 2. La probabilidad de un suceso es la suma de cada uno de los caminos que con- ducen a la verificación de este suceso. y también: B IÉN 7 3 3 2 6 1 2 26 6 1 6 12 28 5 5 28 25 P(A) = P({R,A}) = P({A, R}) = P(A) = P(S) = 4 5 525 25 14 25 25 = 0,25 = 0,07 = 0,48 = ∙ ∙= = = + = R R A A R 3 5 3 5 2 5 3 5 2 5 2 5 A Fig. 4.
- 219. Prohibidasureproducción 216 2.4. Probabilidad condicionada Disponer de información previa sobre un suceso hace que varíe su probabilidad. Así, si queremos calcular la probabilidad de un suceso A pero condicionado a otro suceso B, deberemos calcular la probabilidad de A condicionada a B. De la relación anterior, se deduce una expresión que resulta muy útil en el cálculo de probabi- lidades en experimentos compuestos: P(A ∩ B) = P(B) ⋅ P(A/B) Dados dos sucesos A y B tales que P (B) ≠ 0, se llama probabilidad de A condicionada a B a P (A / B) al cociente: Pierre Simon Laplace (1740 - 1827) fue un matemático francés que formalizó la teoría de probabilidades en su libro Teoría analítica de las pro- babilidades. Su increíble ca- pacidad intelectual le hizo sobresalir en campos tan dis- pares como la astronomía, la mecánica celeste, la geode- sia, la teoría de la probabili- dad, el cálculo y las ecuacio- nes diferenciales. y también: B IÉN Visita: TIC IC S http://goo.gl/5veCle En el siguiente enlace podrás ver, paso a paso, un ejemplo de un problema de probabili- dad condicionada: Lanzamos un dado y nos dicen que la puntuación ha sido un nú- mero par. ¿Cuál es la probabilidad de que el resultado haya sido el número 2? Tenemos una urna con cinco bolas rojas y tres bolas negras. Extrae- mos dos bolas sin reemplazamiento. ¿Cuál es la probabilidad de que la primera bola extraída sea roja y la segunda sea negra? Comprensión: Al tratarse de un experimento condicionado, debere- mos calcular P(A/B), siendo A el suceso «obtener un 2» y B el suceso «obtener un número par». Para ello, antes tendremos que aplicar la regla de Laplace para determinar P(A ∩ B) y P (B). Comprensión: Consideramos los sucesos R1 : «la primera bola extraí- da es roja» y N2 : «la segunda bola extraída es negra». Nos preguntan P(R1 ∩ N2 ), que calculamos mediante P(R1 ∩ N2 ) = P(R1 ) ⋅ P(N2 /R1 ). Comprobación: En este caso, podríamos haber calculado la proba- bilidad mentalmente, pues de los tres resultados favorables (número par) había un único resultado posible, el dos. Resolución: 5 8 P(R1 ) = y la 3 7 P(N2 /R1 ) = , pues al sacar una bola roja disponemos de una bola menos de este color, pero del mismo número de bolas negras. Por lo tanto, 5 15 8 56 = 3 ∙ 7 P(R1 ∩ N2 ) =P(R1 ) ∙ P(N2 /R1 ) = La probabilidad de que la primera bola estraída sea roja y la segun- da negra es 15 56 . Resolución: El suceso A ∩ B = {2}; por lo tanto, P(A ∩ B) = . Luego: El suceso B es B = {2, 4, 6}, P(B) = P(A ∩ B) 6 2 1 2 1 P(B) P(A) = 1 6 3 = = = P(A ∩ B) P(B) P(A/B) = , siendo P(B) ≠ 0 Ejemplo 23 Ejemplo 24 1 3 1 6 6 2 =
- 220. Prohibidasureproducción 217 2.5. Teorema de Bayes En ocasiones, nos interesa calcular la probabilidad de las causas de un suceso compuesto, una vez que este ya se ha producido. Para calcular este tipo de probabilidades, se utili- za el teorema de Bayes: Volvamos al ejemplo anterior. Sean A1 , A2 ,..., An un sistema completo de sucesos y B un suceso cualquiera para el que se conoce P (B / Aj ), con j = 1, 2, …, n, entonces la probabilidad del suceso Ai condicionada por B es: Thomas Bayes (1702-1761), re- verendo presbiteriano y alum- no de Abraham de Moivre;- fue el primero en interesarse por las probabilidades de las causas de un suceso obser- vado o probabilidad inversa. Su teoría se sigue estudian- do en campos tan dispares como búsquedas de Internet o desarrollos diagnósticos en medicina. P (B/Aj) son probabilidades a priori, es decir, antes de rea- lizar el experimento. P (Ai/B) son probabilidades a posteriori, o sea, después de realizar el experimento. y también: B IÉN Tenemos una urna con 7 bolas azules, 5 rojas y 3 negras, y extraemos dos bolas sin reemplazamiento. Si la segunda bola extraída resultó ser roja, ¿cuál es la probabilidad de que la primera fuera negra? Comprensión: Teníamos el siguiente planteamiento: A1 : «La primera bola es azul» A2 : «La segunda bola es azul» R1 : «La primera bola es roja» R2 : «La segunda bola es roja» N1 : «La primera bola es negra» N2 : «La segunda bola es negra» Ahora queremos calcular la probabilidad de que la primera bola sea negra, sabiendo que la segunda bola extraída ha sido roja; es decir, deberemos aplicar el teorema de Bayes. Resolución: Aplicamos la fórmula definida por el teorema de Bayes: Si sustituimos en la fórmula: Calculamos las probabilidades de cada uno de los sucesos: Ejemplo25 Visita: TIC IC S http://goo.gl/XP1wQS En la siguiente página web encontrarás una demostra- ción del teorema de Bayes, a partir de la fórmula de la pro- babilidad condicionada: Demuestra, a partir de la fór- mula de la probabilidad con- dicionada, que la fórmula utilizada en el ejemplo es la correcta. 6/14 5/14 3/14 7/14 4/14 3/14 7/14 5/14 2/14 7/15 5/15 3/15 A2 N1 N2 R1 R2 A2 N2 R2 A2 N2 R2 A1 https://goo.gl/C47vcd y también: B IÉN https://goo.gl/zJQ9Eo P(Ai ) ∙ P(B/Ai ) P(A1 ) ∙ P (B/A1 ) + P(A2 ) ∙ P (B/A2 ) + ... P(An )∙P(B/An ) P(A/B) = 7 15 P(A1 ) = 3 7 7 5 1 12 1 5 15 ∙ ∙ ∙ ∙+ + 14 15 15 14 3 37 5 14 1414 = =P(N1 /R2 ) = = 6 1 16 3 P(R1 ) = = 3 1 15 5 P(N1 ) = 4 14 P(R2 /R1 ) = 5 14 P(R2 /N1 ) =5 14 P(R2 /A1 ) = P(N1 ) ∙ P(R/N1 ) P(A1 ) ∙ P (R2 /A1 ) + P(R1 ) ∙ P (R2 /R1 ) + ... P(N1 )∙P(R2 /N1 ) P(N1 /R2 ) = Fig. 5.
- 221. Prohibidasureproducción 218 6 Resumen Datos no agrupados Datos agrupados Datos no agrupados Datos agrupados Simbología σ = Desviación típica xi = Dato estadístico x = Media aritmética Simbología σ2 = Varianza xi = Dato estadístico x = Media aritmética Simbología DM = Desviación media Xi = Valor estadístico n = Número de datos Simbología xi = Dato estadístico fi = Frecuencia absoluta ∑fi = Total de la muestra Ponderada Número de datos par Número de datos impar Dato con la mayor fre- cuencia (más se repite) Media aritmética Mediana Moda Desviación media Desviación típica Varianza MedianaMedia aritmética Moda ∑i=1 xi fi - f aiant ∆f1 n fi ∆ f1 + ∆ f2 ∙ a ∙ an n 2Me = Liminf + Mo = Liminf + ∑xi 2 ∑xi 2 n n - x2 - x2 σ= σ2 = � ∑i=1 |xi - x| ∑i=1 xi fi ∑fi n DM= x = n n
- 222. Prohibidasureproducción 219 1. Los datos estadísticos que describen la edad de 54 participantes de un curso de inglés son: Problemas resueltos A Solución Determina. a. La distribución de datos según la información. b. la media aritmética. c. La mediana. a. La distribución de datos según la información: 32 32 32 32 32 25 25 25 25 40 38 20 20 20 20 12 12 29 29 29 15 15 15 15 15 15 34 34 34 16 16 16 16 16 19 19 19 31 31 31 31 31 31 23 23 17 17 17 17 27 27 27 18 18 c. La mediana: Determinamos n 54 = = 27 2 2 , ubicamos n 28 < <38 2 y ubicamos el intervalo del valor supe- rior: 24 – 30. b. Media aritmética: Rango = xmáx – xmin; Rango = 40 – 12 ; Rango = 28 Debemos recordar que el valor 40 no se debe incluir en el extremo superior del intervalo, por lo que es necesario: aumentar y disminuir; así tenemos: R = 41 – 11; Rango = 29 (resulta número primo). Una vez más, aumentamos y disminuimos: R = 42 – 12; Rango = 30. 5 personas de 32 4 personas de 25 1 personas de 40 4 personas de 20 2 personas de 12 3 personas de 29 6 personas de 15 3 personas de 34 5 personas de 16 3 personas de 19 5 personas de 31 2 personas de 23 4 personas de 17 3 personas de 27 2 personas de 18 Establecemos los intervalos: Realizaremos cinco intervalos de seis unidades. ∑fi = 54 ∑fai = 1296 Donde Me = 27,4 Intervalos xi fi fai [12 – 18[ 15 17 17 [18 – 24[ 21 11 28 [24 – 30[ 27 10 38 [30 – 36[ 33 14 52 [36 – 42[ 39 2 54 n Me = Liminf + Me = 28 + Me = 28 - 0,6.2 27 - 28 - fainf fi 10 ∙ a; ∙ 6 ; Tabla 22.
- 223. Prohibidasureproducción 220 Ejercicios y problemas 1 Datos no agrupados 1. Sean las siguientes situaciones, escribe dos va- riables cualitativas y dos cuantitativas que se po- dría investigar para las situaciones: 5. Los siguientes valores pertenecen a una encues- ta realizada para conocer el número de veces que un estudiante de 1er año de bachillerato revisa su celular en un día. 23 24 26 27 24 23 26 24 26 27 23 25 28 26 26 24 27 23 23 27 28 27 26 27 27 23 23 25 26 25 25 26 25 26 25 27 27 24 23 27 2. Se realiza un estudio para determinar el núme- ro de horas que utilizan Internet; le preguntan a José, Juan, Marían, Andrea, Luis, Alejandro, Silvia, Paulina, Jhon y Carlos, estudiantes del décimo año de EGB. ¿Cuántas horas al día usted utiliza el servicio de Internet? Identifica la población, muestra, variable y tipo de variable. a. en tu colegio b. en un supermercado c. en un gimnasio d. en una empresa Determina: a. Identifica la variable b. Determina si es cualitativa o cuantitativa. c. Identifica si es discreta o continua. d. La tabla de frecuencias a. El porcentaje de niños mayores de 5 años. b. La mediana c. La moda d. La media aritmética ponderada a. Responde ¿Cuál es el total de la muestra? b. Responde Tipo de variable c. Responde ¿Qué valor registra el mayor por- centaje? d. Responde ¿Cuál es el valor de la media arit- mética ponderada? e. Determina la mediana y moda. f. Calcula la desviación media, varianza y des- viación estándar de la distribución. a. La media aritmética b. La media aritmética ponderada c. La mediana d. La moda e. La desviación media 3. Clasifica las siguientes variables en cualitativas o cuantitativas: edad, ocupación, profesión, hijos, estatura, número de hermanos, deporte preferi- do, postre preferido. 4. Describe dos ejemplos de variables cuantitativas discretas y continuas. 6. En el ejercicio anterior, calcula: 7. El departamento de investigación de un centro educativo realiza una encuesta que determina la edad de los niños en la sección básica; los resulta- dos fueron: 5, 5, 7, 8, 6, 5, 6, 6, 7, 7, 6, 7, 8, 9, 10, 8, 9, 7, 6, 5, 7, 9, 8, 7, 7, 5, 5, 6, 7, 7, 9, 10, 8, 9, 9, 6. Con la información, determina: 8. Se registran los siguientes datos cuando se pre- tende medir el valor en dólares de un cuaderno de características estándar, teniendo: 4 valores de 1,25; 5 valores de 1,50; 8 valores de 1,30; 4 valores de 1,40; 6 valores de 1,35; 5 valores de 1,45; 3 valores de 1,33. 9. En un campeonato de fútbol, se lleva un registro de los goleadores del campeonato, así: Juan tiene 24 goles, Armando 32, Esteban 28, Pedro, Daniel y Jorge 29. En el último cotejo, Juan consi- gue anotar 4 goles. Determina la media aritméti- ca, la varianza y la desviación estándar. 220 10. A partir de los siguientes resultados de dos clases de 1º de bachillerato en un examen de estadís- tica, determina la clase con mejor rendimiento y la más uniforme. 3º A 3º B Notas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nº Estudiantes 2 1 4 5 7 6 2 1 1 1 Notas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nº Estudiantes 4 3 3 1 4 5 3 2 2 3 Tabla 23. Tabla 24.
- 224. 221 a. Responde ¿Qué porcentaje registra resulta- dos superiores a siete en todos los cursos? b. Responde ¿Qué curso resulto con la mejor media aritmética? 221 11. Se quiere determinar el aumento de peso duran- te el mes de enero de los leones del zoológico, y se registra los datos en kilogramos: 0,25; 0,56; 0,67; 0,87; 0,67; 0,70; 0,68; 0,70; 0,65; 0,67; 0,80; 0,90; 0,88; 0,78. Determina la media aritmética, la media aritmética ponderada, la mediana, la moda y la varianza. 16. Determina el recorrido, desviación media, la varian- za, la desviación típica de los siguientes datos. 17. Calcula la media, mediana, moda, desviación me- dia, varianza y desviación típica de estas dos series de datos: 18. Calcula la moda, la media aritmética y la media- na de la siguiente distribución de datos, correspon- diente al número de hijos de varias familias encues- tadas: 2, 3, 1, 0, 2, 1, 2, 3, 0, 2, 1. 4, 0, 2, 2, 1, 3, 1, 1, 3, 2, 0, 1, 2, 1, 0, 2, 1, 1, 2. Elabora la tabla 19. Calcula la moda, la media aritmética y la media- na de la siguiente distribución de datos, correspon- diente al número de hijos de varias familias encues- tadas: 2, 3, 1, 0, 2, 1, 2, 3, 0, 2, 1. 4, 0, 2, 2, 1, 3, 1, 1, 3, 2, 0, 1, 2, 1, 0, 2, 1, 1, 2. Elabora la tabla 20. Calcula la moda, la media aritmética y la me- diana, el recorrido, la desviación media, la va- rianza y la desviación típica de los datos de esta tabla, correspondientes al número de llamadas telefónicas que cada abonado de una locali- dad recibe diariamente. 21. Determina la moda, la mediana, la media aritméti- ca, el recorrido, la desviación media, la varianza y la desviación típica de cada una de estas distribu- yciones de datos, previa confección de las tablas adecuadas. ¿Qué puedes decir sobre la dispersión de los datos? a. b. Serie: 21, 21, 34, 34, 34, 45, 55, 55, 55 Serie: 21, 21, 34, 34, 34, 45, 55, 55, 55, 55 12. Determina los valores de la media aritmética, media aritmética ponderada, mediana, moda desviación media, desviación estándar y varian- za para: 26, 25, 25, 27, 28, 27, 27, 26, 25, 28, 28, 26, 25, 24, 28, 28, 25, 26, 27, 26, 25 y 26. Responde: En el caso de eliminarse los números mayores, ¿en qué porcentaje varían todas las medidas estadísticas? 13. En 1º de bachillerato se registran según los para- lelos A, B y C, las tablas que registran la nota final quimestral en la asignatura de Matemática, así tenemos: 14. Calcula la desviación media de los datos de la tabla, correspondientes al número de huevos di- rarios que ponen las veinte gallinas de un corral durante un mes. 15. Calcula el recorrido, la desviación media, la va- rianza y la desviación típica de la siguiente serie de datos: 3, 2, 3, 5, 8, 3, 2, 12, 8, 4, 2, 10, 11. Calcula la varianza y la desviación típica de la distribución. xi fi 5,78 4 7,25 11 8,35 8 9,25 3 9,56 5 xi fi 6,10 6 7,15 13 8,05 4 9,38 4 9,08 3 xi fi 6,00 4 7,38 11 8,00 8 8,65 5 9,25 2 Cantidad diaria de huevos (xi ) 11 12 13 14 15 16 17 18 Nº días (ni ) 3 4 6 7 4 3 2 1 (xi ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (ni ) 82 125 323 624 682 448 270 92 47 7 (xi ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (ni ) 12 15 9 18 17 15 11 6 8 (xi ) 18 19 20 21 22 23 24 25 (ni ) 3 12 54 66 57 55 18 11 (xi ) 1 3 5 7 9 (ni ) 25 30 35 20 15 Tabla 28. Tabla 29. Tabla 30. Tabla 31. Tabla 32. Tabla 25. Tabla 26. Tabla 27.
- 225. Prohibidasureproducción 222222 25. Considerando la tabla de valores del ejercicio anterior, determina: 26. Se realiza una campaña de vacunación, las per- sonas beneficiadas en las jornadas de trabajo según los datos son: 32 44 42 36 54 32 62 78 46 77 63 77 90 26 13 25 57 68 78 47 36 54 32 62 78 63 77 90 25 43 32 29 27 24 27 24 36 90 26 13 63 77 90 25 90 26 13 25 33 36 Elabora una tabla de frecuencias para datos agrupados, calcula el rango, el número de inter- valos que considere adecuados, la media arit- mética, la mediana y la moda. 27. Los siguientes valores pertenecen a una encuesta realizada para conocer el número de consultas de medicina general en una casa de salud. 22 32 24 26 27 24 23 26 24 26 23 35 31 26 26 24 37 24 28 27 28 37 26 27 27 23 32 29 26 25 25 36 35 33 25 27 27 28 23 36 23 32 29 26 25 37 26 27 27 23 Elabora una tabla de frecuencias para datos agrupados y calcula el rango, el número de in- tervalos para analizar la variable, además de los valores de: media aritmética, mediana moda. 28. En el ejercicio anterior, si se atendió diez días más, y se registra: 36, 35, 33, 15, 37, 22, 29, 23, 36, 32. Determina los nuevos valores de la media aritmética, mediana y moda. 29. Considera la distribución de datos agrupados en intervalos que aparece en la tabla y calcu- la la moda, la mediana, la media aritmética, el recorrido, la desviación media, la varianza y la desviación típica. 30. Confecciona las tablas adecuadas y determi- na la moda, la mediana, la media aritmética, el recorrido, la desviación media, la varianza y la desviación típica de la siguiente distribución de datos. 31. En base a la siguiente tabla calcula la media, mediana y moda: 2 Datos agrupados 22. Determina el rango y el número de intervalos de los siguientes valores: 23 21 22 27 24 23 22 24 26 27 23 24 28 26 26 24 27 28 28 27 28 27 26 27 27 24 22 39 26 25 25 26 25 26 25 29 27 24 36 27 23. Con los datos del ejercicio anterior, aumenta los valores 25, 28, 35, 32 y 22, luego vuelve a deter- minar el rango, número de intervalos y marca de clase. 24. Completa los valores de la tabla de datos con intervalos. Intervalos xi fi xi ∙fi [110 – 120[ 115 5 [120 – 130[ 125 7 [130 – 140[ 15 [140 – 150[ 3 [140 – 150[ 21 [160 – 170[ 14 xi ni Ni xi ∙ni [0,1) 0,5 2 2 1 [1,2) 1,5 4 6 6 [2,3) 2,5 7 13 17,5 [3,4) 3,5 5 18 17,5 [4,5) 4,5 8 26 36 [5,6) 5,5 7 33 38,5 [6,7) 6,5 9 42 58,5 [7,8) 7,5 5 47 27,5 47 2121,5 a. El número de datos en la muestra. b. La media aritmética. c. Los valores de la columna de frecuencia abso- luta acumulada. Intervalo de clase [1,3) [3,5) [5,7) [7,9) [9,11) (ni ) 52 35 41 22 36 Intervalo [0,1) [1,2) [2,3) [3,4) [4,5) (ni ) 2 4 7 5 8 Tabla 33. Tabla 34. Tabla 35. Tabla 36.
- 226. 223223 3 4 5Experimentos aleatorios Sucesos Probabilidad 32.Justifica si los siguientes experimentos son aleato- rios o no: 37.Tenemos una urna con 3 bolas verdes, 1 azul, 2 blancas y 4 rojas. Extraemos una bola. Calcula la probabilidad de que la bola extraída: 38.Al lanzar dos dados, se suman los resultados. Des- cribe el espacio muestral. ¿Son todos los resulta- dos igual de probables? Halla sus probabilidades. 41.En las pruebas para obtener el carné de condu- cir, la probabilidad de superar la parte teórica es 0,45; la práctica, 0,4; y ambas, 0,3. ¿Cuál es la pro- babilidad de superar alguna prueba? 42.Para comprar un antivirus, una empresa de video- juegos hace un estudio en 600 ordenadores du- rante un mes: 43.Irene y María han quedado esta tarde. La pro- babilidad de que Irene llegue tarde es 0,34. La probabilidad de que llegue tarde María es 0,2. La probabilidad de que lleguen las dos tarde es 0,1. Calcula: 44.Lanzamos un dado en el que la probabilidad de que salga impar es el doble de que salga par. ¿Cuál es la probabilidadde que no salga divisor de 6? ¿Cuál será la probabilidad de que se produzcan fallos en el software? ¿Y de que se infecte con al- gún virus? 39.Calcula la probabilidad de que, al lanzar dos da- dos, la suma de los resultados sea: 40.Sean A y B dos sucesos tales que P(A) = , P(B) = y P( A∩ B) = , calcula: 33.Una urna contiene 3 bolas verdes, 1 amarilla y 2 blancas. Describe el espacio muestral si: 34. En las semifinales del Mundial de Fútbol, se en- frentan 4 equipos: España, Italia, Brasil y Argenti- na. Describe el espacio muestral de los partidos que se podrían jugar. 35. Sacamos una bola de una bolsa que contiene 1 bola roja, 1 blanca y 1 negra, y a continuación lanzamos un dado. Describe el espacio muestral y los siguientes sucesos: 36. Sea Ω = {a,b,c,d,e, f , g,h, i, j} el espacio muestral de un experimento, consideramos los siguientes sucesos: A = {a,e, f , g, j} C = {a,c,e, g} B = {a,e, i} D = {b,c,d,e, f } a. Extraer una bola de una urna con el mismo número de bolas rojas que blancas. b. Extraer una bola de una urna donde única- mente hay bolas blancas. c. Determinar el tiempo de caída de un cuerpo desde 1 m de altura y con masa conocida. a. Obtener una bola roja y un número impar. b. Obtener una bola que no sea blanca y un múl- tiplo de 3. c. Sacar un 2 en el dado y una bola negra. d. Sacar una bola que no sea blanca y un núme- ro que no sea impar. Determina: a. A ∩ B e. D – (B ∩ C ) b. A ∩ B d. C ∪ D c. B ∪ (C ∩ D) f . ( A ∪ B) − (C ∩ D) a. La probabilidad de que alguna llegue tarde. b. La probabilidad de que ninguna llegue tarde. a. Sea verde. b. Sea blanca. c. No sea roja. a. P( A∪ B) b. P( A) c. P( A∩ B) d. P( A ∩ B) a. Múltiplo de 3. b. Divisible por 4.a. Extraemos dos bolas con reemplazamiento. b. Extraemos dos bolas sin reemplazamiento. 1 3 1 4 1 6 Ordenadores con virus Ordenadores sin virus Con fallos de software 17 40 Sin fallos 23 520 Tabla 37.
- 227. Prohibidasureproducción 224 Para finalizar 1 4 Para las siguientes afirmaciones, escribe V si es verdadero o F inicial de falso según corresponda: 2 5 3 6 Considerando los siguientes datos: 8, 7, 4, 5, 3, 6, 7, 8, 5, 6, 4, 3, 2, 8, 5, 4, los valores de la media aritmética, la mediana y la moda son correspondientemente: a. La población, en estadística, es un sub- conjunto de la muestra. b. El género musical preferido es una varia- ble cualitativa. c. El valor total de todas las frecuencias re- lativas es 100. d. Cuando el número de datos es impar, la mediana se ubica en el valor central de los datos estadísticos. e. El valor de la mediana en: 6, 5, 7, 8, 8, 9, 9 es 8. f. La moda en: 8, 6, 7, 5, 4, 3, 4, 5, 6, 7, 4, 5, 6, 7, 6, 6, 8 es 6 y 8. g. La mediana se identifica porque presen- ta la mayor frecuencia absoluta. Se realiza un estudio para analizar el tiem- po de espera, en tramitar documentos, los resultados obtenidos en minutos para 50 personas que acudieron en un día de atención, fueron: 12 23 22 19 34 33 32 45 33 20 18 21 26 27 46 34 37 38 42 43 12 23 50 19 34 33 50 48 33 20 18 21 47 27 31 34 37 38 42 43 35 32 45 27 52 34 37 36 23 22 a. Rango = 40,8 intervalos de diez unidades. b. Rango = 30,6 intervalos de cinco unidades. c. Rango = 50,5 intervalos de diez unidades. d. Rango =40,8 intervalos de cinco unidades. a. 4,5 3 5,17 b. 8 6 5,17 c. 5,17 4,5 3,0 d. 5,17 3,0 4,5 a. 10 b. 11 c. 2 d. 7 Sean los valores: 9, 6, 3, 8, 4, 5. El valor que se deba aumentar a los datos para que la media aritmética sea 6, es: Considerando los datos indicados, el valor del rango y el número de intervalos es: Sea la siguiente tabla de frecuencias para datos agrupados correspondientes al reco- rrido en kilómetros de un vehículo: 224 Intervalos Xi fi xi∙fi Fai [10 – 35[ 22,5 2 45 2 [35 – 60[ 47,5 5 237,5 7 [60 – 85[ 72,5 7 507,5 14 [85 – 110[ 97,5 12 1170 26 [110 – 135[ 122,5 9 1102,5 35 35 3062,5 AUTOEVALUACIÓN •Escribe la opinión de tu familia. •Pide a tu profesor sugerencias para mejorar y escríbelas. •Trabajo personal Reflexiona y autoevalúate en tu cuaderno: •Trabajo en equipo ¿Cómo ha sido mi actitud frente al trabajo? ¿He cumplido mis tareas? ¿He respetado las opiniones de los demás? ¿He compartido con mis compañeros y compañeras? ¿Qué aprendí en esta unidad? Tabla 38.
- 228. Prohibidasureproducción 225 Estadística y probabilidad UD. 6 Prohibidasureproducción ZONA Redes bayesianas NOTICIA SOCIEDAD SENTIDO CRÍTICO ¿LA INTUICIÓN ENTIENDE DE PROBABILIDADES? El nacimiento de la estadística aplicada Ingeniero estadístico SI YO FUERA.... • En una administración de lotería, a una perso- na le dan a escoger entre el número 00 005 y el 48 679. ¿Qué número crees que escogerá? ¿Cuál es el razonamiento para elegir un número u otro? ¿Es un razonamiento matemático? • Si a esta misma persona le dicen que en el úl- timo sorteo el primer premio fue para el núme- ro 48 679, ¿qué número crees que escogerá? Esta frase es del matemático y pensador britá- nico Karl Pearson (1857-1936) que, entre otros aspectos, estableció las bases de la estadística matemática del siglo XX, llegando a definir los conceptos de desviación típica, correlación y análisis de la regresión. Entra en Internet y averigua qué relación guarda- ba Pearson con otro científico británico y primo de Charles Darwin, Francis Galton (1822-1911), en cuanto al concepto de correlación que ambos trabajaron. Se sabe que el valor del coeficiente de correla- ción de Pearson esta comprendido entre -1 y 1, y que existe una escala graduada que interpre- ta diferentes intervalos de valores de este coefi- ciente. Busca en Internet información sobre esta escala y qué significado otorga a cada grupo de valores. En el año 2011, investigadores de la Universidad de Granada determinaron hasta 18 variables que pue- den intervenir en un accidente mortal de tráfico, y solo con 7 de ellas ya es posible construir modelos probabilísticos basados en las redes bayesianas. Entra en la red y accede a http://links.edebe.com/myeyaq, donde podrás encontrar más informa- ción al respecto. ¿Cuáles son estas 7 variables fundamentales? ¿En qué teorema probabilístico se basan? Busca información sobre otros ámbitos (científicos, técnicos, sociales...) en los que se pueden rea- lizar modelos probabilísticos basados en las redes bayesianas. ¿Qué utilidad pueden tener dichos modelos? Si yo fuera ingeniero estadístico, mediante téc- nicas estadísticas y la complementación de herramientas computacionales, analizaría los datos del censo poblacional, determinando las medidas estadísticas de las variables considera- das en el censo, para luego entregar resultados como: • ocho de cada diez personas tiene casa propia. • cuatro de cada diez familias disponen del servi- cio de Internet. • Cada familia ecuatoriana tiene en promedio 2 hijos. 225 https://goo.gl/Pze9tO ¿Cuál será su razonamiento? ¿Es un razonamiento matemático? • En una clase de 30 estudiantes, están discutien- do la probabilidad de que, como mínimo, dos de ellos hayan nacido el mismo día. ¿A qué conclu- sión crees que llegarán? ¿Cuál es su razonamien- to? ¿Es un razonamiento matemático?
- 229. Prohibidasureproducción 226 La estadística descriptiva utiliza procesos tales como la recolección, el ordenamiento, el análisis y la representación de un conjunto de datos con el propósito de describir algunas características. La estadística, al igual que otras ciencias, ha tenido un proceso evolutivo, desde la anti- güedad, mediante censos y registro de personas (empadronamiento). Las técnicas estadísticas hallan plena aplicación en el campo educativo a través del análisis de rendimiento educativo, estudiando variables cuantitativas como: las califica- ciones parciales obtenidas durante los dos períodos de evaluación (quimestres), sus co- rrespondientes frecuencias relativas y absolutas, etc., con la finalidad de tomar decisiones para alcanzar los objetivos educativos. elegIMOS Formen grupos de cuatro estudiantes que vivan en sectores comunes, de preferencia. Cada grupo de trabajo realizará las siguientes actividades: Realicen una encuesta en la cual se pueda investigar las siguientes variables: género, las notas obtenidas en el primer y segundo quimestre de la asignatura de Matemáticas. Apliquen la encuesta en los diferentes paralelos a todos los estudiantes. PlanifiCAMOS La estadística descriptiva en cifras de rendimiento y las probabilidades Proyecto 226 http://goo.gl/RUqUIQ
- 230. Prohibidasureproducción 227 a. El tipo de variables que se investiga. b. Determina las medidas de tendencia central, media aritmética, mediana, moda, varian- za, desviación típica, desviación estándar para cada paralelo, tanto en la tabla de datos agrupados y no agrupados. c. Responde ¿Qué paralelo obtuvo el mayor valor de la media aritmética? d. Responde ¿Cuántos estudiantes de cada paralelo tiene una nota mayor o igual a siete puntos? e. Responde ¿Qué porcentaje representa este aspecto en cada paralelo? f. Responde ¿Cuántos estudiantes de cada paralelo tiene una nota menor a siete puntos? g. Responde ¿Qué porcentaje representa este aspecto en cada paralelo? h. Responde ¿Cuántos estudiantes tienen una nota mayor o igual a nueve de cada paralelo? i. Relacionando la información de los literales h y b ¿Cuál es la probabilidad de que un estudiante obtenga notas satisfactorias? j. De igual manera determinen la probabilidad para que un estudiante obtenga notas buenas Sugerencia: Considerar las notas mayores que siete como nota buena k. Propongan cuatro recomendaciones para que este fenómeno educativo optimice sus cifras. En la encuesta, las opciones para la variable «género» son femenino y masculino. Realiza una tabla de frecuencias para datos no agrupados en la variable género. Las notas obtenidas de igual manera se organizan en tablas y se realiza una tabla de frecuencias con datos agrupados. Responde las siguientes preguntas: desarrollAMOS Luego de realizar la encuesta, elaboren una tabla de frecuencias para cada paralelo en las variables género y notas obtenidas. Investiguen en Internet sobre los gráficos estadísticos de diagramas de barras y diagramas circulares. Realicen un diagrama de barras para el género y las notas obtenidas de cada paralelo, es decir si hay cuatro paralelos se deben presentar ocho diagramas. Elaboren diapositivas con el título: Aplicaciones de la estadística, y esquematicen una pre- sentación de los resultados obtenidos.
- 231. Prohibidasureproducción 228 Un alto en el camino 2 5 1 4 7 Para las siguientes afirmaciones, escribe V si es verdadero o F si es falso según corresponda: La ecuación de la recta paralela a la recta 4x + y = - 5 , que pase por el punto (- 3,- 4), es: La ecuación de la recta perpendicular a la recta 2y = 4 x - 3, que pasa por el punto (-1, -2) es: Se realiza un estudio para analizar el núme- ro de pacientes que fueron atendidos en una casa de salud; los resultados obtenidos fueron: 12 25 29 32 45 33 20 18 46 34 37 38 35 43 12 23 50 19 34 33 50 48 33 11 18 21 47 27 31 34 37 38 42 43 35 32 45 27 52 34 37 36 23 42 Con la información, determina el rango, el número de intervalos adecuados y calcula la media aritmética. Según la ecuación general: x2 + y2 - 6x - 10y + 25 = 0 La ecuación canónica, las coordenadas de la circunferencia así como el valor del radio son: a. x2 + y2 - 6x + 10y + 25 = 0 ; C (- 3,5); r = 3 b. x2 + y2 - 6x +10y - 25 = 0; C (3, -5); r = 16 a. La muestra en estadística es un subcon- junto de la población. b. El género musical preferido es una varia- ble cualitativa. c. El valor total de todas las frecuencias re- lativas es 100. d. La ecuación de la elipse con eje mayor en el eje x es e. El valor de la mediana en: 6, 5, 7, 8, 8, 9, 9 es 8. f. La moda en: 8, 6, 7, 5, 4, 3, 4, 5, 6, 7, 4, 5, 6, 7, 6, 6, 8 es 6 y 8. g. Según la ecuación x2 + y2 = 16 el valor del radio es 4. h. El producto escalar es conmutativo i. El producto i. i = 1. Considerando los siguientes datos : 8, 7, 6, 5, 8, 6, 7, 8, 5, 6, 4, 3, 4, 8, 5 los valores de la media aritmética, la mediana y la moda son correspondientemente: Si la mediana entre cinco números es 13, de- termina la media aritmética de los números. a. 5,73 6 8 b. 7,53 4 5 c. 3,57 5 4 d. 5,73 8 6 a. 4x + y = - 4 b. 4x + y = - 16 c. 4x - y = - 16 d. 4x - y - 16 = 0 a. x - 2y - 5 = 0 b. 2x - y - 5 = 0 c. x + 2y + 5 = 0 d. 2x + y + 5 = 0 a. 11 b. 12 c. 13 d. 9 3 6 x2 + y2 = 1 b2 a2 x Me Mo
- 232. Prohibidasureproducción 229 8 11 10 13 Sea la ecuación Considera la gráfica con los vectores, Dados los valores: 9, 6, 3, 8, 4, 5; el valor que se deba aumentar a los datos para que la media aritmética sea 6 es: En determinada clase, 12 estudiantes escri- ben en un papel las notas del primer, los resultados fueron 3, 25; 8,34; 6,00; 8,17; 2,35; 4,57; 6,12 7,78; 8,91; 6,63; 4,67; 8,12 La probabilidad de que, al extraer un solo papel, la nota extraída sea mayor que 5 y menor que 8 es: Dados los vectores: A = -i + 6j y B = - 8i - 2j. Determina la magnitud de los vectores y la distancia que hay entre ellos. Sea la siguiente tabla de frecuencias para datos agrupados correspondientes a las calificaciones de un examen psicológico sobre 100 puntos. Determina los valores de la media aritmé- tica y la moda según la tabla de frecuen- cias para datos agrupados. Determina: a. Los valores de x1 ; y1 , a y b. b. El valor de la pendiente c. El valor de la intersección d. La ecuación explícita Determina: a. El módulo o norma de cada vector b. El producto A · B c. El producto B · D d. El ángulo entre A y D a. 10 b. 11 c. 2 d. 7 a. b. c. d. 9 12 x = 4+ 3p y = 1 – p 1 1 1 3 2 y x 4 4 Intervalos xi fi xi ∙fi fai [10 – 30[ 20 4 80 4 [30 – 50[ 40 6 240 10 [50 – 70[ 60 9 540 19 [70 – 90[ 80 15 1200 34 [90 – 110[ 100 8 800 42 42 1060 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ͢͢ Tabla 39. Fig. 6.
- 233. Prohibidasureproducción — ALSINA, C. TRILLAS, E. (1996). Lecciones de álgebra y geometría. Barcelona: Ed. Gustavo Gili. — APÓSTOL, T. M. (1999). Calculus (2 vol.). Barcelona: Ed. Reverté, 2.ª edición. — BARTLE, R. G y SHERBERT, D. R. (1996). Introducción al análisis matemático de una variable. Ciudad de México: Ed. Limusa, 2.ª edición. — BERNIS, F., MALET, A. y MOLINAS, C. (1999). Curso de problemas de matemáticas. Madrid: Ed. Noguer. — BOYER, C. B. (2003). Historia de la matemática. Madrid. Alianza editorial. — COURANT, R. y ROBBINS, H. (1979). ¿Qué es la matemática? Madrid: Ed. Aguilar. — CUADRAS, C. M. (1999). Problemas de probabilidades y estadística. 2 vol. Barcelona: PPU. — Colección «Matemáticas: cultura y aprendizaje». Madrid: Ed. Síntesis. — DE GUZMÁN, M. (1991). Para pensar mejor. Barcelona: Ed. Labor. — GRANDVILLE, W. A. (2009). Cálculo diferencial e integral. Limusa. — HUSSING, H. y ARNOLD, W. (1989). Biografías de grandes matemáticos. Zaragoza: Prensas Universitarias de Zaragoza. Bibliografía 230
- 234. Prohibidasureproducción — KLINE, M. (1974). Matemáticas en el mundo moderno. Barcelona: Ed. Blume. — MASON, S. (1996). Historia de las ciencias. 5 vols. Madrid: Alianza editorial, 4.ª reimpresión. — MASON, J., BURTON, L. y STACEY, K. (1992). Pensar matemáticamente. Barcelona: MEC y Ed. Labor. — MATAIX, J. L. (1970). Teoría de errores. Madrid: Ed. Dossat. — PAPOULIS, A. (1980). Probabilidad, variables aleatorias y procesos estocásticos. Barcelona: Ed. Eunibar. — POLYA, G. (1992). ¿Cómo plantear y resolver problemas? Ciudad de México: Ed. Trillas. — QUEYSANNE, M. (1999). Álgebra básica. Barcelona: Ed. VicensVives, 2.ª edición. — RAMOS, A. (2003). Ejercicios de geometría. Madrid: Ed. Tebar Flores. — SPIVAK, M. (1995). Calculus, Barcelona: Ed. Reverté, 2.ª edición. — SERRES, M. (2001). Historia de las ciencias. Madrid: Ed. Cátedra, Colección Teorema. — XAMBÓ, J. (1977). Álgebra lineal y geometrías lineales. Barcelona. Ed. Eunibar. — WHIMBEY, A. y LOCKHEAD, J. (2003). Comprender y resolver problemas. Madrid: Visor Distri- buciones. 231
- 236. Prohibidasureproducción 233 operaciones con funciones gráfica de la función seno Adición Sustracción La función suma de � y g es la función que asigna a cada número real x la suma de las imágenes por la función � y por la función g: � + g : x →(� + g) (x) = �(x) + g(x) La función diferencia de � y g es la función que asigna a cada número real x la diferen- cia de las imágenes por la función � y por la función g: � - g : x → (� − g) (x) = � (x) − g (x) Multiplicación División La función producto de � y g es la función que asigna a cada número real x el produc- to de las imágenes por la función � y por la función g: � ∙ g : x → (� ∙ g) (x) = �(x) ∙ g(x ) La función cociente de � y g es la función que asigna a cada número real x el cocien- te de las imágenes por la función � y por la función g: �� � (x) ; g (x) ≠ 0: x → gg g (x) (x) = 1 -1 0 π/2, 1 0 , 0 π , 0 x y = sen (x) 2π , 0 3π/2, -1
- 238. Prohibidasureproducción 235 gráfica de la función coseno gráfica de la función tangente y 1 2 3 -1 -2 -3 -4 -5 4 5 x -2π y = tan(x) 2π-π π - 3π π 2 2 3π 2 - π 2 222 1 -1 0 -2 ππ y = cos (x) y 3π 3ππ 2π, 1 , 0, 0 0, 1 π, -1 π 2π 22 2 22 Máximo relativo Mínimo relativo Máximo relativo x
- 240. Prohibida su reproducción 237 cuadrocomparativoentrefuncionestrigonométricas 1 0 y x -1 1 0 y x -1 1 0 y x -1 1 0 y x -1 2 1 0 y x -1 -2 x y y: x ↦ y = sen (x) y: x ↦ y = cos (x) y: x ↦ y = tan (x) y: x ↦ y = cot (x)y: x ↦ y = csc (x) y: x ↦ y = sec (x)
- 243. Cómo conseguir un contrato como consultor usando un poco de matemática Adrián Paenza Uno puede hacerse pasar por adivino o por una persona muy entrenada en predecir el futuro o aventurar lo que va a pasar en la Bolsa de Valores: basta con aprovechar la rapidez con la que crecen las potencias de un número. Este es un ejemplo muy interesante. Supongamos que tene- mos una base de datos de 128 000 personas. (Por las dudas, no crean que sean tantas, ya que la mayoría de las grandes empresas las tienen, las compran o las averiguan). De todas formas, para lo que quiero invitarles a pensar, podríamos em- pezar con un número más chico, e igualmente el efecto sería el mismo. Supongamos que uno elige alguna acción o algún commodi- tycuyo precio cotice en la Bolsa. Digamos, para fijar las ideas, que uno elige el precio del oro. Supongamos también que us- tedes se sientan frente a su computadora un domingo por la tarde. Buscan la base de datos que tienen y seleccionan las direcciones electrónicas de todas las personas que allí figu- ran. Entonces, a la mitad de ellas (64 000) les envían un mail diciéndoles que el precio del oro va a subir al día siguiente (lunes). Y a la otra mitad les envían un mail diciéndoles lo contrario: que el precio del oro va a bajar. (Por razones que quedarán más claras a medida que avance con el ejemplo, ex- cluiremos los casos en los que el oro permanece con el precio constante en la apertura y el cierre.) Cuando llega el lunes, al finalizar el día, el precio del oro o bien subió o bien bajó. Si subió, hay 64 000 personas que habrán recibido un mail de ustedes diciéndoles que subiría. Claro, qué importancia tendría. Haber acertado un día lo que pasaría con el oro tiene poca relevancia. Pero sigamos con la idea. El lunes a la noche, de las 64 000 personas que habían recibi- do su primer mail diciéndoles que el precio del oro subiría, us- tedes seleccionan la mitad (32 000) y les dicen que el martes volverá a subir. Y a la otra mitad, los otros 32 000, les envían un mail diciéndoles que va a bajar.
- 244. Llegado el martes por la noche, ustedes están seguros que hay 32 000 para los cuales ustedes no solo acertaron lo del martes, sino que ya habían acertado el lunes. Ahora repitan el proceso. Al dividir por la mitad, a 16 000 les dicen que va a subir y al resto, los otros 16 000, que va a bajar. Resultado: el miércoles ustedes tienen 16 000 personas a las que les avisaron el lunes, el martes y el miércoles lo que pasaría con el precio del oro. Y acertaron las tres veces (para este grupo). Repítanlo una vez más. Al finalizar el jueves, ustedes tienen 8 000 para los que acertaron cuatro veces. Y el viernes por la noche, tienen 4 000. Piensen bien: el viernes por la noche, ustedes tienen 4 000 personas que los vieron acertar todos los días con lo que pasaría con el precio del oro, sin fallar nunca. Claro que el proceso podría seguir a la semana siguiente, y podrían tener 2 000 al siguiente lunes, 1 000 al martes y, si queremos estirarlo aún más, el miércoles de la segunda sema- na, tendrán 500 personas a las que les fueron diciendo, día por día, durante diez días, lo que pasaría con el precio del oro. Si alguno de ustedes pidiera a estas personas que lo contra- taran como consultor pagándole, digamos, mil dólares por año (no lo quiero poner por mes, porque tengo cierto pudor… aún) ¿no creen que contratarían sus servicios? Recuerden que us- tedes acertaron siempre por diez días consecutivos. Con esta idea y empezando con una base de datos bien más grande o más chica, o parando antes en el envío de correos electrónicos, ustedes se pueden fabricar su propio grupo de personas que crean en ustedes o que crean sus predicciones. Y ganar dinero en el intento. Tomado de https://goo.gl/xyX7eq (19/02/2018) Adrián Paenza (1949). Periodista, matemático y profesor argentino especializado en la divulgación matemática.
- 245. Poesía matemática Millôr Fernandes En las muchas hojas del libro de Matemáticas un Cociente se enamoró un día dolorosamente de una Incógnita. La vio con su mirada innumerable y la vio desde el ápice a la base: una figura impar; ojos de robot, boca de trapecio, cuerpo rectangular, senos esferoides. Hizo de la suya una vida paralela a la de ella, hasta que se encontraron en el infinito. “¿Quién eres tú?” -indagó ella con ansia radical. “Pero puedes llamarme hipotenusa”. Y de hablar descubrieron que eran (lo que en aritmética corresponde a las almas hermanas) primos entre sí. Y así se amaron al cuadrado de la velocidad de la luz, en una sexta potencia trazando, al sabor del momento y de la pasión, rectas, curvas, círculos y líneas sinusoidales en los jardines de la cuarta dimensión. Escandalizaron a los ortodoxos de las formas euclidianas y a los exégetas del Universo infinito. Rompieron convenciones newtonianas y pitagóricas. Y en fin resolvieron casarse, constituir un hogar, más que un hogar, una perpendicular.
- 246. Invitaron como padrinos al Polígono y a la Bisectriz. E hicieron planos y ecuaciones y diagramas para el futuro soñando con una felicidad integral y diferencial. Y se casaron y tuvieron una secante y tres conos muy graciosillos. Y fueron felices hasta aquel día en que todo se vuelve al fin monotonía. Fue entonces cuando surgió el Máximo Común Divisor. Ofrecióle, a ella, una grandeza absoluta y la redujo a un denominador común. Él, Cociente, percibió que con ella no formaba un todo, una unidad. Era un triángulo, llamado amoroso. De ese problema él era una fracción, la más ordinaria. Pero fue entonces cuando Einstein descubrió la Relatividad. Y todo lo que era espurio pasó a ser moralidad como en cualquier sociedad. Tomado de https://goo.gl/4wgHnQ (04/02/2018) Millôr Fernandes (1923-2012). Dibujante, humorista, traductor, escritor y drama- turgo brasileño, nacido en el barrio del Méier, en Río de Janeiro. Fue un artista con múltiples funciones y actividades. Escribió en las revistas El Cruzeiro y El Pasquim.
- 247. Romance de la derivada y el arcotangente Autor desconocido Veraneaba una derivada enésima en un pequeño chalet situa- do en la recta del infinito del plano de Gauss, cuando conoció a un arcotangente simpatiquísimo y de espléndida represen- tación gráfica, que además pertenecía a una de las mejores familias trigonométricas. Enseguida notaron que tenían pro- piedades comunes. Un día, en casa de una parábola que había ido a pasar allí una temporada con sus ramas alejadas, se encontraron en un punto aislado de ambiente muy íntimo. Se dieron cuenta de que convergían hacia límites cuya diferencia era tan pequeña como se quisiera. Había nacido un romance. Acaramelados en un entorno de radio épsilon, se dijeron mil teoremas de amor. Cuando el verano pasó, y las parábolas habían vuelto al origen, la derivada y el arcotangente eran novios. Entonces empeza- ron los largos paseos por las asíntotas, siempre unidos por un punto común, los interminables desarrollos en serie bajo los conoides llorones del lago, las innumerables sesiones de pro- yección ortogonal. Hasta fueron al circo, donde vieron a una troupe de funciones logarítmicas dar saltos infinitos en sus discontinuidades. En fin, lo que eternamente hacían los novios. Durante un baile organizado por unas cartesianas, primas del arcotangente, la pareja pudo tener el mismo radio de curvatu- ra en varios puntos. Las series melódicas eran de ritmos uni- formemente crecientes y la pareja giraba entrelazada alrede- dor de un mismo punto doble. Del amor había nacido la pasión. Enamorados locamente, sus gráficas coincidían en más y más puntos. Con el beneficio de las ventas de unas fincas que tenía en el campo complejo, el arcotangente compró un recinto cerrado en el plano de Riemann. En la decoración se gastó hasta el último infinitésimo.
- 248. Adornó las paredes con unas tablas de potencias de e precio- sas, puso varios cuartos de divisiones del término indepen- diente que costaron una burrada. Empapeló las habitaciones con las gráficas de las funciones más conocidas, y puso varios paraboloides de revolución chinos de los que surgían desarro- llos tangenciales en flor. Y Bernoulli le prestó su lemniscata para adornar su salón durante los primeros días. Cuando todo estuvo preparado, el arcotangente se trasladó al punto impro- pio y contempló satisfecho su dominio de existencia. Varios días después fue en busca de la derivada de orden n y cuando llevaban un rato charlando de variables arbitrarias, le espetó, sin más: —¿Por qué no vamos a tomar unos neperianos a mi aparta- mento? De paso lo conocerás, ha quedado monísimo. Ella, que le quedaba muy poco para anularse, tras una breve discusión del resultado, aceptó. El novio le enseñó su dominio y quedó integrada. Los nepe- rianos y una música armónica simple hicieron que entre sus puntos existiera una correspondencia unívoca. Unidos así, mi- raron al espacio euclideo. Los astroides rutilaban en la bóveda de Viviani... ¡Eran felices! —¿No sientes calor? —dijo ella. —Yo sí. ¿Y tú? —Yo también. —Ponte en forma canónica, estarás más cómoda. Entonces él le fue quitando constantes. Después de artificiosas operaciones la puso en paramétricas racionales... —¿Qué haces? Me da vergüenza... —dijo ella. —¡Te amo, yo estoy inverso por ti...! ¡Déjame besarte la orde- nada en el origen...! ¡No seas cruel...! ¡Ven...! Dividamos por un momento la nomenclatura ordinaria y tendamos juntos hacia el infinito... Él la acarició sus máximos y sus mínimos y ella se sintió des- componer en fracciones simples. (Las siguientes operaciones quedan a la penetración del lector) Al cabo de algún tiempo, la derivada enésima perdió su perio- dicidad. Posteriores análisis algebraicos demostraron que su variable había quedado incrementada y su matriz era distinta de cero. Ella le confesó a él, saliéndole los colores:
- 249. —Voy a ser primitiva de otra función. Él respondió: —Podríamos eliminar el parámetro elevando al cuadrado y restando. —¡Eso es que ya no me quieres! —No seas irracional, claro que te quiero. Nuestras ecuaciones formarán una superficie cerrada, confía en mí. La boda se preparó en un tiempo diferencial de t, para no dar de qué hablar en el círculo de los 9 puntos. Los padrinos fueron el padre de la novia, un polinomio lineal de exponente entero, y la madre del novio, una asiroide de noble asíntota. La novia lucía coordenadas cilíndricas de Satung y velo de puntos ima- ginarios. Ofició la ceremonia Cayley, auxiliado por Pascal y el nuncio S.S. monseñor Ricatti. Hoy día el arcotangente tiene un buen puesto en una fábrica de series de Fourier, y ella cuida en casa de 5 lindos términos de menor grado, producto cartesiano de su amor. Tomado de https://goo.gl/4fz6od (07/07/2017) La bisabuela Juana (fragmento) Daniel del Olmo y Abedul Dante debió equivocarse al describir el infierno. No conocía la casa de mi bisabuela Juana; una antigua casa rural, rodeada de vacas, gallinas, álamos, girasoles y la más absoluta nada. La población más cercana se halla a unos cien kilómetros, así que, hay poco con lo que una persona de ciudad pueda entretener- se, aparte del sofocante calor y los pozos secos. En el fondo, mi bisabuela es un ser extraño. Con sus ciento cuatro años, vive separada del mundo moderno; sin radio, sin periódicos y sin vecinos. Y lo que más fascina, no es su hogar sin ningún tipo de modernidad; es su vitalidad, que tiene anonadada a toda la comarca. Hace años que el médico está idiotizado por su juventud interior, y la flexibilidad de sus movimientos, y no es para menos, ya que ordeña sus vacas y recoge la mies, duro trabajo para una espalda encorvada como la de la bisabuela Juana.
- 250. “Ya es hora de que pongas a reflexionar esa cabezota que algún dios te ha dado”, me dijo una soleada mañana mien- tras desayunaba plácidamente, a la sombra de un álamo. La acompañé a la biblioteca, y allí sacó una caja de unos noventa centímetros por setenta, y sesenta de alto. Era extraordina- ria. La madera con la que estaba hecha era de sándalo por el leve aroma que despedía, de ébano, caoba y de roble. La tapa contenía dibujos geométricos en madreperla y estaba rodeada de inscripciones y frases en griego, latín, árabe, jeroglíficos precolombinos y egipcios, escritura cuneiforme, e ideogramas chinos o japoneses, no hubiese sabido diferenciarlos. “Esta caja te dirá lo que es más importante en la vida. Tómate tu tiempo, y resuelve el enigma. Las prisas acortan la vida, recuérdalo”, y me dejó ante la caja, que abrí en el mismo instante en que mi bisabuela abandonaba la sala. Estaba dividida interiormente en otra caja, con un pequeño compartimento con letras en varias lenguas antiguas, y una balanza de pequeñas dimensiones. Tomé la tapa de la caja interior y la abrí. Era de cristal negro, robusto, pero de tacto frágil. Contenía un trozo de madera, virutas de mineral de hie- rro, un sello con forma flamígera, un saquito de tierra y una botella de agua. ¿Qué debía descubrir con esto? Son cinco cosas, cinco mate- rias. La tierra contiene a la madera, el metal, el agua y el fuego. El agua apaga el fuego, al igual que la tierra puede extinguir un fuego. El metal nace de la tierra. El fuego nace en la made- ra, y la madera nace de la tierra. El fuego funde el metal. Los cinco están conectados. No tiene sentido alguno. ¿Qué querrá significar? “Naturaleza”, “medio ambiente”, “elemento”. Probé todas ellas en la balanza, y ninguna dio resultado. De lo que sí me percaté fue que cada letra tenía un peso específico, así que determinado peso debía abrir algún mecanismo interno. Pero aún sabiendo esto, estaba como al principio. Agua, metal, tierra, madera, fuego. Tengo la cabezota oxidada, hacía tiempo que no resolvía ningún enigma así. Yo, estudiante de retóri- ca, estaba atascado en la primera fase. Un tanto deshonroso para mi ego. El tiempo pasa, y sigo en el mismo punto inicial. Tierra, madera, metal, fuego y agua. Y si… los cinco pueden vivir en armonía, puesto que unos de los otros son hacedores y destructores a un tiempo. Si son capaces de vivir en “paz”, los cinco podrán coexistir. Como las personas han de convivir.
- 251. Puede ser que “paz” sea la palabra y el concepto que andaba buscando. Busqué las letras y las puse sobre la balanza y… chas-chas-rum. El mecanismo se activó, dejando al descubier- to una segunda caja interior que estaba debajo, escondida, de la primera de cristal negro. Fabuloso, la primera fase estaba resuelta. Y sólo habían pasado, ¡vaya!, cinco horas, que fueron todo un desgaste para mi mohoso cerebro. La segunda caja era de plata, brillaba con el sol del amanecer, tras una vivificante noche de descanso cerebral. Su interior contenía sólo una tablilla con un símbolo, VI. Podía ser un nú- mero tal cual; un siglo, un mes, un año; una V y una I, y ser un verbo… Como en la primera caja, podía ser cualquier cosa. Lo que sí estaba claro, es que se acotaba a algo latino, de la an- tigua Roma. ¿Sucedió algo que implicase ese símbolo? Si era un mes, se trata de junio, pero el calendario que empleamos ahora no coincide con el de los romanos, así que podía des- cartarse momentáneamente. Si era un número, podía ser en referencia al cuerpo humano; brazos, piernas, cabeza y tronco. Sería “cuerpo” lo que buscaba, o quizá “calendario”, “primave- ra”, “estaciones”. Como hice el día anterior, busqué las letras pertinentes y las puse en la balanza y ninguna funcionó. Des- esperanzado probé con otras materias, puesto que “medicina”, “conocimiento general”, y “ciencias naturales”, no habían fun- cionado. A lo mejor era algo relacionado con la matemática, lo que me hizo recordar el famoso teorema del hexágono de Pappus de Alejandría. El teorema de Pappus no hace referencia a alguna medida; es por tanto, de pura incidencia, pero se demuestra usando los axiomas de congruencia de segmentos. Así que VI pue- de referirse a una incidencia, en un siglo. Bueno, si tomamos como verdad, que lo que buscamos es una incidencia dentro del mundo romano en el siglo VI, coincidiría con el gobierno del emperador Justiniano, durante el cual se produjo el brote epidémico de peste negra más largo, puesto que duró sesenta años, y más antiguo referenciado por los textos históricos. La palabra tiene que ser “enfermedad”. Puse las letras en la balanza y… Nada. Ni un ruido, ni movimiento, nada. Y esta- ba convencido de que esa era la palabra. Probaremos con la opuesta, “salud”, ya que quizá sea lo contrario lo que la caja desea. La balanza contenía las letras, y ¡bingo! El mecanismo se accionó, dejando ver una nueva caja, más pequeña que las anteriores, pero con el mismo sistema que la preliminar.
- 252. La tercera caja era de cerámica azul cobalto con dibujos ser- penteantes en marfil. De manufactura fina y delicada, parecía a punto de romperse si la tocabas. Y un nuevo enigma para resolver. Era por la tarde, y me había olvidado de comer. Mi bisabuela vino a ver mis progresos, y quedó sorprendida cuan- do descubrió que ya había abierto dos cajas, e iba a iniciar la tercera (…). Ahora, estamos ante la tercera llave. Esta caja de porcelana contenía un pergamino enrollado con el símbolo ∞. Este será sencillo, pensé para mis adentros con regocijo, es el símbolo de infinito. Busqué las letras y puse “infinito” en la balanza, y… nada. Era de esperar, no podía ser tan fácil. Infinito es infini- to, el más allá, lo más lejano. Lo que no es finito. ¿Qué puede ser infinito? La luz, la pesadez de mi hermana, la estupidez del hombre… Infinito. En algunos aspectos buscamos el infinito, como en el amor o el cariño, o en que las cosas buenas duren por siempre, pero al infinito no se llega nunca. A lo mejor, que la “paz” y la “salud” duren por siempre, sean infinitas, pero para ello tendríamos que vivir sin fin, ser inmortales. Imposi- ble, nadie puede vivir por siempre, ser inmortal, solo son in- mortales aquellos que son recordados, como escritores, músi- cos, científicos, matemáticos o políticos. Seguro que la palabra es “inmortal”, no hay lugar a dudas. Al poner las letras en la balanza, nuevo fracaso, a los que ya me estaba habituando, para qué voy a negarlo. Pensándolo más detenidamente, “in- mortal” no puedes ser físicamente, pero “longevo” sí. Quizá, por una extraña pirueta retórica, infinito sea inmortal, y este se re- fiera a longevidad, como mi bisabuela, que ha enterrado a tres hijos y a dos nietos, y ha vivido en dos siglos. Puse las letras de “longevidad” en la báscula y… chas-chas-rum. Increíble, es “lon- gevidad”. Infinito es longevidad. En el exterior hace tiempo que el sol se marchó, serían las dos o tres de la mañana, y estaba exultante por haber hallado la tercera palabra. Y como no, una nueva caja me esperaría mañana. Ahora mis sesos necesitaban un nuevo descanso; el moho que los recu- bría estaba desapareciendo, y eso me hacía estar contento.
- 253. Aquella mañana fue húmeda. Había llovido persistentemente durante la madrugada y el calor matinal creaba condensa- ciones que te hacían sudar más de lo que era habitual a esas horas. Desayuné tranquilamente un gran tazón de leche de cabra con unos picatostes fríos del día anterior. Mi bisabuela me miraba de soslayo, con cierta impaciencia quizá, era difícil saber qué pensaba. Me marché a la biblioteca para enfrentar- me al nuevo reto, la cuarta caja. Esta caja era de cuarzo rosa, pesada y algo basta. De gruesas paredes que no permitían el paso de la luz. En su interior sólo había un papiro con el símbo- lo π. Como en el caso anterior, enseguida me vino a la cabeza 3,14, que es su correspondiente numérica, pero no podía ser, puesto que no había números en las piezas de la balanza. Así que debía ser otra cosa. Este símbolo tiene siglos de antigüe- dad: ya lo usaban los chinos, los mesopotámicos, e incluso los egipcios. El papiro de Ahmes, de 1900 a.C, hallado en Egipto, es la primera referencia a este concepto. π se emplea en mate- mática, en ingeniería, en física, y en otras tantas materias. Es una constante, irracional. Teniendo en cuenta mi experiencia con las anteriores cajas, sé que tengo que encontrar un concepto intangible, como paz, salud o longevidad. El propio soporte de la pista puede ser una pista. π puede ser una casa, un barco, un melocotón, puede encontrarse en todo lo que nos rodea, incluso en las personas. Es irracional, como para los egipcios la muerte, el dolor o la felicidad. Eso era, “felicidad”, esta es la palabra, el concepto que busco. Introduje las letras en la balanza y la caja reaccionó. Pero ya no había más cajas. La de cuarzo era la última, y solo tenía cuatro palabras. Tomado de https://goo.gl/ivGJiW (05/03/2018) Daniel del Olmo y Abedul. Alumno del Departamento de Matemática e Informáti- ca Aplicadas a la Ingeniería Civil, de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid.
- 254. Armonía, belleza y precisión Juan Manuel Sánchez Panta La esplendida serie de números son joyas de mi jardín, el horizonte de la matemática es brillante, es como saborear sabiduría dentro de un cuadrante mi inspiración crece lozana como un jazmín. La creación y la solución de problemas es mi universo, la rigidez en el cálculo activa mi memoria, las ecuaciones polinomiales son parte de mi historia, la armonía de las sucesiones embellecen mis versos. Describo las rectas, con inusitada pasión, las coordenadas de los puntos las llevo a los cuadrantes, el movimiento de las figuras vibra en un sol radiante, la matemática es belleza y precisión desde el místico Pitágoras el inmortal, hasta los brillantes Leignit y Newton. con su función y ecuación diferencial, la matemática se cubre de gloria. Puntos, rectas y planos, están en sintonía, con el místico y complejo mundo de la geometría, todo vibra con una real simetría la convexidad y la concavidad es virtud de la materia. Los números reales son densos e inmensos, las expresiones notables son factorizables, algunas expresiones son derivables e integrables, el álgebra de los anillos cuerpos y campos son hermosos. El mundo de los números devoran mi imaginación, estudio teoremas, propiedades, y leyes con plenitud el talento que Dios me ha dado es una virtud pasar el espacio tridimensional a la cuarta dimensión es mi obsesión. Tomado de https://goo.gl/Tuq3G0 (26/03/2018) Juan Manuel Sánchez Panta. Divulgador de conocimientos matemáticos en obras literarias.
- 255. Una confusión cotidiana Franz Kafka Un problema cotidiano, del que resulta una confusión cotidia- na. A tiene que concretar un negocio importante con B en H, se traslada a H para una entrevista preliminar, pone diez mi- nutos en ir y diez en volver, y en su hogar se enorgullece de esa velocidad. Al día siguiente vuelve a H, esa vez para cerrar el negocio. Ya que probablemente eso le insumirá muchas ho- ras. A sale temprano. Aunque las circunstancias (al menos en opinión de A) son precisamente las de la víspera, tarda diez horas esta vez en llegar a H. Lo hace al atardecer, rendido. Le comunicaron que B, inquieto por su demora, ha partido hace poco para el pueblo de A y que deben haberse cruzado por el camino. Le aconsejan que aguarde. A, sin embargo, impaciente por la concreción del negocio, se va inmediatamente y retorna a su casa. Esta vez, sin prestar mayor atención, hace el viaje en un rato. En su casa le dicen que B llegó muy temprano, inmediatamen- te después de la salida de A, y que hasta se cruzó con A en el umbral y quiso recordarle el negocio, pero que A le respondió que no tenía tiempo y que debía salir en seguida. Pese a esa incomprensible conducta, B entró en la casa a es- perar su vuelta. Ya había preguntado muchas veces si no ha- bía regresado todavía, pero continuaba aguardando aún en el cuarto de A. Contento de poder encontrarse con B y explicarle lo sucedido, A corre escaleras arriba. Casi al llegar, tropieza, se tuerce un tobillo y a punto de perder el conocimiento, incapaz de gritar, gimiendo en la oscuridad, oye a B -tal vez ya muy lejos, tal vez a su lado- que baja la escalera furioso y desapa- rece para siempre. Tomado de https://goo.gl/5921yo (23/03/2018) Franz Kafka (1883-1924). Escritor nacido en Praga, en el seno de una familia aco- modada perteneciente a la minoría judía de lengua alemana.
- 256. Examen de Estadística José del Río Sánchez ¿Qué es la Estadística? Es una ciencia fotográfica y adivinatoria que procede en primera instancia como una película, donde graban sus números la realidad y la apariencia. Cruza después al otro lado para vaticinar el éxito o embalsamar la ruina, pues el oráculo de sus campanas siempre se puede modular eligiendo los prismáticos adecuados ¿Para qué sirven las estadísticas? Para generar hambres y vender tapaderas, para dictar la norma e imponer su razón Con ellas se averigua cómo y cuando llamar a la oración y al voto, a la guerra y a la trashumancia, a la risa y al tributo. Ni las ovejas negras pueden huir de sus dominios Tomado de https://goo.gl/h3SbRg (26/03/2018) José del Río Sánchez (1960). Escritor y matemático, quien ha argumentado que en las grandes obras de la literatura universal, en El Quijote de la Mancha, se ha empleado las matemáticas. Publicó el libro: También los novelistas saben matemá- ticas.
- 257. Límite Carmen Conde Esfera ceñida de esferas que no pueden escaparse de la esfera única. Manos esféricas ciñéndose a unas piernas que se abrazan redondas, perfectísimas. Si esta esfera que soy yo, que fui yo siempre, desgajara de sí un anillo y lo arrojara, se caería cogido por su extremo, prolongándose hasta pisar el polvo. Ondularía siglos, y su música subiría por temblores a la esfera que la retiene siempre jamás, tan suyo. Sería vertical, hasta que un siglo la curva reclamaría ser redonda desde un albor sin ritmo. Subiría otra vez a ser anillo, anegándose por amor de querencia inmarchitable, en la esfera total. Yo he sido anillo, tembloroso al caer, y erguida me dejaba correr desde los tiempos… Mas la esfera sintió que al fin mi esencia debía descansar en lo redondo. Tomado de https://goo.gl/H4SB3f (19/03/2018) Carmen Conde (1907-1996). Narradora, poetisa, dramaturga, ensayista y maestra española, considerada una de las voces más significativas de la generación poética del 27. Ha publicado Entre aceitunas y coplas, Brocal, Júbilos, Oíd a la vida.