Precisiones matematica

Precisiones para la enseñanza y el aprendizaje

1 Precisiones generales
El eje curricular integrador del área propone la elaboración de mo- conceptos que surgieron como abstracciones de los elementos
delos como el mecanismo para resolver problemas. En un desarro- que intervinieron en la elaboración del modelo.
llo gradual, que durará los tres años del bachillerato, los estudian- En esta fase, también se pueden estudiar varios de los con-
tes deberán comprender que la solución de aquellos que se estu- ceptos únicamente con motivaciones matemáticas como las de
dian con la matemática pasan por un proceso que se inicia con una demostrar un teorema mediante dos métodos diferentes; Por

n
representación de los elementos del problema original mediante ejemplo, la fórmula para calcular la suma de los primeros n nú-

ió
conceptos y lenguaje matemático, que continúa con la formula- meros de una progresión aritmética suele ser demostrada me-

cc
ción de un problema matemático, de cuyos análisis y resolución, diante inducción matemática; sin embargo, mediante argumen-
tras la interpretación respectiva, esperamos encontrar una solución tos geométricos —que incluyen la fórmula del área de un rec-

du
al problema original. tángulo, condiciones suficientes para la congruencia de trián-
Una manera de lograr esta comprensión gradual consiste en gulos, entre otros— también se obtiene una demostración de la

o
pr
que, desde el inicio del bachillerato, los estudiante se enfrenten mencionada fórmula.
con la tarea de elaborar modelos y, a través de ellos, resuelvan

re
En cada una de estas fases, el docente debe insistir en el uso
problemas, por más simples que estos sean. Esta labor puede ser correcto del lenguaje por parte de los estudiantes, tanto escrito co-
desarrollada por el docente en algunas fases.

su
mo oral, en la formulación e identificación de los diversos elemen-
1. El problema. En cada bloque, para introducir los temas prin- tos que aparecen en el proceso de la elaboración del modelo.
da
cipales, el docente propondrá a la clase uno o varios proble- A continuación, vemos los ejes de aprendizaje que aparecen
mas o situaciones cuya representación matemática utilizará los en cada una de las fases.
bi

conceptos matemáticos principales que se quieran estudiar en 1. En la del problema, el estudiante debe leer un texto que, en la
hi

dicho tema. mayoría de las ocasiones, se refieren a temas no matemáticos.
ro

2. Experimentación. El docente propondrá diversas actividades También debe expresarse oralmente para hablar sobre el pro-
a los estudiantes para que se familiaricen con el problema o blema, para averiguar sobre él, etcétera. Sin las destrezas nece-
.P

la situación. Estas actividades podrán consistir, entre otras, en sarias de la lengua en forma escrita y oral, no comprenderá
jo

experimentar con los elementos del problema, lo que les permi- lo que el problema le plantea.
tirá tomar datos, que serán presentados mediante tablas o gráfi- Dado que los problemas que se utilicen deben ser, prefe-
ba

cos. A partir de estas representaciones, los estudiantes podrán rentemente, no matemáticos, en esta fase se integran diferen-
tra

conjeturar soluciones o descubrir algunas “no soluciones”. El tes conocimientos adquiridos; por ejemplo, con la economía
docente, en cambio, contará con el material y el vocabulario y las finanzas, la biología, la física y la química, etcétera.
suficientes para introducir los conceptos objetos de estudio, y 2. En la fase de experimentación, se tiene una oportunidad valiosa
de

que serán indispensables para resolver el problema o explicar para hacer uso de las tecnologías de la información, mediante
la situación. la toma de datos, la elaboración de tablas, de gráficos, etcéte-
to

3. Modelar. De los datos pasamos a una representación de los ra. También se integran conocimientos adquiridos, pues en
en

elementos del problema y de las relaciones existentes entre esta fase casi siempre se recurre a conocimientos matemáticos
ellos mediante conceptos matemáticos; en otras palabras, ela- que los estudiantes ya conocen; por ejemplo, elaborar gráficas,
um

boramos un modelo del problema, con lo cual obtenemos, a su realizar ciertos cálculos, tanto “a mano” como a través de “tec-
vez, un problema matemático. En la medida en que se utilizarán nologías”.
oc

funciones para este proceso, se hará necesaria la identificación Otro elemento presente en esta fase es la conjetura, cuan-
D

de variables y las relaciones de dependencia entre ellas; esto do se procesan e interpretan los datos obtenidos, y se proponen
dará lugar a etiquetar a algunas variables como independientes soluciones, o caminos a seguir para resolver el problema.
y otras como dependientes, y a identificar algunas relaciones Finalmente, el uso correcto de la lengua se evidencia a tra-
como funciones. Acompañando a este proceso, estará siempre vés de la presentación de los datos recogidos, de las síntesis
el uso explícito por parte del estudiante de los símbolos (letras) que de ellos se hagan.
que utilice para representar las variables y las funciones. El do- 3. En la fase de modelar, la abstracción es una de las principales
cente deberá insistir en el uso consistente de esos símbolos, y herramientas con la que los estudiantes deben contar, pues es
del uso correcto del lenguaje para la descripción de dichas re- la que les permite identificar las variables y las relaciones entre
presentaciones. las variables. El uso correcto de la lengua les permite elegir,
4. Interpretación y Generalización. Una vez obtenido el mo- adecuadamente, los símbolos, que representan los elementos
delo, se resuelve el problema matemático, se interpreta la so- del problema, para su manipulación posterior.
lución matemática para dar solución al problema original. A 4. En la fase de los conceptos, una vez más la abstracción, la
continuación, debemos enfatizar en que la solución matemáti- generalización, el uso correcto de la lengua, las tecnologías
ca encontrada permite obtener métodos generales que pueden estarán presentes.
resolver una variedad de problemas “del mismo tipo”, o pueden La manera de saber que algo es una solución es “probar”,
guiarnos a dar solución a problemas nuevos más complejos, pe- justificar, que lo hallado es una solución; parte del desarrollo
ro, para ello, es necesario estudiar, con mayor profundidad, los de los conceptos está encaminado, precisamente, a ese fin.

14

En el perfil de salida del BGU, se propone que el egresado Conduzca, en primer lugar, a los estudiantes a que precisen
resuelva problemas que la vida cotidiana le plantea. Es de esperar el significado de “más grande” como la cartelera “de mayor área
que los problemas que se proponen en el bachillerato, tanto para posible”; en segundo lugar, a que comprendan que el problema de
introducir los conceptos, objetos de estudio, como los que tienen hallar el número de piezas es equivalente a determinar las dimen-
que resolver como parte de su formación, sean de la vida cotidiana. siones de la cartelera buscada.
Sin embargo, muchos de los problemas de la vida real no pueden En el aula, los estudiantes conforman grupos para trabajar de
ser resueltos con los conocimientos matemáticos adquiridos en el manera cooperativa. Inician la actividad realizando bosquejos de
bachillerato y, en varias ocasiones, ni siquiera con los que se ad- posibles carteleras haciendo variar las dimensiones. Facilite un
quirirán en la universidad, a nivel de la licenciatura (ingeniería); formato, como el que se muestra a continuación, para que los es-
serán necesarios estudios especializados de maestría y/o doctora- tudiantes registren y organicen sus datos:
do.
A pesar de esta situación, siempre es posible adaptar los pro- Ancho (cm) Largo (cm) Perímetro (cm) Área (cm2 )
blemas reales y conformar al menos dos tipos de problemas que
podrán ser utilizados en el aula: 10 80 180 800
1. Problemas reales, en los que se requiere de matemática 20 70 180 1 400
para resolverlos; pueden simplificarse para que los cono-
cimientos necesarios sean los que los estudiantes poseen o

n
ió
pueden poseer en el nivel en el que se encuentran. En estos
problemas, los conceptos matemáticos adquieren sentido. Guíe a los estudiantes en una discusión sobre variables inde-

cc
2. Problemas ilustrativos, cuyo único objetivo es ejemplifi- pendientes y dependientes, mediante el reconocimiento de la de-

du
car conceptos, términos y teoremas. pendencia que existe entre las variables. El grupo podrá llegar a la
conclusión de que hay tres variables, “ancho”, “largo” y “área”, y

o
Hay una gran variedad de problemas reales que pueden ser
de que existen, por lo menos, dos dependencias: una entre el “an-

pr
simplificados, sin que por ello se pierda la posibilidad de utilizar-
los como buenos prototipos de lo que con la matemática puede ha- cho” y el “largo”, y otra entre una de las otras dos y el “área”.

re
cerse en la vida cotidiana. En las últimas décadas, un buen número El “ancho” puede ser considerado como variable independiente
de esos problemas han sido modelados con herramientas matemá- y el largo, como dependiente (o viceversa); esto da cuenta de la

su
ticas relativamente sencillas de comprender; algunos ejemplos se primera dependencia. Si el “ancho” es la variable independiente,
encuentran propuestos en el bloque de “Matemáticas discretas”. entonces el “área” es una variable dependiente de éste, lo que da
da
cuenta de la segunda dependencia.
Pida a los estudiantes que grafiquen los pares ordenados co-
bi

2 Primero de bachillerato rrespondientes a (x = ancho, y = área) y que luego tracen una
hi

curva que pase por los puntos dibujados. El profesor comparte la
ro

A partir del eje curricular integrador del área, el docente debe fun- solución tanto de la tabla como del gráfico con la clase e introduce
damentar su práctica docente en la comprensión y el uso de la
.P

más lenguaje: la curva tiene el nombre de parábola. Aproveche
matemática como un instrumento para el análisis y la resolución la oportunidad para hacer notar cualidades importantes de la pa-
de problemas. El bloque de “Número y funciones” en el primer
jo

rábola: la simetría, el valor extremo, la monotonía, haciendo, en
curso del bachillerato es un terreno fértil donde se puede concre-
ba

cada caso, la interpretación respectiva con el problema original.
tar el elemento central del aprendizaje mediante el énfasis que el Por ejemplo, la simetría corresponde al hecho de que el rectángu-
docente haga en los siguientes aspectos:
tra

lo tiene la misma área si intercambiamos las dimensiones del largo
• Muchas situaciones de la vida encierran relaciones cuanti- y del ancho, entre sí.
tativas.
de

Indique que se realice una gráfica con los pares ordenados
• Las funciones nos permiten representar o modelar relacio- (x = ancho, y = largo). Los estudiantes deben reconocer esta grá-
fica como una recta distinta a la parábola. La comparación de los
to

nes entre cantidades que surgen de estas situaciones.
• El comportamiento de una función nos informa sobre la si- dos gráficos indica la existencia de una relación no lineal entre las
en

tuación modelada. Nos permite responder preguntas sobre variables (el ancho y el área).
um

la realidad o describir elementos de ella (por ejemplo, pro- En este punto, es posible responder la pregunta inicial: ¿con
nosticar valores, optimizar, entre otras). cuántas piezas de corcho se construye la cartelera de mayor área?
Se requieren 20 piezas, colocadas en un rectángulo de cuarenta por
oc

El proceso que se sigue para la elaboración de un modelo ma-
cincuenta centímetros.
temático requiere de todos los ejes de aprendizaje establecidos en
D

Ahora proponga generalizar el problema; es decir, propon-
este documento. A través del siguiente ejemplo, se ofrecen direc-
ga un nuevo problema: ¿cómo se puede encontrar el extremo de
trices generales que enfatizan en cada eje de aprendizaje y de cómo
cualquier parábola? Para ello, los estudiantes deben determinar la
utilizar la elaboración de modelos, tanto para que los estudiantes
función que describe el área de la cartelera en términos de uno de
comprendan nuevos conceptos matemáticos como para que los uti-
los lados, para lo cual deben integrar su conocimiento de geome-
licen en la resolución de un problema. En cursiva, aparecerán los
tría y álgebra. Conduzca a una discusión sobre cómo abstraer lo
conceptos (o nociones) matemáticos que se presentarán a los estu-
que han encontrado.
diantes; en negrita, los ejes de aprendizaje que se trabajan.
El docente plantea el siguiente problema a la clase. En esta discusión, el docente recalca el uso de símbolos para
representar tanto los diversos elementos involucrados en el proble-
Problema 1 (La cartelera de la clase). Queremos una cartelera ma como las relaciones existentes entre ellos. Por ejemplo, se sabe
rectangular de corcho para el aula, en la que podamos colocar que en cualquier rectángulo se verifica
anuncios, fotografías, mensajes, etcétera. Disponemos de algunas
piezas de corcho de forma cuadrada; cada lado mide 10 cm; tam- Perímetro = 2ancho + 2largo.
bién disponemos de una tira de madera de 180 cm para el marco.
¿Cuántas piezas de corcho necesitaremos para que la cartelera En el caso de la situación dada, se tiene
sea la más grande que pueda ser enmarcada con la tira de made-
ra? 180 = 2ancho + 2largo,

15

de donde Es fundamental que los estudiantes desarrollen un sentido
largo = 90 − ancho. geométrico-algebraico. El problema de determinar los cortes de la
parábola con los ejes provee de un tema donde tal destreza puede
Si el ancho es representado por x, entonces el largo será represen-
ser desarrollada: los cortes de la parábola corresponden a los ceros
tado por 90 − x.
de la función; en otras palabras, resolver una ecuación cuadrática
Finalmente, sabemos que
es equivalente a determinar los cortes de una parábola con el eje
Área = ancho × largo. horizontal, es decir, encontrar los ceros de una función. Es impor-
tante empezar este tema con un repaso de las destrezas necesarias
Entonces (factorización de trinomios y uso de la fórmula cuadrática):
A = x(90 − x), √
de donde −b ± b2 − 4ac
x= .
A = −x2 + 90x. 2a

La discusión debe ser conducida a enfatizar que el área es una El número de cortes depende de la expresión del interior del
función del ancho, de allí la inclusión de (x) después de A: radical, el discriminante: si ∆ = b2 − 4ac > 0, se tienen dos raí-
ces reales. En este caso se debe notar que la parábola corta en dos
A(x) = −x2 + 90x.
puntos distintos el eje horizontal. Si ∆ < 0, no hay solución para

n
la ecuación y, por tanto, no hay cortes: la parábola está localizada

ió
Si se dispone de tecnología, se puede graficar esta función,
enteramente por encima o debajo del eje horizontal; si ∆ = 0, la

cc
determinar algunos valores que no se encuentran en la tabla (por
ejemplo, la ubicación precisa del vértice). También se puede ex- ecuación tiene una solución en el conjunto de los números reales;

du
es decir, la parábola toca el eje x en un solo punto que corresponde
tender o generalizar el problema dando otros valores al perímetro,
al vértice.
determinando un patrón para la fórmula de A(x) en función del pe-

o
pr
rímetro y la ubicación del vértice.
Una vez introducida la función cuadrática, es importante ini-

re
* * *
ciar un estudio sistemático comenzando con y = x2 , y variando es-
ta función “madre” mediante homotecias, reflexiones y traslacio-
nes hasta llegar a la forma general y = ax2 + bx + c. Por ejemplo,
se pueden estudiar los siguientes casos: su
¿Qué ejes se han trabajado? Hemos visto que los estudiantes
deben abstraer para realizar una conjetura sobre la relación en-
da
tre variables, deducen una fórmula utilizando relaciones geomé-
y = x2 , y = −x2 , y = (x + 1)2 , y = −(x + 1)2 , . . .
bi

tricas conocidas, es decir, relacionando otros conocimientos entre
sí (integración de conocimientos).
hi

En cada uno debemos observar el cambio en la monotonía, conca-
Hemos observado también que los estudiantes deben gene-
ro

vidad, el vértice y los cortes con los ejes.
ralizar lo encontrado en el problema para realizar una conjetura
Por ejemplo, ¿qué propiedades tiene y = −5(x + 1)2 + 6? Em-
.P

sobre la ubicación del máximo de la función como el punto vérti-
pecemos con y = x2 . La parábola representada por esta ecuación
ce de la parábola. Si los estudiantes o el profesor disponen de la
jo

tiene el vértice en (0, 0) y su concavidad es hacia arriba. Entonces
tecnología adecuada (calculadora gráfica, aplicaciones en el inter-
la parábola representada por y = −x2 tiene la concavidad hacia
ba

net o software de computadora), el proceso de realizar una gráfica
abajo, pero el mismo vértice. Al multiplicar por 5, la parábola re-
puede ser más rápido, facilitando de esta manera la determinación
presentada por y = −5x2 tiene una abertura menor, pero no cam-
tra

del vértice.
bia la concavidad ni el vértice. A continuación, realizamos una
El proceso de enseñanza aprendizaje requiere de comunica-
traslación horizontal: y = −5(x + 1)2 ; ahora el vértice se trasla-
de

ción verbal y escrita de ideas matemáticas. Es así que se incorpo-
da a (−1, 0), pero las otras propiedades no cambian. Finalmen-
ra el lenguaje escrito para la presentación del problema, la desig-
te, al realizar la traslación vertical, la parábola representada por
to

nación de los símbolos que representan los elementos del proble-
y = −5(x + 1)2 + 6, su vértice se mueve a (−1, 6), pero la conca-
en

ma con los que se trabaja. Respecto del lenguaje oral, el docente
vidad y la apertura se mantienen.
debe promover en los estudiantes la formulación correcta de las
La fórmula del vértice puede ser obtenida generalizando el
um

respuestas que ellos ofrezcan en los procesos interactivos en los
ejemplo anterior: de la forma y = a(x − h)2 + k, el vértice se en-
que se identifican variables y sus relaciones mutuas.
cuentra en el punto (h, k). Se debe notar que el valor y = k es el
oc

más grande (o más pequeño) si el signo de a es positivo (o negati-
vo, respectivamente).
D

2.1 Bloque de números y funciones
Mediante un ejemplo podemos establecer la relación entre la
función cuadrática f de la forma f (x) = ax2 + bx + c y la forma
anterior. En esta situación, se requiere completar el cuadrado por La introducción de noción de función debe ser gradual, y deben
lo que es necesario utilizar un ejemplo sencillo donde el proce- incluirse, al menos, las siguientes nociones.
dimiento sea fácil y no se convierta en un obstáculo técnico para
el estudio de la parábola. Mediante observación y generalización • Partiendo del conocimiento previo que tienen los estudiantes,
de varios ejemplos sencillos, se puede establecer la fórmula del la función puede ser vista como una ecuación algebraica. Por
vértice ejemplo, de la ecuación y = 2x + 3, se puede conducir a una re-
flexión sobre la dependencia de la variable y con respecto a la
b b b 4ac − b2 variable x. El uso de una tabla con valores de x y de y refuerza
− ,f − = − , .
2a 2a 2a 4a esta situación. De ahí que tiene sentido escribir y = f (x).

Un reto para los estudiantes más avanzados es el completar el • La función puede ser vista como una máquina que realiza una
cuadrado de manera general y establecer la fórmula del vértice: operación a un objeto de “entrada” y da como resultado un ob-
jeto de “salida”. Por ejemplo: traducir “mi máquina toma un nú-
2 mero, lo triplica y al resultado suma 1” como “ f (x) = 3x + 1”,
b 4ac − b2
f (x) = a x + + . y viceversa.
2a 4a

16

• La función puede ser vista como una regla de asignación entre las definiciones de vectores equivalentes, y la forma estándar de
dos variables. Por ejemplo: el profesor pide a cada estudiante un vector. En el pizarrón, el profesor resume en un gráfico en el
de su clase que digan el nombre de un animal, la clase respon- plano lo que sus estudiantes realizaron.
de: “gato”; en la pizarra, el profesor anota “gato” y a su lado, y
el número “4”; a continuación, pide el nombre de otro animal,
la clase responde: “culebra”; el profesor la anota, pero también
escribe el número “0” a su lado. Luego de repetir este ejercicio 3
varias veces, el profesor pregunta: “¿cuál es la regla de asigna-
ción?”. 2
A esta noción también se la puede entender como una relación
entre dos conjuntos: a cada elemento del primero le corresponde
un único elemento en el segundo. En nuestro ejemplo, entre el 1
conjunto de animales y un subconjunto de los números natura-
les: a cada animal le corresponde un número natural: el número
de patas que tiene ese animal. −3 −2 −1 1 2 3 x
El profesor debe utilizar simultáneamente varias representa-
−1

n
ciones de una función:

ió
- Tablas de valores.

cc
- Gráfica en el plano cartesiano.

du
- Una regla de asignación x → f (x). Todos los vectores son equivalentes al vector cuyo punto ini-
cial es el origen de coordenadas y cuyo punto final es el punto de

o
- Una ecuación algebraica. coordenadas (1, 2). Para expresar el movimiento, podemos indi-

pr
- Un conjunto de pares ordenados. car que, para llegar a (1, 2) desde (0, 0), damos un (1) paso en la

re
Es necesario proponer situaciones a través de una de las re- dirección hacia el punto de coordenadas (1, 0) y dos (2) pasos en
presentaciones y pedir a los estudiantes que obtengan las otras. la dirección del punto de coordenadas (0, 1). Se indica, entonces,

su
Por ejemplo, el problema de obtener la ecuación de una recta da- que los dos vectores con el mismo punto inicial, el de coorde-
dos dos puntos que pertenecen a la recta corresponde a esta pers- nadas (0, 0), pero con puntos finales los de coordenadas (1, 0) y
da
pectiva. De la ecuación algebraica de la recta a su representación (0, 1), respectivamente, son especiales, pues nos pueden servir pa-
gráfica es otro ejemplo. Es igualmente recomendable presentar si- ra describir cualquier movimiento. El profesor indica que se los
bi

tuaciones en donde no sea posible obtener la regla de asignación, representa mediante i y j, y al vector con punto inicial el origen de
hi

y solamente se deba utilizar la información que da la gráfica o la coordenadas y con punto el de coordenadas (1, 2) como i + 2 j. El
ro

tabla. Por ejemplo, si se tiene la gráfica de una función, y no su profesor conduce a sus estudiantes a las siguientes conclusiones:
regla de asignación, peticiones como “encontrar el valor de f (5)”
.P

- A cada punto de coordenadas (a, b) en el plano, le corres-
o “encontrar x de manera que f (x) = 2” obligan al estudiante a ponde el vector ai + b j.
jo

utilizar la información que proporciona la gráfica o la tabla. - Un vector cuyos puntos inicial y final tienen las coordena-
Un aspecto importante del bloque es el interrelacionar el len-
ba

das (c, d) y e, f , respectivamente, es equivalente al vector
guaje algebraico con el lenguaje funcional. Por ejemplo, el pro- ai + b j si y solo si
tra

blema algebraico de encontrar la solución de la ecuación x + 1 =
x2 − 2 se debe presentar también como el problema de encontrar e−c = a y f − d = b.
la intersección entre las gráficas de las funciones f y g definidas
de

por f (x) = x + 1 y g(x) = x2 − 2. En el espacio R2 = {(a, b) : a ∈ R, b ∈ R}, se definen dos
operaciones. Una es entre dos parejas ordenadas, y se la denomi-
to

na suma; la otra, llamada producto por un escalar, entre una pare-
2.2 El bloque de algebra y geometría
en

ja ordenada y un número real (escalar). La suma y multiplicación
por un escalar son, desde el punto de vista algebraico, sencillas de
um

La historia de la matemática nos devela el hecho de que los vecto-
operar.
res fueron desarrollados para expresar posición y movimiento de
Estas operaciones deben ser presentadas de manera conjunta
objetos en el plano y el espacio. Es recomendable mantener esta
oc

con su representación vectorial que puede ser más difícil de enten-
relación para comprender los vectores geométricos y su relación
der:
D

con los vectores algebraicos.
Los estudiantes están familiarizados con el plano cartesiano 1. La suma entre pares ordenados se realiza sumando las
desde sus estudios de EGB. El maestro debe partir de este cono- coordenadas respectivas entre sí.
cimiento para presentar de manera simultánea el espacio R2 y la 2. La suma entre vectores se realiza algebraicamente suman-
equivalencia entre parejas ordenadas, puntos y vectores. do los términos “semejantes” en i entre sí y los términos
Para presentar el concepto de vectores, se puede recurrir a una semejantes en j entre sí, separadamente.
variedad de actividades lúdicas. Por ejemplo, el profesor puede 3. La suma de vectores se realiza geométricamente con la tras-
trazar un plano cuadriculado simulando el plano cartesiano en el lación de uno de los vectores, o la ley del paralelogramo
piso de la clase o en el patio del colegio. Luego pide a sus estu- como una alternativa a la traslación.
diantes que paren en los puntos de coordenadas enteras y pide que,
Por ejemplo:
simultáneamente, se muevan una unidad a la derecha y dos unida-
des hacia arriba. El profesor pide que cada estudiante trace con una Suma en R2 :
tiza un segmento de recta que una el punto de origen y punto final
(5, 2) + (1, 2) = (6, 4).
de su movimiento, usando una flecha para indicar la dirección del
movimiento. A cada estudiante le corresponde un vector distinto Suma algebraica de vectores:
sin embargo todos obedecieron la misma instrucción. Esta activi-
dad debe servir para presentar la noción de vector, y su notación, (5i + 2 j) + (i + 2 j) = 6i + 4 j.

17

Suma geométrica de vectores: Problema 2. Una persona que viaja en automóvil parte de una
y ciudad; recorre tres kilómetros hacia el Norte y luego, cinco hacia
el Este, y se detiene a almorzar. Si el lugar de destino se encuen-
4 tra a cuatro kilómetros hacia el Oeste y a cinco kilómetros hacia el
Norte de la ciudad de origen, ¿cuál debe ser la dirección y longi-
3 tud de recorrido desde el lugar de la parada al lugar del destino?
Si realizara el viaje en línea recta desde la ciudad de origen hasta
2 el lugar de destino, ¿cuál seria la longitud de su recorrido?

1 Es recomendable que el profesor insista en que los estudiante
realicen el gráfico de la situación y, paralelamente, la representa-
ción del problema en forma vectorial:
1 2 3 4 5 6 x
N
6
Producto por un escalar en R2 :
D
5
2(2, 3) = (4, 6).

n
4

ió
Producto por un escalar algebraicamente:

cc
3 A
2(2i + 3 j) = 4i + 6 j.

du
2

o
Producto por un escalar geométricamente:

pr
1
y

re
6 W −4 −3 −2 −1 O 1 2 3 4 5 E

su
S
5
Si el vector que describe el movimiento desde el lugar en que la
da
4 persona se detuvo para almorzar hasta el lugar de destino se repre-
bi

senta por ai + b j, entonces se verifica la igualdad siguiente:
hi

3
(5i + 3 j) + (ai + b j = −4i + 5 j
ro

2 implica que a = −9 y b = 2. Por lo tanto, el movimiento de la pa-
.P

rada al destino final se describe mediante el vector −9i + 2 j y la
1 distancia entre las dos ciudades es
jo

√ √
ba

| − 9i + 2 j| = 81 + 4 = 85 ≈ 9,2
1 2 3 4 5 6 x
tra

kilómetros.
Finalmente, hay una variedad de recursos en línea que reali-
El profesor puede utilizar las representaciones geométricas de zan la suma de vectores1 . Si la clase dispone de tecnología, deberá
de

la suma y del producto por un escalar para verificar las propiedades utilizar estas herramientas para realizar ejercicios para compro-
que que hacen que R2 sea un espacio vectorial: la asociatividad, la bar propiedades, realizar suma de varios vectores, que realizados
to

conmutatividad, la existencia del elemento neutro (el vector “ce- a mano, tomaría mucho tiempo, etcétera.
en

ro”), la existencia del inverso aditivo, la distributividad, etcétera.
Haga notar casos importantes para la suma y el producto por
um

escalar. Por ejemplo: 2.3 El bloque de matemáticas discretas
- El efecto de multiplicar un vector por un escalar menor que Aquí se presentan algunas formas de modelar situaciones utilizan-
oc

1 y mayor que cero es el de contraer o “encoger” al vector. do herramientas matemáticas diversas: grafos, algoritmos, funcio-
D

- El efecto de multiplicar un vector por un escalar menor que nes recursivas, entre otras. En el primer año del bachillerato, el
cero es que este apunta en dirección opuesta. bloque incluye programación lineal.
La programación lineal es una aplicación de varios conoci-
- Al multiplicar un vector por −1, se obtiene el vector inver- mientos previos que serán integrados en un algoritmo sencillo y
so. extremadamente útil. El siguiente ejemplo muestra un problema y
- Si tomamos varios puntos sobre una recta y les sumamos la elaboración de un modelo que lo represente. Se recalca las opor-
un mismo vector, los puntos resultantes estarán también en tunidades de enseñanza con atención a los ejes de aprendizaje del
una recta. área.
Las primeras dos observaciones pueden conducir a la presen- Problema 3 (Ganancia máxima de una mezcla). La clase quiere
tación de las nociones de longitud y de dirección de un vector (án- reunir fondos para el paseo de fin de año, para lo cual se orga-
gulo que forma con el eje x). La fórmula de longitud de un vector nizan para vender bebidas. Deciden ofrecer jugos cítricos de dos
debe salir de la relación pitagórica. Problemas prácticos de ubica- tipos: “ácido” y “super ácido”. Para elaborar un litro de jugo su-
ción y posición final de objetos que se trasladan deben dar paso a per ácido, se requiere el zumo de dos naranjas y cuatro limones;
entender con mayor profundidad estos conceptos. Considere utili- para un litro del jugo ácido, el zumo de una naranja y cuatro limo-
zar problemas parecidos al siguiente: nes. Un vaso de jugo ácido será vendido en 50 centavos y uno de
1 http://www.unalmed.edu.co/~daristiz/preuniversitario/unidades/generalidades/applets/AppletSumaPoligJar/SumaPolig.htm

18

jugo super ácido, en 75 centavos. Gracias a una donación, la cla- y
se consigue 20 naranjas y 60 limones. Se quiere elaborar un total
x + 2y ≤ 20 4x + 4y ≤ 60 x + y ≥ 10
de al menos 10 litros entre ambos jugos. Se utilizarán vasos cuya
capacidad es la cuarta parte de un litro. Entonces, ¿cuántos litros 15
de cada jugo deberá la clase elaborar de modo que la ganancia
sea la máxima?
10
Divida la clase en grupos y facilite una tabla en la que los es-
tudiantes registren los resultados de experimentar con varias com-
binaciones de las variables: 5
Número de Número de
Total de Total de
litros de litros de jugo Ganancia
jugo ácido super ácido
naranjas limones x
13 2 17 60 32 5 10 15 20
4 10 24 56 36
9 1 11 40 21 Debe llamar la atención de los estudiantes hacia la región que es
común a todas las restricciones (región denominada conjunto fac-

n
10,5 4,5 19,5 60 34,5
tible):

ió
Invite a sus estudiantes a llenar la tabla con valores tanto en-

cc
teros como no enteros. Luego, realice preguntas que inviten a la y

du
reflexión sobre cómo se escogen los valores para cada tipo de ju-
go. Particularmente, el valor que es necesario para que se cumplan 15

o
las restricciones. Por ejemplo, en la tabla anterior, la segunda op-

pr
ción no cumple con la restricción de que solo hay 20 naranjas. Es

re
conveniente introducir un nombre para aquellos pares de valores: 10
(número de litros de “ja”, número de litros de “jsa”),
que cumplen con las restricciones; el conjunto de estos puntos se 5 su
da
denomina conjunto factible.
El profesor invita a sus estudiantes a escribir inecuaciones que
bi

representen el problema, comenzando con dar nombre a las dos x
hi

cantidades variables. Por ejemplo, con la letra x, nombramos el 5 10 15 20
ro

número de litros de jugo ácido y con la letra y, el número de litros
de jugo super ácido:
.P

Dado que el objetivo de aprendizaje no es el realizar gráficas
x: número de litros de jugo ácido, de inecuaciones, este proceso no debe convertirse en un obstáculo
jo

y: número de litros de jugo super ácido. en la presentación del problema; por ello, si la clase lo necesi-
ba

Discuta la mejor manera de escribir las condiciones para x y y ta, es recomendable utilizar una calculadora gráfica en lugar de
en forma de inecuaciones. Luego de llegar a un consenso sobre determinar a mano el conjunto factible. En la web podemos en-
tra

las inecuaciones, introduzca el término restricciones del proble- contrar muchas aplicaciones de software libre que grafican el con-
ma; indique que, en este caso, las restricciones son: junto factible2 . En ejercicios subsiguientes, el profesor podrá, si
de

los estudiantes lo necesitan, proponer ejercicios para representar
x + 2y ≤ 20, 4x + 4y ≤ 60, x + y ≥ 10, x ≥ 0, y ≥ 0.
gráficamente inecuaciones a mano.
to

El docente deberá enfatizar en el significado de cada una de esas Es importante organizar la información de manera clara resu-
en

inecuaciones. Por ejemplo, la primera nos dice que el número de miendo el problema de la siguiente manera:
naranjas que se utilicen no puede sobrepasar de 20; la segunda,
m´ x G(x) = 2x + 3y
a
um

que el número de limones utilizados no excederá de 60; etcétera. 
Se procede luego a escribir una expresión algebraica que re- x + 2y ≤ 20,
oc


presente la ganancia obtenida por la venta de los jugos; a esta ex- 
4x + 4y ≤ 60,
presión se la denomina la función objetivo. El docente deberá re- sujeto a:
D

x + y ≥ 10,
calcar en el uso de la palabra función: la ganancia varía cuando


x ≥ 0, y ≥ 0.

varían el número de litros de los jugos que se elaboren. En este
caso, como cada litro contiene cuatro vasos, 4x y 4y representarán El algoritmo de solución de la programación lineal indica que,
el total de vasos que serán elaborados de cada tipo de jugo; ca- para hallar la solución, la función objetivo sea evaluada en los vér-
da una de estas cantidades multiplicada por el precio de venta de tices de la región factible. Podemos dar sentido a este algoritmo
un litro de cada tipo de jugo, respectivamente, nos proporciona la indicando que si la función objetivo toma distintos valores, las
ganancia; luego, la función objetivo será: gráficas que se obtienen son rectas paralelas entre sí. En efecto,
G(x, y) = 0,5(4x) + 0,75(4y) = 2x + 3y. si la ganancia fuera de 32 dólares, entonces los valores de x y de y
que producen esta ganancia, cumplirían la siguiente igualdad:
Es decir, por un litro de jugo ácido la ganancia es de 2 dólares; de
3, por un litro super ácido. 2x + 3y = 32.
En vista de que la tabla es una manera ineficiente de encontrar Entonces, la gráfica de todos estos puntos (x, y) sería una recta. Si
todas las parejas posibles, el profesor pide a sus estudiantes que la ganancia fuera de 21 dólares, la recta correspondiente sería
grafiquen, en un mismo plano cartesiano, cada inecuación (restric-
ción): 2x + 3y = 21.
2 Por ejemplo, en http://www.ronblond.com/M1/Linprog/index.html .

19

En el siguiente dibujo, se muestran algunas rectas obtenidas para a los estudiante que se planteen una pregunta que se pueda respon-
distintos valores de la función objetivo: der mediante una encuesta. La encuesta debe incluir preguntas que
y representen variables numéricas y categóricas. Luego de procesar
los resultados de la encuesta, estos deben ser representados en for-
ma gráfica mediante, gráficos de círculo, de barras, histogramas,
15 etcétera.
El resumen de resultados también debe incluir un reporte de
tendencia central y variación de cada variable. Los estudiantes
10 pueden preparar un cartel con sus resultados y exponerlos a sus
compañeros. Preguntas relevantes para su edad pueden ser:

5 (10,5) • ¿Qué tipo de comida prefiere?
• ¿Cuánto tiempo de mirar televisión es bueno?

x • ¿Necesitamos otras materias de estudio?
5 10 15 20 La encuesta debe incluir preguntas demográficas para realizar
comparaciones interesantes: sexo, edad, lugar de origen, etcétera.

n
Todos tenemos nociones básicas de probabilidad que provie-

ió
El valor de la función objetivo en este caso crece conforme la recta
se mueve hacia la derecha. Claramente vemos que el valor máxi- nen del uso del lenguaje común :

cc
mo de la función objetivo debe obtenerse en uno de los vértices de • ¿Qué tan probable es que gane mi equipo favorito?

du
la región factible.
• ¿Cuál es la probabilidad de que llueva el día de hoy?
Para este problema, el vértice correspondiente a la intersec-

o
ción de las rectas de ecuaciones x + y = 15 y x + 2y = 20, corres- El maestro puede dar ejemplos de eventos que podamos catalogar

pr
ponde al máximo que buscamos. Las coordenadas del punto de en una recta de probabilidad. Marcando en la recta 0 como impo-

re
intersección es (10, 5); es decir, x = 10, y = 5 y la ganancia es sible y 1 como totalmente cierto, se pide a los estudiantes que den
ejemplos de eventos que estén en el uno o en el otro extremo y
2x + 3y = 20 + 15 = 35

su
luego eventos que estén entre los dos extremos pidiendo que se los
dólares. ubique según sea su criterio.
da
Es importante que el docente pida a los estudiantes que calcu- Los experimentos de probabilidad binomial son igualmente
len el valor de la función objetivo en los otros vértices del conjunto recomendados en este nivel: lanzar una o dos monedas, responder
bi

factible y comparen la ganancia obtenida con la óptima. preguntas que tengan respuesta verdadero o falso, escribir el se-
hi

Un aspecto de extrema importancia es interpretar los resul- xo de una persona, etcétera. El concepto de variable aleatoria y
ro

tados que el procedimiento matemático nos provee. Por ello, el espacio muestral o de eventos debe surgir de estos experimentos.
profesor debe enfatizar en que los estudiantes escriban la solución A continuación los estudiantes realizan experimentos con dados,
.P

utilizando frases completas como “El valor máximo de la ganancia cartas, etcétera, con el fin de generalizar estos conceptos.
se obtiene elaborando 10 litros de jugo ácido y 5 litros de jugo su-
jo

La probabilidad se define en estos experimentos como el nú-
per ácido”. Además, los estudiantes pueden extender el problema, mero de eventos favorables sobre el número de eventos en el espa-
ba

plantear hipótesis y conjeturas como las siguientes: “si variára- cio muestral. A medida que el experimento probabilístico se hace
tra

mos el precio de cada vaso de jugo super ácido de 75 centavos a 85 más complicado, es necesario desarrollar técnicas de conteo, lo
centavos, ¿como cambiaría la solución?”, “parece que la solución que nos conduce a encontrar el número de combinaciones con o
siempre se dará en la esquina superior y no inferior”, etcétera. sin repetición y el número de permutaciones de los elementos de
de

Como una extensión a esta actividad, se puede pedir a cada es- un conjunto. Es recomendable introducir el factorial como una
tudiante que escriba su propio problema de programación lineal, herramienta para calcular el número de permutaciones de un con-
to

similar al ya propuesto. Esto estimula su imaginación y creativi- junto finito de objetos. Por ejemplo, ¿cuántas placas de carros se
en

dad, obliga a pensar en cantidades que están relacionadas lineal- pueden hacer si tenemos 6 dígitos y no queremos que un dígito
mente, ayuda al estudiante a diferenciar entre las restricciones y la aparezca más de una vez?
um

función objetivo. Es importante mostrar otras representaciones de probabilidad.
Vemos que varios ejes de aprendizaje se manifiestan en esta Por ejemplo, la probabilidad geométrica: dado un círculo partido
oc

actividad: la representación de relaciones cuantitativas requiere un en varias regiones, ¿cuál es la probabilidad de lanzar un dardo en
nivel de abstracción, el uso de tecnología para facilitar la solu- una región dada?
D

ción del problema, la comunicación oral, la generalización del Este bloque incluye el cálculo de probabilidades de eventos
tipo de problema que se presenta (problema de mezclas). simples y de eventos que resulten de la unión disjunta de eventos
simples. Por ejemplo, la probabilidad de que salga un “dos” o un
2.4 El bloque de estadística y probabilidad “tres” en el experimento de lanzar un dado corresponde a la unión
de dos eventos simples disjuntos. En el segundo de bachillerato,
Este bloque parte del conocimiento adquirido sobre estadística se estudiará la probabilidad de eventos resultantes de uniones no
descriptiva en años anteriores. Una actividad estimulante es pedir disjuntas y de intersecciones.

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Precisiones matematica

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