manual del alumno mtsl01

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APUNTES MATEMÁTICA APLICADA MTSL01 INACAP Ciencias Básicas Vicerrectoría de Académica de Pregrado 2014

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  • APUNTES MATEMTICA APLICADA

    MTSL01

    INACAP

    Ciencias Bsicas

    Vicerrectora de Acadmica de Pregrado

    2014

  • 2

    NDICE

    UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS ... 4

    UNIDAD 2: ANALISIS DE DATOS....... 158

  • 3

    PRESENTACIN

    Estimado Alumno y Alumna, te damos la ms cordial bienvenida a Matemtica, asignatura

    lectiva del rea formativa de Disciplinas Bsicas, del rea del conocimiento de Ciencias

    Bsicas.

    Matemtica tiene dos propsitos fundamentales, primero nivelar a los alumnos de las reas

    de Ingeniera en habilidades matemticas necesarias para la vida, mediante estrategias de

    clase expositiva, solucin de ejercicios y problemas y, segundo, contribuir en la formacin

    tcnica de los alumnos, mediante el desarrollo de destrezas que mejoren su desempeo

    profesional.

    Para ello esta asignatura busca promover el desarrollo de la competencia genrica de

    resolucin de problemas. Competencia que ser desarrollada desde un punto de vista de la

    Didctica de la Matemtica.

    La asignatura se realizar, a partir de experiencias de aprendizajes que involucren

    metodologas principalmente deductivas, donde tu rol es activo y participativo, y el del

    docente un mediador.

    El presente texto, que INACAP pone a tu disposicin, tiene los contenidos que sirven de

    base y apoyo a tus clases, y puede ser utilizado como material de consulta permanente.

    Confa en tus capacidades, te deseamos mucho xito.

  • 4 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Epitafio en la tumba de Diofanto

    Transente, sta es la tumba de Diofanto: Su niez ocup la sexta parte de su vida; despus, durante la doceava parte su mejilla se cubri con el

    a necesidad de resolver problemas prcticos, cientficos, filosficos , artsticos o

    matemticos, ha impulsado al hombre a lo largo de la historia, a crear y desarrollar

    la matemtica. La actividad matemtica involucra muchos ms aspectos que solo

    definir, enunciar o demostrar propiedades. Al enfrentar los problemas que dan origen al

    conocimiento matemtico, el hombre debi utilizar la intuicin, la inventiva y la

    experimentacin, elementos fundamentales de la creacin matemtica, que quedan ocultos

    en la exposicin formal que habitualmente se nos presenta en los libros.

    Para comprender mejor la esencia de la matemtica, es necesario experimentar los procesos

    inherentes a la resolucin de problemas: recolectar informacin, descubrir relaciones,

    plantear conjeturas, experimentar, probar, abstraer, generalizar, etc. Hablamos de ir ms all

    de la ejercitacin matemtica y de los problemas aplicados, implica involucrase en

    situaciones no rutinarias, que requieran explorar distintas estrategias y nuevos mtodos de

    solucin.

    La matemtica debe proveer de conocimientos especficos para las aplicaciones futuras,

    aunque en la prctica resulta muy difcil ensear, aprender y recordar toda la matemtica

    que se requiere para el ejercicio de una profesin. Al desarrollar otro tipo de competencias,

    como la resolucin de problemas, se propicia la posibilidad de abordar las situaciones

    problemticas que se presentan en cualquier contexto, con la capacidad de razonar las

    estrategias matemticas para su solucin.

    UNIDAD 1

    RESOLUCIN DE

    PROBLEMAS

    L

    primer bozo. Pas an una sptima parte de su vida antes de tomar esposa y, cinco aos despus, tuvo un precioso nio que, una vez alcanzada la mitad de la edad de su padre, pereci de una muerte desgraciada. Su padre tuvo que sobrevivirle, llorndole, durante cuatro aos ms. De todo esto se deduce su edad.

  • 5 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    PROGRAMA DE LA ASIGNATURA MTSL01

    UNIDAD 1

    RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    APRENDIZAJE ESPERADO

    Resolver situaciones problemticas mediante estrategias aritmtico-algebraicas, comunicando sus resultados de manera acorde a la situacin comunicativa e interlocutores.

    CRITERIOS DE EVALUACIN

    Identificar los datos de un problema, verificando coherencia y falta de informacin. Proponer una estrategia para resolver un problema verificando pertinencia y validez. Aplicar procedimientos matemticos para la resolucin de problemas. Comunicar los resultados de manera acorde a la situacin comunicativa e interlocutores.

  • 6 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Introduccin

    Qu significa aprender matemtica?

    Habitualmente el aprendizaje de las matemticas se visualiza como una

    acumulacin de pedazos de informacin (definiciones, propiedades y

    procedimientos) que se deben dominar a travs de la memorizacin y la

    mecanizacin, una coleccin de conocimientos que esperan ser aplicados en

    algn contexto.

    Esta es la concepcin predominante, que sin embargo recibe serios

    cuestionamientos, cul es el sentido de aprender matemtica por la

    matemtica, sin justificacin ni contexto?, es posible acumular

    conocimientos matemticos, con la vaga promesa de su utilidad futura?

    Esta idea de las matemticas se aleja de la esencia de la disciplina, la

    creacin del conocimiento, que se origina a partir de la necesidad de

    resolver determinados problemas.

    La matemtica es una ciencia formal, dotada de estructura y razonamiento

    deductivo, un lenguaje formal y criterios de rigurosidad. Sin embargo, este

    es solo un aspecto de la matemtica a desarrollar, el formalismo en realidad

    debe ser considerado una meta del trabajo matemtico, que tiene su punto

    de partida en la intuicin y la creacin.

    Desde esta perspectiva, aprender matemtica se relacionara con construir

    y desarrollar las ideas de esta disciplina, vinculndose con los procesos,

    tanto de creacin, como de formalizacin del conocimiento matemtico.

    Este enfoque implica que el estudiante debe actuar como un matemtico en

    ciernes, que conjetura, experimenta, descubre, formula, prueba, generaliza,

    etc. Una actividad con sentido que le permita apropiarse del conocimiento

    matemtico.

    Desde esta visin, la resolucin de problemas es fundamental en el

    estudio de la matemtica, sin embargo, antes de adentrase en la tarea de

    resolver problemas es necesario plantear algunos aspectos que ameritan una

    reflexin.

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

    La conjetura de Fermat

    El teorema de Pitgoras permite

    asegurar que existen enteros x,

    y, z, lados de un tringulo

    rectngulo, que cumplen

    2 2 2x y z

    En 1640 Pierre Fermat,

    generaliz la pregunta y la

    respondi: Para todos los

    enteros 2n no es posible

    encontrar enteros x, y, z,

    distintos de cero, tal que

    n n nx y z

    Fermat dijo haber encontrado

    una demostracin, que no pudo

    mostrar por el pequeo espacio

    del margen del libro donde

    escriba.

    El denominado ltimo teorema

    de Fermat permaneci sin

    demostracin durante ms de

    350 aos, hasta que en 1995,

    Andrew Wiles, quien dedic

    gran parte de su vida a este

    tema, logr completar una

    demostracin.

    Lo realmente importante del

    ltimo teorema no es su

    demostracin, sino que en su

    bsqueda, se aport de manera

    significativa al desarrollo de la

    aritmtica y lgebra moderna.

  • 7 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Problema o ejercicio

    La distincin entre ejercicio y problema depende de si se dispone de los

    medios para resolverlo de forma inmediata o no. Muchos de los

    problemas de aplicacin que aparecen en los libros son en realidad

    ejercicios, si despus de comprender el enunciado del problema y reconocer

    los datos y la incgnita, el mtodo para resolverlo es alguna de las tcnicas o

    procedimientos vistos con anterioridad, se tratara solo de un ejercicio.

    Problema 1: Supongamos que se construyen escaleras usando adoquines,

    tal como se muestra en la siguiente figura:

    a) Cuntos adoquines se necesitan para una escalera de 10 peldaos?

    b) Cuntos adoquines se necesitan para una escalera de 100 peldaos?

    Problema o ejercicio?

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

    Ejercicio Problema

    Situaciones rutinarias,

    idnticas o muy similares a

    otras que ya fueron resueltas.

    Los mtodos para resolverlos

    son conocidos.

    Situaciones no rutinarias. No

    existe un camino inmediato o

    evidente para su solucin.

    Es necesario explorar distintas

    estrategias y nuevos mtodos

    de solucin.

    Admiten ms de una estrategia

    de solucin.

  • 8 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Evidentemente, todos los problemas propuestos en este libro son

    presentados para que intentes resolverlos por tu cuenta. Las soluciones y

    estrategias que se muestran son necesarias para el tratamiento didctico del

    texto, sin embargo, se invita siempre a buscar otras formas de resolverlos.

    Solucin:

    a) Podemos dibujar la escalera con los diez peldaos y contar los adoquines.

    Tambin es posible reconocer que cada peldao es una ms que el anterior,

    por tanto la cantidad de adoquines en 10 peldaos es

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 55

    Esta parte resulta algo evidente y la estrategia es conocida, la suma trmino

    a trmino del 1 al 10. Se tratara de un ejercicio.

    b) El nmero de adoquines en 100 peldaos es igual a la suma

    1 2 3 100

    No tiene sentido prctico tratar de dibujar la escalera o intentar hacer la

    suma trmino a trmino. Es mejor buscar otra estrategia. En tal caso nos

    enfrentamos a un problema. Mostraremos luego algunas de las estrategias

    que se pueden usar para resolver este problema.

    Mtodos generales y particulares

    Cmo resolver problemas?

    Algunos dicen que la nica manera de aprender a resolver problemas

    esresolviendo problemas. Parece evidente, pero lo cierto es que es

    mucho ms complejo que eso.

    Existe un dilema constante en la manera de abordar el aprendizaje de

    estrategias de resolucin de problemas. Por un lado, si un mtodo es

    demasiado especfico y atae a un contenido en particular, puede no ser

    transferible a otros dominios. Por ejemplo, dibujar una figura puede servir

    para resolver una serie de problemas, pero solo en un contexto o contenido

    en particular. Por otro lado, si un mtodo es muy general, no queda claro

    cmo aplicarlo en los distintos dominios.

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

  • 9 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Esto acarrea la discusin de si es posible aprender a resolver problemas en

    general o si solo se pueden estudiar los mtodos de resolucin ligados a

    contenidos especficos.

    Podemos adoptar aspectos de ambas posturas para intentar desarrollar la

    habilidad de resolucin de problemas. Esto es:

    1. Es pertinente conocer los mtodos generales de resolucin de problemas,

    ya que aunque no garantizan la solucin de un problema, si pueden

    ayudar a atacarlo.

    2. Las estrategias estn muy ligadas al contenido matemtico involucrado y

    la capacidad de transferir esas estrategias a otros dominios depende de la

    experiencia con diversas situaciones en las que la estrategia se aplic. Es

    necesario revisar el contenido especfico.

    Mtodo general de Plya

    Plya (1945) identifica cuatro etapas en la resolucin de problemas:

    1. Entender el problema

    2. Disear un plan

    3. Ejecutar el plan

    4. Examinar la solucin

    Un aspecto muy relevante para la resolucin de problemas es la posibilidad

    de establecer un control o monitoreo permanente de las acciones que se

    estn realizando, qu estoy haciendo?, me sirve para avanzar en la

    solucin?, qu otra cosa puedo hacer?, es correcta la solucin que obtuve?

    Las siguientes preguntas te ayudarn a monitorear cada una de las etapas,

    adems se expone algunas estrategias que pueden ser aplicadas en cada fase:

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

  • 10 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Estrategias de resolucin de problemas

    El siguiente es el listado de algunas de las estrategias que se utilizan para

    resolver problemas matemticos:

    1. Descomponer el problema en subproblemas.

    2. Resolver problemas ms simples que sean de algn modo similar al

    problema principal.

    3. Usar diagramas o dibujos para representar el problema.

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

    Entender el Problema

    Disear un Plan

    Ejecutar el Plan

    Examinar la Solucin

    El problema es similar a otro visto antes?

    Existe alguna propiedad matemtica que sea

    til para este caso?

    Puedo modificar algn mtodo conocido para

    aplicarlo en este caso?

    Cul es la incgnita?

    Cules son los datos?

    Cules son las condiciones del problema?

    Las condiciones permiten determinar la

    incgnita?

    Es correcto cada uno de los pasos usados en

    la solucin?

    El plan permite avanzar en la solucin del

    problema?

    Reconocer datos e incgnita.

    Representar el problema con

    grficos, diagramas o dibujos.

    Pensar en un problema similar.

    Simplificar el problema a casos

    particulares.

    Revisar cada paso.

    Evaluar el plan propuesto.

    Se puede comprobar la solucin?

    Se puede obtener el resultado de otra forma?

    Se puede emplear el mtodo usado en otro

    problema? Resolverlo de otra forma para

    comprobar la solucin.

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

  • 11 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    4. Examinar casos especiales para tener una idea del problema.

    5. Buscar analogas.

    6. Transferir el problema de un dominio a otro, por ejemplo resolver un

    problema aritmtico representndolo geomtricamente.

    7. Bsqueda por ensayo y error.

    8. Mtodo algebraico.

    9. Mtodo grfico.

    Esta lista no pretende, ni puede ser exhaustiva, existen muchas maneras,

    algunas muy ingeniosas de resolver un mismo problema. Mostraremos con

    ejemplos el funcionamiento de estas estrategias.

    Retomamos el problema de la escalera de 100 peldaos.

    Problema 2: Supongamos que se construyen escalas usando adoquines, tal

    como se muestra en la siguiente figura:

    Cuntos adoquines se necesitan para una escala de 100 peldaos?

    Se discuti antes que el problema era equivalente a encontrar el valor de la

    suma

    1+2+3+...+100

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

  • 12 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Solucin:

    Estrategia 1: Descomponer el problema en subproblemas.

    Agrupar en sumas parciales que sean ms sencillas de calcular.

    Si colocamos los nmeros del 1 al 100 en un arreglo rectangular es posible

    buscar sumas parciales que sean ms simples de calcular. Por ejemplo,

    descomponiendo los nmeros de cada fila en decenas y unidades, el

    resultado de cada fila es un mltiplo de 100 ms 55:

    Estrategia 2: Resolver problemas ms simples que sean de algn modo

    similar al problema principal.

    Calcular la suma hasta un nmero menor y establecer la analoga con el

    problema principal. Por ejemplo, de qu otras maneras podemos sumar

    nmeros del 1 al 10?

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

    55

    100 + 55

    200 + 55

    300 + 55

    400 + 55

    500 + 55

    600 + 55

    700 + 55

    800 + 55

    900 + 55

    4500 + 550 = 5050

    10+1 10+2 10+3 10+4 10+5 10+6 10+7 10+8 10+9 10+10

  • 13 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    a) Primera forma: sumando los extremos el resultado es siempre el mismo

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

    5 veces 11

    5 11 55

    De la misma forma

    1 2 3 98 99 100

    50 veces 101

    50 101 5050

    b) Segunda Forma: Sumando dos veces y dividiendo luego por dos.

    1 2 3 98 99 100

    100 99 98 3 2 1

    101 101 101 101 101 101

    100 veces 101

    Como esto representa el doble de la suma requerida se divide el resultado

    por 2, esto es

    100 1015050

    2

    Estrategia 3: Examinar casos especiales para tener una idea del problema.

    Transferir el problema de un dominio a otro.

    Representar el problema geomtricamente como un clculo de rea.

    Consideremos un caso particular, una escalera de 6 peldaos.

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

  • 14 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Con dos figuras iguales podemos formar un rectngulo

    Con 6 peldaos se tiene un rectngulo de 6 7 , como la escalera es la

    mitad, debemos calcular la mitad del rea del rectngulo, es decir

    6 721

    2

    Por tanto, con 100 peldaos se tendra un rectngulo de 100 101 y la

    cantidad de adoquines de la escalera sera

    100 1015050

    2

    Estos son algunos ejemplos de las estrategias que se pueden usar para

    resolver un problema. En su tratamiento las etapas de la resolucin de

    problemas estn implcitas, analicemos en general cmo podran haber sido

    planteadas:

    1. Entender el problema:

    Cul es la incgnita? El resultado de la suma

    Cules son los datos? Los nmeros del 1 al 100

    Cules son las condiciones del problema? Los adoquines se van sumando del 1

    al 100.

    Se utiliza el dibujo para comprender el tipo de suma involucrada.

    2. Disear un plan:

    El problema es similar a otro visto? Es una suma, pero la forma habitual de

    sumar no es prctica en este caso.

    Existe alguna propiedad matemtica que sea til para este caso? En la suma

    de nmeros naturales sucesivos, la suma de los extremos es constante. La escalera

    representa la mitad de un rectngulo, por tanto la mitad su rea.

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

    6

    7

  • 15 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    3. Ejecutar el plan:

    El plan permite avanzar en la solucin del problema? Las sumas parciales

    cumplen cierta regularidad que hace ms fcil calcularlas. Sumar los extremos permite

    llegar rpidamente al resultado. Visualizar el problema con la ayuda de la geometra

    permite cambiar el problema de una suma a un clculo de reas.

    4. Examinar la solucin:

    Se puede comprobar la solucin? Al resolverlo de ms de una forma es posible

    comprobar el resultado.

    Se puede emplear el mtodo en otro problema? En todos los problemas de

    sumas sucesivas de nmeros naturales.

    En la medida en que se dispone de otros conocimientos matemticos es

    posible ampliar el abanico de mtodos de resolucin. El siguiente ejemplo

    muestra la aplicacin de otros mtodos, aunque los conocimientos

    especficos que se aplican en alguno de ellos an no es expuesto en este

    texto, su tratamiento intenta ser lo suficientemente general de modo de

    apreciar su utilidad con las nociones de base de que dispongan.

    Problema 3: Se sabe que en una competencia de motos y autos hay 19

    conductores y que en total se pueden contar 60 ruedas, cuntas motos y

    autos hay?

    Solucin:

    Estrategia 1: Usar diagramas o dibujos para representar el problema.

    Dibujar las motos y autos aumentando o disminuyendo la cantidad de

    acuerdo al nmero de conductores y ruedas.

    8 motos 16 ruedas

    + 11 autos + 44 ruedas

    19 conductores 60 ruedas

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

  • 16 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Estrategia 2: Ensayo y error.

    a) Mtodo de conteo: Inicial con cualquier nmero de motos y autos, por

    ejemplo con 10 motos y 9 autos el total de ruedas son

    20 36 56

    Faltan cuatro ruedas, se comienza a variar el nmero de motos y autos hasta

    coincidir con el total de ruedas.

    b) Construir una tabla: Colocar todos los nmeros de motos y autos en

    una bsqueda exhaustiva, llevando el registro en una tabla:

    N motos N autos N ruedas

    19 0 38

    18 1 40

    17 2 42

    16 3 44

    15 4 46

    14 5 48

    13 6 50

    12 7 52

    11 8 54

    10 9 56

    9 10 58

    8 11 60

    Estrategia 3: Mtodo algebraico.

    a) Ecuacin lineal: Se establece una incgnita y se plantea una ecuacin.

    N de motos: x

    N de autos: 19 x

    N de ruedas: 2 4 19x x

    Como el nmero de ruedas tiene que ser 60, igualando la expresin anterior

    a 60 se tiene la ecuacin

    2 4 19 60x x

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

  • 17 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Al resolver la ecuacin se tiene

    2 4 19 60

    2 76 4 60

    76 2 60

    76 60 2

    16 2

    8

    x x

    x x

    x

    x

    x

    x

    Por tanto, son 8 motos y 11 autos.

    b) Sistema de ecuaciones lineales: Asignar letras a ambas incgnitas,

    plantear y resolver el sistema de ecuaciones.

    N de motos: x

    N de autos: y

    N de conductores: 19x y

    N de ruedas: 2 4 60x y

    19

    2 4 60

    x y

    x y

    Multiplicando la primera ecuacin por 2 y sumando ambas ecuaciones se

    tiene

    2x 2 38

    2

    y

    x

    ( ) 2 22 11

    4 60y y

    y

    Luego 8x

    Por tanto son 8 motos y 11 autos.

    Estrategia 3: Mtodo grfico.

    Graficar las ecuaciones del sistema de ecuaciones, el punto de interseccin

    entre las rectas es la solucin.

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

  • 18 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    No es necesario que la grfica se haga a mano, podemos ocupar un

    software grafico, por ejemplo en Geogebra (http://www.geogebra.org )

    En la lnea de entrada del software (esquina inferior izquierda) se deben

    ingresar las ecuaciones 19x y y 2 4 60x y , el punto de interseccin

    es , 8,11x y , por tanto hay 8x motos y 11y motos.

    Problemas Propuestos

    Resuelve los problemas y despus describe la estrategia utilizada,

    respondiendo las siguientes preguntas: Cul es la incgnita? Cules son

    los datos? Cules son las condiciones del problema? Cules son los

    mtodos utilizados? Cmo verificaste que la respuesta es correcta?

    1. Un piso se disea colocando mosaicos negros y blancos como se muestra

    en la siguiente figura:

    Cuntos mosaicos blancos se deben colocar en un piso de 100 mosaicos

    por lado?

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

  • 19 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    2. Cul es el valor de la suma de nmeros impares 1 3 5 101 ?

    Ayuda: Mira la siguiente figura y descubre la relacin que hay entre la suma de impares

    y el rea de cuadrados:

    3. Colocar los nmeros del 1 al 9 en el cuadrado mgico, de modo que la

    suma de las filas sea igual a la suma de las columnas e igual a la suma de las

    diagonales:

    4. Utiliza el resultado del problema anterior para responder la siguiente

    pregunta: Dos jugadores A y B seleccionan alternadamente una ficha en

    cada turno. El primer jugador que logre juntar 3 fichas que sumen 15 es el

    ganador. Existe una estrategia que permita ganar el juego? Cul debe ser

    el nmero que necesariamente debe ser elegido para tener la posibilidad de

    ganar?

    5. Determine los smbolos que siguen en la secuencia: ..

    6. Una obra contrata a 1 trabajador el primer da, dos el segundo, tres el

    tercero y as continua contratando un trabajador por da, despus de

    cuntos das se han contratado un total de 465 trabajadores?

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

  • 20 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    7. Cuntos cuadrados existen en un tablero de ajedrez?

    Ayuda: Comienza con casos particulares y separando el problema, contando

    cuadrados de lado 1, 2, 3, etc. Por ejemplo, cuenta cuntos cuadrados de

    lado 1, 2 y 3 hay en este tablero y smalos:

    8. Se tiene una jarra de 8 litros de agua, otra de 5 y otra de 3, de qu

    manera, utilizando las jarras, se puede obtener 4 litros de agua?

    9. Tres viajeros se hospedan en un hotel y pagan $10.000 cada uno, (o

    $30.000 en total). Despus, el dueo del hotel se da cuenta de que les ha

    cobrado incorrectamente. Le pide a su ayudante que les regrese $5.000. El

    ayudante se da cuenta de que no puede dividir $5.000 entre los tres y decide

    darles $1.000 a cada viajero y quedarse con los $2.000 restantes. As el costo

    del hospedaje fue de $9.000 por cada viajero, ($27.000 en total). Los

    $27.000 pagados por el cuarto ms los $2.000 que el ayudante tom son

    $29.000. Sin embargo, los viajeros pagaron $30.000 originalmente. Qu

    pas con los $1.000 faltantes?

    10. Coloca en los crculos los nmeros del 1 al 9 sin repetir de modo que la

    suma sea igual a 20:

    11. Un cubo de madera que mide 10 cm por lado se pinta rojo. El cubo

    pintado se corta en cubos pequeos de 2 cm por lado. Cuntos cubos de 2

    cm por lado no tienen pintada ninguna cara?

    ESTRATEGIAS DE

    RESOLUCIN

  • 21 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Aunque se ha visto que es posible resolver los problemas por mtodos,

    como el ensayo y error, que no requieren un conocimiento matemtico

    especfico, la posibilidades de aplicarlo en todos los casos se va reduciendo

    en la medida en que las aplicaciones lo requieren. Se debe profundizar en la

    matemtica para ampliar el mbito de problemas que se pueden resolver o

    contar con mtodos de resolucin ms eficientes.

    Nmeros

    La aritmtica es la ciencia de los nmeros. La nocin de nmero surgi

    inicialmente ante la necesidad prctica de contar, ordenar y medir, lo que

    dio origen a los conceptos de nmero natural y racional. Pero otros tipos de

    nmeros, como los irracionales, los nmeros negativos y los complejos,

    surgen en mbitos matemticos, como abstracciones que toman distancia

    de la idea de cantidad, lo que les vali una larga lucha por su legitimidad

    como nmeros.

    Es necesario entender que los nmeros son esencialmente una abstraccin

    y que en algunos casos no es posible justificar su funcionamiento a travs

    de modelos concretos. Es lo que ocurre con los nmeros negativos, por

    qu ( ) ( ) ( ) ?, habitualmente se asume el modelo de las deudas y

    ganancias para justificar el funcionamiento aditivo de los nmeros enteros,

    as ( ) ( ) ( ) porque la suma de dos deudas es tambin una deuda.

    Pero esa interpretacin no es aplicable para el caso de la multiplicacin, ya

    que el producto de dos deudas no puede ser una ganancia, que es lo que se

    desprende al aceptar la regla de signos ( ) ( ) ( ) .

    Los nmeros negativos, reciben su nombre por el estatus de negacin que

    tuvieron durante mucho tiempo. La visin de la matemtica que

    predominaba hasta antes del siglo XIX exiga una relacin directa con la

    realidad, que no tenan los nmeros negativos, que venan a reflejar

    cantidades menores a cero. Sin embargo, los nmeros negativos eran

    necesarios para resolver cierto tipo de ecuaciones. Para que los negativos

    fueran aceptados como nmeros fue necesario que la matemtica se

    convirtiera en una ciencia abstracta, que no busca su justificacin en el

    mundo real.

    ARITMTICA

  • 22 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Nmeros Naturales

    El matemtico alemn Leopold Kronecker afirmaba que Dios cre los

    nmeros naturales y el resto lo hizo el hombre, como una clara

    descripcin de lo fundamental de los nmeros naturales.

    Para formar el conjunto de los nmeros naturales se debe adicionar el 0 a

    los nmeros 1, 2, 3, que utilizamos para contar.

    = {0,1,2,3, }

    De los nmeros naturales se puede decir que:

    - Tienen un primer elemento: el 0.

    - Todos los nmeros naturales tienen un sucesor: Cada natural n

    tiene un sucesor 1n . El 1 acta como un generador.

    - Es un conjunto que no tiene fin.

    Por la importancia de base que tienen los nmeros naturales para el resto de

    la matemtica es necesario invertir un tiempo en revisar algunos conceptos

    claves.

    Los naturales se pueden separar en pares e impares.

    0,2,4,6,....Pares

    1,3,5,7,....Impares

    Los pares son los mltiplos de 2 y los impares el resto, todos ellos

    sucesores de un par. Esto permite representar a los pares de la forma 2n y

    a los impares como 2 1n .

    Orden: Sean a y b dos nmeros naturales, se dice que a es menor a b ,

    esto es a b , si existe otro nmero natural c tal que

    a c b

    Por ejemplo, por qu 2 5 ?, porque existe 3 , tal que: 2 3 5 .

    ARITMTICA

  • 23 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Divisores y Mltiplos:

    Sean m y n dos nmeros naturales, se dice que m es divisible por n , 0n ,

    si existe otro nmero natural p tal que

    m n p

    Tambin se dice que n es divisor de m o que m es mltiplo de n.

    Por ejemplo,

    Por qu 6 es divisible por 3?, porque existe 2 , tal que 6 3 2 .

    Entonces se dice que 3 es divisor de 6 o que 6 es mltiplo de 3.

    Propiedad: Todo nmero tiene al menos dos divisores, el 1 y s mismo.

    Nmeros primos:

    Aquellos nmeros, distintos de 1, que tienen como divisores al 1 y a s

    mismo, se denominan nmeros primos.

    2,3,5,7,11,13,17,19,23,....Primos

    Descomposicin en factores primos:

    Todo nmero natural o es primo o se puede escribir como producto de

    nmeros primos, lo que se conoce como descomposicin en factores

    primos, que se obtiene dividendo de forma reiterada.

    Por ejemplo: descomponer 60 en factores primos.

    En la tabla vamos haciendo la divisin por nmeros primos comenzando

    con el 2.

    Por tanto, 60 2 2 3 5

    ARITMTICA

    60 2

    30 2 15 3 5 5 1

  • 24 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Problema 4: Encontrar dos nmeros enteros positivos cuyo producto sea

    un milln y ninguno de los dos nmeros incluya ceros en su

    representacin

    Solucin:

    Aunque puede haber varias formas de resolver este problema, los mtodos

    que buscan la solucin por tanteo no resultan muy efectivos. La

    aplicacin de un conocimiento especfico, como lo es la descomposicin

    en factores primos puede ser de ms ayuda. En efecto, al descomponer se

    tiene que

    Por tanto 1000000 2 2 2 2 2 2 5 5 5 5 5 5

    Otras aplicaciones de la descomposicin en factores primos

    Obtencin de divisores: Para obtener todos los divisores de un nmero,

    basta descomponerlo y hacer todas las combinaciones posibles entre

    factores, cada una de ellas ser un divisor. Por ejemplo, encontrar todos

    los divisores de 60:

    Por tanto, 60 2 2 3 5

    1000000 2

    500000 2

    250000 2

    125000 2

    62500 2

    31250 2

    15625 5

    3125 5

    625 5

    125 5

    25 5

    5 5

    1

    Podemos obtener dos nmeros cuyo producto sea

    1000000 separando y multiplicando dos grupos de

    factores primos. Para que no aparezcan 10 y por

    tanto ceros en su representacin, separaremos en

    grupos que solo contienen 2 y otro que solo

    contiene 5, de esa forma

    1000000 64 15625

    60 2

    30 2 15 3 5 5 1

    ARITMTICA

  • 25 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Los divisores seran:

    1

    2

    3

    5

    2 2 4

    2 3 6

    2 5 10

    3 5 15

    2 2 3 12

    2 2 5 20

    2 3 5 30

    2 2 3 5 60

    Simplificacin de fracciones: En aritmtica las fracciones se pueden

    simplificar buscando un divisor en comn para el numerador y el

    denominador o descomponiendo en factores primos. La ventaja de lo

    segundo es que ese mtodo de simplificacin es transferible a las fracciones

    algebraicas que se vern despus. Por ejemplo, simplificar la fraccin:

    3528

    5292

    La descomposicin en factores primos es

    3528 2 2 2 3 3 7 7

    5292 2 2 3 3 3 7 7

    Luego la fraccin es 3528 2 2 2 3 3 7 7

    5292 2 2 3 3 3 7 7

    los factores iguales se

    simplifican obteniendo

    3528 2

    5292

    2 32 3 7 7

    2 2 3 3 73 7

    2

    3

    ARITMTICA

  • 26 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Estructura algebraica de los naturales

    Cuando trabajamos con los nmeros naturales, en realidad involucramos

    ms que solo el conjunto de nmeros, le asociamos operaciones que nos

    permiten trabajar con ellos. En ese sentido, lo relevante es el sistema que

    forma el conjunto , y las operaciones definidas en ese conjunto, suma y la

    multiplicacin, lo que entendemos como el sistema numrico de los

    naturales, que se denota por

    (,+,)

    Qu propiedades cumplen estas operaciones en los naturales? Es una

    pregunta de la mayor importancia, ya que son la base sobre la cual se

    construye el resto de la matemtica. Su comprensin permite reconocer lo

    que se puede y no se puede hacer matemticamente.

    Para todo , , , se cumple:

    Asociatividad: ( ) ( )a b c a b c

    ( ) ( )a b c a b c

    Conmutatividad: a b b a

    a b b a

    Elementos neutros: Existe 0 , tal que 0 0a

    Existe 1 , 1 0 , tal que 1a a

    Distributividad: ( )a b c a b a c

    La suma y multiplicacin son operaciones binarias, la asociatividad expresa

    que para sumar tres nmeros se debe asociar de dos en dos cada vez. La

    conmutatividad establece que no importa el orden en que se realiza la suma

    o multiplicacin, el resultado es el mismo. El 0 es el nico nmero natural

    que acta como neutro para la suma, lo mismo para el 1 y la multiplicacin.

    La distributividad de la multiplicacin sobre la suma es la propiedad que

    muestra que es posible separar en la suma de productos.

    ARITMTICA

  • 27 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Prioridad en las operaciones aritmticas y uso de parntesis

    Los parntesis son recursos del lenguaje matemtico que se utilizan para

    explicitar el orden en que realizaran las operaciones en una expresin

    matemtica. Generalmente, los problemas aritmticos no requieren el uso

    de parntesis, el enunciado del problema permite entender el orden en que

    se debe realizar las operaciones. A veces nos limitamos a colocar los

    resultados parciales de esas operaciones. Por ejemplo:

    Problema 5: Gabriel piensa un nmero, le suma 25, divide el resultado

    entre 2, resta 8 y lo multiplica todo por 3. Si al final obtiene 21, qu

    nmero pens?

    Solucin:

    Devolvindonos en el razonamiento la descripcin verbal del problema

    sera:

    Si al final tena 21

    Antes de multiplicar por 3 tena 7

    Antes de restarle 8 tena 15

    Antes de dividir entre 2 tena 30

    Antes de sumar 25 tena 5.

    Como se ve no fue necesario escribir las operaciones ni colocar parntesis

    para definir el orden en que se realizaran. Lo que constituye una forma

    habitual de proceder en aritmtica.

    Sin embargo, la falta aparente de una necesidad real de trabajar con

    parntesis o incluso de escribir las operaciones en los problemas aritmticos

    provoca problemas en el clculo y en el trnsito hacia el lgebra. Si se cree

    que los parntesis o los signos operatorios son solo una convencin que

    exige el profesor, que en realidad no son necesarias, se puede llegar a

    cometer errores, que en aritmtica parecen solo de forma, pero que son de

    fondo cuando queremos trabajar en lgebra. Por ejemplo, es habitual que el

    problema anterior sea escrito de la siguiente forma

    21:3 7 8 15 2 30 25 5

    ARITMTICA

  • 28 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    El error est en que ninguna de las partes entre los signos = son realmente

    iguales. Es un uso incorrecto del signo igual. El = no es un signo para

    expresar aqu est el resultado, es una relacin de equivalencia, debe

    cumplirse que ambas partes sean iguales. Esto es fundamental para

    entender luego como resolver ecuaciones.

    Problema 6: Construye los dgitos del 0 al 9 utilizando slo cuatro veces el

    nmero 4. Solo puede ocupar las 4 operaciones aritmticas bsicas.

    Considera los siguientes ejemplos:

    0 4 4 4 4

    4 41

    4 4

    Solucin:

    Dejaremos la tarea de resolver completo el problema y nos acotaremos a

    mostrar los errores cometidos al no usar los parntesis.

    Supongamos que queremos formar el nmero 6, sumando dos veces el 4,

    dividiendo luego por 4 y finalmente sumado otro 4. La respuesta correcta

    ser entonces 4 4: 4 4 ?

    Al no tener parntesis la pregunta es en qu orden se resuelve la expresin

    aritmtica, en el orden en que aparecen, de izquierda a derecha o hay una

    prioridad que respetar?

    Si colocamos esta expresin en la calculadora cientfica el resultado ser 9,

    significa que no es en el orden en que se muestran, hay una prioridad.

    Prioridad de las operaciones aritmticas

    1 Parntesis: Se resuelven de adentro hacia fuera.

    2 Multiplicacin y divisiones: De izquierda a derecha. Si solo se trata de

    multiplicaciones, por asociatividad y conmutatividad, la multiplicacin se

    realiza en cualquier orden.

    ARITMTICA

  • 29 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    .

    3 Sumas y restas: De izquierda a derecha. Si solo se trata de sumas, por

    asociatividad y conmutatividad, la suma se realiza en cualquier orden.

    Por ejemplo:

    a) 4 4: 4 4

    4 1 4

    9

    b) 5 2 1 6: 2 1 8: 2 2

    5 2 1 6 :3 4 2

    5 2 1 2 8

    5 2 3 8

    5 6 8

    11 8

    3

    Volviendo al problema de los cuatro 4, el objetivo era formar el 6. Se

    requiere usar parntesis. En efecto

    4 4 : 4 4 6

    Ejercicios y Problemas Propuestos:

    1. Calcula el valor de las siguientes expresiones:

    a) 2 6: 2 3 6 2:3 1

    b) 6 2 4 4 : 2 7

    c) 2 2 2 2 2 2: 2

    d) 1 2 2 1 2 2 2: 2 2

    ARITMTICA

  • 30 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    2. Coloca los parntesis donde corresponda para que las siguientes

    expresiones tengan los resultados que se indican. Usa los parntesis

    estrictamente necesarios:

    a) 2 5 1 12

    b) 6 2 1 4: 2 7

    c) 12:3 2 2 1

    d) 16:4 4 16:4 2 12

    3. Un empleado de un taller mecnico se le paga $6000 por hora si trabaja

    15 horas a la semana. Si trabaja ms de 15 horas, cada hora extra se paga al

    valor normal ms la mitad. Cuntas horas debe trabajar para ganar

    $135.000 durante una semana?

    4. Cules son todos los divisores de 126? Usa descomposicin factores

    primos.

    5. Se debe llenar una bidn de 72 litros, qu medidas puede tener el jarro

    que lo llena de forma exacta?

    6. Un libro se abre al azar. El producto de los nmeros de las pginas

    donde se abri es 3192. Cules son los nmeros de las pginas en que se

    abri el libro?

    7. Cules son las ltimas tres cifras de 1234567895 ?

    8. Cul es la ltima cifra de 5877 ?

    Ayuda: Comienza con casos ms simples y descubre la regularidad

    9. En una caja hay el doble de monedas que en otra. Si se extraen 7

    monedas de la primera y se depositan en la segunda caja, en ambas queda el

    mismo nmero de monedas Cuntas monedas tena al principio cada caja?

    10. Una prueba tiene 40 preguntas. El puntaje corregido se calcula de la

    siguiente manera: Cada 3 malas se descuenta 1 buena y 3 omitidas

    equivalen a 1 mala. Cul es el puntaje corregido si un estudiante obtuvo

    15 malas y 9 omitidas?

    ARITMTICA

  • 31 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Nmeros Enteros

    Si al conjunto de los nmeros naturales adicionamos los nmeros negativos

    obtenemos el conjunto de los nmeros enteros:

    = { ,3,2,1,0,1,2,3, }

    Los nmeros negativos aparecen por primera vez en la India, siglos VI d.C

    y se empleaban para necesidades contables, mientras los positivos

    representaban los bienes, los negativos representaban las deudas. Sin

    embargo, el camino para su aceptacin como nmeros fue largo. En un

    mundo en que los nmeros estaban estrechamente relacionados con la

    magnitud se cuestionaba la existencia de una medida que fuera menos que

    cero (0).

    En realidad los nmeros enteros, a diferencia de los naturales, no solo

    expresan medida, adems establecen un sentido respecto de un punto de

    referencia. Ese punto es el cero. El cero no representa la ausencia de

    cantidad, as como tampoco se podra asociar el 0 en grados Celsius con

    ausencia de temperatura, que solo es el valor donde el agua se congela. De

    ese modo 5 y el 5 indican, en ambos casos, que hay 5grados Celsius, una

    medida, pero en sentidos opuestos, por debajo y por encima del punto de

    congelacin.

    Decir que un nmero negativo es el que est a la izquierda del cero no es

    completamente exacto, lo es solo para la representacin clsica de la recta

    numrica, que sin embargo, no es ms que eso, una entre muchas

    representaciones posibles. Por ejemplo, si tomramos el modelo de las

    temperaturas, los negativos no estaran a la izquierda sino por debajo del

    cero. Lo cierto es que no se puede definir en esos trminos ni justificar sus

    propiedades con la interpretacin grfica.

    Lo que realmente importa en los enteros es que para todo nmero ,

    existe un nico nmero () , tal que:

    0a a

    Se dice que a es el opuesto o inverso aditivo de a .

    ARITMTICA

  • 32 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Un nmero entero tiene por tanto, magnitud, dada por el valor absoluto y

    sentido, dado por el signo. El nmero 3 tiene valor absoluto 3 3 y signo

    positivo, mientras que el 3 tiene valor absoluto 3 3 y signo negativo.

    Como se ve, ambos nmeros tienen la misma magnitud, pero en sentidos

    opuestos:

    Los nmeros enteros deben cumplir las mismas propiedades que los

    naturales, adems de la propiedad del inverso aditivo. El sistema numrico

    de los enteros (,+,) tiene la siguiente estructura:

    Asociatividad

    Conmutatividad

    Elementos neutros

    Distributividad

    Inverso aditivo

    Como consecuencia de estas propiedades bsicas, se obtiene algunas cosas

    conocidas, por ejemplo que 0 0a . Adems, es posible definir la resta

    como una suma, esto es:

    a b a b

    Es decir, la resta de dos enteros es la suma del primer trmino por el

    inverso aditivo del segundo.

    Por ejemplo,

    a) 3 5 3 5

    b) 2 6 2 6

    ARITMTICA

  • 33 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    No es necesario por tanto definir una regla de signos para la resta, basta la

    de la suma. La regla de signos para la suma y la multiplicacin se pueden

    justificar con las propiedades descritas anteriormente. No es necesario

    recurrir a metforas como la de los amigos y enemigos, que adems de

    ocultar la matemtica involucrada, no es cierta, quin puede asegurar que el

    enemigo de mi enemigo es mi amigo?

    Regla de la adicin

    Para explicar esta regla conviene utilizar un modelo concreto, supongamos

    que los nmeros positivos estn representados por fichas azules y los

    negativos por fichas rojas. Por la propiedad del inverso aditivo, debe ocurrir

    que igual nmero de fichas azules y rojas se anulen entre s, esto es

    0a a . Veamos que pasa al sumar nmeros enteros de igual signo:

    3 2 5 + =

    3 2 5 + =

    Para la suma de enteros de igual signo se suman los valores absolutos y se

    mantiene el signo.

    Ahora veamos lo que sucede al sumar enteros de distinto signo:

    5 2 + =

    5 3 + =

    La suma de enteros de distinto signo implica la resta de los valores

    absolutos, manteniendo el signo del mayor. Ms all de aprenderse esta

    regla de memoria basta aplicar las propiedades, descomponiendo el nmero

    para que aparezca el inverso aditivo, esto es

    5 + (2) = 3 + 2 + (2) = 3

    (5) + 3 = (2) + (3) + 3 = (2)

    ARITMTICA

  • 34 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Regla de la multiplicacin

    La regla de signos de la multiplicacin es

    El producto de signos iguales es positivo y el producto de signos distintos es

    negativo.

    Aceptamos como obvia la regla . A partir de ello

    justificaremos el resto, evidenciando la contradiccin matemtica que

    implicara no aceptarlas como ciertas, utilizaremos algunos ejemplos.

    Supongamos que no es , esto es suponer que ,

    por tanto 2 3 6 , si aplicamos esto en la siguiente expresin tendramos

    2 3 3 2 3 2 3 6 6 12

    Pero la misma expresin puede ser resuelta de esta otra forma

    2 3 3 2 0 0

    Esto implica que 12 0 , una contradiccin evidente. Por tanto, como esto

    un puede ocurrir, no queda ms que aceptar que .

    Del mismo modo se puede negar que y llegar a una

    contradiccin similar, que obligara aceptarla como cierta.

    ARITMTICA

  • 35 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Orden en

    Por qu 6 2 ?

    El argumento que seala que 6 2 porque 6 est a la izquierda

    de 2 no es suficiente, ya que se sustentan en la representacin arbitraria

    de la recta. Tampoco es correcto justificarlo diciendo que 6 est ms

    lejos del cero que 2 , ya que el 8 est an ms lejos del cero y no es

    menor que 2 . Todas estas interpretaciones no tienen base matemtica.

    Para afirmar que 6 2 hay que recordar que para los naturales se

    deca que a b , si existe otro nmero natural c tal que a c b . Si

    extendemos esta definicin a los nmeros enteros tendramos que

    Si , , entonces: a b , si y solo si existe tal que: a c b

    Ahora s, Por qu 6 2 ?

    Porque existe 4 , tal que: 6 4 2

    Ejercicios y Problemas Propuestos

    1. Calcule:

    a) 7 2

    b) 9 3

    c) 6 3

    d) 2 5

    e) 2 5

    f) 1087532

    g) 1 1 1 1 1

    ARITMTICA

  • 36 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    h) 9634523

    i) 35 5 14 60:15 16: 4 3 29 7

    2. Un avin sube a 5800 metros sobre el nivel del mar, baja 1200 metros y

    luego vuelve a subir a 580 metros. Si para aterrizar debe descender 4900

    metros, a qu distancia del nivel del mar aterriz?

    3. Un clavadista olmpico se lanz verticalmente desde una plataforma de

    12 metros de altura. Al tocar el fondo de la piscina haba recorrido 18

    metros. Qu profundidad tiene la piscina?

    4. Un emperador naci el ao -x a.C y muri el ao y -23 a.C, cul es la

    expresin que representa la cantidad de aos que vivi? Escoja una

    alternativa y justifique matemticamente:

    a) 23-x b) x-23 c) x-23 d) -23+x

    5. Si el antecesor de x es 4 y el sucesor de y es 0, cul es el sucesor de

    y x ?

    6. Rellena las casillas en blanco con nmeros enteros, de modo que la suma

    de las filas sea igual a la suma de las columnas e igual a la suma de las

    diagonales:

    7. Justifica matemticamente:

    a) Por qu 4 1 ?

    b) Por qu 4 9 ?

    c) Por qu 4 1 ?

    d) Por qu ?

    4 4

    1

    0

    ARITMTICA

  • 37 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Nmeros Racionales

    Fracciones

    Los nmeros naturales son abstracciones que permiten contar colecciones

    finitas de objetos. Pero en lo cotidiano no basta solo con contar, tambin se

    necesita medir cantidades, tales como peso, tiempo, distancia, longitud,

    rea, volumen, etc.

    Cuando una cantidad no se puede medir exactamente con la unidad de

    medida utilizada (metro, minutos, kilogramos, litros, segn sea el caso), se

    subdivide la unidad original en n partes iguales, cada una de las partes se

    denota por

    1

    n

    De ese modo es comn subdividir el metro en 100 partes iguales

    denominadas centmetros o el minuto en 60 partes iguales llamadas

    segundos. Si una cantidad dada contiene exactamente m de estas

    subunidades, su medida se denota con la fraccin

    m

    n

    Donde m es el numerador y n es el denominador.

    Problema 7: Encontrar la medida de la longitud de un tornillo, usando

    como unidad de medida la pulgada.

    ARITMTICA

  • 38 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Solucin:

    Habitualmente se utilizan fracciones para expresar la medida de los

    tornillos. Para medir el largo se divide la pulgada en partes iguales (2, 4, 8,

    16 o 32 partes).

    En este caso se hace una subdivisin en 8 partes, de las que el tornillo

    alcanza a cubrir exactamente 5, se dice por tanto que la medida del tornillo

    es 5/8 de pulgada.

    Los significados de las fracciones

    Las fracciones pueden adquirir distintos significados, de acuerdo al

    fenmeno que estn caracterizando. Ampliar este conocimiento permite

    identificar el significado que se le debe asignar a las fracciones en un

    determinado problema y tratarlas adecuadamente. Revisaremos algunos de

    esos significados:

    1. Fraccin como parte de un todo

    Un todo se divide en partes iguales

    m

    n

    a) Parte todo continuo:

    El todo continuo tiene relacin con objetos o situaciones de medicin

    (rea, volumen, longitud, tiempo etc. El todo acepta las subdivisiones que

    se deseen.

    Longitud rea Volumen

    Las partes deben tener la misma medida (longitud, rea, volumen, etc.)

    ARITMTICA

    Numerador: partes que se estn considerando

    Denominador: partes en que dividi el todo

    considerando

    1

    3

    3

    4 2

    5 1

    4

  • 39 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    b) Parte todo discreto:

    El todo discreto est asociado a situaciones de conteo. El todo

    corresponde a un conjunto de elementos, de los cuales se consideran o

    seleccionan un subconjunto de ellos.

    Fraccin de crculos rojos

    2. La fraccin como operador En este caso la fraccin acta sobre un nmero o magnitud,

    multiplicndose con ella.

    Por ejemplo, Se pintan 5

    8 de una pared de 32 mt2.

    5

    8 de 32 es equivalente a

    532 20

    8

    Otro ejemplo, se calcula que en una reduccin de personal de una empresa

    se despedir a 2

    7 de los empleados, de los cuales

    5

    8son hombres. Si en la

    empresa trabajaban 168 empleados, cuntos hombres sern despedidos?

    Se debe calcular 5

    8 de

    2

    7 de 168, esto es,

    5 2168 30

    8 7

    3. La fraccin como razn La fraccin puede representar la comparacin entre dos cantidades.

    Por ejemplo, la fraccin 2

    9 puede representar la razn entre artculos

    defectuosos y artculos buenos.

    ARITMTICA

    3

    7

  • 40 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    4. La fraccin como resultado de una divisin Este significado est relacionado con la fraccin que expresa el resultado de la divisin de dos nmeros naturales o en un contexto concreto situaciones de reparto equitativo. Por ejemplo, si se quiere repartir 3 cervezas entre 5 amigos, la parte que le

    toca a cada uno es 3

    5.

    Problema 8: El control de calidad revisa 1/4 de los artculos de una lnea

    de produccin en el primer turno y la mitad del resto en el segundo turno.

    Si en total se revisaron 400 artculos, cuntos quedaron sin revisar?

    Solucin:

    Procedimiento 1: Uso del significado de parte todo continuo de las

    fracciones.

    Supongamos que el total de artculos de la lnea de produccin est

    representado por un rectngulo

    En el primer turno se revisa 1

    4

    En el segundo turno se revisa 1

    2 del resto. El resto son tres partes, que

    podemos volver a subdividir en 6 para tomar la mitad de ellas, es decir 3 de

    esas partes

    ARITMTICA

  • 41 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Se observa que la cantidad de artculos revisados corresponde a 5

    8 del total

    Como los 5

    8 corresponden a 400 artculos, cada parte son 80 artculos.

    Por tanto, quedan 3 80 240 artculos sin revisar.

    Procedimiento 2: Uso del significado fraccin como operador.

    N total de artculos: x

    Primer turno se revisa: 1

    4

    Quedan 3

    4

    Segundo turno se revisa la mitad de lo que queda: 1 3 3

    2 4 8

    Se revisan en total: 1 3 5

    4 8 8

    5

    8del total corresponden a 400, se plantea la ecuacin

    5400

    8x

    Resolviendo la ecuacin se tiene que el total de artculos es

    5400

    8

    400 8

    5

    640

    x

    x

    x

    ARITMTICA

    80 80 80 80

    80 80 80 80

  • 42 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Por tanto, la cantidad de artculos sin revisar es

    640 400 240

    Fracciones equivalentes

    Se dice que las fracciones a

    b y

    c

    d son equivalentes si y solo si a c b d .

    Por ejemplo:

    2

    3 y

    6

    9 son equivalentes porque 2 9 3 6

    Se pueden obtener fracciones equivalentes amplificando o simplificando:

    Amplificar: Multiplicar numerador y denominador por un mismo nmero

    2

    2

    3 3 6

    5 5 10

    fraccin equivalente, amplificando por 2.

    Simplificar: Dividir numerador y denominador por un mismo nmero

    : 3

    : 3

    12 12 4

    15 15 5 fraccin equivalente, simplificando por 3.

    Para trabajar con las fracciones, muchas veces es conveniente trabajar con

    la fraccin equivalente ms simple. Las fracciones que no se pueden

    simplificar reciben el nombre de fracciones irreductibles.

    Por ejemplo, determinaremos la fraccin irreductible de 36

    24.

    : 3 : 2 : 2

    : 3 : 2 : 2

    36 12 6 3

    24 8 4 2

    ARITMTICA

  • 43 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Fracciones propias e impropias

    Las fracciones que representan una parte de la unidad se denominan

    propias, mientras que las que representan a un entero ms una parte de la

    unidad se denominan fracciones impropias.

    3 2 7, ,

    4 5 8 son fracciones propias (numerador menor que el denominador)

    7 9 14, ,

    5 4 3 son fracciones impropias (numerador mayor que el denominador)

    Las fracciones impropias siempre pueden ser escritas como la suma de un

    entero ms una fraccin propia, a travs del algoritmo de la divisin. Por

    ejemplo:

    14 4:32

    214

    3 34

    Las fracciones impropias describen lo que se conoce como nmeros

    mixtos, nmeros que son la suma de un entero ms una fraccin propia,

    cuya notacin es

    14 2 24

    3 3 34

    Un error usual es pensar que entre el entero y la fraccin del nmero mixto

    hay una multiplicacin, hay que tener presente que se trata de una suma, la

    multiplicacin es solo una parte del procedimiento involucrado al

    transformar de nmero mixto a fraccin, que justificaremos ms adelante.

    5 5 263

    7 7 73

    ARITMTICA

    +

  • 44 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Sistema de los nmeros racionales

    Ms all de los significados concretos de las fracciones y su utilidad en el

    proceso de medir, a

    b representa a un tipo de nmero, denominado nmero

    racional.

    Estos nmeros estn formados por la razn entre dos enteros a y b, con

    0b , que se denotan por:

    = {

    : , ; 0}

    El uso de la palabra nmero, que originalmente solo haca referencia a los

    nmeros naturales, se justifica en los otros conjuntos numricos porque

    siguen cumpliendo las mismas propiedades para la suma y la multiplicacin

    de los naturales. El sistema (,+,), cumple:

    Asociatividad

    Conmutatividad

    Elementos neutros

    Distributividad

    Inverso aditivo

    Inverso multiplicativo

    En el sistema de los racionales se agrega la propiedad del inverso

    multiplicativo, esto es

    Para todo , con 0, existe un nmero 1 =1

    , tal que:

    1 1a a o lo que es lo mismo: 1

    1aa

    Por ejemplo, el inverso multiplicativo de 2 es 11

    22

    , ya que

    1 12 2 2 12

    ARITMTICA

  • 45 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Ntese que el 0 no tiene inverso multiplicativo, esto es no existe 11

    00

    .

    El inverso multiplicativo de una fraccin a

    b es

    b

    a, en efecto

    1

    1a a a b ab

    b b b a ab

    A partir del inverso multiplicativo es posible definir la divisin, como el producto de un nmero por el inverso multiplicativo del otro.

    Definicin: Se dice que a est dividi por b, con 0b , cuya notacin es a

    b

    o :a b si

    1a a bb

    Nuevamente, es necesario mencionar que al no existir el inverso

    multiplicativo de 0, tampoco se puede dividir por 0.

    Por la frecuencia con que se presenta los errores de la divisin por cero,

    nos detendremos un instante en ello.

    Cul es la diferencia entre estas expresiones? 0

    2,

    2

    0y

    0

    0

    Se ha dicho que no est definida la divisin por cero, sin embargo existe

    una diferencia en estas expresiones que podemos comentar. Supongamos

    que tratamos cada una de estas divisiones con su problema equivalente de

    multiplicacin, esto es

    a) 0

    2x implica 0 2 x , que tiene como solucin a 0x , luego

    00

    2

    Concluimos que 0 dividido por un nmero distinto de cero es igual a 0.

    ARITMTICA

  • 46 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    b) 2

    0x implica 2 0 x , pero todo nmero multiplicado por 0 es 0, por

    tanto no existe un nmero x que cumpla esta condicin. Ms an si

    existiera, al multiplicar tendramos que 2 0 , un absurdo que contradice las

    nociones bsicas de la aritmtica, para evitarlo se dice que 2

    0 es indefinido.

    c) 0

    0x implica 0 0 x , en este caso x puede ser cualquier nmero, todos

    ellos multiplicados por cero dan cero. Pero si aceptramos esto tendramos

    que 0

    0 1 2 3 ....0 , es decir que todos los nmeros son iguales entre

    s, otro absurdo que no se puede permitir. Se dice que dividir cero por cero

    es indeterminado.

    Operatoria de fracciones

    1. Adicin y sustraccin

    Formalmente se definen por

    a c ad bc

    b d bd

    La idea fundamental de la suma de fracciones es obtener fracciones

    equivalentes de igual denominador. El denominador comn puede ser el

    MCM de los denominadores.

    Ejemplo: Calcular 2 5 1

    3 4 6

    (3,4,6) 12MCM , por tanto

    4 3 2

    4 3 2

    2 5 1 2 5 1 8 15 2 21

    3 4 6 3 4 6 12 12 12 12

    ARITMTICA

  • 47 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    2. Multiplicacin

    a c ac

    b d bd

    Ejemplo: Calcular 6 2

    7 5

    6 2 6 2 12

    7 5 7 5 35

    3. Divisin

    :a c a d ad

    b d b c bc

    En la divisin se aplica la definicin, esto es la divisin de dos fracciones es

    el producto de la primera por el inverso multiplicativo de la segunda.

    Ejemplo: Calcular 3 2

    :4 5

    3 2 3 5 15:

    4 5 4 2 8

    Estrategias de clculo para fracciones

    Revisemos algunos casos, que por la frecuencia que aparecen, ameritan

    revisar procedimientos inmediatos de clculo.

    1. Suma de entero y fraccin

    Si consideramos al entero como una fraccin con denominador 1,

    amplificando y sumando se tiene

    5 1

    5 1

    3 2 3 2 3 2 5 3 132

    5 1 5 1 5 5 5

    Si observamos bien el penltimo paso, lo que ocurre al sumar un entero

    con una fraccin se puede describir como

    ARITMTICA

  • 48 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    3 132

    5 5

    De igual forma es posible justificar que

    5 163

    7 7

    2. Simplificar antes de multiplicar

    En ocasiones puede resultar ms til simplificar antes de multiplicar

    fracciones, Por las propiedades de los racionales esa simplificacin se puede

    hacer entre cualquier numerador y denominador, siempre que se trate de

    una multiplicacin entre fracciones. Por ejemplo:

    48 28 48

    35 60

    4

    355

    28

    4

    605

    16

    25

    El 48 y 60 se simplificaron por 12, mientras que el 28 y el 35 se

    simplificaron por 7.

    3. Fracciones de fracciones

    3

    3 5 3 7 214 :5 4 7 4 5 20

    7

    Si se observa el penltimo paso en el desarrollo se concluye que en las

    fracciones de fracciones el resultado ser siempre el producto de los

    extremos partido por el producto de los medios.

    ARITMTICA

    +

  • 49 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Lo mismo puede servir para el caso de un entero dividido por una fraccin

    o viceversa. Transformando el entero en una fraccin de denominador 1 el

    tratamiento es idntico al anterior. Por ejemplo

    a)

    2

    2 1817 7 7

    9 9

    b)

    2 2

    27 799 63

    1

    Problema 9: Calcular el resultado de la siguiente expresin

    1 1 1 1 11 1 1 1 1

    2 3 4 5 101

    Solucin:

    Aplicando la suma de enteros y fraccin se tiene

    1 1 1 1 11 1 1 1 1

    2 3 4 5 101

    3 4 5 6 102

    2 3 4 5 101

    Se trata de un producto de 100 fracciones, claramente la idea no es

    multiplicarlos de la forma usual, es mejor simplificar antes de multiplicar.

    Como cada numerador es igual al denominador de la fraccin siguiente, la

    simplificacin ms conveniente ser:

    3 4

    2

    3

    5

    4

    6

    5

    102

    101

    10251

    2

    ARITMTICA

  • 50 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Problema 10: El matemtico Leonhard Euler (1707-1783) desarroll un

    procedimiento de aproximacin de un nmero irracional a travs de

    fracciones continuas. Para aproximar 2 se usa la fraccin continua

    Encontrar una aproximacin de 2 desarrollando hasta el tercer 2 de la

    fraccin continua.

    Solucin:

    Hay que calcular 1

    2 11

    21

    22

    Aplicando sucesivamente los procedimientos vistos para la suma de entero

    y fraccin y fracciones de fracciones se tiene

    1

    1 1 1 1 1 12 1 1 1 1 1 11 1 1 2 12 12

    2 2 21 5 1 5 5 522

    52 2

    2

    5 171

    12 12

    Por tanto una aproximacin racional de la raz de 2 es 17

    12.

    ARITMTICA

  • 51 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Ejercicios y Problemas Propuestos

    1. Determina el valor de las siguientes expresiones:

    a) 3 1 5

    2 6 12

    b) 2 1 7 11

    5 12 15 60

    c) 1 2 1 2 1 3 5

    :2 3 4 5 2 5 6

    d) 1 1

    2 13 6

    e)

    21

    32

    9

    4

    f) 2

    11

    23

    g)

    11

    2

    33

    11

    2

    h) 15 10 21

    28 75 12

    i) 48 40 20

    :32 27 36

    2. Determina la medida de los siguientes tornillos como fraccin de

    pulgada:

    ARITMTICA

  • 52 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    3. Completa el cuadrado mgico, de modo que la suma de las filas sea igual

    a la suma de las columnas e igual a la suma de las diagonales:

    4. La fraccin de la meta de produccin de cinco operarios de una fbrica

    es:

    Ordena a los operarios de menor a mayor segn su produccin. (Ayuda:

    amplifica las fracciones para igualar denominadores)

    5. Una pelota se deja caer de tal forma que cada nuevo rebote alcanza una

    altura equivalente a los 2/5 de la altura anterior. Qu altura alcanza al

    cuarto rebote si despus del primer rebote alcanza una altura de 125 cm?

    6. Claudio llen el estanque de su vehculo para ir a visitar a su amiga

    Javiera que vive en una parcela a las afueras de Santiago. Despus de

    recorrer los 5

    11 del trayecto, se da cuenta que ha consumido los

    2

    5 de la

    gasolina que cabe en el estanque. Si al final del recorrido le sobran 6 litros,

    cul es la capacidad del estanque del auto de Claudio?

    7. Juan desea aflojar una tuerca de una medida que desconoce. Para probar

    utiliza una llave de 1

    2 pulgada que le queda chica, luego decide utilizar una

    llave de 3

    4 pulgada que le queda grande, entonces, se da cuenta que la

    medida justa es la que queda en la mitad de las dos llaves anteriores. De

    cuntas pulgadas es la llave que debe utilizar Juan?

    ARITMTICA

  • 53 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    8. Una empresa importadora de rodamientos, tiene convenio con

    proveedores de tres pases pertenecientes al MERCOSUR. La mitad se los

    compra a un pas A, mientras que a B y C se le compra un cuarto a cada

    uno. El departamento de control de calidad de la empresa determin que de

    un total de 3.000 unidades que llegaron en un embarque, la fraccin de

    rodamientos defectuosos que llegaron de A, B y C es 1

    20 ,1

    10

    3

    25,

    respectivamente. Cul es la cantidad de unidades defectuosas provenientes

    de cada uno de los proveedores?

    9. Si el nmero irracional 3 se aproxima con la fraccin continua

    Calcule su valor aproximado hasta el 2 de la tercera fila.

    10. En una fbrica de automviles se trabaja desde las 8:00 hasta las 20:00.

    El proceso para maximizar la produccin es el siguiente:

    1

    3 del tiempo se destina a construir motores.

    1

    4 de la jornada para carroceras.

    1

    2 del tiempo que se ocupa en la construccin de motores se utiliza para la

    fabricacin de accesorios.

    1

    3 del tiempo destinado a la carrocera se usa para afinar detalles finales.

    1

    2 del tiempo utilizado para los accesorios se usa para almorzar.

    El resto del tiempo se dedica a actividades recreativas.

    Cunto tiempo se ocupa en cada actividad?

    ARITMTICA

  • 54 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Representacin de los nmeros Racionales Q

    Existen tres formas para representar a los nmeros racionales, la primera

    es por medio de cociente o divisin, la segunda es en forma decimal

    peridica y en forma de porcentajes (%).

    Veamos estas tres formas

    1.- Todo nmero racional se puede escribir en forma de cociente o

    divisin de nmeros enteros con el denominador diferente de cero, es

    decir

    =

    0

    2,6

    3,4

    5,1

    3, 0,1

    2,3

    2,6

    3, 3

    2.- Todo nmero racional se puede escribir en forma decimal peridica

    (expansin decimal peridica), donde el periodo es la secuencia de dgitos

    que se repiten en un momento dado despus del punto decimal. Algunos

    nmeros peridicos son:

    1.50 = 1.500000 0

    3.45 = 3.45555 5

    2.10124 = 2.10124124 124

    4 = 4.00000000000 0

    1.123 = 1.123123123 123

    3.- todo nmero racional se puede escribir en forma de porcentaje.

    Hay que tomar en cuenta que la unidad equivale al 100%, es decir 1 =

    100%. De manera que:

    3

    4= 0.75 = 75%

    1

    3= 0. 3 = 33.33 . .%

    5

    2= 2.5 = 250%

    2

    3= 0. 6 = (66.66 . . )%

    ARITMTICA

  • 55 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Conversiones de una forma a otra para los nmeros racionales

    Como se acabamos de sealar los nmeros racionales se escriben de tres

    formas y por consecuencia es posible pasar de una a la otra. Lo vemos a

    travs de los siguientes ejemplos.

    Forma de cociente o divisin a decimal peridica

    Escribir los siguientes nmeros en racionales en forma decimal peridico.

    3

    4,2

    3,1

    6,20

    1112

    7

    Para obtener la forma decimal peridico solo habr que realizar la divisin,

    hasta encontrar el periodo.

    En el caso de la fraccin3

    4 tenemos

    3

    4= 0.75, ya que 3: 4 = 0.75

    De manera anloga con los dems nmeros.

    2

    3= 0. 6,

    1

    6= 0.16,

    20

    11= 1. 81

    12

    7= 1. 714285

    Forma decimal peridico a cociente o divisin

    Escribir los siguientes nmeros en forma de cociente o divisin de

    enteros.

    3.20, 1. 2, 0. 31 , 1. 234 2.854

    Para convertir estos nmeros debemos correr el punto decimal las cifras

    necesarias para que aparezca incluido el periodo en un nmero entero,

    como se muestra a continuacin.

    ARITMTICA

  • 56 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Por ejemplo asignamos al nmero 3.20 una letra, x

    Como el periodo es cero (0), basta que multipliquemos por 10 para

    desplazar el punto decimal a donde inicia el periodo y despejamos

    directamente el valor de x

    = 3.20

    10 = 32. 0

    10 = 32

    =32

    10=16

    5

    3.20 =16

    5

    Ahora para los nmeros que cuyo periodo es diferente de cero y aparece

    inmediatamente despus del punto decimal, primero se multiplica por una

    potencia de 10 adecuada de acuerdo al periodo de manera que el punto

    decimal se desplazara un periodo y restamos al nuevo nmero el original

    para despus despejar fcilmente el valor de x .

    1. 2

    = 1. 2

    10 = 12. 2

    = 1. 2

    9 = 11

    =11

    9

    1. 2 =11

    9

    ARITMTICA

  • 57 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    0. 31

    = 0. 31

    100 = 31. 31

    = 0. 31

    99 = 31

    =31

    99

    0. 31 =31

    99

    1. 234

    = 1. 234

    1000 = 1234. 234

    = 1. 234

    999 = 1233

    =1233

    999=411

    333=137

    111

    1. 234 =137

    111

    ARITMTICA

  • 58 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Finalmente cuando entre el punto decimal y el periodo se encuentra

    alguna o algunas cifras, primero se desplaza el punto decimal hasta

    donde inicia el periodo multiplicando por una potencia de 10 adecuada,

    despus el punto decimal se desplaza hasta donde termine un periodo y

    se resta este ltimo con el anterior para despejar finalmente el valor de x

    2.854

    = 2.854

    10 = 28. 54

    1000 = 2854. 54

    10 = 28. 54

    990 = 2826

    =2826

    990=314

    110=157

    55

    2.854 =157

    55

    Forma decimal peridica a porcentajes

    Esta conversin es la ms directa, ya que solo hay que multiplicar por

    100 el nmero dado en forma decimal.

    3

    4= 0.750 = 75%

    1

    3= 0. 3 = 33.33 . .%

    5

    2= 2.5 = 250%

    2

    3= 0. 6 = (66.66 . . )%

    ARITMTICA

  • 59 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Ejercicios y Problemas Propuestos

    1. Completa la siguiente tabla.

    Nmero decimal

    Fraccin irreductible

    Nmero decimal

    Fraccin irreductible

    , 23

    50

    , 1, 24

    1

    3 0,46

    , 0, 08

    4

    45

    2

    25

    2. Resuelve los siguientes ejercicios aplicando prioridad de las

    operaciones.

    a. 5

    3

    4

    0,61

    6

    +3,25

    1

    45

    20,5

    b. 3

    7+0,32

    32

    279

    4

    3

    14

    (23

    4)12

    3

    4+2

    3

    4

    + 2

    c. 1

    4

    2

    7(

    1

    2+4)

    22+1

    ((3

    4+0,23)122+5222+1

    1

    4)1

    ARITMTICA

  • 60 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Los nmeros Irracionales Q*

    Se dice que los nmeros racionales cumplen todas las propiedades antes

    estudiadas, adems si consideramos las cuatro operaciones, (suma, resta,

    producto y divisin) de nmeros racionales da como resultado un nmero

    racional.

    Sin embargo existen otro tipo de nmeros distintos a los racionales que no

    se pueden representar en forma de divisin de dos nmeros enteros y son

    conocidos como Nmeros Irracionales.

    Se pueden definir de la siguiente manera:

    = {| 0 0}

    Se puede apreciar que los nmeros Irracionales son distintos a los

    racionales y en consecuencia a los enteros y naturales, es decir su

    expansin decimal no es peridica.

    Algunos de estos nmeros son:

    1.234 ,2,3,5,6,7,8,10, = 2.718,

    = 3.1415 ,

    La raz cuadrada de nmeros naturales que no da un entero es considerada

    como Irracional, el nmero e y , entre otros.

    ARITMTICA

  • 61 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Estos nmeros en la antigedad no fueron aceptados, porque se crea que

    los nmeros racionales eran todos, es decir, que cubran por completo a

    la recta numrica si se localizaran en ella y tambin porque entre dos

    racionales diferentes siempre existe otro racional.

    Ejemplo:

    Encontrar un nmero racional que se encuentre entre los nmeros 1

    3 y 1

    4

    En realidad hay una infinidad de nmeros entre estos dos, uno de estos es

    su promedio y lo podemos obtener fcilmente usando operaciones

    aritmticas.

    =

    13 +

    14

    2=

    4 + 3122

    =

    71221

    =7

    24

    Por lo que un nmero entre 1

    3 y 1

    4 es

    7

    24

    Observar que se pueden ir obteniendo ms nmeros entre estos dos

    realizando de manera anloga, tomando el nuevo nmero y uno de los

    originales.

    Regresando a los nmeros Irracionales Q*, solo basta que recordemos que

    no tienen expansin decimal peridica (no hay periodo). Como tambin

    las races d algunos nmeros son irracionales, veremos cmo se calcula

    una raz cuadrada por el mtodo Babilnico cuando veamos geometra

    plana de reas.

    ARITMTICA

  • 62 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Los nmeros Reales R

    Este el conjunto ms importante de nmeros para el desarrollo de la

    Aritmtica, el Algebra, la Geometra plana, Analtica y el Clculo

    Diferencial e Integral.

    Se definen como la unin de los nmeros Racionales Q e Irracionales Q*

    ( = ) y si cubren por completo a la recta numrica, es por ello

    que los Reales se dibujan como la recta sin espacio entre sus elementos.

    Los nmeros reales abarcan a todos los dems, como se puede apreciar

    Como cada punto sobre la recta es un racional o es un irracional, los reales

    cubrirn totalmente a la recta desde el nmero mayor negativo (menos

    infinito) hasta el nmero mayor positivo (ms infinito) sin dejar ningn

    lugar vaco.

    Dado dos nmeros reales C y D se puede determinar siempre si C > D, si

    C < D o si C = D. Si se tiene un conjunto finito de nmeros reales uno

    puede ordenarlos estrictamente de menor a mayor, o viceversa.

    Los reales, al igual que los racionales, cumplen con todas las propiedades

    antes estudiadas para las operaciones de suma, resta, multiplicacin y

    divisin.

    Con los reales se pueden calcular races naturales pares (raz cuadrada, raz

    cuarta, raz secta, etc.) de nmeros reales positivos, races naturales

    impares (raz cubica, raz quinta, raz sptima, etc.) de reales positivos y

    negativos, logaritmos de nmeros reales positivos con base real positiva,

    pero los reales no forman un conjunto cerrado con estas operaciones: No

    se pueden extraer races pares ni logaritmos de nmeros reales negativos,

    ni tampoco se pueden calcular en general todas las races posibles (la raz

    ensima tiene n resultados diferentes). Hace falta una ampliacin ms de

    los nmeros para cubrir estas deficiencias.

    ARITMTICA

  • 63 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Propiedades de las operaciones con nmeros Reales.

    Si las letras a, b y c representan a nmeros reales ( , )

    Se cumple que:

    a+ b R Clausura para la suma

    a +b= b+ a Conmutativa para la suma

    a+( b+ c)=( a+ b) + c Asociativa para la suma

    a+ 0= a Neutro para la suma

    a+(- a)= a- a Reciproco para la suma

    a b R Clausura para el producto

    ab= ba Conmutativa para el producto

    a (bc)=( ab) c Asociativa para el producto

    (1

    ) =

    = 1; 0 Inverso para el producto

    **a( b c)= ab ac Distributiva factorizacin

    **Esta propiedad es muy til para entender correctamente la factorizacin,

    la cual es una herramienta bsica para el lgebra, entre otras ramas de las

    Matemticas.

    ARITMTICA

  • 64 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Potencias y Radicales

    Nos falta revisar las potencias y radicales, especialmente con sus leyes o

    propiedades que sern trabajadas en el resto del curso.

    Cuando se tiene un nmero real cualquiera x (x R), se define la potencia

    n-sima de x como:

    =

    a x se le llama base de la potencia y n exponente.

    Ejemplos:

    Propiedades de los exponentes

    0 = 1 0

    = +

    = +

    () =

    (

    ) =

    0

    =1

    0

    ARITMTICA

  • 65 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Definicin de Radicacin.

    Se dice que y es la raz n-sima del nmero x , si y solo si, =

    = =

    Propiedades de los radicales.

    =

    =

    =

    =

    =

    ; 0

    ARITMTICA

  • 66 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Ejercicios y Problemas Propuestos

    1. Resuelve los siguientes ejercicios aplicando propiedades de

    potencias.

    2. Resuelve los siguientes ejercicios aplicando propiedades de

    potencias.

    a. 22105201310624

    81090850101000

    b. (0,000 19 )17 (0,000 0012)15 (0, 00186 )10

    c. (0,000 111 )13(0,000 000 0142)

    15

    10 000 000 00035

    d. 3 000 000 000350,000 008 171

    2 430 00080

    e. (0,000 25104)

    30(125 000 0001050)

    13

    0,000 000 006 254050 000 00053

    f. 281540 5 281540 9 + 6 281540

    g. 720100 + 720100 15 720100 2 + 35 720100

    3. Resuelve los siguientes ejercicios aplicando prioridad de las

    operaciones.

    (32)2

    + 5 (16 + 72 1 + 60 15 2)

    121, 6

    25

    1

    3

    ARITMTICA

  • 67 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Magnitud y medida

    La magnitud de un objeto es su caracterstica medible (longitud, peso,

    tiempo, velocidad, rea, volumen, etc.), que puede ser expresada

    cuantitativamente.

    El proceso de medir consiste en seleccionar una unidad de medida, cubrir el

    objeto con unidades y contar el nmero de unidades que se utilizaron, este

    nmero corresponde a la medida de la magnitud involucrada.

    Problema 11: Medir la longitud del siguiente tornillo:

    Solucin:

    Debemos elegir nuestra unidad de medida. Supongamos que la unidad es el

    centmetro (cm).

    La medida de la longitud del tornillo es de 3cm.

    Muchas veces la eleccin de la unidad de medida puede ser arbitraria.

    Supongamos que adoptamos la pulgada como unidad.

    MEDIDA

  • 68 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    La longitud del tornillo tiene una medida de 18

    1 pulgada.

    Unidades de medida

    Las primeras unidades de medida para longitudes tenan relacin con el cuerpo

    humano y no siempre se subdividan, sino que se usaban otras partes del

    cuerpo, por ejemplo para los babilonios se estableca las siguientes

    equivalencias entre unidades de medida

    1 codo = 30 dedos (53 cm. aprox.)

    1 pie = 2/3 de codo

    Hasta antes del siglo XVIII no existan sistemas de medidas universales, las

    unidades de medidas se establecan de acuerdo a los usos locales, lo que

    generaba complicaciones en el intercambio comercial. El primero en proponer

    una escala universal fue Gabriel Mouton en 1670, que se basaba en la milla

    (largo de un minuto de arco en la tierra). En 1795 se instaura en Francia el

    sistema mtrico decimal, fijndose algunas medidas de base (por ejemplo el

    metro para las longitudes). Progresivamente muchos pases, a travs de

    acuerdos polticos van adoptando y ampliando este sistema, hasta establecer

    1960 lo que se conoce como sistema internacional de unidades, que entre

    otras magnitudes establece las siguientes unidades de medida:

    - Longitud: metro (m)

    - Masa: gramo (g)

    - Tiempo: segundo (s)

    - rea: metro cuadrado (m2)

    - Volumen: metro cbico (m3)

    - Velocidad: metro por segundo (m/s)

    Las unidades aceptan subdivisiones y mltiplos, por ejemplo la longitud

    presenta las siguientes equivalencias:

    Kilmetro (km) = 1000 m. (103 m)

    Decmetro (dm) = 0,1 m. (10-1 m)

    Centmetro (cm) = 0,01 m. (10-2 m)

    Milmetro (mm) = 0,001 m. (10-3 m)

    Micrmetro (m) = 0,000001 m. (10-6 m)

    Nanmetro (nm) = 0,000000001 m. (10-9 m)

    MEDIDA

  • 69 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Algunas unidades de peso:

    Kilogramo (kg) = 1000 g (10)

    Tonelada (t) = 1000000 g (106)

    Decigramo (dg) = 0,1 g (10-1)

    Centigramo (cg) = 0,01 g (10-2)

    Miligramo (mg) = 0,001 g (10-3)

    Microgramo (g) = 0,000001 g (10-6)

    Sin embargo, por razones polticas, no todos los pases adhieren al sistema

    mtrico. Gran Bretaa desde un comienzo adopt un sistema propio que hoy

    comparten otros pases como Estados Unidos y que es ampliamente utilizado

    en ingeniera en pases de Latinoamrica. Es el sistema anglosajn de

    unidades, del cual destacamos las unidades para medir longitud:

    Pulgada (in) = 2,54 cm.

    Pie (ft) = 12 in = 30,48 cm.

    Yarda (yd) = 3 ft = 91,44 cm.

    Milla (mi) = 1,76 yd = 1,609347 km.

    Legua = 3 mi = 4,828032 km.

    Para convertir unidades de medicipn a oto o convertirlo dentro de un mismo

    sistema, las unidades deben manipularse como cantidads algebraicas que se

    scancelan mutuamente.

    Por ejemplo:

    Convertir 5 in en metros

    5 2.54

    1

    1

    100 = 0.127

    Cuando se opera con numeros que poseen decimales, el resultado puede

    generar mas decmales que los inicialemente considerados, es decir, imagine

    que desea multiplicar 12.34 con 3.46, si utiliza una calculadora encontrara

    como resultado 42.6964. Este numero posee cuatro decimales y

    originalmente ambos poseian dos. Cual seria el resultado?

    MEDIDA

  • 70 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Depende.

    Si necesito el resltado exacto, el valor seria 42.6964.

    Pero si necesito el resultado con dos cifras, tenemos dos alternativas: truncar

    o aproximar.

    Truncar es eliminar las cifras sin importar elvalor de la ultima. Es decir en

    nuestro caso 42.6964, truncado a dos decimales 42.69

    Aproximar es el proceso de truncar con criterio. Depende de la cifra siguiente

    del truncamiento que no este considerada. Si esta es > 5, se suma 1 a la cifra

    anterior. En nuestro caso 42.6964, truncado a dos decimales, resulta que el

    tercer decimal es 6 (> 5) asi que 42.69+0.01, lo que resulta que el valor es

    42.70

    MEDIDA

  • 71 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Ecuaciones

    Entenderemos por ecuacin a toda igualdad entre dos expresiones

    algebraicas. Las expresiones algebraicas presentes a cada lado de la igualdad

    reciben el nombre de miembros de la ecuacin:

    3 17 = 7 9

    En este caso 3 17 es el primer miembro de la ecuacin y 7 9 es el

    segundo miembro de la ecuacin.

    Al reemplazar las variables en una ecuacin por algn nmero real, puede

    resultar una igualdad verdadera o falsa.

    En nuestra ecuacin, si reemplazamos por = 1 resulta:

    3 1 17 = 7 9 1

    Es decir: 14 = 2, lo cual es falso.

    Por otra parte, si reemplazamos por = 2 resulta:

    3 2 17 = 7 9 2

    Es decir: 11 = 11, lo cual es verdadero.

    Este ltimo caso es de especial inters, dado que la igualdad es verdadera para

    un determinado valor de . Cuando encontramos el o los valores numricos

    de la variable que hacen verdadera una determinada ecuacin, diremos que

    estamos resolviendo una ecuacin. En este proceso dejamos sola la variable

    a un lado de la ecuacin, lo cual recibe el nombre de despejar la variable.

    Toda ecuacin de la forma + = , con y constantes y 0, recibe

    el nombre de ecuacin lineal o ecuacin de primer grado.

    Ejemplo:

    Pablo tiene un hermano que es 27 centmetros ms alto que l, si el hermano

    de Pablo mide 1.55 metros. Qu estatura tiene Pablo?

    ECUACIONES

  • 72 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    Solucin:

    La letra P, representa la edad de Pablo. Entonces en virtud del enunciado:

    + 0.27 = 1.55

    Restando a ambos lados 0.27:

    = 1.55 0.27 = 1.28

    Comprobacin: 1.28 + 0.27 = 1.55

    Propiedad de la Suma

    Esta propiedad seala que al sumar o restar un nmero real a ambos lados de

    una ecuacin, esta no se altera.

    Sean y dos nmeros reales, y si = , entonces para todo nmero real

    se tiene que: + = +

    Sean y dos nmeros reales, y si = , entonces para todo nmero real

    se tiene que: =

    Ejemplo:

    Resolver la ecuacin: 2

    5= 3

    Solucin:

    Al considerar la ecuacin: 2

    5= 3, observamos que podemos aplicar la

    propiedad de la suma, sumando a ambos lados el nmero 2

    5, resulta:

    2

    5+2

    5= 3 +

    2

    5

    Como 3 +2

    5=17

    5, entonces:

    =17

    5

    ECUACIONES

  • 73 UNIDAD 1: RESOLUCIN DE PROBLEMAS

    En general, si sumamos un determi