Qué significa cumplir una ecuación y un sistema
Un cuaderno y un bolígrafo cuestan juntos 3 €. Dos cuadernos y un bolígrafo cuestan 5 €. Si pruebas «cuaderno 2 €, bolígrafo 1 €», las dos compras cuadran: y . Si pruebas «cuaderno 1 €, bolígrafo 2 €», la primera cuadra pero la segunda cuesta 4 €, no 5 €.
Nombra los precios con e : las cuentas se escriben y . Cada igualdad es una ecuación y las dos juntas forman un sistema. e se llaman incógnitas porque buscamos sus valores. Una solución tiene que hacer verdaderas las dos cuentas con los mismos valores.
El 2 de es el coeficiente: indica cuántas veces aparece el precio . El 5 es el término independiente: no acompaña ninguna incógnita. Estas ecuaciones son lineales porque solo suman incógnitas multiplicadas por números; una cuenta con o ya necesitaría otro método.
Cómo empezar tu ejercicio
Cuándo usar esta idea: El enunciado da varios totales para las mismas cantidades o muestra ecuaciones agrupadas con una llave.
Si debes plantear el sistema, escribe qué cantidad representa cada letra y convierte cada condición del enunciado en una igualdad. Por ejemplo, si habla de compras, suma cantidad por precio de cada producto e iguala esa suma al importe del recibo. Si debes comprobar una pareja , pon el primer número en cada y el segundo en cada , sin cambiar los coeficientes ni los totales; compara los dos lados de cada ecuación.
Un ejemplo, paso a paso
¿Por qué no sirve para y , aunque cumple la primera ecuación?
- La pareja propone e . En la primera ecuación, , escribe esos números donde estaban las letras: . Sí coincide con el total pedido.
- Comprueba también , sin cambiar la pareja: donde pone escribe 1 y donde pone escribe 2. El 2 que multiplicaba a se conserva: el lado izquierdo da , distinto del 5 del lado derecho. Una igualdad falsa basta para descartar la pareja.
- La pareja sí da y . Se conserva la misma pareja en ambas cuentas.
Lo que obtenemos: no es solución; sí cumple el sistema completo.
Ahora, los símbolos en palabras
- 2 es el coeficiente de ; 1 es el de , aunque no se escriba; 5 es el total sin incógnitas.
- vale 2 e vale 1; el orden indica a qué incógnita corresponde cada número.
Quédate con esto: La pareja de números es una solución solo si funciona en todas las ecuaciones.
Ojo con este error: Si no ves un número delante de , su coeficiente es 1. Si una incógnita no aparece, su coeficiente es 0.
Ahora prueba la idea
¿Es lineal la ecuación ?
Ver la respuesta y el porqué
No.
Las incógnitas se multiplican entre sí; no es una suma de incógnitas multiplicadas por números conocidos.
Un uso cotidiano: Contar qué entradas se vendieron para una actividad
Una actividad vende entradas de adulto a 6 € y de estudiante a 4 €. Al cerrar la caja hay 70 entradas vendidas y 360 € recaudados. Quieres saber cuántas de cada tipo se vendieron.
- Llama al número de entradas de adulto e al de estudiante. El recuento da ; los precios 6 y 4 dan .
- Si las 70 costaran 4 €, sumarían €. La caja tiene € más. Cada entrada de adulto añade € a ese cálculo.
- Cada adulto explica 2 € de los 80 € extra: . Para dejar sola divide ambos lados entre 2, , y queda . En , pon 40 donde estaba : . Resta 40 a ambos lados, , y queda . Comprueba ambos datos: entradas y €.
Se vendieron 40 entradas de adulto y 30 de estudiante. Los recuentos suman 70 y sus precios explican los 360 €.
Pasar las ecuaciones a una tabla
Una compra de un cuaderno y dos bolígrafos cuesta 5 €; tres bolígrafos cuestan 6 €. Si es el precio del cuaderno e el del bolígrafo, escribes y . En la segunda compra hay cero cuadernos: es importante conservar ese hueco al ordenar las cantidades.
Haz tres columnas: cuadernos, bolígrafos y total. Las filas son y . La tabla que guarda solo las dos primeras columnas se llama matriz de coeficientes . Si añades el total, obtienes la matriz ampliada ; es la columna . La barra solo separa las cantidades de sus totales.
Esta tabla te permite multiplicar o restar ecuaciones usando sus filas sin copiar las letras en cada paso. Conserva siempre el orden , , total: si omites el cero inicial de la segunda fila, el 3 parecería referirse a cuadernos y cambiarías la compra. En el examen, completa esos huecos antes de hacer Gauss.
Cómo empezar tu ejercicio
Cuándo usar esta idea: Te piden «matriz de coeficientes», «matriz ampliada», o preparar un sistema para Gauss.
Pon primero las letras a la izquierda y el total a la derecha, restando el mismo término a ambos lados si hace falta. Después fija columnas , , etc., en el mismo orden para todas las ecuaciones; escribe un 0 donde falte una letra y añade el total como última columna.
Un ejemplo, paso a paso
Para y , ¿por qué la segunda fila no puede escribirse simplemente como ?
- La primera fila ha fijado dos columnas de incógnitas: e . La segunda también necesita las dos.
- Como no aparece , su coeficiente es 0. La fila correcta es : cero cuadernos, tres bolígrafos, total 6.
- La tabla completa es . Separando la última columna obtienes y .
Lo que obtenemos: El cero mantiene cada número en la columna que le corresponde. La matriz ampliada tiene dos filas y tres columnas.
Ahora, los símbolos en palabras
- Matriz de coeficientes: solo los números que multiplican las incógnitas.
- Tabla con los números que multiplican , , etc., y una última columna con los totales. Esa columna recibe el nombre .
- El sistema escrito con matrices; es la columna de incógnitas.
Quédate con esto: Mantén una columna para , otra para , etc. La última contiene los números que no multiplican ninguna letra.
Ojo con este error: No copies directamente una ecuación con letras a ambos lados. En queremos dejar las letras a la izquierda y el total a la derecha. Resta a ambos lados: , luego . Después resta 2 a ambos lados: , luego . Su fila, en orden , , total, es .
Ahora prueba la idea
Si el sistema tiene tres incógnitas, ¿cuántas columnas tiene su matriz ampliada?
Ver la respuesta y el porqué
Cuatro.
Tres columnas guardan los números que multiplican las tres incógnitas. La cuarta guarda los números del otro lado del igual.
Gauss: eliminar incógnitas sin cambiar las soluciones
Un cuaderno y un bolígrafo cuestan 3 €; dos cuadernos y tres bolígrafos cuestan 8 €. Dos veces la primera compra serían dos cuadernos y dos bolígrafos, por 6 €. Al comparar con la segunda, solo queda un bolígrafo y 2 € de diferencia. Ya sabes un precio sin tantear parejas.
Con y , queremos quitar de la segunda: multiplica ambos lados de la primera por 2, , y obtén . Resta esa ecuación completa de la segunda, en ambos lados: , así que . Para averiguar , escribe 2 en el lugar de en : . Resta 2 a ambos lados, , y queda . Esta forma de averiguar los valores se llama eliminación de Gauss. Puedes recuperar la segunda ecuación original sumando dos veces la primera a ; por eso no has cambiado las soluciones.
En la tabla, significa sustituir la fila 2 por esa diferencia; la fila 1 se conserva. La operación afecta también al 8 y al 3, no solo a los coeficientes. Puedes intercambiar filas, multiplicar todos los números de una fila por un mismo número distinto de cero o añadirle otra fila multiplicada por un número. El primer número distinto de cero que usas para eliminar los de debajo se llama pivote.
Cómo empezar tu ejercicio
Cuándo usar esta idea: Hay un sistema que resolver por «Gauss» o aparecen filas , y flechas de sustitución en la solución.
Empieza por y busca una ecuación donde su coeficiente sea distinto de cero; si ninguna contiene , pasa a . Para quitar esa letra de otra ecuación, divide su coeficiente entre el de la ecuación elegida: el resultado indica por cuánto multiplicar ambos lados de esta antes de restarla entera.
Un ejemplo, paso a paso
En , , ¿por qué restar a deja , pero no deja ?
- Queremos quitar de la segunda cuenta. Allí hay y en la primera hay , aunque no se escriba el 1: usa para multiplicar ambos lados de la primera ecuación. Obtienes , es decir, .
- Resta esa ecuación completa: . El signo menos cambia los dos términos del segundo paréntesis: . Como y , queda .
- Queremos averiguar . En la primera ecuación, , pon el 2 que acabas de obtener en lugar de : . Para dejar sola, resta 2 a ambos lados: , luego .
- Comprueba ambos recibos: y .
Lo que obtenemos: . Elegiste multiplicar por 2 porque ; así la segunda cuenta ya no tiene .
Ahora, los símbolos en palabras
- Primera y segunda fila, respectivamente.
- La nueva fila 2 se obtiene restando dos veces la fila 1 a la fila 2 anterior.
Quédate con esto: Para quitar de la segunda ecuación, multiplica ambos lados de la primera hasta que sus términos con sean iguales y réstala entera, incluido el total.
Ojo con este error: Si multiplicas por cero, queda . Esa frase también la cumple , que antes no servía. Has dejado de exigir que la suma sea 3 y puedes admitir respuestas equivocadas.
Ahora prueba la idea
¿En cambia también la fila 1?
Ver la respuesta y el porqué
No.
La flecha indica cuál se reemplaza: solo la fila 2. La fila 1 se usa como referencia y queda igual.
Un uso cotidiano: Averiguar los precios mirando dos recibos
Organizas los gastos de material de un reportaje escolar. Un recibo dice que 2 libretas y 1 carpeta costaron 10 €; otro, que 1 libreta y 3 carpetas costaron 10 €. Los recibos no separan el precio de cada producto.
- Llama al precio de una libreta e al de una carpeta. Cada compra multiplica cantidades por precios: y .
- Queremos quitar para averiguar . Como la primera cuenta tiene , multiplica ambos lados de la segunda por 2: , luego . Resta la primera completa, en ambos lados: . Queda . Como , tienes . Para dejar sola divide ambos lados entre 5: , luego €.
- En el primer recibo, , pon el precio 2 donde estaba : . Queremos dejar sola. Resta 2 a ambos lados, , y queda . Divide ambos lados entre 2: , luego €. El divisor 2 procede de las dos libretas del recibo. Comprueba el segundo: €.
Las libretas costaban 4 € y las carpetas 2 €. Ya puedes repartir cada gasto por producto y comprobar ambos recibos.
Una solución, infinitas o ninguna
Buscas dos números que sumen 3. Si además su diferencia es 1, suma ambos lados de las cuentas y : , luego . Para dejar sola divide ambos lados entre 2: , así que . En la primera queda ; resta 2 a ambos lados, , y queda . Si la segunda ecuación dice que el doble de la suma es 6, solo repite la primera: sirven , y muchas parejas más. Si exige que ese doble sea 7, no puede cumplirse: el doble de 3 es 6.
Cuando una sola pareja sirve, el sistema se llama compatible determinado. Cuando puedes elegir entre infinitas parejas, se llama compatible indeterminado. Cuando no sirve ninguna, se llama incompatible. «Compatible» significa que puedes poner los mismos números en todas las ecuaciones y hacer verdaderas sus igualdades.
Después de Gauss, una fila siempre es cierta: pongas los números que pongas, ya no cambia la cuenta. Una fila es imposible, porque cero nunca vale uno. Si no aparece una igualdad imposible, comprueba si puedes averiguar cada incógnita o si puedes elegir una y calcular las otras a partir de ella.
Cómo empezar tu ejercicio
Cuándo usar esta idea: Te piden «clasificar», «tipo de sistema» o «número de soluciones», y aparecen SCD, SCI o SI.
Haz Gauss sobre todas las ecuaciones y lee lo que queda. Primero busca una igualdad imposible como . Si no aparece, mira si cada letra queda fijada o si puedes elegir alguna y calcular las otras.
Un ejemplo, paso a paso
En y , al hacer Gauss queda . ¿Por qué eso no significa que e ?
- La segunda ecuación es dos veces la primera. Resta toda la primera duplicada: . Al abrir el paréntesis queda , es decir, .
- Esa frase no habla ya de un valor concreto de o . La primera ecuación sigue exigiendo , por lo que no sirve.
- La primera todavía exige . Para dejar sola, resta a ambos lados: , luego . Si eliges , pon ese 1 donde aparece : . Si eliges , sale . Esas elecciones dan y .
Lo que obtenemos: Es compatible indeterminado: hay infinitas parejas, pero todas deben cumplir .
Ahora, los símbolos en palabras
- Sistema compatible determinado: una solución.
- Sistema compatible indeterminado: infinitas soluciones.
- Sistema incompatible: ninguna solución.
Quédate con esto: no fija las incógnitas; una igualdad imposible hace que el sistema no tenga solución.
Ojo con este error: Una fila de ceros no garantiza por sí sola infinitas soluciones: puede que otras filas ya fijen todas las incógnitas, o que haya una contradicción en otra fila.
Ahora prueba la idea
Después de Gauss aparece . ¿Qué tipo de sistema tienes?
Ver la respuesta y el porqué
Incompatible.
El lado izquierdo siempre vale cero; no puede ser igual a siete, elijas los valores que elijas.
Comparar rangos para saber cuántas soluciones hay
En y , los números delante de e se duplican, pero el total 3 no se duplica a 7: debería ser 6. Multiplica ambos lados de la primera por 2, , y réstala de la segunda: . Los términos con letras dan cero y el total da 1. Queda , una fila que dice .
Con los números que multiplican e , después de la resta solo queda la fila con algún número distinto de cero: su rango es 1. Si incluyes la columna de totales, queda también : su rango es 2. Esa fila dice , imposible con cualquier pareja. Por eso, si los dos rangos son distintos, el sistema no tiene solución. Si son iguales, sí puedes elegir números que hagan verdaderas todas las ecuaciones.
Con tres incógnitas, e te permiten elegir . Resta a ambos lados de cada cuenta y quedan y : calculas esas dos después de elegir. Si conocieras también , pondrías 2 en esas expresiones: y , sin elecciones libres. La regla de Rouché–Frobenius resume la cuenta: cuando los rangos coinciden y valen el número de incógnitas, hay una sola solución; si coinciden pero son menores, hay infinitas.
Cómo empezar tu ejercicio
Cuándo usar esta idea: La solución compara con , cita Rouché–Frobenius o clasifica sin resolver todos los valores.
Escribe la matriz ampliada, con una columna por incógnita otra para los totales. Haz Gauss sobre filas completas. Cuenta las filas con algún número distinto de cero primero sin los totales y después incluyéndolos: obtienes los dos rangos.
Un ejemplo, paso a paso
En y , hay tres incógnitas y los dos rangos valen 2. ¿Qué número puedes elegir y usar después para calcular los otros dos?
- Escribe las columnas en orden , , : y . El cero inicial de la segunda fila conserva el lugar de .
- Ya tienen forma de escalera: la primera fila empieza con 1 en la columna y la segunda en la columna . Las dos filas tienen algún número distinto de cero, con o sin los totales: ambos rangos son 2. Hay tres incógnitas.
- Queremos calcular y después de elegir . Resta a ambos lados de cada ecuación: e . Quedan y . Si eliges , obtienes ; si eliges , obtienes . Las dos ternas cumplen ambas sumas.
- Nombra esa elección : donde ponía , escribe , y quedan y . Dos cuentas permiten calcular y después de elegir ; no han fijado las tres letras.
Lo que obtenemos: Es compatible indeterminado. Puedes elegir y calcular y , así que no hay una única terna de números.
Ahora, los símbolos en palabras
- Rango de la tabla que contiene solo los números delante de , , etc., sin la columna de totales.
- Rango de la tabla que añade también la última columna con los números del otro lado del igual.
- Número de incógnitas del sistema.
Quédate con esto: Si los rangos difieren, alguna fila exige algo imposible, como . Si coinciden, compara el rango con el número de letras para saber si las fijas todas o puedes elegir alguna.
Ojo con este error: No cuentes ecuaciones como si cada una fijara una letra. Por ejemplo, y son dos ecuaciones, pero no permiten averiguar e por separado.
Ahora prueba la idea
Si los rangos son 2 y 3, ¿necesitas contar las incógnitas para decidir si hay solución?
Ver la respuesta y el porqué
No.
Los rangos distintos ya demuestran que el sistema es incompatible.
Discutir un sistema que contiene una letra
Tienes y . Si , escribe 2 en su lugar: la segunda es . Resta la primera completa, , y queda . Pon ese 1 en la primera, ; resta 1 a ambos lados, , y queda . Si , las cuentas exigirían a la vez y : no puede ocurrir. Cambiar una sola letra ha cambiado si existe solución.
La letra es un parámetro: se deja abierta para preguntar qué ocurre en cada caso. Al restar la primera ecuación a la segunda, los términos con dan cero y queda . Como , puedes reunirlos: , así que . Si , el número que multiplica a es cero; para los demás valores puedes dividir ambos lados entre para dejar sola.
En el examen, «discutir según » no pide dar un valor para : pide clasificar todos sus casos. Anota primero el valor que impide la división y escríbelo en cada lugar donde aparezca en la ecuación sin dividir. Solo después escribe la solución o el tipo para los demás valores.
Cómo empezar tu ejercicio
Cuándo usar esta idea: El sistema contiene , o una letra distinta de las incógnitas y pide discutir sus soluciones «según el parámetro».
Resta una ecuación completa de otra, en ambos lados, antes de dividir por nada. En la fila que quede, busca qué valor de hace cero el número que multiplica a la incógnita. Por ejemplo, para , empieza resolviendo .
Un ejemplo, paso a paso
En , , ¿por qué no puedes usar directamente para ?
- Resta la primera ecuación completa de la segunda, en ambos lados: . Abre el paréntesis con su signo: . Queda ; reúne como , porque ambos términos multiplican la misma . El procede de restar los dos coeficientes.
- Si , pon 1 en el coeficiente antes de dividir: , luego , es decir, . No existe ningún que la cumpla.
- Si , queremos dejar sola. Divide ambos lados entre : , luego . El divisor no es cero en este caso. Para hallar , vuelve a y resta a ambos lados: , luego . En esa expresión pon el valor que acabas de obtener para : . Cada valor de distinto de 1 fija una única pareja.
Lo que obtenemos: Para no hay solución. Para hay una única solución dada por las dos expresiones.
Ahora, los símbolos en palabras
- Parámetro del enunciado: se considera fijo en cada sistema, aunque aún no sepamos su valor.
Quédate con esto: Pon el valor que haría cero el divisor en la ecuación antes de dividir. Mira si queda algo imposible, como , o algo siempre cierto, como .
Ojo con este error: No confundas el parámetro del enunciado con una incógnita más: aquí se pregunta qué pasa para cada valor de , no se busca junto con e .
Ahora prueba la idea
Si la última fila queda , ¿qué ocurre para ?
Ver la respuesta y el porqué
Esa fila se convierte en .
Pon 2 en cada lugar donde aparezca antes de dividir: , luego . Esta fila no exige ningún valor de ; mira las demás ecuaciones para saber qué elecciones siguen libres.
Cramer: una incógnita mediante determinantes
Dos cantidades cumplen y . La segunda dice que es el doble de : en la primera, escribe donde ponía . Queda , es decir, . Para dejar sola divide ambos lados entre 3: , luego . Vuelve a y pon ese 1 en lugar de : . Para preparar una tabla, deja las letras a la izquierda de : resta a ambos lados, , y obtén .
La regla de Cramer obtiene esos valores con determinantes. La matriz de coeficientes es y el total es la columna . Para , cambia la columna de por ese total: su determinante vale , igual que el original, y dividir entre da 1. Para , cambia la columna de : el nuevo determinante vale y dividir entre da 2.
Antes de usar esas divisiones, cuenta las ecuaciones y las incógnitas: debe haber el mismo número. Calcula también el determinante de . Si no es cero, tienes un divisor con el que puedes calcular cada letra y una única solución. Si es cero, no hagas esa división; resta ecuaciones con Gauss para ver si queda o una igualdad imposible. En un sistema pequeño, Cramer puede ahorrar despejes.
Cómo empezar tu ejercicio
Cuándo usar esta idea: Te piden «regla de Cramer» o una solución divide determinantes cambiando una columna por los términos independientes.
Cuenta ecuaciones e incógnitas: Cramer necesita el mismo número. Ordena todas las ecuaciones con las letras a la izquierda y los totales a la derecha; forma con esos coeficientes y calcula su determinante antes de cambiar columnas.
Un ejemplo, paso a paso
Para y , ¿por qué cambiar la columna de y no la fila 2 es lo que necesitas para calcular con Cramer?
- La columna 2 contiene el 1 y el que multiplican en las dos ecuaciones. Cambia esos dos números por los totales. No cambies una fila: contiene a la vez números de e .
- Calcula el determinante original siguiendo : . Es distinto de cero: puedes usarlo como divisor en Cramer.
- Cambia solo la columna 2 por los totales : . Calcula y divide por el determinante original: .
- Para vuelve a y cambia solo la columna 1: . Calcula y divide por el original: .
Lo que obtenemos: . Cada incógnita se corresponde con una columna; el denominador siempre viene de .
Ahora, los símbolos en palabras
- Matriz que se obtiene al cambiar la columna de en por los términos independientes.
- Matriz que se obtiene al cambiar la columna de en por los términos independientes.
Quédate con esto: Cambiar la columna de una incógnita dividir por el determinante original calcula esa incógnita, siempre que Cramer sea aplicable.
Ojo con este error: Si el determinante original es cero, Cramer no te permite decidir si hay infinitas soluciones o ninguna. Usa Gauss o compara rangos.
Ahora prueba la idea
Para calcular , ¿sustituyes la segunda fila o la segunda columna?
Ver la respuesta y el porqué
La segunda columna, si las columnas están ordenadas como , .
La columna de contiene todos los números que multiplican ; la cambias por los totales. Una fila contiene también los números de otras letras.
Escribir todas las soluciones con un parámetro libre
Para encontrar dos números que sumen 3, puedes empezar por , o . Si aumentas el segundo número en 1, el primero debe bajar en 1 para conservar la suma. Ya ves cómo construir nuevas parejas sin resolver desde el principio cada vez.
Elige el segundo número y llámalo : . En , escribe donde estaba : queda . Para dejar sola resta a ambos lados, , y obtén . Así escribes todas las parejas como . se llama parámetro libre porque lo eliges tú; no has añadido otra ecuación. permite cualquier número real, incluidos negativos y decimales.
Si otra ecuación solo repite la suma, como , todas esas parejas seguirán sirviendo. En el examen, esta escritura permite dar todas las soluciones de un sistema indeterminado. Una sola pareja sería únicamente un ejemplo de solución, no la respuesta completa.
Cómo empezar tu ejercicio
Cuándo usar esta idea: Gauss deja una incógnita sin fijar, hay infinitas soluciones o te piden «expresar en función de un parámetro».
Mira las columnas de incógnitas de la tabla escalonada de Gauss: busca una que no contenga el primer número distinto de cero de ninguna fila. Puedes elegir su incógnita: llámala y úsala para calcular las otras. Si hay varias columnas así, usa un parámetro distinto en cada una, como y ; no les impongas el mismo valor.
Un ejemplo, paso a paso
Para y , ¿por qué sirve para cualquier y no?
- La pareja propone e . En escribe esas expresiones donde estaban las letras: el lado izquierdo es . Lo que aumentas en lo descuentas en .
- En la segunda ecuación, , pon también donde estaba y donde estaba . Los dos coeficientes 2 se conservan: . Multiplicar por 2 afecta al 3 y al ; después . Funciona con cualquier .
- En , sumar daría . Con , obtendrías : , distinto de 3. Esa expresión no describe todas las soluciones.
Lo que obtenemos: Las soluciones son , . El signo menos hace que siga dando 3 aunque cambies .
Ahora, los símbolos en palabras
- puede tomar cualquier número real: positivo, negativo, cero, entero o decimal.
- Cada valor de da una pareja completa: primero y después .
Quédate con esto: Elige un valor de , calcula las demás letras y comprueba todas las igualdades. Tus expresiones deben funcionar con cualquier que hayas admitido.
Ojo con este error: No elijas un único valor del parámetro y lo presentes como la solución completa. Eso solo daría un ejemplo de solución.
Ahora prueba la idea
En , ¿qué solución corresponde a ?
Ver la respuesta y el porqué
.
Pon en los dos lugares donde aparece : . La comprobación da .