2.1: Introducción al álgebra
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
Objetivos de aprendizaje
- Identificar una expresión algebraica y sus partes.
- Evaluar expresiones algebraicas.
- Utilice fórmulas para resolver problemas en aplicaciones comunes.
Definiciones preliminares
En álgebra se utilizan letras para representar números. Las letras utilizadas para representar estos números se denominan variables. Las combinaciones de variables y números junto con operaciones matemáticas forman expresiones algebraicas, o simplemente expresiones.
Los siguientes son algunos ejemplos de expresiones con una variable,x:
2x+3x2−93x2+2x−1x−5x2−25
Los términos en una expresión algebraica están separados por operadores de suma y los factores están separados por operadores de multiplicación. El factor numérico de un término se llama coeficiente. Por ejemplo, la expresión algebraica3x2+2x−1 puede pensarse como3x2+2x+(−1) y tiene tres términos. El primer término,3x2, representa la cantidad3⋅x⋅x, donde3 está el coeficiente yx es la variable. Todos los factores variables, con sus exponentes, forman la parte variable de un término. Si un término se escribe sin un factor variable, entonces se llama término constante. Considere los componentes de3x2+2x−1,
Términos | Coeficiente | Parte Variable |
---|---|---|
3x2 | 3 | x2 |
2x | 2 | x |
−1 | −1 |
El tercer término en esta expresión,−1, es un término constante porque está escrito sin un factor variable. Si bien una variable representa una cantidad desconocida y puede cambiar, el término constante no cambia.
Ejemplo2.1.1
Enumere todos los coeficientes y partes variables de cada término:
5x2−4xy−y2.
Solución:
Piense en el tercer término en este ejemplo,−y2, como−1y2.
Términos | Coeficiente | Parte Variable |
---|---|---|
5x2 | 5 | x2 |
−4xy | −4 | xy |
−y2 | −1 | y2 |
Respuesta:
Coeficientes:{−4,−1,5}; partes variables:{x2,xy,y2}
Algunos términos, comoy2 y−y2, parecen no tener un coeficiente. La propiedad de identidad multiplicativa establece que las1 veces todo es en sí mismo y ocurre tan a menudo que se acostumbra omitir este factor y escribir
1y2=y2−1y2=−y2
Por lo tanto, el coeficiente dey2 es en realidad1 y el coeficiente de−y2 es−1. Además, encontrarás términos que tienen partes variables compuestas por expresiones algebraicas como factores.
Ejemplo2.1.2
Enumere todos los coeficientes y partes variables de cada término:
−3(x+y)3+(x+y)2
Solución:
Esta es una expresión con dos términos:
Términos | Coeficiente | Parte Variable |
---|---|---|
−3(x+y)3 | −3 | (x+y)3 |
(x+y)2 | 1 | (x+y)2 |
Respuesta:
Coeficientes:{−3,1}; partes variables:{(x+y)3,(x+y)2}
En nuestro estudio del álgebra, encontraremos una amplia variedad de expresiones algebraicas. Por lo general, las expresiones utilizan las dos variables más comunes,x yy. Sin embargo, las expresiones pueden usar cualquier letra (o símbolo) para una variable, incluso letras griegas, como alfa (α) y beta (β). Algunas letras y símbolos están reservados para constantes, comoπ≈3.14159 ye≈2.71828. Dado que sólo hay un número limitado de letras, también se utilizarán subíndices,x1,x2,x3,x4,…, para indicar diferentes variables.
Ejercicio2.1.1
Enumere todos los coeficientes y partes variables de la expresión:
−5a2+ab−2b2−3.
- Responder
-
Coeficientes:{−5,−3,−2,1}; partes variables:{a2,ab,b2}
Evaluación de expresiones algebraicas
Piense en una expresión algebraica como una generalización de operaciones aritméticas particulares. Realizar estas operaciones después de sustituir valores dados por variables se denomina evaluación. En álgebra, una variable representa un valor desconocido. Sin embargo, si el problema asigna específicamente un valor a una variable, entonces puede reemplazar esa letra con el número dado y evaluar usando el orden de las operaciones.
Ejemplo2.1.3
Evaluar:
- 2x+3, dondex=−4
- 23y, dondey=9
Solución:
Para evitar errores comunes, es una buena práctica reemplazar primero todas las variables por paréntesis y luego reemplazar, o sustituir, el valor dado.
a.
b.
23y=23()=23(9)=2⋅3=6
Respuesta:
- −5
- 6
Si no se utilizan paréntesis en la parte (a) del ejemplo anterior, el resultado es bastante diferente:2x+3=2−4+4. Sin paréntesis, la primera operación es la resta, lo que lleva a un resultado incorrecto.
Ejemplo2.1.4
Evaluar:
−2x−y, dondex=−5 yy=−3.
Solución:
Después de sustituir los valores dados por las variables, simplifique usando el orden de las operaciones.
−2x−y=−2()−()Replacevariableswithparentheses.=−2(−5)−(−3)Substitutevaluesforxandy.=10+3Simplify.=13
Respuesta:
13
Ejemplo2.1.5
Evaluar:
9a2−b2, dondea=2 yb=−5.
Solución:
Respuesta:
11
Ejemplo2.1.6
Evaluar:
−x2−4x+1, dondex=−12.
Solución:
−x2−4x+1=−()2−4()+1Applytheexponentfirst.=−(−12)2−4(−12)+1(−12)2=(−12)(−12)=14=−(14)+2+1=−14+3=−14+124=114
Respuesta:
114
La respuesta al ejemplo anterior es114, que se puede escribir como un número mixto234. En álgebra, generalmente se prefieren las fracciones impropias. A menos que el problema original tenga números mixtos en él, o sea una respuesta a una aplicación del mundo real, las soluciones se expresarán como fracciones impropias reducidas.
Ejemplo2.1.7
Evaluar:
(3x−2)(x−7), dondex=23
Solución:
El orden de las operaciones nos obliga a realizar primero las operaciones dentro de los paréntesis.
(3x−2)(x−7)=(3()−2)(()−7)=(3(23)−2)((23)−7)=(2−2)(23−213)=(0)(−193)=0
Respuesta:
0
Ejemplo2.1.8
Evaluar:
b2−4ac, dondea=−1,b=−3, yc=2.
Solución:
La expresiónb2−4ac se llama discriminante; es una cantidad esencial vista más adelante en nuestro estudio del álgebra.
b2−4ac=()2−4()()Exponentsfirst,thenmultiplication=(−3)2−4(−1)(2)(−3)2=(−3)(−3)=+9=9+4(2)=9+8=17
Respuesta:
17
Ejercicio2.1.2
Evaluara3−b3, dóndea=2 yb=−3.
- Responder
-
35
Uso de fórmulas
La principal diferencia entre álgebra y aritmética es el uso organizado de variables. Esta idea lleva a fórmulas reutilizables, que son modelos matemáticos que utilizan expresiones algebraicas para describir aplicaciones comunes. Por ejemplo, el área de un rectángulo está modelada por la fórmula:
A=l⋅w
En esta ecuación se utilizan variables para describir la relación entre el área de un rectángulo y la longitud de sus lados. El área es producto del largo y ancho del rectángulo. Si la longitud de un rectángulo mide3 metros y el ancho mide2 metros, entonces el área se puede calcular usando la fórmula siguiente:
A=l⋅w=3m⋅(2m)=6 square meters(m2)
Ejemplo2.1.9
El costo de un alquiler diario de camiones es de $48.00 más un $ adicional0.45 por cada milla conducida. Este costo en dólares puede ser modelado por la fórmulacost=0.45x+48, dondex representa el número de millas recorridas en un día. Utilice esta fórmula para calcular el costo de alquilar la camioneta por un día y conducirla120 millas.
Solución:
Utilice la fórmula para encontrar el costo cuando el número de millasx=120.
cost=0.45x+48
Sustituir120 en la fórmula dada parax y luego simplificar.
cost=0.45()+48=0.45(120)+48=54+48=102
Respuesta:
El alquiler cuesta $102.
El movimiento uniforme es modelado por la fórmulaD=rt, que expresa la distanciaD en términos de la tasa promedior, o velocidad, y el tiempot recorrido a ese ritmo. Esta fórmula,D=rt, se usa a menudo y se lee “distancia es igual a tasa por tiempo”.
Ejemplo2.1.10
El viaje por carretera de Jim toma212 horas a una velocidad promedio de66 millas por hora. ¿Qué tan lejos viaja?
Solución:
Sustituir los valores apropiados en la fórmula y luego simplificar.
D=r⋅t=(66mihr)⋅(212hr)=661⋅52mi=33⋅5mi=165mi
Respuesta:
Jim recorre165 millas.
El volumen en unidades cúbicas de una caja rectangular viene dado por la fórmulaV=lwh, dondel representa la longitud,w representa el ancho yh representa la altura.
Figura2.1.1
Ejemplo2.1.11
Una caja de madera tiene1 pies de largo,5 pulgadas de ancho y6 pulgadas de alto. Encuentra el volumen de la caja en pulgadas cúbicas.
Solución:
Tenga cuidado de asegurarse de que todas las unidades sean consistentes y use12 pulgadas para la longitud en lugar de1 pie.
V=lwhV=()()()=(12in)(5in)(6in)=360cubic inches (in3)
Respuesta:
El volumen de la caja es de pulgadas360 cúbicas.
El interés simpleI viene dado por la fórmulaI=prt, dondep representa el monto principal invertido a una tasa de interés anualr port años.
Ejemplo2.1.12
Calcular el interés simple ganado por una inversión de 2 años de $1,250 a una tasa de interés anual de334%.
Solución:
Convertir334% a un número decimal antes de usarlo en la fórmula.
r=334%=3.75%=0.0375
Utilice este valor parar y el hecho de quep= $1,250 yt= 2 años para calcular el interés simple.
I=prt=(1,250)(0.0375)(2)=93.75
Respuesta:
El interés simple ganado es $93.75.
Ejercicio2.1.3
El perímetro de un rectángulo viene dado por la fórmulaP=2l+2w, dondel representa la longitud yw representa el ancho. Usa la fórmula para calcular el perímetro de un rectángulo con un largo de5 pies y un ancho de212 pies.
- Responder
-
15pies
Claves para llevar
- Piense en las expresiones algebraicas como generalizaciones de operaciones aritméticas comunes que se forman combinando números, variables y operaciones matemáticas.
- Se acostumbra omitir el coeficiente si lo es1, como enx2=1x2.
- Para evitar errores comunes a la hora de evaluar, es una buena práctica reemplazar todas las variables por paréntesis y luego sustituir los valores apropiados.
- El uso de expresiones algebraicas nos permite crear fórmulas útiles y reutilizables que modelan aplicaciones comunes.
Ejercicio2.1.4 Definitions
Enumere todos los coeficientes y partes variables de las siguientes expresiones.
- 4x−1
- –7x^{2}−2x+1
- −x^{2}+5x−3
- 3x^{2}y^{2}−\frac{2}{3}xy+7
- \frac{1}{3}y^{2}−\frac{1}{2}y+\frac{5}{7}
- −4a^{2}b+5ab^{2}−ab+1
- 2(a+b)^{3}−3(a+b)^{5}
- 5(x+2)^{2}−2(x+2)−7
- m^{2}n−mn^{2}+10mn−27
- x^{4}−2x^{3}−3x^{2}−4x−1
- Responder
-
1. Coeficientes:\{−1, 4\}; partes variables:\{x\}
3. Coeficientes:\{−3, −1, 5\}; partes variables:\{x^{2}, x\}
5. Coeficientes:\{−\frac{1}{2}, \frac{1}{3}, \frac{5}{7}\}; partes variables:\{y^{2}, y\}
7. Coeficientes:\{−3, 2\}; partes variables:\{(a+b)^{3},(a+b)^{5}\}
9. Coeficientes:\{−27, −1, 1, 10\}; partes variables:\{m^{2}n, mn^{2}, mn\}
Ejercicio\PageIndex{5} Evaluating Algebraic Expressions
Evaluar.
- x+3, dondex=−4
- 2x−3, dondex=−3
- −5x+20, dondex=4
- -5y, dondey=−1
- \frac{3}{4}a, dondea=32
- 2(a−4), dondea=−1
- −10(5−z), dondez=14
- 5y−1, dondey=−\frac{1}{5}
- −2a+1, dondea=−\frac{1}{3}
- 4x+3, dondex=\frac{3}{16}
- −x+\frac{1}{2}, dondex=−2
- \frac{2}{3}x−\frac{1}{2}, dondex=−\frac{1}{4}
- Responder
-
1. −1
3. 0
5. 24
7. 90
9. \frac{5}{3}
11. \frac{5}{2}
Ejercicio\PageIndex{6} Evaluating Algebraic Expressions
Para cada problema a continuación, evalúeb^{2}−4ac, dados los siguientes valores paraa, b, yc.
- a=1, b=2, c=3
- a=3, b=–4, c=–1
- a=–6, b=0, c=–2
- a=\frac{1}{2}, b=1, c=\frac{2}{3}
- a=−3, b=−\frac{1}{2}, c=\frac{1}{9}
- a=−\frac{1}{3}, b=−\frac{2}{3}, c=0
- Responder
-
1. -8
3. -48
5. \frac{19}{12}
Ejercicio\PageIndex{7} Evaluating Algebraic Expressions
Evaluar.
- −4xy^{2}, dondex=−3 yy=2
- \frac{5}{8}x^{2}y, dondex=−1 yy=16
- a^{2}−b^{2}, dondea=2 yb=3
- a^{2}−b^{2}, dondea=−1 yb=−2
- x^{2}−y^{2}, dondex=\frac{1}{2} yy=−\frac{1}{2}
- 3x^{2}−5x+1, dondex=−3
- y^{2}−y−6, dondey=0
- 1−y^{2}, dondey=−\frac{1}{2}
- (x+3)(x−2), dondex=−4
- (y−5)(y+6), dondey=5
- 3(α−β)+4, dondeα=−1 yβ=6
- 3α^{2}−β^{2}, dondeα=2 yβ=−3
- Evaluar4(x+h), dadox=5 yh=0.01.
- Evaluar−2(x+h)+3, dadox=3 yh=0.1.
- Evaluar2(x+h)^{2}−5(x+h)+3, dadox=2 yh=0.1.
- Evaluar3(x+h)^{2}+2(x+h)−1, dadox=1 yh=0.01.
- Responder
-
1. 48
3. −5
5. 0
7. −6
9. 6
11. −17
13. 20.04
15. 1.32
Ejercicio\PageIndex{8} Using Formulas
Convertir las siguientes temperaturas a grados Celsius dadasC=\frac{5}{9}(F−32), dondeF representa grados Fahrenheit.
- 86°F
- 95°F
- −13°F
- 14°F
- 32°F
- 0°F
- Responder
-
1. 30°C
3. −25°C
5. 0°C
Ejercicio\PageIndex{9} Using Formulas
Dada la base y altura de un triángulo, calcular el área. (A=\frac{1}{2}bh).
- b=25centímetros yh=10 centímetros
- b=40pulgadas yh=6 pulgadas
- b=\frac{1}{2}pies yh=2 pies
- b=\frac{3}{4}pulgadas yh=\frac{5}{8} pulgadas
- Responder
-
1. 125centímetros cuadrados
3. \frac{1}{2}pies cuadrados
Ejercicio\PageIndex{10} Using Formulas
- Un determinado plan de telefonía celular cobra $23.00 por mes más $0.09 por cada minuto de uso. El cargo mensual viene dado por la fórmula mensualcharge=0.09x+23, dondex representa el número de minutos de uso por mes. ¿Cuál es el cargo por un mes con5 horas de uso?
- Un servicio de taxi cobra $3.75 más $1.15 por milla dada por la fórmulacharge=1.15x+3.75, dondex representa el número de millas recorridas. ¿Cuál es el costo por un viaje17 de millas?
- Si se vende una calculadora por $14.95, entonces el ingreso en dólares,R, generado por este ítem viene dado por la fórmulaR=14.95q, dondeq representa el número de calculadoras vendidas. Utilice la fórmula para determinar los ingresos generados por este artículo si se venden35 calculadoras.
- Las suscripciones anuales a un sitio web de tutoría se pueden vender por $49.95. El ingreso en dólares,R, generado por las ventas por suscripción viene dado por la fórmulaR=49.95q, dondeq representa el número de suscripciones anuales vendidas. Utilice la fórmula para calcular los ingresos generados por la venta de250 suscripciones.
- El costo de producir bolígrafos con el logotipo de la compañía impreso en ellos consiste en una tarifa de instalación única de $175 más $0.85 por cada pluma producida. Este costo se puede calcular usando la fórmulaC=175+0.85q, dondeq representa el número de plumas producidas. Utilice la fórmula para calcular el costo de producción de2,000 bolígrafos.
- El costo de producir un sitio web de suscripción consiste en una tarifa inicial de programación y configuración de $4,500 más una tarifa mensual de alojamiento web de $29.95. El costo de crear y alojar el sitio web se puede calcular utilizando la fórmulaC=4500+29.95n, donden representa el número de meses en que se aloja el sitio web. ¿Cuánto costará configurar y alojar el sitio web durante 1 año?
- El perímetro de un rectángulo viene dado por la fórmulaP=2l+2w, dondel representa la longitud yw representa el ancho. ¿Cuál es el perímetro de un patio rectangular cercado que mide70 pies a100 pies?
- Calcular el perímetro de una imagen de810 -por- pulgadas.
- Calcular el perímetro de una habitación que mide12 pies a18 pies.
- Un monitor de computadora mide57.3 centímetros de largo y40.9 centímetros de alto. Calcular el perímetro.
- La fórmula para el área de un rectángulo en unidades cuadradas viene dada porA=l⋅w, dondel representa la longitud yw representa el ancho. Usa esta fórmula para calcular el área de un rectángulo con centímetros de largo y12 centímetros de ancho3.
- Calcula el área de una imagen de812 -por- pulgada.
- Calcular el área de una habitación que mide12 pies a18 pies.
- Un monitor de computadora mide57.3 centímetros de largo y40.9 centímetros de altura. Calcular el área total de la pantalla.
- Se vierte una losa de concreto en forma de rectángulo para un cobertizo que mide8 pies a10 pies. Determinar el área y perímetro de la losa.
- Cada lado de una cubierta cuadrada mide8 pies. Determinar el área y perímetro de la cubierta.
- El volumen de un sólido rectangular viene dado porV=lwh, dondel representa la longitud,w representa el ancho, yh es la altura del sólido. Encuentra el volumen de un sólido rectangular si la longitud es2 pulgadas, el ancho es3 pulgadas y la altura es4 pulgadas.
- Si un tronco mide3 pies a2 pies y mide2\frac{1}{2} pies de altura, entonces ¿cuál es el volumen del tronco?
- El interior de un congelador industrial mide3 pies de ancho por3 pies de profundidad y4 pies de alto. ¿Cuál es el volumen del congelador?
- Una funda para laptop mide1 pies2 pulgadas por10 pulgadas por2 pulgadas. ¿Cuál es el volumen del caso?
- Si el viaje de Fresno a Sacramento se puede hacer en automóvil en2\frac{1}{2} horas a una velocidad promedio de67 millas por hora, entonces ¿a qué distancia está Sacramento de Fresno?
- Un tren de alta velocidad promedia170 millas por hora. ¿Hasta dónde puede viajar en1\frac{1}{2} horas?
- Un jet jumbo puede hacer cruceros a una velocidad promedio de550 millas por hora. ¿Hasta dónde puede viajar en4 horas?
- Un avión de combate alcanza una velocidad máxima de1,316 millas por hora. ¿Hasta dónde viajará el jet si puede mantener esta velocidad durante15 minutos?
- El Telescopio Espacial Hubble se encuentra en órbita terrestre baja viajando a una velocidad promedio de16,950 millas por hora. ¿Qué distancia recorre en1\frac{1}{2} horas?
- La Tierra orbita al sol a una velocidad de aproximadamente66,600 millas por hora. ¿Qué tan lejos recorre la tierra alrededor del sol en 1 día?
- Calcular el interés simple ganado por una2,500 inversión de $ a3% de tasa de interés anual por 4 años.
- Calcular el interés simple ganado en una1,000 inversión de $ a5% de tasa de interés anual por 20 años.
- ¿Cuánto interés simple se gana por una3,200 inversión de $ a un2.4% de interés anual por 1 año?
- ¿Cuánto interés simple se gana en una500 inversión de $ a una tasa de interés5.9% anual durante 3 años?
- Calcular el interés simple ganado por una10,500 inversión de $ a una tasa de interés4\frac{1}{4}% anual por 4 años.
- Calcular el interés simple ganado por una6,250 inversión de $ a una tasa de interés6\frac{3}{4}% anual por 1 año.
- Responder
-
1. $50
3. $523.25
5. $1,875.00
7. 340pies
9. 60pies
11. 36centímetros cuadrados
13. 216pies cuadrados
15. Área: pies80 cuadrados; Perímetro:36 pies
17. 24pulgadas cúbicas
19. 36pies cúbicos
21. 167.5millas
23. 2,200millas
25. 25,425millas
27. $300
29. $76.80
31. $1,785
Ejercicio\PageIndex{11} Discussion Board Topics
- Investigar y discutir la historia de los símbolos para suma (+) y resta (−).
- ¿Qué son los modelos matemáticos y por qué son útiles en la vida cotidiana?
- Encuentra y publica una fórmula útil. Demostrar su uso con algunos valores.
- Discutir la historia e importancia de la variable. ¿Cómo puedes denotar una variable cuando te quedas sin letras?
- Encuentre y publique un recurso útil que describa el alfabeto griego.
- Responder
-
1. Las respuestas pueden variar
3. Las respuestas pueden variar
5. Las respuestas pueden variar