2.8: Desigualdades lineales (una variable)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
Objetivos de aprendizaje
- Identificar desigualdades lineales y verificar soluciones.
- Resolver desigualdades lineales y expresar las soluciones gráficamente en una recta numérica y en notación de intervalos.
- Resolver desigualdades lineales compuestas y expresar las soluciones gráficamente en una recta numérica y en notación de intervalos.
- Resolver aplicaciones que involucran desigualdades lineales e interpretar los resultados.
Definición de una Desigualdad Lineal
Una desigualdad lineal es una declaración matemática que relaciona una expresión lineal como menor o mayor que otra. A continuación se presentan algunos ejemplos de desigualdades lineales, todas las cuales se resuelven en esta sección:
3x+7<16−2x+1≥21−7(2x+1)<1
Una solución a una desigualdad lineal es un número real que producirá una declaración verdadera cuando se sustituya por la variable. Las desigualdades lineales tienen infinitamente muchas soluciones o ninguna solución. Si hay infinitamente muchas soluciones, grafique el conjunto de soluciones en una línea numérica y/o exprese la solución usando la notación de intervalos.
Ejemplo2.8.1
¿Sonx=−2 yx=4 soluciones para3x+7<16?
Solución:
Sustituir los valores porx, simplificar y verificar para ver si obtenemos una declaración verdadera.
Checkx=−2_Checkx=4_3(−2)+7<16−6+7<161<16✓3(4)+7<1612+7<1619<16x
Respuesta:
x=−2es una solución y nox=4 lo es.
Álgebra de Desigualdades Lineales
Todas menos una de las técnicas aprendidas para resolver ecuaciones lineales se aplican a la resolución de desigualdades lineales. Puedes sumar o restar cualquier número real a ambos lados de una desigualdad, y puedes multiplicar o dividir ambos lados por cualquier número real positivo para crear desigualdades equivalentes. Por ejemplo,
-5\ color {cerúleo} {-7} &\ color {cerúleo} {Restar\ :7\ :de\ :ambos\ :lados.}\\ 3&>-12\ quad\ color {cerúleo} {\ marca de verificación} &\ color {cerúleo} {Verdadero}\\ 10&>-5\\\ frac {10} {\ color {cerúleo} {5}} >\ frac {-5} {\ color {cerúleo} {5}} &\ color {cerúleo} {Divide\ :ambos\ :lados\ :por\ :5.}\\ 2&>-1\ quad\ color { Cerúleo} {\ marca de verificación} &\ color {cerúleo} {Verdadero}\ final {alineado}\)
Tanto restar7 de cada lado como dividir cada lado por+5 resultado una desigualdad equivalente que es verdad.
Ejemplo2.8.2
Resuelve y grafica el conjunto de soluciones:
3x+7<16.
Solución:
3x+7<163x+7−7<16−73x<93x3<93x<3
Figura2.8.1
Es útil tomarse un minuto y elegir algunos valores dentro y fuera del conjunto de soluciones, sustituirlos por la desigualdad original y luego verificar los resultados. Como se indicó, se debex=0 esperar resolver la desigualdad original, pero nox=5 debe.
Checkx=0_Checkx=5_3(0)+7<167<16✓3(5)+7<1615+7<1622<16x
Comprobando de esta manera da un buen indicio de que la desigualdad se soluciona correctamente. Esto se puede hacer mentalmente.
Respuesta:
Notación de intervalos:(−∞,3)
Cuando se trabaja con desigualdades lineales, se aplica una regla diferente al multiplicar o dividir por un número negativo. Para ilustrar el problema, considere la afirmación verdadera10>−5 y divida a ambas partes por−5.
\ frac {-5} {\ color {cerúleo} {-5}} &\ color {cerúleo} {Divide\ :ambos\ :lados\ :por\ :-5.}\\ -2&\ color {rojo} {>}\ color {negro} {1}\ quad\ color {rojo} {x} &\ color {cerúleo} {Falso}\ final {alineado}\)
Dividir por−5 resultados en una declaración falsa. Para conservar una verdadera afirmación, se debe revertir la desigualdad.
10>−510−5<−5−5Reversetheinequality.−2<1✓True
El mismo problema ocurre cuando se multiplica por un número negativo. Esto lleva a la siguiente nueva regla: al multiplicar o dividir por un número negativo, revertir la desigualdad. Es fácil olvidarse de hacer esto así que tenga especial cuidado en estar atento a los coeficientes negativos.
En general, dadas las expresiones algebraicasA yB, dondec es un número real positivo distinto de cero, tenemos las siguientes propiedades de desigualdades:
Addition property of inequalities:If A<B then, A+c<B+cSubtraction property of inequalities:If A<B, then A−c<B−cMultiplication property of inequalities:If A<B, then cA<cBIf A<B, then −cA>−cBDivision property of inequalities:If A<B, then Ac<BcIf A<B, then A−c>B−c
Utilizamos estas propiedades para obtener una desigualdad equivalente, una con el mismo conjunto de soluciones, donde se aísla la variable. El proceso es similar a resolver ecuaciones lineales.
Ejemplo2.8.3
Resolver:
−2x+1≥21.
Solución:
Figura2.8.2
Respuesta:
Notación de intervalos:(−∞,−10]
Ejemplo2.8.4
Resolver:
−7(2x+1)<1.
Solución:
−7(2x+1)<1Distribute.−14x−7<1−14x−7+7<1+714x<8−14x−14>8−14Reversetheinequality.x>−8÷214÷2Reduce.x>−47
Figura2.8.3
Respuesta:
Notación de intervalos:(−47,∞)
Ejemplo2.8.5
Resolver:
5x−3(2x−1)≥2(x−3).
Solución:
Figura2.8.4
Respuesta:
Notación de intervalos:(−∞,3]
Ejercicio2.8.1
Resolver:
3−5(x−1)≤28.
- Contestar
-
[−4,∞)
Desigualdades compuestas
A continuación se presentan algunos ejemplos de desigualdades lineales compuestas:
−3<2x+5<17
−1≤12x−3<1
3x+1<10or2x−1≥11
Estas desigualdades compuestas son en realidad dos desigualdades en una sola declaración unidas por la palabra “y” o por la palabra “o”. Por ejemplo,
−3<2x+5<17
es una desigualdad compuesta porque se puede descomponer de la siguiente manera:
−3<2x+5and2x+5<17
Resuelve cada desigualdad individualmente, y la intersección de los dos conjuntos de soluciones resuelve la desigualdad compuesta original. Si bien este método funciona, hay otro método que suele requerir menos pasos. Aplicar las propiedades de esta sección a las tres partes de la desigualdad compuesta con el objetivo de aislar la variable en medio de la declaración para determinar los límites del conjunto de soluciones.
Ejemplo2.8.6
Resolver:
−3<2x+5<17.
Solución:
−3<2x+5<17−3−5<2x+5−5<17−5−8<2x<12−82<2x2<122−4<x<6
Figura2.8.5
Respuesta:
Notación de intervalos:(−4,6)
Ejemplo2.8.7
Resolver:
−1≤12x−3<1.
Solución:
−1≤12x−3<1−1+3≤12x−3+3<1+32≤12x<42⋅2≤2⋅12x<2⋅44≤x<8
Figura2.8.6
Respuesta:
Notación de intervalos:[4,8)
Es importante señalar que al multiplicar o dividir las tres partes de una desigualdad compuesta por un número negativo, se deben revertir todas las desigualdades en el enunciado. Por ejemplo,
−10<−2x<20−10−2>−2x−2>20−25>x>−10
La respuesta anterior se puede escribir en una forma equivalente, donde los números más pequeños se encuentran a la izquierda y los números más grandes se encuentran a la derecha, ya que aparecen en una recta numérica.
−10<x<5
Usando la notación de intervalos, escriba(−10,5).
Ejercicio2.8.2
Resolver:
−8≤2(−3x+5)<34.
- Contestar
-
(−4,3]
Para las desigualdades compuestas con la palabra “o” se deben trabajar ambas desigualdades por separado y luego considerar la unión de los conjuntos de soluciones. Los valores en esta unión resuelven cualquiera de las dos desigualdades.
Ejemplo2.8.8
Resolver:
3x+1<10o2x−1≥11.
Solución:
Resuelve cada desigualdad y forma la unión combinando los conjuntos de soluciones.
3x+1<102x−1≥113x+1−1<10−12x−1+1≥11+13x<9or2x≥123x3<932x2≥122x<3x≥6
Figura2.8.7
Respuesta:
Notación de intervalos:(−∞,3)∪[6,∞)
Ejercicio2.8.3
Resolver:
4x−1<−5o4x−1>5.
- Contestar
-
(−∞,−1)∪(32,∞)
Aplicaciones de Desigualdades Lineales
A continuación se resumen algunas de las palabras y frases clave que indican desigualdades:
Frases Clave | Traducción |
---|---|
Un número es al menos5. |
x≥5 |
Un número es5 o más inclusivo. | |
Un número es como mucho3. |
x≤3 |
Un número es3 o menos inclusivo. | |
Un número es estrictamente menor que4. |
x<4 |
Un número es menor que4, no inclusivo. | |
Un número es mayor que7. |
x>7 |
Un número es más que7, no inclusivo. | |
Un número está en el medio2 y10. | 2<x<10 |
Un número es al menos5 y como máximo15. |
5≤x≤15 |
Un número puede variar de5 a15. |
Al igual que con todas las aplicaciones, lee atentamente el problema varias veces y busca palabras y frases clave. Identificar las incógnitas y asignar variables. A continuación, traducir la redacción en una desigualdad matemática. Por último, usa las propiedades que has aprendido para resolver la desigualdad y expresar la solución gráficamente o en notación de intervalos.
Ejemplo2.8.9
Traducir:
Cinco menos del doble de un número es como máximo25.
Solución:
Primero, elija una variable para el número desconocido e identifique las palabras y frases clave.
twiceanumberfivelessthanisatmost⏞2n⏞−5⏞≤25
Respuesta:
2n−5≤25.
La frase clave “es como máximo” indica que la cantidad tiene un valor máximo de25 o menor.
Ejemplo2.8.10
La temperatura en el desierto puede variar de10°C a45°C en un periodo24 de una hora. Encuentra el rango equivalente en grados Fahrenheit,F, dado esoC=59(F−32).
Solución:
Establecer una desigualdad compuesta donde la temperatura en Celsius esté inclusivamente entre10°C y45°C. Después sustituir la expresión equivalente a la temperatura Celsius en la desigualdad y resolver paraF.
10°C≤temperatureinCelsius≤45°C10≤59(F−32)≤4595⋅10≤95⋅59(F−32)≤95⋅4518≤F−32≤8118+32≤F−32+32≤81+3250≤F≤113
Respuesta:
El rango equivalente de Fahrenheit es de50°F a113°F.
Ejemplo2.8.11
En los primeros cuatro eventos de un encuentro, una gimnasta anota7.5,8.2,8.5, y9.0. ¿Qué debe anotar en el quinto evento para promediar al menos8.5?
Solución:
El promedio debe ser al menos8.5; esto quiere decir que el promedio debe ser mayor o igual a8.5.
average≥57.5+8.2+8.5+9.0+x5≥8.533.2+x5≥8.55⋅33.2+x5≥5⋅8.5Multiplybothsidesby5.33.2+x≥42.533.2+x−33.2≥42.5−33.2x≥9.3
Respuesta:
Debe anotar al menos9.3 en el quinto evento.
Claves para llevar
- Las desigualdades suelen tener infinitamente muchas soluciones. Las soluciones se presentan gráficamente en una recta numérica o usando notación de intervalo o ambas.
- Todas menos una de las reglas para resolver las desigualdades lineales son las mismas que para resolver ecuaciones lineales. Si divide o multiplica una desigualdad por un número negativo, invierta la desigualdad para obtener una desigualdad equivalente.
- Las desigualdades compuestas que involucran la palabra “o” requieren que resolvamos cada desigualdad y formemos la unión de cada conjunto de soluciones. Estos son los valores que resuelven al menos una de las desigualdades dadas.
- Las desigualdades compuestas que involucran la palabra “y” requieren la intersección de los conjuntos de soluciones para cada desigualdad. Estos son los valores que resuelven ambas o todas las desigualdades dadas.
- Los lineamientos generales para resolver problemas verbales se aplican a las aplicaciones que involucran desigualdades. Tenga en cuenta una nueva lista de palabras y frases clave que indican una configuración matemática que involucra desigualdades.
Ejercicio2.8.4 Checking for Solutions
Determinar si el número dado es una solución a la desigualdad dada.
- 2x−3<6;x=−1
- −3x+1≤0;x=−2
- 5x−20>0;x=3
- 12x+1>−34;x=−14
- −5<7x+1<9;x=0
- −20≤−3x−5≤−10;x=5
- x<−3 or x>3;x=−10
- x<0 or x≥1;x=12
- 2x+1<−3 or 2x+1≥5;x=2
- 4x−1<−17 or 3x+2≥6;x=1
- Contestar
-
1. Sí
3. No
5. Sí
7. Sí
9. Sí
Ejercicio2.8.5 Solving Linear Inequalities
Resuelve y grafica el conjunto de soluciones. Además, presentar la solución establecida en notación de intervalos.
- x+5>1
- x−3<−4
- 6x≤24
- 4x>−8
- −7x≤14
- −2x+5>9
- 7x−3≤25
- 12x+7>−53
- −2x+5<−7
- −2x+4≤4
- −15x+10>20
- −8x+1≤29
- 17x−3<1
- 12x−13>23
- 53x+12≤13
- −34x−12≥52
- −15x+34<−15
- −23x+1<−3
- 2(−3x+1)<14
- −7(x−2)+1<15
- 9x−3(3x+4)>−12
- 12x−4(3x+5)≤−2
- 5−3(2x−6)≥−1
- 9x−(10x−12)<22
- 2(x−7)−3(x+3)≤−3
- 5x−3>3x+7
- 4(3x−2)≤−2(x+3)+12
- 5(x−3)≥15x−(10x+4)
- 12x+1>2(6x−3)−5
- 3(x−2)+5>2(3x+5)+2
- −4(3x−1)+2x≤2(4x−1)−3
- −2(x−2)+14x<7(2x+1)
- Contestar
-
1. x>−4;(−4,∞)
Figura2.8.8
3. x≤4;(−∞,4]
Figura2.8.9
5. x≥−2;[−2,∞)
Figura2.8.10
7. x≤4;(−∞,4]
Figura2.8.11
9. x>6;(6,∞)
Figura2.8.12
11. x<−23;(−∞,−23)
Figura2.8.13
13. x<28;(−∞,28)
Figura2.8.14
15. x≤−110;(−∞,−110]
Figura2.8.15
17. x>194;(194,∞)
Figura2.8.16
19. x>−2;(−2,∞)
Figura2.8.17
21. ∅
Figura2.8.18
23. x≤4;(−∞,4]
Figura2.8.19
25. x≥−20;[−20,∞)
Figura2.8.20
27. x≤1;(−∞,1]
Figura2.8.21
29. R
Figura2.8.22
31. x≥12;[12,∞)
Figura2.8.23
Ejercicio2.8.6 Solving Linear Inequalities
Establecer una desigualdad algebraica y luego resolverla.
- La suma de tres veces un número y4 es mayor que negativa8.
- La suma de7 y tres veces un número es menor o igual a1.
- Cuando se resta un número10, el resultado es como mucho12.
- Cuando se resta un número de5 veces6, el resultado es al menos26.
- Si se agrega cinco a tres veces un número, entonces el resultado es menor a veinte.
- Si se resta tres de dos veces un número, entonces el resultado es mayor o igual a nueve.
- Bill gana $12.00 por el día más $0.25 por cada persona que consigue registrarse para votar. ¿Cuántas personas debe registrarse para ganar al menos $50.00 por el día?
- Con una membresía de club de golf que cuesta $100 por mes, cada ronda de golf cuesta solo $25.00. ¿Cuántas rondas de golf puede jugar un miembro si desea mantener sus costos a $250 mensuales como máximo?
- Joe obtuvo puntajes de72,85, y75 en sus primeros tres exámenes de álgebra. ¿Qué debe puntuar en el cuarto examen para promediar al menos80?
- Maurice ganó4,7, y9 señala10 en los tres primeros cuestionarios. ¿Qué debe puntuar en el cuarto cuestionario para promediar al menos7?
- Una computadora está configurada para apagarse si la temperatura excede40°C. Dar una declaración equivalente usando grados Fahrenheit. (Pista:C=59(F−32).)
- Se garantiza que cierta marca de maquillaje no se ejecutará si la temperatura es inferior a35°C. Dar una declaración equivalente usando grados Fahrenheit.
- Contestar
-
1. n>−4
3. n≥−2
5. n<5
7. Bill debe registrar al menos152 personas.
9. Joe debe ganar al menos un88 en el cuarto examen.
11. La computadora se apagará cuando la temperatura supere los104 °F.
Ejercicio2.8.7 Compound Inequalities
Resuelve y grafica el conjunto de soluciones. Además, presentar la solución establecida en notación de intervalos.
- −1<x+3<5
- −10≤5x<20
- −2≤4x+6<10
- −10≤3x−1≤−4
- −15<3x−6≤6
- −22<5x+3≤3
- −1≤12x−5≤1
- 1<8x+5<5
- −15≤23x−15<45
- −12<34x−23≤12
- −3≤3(x−1)≤3
- −12<6(x−3)≤0
- 4<−2(x+3)<6
- −5≤5(−x+1)<15
- −32≤14(12x−1)+34<32
- −4≤−13(3x+12)<4
- −2≤12−2(x−3)≤20
- −5<2(x−1)−3(x+2)<5
- 3x≤−15 or 2x>6
- 4x−1<−17 or 3x+2≥8
- −2x+1<−1 or −2x+1>1
- 7x+4≤4 or 6x−5≥1
- 3x−7<14 or 2x+3>7
- −3x+1<−5 or −4x−3>−23
- 12x−2<−1 or 12x−2>1
- 13x+3≥−2 or 13x+3≤2
- 3x+7≤7 or −5x+6>6
- −10x−3≤17 or 20x−6>−26
- 2x−10<−2 or −3x+4>−5
- 5x+3<4 or 5−10x>4
- 3x<18 and 5x>−20
- x+7≤5 and x−3≥−10
- 2x−1<5 and 3x−1<10
- 5x+2<−13 and 3x+4>13
- Contestar
-
1. −4<x<2;(−4,2)
Figura2.8.24
3. −2≤x<1;[−2,1)
Figura2.8.25
5. −3<x≤4;(−3,4]
Figura2.8.26
7. 8≤x≤12;[8,12]
Figura2.8.27
9. 0≤x<32;[0,32)
Figura2.8.28
11. 0≤x≤2;[0,2]
Figura2.8.29
13. −6<x<−5;(−6,−5)
Figura2.8.30
15. −16≤x<8;[−16,8)
Figura2.8.31
17. −1≤x≤10;[−1,10]
Figura2.8.32
19. x≤−5 or x>3;(−∞,−5]∪(3,∞)
Figura2.8.33
21. x>1 or x<0;(−∞,0)∪(1,∞)
Figura2.8.34
23. R
Figura2.8.35
25. x<2 or x>6;(−∞,2)∪(6,∞)
Figura2.8.36
27. x≤0;(−∞,0]
Figura2.8.37
29. x<4;(−∞,4)
Figura2.8.38
31. −4<x<6;(−4,6)
Figura2.8.39
33. x<3;(−∞,3)
Figura2.8.40
Ejercicio2.8.8 Compound Inequalities
Establecer una desigualdad compuesta para lo siguiente y luego resolver.
- Cinco más de dos veces algún número está entre15 y25.
- Cuatro restado de tres veces algún número es entre−4 y14.
- Clint desea ganar una B, que es al menos80 pero menor que90. ¿Qué rango debe puntuar en el cuarto examen si los tres primeros fueron65,75, y90?
- Un cierto anticongelante es efectivo para un rango de temperatura de−35°C a120°C. Encuentra el rango equivalente en grados Fahrenheit.
- La temperatura promedio en Londres va desde23°C en verano hasta14°C en invierno. Encuentra el rango equivalente en grados Fahrenheit.
- Si la base de un triángulo mide5 pulgadas, entonces ¿en qué rango debe estar la altura para que el área esté entre pulgadas10 cuadradas y pulgadas20 cuadradas?
- Un rectángulo tiene una longitud de7 pulgadas. Encuentre todos los anchos posibles si el área debe ser de al menos pulgadas14 cuadradas y como máximo pulgadas28 cuadradas.
- Un rectángulo tiene un ancho de3 centímetros. Encuentra todas las longitudes posibles, si el perímetro debe ser de al menos12 centímetros y como máximo26 centímetros.
- El perímetro de un cuadrado debe estar entre40 pies y200 pies. Encuentra la longitud de todos los lados posibles que satisfagan esta condición.
- Si dos veces un ángulo es entre180 grados y270 grados, entonces ¿cuáles son los límites del ángulo original?
- Si tres veces un ángulo es entre270 grados y360 grados entonces ¿cuáles son los límites del ángulo original?
- Contestar
-
1. 5<n<20
3. Clint debe obtener una puntuación en el rango de90 a100.
5. La temperatura promedio en Londres varía de57.2°F a73.4°F.
7. El ancho debe ser de al menos2 pulgadas y como máximo4 pulgadas.
9. Los lados deben estar entre10 los pies y50 los pies.
11. El ángulo es entre90 grados y120 grados.
Ejercicio2.8.9 Discussion Board Topics
- Investigar y discutir el uso de la notación set-builder con intersecciones y uniones.
- ¿Podemos combinar “o” lógico en una sola declaración como lo hacemos para “y” lógica?
- Contestar
-
2. Las respuestas pueden variar