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8.5: Resolviendo sistemas no lineales

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( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)

Objetivos de aprendizaje

  • Identificar sistemas no lineales.
  • Resolver sistemas no lineales utilizando el método de sustitución.

Sistemas no lineales

Un sistema de ecuaciones donde al menos una ecuación no es lineal se denomina sistema no lineal 32. En esta sección utilizaremos el método de sustitución para resolver sistemas no lineales. Recordemos que las soluciones a un sistema con dos variables son pares ordenados(x,y) que satisfacen ambas ecuaciones.

Ejemplo8.5.1:

Resolver:{x+2y=0x2+y2=5.

Solución

En este caso comenzamos resolviendo para x en la primera ecuación.

{x+2y=0x2+y2=5x=2y

Sustituirx=2y en la segunda ecuación y luego resolver paray.

(2y)2+y2=54y2+y2=55y2=5y2=1y=±1

Aquí hay dos respuestas paray;x=2y utilízalo para encontrar losx valores -correspondientes.

Usandoy=1 Usandoy=1
\ (y=-1\) ">x=2y=2(1)=2 \ (y=1\) ">x=2y=2(1)=2
Mesa8.5.1

Esto nos da dos soluciones de par ordenadas,(2,1) y(2,1).

Respuesta:

(2,1),(2,1)

En el ejemplo anterior, el sistema dado consistía en una línea y un círculo. Graficando estas ecuaciones en el mismo conjunto de ejes, podemos ver que las dos soluciones de pares ordenados corresponden a los dos puntos de intersección.

Figura8.5.1

Si se nos da un sistema que consiste en un círculo y una línea, entonces hay3 posibilidades de soluciones reales: dos soluciones como se muestra arriba, una solución o ninguna solución.

Figura8.5.2

Ejemplo8.5.2

Resolver:{x+y=3x2+y2=2.

Solución

Resuelve paray en la primera ecuación.

{x+yx2+y2

A continuación, sustituyay=3x en la segunda ecuación y luego resuelva parax.

x2+(3x)2=2x2+96x+x2=22x26x+9=22x26x+7=0

La ecuación resultante no factoriza. Además, usandoa=2,b=6, yc=7 podemos ver que el discriminante es negativo:

b24ac=(6)24(2)(7)=3656=20

Concluimos que no hay soluciones reales a esta ecuación y, por lo tanto, no hay solución para el sistema.

Respuesta:

Ø

Ejercicio8.5.1

Resolver:{xy=5x2+(y+1)2=8

Responder

(2,3)

www.youtube.com/V/ToirJW-8sna

Si se le da un círculo y una parábola, entonces hay5 posibilidades de soluciones.

Figura8.5.3
Figura8.5.4

Al usar el método de sustitución, podemos realizar el paso de sustitución usando expresiones algebraicas completas. El objetivo es producir una sola ecuación en una variable que pueda resolverse utilizando las técnicas aprendidas hasta este punto en nuestro estudio del álgebra.

Ejemplo8.5.3:

Resolver:{x2+y2=2yx2=2.

Solución

Podemos resolver parax2 en la segunda ecuación.

{x2+y2=2yx2=2y+2=x2

Sustituirx2=y+2 en la primera ecuación y luego resolver paray.

y+2+y2=2y2+y=0y(y+1)=0y=0 or y=1

Volver a sustituir enx2=y+2 para encontrar losx -valores correspondientes.

Mesa8.5.2
Usandoy=1 Usandoy=0
\ (y=-1\) ">x2=y+2x2=1+2x2=1x=±1 \ (y=0\) ">x2=y+2x2=0+2x2=2x=±2

Esto nos lleva a cuatro soluciones,(±1,1) y(±2,0).

Respuesta:

(±1,1),(±2,0)

Ejemplo8.5.4

Resolver:{(x1)22y2=4x2+y2=9

Solución

Podemos resolver paray2 en la segunda ecuación,

{(x1)22y2=4x2+y2=9y2=9x2

Sustituiry2=9x2 en la primera ecuación y luego resolver parax.

(x1)22(9x2)=4x22x+118+2x2=03x22x21=0(3x+7)(x3)=03x+7=0 or x3=0x=73x=3

Volver a sustituir eny2=9x2 para encontrar losy -valores correspondientes.

Mesa8.5.3
Usandox=73 Usandox=3
\ (x=-\ frac {7} {3}\) ">y2=9(73)2y2=91499y2=329y=±323=±423 \ (x=3\) ">y2=9(3)2y2=0y=0

Esto lleva a tres soluciones,(73,±423) y(3,0).

Respuesta:

(3,0),(73,±423)

Ejemplo8.5.5

Resolver:{x2+y2=2xy=1.

Solución

Resuelve paray en la segunda ecuación.

{x2+y2=2xy=1y=1x

Sustituiry=1x en la primera ecuación y luego resolver parax.

x2+(1x)2=2
x2+1x2=2

Esto nos deja con una ecuación racional. Toma nota de esox0 y multiplica ambos lados porx2.

x2(x2+1x2)=2x2x4+1=2x2x42x2+1=0(x21)(x21)=0

En este punto podemos ver que ambos factores son los mismos. Aplicar la propiedad cero del producto.

x21=0x2=1x=±1

Volver a sustituir eny=1x para encontrar losy -valores correspondientes.

Usandox=1 Usandox=1
\ (x=-1\) ">y=1x=11=1 \ (x=1\) ">y=1x=11=1

Esto lleva a dos soluciones.

Respuesta:

(1,1),(1,1)

Ejercicio8.5.2

Resolver:{1x+1y=41x2+1y2=40

Contestar

(12,16)(16,12)

www.youtube.com/v/n8jj_ybegkm

Claves para llevar

  • Utilice el método de sustitución para resolver sistemas no lineales.
  • Agilice el proceso de resolución mediante el uso de expresiones algebraicas completas en el paso de sustitución para obtener una sola ecuación con una variable.
  • Comprender la interpretación geométrica del sistema puede ayudar a encontrar soluciones reales.

Ejercicio8.5.3

Resolver.

  1. {x2+y2=10x+y=4
  2. {x2+y2=5xy=3
  3. {x2+y2=30x3y=0
  4. {x2+y2=102xy=0
  5. {x2+y2=182x2y=12
  6. {(x4)2+y2=254x3y=16
  7. {3x2+2y2=213xy=0
  8. {x2+5y2=36x2y=0
  9. {4x2+9y2=362x+3y=6
  10. {4x2+y2=42x+y=2
  11. {2x2+y2=1x+y=1
  12. {4x2+3y2=122xy=2
  13. {x22y2=35x3y=0
  14. {5x27y2=392x+4y=0
  15. {9x24y2=363x+2y=0
  16. {x2+y2=25x2y=12
  17. {2x2+3y=98x4y=12
  18. {2x4y2=33x12y=6
  19. {4x2+3y2=12x32=0
  20. {5x2+4y2=40y3=0
  21. La suma de los cuadrados de dos enteros positivos es10. Si el primer entero se agrega al doble del segundo entero, la suma es7. Encuentra los enteros.
  22. La diagonal de un rectángulo mide5 unidades y tiene un perímetro igual a6 unidades. Encuentra las dimensiones del rectángulo.
  23. ¿Para qué valores deb tendrá soluciones reales el siguiente sistema? {x2+y2=1y=x+b
  24. ¿Para qué valores dem será el siguiente sistema tener soluciones reales? {x2y2=1y=mx
Contestar

1. (1,3),(3,1)

3. (33,3),(33,3)

5. (3,3)

7. (1,3),(1,3)

9. (0,2),(3,0)

11. (0,1),(23,13)

13. (35,5),(35,5)

15.

17. (3+352,6+35),(3352,635)

19. (32,1),(32,1)

21. 1,3

23. b[2,2]

Ejercicio8.5.4

Resolver.

  1. {x2+y2=4yx2=2
  2. {x2+y2=4yx2=2
  3. {x2+y2=4yx2=3
  4. {x2+y2=44yx2=4
  5. {x2+3y2=9y2x=3
  6. {x2+3y2=9x+y2=4
  7. {4x23y2=12x2+y2=1
  8. {x2+y2=1x2y2=1
  9. {x2+y2=14y2x24y=0
  10. {x2+y2=42x2y2+4x=0
  11. {2(x2)2+y2=6(x3)2+y2=4
  12. {x2+y26y=04x2+5y2+20y=0
  13. {x2+4y2=254x2+y2=40
  14. {x22y2=104x2+y2=10
  15. {2x2+y2=14x2(y1)2=6
  16. {3x2(y2)2=12x2+(y2)2=1
  17. La diferencia de los cuadrados de dos enteros positivos es12. La suma del entero mayor y el cuadrado del menor es igual a8. Encuentra los enteros.
  18. La diferencia entre la longitud y la anchura de un rectángulo es4 unidades y la diagonal mide8 unidades. Encuentra las dimensiones del rectángulo. Redondear a la décima más cercana.
  19. La diagonal de un rectángulo midep unidades y tiene un perímetro igual a2q unidades. Encuentra las dimensiones del rectángulo en términos dep yq.
  20. El área de un rectángulo es unidadesp cuadradas y su perímetro es2q unidades. Encuentra las dimensiones del rectángulo en términos dep yq.
Contestar

1. (0,2)

3.

5. (3,0),(0,3),(0,3)

7.

9. (0,1),(255,15),(255,15)

11. (3,2),(3,2)

13. (3,2),(3,2),(3,2),(3,2)

15. (7,0),(7,0),(553,43),(553,43)

17. 2,4

19. q+2p2q22unidades porq2p2q22 unidades

Ejercicio8.5.5

Resolver.

  1. {x2+y2=26xy=5
  2. {x2+y2=10xy=3
  3. {2x23y2=5xy=1
  4. {3x24y2=11xy=1
  5. {x2+y2=2xy2=0
  6. {x2+y2=12xy1=0
  7. {4xy2=0xy=2
  8. {3yx2=0xy9=0
  9. {2yx2=0xy1=0
  10. {xy2=0xy=3
  11. La diagonal de un rectángulo mide210 unidades. Si el área del rectángulo es unidades12 cuadradas, encuentra sus dimensiones.
  12. El área de un rectángulo es de metros48 cuadrados y el perímetro mide32 metros. Encuentra las dimensiones del rectángulo.
  13. El producto de dos enteros positivos es72 y su suma es18. Encuentra los enteros.
  14. La suma de los cuadrados de dos enteros positivos es52 y su producto es24. Encuentra los enteros.
Contestar

1. (5,1),(5,1),(1,5),(1,5)

3. (3,33),(3,33)

5.

7. (1,2)

9. (32,342)

11. 2unidades por6 unidades

13. 6,12

Ejercicio8.5.6

Resolver.

  1. {1x+1y=41x1y=2
  2. {2x1y=51x+1y=2
  3. {1x+2y=13x1y=2
  4. \left\{\begin{array}{l}{\frac{1}{x}+\frac{1}{y}=6} \\ {\frac{1}{x^{2}}+\frac{1}{y^{2}}=20}\end{array}\right.
  5. \left\{\begin{array}{l}{\frac{1}{x}+\frac{1}{y}=2} \\ {\frac{1}{x^{2}}+\frac{1}{y^{2}}=34}\end{array}\right.
  6. \left\{\begin{array}{l}{x y-16=0} \\ {2 x^{2}-y=0}\end{array}\right.
  7. \left\{\begin{array}{l}{x+y^{2}=4} \\ {y=\sqrt{x}}\end{array}\right.
  8. \left\{\begin{array}{c}{y^{2}-(x-1)^{2}=1} \\ {y=\sqrt{x}}\end{array}\right.
  9. \left\{\begin{array}{l}{y=2^{x}} \\ {y=2^{2 x}-56}\end{array}\right.
  10. \left\{\begin{array}{l}{y=3^{2 x}-72} \\ {y-3^{x}=0}\end{array}\right.
  11. \left\{\begin{array}{l}{y=e^{4 x}} \\ {y=e^{2 x}+6}\end{array}\right.
  12. \left\{\begin{array}{l}{y-e^{2 x}=0} \\ {y-e^{x}=0}\end{array}\right.
Contestar

1. \left(\frac{1}{3}, 1\right)

3. \left(\frac{7}{5}, 7\right)

5. \left(-\frac{1}{3}, \frac{1}{5}\right),\left(\frac{1}{5},-\frac{1}{3}\right)

7. (2, \sqrt{2})

9. (3,8)

11. \left(\frac{\ln 3}{2}, 9\right)

Ejercicio\PageIndex{7}

  1. ¿Cuántas soluciones reales se pueden obtener de un sistema que consiste en un círculo y una hipérbola? Explique.
  2. Haga su propio sistema no lineal, resuelva y proporcione la respuesta. Además, proporcionar una gráfica y discutir la interpretación geométrica de las soluciones.
Contestar

1. La respuesta puede variar

Notas al pie

32 Un sistema de ecuaciones donde al menos una ecuación no es lineal.


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