Habiendo estudiado las operaciones entre polinomios, particularmente la división de polinomios, podemos ampliar las operaciones entre fracciones como una herramienta para simplificar las operaciones entre polinomios antes de efectuarlas.
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Definimos una expresión racional como el cociente entre dos polinomios. Formalmente, si y son dos polinomios con , entonces el siguiente cociente será una expresión racional:
Diremos que es el numerador (o dividendo) de la expresión y es el denominador (o divisor) de la expresión. En este caso, al ser, y polinomios, este tipo de expresiones racionales serán expresiones algebraicas racionales.
Operaciones entre Expresiones Racionales
Las operaciones entre expresiones racionales se efectúan de la misma forma en que se efectúan las operaciones entre fracciones, es decir, si , , y son polinomios, con y distintos de cero, definimos:
Suma de Expresiones Racionales
Resta de Expresiones Racionales
Multiplicación de Expresiones Racionales
División de Expresiones Racionales
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El objetivo de plantear expresiones racionales es el de simplificar expresiones que a primera vista parezcan complicadas o engorrosas para trabajar. Veamos en los siguientes ejemplos como efectuar operaciones entre expresiones racionales y de ser posible, su simplificación.
Ejemplos
Ejemplo 1
Efectúe la suma de las expresiones racionales y , y de ser posible, simplifique el resultado.
Notemos que en el numerador se efectuó la propiedad distributiva en ambos sumandos para poder sumar los elementos comunes, sin embargo, en el denominador no hizo falta aplicar la propiedad distributiva, pues ya la expresión estaba factorizada.
Ejemplo 2
Efectúe la resta de las expresiones racionales menos , y de ser posible, simplifique el resultado.
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Ejemplo 3
Efectúe el producto de las expresiones racionales y , y de ser posible, simplifique el resultado.
Se ha levantado revuelo en Twitter por un tweet de una persona que no entiende cómo ha sido el procedimiento que ha llevado a cabo su hija para efectuar la operación 630÷24. A mi parecer, ambos procedimientos son iguales, salvo que en el primero se han hecho algunas cuentas mentales y en el segundo ha sido más detallado.
Considerando que en muchas de las respuestas indican que no saben efectuar esa división y aunque no veo ningún problema con eso, para los curiosos, comparto con detalle cual fue el procedimiento que ha usado la hija y veremos que ambos procedimientos expuestos son el mismo.
Mi hija divide restando. O sea, no divide. Resta. ¿Cómo dividen ustedes? 1 yo. 2.mi hija. pic.twitter.com/TuhjJQZWMv
Para empezar, debemos notar que la división 630÷24 se conoce como una división entre dos cifras, esto se debe a que el número 24 cuenta con dos cifras. Antes de empezar con el procedimiento para efectuar esta división, veamos con algunos ejemplos como dividir por un número de una cifra.
Ejemplos
Ejemplo 1
Si dividimos entre , entonces buscamos un número entero tal que al multiplicarlo por el resultado sea exactamente igual a , pero si no existe este número, buscamos un resultado que esté lo más cercano posible pero menor que .
Particularmente el número que estamos buscando es pues y de acuerdo con el algoritmo de la división, el resto es igual a , esto lo expresamos de la siguiente forma:
Como el resto es menor que el divisor , ha concluido el procedimiento y decimos que . En este caso el resto es distinto de cero, por lo tanto, decimos que la división no es exacta.
Ejemplo 2
Si dividimos entre , pudiéramos buscar un número entero tal que al multiplicarlo por el resultado sea exactamente igual a , pero si no existe este número, buscamos un resultado que esté lo más cercano posible pero menor que .
Sin embargo, al ser un número de tres cifras, podemos facilitar las cuentas (aunque alargando el procedimiento) considerando sólo las primeras dos cifras de .
Entonces, buscamos un número entero tal que al multiplicarlo por el resultado sea exactamente igual a , pero si no existe este número, buscamos un resultado que esté lo más cercano posible pero menor que .
Particularmente el número que estamos buscando es pues y de acuerdo con el algoritmo de la división, el resto es igual a , esto lo expresamos de la siguiente forma:
Una vez que hemos dado este primer paso, bajamos el número y lo escribimos del lado derecho del .
Como es mayor que , entonces buscamos un número entero tal que al multiplicarlo por el resultado sea exactamente igual a , pero si no existe este número, buscamos un resultado que esté lo más cercano posible pero menor que .
Particularmente el número que estamos buscando es pues y de acuerdo con el algoritmo de la división, el resto es igual a , esto lo expresamos de la siguiente forma:
Como el resto es menor que el divisor , ha concluido el procedimiento y decimos que . En este caso el resto es distinto de cero, por lo tanto, decimos que la división no es exacta.
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Visto un ejemplo de una cifra y teniendo clara la idea de como efectuar una división, veamos qué es lo que ocurre al efectuar la división 630÷24:
630÷24
Si dividimos entre , debemos considerar que el número tiene dos cifras. Pudiéramos buscar un número entero tal que al multiplicarlo por el resultado sea exactamente igual a , pero si no existe este número, buscamos un resultado que esté lo más cercano posible pero menor que .
Sin embargo, al ser un número de tres cifras, podemos facilitar las cuentas (aunque alargando el procedimiento) considerando sólo las primeras dos cifras de .
Entonces, buscamos un número entero tal que al multiplicarlo por el resultado sea exactamente igual a , pero si no existe este número, buscamos un resultado que esté lo más cercano posible pero menor que .
Particularmente el número que estamos buscando es pues y de acuerdo con el algoritmo de la división, el resto es igual a , esto lo expresamos de la siguiente forma:
Una vez que hemos dado este primer paso, bajamos el número y lo escribimos del lado derecho del .
Como es mayor que , buscamos un número entero tal que al multiplicarlo por el resultado sea exactamente igual a , pero si no existe este número, buscamos un resultado que esté lo más cercano posible pero menor que .
Notemos que es un número de tres cifras, pero si consideramos sólo las primeras dos cifras, no podemos continuar con el procedimiento pues es menor que .
Particularmente el número que estamos buscando es pues y de acuerdo con el algoritmo de la división, el resto es igual a , esto lo expresamos de la siguiente forma:
Como el resto es menor que el divisor , ha concluido el procedimiento y decimos que . En este caso el resto es distinto de cero, por lo tanto, decimos que la división no es exacta.
Al efectuar el producto entre números reales, debemos ser estar muy atentos al signo de los factores involucrados para llegar a la conclusión correcta. Es por esto que enunciaremos los cuatro casos que se pueden presentar al efectuar el producto de de dos factores.
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Consideremos dos números reales y ; y para ser enfáticos, los denotaremos con y . En contraparte, consideremos sus opuestos aditivos denotados con y , entonces tenemos que:
De esta forma, podemos establecer una regla informal conocida como la Ley de Los Signos sobre el producto de números enteros de la siguiente forma:
Más por más, más. Más por menos, menos. Menos por más, menos. Menos por menos, más.
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Ejemplo
Ejemplo 1
Para efectuar el producto , el signo de ambos factores es positivo, así que los multiplicamos y el resultado tendrá signo positivo.
Ejemplo 2
Para efectuar el producto , el signo de ambos factores es positivo, así que los multiplicamos y el resultado tendrá signo positivo.
Ejemplo 3
Para efectuar el producto , el signo de ambos factores distinto, así que los multiplicamos y el resultado tendrá signo negativo.
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Ejemplo 4
Para efectuar el producto , el signo de ambos factores distinto, así que los multiplicamos y el resultado tendrá signo negativo.
Ejemplo 5
Para efectuar el producto , el signo de ambos factores distinto, así que los multiplicamos y el resultado tendrá signo negativo.
Ejemplo 6
Para efectuar el producto , el signo de ambos factores distinto, así que los multiplicamos y el resultado tendrá signo negativo.
Ejemplo 7
Para efectuar el producto , el signo de ambos factores es negativo, así que los multiplicamos y el resultado tendrá signo positivo.
Ejemplo 8
Para efectuar el producto , donde es una variable real. Notemos que si bien no sabemos si la variable es positiva o negativa, el signo de ambos factores es negativo, así que los multiplicamos y el resultado tendrá signo positivo.
La trigonometría es la rama de las matemáticas que estudia las relaciones que existen entre los lados y los ángulos de un triángulo. Los resultados que se generan a partir de estas se pueden generalizar para estudiar otro tipo de figuras geométricas y sus aplicaciones en la vida real tienen un amplio espectro, principalmente en la construcción, el arte y el diseño.
Antes de estudiar las relaciones que se pueden establecer en la trigonometría, es necesario definir algunas figuras geométricas y elementos para formalizar estas relaciones con mayor precisión.
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Circunferencias
Fijando un punto en el plano que llamaremos centro y una distancia que llamaremos radio, definimos una circunferencia como el conjunto de todos los puntos que están a la misma distancia del centro
Al estudiar las circunferencias podemos definir elementos que la componen para posteriormente, estudiar las relaciones entre estos elementos.
El arco de la circunferencia, son todos los puntos de la circunferencia, usualmente se denota con la letra .
Una cuerda es un segmento de recta cuyos extremos forman parte de la circunferencia.
El diámetro es la medida del segmento más grande formado por dos puntos de la circunferencia, usualmente se denota con la letra .
El radio es la medida que hay desde el centro hasta el arco de la circunferencia, usualmente se denota con la letra .
La relación más importante que podemos encontrar entre los elementos de una circunferencia es entre la medida o longitud del arco de la circunferencia (C) y el diámetro (d), pues sea cual sea la circunferencia la proporción entre estos dos elementos siempre es la misma. Entonces, el cociente de entre se denota con un número especial llamado pi de la siguiente forma
Debemos notar además, que el diámetro de una circunferencia es el doble del radio, entonces, podemos establecer una relación entre la longitud de arco de la circunferencia y el radio, sustituyendo y despejando de la ecuación planteada al definir a para obtener que
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Ángulos
Si consideramos dos segmentos de recta con un extremo común, decimos que estos forman un ángulo y al punto en común de estos segmentos lo llamamos vértice del ángulo; es posible medir la amplitud del ángulo que estos forman recurriendo a algunas figuras geométricas.
Grados
Podemos usar las circunferencias para medir ángulos y es que si seccionamos una circunferencia en partes, podemos corresponder cada ángulo con cada una de estas secciones para poder definir un patrón de medida que llamaremos grados.
Veamos la ilustración de algunos ángulos para entender esta idea con mayor claridad.
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Ejemplos
Ejemplo 1
Un ángulo con una amplitud de 45 grados, que se denota como , estará ilustrado de la siguiente forma:
Ejemplo 2
Un ángulo con una amplitud de 109 grados, que se denota como , estará ilustrado de la siguiente forma:
Ejemplo 3
Un ángulo con una amplitud de 26 grados, que se denota como , estará ilustrado de la siguiente forma:
Ejemplo 4
Un ángulo con una amplitud de 285 grados, que se denota como , estará ilustrado de la siguiente forma:
En este último caso, notemos que hemos considerado exactamente el espacio entre ellos dos, si no que más bien hemos fijado uno de los segmentos y hemos medido la amplitud del ángulo en sentido anti horario, pues este será el estándar para la medición de ángulos.
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Radianes
Habiendo establecido una relación entre una circunferencia y los ángulos, consideremos de forma particular una circunferencia de radio , entonces podemos expresar la longitud de arco de esta circunferencia de la forma
Un ángulo de 180 grados, puede presentarse como un segmento de circunferencia tomado de una mitad de dicha circunferencia, ilustrado de la siguiente forma:
Si llamamos a la longitud de este segmento de circunferencia, podemos calcular su medida tomando en cuenta que si el segmento representa la mitad de la circunferencia y que la longitud de arco de la circunferencia es , entonces basta con dividir por dos en ambos lados de la igualdad para obtener que
Por otra parte, un ángulo de 90 grados, puede presentarse como un segmento de circunferencia tomado de un cuarto de dicha circunferencia, ilustrado de la siguiente forma:
Si llamamos a la longitud de este segmento de circunferencia, podemos calcular su medida tomando en cuenta que si el segmento representa la mitad de la circunferencia y que la longitud de arco de la circunferencia es , entonces basta con dividir por cuatro en ambos lados de la igualdad para obtener que
Más aún, un ángulo de 45 grados, puede presentarse como un segmento de circunferencia tomado de un octavo de dicha circunferencia, ilustrado de la siguiente forma:
Si llamamos a la longitud de este segmento de circunferencia, podemos calcular su medida tomando en cuenta que si el segmento representa la mitad de la circunferencia y que la longitud de arco de la circunferencia es , entonces basta con dividir por ocho en ambos lados de la igualdad para obtener que
Entonces, podemos establecer una relación entre estos ángulos y el número , de forma que está correspondido con , está correspondido con y está correspondido con e incluso, un ángulo de está correspondido con . Así que vale la pena preguntarse, ¿será posible corresponder cualquier ángulo con una proporción de ?
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La respuesta es sí, pues dado un ángulo , partimos de la siguientes correspondencias: si está correspondido con y estará correspondido con un valor . Esto quiere decir que sus proporciones son las mismas, es decir,
Y a partir de esta ecuación, podemos despejar la incógnita para obtener que
Al valor de correspondido con el ángulo se conoce como radián y de esta forma, definimos un nuevo patrón de medida para ángulos en función de que llamaremos radianes y que podemos corresponder con cada medida en grados. En la siguiente tabla, definimos los ángulos más comunes.
Equivalencia de ángulos desde 15 grados hasta 180 grados.
Equivalencia de ángulos desde 195 grados hasta 360 grados.
Veamos la ilustración de algunos ángulos para entender esta idea con mayor claridad.
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Ejemplos
Ejemplo 5
Un ángulo con una amplitud de radianes es equivalente a , estará ilustrado de la siguiente forma:
Ejemplo 6
Un ángulo con una amplitud de radianes es equivalente a , estará ilustrado de la siguiente forma:
Ejemplo 7
Un ángulo con una amplitud de radianes es equivalente a , estará ilustrado de la siguiente forma:
Ejemplo 8
Un ángulo con una amplitud de radianes es equivalente a , estará ilustrado de la siguiente forma:
¡Cuenta rápido! ¿Cuántos ceros hay en el siguiente número entero?
¡Cuenta más rápido! ¿Cuántos ceros hay en el siguiente número decimal?
¿Cuánto demoraste en contar todos estos ceros? Yo ni los conté. Es claro que los números que hemos expuesto son demasiado largos como para determinar a simple vista que tan grandes o que tan pequeños son. Es por esto que debemos definir una nueva forma de reescribir este tipo de números de forma que sea más fácil identificarlos.
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Abreviar números usando múltiplos de 10
Una forma de abreviar este tipo de números consiste en notar que todo número se puede descomponer en unidades, decenas, centenas, unidades de mil, etc; usaremos este hecho para corresponder cada componente con un múltiplo de 10. Ilustremos esta idea considerando directamente los múltiplos de .
Intuitivamente, lo que está ocurriendo es que al considerar un número, al multiplicar por , estamos moviendo la coma que separa la parte decimal hacia la derecha. Por ejemplo, si consideramos el número , notamos que hay tres ceros después de la cadena de dígitos , entonces podemos abreviar los ceros de este número reescribiéndolo como
De igual forma, podemos notar que la parte decimal de todo número también se puede descomponer en unidades, decenas, centenas, unidades de mil, etc; usaremos este hecho para corresponder cada componente con un múltiplo inverso de 10. Ilustremos esta idea considerando directamente los múltiplos inversos de .
Intuitivamente, lo que está ocurriendo es que al considerar un número, al multiplicar por , estamos moviendo la coma que separa la parte decimal hacia la izquierda. Por ejemplo, si consideramos el número , notamos que hay cinco ceros entre la coma y , entonces podemos abreviar los ceros de este número reescribiéndolo como
La Notación Científica
Partiendo de estos principios, definimos la notación científica como una forma de reescribir cualquier número multiplicándolo por múltiplos o múltiplos inversos de 10 para dejar sólo un dígito para su parte entera.
Para ilustrar esta idea, consideremos en los siguientes ejemplos algunos números y veamos la técnica para reescribirlos en notación científica.
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Ejemplos
Ejemplo 1
Reescriba el número en notación científica indicando el procedimiento paso a paso. Considerando que la parte decimal de todo número entero es igual a cero, podemos escribir este número como , entonces
Movemos la coma en un espacio hacia la izquierda, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Movemos la coma en un espacio hacia la izquierda, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Finalmente movemos la coma en un espacio hacia la izquierda, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener el número 4084 expresado en notación científica de la siguiente forma:
Notemos que al multiplicar obtenemos el número original, .
Ejemplo 2
Reescriba el número en notación científica indicando el procedimiento paso a paso. Considerando que la parte decimal de todo número entero es igual a cero, podemos escribir este número como .
Movemos la coma en un espacio hacia la izquierda, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Movemos la coma en un espacio hacia la izquierda, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Movemos la coma en un espacio hacia la izquierda, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Finalmente movemos la coma en un espacio hacia la izquierda, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener el número 83295 expresado en notación científica de la siguiente forma:
Notemos que al multiplicar , obtenemos el número original, .
Ejemplo 3
Reescriba el número en notación científica indicando el procedimiento paso a paso. Considerando que la parte decimal de todo número entero es igual a cero, podemos escribir este número como , entonces
Movemos la coma en un espacio hacia la izquierda, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Movemos la coma en un espacio hacia la izquierda, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Movemos la coma en un espacio hacia la izquierda, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Movemos la coma en un espacio hacia la izquierda, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Movemos la coma en un espacio hacia la izquierda, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Finalmente, movemos la coma en un espacio hacia la izquierda, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener el número 1334621 expresado en notación científica de la siguiente forma:
Notemos que al multiplicar obtenemos el número original, .
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Ejemplo 4
Reescriba el número en notación científica indicando el procedimiento paso a paso.
Movemos la coma en un espacio hacia la derecha, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Movemos la coma en un espacio hacia la derecha, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Finalmente, movemos la coma en un espacio hacia la derecha, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Notemos que al multiplicar obtenemos el número original, .
Ejemplo 5
Reescriba el número en notación científica indicando el procedimiento paso a paso.
Movemos la coma en un espacio hacia la derecha, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Movemos la coma en un espacio hacia la derecha, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Movemos la coma en un espacio hacia la derecha, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Finalmente, movemos la coma en un espacio hacia la derecha, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Notemos que al multiplicar obtenemos el número original, .
Ejemplo 6
Reescriba el número en notación científica indicando el procedimiento paso a paso.
Movemos la coma en un espacio hacia la derecha, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Movemos la coma en un espacio hacia la derecha, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Movemos la coma en un espacio hacia la derecha, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Movemos la coma en un espacio hacia la derecha, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Movemos la coma en un espacio hacia la derecha, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Movemos la coma en un espacio hacia la derecha, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Finalmente, movemos la coma en un espacio hacia la derecha, pero para compensar esto, multiplicamos el número resultante por y así obtener,
Notemos que al multiplicar obtenemos el número original, .
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Los números que hemos considerado en los ejemplos no pudieran no necesitar se reescritos en notación científica, sin embargo, en la práctica son muy necesarios para poder agilizar la comprensión de la información. Hay ejemplos notables de la notación científica, por ejemplo,
De acuerdo con Wikipedia, una de las siete magnitudes físicas fundamentales del Sistema Internacional de Unidades es el mol y es la unidad con que se mide la cantidad de sustancia. Particularmente, la Constante de Avogadro o a veces referida como el Número de Avogadro es el número de partículas constituyentes (usualmente átomos o moléculas) que se encuentran en la cantidad de sustancia de un mol, este es aproximadamente
Un gúgol es uno de los números grandes con nombre propio, su nombre en inglés es googol y de ahí se derivó el nombre de la empresa cibernética google. Este número se escribe como un seguido de ceros, de aquí la necesidad de escribirlo con notación científica de la siguiente forma,
La Notación Científica en las Calculadoras
Debido a lo limitadas que son las pantallas de las calculadoras y también por comodidad, estas presentarán los números muy grandes o los muy pequeños usando notación científica, sin embargo, dependiendo del modelo de la calculadora puede usarse la notación e-N o E-N en vez de . Veamos algunos ejemplos para entender esto,
En una calculadora, el número 4.49496e-29 representa .
En una calculadora, el número 8.112E-7 representa .
En una calculadora, el número 3.87e23 representa .
En una calculadora, el número 9.6301E200 representa .