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MATEMÁTICAS 3º ESO 167
Antes de empezar
1.Función de proporcionalidad directa pág. 170
Definición
Representación gráfica
2.Función afín …………………………………… pág. 172
Definición
Representación gráfica
3.Ecuación de la recta ……………………… pág. 174
Forma punto-pendiente
Recta que pasa por dos puntos
Forma general
4.Posición relativa de dos rectas ……… pág. 178
Análisis en forma explícita
Análisis en forma general
5.Aplicaciones ..………………………… pág. 180
Problemas simples
Problemas combinados
Ejercicios para practicar
Para saber más
Resumen
Autoevaluación
Actividades para enviar al tutor
Objetivos
En esta quincena aprenderás a:
- Identificar problemas en los que intervienen magnitudes directamente proporcionales.
- Calcular la función que relaciona a esas magnitudes a partir de diferentes datos y representarla gráficamente.
- Representar estas funciones de diferentes maneras.
- Comparar funciones de este tipo.
- Aproximar números y calcular el error absoluto y relativo.
- Resolver problemas reales en los que intervienen estas funciones.
168 MATEMÁTICAS 3º ESO
170 MATEMÁTICAS 3º ESO
- Función de proporcionalidad directa
Definición
Se llama función de proporcionalidad directa o, simplemente, función lineal a cualquier función que relacione dos magnitudes directamente proporcionales (x,y). Su ecuación tiene la forma
y = mx ó f(x) = mx
El factor m es la constante de proporcionalidad y recibe el nombre de pendiente de la función porque, como veremos en la siguiente sección, indica la inclinación de la recta que la representa gráficamente.
Recuerda: dos magnitudes son directamente proporcionales si su cociente es constante.
Representación gráfica
Como has visto, las funciones lineales se representan gráficamente como líneas rectas. Además, como y=mx, si x= entonces y=0; por lo tanto la gráfica de todas las funciones lineales pasa por el punto (0,0).
Para dibujar la gráfica basta con obtener las coordenadas de otro punto, dando un valor arbitrario a la x e unir ese punto con el origen de coordenadas (0,0).
Si x=1, entonces y=m, por tanto m representa la variación de la y por cada unidad de x, es decir, la inclinación o pendiente de la recta. Si m es positiva, representa la cantidad que sube la y por cada unidad de x y si m es negativa la cantidad que baja.
MATEMÁTICAS 3º ESO 171
EJERCICIOS resueltos
1. Determina si las relaciones entre las parejas de magnitudes siguientes son lineales o no, escribiendo para ello la ecuación que las relaciona. a. Relación entre el precio inicial y el precio rebajado con un 10%. b. Relación entre el peso y el volumen de un material en condiciones constantes de presión y temperatura. c. Un banco ofrece un depósito anual al 5% con una comisión fija de 20€. Relación entre la cantidad invertida y los intereses recibidos. d. Relación entre el área de un cuadrado y la longitud de su lado.
Solución: a) Si el descuento es 10% pago el 90%: PRebajado = 0’9 · PInicial (SÍ es lineal) b) La relación entre peso (P) y volumen (V) es la densidad (d), que es constante si no cambian las condiciones de presión y temperatura: P = d·V (SÍ es lineal) c) Si C es la cantidad invertida e I son los intereses I = 0’05 · C – 20 (NO es lineal, pero casi lo es. En realidad es una función afín que veremos en el siguiente capítulo) d) A = long^2 (NO es lineal)
2. Determina las ecuaciones de las funciones lineales cuyas gráficas son:
a. Buscamos un punto de coordenadas enteras (no es estrictamente necesario pero es más cómodo si es posible). a = 2, b = 7. La pendiente es m=7/2 y la ecuación es x 2
7 y =
b. En este caso a = 5 y b = -4 (le asignamos un valor negativo porque la recta es decreciente). La pendiente es, pues, m = -4/5 y la ecuación x 5
4 y =−
MATEMÁTICAS 3º ESO 173
EJERCICIOS resueltos
3. Determina las ecuaciones de las funciones afines cuyas gráficas son:
a. Corta al eje Y en el punto (0,-2), luego n=-2. Ahora buscamos otro punto de coordenadas enteras si es posible (4,-7) y calculamos sus distancias horizontal y vertical al punto (0,-2): a = 4, b = -5 (Recuerda: negativo por ser una recta decreciente). La pendiente es m=-5/4 y la ecuación es x 2 4
5 y =− −
b. En este caso n=-7, a=3 y b=2. La pendiente es, pues, m = 2/3 y la ecuación x 7 3
2 y = −
4. Casos particulares:
a. Si la pendiente es cero, la ecuación es y = n y la función es constante.
b. Si la recta es vertical la ecuación es x = k y no es una función. Decimos que en este caso la pendiente es infinita.
174 MATEMÁTICAS 3º ESO
EJERCICIOS resueltos
5. Halla la ecuación de la recta que pasa por P (-8,-5) y de pendiente m = 2/ 6. Determina la ecuación de esta recta:
- Ecuación de la recta
Forma punto-pendiente
La ecuación y = mx + n que hemos visto se denomina forma explícita de la ecuación de la recta, y nos permite hallar dicha ecuación cuando conocemos la pendiente y la ordenada en el origen.
Cuando sólo conocemos la pendiente, m, y las coordenadas de otro de los puntos de la recta, (xo ,y (^) o ), su ecuación es
y - y (^) o = m (x - x (^) o)
Esta ecuación recibe el nombre de forma punto- pendiente de la ecuación de la recta. En la secuencia siguiente se explica cómo se obtiene.
176 MATEMÁTICAS 3º ESO
Forma general o implícita
La manera más habitual de representar rectas es la forma general o implícita :
Ax + By + C = 0
donde A, B y C son números cualesquiera (al menos A ó B deben ser diferentes de cero). Si B=0 se trata de una recta vertical de ecuación x=-C/A. Si B no es cero la pendiente es -A/B.
En las escenas se muestran representaciones de rectas en forma general y el paso de otras formas a general.
MATEMÁTICAS 3º ESO 177
EJERCICIOS resueltos
9. Determina la ecuación de la recta que pasa por el punto (1,-7) y cuya pendiente es –2/3. Después pasa a forma general.
Solución: En forma punto pendiente la ecuación es (x 1 ) 3
2 y + 7 =− −.
Quitando denominadores y paréntesis queda 3y + 21 = -2x + 2. Pasando todo al primer miembro queda 2x + 3y + 19 = 0. También sería válido el resultado con todos los signos cambiados: - 2x - 3y - 19 = 0
10. Determina la ecuación de la recta que pasa por el punto (-4,-2) y de pendiente 0. Después pasa a forma general. Solución: La ecuación en la forma punto pendiente ya es la ecuación general: y + 2 = 0 11. Determina la ecuación de la recta que pasa por los puntos P(2,-2) y Q(-8,3). Luego pasa a forma general.
Solución: En forma continua la ecuación es 8 2
x 2 3 2
y 2 − −
−
.
Quitando denominadores queda: -10y – 20 = 5x – 10. Pasando todo al primer miembro: -5x – 10y – 10 = 0. Así bastaría, pero como todos los términos son múltiplos de 5 podemos simplificar: -x – 2y – 2 = 0. También es válido cambiar todos los términos de signo: x + 2y + 2 = 0.
12. Determina la ecuación de la recta que pasa por los puntos P(5,-2) y Q(3,-2). Luego pasa a forma general. Solución: Como los puntos P y Q tienen igual ordenada, se trata de la recta horizontal y = - 2 , o en forma general: y + 2 = 0. 13. Determina la ecuación de la recta que pasa por los puntos P(6,5) y Q(6,-2). Luego pasa a forma general. Solución: Como los puntos P y Q tienen igual abscisa, se trata de la recta vertical x = 6. En forma general queda x – 6 = 0. 14. Representa gráficamente la recta cuya ecuación general es x + y – 5 = 0.
Solución: Despejamos la y para obtener la forma explícita: y = - x + 5. Por tanto, la pendiente es –1 y la ordenada en el origen es 5. Es decir, la recta pasa por el punto (0,5). Calculamos otro punto dando, por ejemplo, el valor 5 a x. Entonces y = - 5 + 5 = 0. La recta pasa también por el punto (5,0). Dibujamos los puntos y unimos con la regla:
MATEMÁTICAS 3º ESO 179
EJERCICIOS resueltos
15. Determina la posición relativa de las rectas y = - 4x + 1 , y = 4x. En caso de que sean secantes, determina las coordenadas del punto de corte. Solución: la pendiente de la primera recta es m 1 = - 4 y la de la segunda es m 2 = 4. Como las pendientes son distintas las rectas son secantes. Hallamos ahora el punto de corte resolviendo el sistema:
-4x + 1 = 4x; 1 = 8x; x=1/8; y = 4·(1/8) = 4/8 = ½; (^) ⎟⎟ ⎠
⎞ ⎜⎜ ⎝
⎛
2
1 , 8
1 P
16. Determina la posición relativa de las rectas y = - 2x + 3 , y = -2x - 2. En caso de que sean secantes, determina las coordenadas del punto de corte. Solución: La pendiente de ambas rectas es –2 y la ordenada en el origen es diferente, por tanto son dos rectas paralelas. 17. Determina la posición relativa de las rectas x – 3y – 1 = 0 , 4x + y + 1 = 0. En caso de que sean secantes, determina las coordenadas del punto de corte. Solución: Como están en forma general debemos comprobar si los coeficientes respectivos de x e y son proporcionales: A1=1, B1=-3, A2=4, B2=1, entonces A1·B2 = 1 y A2·B1 = -12. Son diferentes, por lo tanto las rectas son secantes. Vamos a hallar las coordenadas del punto de corte. Hay varias maneras de hacerlo, una de ellas es despejar y en ambas ecuaciones (pasar a forma explícita) y repetir lo hecho en el ejercicio 15 más arriba:
13
2 1 4 x; 1 x 3 12 x; 2 13 x; x 3
1 x ; y 1 4 x; 3
1 x y =− − − = + − = =− −
− =− − −
−
Ahora sustituimos el valor obtenido para x en cualquiera de las dos ecuaciones:
13
5 13
8 1 13
2 y 1 4 · ⎟⎟=− + =− ⎠
⎞ ⎜⎜ ⎝
⎛ =− − −
Por lo tanto, las coordenadas del punto de corte son P = ⎟⎟ ⎠
⎞ ⎜⎜ ⎝
⎛ − − 13
5 , 13
2
Vamos a comprobar que el resultado es correcto sustituyendo los dos valores en ambas ecuaciones y viendo que en ambos casos las igualdades se verifican:
1 1 1 0 13
13 1 13
5 13
8 1 13
5 13
2 4 ·
1 1 1 0 13
13 1 13
15 13
2 1 13
5 3 · 13
2
⎟⎟+ =− − + =− + =− +^ = ⎠
⎞ ⎜⎜ ⎝
⎛ ⎟⎟+ − ⎠
⎞ ⎜⎜ ⎝
⎛ −
⎟⎟− =− + − = − = − = ⎠
⎞ ⎜⎜ ⎝
⎛ − − −
18. Determina la posición relativa de las rectas 2x – 5y – 1 = 0 , - 4x + 10y + 1 = 0. En caso de que sean secantes, determina las coordenadas del punto de corte. Solución: Como están en forma general debemos comprobar si los coeficientes respectivos de x e y son proporcionales: A1=2, B1=-5, A2=-4, B2=10, entonces A1·B2 = 20 y A2·B1 = 20. Son iguales, por lo tanto las rectas son paralelas.
180 MATEMÁTICAS 3º ESO
- Aplicaciones
Problemas simples
Las funciones lineales describen fenómenos en los que intervienen magnitudes directamente proporcionales. La representación gráfica será una recta cuya pendiente nos informa de la rapidez de la variación de una magnitud con respecto a la otra y la ordenada en el origen nos informa sobre las condiciones iniciales.
En las imágenes de la derecha tienes un par de ejemplos de cómo obtener la ecuación (de una función lineal o afín) a partir de dos puntos conocidos o a partir de un punto y la pendiente y, a partir de ellas, hacer predicciones y cálculos de situaciones desconocidas.
En la descripción de fenómenos reales es frecuente que las magnitudes que se relacionan vengan dadas por números de tamaños muy diferentes, por lo que al representarlas gráficamente habrá que escoger unas escalas adecuadas en los ejes correspondientes.
Problemas combinados
Donde realmente resulta interesante la aplicación de funciones lineales es en el estudio de varias funciones de manera simultánea de forma que podamos compararlas con facilidad.
Debajo tienes un ejemplo ilustrativo:
182 MATEMÁTICAS 3º ESO
Para practicar
1. Representa gráficamente las rectas de ecuaciones y=2x/5 y 5x+y+5 =0. 2. Halla la ecuación de la recta de la imagen: 3. Calcula la forma general de la ecuación de la recta que pasa por el punto P (3,-2) y cuya pendiente es m=-2. 4. Calcula la forma general de la ecuación de la recta que pasa por los puntos P (3,-2) y Q (-2,-1). 5. Determina la pendiente y la ordenada en el origen de la recta de ecuación 3x+2y-2=. 6. Determina la posición relativa de las rectas y=3x-2 e y=-2x-2. Si se cortan halla también las coordenadas del punto de corte. 7. Averigua si los puntos A(-2,-4), B(0,-2) y C(3,1) están alineados. 8. Halla la ecuación de la recta paralela a y=3x-4 que pasa por el punto (-3,-10) 9. Dos agricultores de zonas diferentes cultivan maíz con los rendimientos y costes que se indican debajo. Averigua cuántas ha debe tener cada uno para empezar a tener beneficios y quién tiene más beneficio en función del número de ha cultivadas. 10. La arena contenida en un reloj de arena ocupa un volumen de 563 cm^3 y el fabricante indica que la velocidad de caída de la arena es de 7 cm^3 /s. Averigua cuánto tarda en haber la misma cantidad de arena en las dos partes del reloj. 11. Halla la ecuación de la función que describe la siguiente frase: “Un móvil está a 3 km de mi y se acerca a 2 km/h”. 12. Halla la ecuación de la función que describe la siguiente frase: “Un móvil está a mi lado durante 1 hora y luego se aleja a 2 km/h”. 13. La gráfica siguiente representa la distancia a la que se encuentra una persona con respecto a mi en relación con el tiempo transcurrido. Expresa con una frase su significado.
MATEMÁTICAS 3º ESO 183
Derivadas: Comportamiento lineal de una función no lineal. La función azul de la imagen no es lineal. La roja es una función afín tangente en un punto de la primera. Cerca del punto x = 0,5 los valores de ambas funciones son muy parecidos. Lejos del punto son muy diferentes. Cuando estamos estudiando una función cerca de un punto es más fácil hacer cálculos con una función lineal o afín que se aproxime a ella. La recta tangente a una función en un punto recibe el nombre de función derivada en el punto y aprenderás a calcularla en cursos superiores.
Para saber más
Comportamiento asintótico
Algunas funciones no lineales tienen la propiedad de que cuanto más grande es el valor de x más se parecen a una función lineal o afín (es decir, una línea recta). Esto facilita el estudio de su tendencia a largo plazo. Esta recta recibe el nombre de asíntota y se dice que la función tiene un comportamiento asintótico.
REGRESIÓN LINEAL
Es una de las técnicas más usadas por la ciencia. Si se quiere estudiar la relación que existe entre dos magnitudes se hacen muchas observaciones asignando una pareja de valores acada una. Se obtiene una nube de puntos que puede o no mostrar una tendencia. En el ejemplo parece existir un cierto comportamiento lineal.
MATEMÁTICAS 3º ESO 185
Autoevaluación
1. Escribe la pendiente y la ordenada en el origen de la recta de la imagen. 2. Calcula la ordenada en el origen de la recta que pasa por el punto (-4,-1) y cuya pendiente es –3. 3. Calcula la ordenada en el origen de la recta de ecuación –3x – 3y + 2 = 0 4. Calcula la pendiente de la misma recta de antes. 5. Calcula la pendiente de la recta que pasa por los puntos P(-5,-4) y Q(-4,-2). 6. Determina la posición relativa de las rectas de ecuaciones y = -3x – 5 e y = 2x – 2. 7. Determina la posición relativa de las rectas de ecuaciones 4x – 3y + 5 = 0 -8x + 6y + 1 = 0. 8. Halla las coordenadas del punto de corte de las rectas de ecuaciones y = -x + 5 e y = 2x – 7. 9. Averigua si los puntos A(-3,-1), B(0,-1) y C(6,-4) están alineados. 10. Halla la ecuación de la recta paralela a y = - x + 5 que pasa por el punto (4,-2).
186 MATEMÁTICAS 3º ESO
2. 2 5
13 y = x −
3. 2x+y-4= 4. x+5y+7= 5. m=-3/2, n= 6. Son secantes y se cortan en el punto (0,-2) 7. Sí están alineados. (Halla la ecuación de la recta que pasa por A y por B y comprueba que también pasa por C). 8. y=3x- 9. El primero obtiene beneficios a partir de 4,43 ha. El segundo a partir de 3,58 ha. El primero gana más que el segundo a partir de 5,13 ha. 10. 40,2 segundos. 11. y=2x+
⎩
⎨
⎧ − ≥
<
2 2 1
0 1 x si x
six y
13. Está a tres km de mi y se aleja a 1 km/h.
Soluciones de los ejercicios para practicar
No olvides enviar las actividades al tutor f
Soluciones AUTOEVALUACIÓN
1. m=-3, n=- 2. n=- 3. n=2/3≈0, 4. m=- 5. m= 6. Son secantes porque sus pendientes son diferentes. 7. Son paralelas porque A1·B2 = A2·B 8. x=4, y= 9. No están alineados. 10. y = -x + 2
