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4.5. Calcula la dulce región

Diccionario

Astrofísico o astrofísica

Astrofísico en el observatorio de San José.
Definición

Persona que se dedica al estudio del universo aplicando la física.

Ejemplo

El astrofísico observó el universo durante toda la noche.

Cargas de profundidad

Barco lanzando cargas de profundidad para destruir submarinos.
Definición

Arma explosiva para destruir submarinos.

Ejemplo

El barco soltó cargas de profundidad para destruir al submarino.  

Físico o física

Físico estudiando el mundo físico.
Definición

Persona que estudia las propiedades de la materia y de la energía.

Ejemplo

Marie Curie fue una física muy importante.

Premio Nobel

Medalla Premio Nobel de la Paz.
Definición

Premio que se da a personas para reconocer sus investigaciones y descubrimientos en la humanidad.

Ejemplo

María Ressa ganó el Premio Nobel de la Paz.

Topógrafo o topógrafa

Topógrafo midiendo la superficie terrestre.
Definición

Persona que realiza mediciones sobre la superficie terrestre y lo representa sobre un plano a escala.

Ejemplo

Es necesario un topógrafo para medir esta superficie.

Además de ser un gran repostero, Piñonate es un amante de la historia, y más en concreto le apasionan las guerras. No recuerda bien dónde fue, pero sabe que por algún lado leyó que durante la Segunda Guerra Mundial, un grupo conocido como el "Circo de Blackett", desarrolló un método matemático para ubicar estratégicamente las cargas de profundidad para la destrucción del mayor número posible de submarinos alemanes. Esto le llevó a pensar si de alguna forma podría aplicar estos métodos matemáticos a su negocio, para poder aumentar sus ganancias y minimizar sus costos. ¡Dicho y hecho! Así que le preguntó a su amiga Numeria sobre el tema.

La respuesta de Numeria fue inmediata: “Pues claro que conozco la resolución de problemas con sistemas de inecuaciones con dos incógnitas, y llevas toda la razón, te puede resultar muy útil en tu negocio. Pero tenemos que ir paso a paso, aunque sé que has aprendido bien las inecuaciones, necesitas dar un pasito más”.

Definición Barco lanzando cargas de profundidad para destruir submarinos.

Arma explosiva para destruir submarinos.

Ejemplo

El barco soltó cargas de profundidad para destruir al submarino.  

Lectura facilitada

A Piñonate le gusta la historia. 

A Piñonate le apasionan las guerras.

Piñonate leyó sobre la Segunda Guerra Mundial. 

Un grupo llamado el "Circo de Blackett" desarrolló un método matemático 

para la destrucción de submarinos alemanes.

Piñonate pensó aplicar estos métodos matemáticos a su negocio. 

Piñonate quiere aumentar sus ganancias y minimizar sus costos.

Piñonate preguntó a su amiga Numeria. 

Numeria conoce la resolución de problemas 

con sistemas de inecuaciones con dos incógnitas. 

Numeria enseña a Piñonate la resolución de problemas 

con sistemas de inecuaciones para que mejore su negocio. 

Kardia dice... Curiosidad matemática

La imagen muestra a Blackett El "Circo de Blackett" estaba formado por tres psicólogos, un físico, un astrofísico, cuatro matemáticos, un topógrafo y un oficial de la armada. Trabajaron desde un punto de vista matemático en la ubicación estratégica de cargas de profundidad para la destrucción de los submarinos alemanes. Blackett obtuvo, gracias a ello, el Premio Nobel en Física en 1948.

Así mismo, la British Air Ministry estableció una estación militar con el objetivo de aplicar los métodos matemáticos al uso del radar en la intercepción de aviones de combate enemigos. 

Estas investigaciones contribuyeron a ganar dos importantes batallas: la del Atlántico Norte y la de la Isla de Campaña.

Astrofísico en el observatorio de San José. Definición

Persona que se dedica al estudio del universo aplicando la física.

Ejemplo

El astrofísico observó el universo durante toda la noche.

Topógrafo midiendo la superficie terrestre. Definición

Persona que realiza mediciones sobre la superficie terrestre y lo representa sobre un plano a escala.

Ejemplo

Es necesario un topógrafo para medir esta superficie.

Físico estudiando el mundo físico. Definición

Persona que estudia las propiedades de la materia y de la energía.

Ejemplo

Marie Curie fue una física muy importante.

Medalla Premio Nobel de la Paz. Definición

Premio que se da a personas para reconocer sus investigaciones y descubrimientos en la humanidad.

Ejemplo

María Ressa ganó el Premio Nobel de la Paz.

Lectura facilitada

El "Circo de Blackett" estaba formado por once personas. 

Este equipo trabajó en la ubicación estratégica de cargas de profundidad

para la destrucción de los submarinos alemanes. 

Blackett obtuvo el Premio Nobel de Física en 1948.

La British Air Ministry estableció una estación militar. 

La estación militar tenía el objetivo de aplicar los métodos matemáticos 

para detener aviones de combate enemigos. 

Estas investigaciones contribuyeron a ganar dos importantes batallas. 

  • La batalla del Atlántico Norte.
  • La batalla de la Isla de Campaña.
Astrofísico en el observatorio de San José. Definición

Persona que se dedica al estudio del universo aplicando la física.

Ejemplo

El astrofísico observó el universo durante toda la noche.

Barco lanzando cargas de profundidad para destruir submarinos. Definición

Arma explosiva para destruir submarinos.

Ejemplo

El barco soltó cargas de profundidad para destruir al submarino.  

Físico estudiando el mundo físico. Definición

Persona que estudia las propiedades de la materia y de la energía.

Ejemplo

Marie Curie fue una física muy importante.

Medalla Premio Nobel de la Paz. Definición

Premio que se da a personas para reconocer sus investigaciones y descubrimientos en la humanidad.

Ejemplo

María Ressa ganó el Premio Nobel de la Paz.

Topógrafo midiendo la superficie terrestre. Definición

Persona que realiza mediciones sobre la superficie terrestre y lo representa sobre un plano a escala.

Ejemplo

Es necesario un topógrafo para medir esta superficie.

1. Dulce región

Numeria: Piñonate, me ha llamado mi amiga Bizcochita, para saber si le puedes hacer varios de tus riquísimos bizcochos de naranja y varias de tus exquisitas tartas de manzana.

Piñonate: ¿Cuántos quiere de cada uno?

Numeria: Dice que le da lo mismo, que lo que a ti te venga mejor.

Piñonate: Pues no sé…

Numeria: Venga te ayudo. A ver, ¿qué cantidad de azúcar y de levadura en polvo te queda en tu almacén?

Piñonate: Creo que 3000 g de azúcar y 200 g de levadura en polvo.

Numeria: Imagino que querrás ganar la mayor cantidad de dinero posible, ¿no?

Piñonate: Evidentemente.

Numeria: Dime cuánto le ganas a cada postre.

Piñonate: Al bizcocho de naranja le gano 5 euros y a la tarta de manzana le gano 6 euros. 

Numeria: Y por último, me tienes que decir las recetas, o las cantidades de azúcar y levadura en polvo que necesitas para realizar cada postre. 

Piñonate: Estas son las recetas.

Para elaborar un bizcocho de naranja para diez personas se necesita: 

La imagen muestra un bizcocho de naranja

  • 2 naranjas
  • 160 g de mantequilla
  • 150 g de azúcar
  • 1 yogur natural (125 g)
  • 6 huevos
  • 400 g de harina
  • 16 g de levadura en polvo

Mientras que para la elaboración de una tarta de manzana para diez personas, los ingredientes son:

La imagen muestra una tarta de manzana

  • 270 g de harina
  • 1 yogur natural
  • 200 g de azúcar 
  • 3 huevos
  • 8 g de levadura en polvo
  • 125 ml de aceite de oliva suave
  • 1 cucharada de esencia de vainilla
  • 4-5 manzanas golden
  • La ralladura de 1 limón

Numeria: Resumiendo la información que me has dado, por un lado, el bizcocho necesita 150 g de azúcar, mientras que la tarta necesita 200 g de azúcar, y tienes en total 3000 g de azúcar. ¿Cómo podríamos expresar eso, Piñonate?

Piñonate: ¿Con inecuaciones? 

Numeria: ¡Muy bien!

Piñonate: Pero estoy un poco liado, ¿qué pongo \( 350x\ \le\ 3000\)?

La imagen muestra un niño con las manos en la cara

Numeria: Ahora tenemos dos incógnitas, x e y, en lugar de una sola incógnita, como ocurría antes. El número de bizcochos de naranja que vas a hacer es x, ya que no lo sabes cuántos harás, mientras que el número de tartas de manzana será y, porque tampoco lo sabes. 

Piñonate: Espera, espera, no me digas nada, por favor, verás como lo sé plantear. Sería \(150x\ + \ 200y\ \le\ 3000 \).

La imagen muestra unas parejas de manos aplaudiendo

Numeria: ¡Perfecto, Piñonate! Efectivamente, el número de gramos de azúcar que necesitas para los bizcochos, 150 g, multiplicado por el número de bizcochos que vas a realizar y que aún desconoces, \( x \); más el número de gramos de azúcar que necesitas para las tartas, 200 g, multiplicado por el número de tartas, \(y\), tiene que ser menor o igual que la cantidad de azúcar que tienes en el almacén. 

Piñonate: Y en este caso, ¿cuál sería la solución de la inecuación?

Numeria: Ahora la solución no será un intervalo. En este caso, tendremos un valor para el número de bizcochos, \(x\), y otro para el número de tartas, \(y\).  Por lo que no hablamos de un intervalo, hablamos de puntos del plano que forman una región del mismo. 

Piñonate: ¿Quéeeeee?

La imagen muestra un smiley confuso

Numeria: Veamos, ¿puedes hacer 7 bizcochos y 9 tartas con el azúcar que tienes?

Piñonate: Si multiplico 7 bizcochos por 150 g de azúcar que necesito para cada uno de ellos, obtengo 1050 g. Y por otra parte, si multiplico 9 tartas por 200 g de azúcar que necesita cada una tendré 1800 g. Sumando los dos resultados, obtengo 2850 que es un número menor que 3000 g; por lo tanto, sí podré hacer 7 bizcochos y 9 tartas. 

Numeria: ¿Y puedes hacer 10 bizcochos y 7 tartas?

Piñonate: \(150\ \cdot\ 10\ +\ 200\ \cdot\ 7\ =\ 2900\) que es menor que \(3000\ g\), luego también. 

Numeria: Podríamos ir diciendo muchos pares de números, más exactamente habría infinitos pares de números, que cumplan esa condición, y esos pares de números serían puntos del plano, y todos juntos serían una “zona” del plano, a la que llamamos región del plano solución. 

Piñonate: Aún estoy algo confuso, no lo entiendo del todo…

Lectura facilitada

Numeria: Bizcochita quiere que Piñonate cocine bizcochos de naranja 

                y tartas de manzana.

Piñonate: ¿Cuántos bizcochos de naranja quiere Bizcochita? 

       ¿Cuántas tartas de manzana quiere Bizcochita? 

Numeria: ¿Qué cantidad de azúcar y de levadura en polvo te queda en tu almacén?

      ¿Qué cantidad de levadura en polvo te queda en tu almacén? 

Piñonate: En el almacén quedan 3000 g de azúcar. 

             En el almacén quedan 200 g de levadura en polvo. 

Numeria: Piñonate quiere ganar la mayor cantidad de dinero posible. 

Numeria: Dime cuánto dinero le ganas a cada dulce.

Piñonate: Al bizcocho de naranja le gano 5 euros 

                A la tarta de manzana le gano 6 euros. 

Numeria: Piñonate, dime las recetas, las cantidades de azúcar y levadura en polvo 

               que necesitas para realizar cada dulce.  

Piñonate: Estas son las recetas.

Bizcocho de naranja para 10 personas Tarta de manzana para 10 personas
La imagen muestra un bizcocho de naranja La imagen muestra una tarta de manzana
Ingredientes Ingredientes
  • 2 naranjas
  • 160 g de mantequilla
  • 150 g de azúcar
  • 1 yogur natural (125 g)
  • 6 huevos
  • 400 g de harina
  • 16 g de levadura en polvo
  • 270 g de harina
  • 1 yogur natural
  • 200 g de azúcar 
  • 3 huevos
  • 8 g de levadura en polvo
  • 125 ml de aceite de oliva suave
  • 1 cucharada de esencia de vainilla
  • 4-5 manzanas golden
  • La ralladura de 1 limón

Numeria: El bizcocho necesita 150 g de azúcar. 

                La tarta necesita 200 g de azúcar.

                Tienes en total 3000 g de azúcar. 

               ¿Cómo puedes expresar estos datos?

Piñonate: Con inecuaciones. 

 Numeria: Tienes dos incógnitas, \(x\) e \(y\). 

                 El número de bizcochos de naranja que vas a hacer es \(x\).

                 El número de tartas de manzana que vas a hacer es \(y\). 

Piñonate: La inecuación es \(150x\ + \ 200y\ \le\ 3000 \).

Numeria: El número de gramos de azúcar que necesitas para los bizcochos es 150g. 

                Multiplicado por el número de bizcochos que vas a realizar es \(x\). 

                Más el número de gramos de azúcar que necesitas para las tartas es 200 g. 

                Multiplicado por el número de tartas es \(y\). 

                Tiene que ser menor o igual que la cantidad de azúcar que tienes en el almacén. 

                La cantidad de azúcar que hay en el almacén es de 3000 gramos. 

Piñonate: ¿Cuál sería la solución de la inecuación?

Numeria: Tienes un valor para el número de bizcochos \(X\). 

                Tienes un valor para el número de tartas \(Y\).

                Son puntos del plano que forman una región del mismo. 

Numeria: ¿Puedes hacer 7 bizcochos y 9 tartas con el azúcar que tienes en el almacén? 

Piñonate: Multiplico 7 bizcochos por 150 gramos de azúcar que necesito. 

                El resultado es 1050 gramos. 

                Multiplico 9 tartas por 200 g de azúcar que necesito. 

                El resultado es 1800 gramos. 

                Sumo 1050 gramos más 1800 gramos.

                El resultado es  2850 gramos de azúcar. 

                2850 gramos de azúcar es un número menor que 3000 gramos. 

                 Por lo tanto, sí puedo hacer 7 bizcochos y 9 tartas. 

Numeria: ¿Y puedes hacer 10 bizcochos y 7 tartas?

Piñonate: \(150\ \cdot\ 10\ +\ 200\ \cdot\ 7\ =\ 2900\) gramos de azúcar. 

                 2900 gramos de azúcar es menor que 3000 gramos de azúcar. 

                 También se pueden hacer 10 bizcochos y 7 tartas.

Numeria: Hay infinitos pares de números. 

                Esos pares de números serían puntos del plano.

                Todos juntos serían una zona del plano. 

                La zona del plano sería región del plano solución.

2. Explicamos cómo obtener la dulce región

Paso 1

Numeria: 

Numeria dice...

Te explico cómo se hace. Partimos de la inecuación anterior \(150x\ +\ 200y\ \le\ 3000\).

Para poder obtener la solución de esa inecuación nos olvidamos de que es una inecuación y la consideramos como si fuera una ecuación, \(150x\ +\ 200y\ =\ 3000\).

Si despejamos la \(y\), obtenemos \(y\ =\ \Large\frac{3000\ -\ 150x}{200}\).

¿Sabes lo que eso representa?

Piñonate: ¡Claro! Ya lo he visto antes, eso es la ecuación de una recta.

Paso 2

Numeria: ¡Exactamente! Entonces, la vamos a representar.

La imagen muestra la ecuación de la recta

Paso 3

Numeria: Como puedes ver, la gráfica de esa recta divide a todo el plano en dos partes, a las que llamamos semiplanos. Por un lado, tenemos el semiplano de la parte de arriba de la gráfica (el azul), y por otro lado, el semiplano de la parte de abajo de la gráfica (el rojo). Son dos zonas, o como te dije antes, dos regiones diferentes, cuya “frontera” es la recta.

La imagen muestra la gráfica de la recta

Paso 4

Piñonate: ¿Cuál es la solución?

Numeria: Tomamos un punto cualquiera del plano. Yo suelo tomar el punto (0,0) , siempre que no pertenezca a la recta que hemos representado. En el caso de que sí pertenezca a la recta, tendrás que tomar otro punto cualquiera del plano.

La imagen muestra un punto en la recta

Paso 5

Numeria: Sustituyo el punto en la inecuación, \(150\ \cdot\ 0\ +\ 200\ \cdot\ 0\ \le\ 3000 \). ¿Es verdad eso? ¿Es \( 0\ \le\ 3000\)?

Piñonate: Eso es muy fácil. Sííí.

Numeria: Entonces la solución será la región del plano donde se encuentra el punto. Es decir, todos los puntos que están en esa región pueden ser solución de la inecuación.

Piñonate: ¡Qué barbaridad de soluciones!

La imagen muestra el área solución

Paso 6

Piñonate: Pero, ¿cualquiera de esos puntos es solución? ¿Y la recta?

Numeria: Cualquiera, ya te lo he mostrado antes con los dos ejemplos. La recta será solución si el signo de la desigualdad es \(\le\) o \(\ge\), si fuese \(<\) o \(>\) , la recta ya no es solución y se dibuja así:

La imagen muestra la recta señalada

Paso 7

Piñonate: Me ha quedado claro. Solo una cosa más, si al sustituir el punto no es cierta la desigualdad, por ejemplo, si tomo el punto \((40,\ 40)\). En este caso, \(150\ \cdot\ 40\ +\ 200\ \cdot\ 40\ \le\ 3000\), por lo que \(14000\ \le\ 3000\), y eso no es verdad.

Numeria: En este caso, mira la gráfica:

La imagen muestra lo expuesto en el enunciado

Numeria: El punto no está en el semiplano solución. Cuando el resultado de sustituir el punto en la inecuación sea falso, consideramos solución el semiplano donde no se encuentra el punto. 

Resumiendo: Si el punto cumple la inecuación, la solución es el semiplano donde se encuentra el punto. Mientras que si el punto no cumple la inecuación, la solución será el semiplano donde no está el punto. ¿Fácil, no?

Piñonate: Muy fácil.

Numeria: Voy a comprobar con varios ejercicios, si te has enterado de todo lo explicado.

Lectura facilitada

Paso 1

Resuelve \(150x\ +\ 200y\ \le\ 3000\).

Despeja la \(y\), obtienes \(y\ =\ \Large\frac{3000\ -\ 150x}{200}\).

Es la ecuación de una recta.

Paso 2

Representa \(y\ =\ \Large\frac{3000\ -\ 150x}{200}\) en una gráfica.

La imagen muestra la ecuación de la recta

Paso 3

La gráfica de esa recta divide a todo el plano en dos partes.

Estas dos partes del plano se llaman semiplanos. 

Tienes el semiplano (azul).

Tienes el semiplano (rojo). 

Son dos regiones diferentes. 

La recta separa las dos regiones.

La imagen muestra la gráfica de la recta

Paso 4

¿Cuál es la solución? 

Toma un punto cualquiera del plano. 

Por ejemplo el punto (0,0).

El punto no debe pertenecer a la recta que has representado.

La imagen muestra un punto en la recta

Paso 5

Sustituye el punto en la inecuación, \(150\ \cdot\ 0\ +\ 200\ \cdot\ 0\ \le\ 3000 \)

\( 0\ \le\ 3000\).

La solución es la región del plano donde se encuentra el punto. 

Todos los puntos que están en esa región son solución de la inecuación.

La imagen muestra el área solución

Paso 6

La recta es solución si el signo de la desigualdad es \(\le\) o \(\ge\).

La recta no es solución si el signo de la desigualdad es \(<\) o \(>\).

Se dibuja así:

La imagen muestra la recta señalada

Paso 7

Si por ejemplo tomas el punto \((40,\ 40)\).

\(150\ \cdot\ 40\ +\ 200\ \cdot\ 40\ \le\ 3000\)

\(14000\ \le\ 3000\)

Esto no es verdad.

Mira la gráfica:

La imagen muestra lo expuesto en el enunciado

El punto no está en el semiplano solución.

Cuando el resultado de sustituir el punto en la inecuación sea falso, 

consideramos solución donde no se encuentra el punto. 

Resumen:

  • El punto cumple la inecuación.
    La solución es el semiplano donde se encuentra el punto.
  • El punto no cumple la inecuación.
    La solución es el semiplano donde no está el punto. 

3. Resolviendo las dulces regiones

Numeria quiere comprobar si Piñonate ha comprendido bien cómo se trabaja con inecuaciones con dos incógnitas. ¿Te atreves tú a comprobarlo?

Opción A: Resolviendo inecuaciones con dos incógnitas

Numeria: Vamos a ver, Piñonate, si eres capaz de resolver una inecuación tú solito.

Resuelve en tu cuaderno la inecuación \(3x\ -\ 2y\ \le\ 7\), cuando termines puedes ir comprobando si has realizado correctamente todos los pasos y has obtenido la solución correcta.

Paso 1

Considera la ecuación asociada a la inecuación, \(3x\ -\ 2y\ =\ 7\).

Paso 2

Despeja la \(y \) de la ecuación anterior.

\(3x\ -\ 7\ =\ 2y \\ y\ =\ \Large\frac{3x\ -\ 7}{2} \)

Paso 3

Haz una tabla de valores y representa la recta. Como mínimo le debes dar 2 valores a la \(x\), pero si quieres le puedes dar más.

\(x\) \(y\)
1 -2
-1 -5
3 1
5 4
Aclaración

No tienes que darle los mismos valores que yo le he dado. Pueden ser otros e incluso fracciones.

La imagen muestra lo expuesto en el enunciado

Paso 4

Considera el punto (0,0).

Aclaración

Le puedes dar ese punto porque no pertenece a la recta y es el más fácil de sustituir, pero puedes coger cualquier otro punto que no esté en la recta.

Sustitúyelo en la inecuación.

\( 3\ \cdot\ 0 \ -\ 2\ \cdot\ 0\ =\ 0 \) es menor que 7.

La imagen muestra el punto 0.

Paso 5

 Como es cierto, entonces la solución es la región del plano donde se encuentra el punto.

La imagen muestra la solución

Ahora intenta resolver estas otras inecuaciones en tu cuaderno:

  1. \(-2x\ +\ y \ge\ -3\)

  2. \(4x\ -\ 3y\ \le\ 6 \)

  3. \(8x\ +\ 9y\ \ge\ 5 \)

Opción B: Descubre la verdad

Pregunta 1

El punto (3,6) es solución de la inecuación \(3x\ -\ 2y\ \ge\ 6\).

Sugerencia

Sustituye la \( x\) por la primera coordenada del punto y la \(y\) por la segunda coordenada del punto, a continuación realiza las operaciones indicadas.

Pregunta 2

El punto \( (-1\ ,2)\) es solución de la inecuación \(5x\ -\ 8y\ \le\ 3\).

Sugerencia

Sustituye la \(x\) por la primera coordenada del punto y la \(y\) por la segunda coordenada del punto, a continuación realiza las operaciones indicadas.

Pregunta 3

El punto (2,-3) es solución de la inecuación \(6x\ +\ 2y\ \ge\ 2\).

Sugerencia

Sustituye la \(x\) por la primera coordenada del punto y la \(y\) por la segunda coordenada del punto, a continuación realiza las operaciones indicadas.

Opción C: ¿Emparejamos?

Opción D: Cocinando desigualdades

La imagen muestra una persona ante dos caminos

Numeria: ¿Te has enterado de todo, Piñonate?

Piñonate: Perfectamente. Ponme a prueba. 

Inventa un problema utilizando tus recetas y los ingredientes que necesitan, de forma que tengas que hacer uso de una inecuación con dos incógnitas para resolverlo. 

Intercambia con tu compañera o compañero los problemas que habéis planteado.

Resuelve su problema y ella o él, el tuyo.

Debéis de comprobar que lo habéis resuelto de forma correcta.

Pista

Recuerda lo que ha hecho Numeria anteriormente. Debes de buscar dos ingredientes comunes a los dos postres que te hemos dado o a otros que tú quieras, inventarte una cantidad de dicho ingrediente que tengas en el almacén y finalmente enunciar el problema y resolverlo. 

Motus dice ¿Has visto los pasos que has dado para resolver inecuaciones de dos incógnitas?

Al realizar esta actividad has tenido que poner en juego todo lo que sabes. A veces, para aprender tenemos que trabajar de forma constante. Cuando nos esforzamos mucho, nuestro trabajo es valorado por nuestros profes y familiares. Pero lo más importante es que nos sentimos muy felices por el trabajo realizado. Te animo a que sigas trabajando para que puedas aprender y seguir mejorando.