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2. El lenguaje algebraico

1. Lenguaje algebraico y expresiones algebraicas

El lenguaje algebraico es un sistema sistema de escritura y comunicación que se utiliza en el campo de las matemáticas. Se caracteriza por emplear símbolos, números y letras para representar cantidades y relaciones matemáticas de manera abstracta y general. Este sistema no sólo facilita la formulación y resolución de problemas matemáticos, sino que también actúa como un puente entre el lenguaje cotidiano y el matemático, permitiendo la conversión de situaciones reales o problemas a términos matemáticos. Las letras, dentro de este lenguaje, simbolizan variables o incógnitas, representando valores desconocidos.

Estos ejemplos ilustran cómo se efectúa esta traducción:

1. Lenguaje habitual: "La suma de dos números es igual a un tercer número."

   Lenguaje algebraico: Sean x , y los dos números, y z el tercer número. La relación se expresa como x + y = z.

2. Lenguaje habitual: "El doble de la edad de una persona es cinco años más que la edad de otra persona."

   Lenguaje algebraico: Si a representa la edad de la primera persona y b la de la segunda, la relación se expresa como 2a = b + 5.

3. Lenguaje habitual: "Un rectángulo tiene un largo que es tres veces su ancho."

   Lenguaje algebraico: Si l es el largo y a el ancho del rectángulo, la relación se describe como l = 3a.

4. Lenguaje habitual: "Un número es igual al cuadrado de otro número menos dos."

    Lenguaje algebraico: Si n es el primer número y m es el segundo, la relación se expresa como n = m2 - 2.

Video de Tuto mate. Paso de lenguaje habitual a lenguaje algebraico. (Licencia estándar de YouTube)

Las expresiones algebraicas son combinaciones de números, variables (letras que representan cantidades desconocidas o variables), y operaciones matemáticas como suma, resta, multiplicación y división.

Por ejemplo:

  • Expresión lineal simple: 3x + 4. Esta expresión representa una suma donde 3x es el término variable y 4 es el término constante.
  • Expresión cuadrática: x2 - 5x + 6. Aquí, x2 es un término cuadrático, -5x es lineal, y 6 es una constante.
  • Expresión racional: 2x / (x + 1). Esta es una expresión fraccionaria donde el numerador es 2x y el denominador es x + 1.
  • Expresión algebraica con varias variables: 5x-3xy2- 2x(y-1)

El signo de multiplicar se sobreentiende delante de una letra o un paréntesis. Así, 5·x es equivalente a 5x, y 2·(x-6) es equivalente a 2(x-6).

Una expresión algebraica puede componerse de uno o más elementos llamados términos o monomios. Un conjunto de monomios sumados forma un polinomio. En cada monomio, las variables se conocen como la parte literal, mientras que el número que multiplica estas variables es el coeficiente.

Por ejemplo, en la expresión 3x, el coeficiente es 3 y la parte literal x. En -3xy2 el coeficiente es -3 y la parte literal xy2.

El grado del monomio es el exponente de su variable (también llamada indeterminada), en el caso en que haya más de una indeterminada, el grado será la suma de los exponentes de todas las indeterminadas. 

Por ejemplo:

  • En el monomio $4x^{2}$, el grado es dos, la única indeterminada es x y está elevada a dos.
  • En el monomio $4xy$, el grado también es dos, porque x tiene de exponente uno e y también, la suma es dos.
  • En el monomio $4x^{3}y^{2}$, el grado es cinco, es la suma de los exponentes de las indeterminadas: $3+2=5$.

El grado de un polinomio se determina por el grado más alto presente en sus monomios. Por ejemplo, x2 - 5x + 6 es un polinomio de grado 2 en la variable x. Si  aparecen varias indeterminadas (variables), el grado del monomio será la suma de los exponentes de esas variables. Por ejemplo, el grado de -3xyes 3 en las variables x e y.

Las fórmulas relativas a figuras geométricas son excelentes ejemplos de expresiones algebraicas, ya que representan relaciones matemáticas que involucran figuras y formas geométricas.

Áreas de figuras geométricas.
Imagen de AREAS. Áreas de figuras geométricas. (CC BY-SA)

El valor numérico de una expresión algebraica es el resultado que se obtiene al sustituir las variables de la expresión por valores numéricos específicos y realizar las operaciones indicadas.

Por ejemplo:

  • Consideremos la expresión algebraica 2x+3. Si sustituimos x por 5, la expresión se convierte en 2⋅5+3. Realizando las operaciones, obtenemos 10+3=13. Por lo tanto, el valor numérico de 2x+3 cuando x=5 es 13.
  • Supongamos que tenemos la expresión 3x2−2xy+4y−5. Para encontrar su valor numérico para x=2 e y=3, sustituimos estos valores en la expresión y obtenemos: 3(2)2−2(2)(3)+4(3)−5 = 7
  • También calculamos valores numéricos cuando aplicamos fórmulas de geometría: la fórmula para el área de un círculo es A=πr2, donde r es el radio del círculo. Si sustituimos r por 4 cm, la fórmula se convierte en  A=π⋅42=π⋅16. Si usamos aproximadamente 3.1416 para π, obtenemos A ≈ 3.1416⋅16 ≈ 50.2656 cm².

2. Las ecuaciones: clave en la investigación para formular hipótesis

Las ecuaciones algebraicas son expresiones matemáticas que establecen la igualdad entre dos expresiones algebraicas, y se utilizan para describir relaciones entre cantidades y resolver problemas en los que se desconocen una o más cantidades.

Resolver una ecuación significa encontrar todos los valores (conocidos como soluciones) que hacen que la ecuación sea verdadera. En términos más simples, se trata de encontrar los valores de las variables que satisfacen la igualdad expresada por la ecuación.

Por ejemplo, consideremos la ecuación lineal simple x+2=5. Resolver esta ecuación implica encontrar el valor de x (solución de la ecuación) que hace que la igualdad sea verdadera. En este caso, x=3 es la solución, porque al sustituir x por 3 en la ecuación, obtenemos 3+2=5, lo cual es una declaración verdadera.

El proceso de resolver una ecuación puede variar según el tipo de ecuación.

Ecuaciones Lineales: Por lo general, estas involucran operaciones básicas tales como la suma, resta, multiplicación y división. El vídeo a continuación ilustra, a través de ejemplos concretos, el método de resolución de este tipo de ecuaciones que incluyen también el uso de paréntesis y denominadores.

Video de Tuto mate. Ecuaciones de primer grado. (Licencia estándar de YouTube)

3. Ejemplos resueltos

Rompecabezas de ecuaciones visuales
Imagen de elaboración propia. Rompecabezas de ecuaciones visuales.
(CC BY-NC-SA)

Solución

Para resolver este rompecabezas, sigamos los pasos uno por uno:

Encontrar el valor del círculo: La primera fila muestra tres círculos que suman 27.

  • Esto significa que cada círculo vale 27 dividido por 3.
  • Círculo = 27 / 3 = 9

Encontrar el valor del triángulo: La segunda fila tiene dos triángulos más 1, y su suma es igual al valor de un círculo (que ya sabemos que es 9).

  • 2 · Triángulo + 1 = 9
  • Resolvamos para el triángulo: 2 · Triángulo = 9 - 1
  • 2 · Triángulo = 8
  • Triángulo = 8 / 2 = 4

Encontrar el valor del cuadrado: La tercera fila muestra un triángulo más dos cuadrados más un círculo que suman 19.

  • Sustituimos el valor del triángulo (4) y el círculo (9) en la ecuación. 4 + 2 · Cuadrado + 9 = 19
  • Resolvamos para el cuadrado: 2 · Cuadrado = 19 - 4 - 9
  • 2 · Cuadrado = 19 - 13
  • 2 · Cuadrado = 6 Cuadrado = 6 / 2 = 3


Por lo tanto, el valor del círculo es 9, el del triángulo 4, y el del cuadrado es 3.

Resolver la ecuación: $\dfrac{2\left(x+3\right)}{4}-\dfrac{5\left(2x-1\right)}{6}=\dfrac{x}{12}-\dfrac{1-3x}{8}$

Solución

$\text{Paso 1: MCM de los denominadores y multiplicar cada miembro de la ecuación por este. Los denominadores son 4, 6, 12 y 8, cuyo MCM es 24.} \\
 24 \cdot \left[ \quad {\large{\frac{2(x+3)}{4}}} - {\large{\frac{5(2x-1)}{6}}} \right]= \left[ {\large{\frac{x}{12}}} - {\large{\frac{1-3x}{8}}} \quad \right] \cdot 24$

$\text{Paso 2: Simplificar la ecuación:} \\
6 \cdot 2(x+3) - 4 \cdot 5(2x-1) = 2 \cdot x - 3 \cdot (1-3x)$

$\text{Paso 3: Expandir los términos:} \\
12(x+3) - 20(2x-1) = 2x - 3(1-3x)$

$\text{Paso 4: Distribuir los coeficientes:} \\
12x + 36 - 40x + 20 = 2x - 3 + 9x$

$\text{Paso 5: Combinar términos semejantes:} \\
-28x + 56 = 11x - 3$

$\text{Paso 6: Mover todos los términos con } x \text{ a un lado y los constantes al otro:} \\
-28x - 11x = -3 - 56 \\
-39x = -59$

$\text{Paso 7: Dividir ambos lados por el coeficiente de } x: \\
x = \frac{-59}{-39}$

$\text{Paso 8: Simplificar la fracción:} \\
x = 59/39$

4. Comprueba lo que sabes

Ahora que has repasado los fundamentos del lenguaje algebraico, las expresiones algebraicas y la solución de ecuaciones, incluyendo las ecuaciones lineales, estás en el punto óptimo para aplicar y reforzar tu comprensión. Con un conocimiento sólido en estos temas algebraicos, podrás sumergirte en la resolución de problemas más desafiantes y afinar tus capacidades analíticas.

Anímate a seleccionar entre los distintos ejercicios que tenemos preparados y comienza a practicar la resolución de ecuaciones algebraicas.

Opción A. Juego de lógica matemática

Este juego consiste en asignar un valor numérico a cada figura geométrica, de forma que al sustituir las figuras por sus valores en las igualdades, estas se cumplan. Dispondrás de 8 segundos, que se muestra en forma de barra de progreso, para responder a cada desafío. 

Video de Genmagic. Descubre el valor de la figura. (Licencia estándar de YouTube)

Opción C. Solución de una ecuación

Opción D. Resolución de ecuaciones lineales

Escribe en lenguaje algebraico los enunciados de los 8 problemas mostrados a continuación y resuélvelos. Haz clic en la flecha para avanzar al siguiente. Al llegar al último enunciado, aparecerá el botón 'Soluciones', donde podrás hacer clic para comprobar tus respuestas.

Autores: José Luis Abreu y otros. Ejercicios de ecuaciones. (CC0)

Creado con eXeLearning (Ventana nueva)