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Secundaria · Preparatoria

Problemas cuadráticos: modelar y elegir raíces válidas

Construye ecuaciones de áreas, números, movimiento y equilibrio de ingresos.

Antes de empezar: Métodos de solución, unidades y dominio.

Al terminar: Construye ecuaciones de áreas, números, movimiento y equilibrio de ingresos.

Recupera las bases: Plantear y validar problemas

La incógnita necesita un dominio

Antes de calcular, define qué representa x y sus valores posibles. Una longitud suele ser positiva; una cantidad de objetos es entera no negativa; un tiempo de regreso puede exigir t>0. Las raíces de la ecuación son candidatos que todavía deben contrastarse con esas condiciones.

Áreas y productos crean términos cuadrados

Si un ancho es x y el largo x+3, el área es x(x+3). La suma de lados produce una ecuación lineal, pero el producto puede producir una cuadrática. Dibuja las dimensiones y expresa las unidades: un producto de longitudes se mide en unidades cuadradas.

Bordes y caminos: restar dos veces el ancho

Un borde interior de ancho x en un rectángulo W por H deja dimensiones W−2x y H−2x. La ecuación de área central es (W−2x)(H−2x)=A. Además se exige 0<x<min(W,H)/2. Un candidato que hace ambas dimensiones negativas puede producir un área algebraica positiva, pero no un rectángulo físico.

Movimiento con hipótesis explícitas

En h(t)=h₀+v₀t−gt²/2, se supone un eje vertical positivo hacia arriba, aceleración gravitatoria constante y ausencia de resistencia del aire. Elegir h=0 fija un nivel de referencia. El modelo puede tener una raíz negativa que describe una prolongación matemática fuera del intervalo de interés; no debe interpretarse automáticamente como un tiempo físico del experimento.

Validar y comunicar

Sustituye cada candidato en la ecuación, en los datos del enunciado y en el dominio. Explica por qué descartas uno o por qué ambos sirven. No redondees un resultado para forzarlo a ser entero. En modelos de ingresos, especifica que se trata de relaciones idealizadas, no de una predicción comercial sin datos.

Ejemplos resueltos

Área y longitud positiva

Un ancho x y un largo x+3 forman un área de 40 cm².

  1. x²+3x−40=0=(x−5)(x+8).
  2. Candidatos 5 y −8; el ancho debe ser positivo.
  3. Ancho 5 cm y largo 8 cm; 5·8=40 cm².

Una raíz algebraica que no cabe

Un rectángulo de 8 por 10 m deja un centro de 24 m² al añadir un borde interior uniforme.

  1. (8−2x)(10−2x)=24; 4x²−36x+56=0.
  2. x²−9x+14=(x−2)(x−7)=0.
  3. Se exige 0<x<4; solo x=2. El centro mide 4 por 6 m.

Error frecuente: Aceptar cualquier raíz porque satisface la ecuación sin revisar longitudes, tiempos o cantidades admisibles.

Predice · Explora · Justifica

Un borde que debe caber

Rectángulo exterior de 8 por 10 m. El control expresa décimas de metro: x=valor/10. Para un borde interior con centro no degenerado se exige 0<x<4.

Exterior: 8 m × 10 m · Objetivo central: 24 m²4.0 × 6.0 mA=24.00 m²x=2 m

Rectángulo exterior de 8 por 10 m. El control expresa décimas de metro: x=valor/10. Para un borde interior con centro no degenerado se exige 0<x<4.

Práctica a tu ritmo

Ponlo a prueba: práctica progresiva

15 ejercicios en cinco niveles. Resuelve uno, explica tu procedimiento y avanza cuando puedas hacerlo sin consultar la solución.

La duración indicada en la cabecera corresponde a la explicación; puedes repartir esta práctica entre varias sesiones.

Nivel 1 · Reconocer

Ejercicio 1

Un rectángulo tiene ancho x cm, largo x+3 cm y área 10 cm². ¿Cuál es el ancho positivo?

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 2

  1. x(x+3)=10.
  2. (x−2)(x+5)=0.
  3. Los candidatos son 2 y −5; solo 2 es una longitud positiva.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 2

Un rectángulo tiene ancho x cm, largo x+3 cm y área 18 cm². ¿Cuál es el ancho positivo?

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 3

  1. x(x+3)=18.
  2. (x−3)(x+6)=0.
  3. Los candidatos son 3 y −6; solo 3 es una longitud positiva.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 3

Un rectángulo tiene ancho x cm, largo x+3 cm y área 28 cm². ¿Cuál es el ancho positivo?

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 4

  1. x(x+3)=28.
  2. (x−4)(x+7)=0.
  3. Los candidatos son 4 y −7; solo 4 es una longitud positiva.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Nivel 2 · Aplicar el procedimiento

Ejercicio 4

El producto de dos enteros positivos consecutivos es 6. ¿Cuál es el menor?

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 2

  1. x(x+1)=6.
  2. Las raíces son 2 y −3.
  3. La condición de enteros positivos selecciona 2.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 5

El producto de dos enteros positivos consecutivos es 12. ¿Cuál es el menor?

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 3

  1. x(x+1)=12.
  2. Las raíces son 3 y −4.
  3. La condición de enteros positivos selecciona 3.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 6

El producto de dos enteros positivos consecutivos es 20. ¿Cuál es el menor?

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 4

  1. x(x+1)=20.
  2. Las raíces son 4 y −5.
  3. La condición de enteros positivos selecciona 4.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Nivel 3 · Conectar operaciones

Ejercicio 7

Un modelo ideal de altura en metros es h(t)=−5t²+20t, con t en segundos. ¿En qué tiempo positivo vuelve a h=0?

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 4

  1. −5t(t−4)=0.
  2. t=0 es el instante inicial; el regreso ocurre en t=4 s.
  3. El modelo omite resistencia del aire y usa g=10 m/s².

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 8

Un modelo ideal de altura en metros es h(t)=−5t²+30t, con t en segundos. ¿En qué tiempo positivo vuelve a h=0?

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 6

  1. −5t(t−6)=0.
  2. t=0 es el instante inicial; el regreso ocurre en t=6 s.
  3. El modelo omite resistencia del aire y usa g=10 m/s².

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 9

Un modelo ideal de altura en metros es h(t)=−5t²+40t, con t en segundos. ¿En qué tiempo positivo vuelve a h=0?

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 8

  1. −5t(t−8)=0.
  2. t=0 es el instante inicial; el regreso ocurre en t=8 s.
  3. El modelo omite resistencia del aire y usa g=10 m/s².

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Nivel 4 · Resolver una situación

Ejercicio 10

Un rectángulo mide 6 m por 8 m. Un borde interior uniforme de ancho x deja un área central de 8 m². Halla x, con 0<x<3.

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 2

  1. (6−2x)(8−2x)=8.
  2. Al expandir: 4x²−28x+40=0.
  3. Las raíces son 2 y 5. Solo 2 deja ambos lados centrales positivos.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 11

Un rectángulo mide 7 m por 9 m. Un borde interior uniforme de ancho x deja un área central de 15 m². Halla x, con 0<x<7/2.

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 2

  1. (7−2x)(9−2x)=15.
  2. Al expandir: 4x²−32x+48=0.
  3. Las raíces son 2 y 6. Solo 2 deja ambos lados centrales positivos.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 12

Un rectángulo mide 8 m por 10 m. Un borde interior uniforme de ancho x deja un área central de 24 m². Halla x, con 0<x<4.

Escribe un entero, decimal o fracción, sin unidades. Usa la unidad solicitada en el enunciado. Para resultados periódicos, usa una fracción exacta.

Una pista

Escribe la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: 2

  1. (8−2x)(10−2x)=24.
  2. Al expandir: 4x²−36x+56=0.
  3. Las raíces son 2 y 7. Solo 2 deja ambos lados centrales positivos.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Nivel 5 · Argumentar y afrontar un reto

Ejercicio 13

Un ingreso ideal es R(n)=n(20−n) pesos y el costo fijo es 36 pesos. Halla las cantidades n enteras, con 0≤n≤20, donde ingreso y costo coinciden.

Escribe tu procedimiento. Después compara con la solución modelo: puede haber otras respuestas equivalentes. Esta respuesta no se califica automáticamente.

Una pista

Escribe la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: n=2 o n=18

  1. n(20−n)=36.
  2. n²−20n+36=0.
  3. (n−2)(n−18)=0; ambas cantidades son enteras y admisibles.
  4. Este modelo simplificado no incorpora otros costos ni demanda real.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 14

Un ingreso ideal es R(n)=n(20−n) pesos y el costo fijo es 51 pesos. Halla las cantidades n enteras, con 0≤n≤20, donde ingreso y costo coinciden.

Escribe tu procedimiento. Después compara con la solución modelo: puede haber otras respuestas equivalentes. Esta respuesta no se califica automáticamente.

Una pista

Escribe la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: n=3 o n=17

  1. n(20−n)=51.
  2. n²−20n+51=0.
  3. (n−3)(n−17)=0; ambas cantidades son enteras y admisibles.
  4. Este modelo simplificado no incorpora otros costos ni demanda real.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Ejercicio 15

Un ingreso ideal es R(n)=n(20−n) pesos y el costo fijo es 64 pesos. Halla las cantidades n enteras, con 0≤n≤20, donde ingreso y costo coinciden.

Escribe tu procedimiento. Después compara con la solución modelo: puede haber otras respuestas equivalentes. Esta respuesta no se califica automáticamente.

Una pista

Escribe la relación antes de operar.

Solución y procedimiento

Respuesta modelo: n=4 o n=16

  1. n(20−n)=64.
  2. n²−20n+64=0.
  3. (n−4)(n−16)=0; ambas cantidades son enteras y admisibles.
  4. Este modelo simplificado no incorpora otros costos ni demanda real.

Comprueba el resultado, las condiciones y las unidades. Si consultaste ayuda, vuelve a intentarlo después sin verla.

Explica y transfiere

¿Por qué una raíz puede ser algebraicamente correcta y aun así no resolver el problema?

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