Representaciones de matrices

LECCIÓN
CONDENSADA
6.1
Representaciones de matrices
En esta lección
●
●
representarás sistemas cerrados con diagramas de transición y matrices
de transición
usarás matrices para organizar información
Sandra trabaja en una guardería infantil. El pasado lunes y miércoles
por la tarde, los niños podían escoger entre pintar con las manos o
jugar. De los niños que pintaron con las manos el lunes, el 80%
volvieron a pintar el miércoles, mientras que el 20% jugaron. De los
niños que jugaron el lunes, el 60% volvieron a jugar el miércoles,
mientras que el 40% pintaron. Sandra hizo un diagrama para
representar esta información.
0.4
0.8
0.6
Pintar con
las manos
0.2
Jugar
Las flechas y los rótulos muestran los patrones de las actividades de los niños.
Por ejemplo, la flecha circular rotulada 0.6 indica que el 60% de los niños que
jugaron el lunes también jugaron el miércoles. La flecha rotulada 0.4 indica que
el 40% de los niños que jugaron el lunes pintaron el miércoles.
Lee los primeros tres párrafos de la lección en tu libro que presentan
otro ejemplo de un diagrama de transición y una matriz de transición.
Miércoles
Miªrcoles
Pintar con
las manos Jugar
Lunes
Los diagramas como el anterior se llaman diagramas de transición
porque muestran cómo cambia algo de un momento al siguiente.
Podrías mostrar la misma información en una matriz de transición.
Una matriz es un conjunto de números dipuestos en forma
rectangular. A la derecha hay una matriz de transición basada en la
información de Sandra acerca de la guardería.
Pintar con las manos
Jugar
0.8
0.4
0.2
0.6
Esta entrada muestra que
el 40% de los niños que
jugaron el lunes pintaron
el miércoles.
Investigación: Decisiones frías
Completa la investigación en tu libro por tu cuenta y después lee las respuestas
dadas a continuación.
Paso 1
0.10
0.95
0.90
Helado
Esta semana
Paso 2
0.05
Yogur congelado
Siguiente semana
Helado Yogur congelado
Helado
Yogur congelado
0.95
0.10
0.05
0.90
En la segunda semana, el 95% de los 220 estudiantes que tomaron
helado y el 10% de los 20 que tomaron yogur congelado escogen helado. Esto
significa que 220(0.95) 20(0.10) 211 estudiantes escogen helado.
Paso 3
Con un razonamiento similar, 220(0.05) 20(0.90) 29 estudiantes escogen
yogur congelado.
(continúa)
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CHAPTER 6
79
Lección 6.1 • Representaciones de matrices (continuación)
En la segunda semana, hay 211 que toman helado y 29 que toman
yogur congelado. Estos cálculos dan los valores de la tercera semana:
Paso 4
211(0.95) 29(0.10) 203 que toman helado
211(0.05) 29(0.90) 37 que toman yogur congelado
Sea in y fn la cantidad de los que comen helado y yogur congelado en
la semana n. Entonces la rutina recursiva es:
Paso 5
i1 220 y f1 20
in in1(0.95) f n1(0.10)
donde n 2
fn in1(0.05) f n1(0.90)
donde n 2
El número de los que toman helado se acercará a 160, y el número de
los que toman yogur congelado se acercará a 80. Una manera de llegar a esta
conclusión es introducir las fórmulas recursivas para in y fn en tu calculadora,
y calcular sus valores para los valores grandes de n.
Paso 6
Las matrices son útiles para organizar información. La matriz [B] de la derecha
representa el número de estudiantes por grado en North High School y South
High School. Las filas, de arriba hacia abajo, representan a los de primer año,
segundo año, tercer año y último año, respectivamente; las columnas, de izquierda
a derecha, representan a North High School y a South High School. Por ejemplo,
el 302 indica que hay 302 estudiantes del tercer año en North High School.
347
289
[B] 302
270
211
253
192
225
Las dimensiones de una matriz son el número de fila y columna. La matriz [B]
tiene dimensiones de 4 2. Cada número de una matriz es una entrada,
o elemento, y se lo identifica como bij , donde b es el nombre de la matriz en
minúscula, e i y j son los números de la fila y la columna, respectivamente. En la
matriz [B], b42 225, la entrada de la fila 4, columna 2.
El Ejemplo A en tu libro muestra cómo puedes usar una matriz para representar
los vértices de un polígono. Lee ese ejemplo atentamente.
El Ejemplo B regresa a la encuesta de Karina sobre esquiadores y surfistas de
nieve (snowboarders) del principio de la lección en tu libro. Lee ese ejemplo
atentamente. Para asegurarte de que entiendes las ideas, sigue una serie de pasos
parecida para resolver este problema:
En la guardería de Sandra, 25 niños pintaron con las manos el lunes y
30 jugaron. ¿Cuántos niños hicieron cada actividad el miércoles? Organiza
la información del miércoles en una matriz de la forma
[número de niños que pintaron
número de niños que jugaron]
Observa que los diagramas y matrices de transición muestran el cambio en un
sistema cerrado —es decir, un sistema en el cual no se agrega ni se elimina nada.
Los diagramas funcionan bien en la representación de problemas relativamente
sencillos, pero pueden ser difíciles de usar en situaciones en las que existen
muchas condiciones iniciales. En tales situaciones, por lo general, una matriz
de transición es más clara y más fácil de interpretar.
80
CHAPTER 6
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LECCIÓN
CONDENSADA
6.2
Operaciones con matrices
En esta lección
●
●
●
sumarás y restarás matrices y multiplicarás una matriz por un escalar
usarás operaciones con matrices para transformar una figura geométrica
resolverás problemas reales que requieren que multipliques matrices
Una matriz es una manera compacta de organizar datos parecida a una tabla.
Pero, a diferencia de las tablas, las matrices se pueden sumar y multiplicar como
ayuda para resolver problemas.
El texto en la página 325 de tu libro ilustra cómo sumar dos matrices. En
general, sumas (o restas) dos matrices sumando (o restando) las entradas
correspondientes. Puedes sumar o restar matrices solamente si tienen las mismas
dimensiones. Este ejemplo muestra cómo calcular la diferencia de dos matrices.
58
9
7
4
4
4
13
7
2
54
7
8 13
10
97
72
47
1
4 10
5
2
5
3
6
El Ejemplo A en tu libro ilustra cómo puedes usar las operaciones con matrices
para transformar un triángulo. Lee ese ejemplo. En general, trasladas un triángulo
h unidades horizontalmente y k unidades verticalmente al sumar la matriz
hk
h
k
h
k
a la matriz de coordenadas, y dilatas el triángulo por un factor de a
multiplicando la matriz de coordenadas por el escalar a. Puedes usar los mismos
métodos para transformar cualquier polígono. Puede que quieras dibujar tu
propio polígono en una cuadrícula de coordenadas, representarlo con una matriz
y después experimentar usando operaciones con matrices para transformarlo.
La multiplicación de matrices es un poco más complicada que la suma de matrices
o la multiplicación de una matriz por un escalar. El Ejemplo B en tu libro usa
la situación de la investigación en la Lección 6.1 para mostrar cómo multiplicar
una matriz con una sola fila por otra matriz. Lee este ejemplo atentamente. La
investigación y el Ejemplo C te permitirán practicar más la multiplicación de matrices.
Investigación: Encuentra tu lugar
Lee la introducción y el Paso 1 de la investigación en tu libro. Es virtualmente
imposible que hagas la simulación por tu cuenta, pero debes asegurarte de que
entiendes las intrucciones. Si es posible, pregunta a uno de tus compañeros qué
pasó durante la simulación, y pídele prestados sus datos de modo que puedas
comparar los resultados teóricos con lo que pasó en realidad.
Completa el resto de la investigación por tu cuenta. No podrás responder el Paso 5.
Supón que 15 autos empiezan en la Ciudad A, 10 en la Ciudad B y 5 en la Ciudad C.
Cuando hayas terminado la investigación, lee las respuestas de la página siguiente.
El diagrama en la página siguiente presenta las reglas de la simulación.
El diagrama indica, por ejemplo, que teóricamente, en cada “vuelta”, el 10% de
los autos de la Ciudad C se desplazará a la Ciudad B, el 20% se desplazará a la
Ciudad A y el 70% se quedará en la Ciudad C.
Paso 2
(continúa)
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CHAPTER 6
81
Lección 6.2 • Operaciones con matrices (continuación)
Ésta es la matriz de transición de la situación. Asegúrate de
entender lo que representa cada entrada.
0.3 0.2 0.5
0
0.5 0.5
0.2 0.1 0.7
0.5
A
B
0.2
0.3
0.5
0.2
0
0.5
0.1
Supón que 15 autos empiezan en la Ciudad A, 10
en la Ciudad B y 5 en la Ciudad C. Estas condiciones se
representan con la matriz [15
10
5].
Paso 3
C
La multiplicación de las matrices está a continuación. Las
entradas de la matriz producto son el número de autos que
hay en las Ciudades A, B y C, respectivamente, después de la primera transición.
0.3 0.2 0.5
[15
10
5] 0.5 0.5
8.5
11]
0 [10.5
0.2 0.1 0.7
0.7
Piensa en cómo los cálculos se relacionan con la situación. Por ejemplo, en la
primera transición, el 30% de los 15 autos de la Ciudad A se quedan allí, el 50%
de los 10 autos de la Ciudad B se desplazan a la Ciudad A y el 20% de los 5 autos
de la Ciudad C se desplazan a la Ciudad A. Por consiguiente, el nuevo número de
autos que hay en la Ciudad A es 15(0.3) 10(0.5) 5(0.2). Ésta es la suma de
los productos de las entradas de la matriz de condiciones iniciales y las entradas
de la primera columna de la matriz de transición. ¿Cómo se calculan las otras
entradas de la matriz producto?
Estas matrices muestran el número de autos que hay en cada ciudad
durante cada una de las siguientes cuatro semanas.
Paso 4
Semana 2: [9.60
7.45
12.95]
Semana 4: [9.0015
6.6955
14.303]
Semana 3: [9.195
Semana 5: [8.9088
6.940
13.865]
6.57835
14.51285]
Si continúas multiplicando cada resultado por la matriz de transición, hallarás
que los valores a largo plazo son [9
6
15].
En los productos que has calculado hasta ahora, la matriz del lado izquierdo tenía una
sola fila. El Ejemplo C en tu libro muestra cómo hallar el producto cuando la matriz
de la izquierda tiene más de una fila. Resuelve este ejemplo usando papel y lápiz. Ten
presente que aprender cómo multiplicar matrices requiere de práctica. Cuando hagas
los ejercicios de tarea, te sentirás más a gusto con el proceso.
El Ejemplo C muestra que sólo puedes multiplicar dos matrices si el número de
columnas en la matriz izquierda es igual al número de filas en la matriz derecha, o sea,
si las dimensiones internas de las matrices son iguales. Las dimensiones externas te
dan las dimensiones de la matriz producto. Por ejemplo, sí puedes multiplicar una
matriz de 4 6 por una matriz de 6 3 porque ambas dimensiones internas son 6.
El resultado será una matriz de 4 3. No puedes multiplicar una matriz de 6 3 por
una matriz de 4 6 porque las dimensiones internas, 3 y 4, no son iguales.
El texto del recuadro “Matrix Operations” (Operaciones con matrices) en la
página 331 de tu libro resume lo que has aprendido en la lección. Lee este texto
y después practica las operaciones hasta que te sientas a gusto con ellas.
82
CHAPTER 6
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LECCIÓN
Resolver sistemas
con matrices inversas
CONDENSADA
6.3
En esta lección
●
●
●
hallarás una matriz de identidad
hallarás el inverso de una matriz
usarás matrices inversas para resolver ecuaciones
En cursos anteriores de matemáticas, aprendiste que el número 1 es la identidad
multiplicativa. Esto significa que cuando multiplicas cualquier número real por 1,
el número no cambia. Del mismo modo, cuando multiplicas una matriz por una
matriz de identidad, la matriz no cambia.
Lee el Ejemplo A en tu libro, que muestra cómo hallar la matriz de identidad
2
1
1
0
. El resultado,
, es la identidad para todas las matrices
para
4
3
0
1
de 2 ⫻ 2. Comprueba esto con otra matriz de 2 ⫻ 2 multiplicándola en cualquier
1
0
.
de los dos lados por
0
1
En general, una matriz de identidad es una matriz cuadrada con un número 1
colocado en cada columna, a través de la diagonal principal, del extremo
izquierdo superior al extremo derecho inferior, con 0 en las demás entradas.
La notación compacta [I ] se utiliza a veces para representar una matriz
de identidad. Las matrices de identidad existen para todas las dimensiones
(cuadradas). Por ejemplo, la matriz de identidad para las matrices de 4 ⫻ 4 es:
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
En cursos anteriores de matemáticas, también aprendiste que todo número
real que no sea cero tiene un inverso multiplicativo, que es el número por
el cual multiplicas el número real para obtener la identidad multiplicativa, 1.
Por ejemplo, el inverso multiplicativo de ᎏ35ᎏ es ᎏ53ᎏ, porque ᎏ35ᎏ ⭈ ᎏ53ᎏ 1. De igual modo,
algunas (aunque no todas) matrices cuadradas tienen una matriz inversa. El
inverso de una matriz [A] se denota como [A]1. Cuando multiplicas cualquier
lado de una matriz por su matriz inversa, obtienes la matriz de identidad. Esto es,
[A][A]1 [I ] y [A]1[A] [I]. En la investigación, hallarás el inverso de una
matriz de 2 ⫻ 2.
Investigación: La matriz inversa
Sigue los Pasos 1 a 7 de la investigación en tu libro. Después compara tus
resultados con los siguientes.
Una matriz multiplicada por su matriz inversa es igual a la matriz de
identidad. Por lo tanto:
Paso 1
24
ac
1
3
Paso 2
b
1
d
0
c
2a
4a 3c
0
1
1
2b d
0
4b 3d
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0
1
(continúa)
CHAPTER 6
83
Lección 6.3 • Resolver sistemas con matrices inversas (continuación)
Paso 3
2a c 1
2b d 0
4a 3c 0
4b 3d 1
La suma de 2 multiplicado por 2a c 1 y 4a 3c 0 da c 2. Por lo
tanto 2a 2 1, lo cual significa que a 1.5. La suma de 2 multiplicado por
2b + d 0 y 4b 3d 1 da d 1. Por lo tanto 2b 1 0, lo cual significa que
b 0.5. Por lo tanto a 1.5, b 0.5, c 2 y d 1. Por consiguiente, la
matriz inversa es:
1.5
2
0.5
1
Paso 4
Con tu calculadora, debes confirmar que [A]1 1.5
2
0.5
.
1
Paso 5
24
1.5
2
2(1.5) 1(2)
0.5
4(1.5) 3(2)
1
2(0.5) 1(1)
1
4(0.5) 3(1)
0
0
1
0.5
1
1
1.5(2) 0.5(4)
3
2(2) 1(4)
1
1.5(1) 0.5(3)
0
2(1) 1(3)
0
1
1
3
y
1.5
2
24
Ambos productos son iguales, pero la multiplicación de matrices no siempre es
1
2
y compara [A][B] con [B][A].
conmutativa. Por ejemplo, sea [B] 2
3
Usa tu calculadora e intenta hallar los inversos de las matrices.
Obtendrás un mensaje de error en cada caso, lo que indica que las matrices no
tienen inversos. Una matriz de dimensiones 2 ⫻ 2 no tiene inverso cuando una
fila es el múltiplo de la otra.
Paso 6
Solamente las matrices cuadradas tienen inversos. Explicación posible:
Supón que una matriz [B] de dimensiones m ⫻ n tiene inverso. Entonces,
[B][B]1 [I ]. Una matriz de identidad debe ser cuadrada, de modo que [I ]
debe tener las dimensiones m ⫻ m. Sin embargo, debido a que también es cierto
que [B]1[B] [I ], [I ] debe tener las dimensiones n ⫻ n. Por consiguiente,
m debe ser igual a n, por lo tanto [B] es cuadrada.
Paso 7
Recuerda que puedes resolver una ecuación de la forma ax b multiplicando
ambos lados por el inverso multiplicativo de a. Por ejemplo, para resolver
2x 3, multiplicas ambos lados por ᎏ12ᎏ para obtener x ᎏ32ᎏ. De igual modo,
si vuelves a escribir un sistema de ecuaciones en forma de matriz, puedes
resolverlo multiplicando ambos lados por el inverso de la matriz coeficiente. Lee
el recuadro “Solving a System Using the Inverse Matrix” (Solución de un sistema
usando la matriz inversa) en tu libro y luego lee atentamente el Ejemplo B,
resolviéndolo con papel y lápiz. Para asegurarte de que entiendes el método,
resuelve el siguiente ejemplo.
EJEMPLO
Resuelve este sistema usando una matriz inversa.
x3x2y4y12
84
CHAPTER 6
(continúa)
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Lección 6.3 • Resolver sistemas con matrices inversas (continuación)
䊳
Solución
La matriz para este sistema es:
13
2
4
xy 21
Usa una calculadora para hallar que:
1
3
2
4
1
2
1.5
1
0.5
Multiplica ambos lados de la ecuación por la matriz inversa en el lado izquierdo.
13
2
1.5
13
1
0.5
2
4
10
2
4
xy 21
2
xy 1.5
0
1
1
0.5
21
4
xy 2.5
4
xy 2.5
Por lo tanto, la solución al sistema es (4, 2.5).
Ahora lee el resto de la lección, incluyendo el Ejemplo C, que consiste en resolver
un sistema de tres ecuaciones.
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CHAPTER 6
85
LECCIÓN
CONDENSADA
6.4
Método de reducción de filas
En esta lección
●
●
escribirás sistemas de ecuaciones como matrices aumentadas
resolverás sistemas de ecuaciones usando el método de reducción de filas
La Lección 6.4 presenta un método para resolver sistemas de ecuaciones
usando matrices. Lee la lección en tu libro hasta el ejemplo. El texto que sigue
inmediatamente al ejemplo muestra cómo representar operaciones con filas
de manera simbólica. A continuación, el Ejemplo A utiliza esta notación para
resumir cada paso. Intenta resolver el sistema del ejemplo por tu cuenta antes de
leer la solución.
EJEMPLO A
Usa el método de reducción de filas para resolver este sistema.
3x2x 2yy 101
䊳
Solución
Las ecuaciones se dan en forma estándar, entonces copia los coeficientes y las
constantes en una matriz aumentada.
3x2x 2yy 101 → 32
2 1
1 10
Realiza las operaciones en filas para transformar esta matriz en la matriz solución.
12
3 9
1 10
Suma 1 multiplicado por la fila 2 a la fila 1 para hallar 1 en
m11: R2 R1 → R1.
10
3 9
7 28
Suma 2 multiplicado por la fila 1 a la fila 2 para hallar 0 en
m21: 2R1 R2 → R2.
10
3 9
1 4
10
0
3
1 4
Divide la fila 2 por 7 para hallar 1 en m22:
Suma 3 multiplicado por la fila 2 a la fila 1 para hallar 0 en
m12: 3R2 R1 → R1.
R2
7
→ R2.
La columna de la matriz solución indica que la solución es (3, 4).
A continuación, en el Ejemplo B verás cómo aplicar el método de reducción de
filas a un sistema de tres ecuaciones.
EJEMPLO B
Usa el método de reducción de filas para resolver este sistema.
xyz0
4x 2y z 2
16x 4y z 12
(continúa)
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CHAPTER 6
87
Lección 6.4 • Método de reducción de filas (continuación)
䊳
Solución
La matriz aumentada para el sistema es:
1
4
16
1
2
4
1 0
1 2
1 12
Realiza las operaciones en filas para transformar esta matriz en la matriz solución.
15
12
16
3
2
4
5
6
16
0 12
0 10
12
1
1
1
4
0 4
0 5
1 12
1
1
5
4
5
0
1
1
5
0
0 4
1
0 5
1 0
0
0
1
5
0
0 5
1
0 5
1 0
1
0
0
0
1
0
5
5
5
0
0
0
0
0
3
R3 R1 → R1 y R3 R2 → R2
R2
R1
___
→ R1 y ___
→ R2
4
1
0
5
4
1 5
0
1
0 1
1
0
2
16
6
__
__
5 R1 R2 → R2 y 5 R1 R3 → R3
4R2 R3 → R3
5R2 R1 → R1
R1
__
→ R1 y 5R2 → R2
5
La solución aparece en la última columna: x 1, y 1, y z 0.
Lee el resto de la lección en tu libro.
88
CHAPTER 6
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LECCIÓN
CONDENSADA
6.5
Sistemas de desigualdades
En esta lección
●
●
●
escribirás sistemas de desigualdades para describir situaciones reales
representarás gráficamente la solución, o región factible, de un sistema de
desigualdades
hallarás los vértices de una región factible
A veces, las situaciones reales que implican un rango de valores pueden representarse
con desigualdades. La tabla al inicio de la Lección 6.5 en tu libro da varios ejemplos.
Puedes realizar operaciones en ambos lados de una desigualdad, del mismo modo
en que lo haces con las ecuaciones. Sin embargo, cuando multiplicas o divides
ambos lados de una desigualdad por una cantidad negativa, debes invertir el
símbolo de desigualdad.
Investigación: Pagar los estudios universitarios
Lee el primer párrafo de la investigación en tu libro y después completa los
Pasos 1 a 4. Cuando hayas terminado, compara tus resultados con los siguientes.
Paso 1
y
40,000
20,000
20,000
40,000
x
Éstos son algunos pares (x, y) posibles: (10000, 10000), (5000, 5000),
(0, 0), (10000, 29999), (30000, 5000). La suma de x y puede ser menor que
$40,000, ya que los administradores no tienen que invertir todo el dinero.
Paso 2
Las soluciones de x y 40,000 están por debajo de la
recta x y 40,000.
y
Paso 3
Los puntos para los cuales una o ambas coordenadas son
negativas, por ejemplo (10000, 20000) ó (50000, 60000), no
tienen sentido en esta situación.
Paso 4
40,000
20,000
Lee el párrafo que precede el Paso 5. El Paso 5 pide que
conviertas todas las limitaciones, o restricciones, de ese párrafo
x
20,000 40,000
en un sistema de desigualdades. Inténtalo por tu cuenta y después
compara tu sistema con el que está a continuación.
x0
La cantidad invertida en acciones debe ser al menos $0.
y0
La cantidad invertida en bonos debe ser al menos $0.
x 5,000
La cantidad invertida en acciones debe ser al menos $5,000.
y 5,000
La cantidad invertida en bonos debe ser al menos $5,000.
y 2x
La cantidad invertida en bonos es al menos el doble de la cantidad invertida en acciones.
x y 40,000
El total de la cantidad invertida debe ser menor o igual a $40,000.
Paso 5
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(continúa)
CHAPTER 6
89
Lección 6.5 • Sistemas de desigualdades (continuación)
Las soluciones de este sistema son los valores que satisfacen todas
las desigualdades. No puedes hacer una lista de todas las soluciones (hay
demasiadas), pero puedes mostrar la región en una gráfica. Para hacer esto,
representa gráficamente la solución de cada una de las desigualdades. La solución
del sistema es el área en la que todas las gráficas se traslapan.
Paso 6
La solución son todos los puntos que están sobre o a la derecha
de x 5,000, y los que están sobre o por encima de y 5,000,
y los que están sobre o por encima de y 2x, y los que están
sobre o por debajo de x y 40,000. La solución se muestra
a la derecha y se llama región factible.
y
40,000
y 2x
C
B
x y 40,000
20,000
Para hallar las esquinas, o los vértices, de la región, necesitas
hallar los puntos donde se intersecan las rectas que forman
cada esquina. Esto implica resolver estos sistemas:
y 2x
x 5,000
x 5,000
x y 40,000
x y 40,000
y 2x
x 5,000
A
y 5,000
x
40,000
20,000
Las soluciones de estos sistemas son (5000, 35000), 1333331, 2666632 y
(5000, 10000). Puedes describir la región factible para el sistema como el triángulo
con los vértices (5000, 35000), 1333331, 2666632 y (5000, 10000), y su interior.
Lee el texto que sigue a la investigación y analiza atentamente el Ejemplo A.
Después analiza el siguiente ejemplo.
䊳
EJEMPLO
Dibuja la región factible de este sistema de desigualdades e identifica sus vértices.
⎧x 1
⎪
⎨y 2 x
⎪
⎩ y 4 0.5x
Solución
Éstas son las gráficas de cada desigualdad:
xⱖ1
y
y
4
4
2
2
–2
y ⱕ 4 ⫺ 0.5x
y⫹2⬎x
y
2
4
x
–2
2
2
x
4
–2
–2
2
x
4
–2
La región factible es el traslapo de las gráficas como se muestra
a la derecha.
Puedes leer los vértices de la gráfica o hallarlos resolviendo estos
sistemas:
x1
y2x
x1
y 4 0.5x
y 4 0.5x
y2x
y
2
–2
2
4
x
Las soluciones son (1, 3.5), (4, 2) y (1, 1).
El Ejemplo B en tu libro muestra cómo se pueden usar las desigualdades no lineales
para representar una situación. Analiza el Ejemplo B y después lee el resto de la lección.
90
CHAPTER 6
Discovering Advanced Algebra Condensed Lessons in Spanish
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LECCIÓN
CONDENSADA
6.6
Programación lineal
En esta lección
●
usarás el método de programación lineal para resolver problemas que
consisten en maximizar o minimizar el valor de una expresión
La programación lineal es el proceso de hallar una región factible y después
hallar el punto dentro de la región que da el valor máximo o mínimo para una
expresión específica. Lee sobre la programación lineal en el texto que precede a
la investigación en tu libro.
Investigación: Maximización de ganancias
Lee el primer párrafo de la investigación en tu libro. A continuación
la información dada está organizada en una tabla. Además de esta información,
observa que el número de bebederos para pájaros sin esmaltar, x, debe ser mayor
o igual a 6.
Paso 1
Por cada bebedero sin
esmaltar para pájaros
Por cada bebedero
esmaltado para pájaros
Horas de torno
0.5
1
8
Horas de horno
3
18
60
$10
$40
Maximizar
Ganancia
Valor
de restricción
Paso 2 Usa tu tabla para escribir desigualdades que reflejen las restricciones
dadas junto con cualquier restricción razonable. Después compara tus
desigualdades con las siguientes.
0.5x y 8
3x 18y 60
x6
x0
y0
Restricción de las horas de torno
Restricción de las horas de horno
Restricción sobre el número de bebederos sin esmaltar
Sentido común
Sentido común
Ahora, haz una gráfica de la región factible del sistema de desigualdades
y rotula los vértices. Compara tu gráfica con la de la derecha.
Tiene sentido producir sólo números enteros de bebederos
para pájaros. Haz una lista de coordenadas de todos los puntos dentro
de la región factible, para los cuales ambas coordenadas son números
enteros. Asegúrate de incluir los puntos en las rectas límite. Tu lista
debe componerse de estos 23 puntos:
Paso 3
y
5
20
x
(6, 0), (7, 0), (8, 0), (9, 0), (10, 0), (11, 0), (12, 0), (13, 0), (14, 0),
(15, 0), (16, 0), (6, 1), (7, 1), (8, 1), (9, 1), (10, 1), (11, 1), (12, 1),
(13, 1), (14, 1), (6, 2), (7, 2), (8, 2)
Estos puntos representan todas las combinaciones posibles de bebederos
esmaltados y sin esmaltar que el taller puede producir.
(continúa)
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CHAPTER 6
91
Lección 6.6 • Programación lineal (continuación)
El taller obtiene $10 por cada bebedero sin esmaltar y $40 por cada
bebedero esmaltado. La ecuación para la ganancia, P, es P 10x 40y si la
empresa produce x bebederos sin esmaltar e y bebederos esmaltados. Halla la
ganancia para cada uno de los puntos factibles incluidos en el Paso 3. Debes
obtener los siguientes resultados.
Paso 4
Punto
Ganancia
Punto
Ganancia
Punto
Ganancia
(6, 0)
$60
(7, 0)
$70
(8, 0)
$80
(9, 0)
$90
(10, 0)
$100
(11, 0)
$110
(12, 0)
$120
(13, 0)
$130
(14, 0)
$140
(15, 0)
$150
(16, 0)
$160
(6, 1)
$100
(7, 1)
$110
(8, 1)
$120
(9, 1)
$130
(10, 1)
$140
(11, 1)
$150
(12, 1)
$160
(13, 1)
$170
(14, 1)
$180
(6, 2)
$140
(7, 2)
$150
(8, 2)
$160
El taller obtendrá una ganancia máxima de $180 si produce 14 bebederos
sin esmaltar y 1 esmaltado. El punto (14, 1) es un vértice de la región factible.
Paso 5
Completa los Pasos 6 a 8 y después compara tus resultados con los siguientes.
Paso 6
10x 40y 100; observa la gráfica de la derecha.
Paso 7
10x 40y 140; observa la gráfica de la derecha.
Paso 8
10x 40y 170; observa la gráfica de la derecha.
y
5
Mira las rectas de ganancia de los Pasos 6 a 8. Observa que
todas son paralelas entre sí y que, a medida que aumenta la ganancia,
las rectas se desplazan hacia arriba y hacia la derecha. Si imaginas
que la recta de ganancia se sigue desplazando hacia arriba y hacia la
derecha, manteniendo siempre la misma pendiente, el último punto
en la región factible por el que pasará es (14, 1). Por consiguiente,
(14, 1) debe ser el punto que maximiza la ganancia. Este mismo método
funcionaría también en otras situaciones. Si el vértice no tuviera coordenadas
de número enteros, podrías verificar los puntos de números enteros cercanos al
vértice. Para minimizar la ganancia, podrías imaginar que la recta de ganancia se
desliza hacia abajo y hacia la izquierda. El último punto de la región factible por
el que pase sería (6, 0), que es el punto que da la ganancia mínima.
Paso 9
20
x
El ejemplo en tu libro proporciona un ejemplo en el que se usa la programación
lineal para minimizar los costos. Analiza ese ejemplo y lee el resto de la lección.
La lección termina con un recuadro donde se resumen los pasos para resolver
un problema de programación lineal.
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CHAPTER 6
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