PROGRAMA DEL DIPLOMA DEL IB OXFORD E S T U D I O S L O A P M ATE M TI CO S S E N E N I S NI VEL M EDIO R E LIBRO DEL ALUMNO V Peter Blythe Jim Fensom Jane Forrest Paula Waldman de Tokman 3 Great Clarendon Street, Oxford, OX2 6DP, Reino Unido Oxford University Press es un departamento de la Universidad de Oxford que promueve el objetivo de excelencia acadmica, educativa e investigadora de esta Universidad mediante sus publicaciones en todo el mundo. Oxford es una marca registrada de Oxford University Press en el Reino Unido y en algunos otros pases. Oxford University Press 2015 Los autores han reivindicado sus derechos morales. Traducido del ingls por Paula Waldman de Tokman, y revisado por Irene Owen y Valeria Juanatey-Oogan Derechos de autor de la traduccin Oxford University Press 2015 Primera publicacin en 2015 Reservados todos los derechos. No se podr reproducir ninguna parte de esta publicacin, ni almacenarla en un sistema de recuperacin de datos o transmitirla en cualquier forma o por cualquier procedimiento sin autorizacin previa por escrito de Oxford University Press o salvo conforme a lo expresamente permitido por la ley, por licencia o por las condiciones acordadas con la organizacin de derechos de reprografa pertinente. Cualquier consulta relativa a la reproduccin de esta publicacin al margen de lo antedicho debe enviarse a: Rights Department, Oxford University Press, Great Clarendon Street, Oxford, OX2 6DP, Reino Unido. No le est permitido distribuir partes de esta publicacin en cualquier otra forma, y debe imponer esta misma condicin a cualquier persona que tenga acceso a la misma. Esta publicacin figura en el catlogo de la Biblioteca Britnica con los datos siguientes: 978-0-19-833875-8 1 3 5 7 9 10 8 6 4 2 El papel usado para la fabricacin de este libro es un producto natural y reciclable de madera de bosques sostenibles. El proceso de fabricacin se ajusta a las normas ambientales del pas de origen. Impreso en China Agradecimientos Los editores desean agradecer a las siguientes personas e Dreamstime.com; P303: Rui Matos/Dreamstime.com; P304: instituciones su autorizacin para usar sus fotografas: Slidepix/Dreamstime.com; P306: negative/Shutterstock; P308: Oleksandr Pekur/Dreamstime.com; P310: Tupungato/Dream- P3: PEKKA AHO/Associated Press; P20: kirych/Shutterstock; P22: stime.com; P312: Anna Dudek/Dreamstime.com; P320: Stuart Key/ allOver photography/Alamy; P25: Ronald Sumners/Shutterstock; Dreamstime.com; P327: Seymour/Science Photo Library; P326: P41: Christopher King/Dreamstime.com; P41: XYZ/Shutterstock; MoonBloom/Shutterstock; P327: Christian Delbert/Shutterstock; P41: Ionia/Shutterstock; P43: Paul Brown/Rex Features; P45: P327: GoodMood Photo/Shutterstock; P329: Badzmanaoi.../Dream- Gravicapa/Shutterstock; P45: Sergej Razvodovskij/Shutterstock; stime.com; P350: negative/Shutterstock; P352: Tatiana Popova/ P63: Stphane Bidouze/Shutterstock; P69: Liv Falvey/ Shutterstock; P352: Sinelyov/Shutterstock; P355: Roman Sigaev/ Shutterstock; P84: Paul Walters Worldwide Photography Ltd/ Shutterstock; P361: Sinelyov/Shutterstock; P365: grum_l/Shut- Photo Library; P85: David H.Seymour/Shutterstock; P85: SkillUp/ terstock; P378: M&N/Alamy; P379: Peter E Noyce/Alamy; P379: Shutterstock; P85: Nlshop/Shutterstock; P85: marina ljubanovic/ Tele52/Dreamstime.com; P378: Oleksiy Mark/Shutterstock; P381: Shutterstock; P87: David Parker/Alamy; P130: Dietmar Hp/ Comstock/Thinkstock; P403: Olga Utlyakova/Shutterstock; P419: Shutterstock; P130: pagadesign/istockphoto; P131: Professor FromOldBooks.org/Alamy; P418: Briangoff/Dreamstime.com; P418: Peter Goddardd/Science Photo Library; P131: Dreamstime; P133: TerryM/Shutterstock; P418: Bomshtein/Shutterstock; P419: Zack A777thunder; P165: James Steidl/Shutterstock; P166: Tatiana53/ Clothier/Shutterstock; P419: Anton Brand/Shutterstock; P421: Shutterstock; P166: Hemera Technologies/Getty Images; P171: Ahmet Ihsan Ariturk/Dreamstime.com; P423: Sunnyi/Dreamstime. 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Si se les notifca, los editores rectifcarn cualquier error u Shutterstock; P292: Jessmine/Shutterstock; P295: Annabelle496/ omisin a la mayor brevedad. ii Defnicin del libro del En pos de este objetivo, la organizacin colabora con establecimientos escolares, alumno gobiernos y organizaciones internacionales Los libros del alumno del Programa del para crear y desarrollar programas de Diploma del IB son recursos diseados como educacin internacional exigentes y mtodos apoyo para el estudio en los dos aos del de evaluacin rigurosos. Programa del Diploma. Estos recursos ayudan Estos programas alientan a alumnos del a los alumnos a entender lo que se espera del mundo entero a adoptar una actitud activa estudio de una asignatura del Programa del de aprendizaje durante toda su vida, a ser Diploma del IB y presentan su contenido de compasivos y a entender que otras personas, manera que ilustra el propsito y los objetivos con sus dierencias, tambin pueden estar en lo del IB. Reejan la flosoa y el enoque del IB, cierto. y avorecen una comprensin prounda de la asignatura al establecer conexiones con temas El perfl de la comunidad ms amplios y brindar oportunidades para el de aprendizaje del IB pensamiento crtico. El objetivo undamental de los programas Conorme a la flosoa del IB, los libros del Bachillerato Internacional (IB) es ormar abordan el currculo teniendo en cuenta el personas con mentalidad internacional que, curso en su totalidad y el uso de una amplia conscientes de la condicin que las une como gama de recursos, la mentalidad internacional, seres humanos y de la responsabilidad que el perfl de la comunidad de aprendizaje del comparten de velar por el planeta, contribuyan IB y los componentes troncales del Programa a crear un mundo mejor y ms pacfco. Como del Diploma del IB: Teora del Conocimiento, miembros de la comunidad de aprendizaje del la Monograa y Creatividad, Actividad y IB, nos esorzamos por ser: Servicio (CAS). Indagadores: Cultivamos nuestra curiosidad, Todos los libros pueden usarse en combinacin a la vez que desarrollamos habilidades para con otros materiales y, de hecho, se espera la indagacin y la investigacin. Sabemos que los alumnos del IB extraigan conclusiones cmo aprender de manera autnoma y junto basndose en una variedad de recursos. Todos con otros. Aprendemos con entusiasmo y los libros proponen lecturas adicionales mantenemos estas ansias de aprender durante y brindan sugerencias para ampliar la toda la vida. investigacin. Informados e instruidos: Desarrollamos Adems, los libros del alumno proporcionan y usamos nuestra comprensin conceptual asesoramiento y orientacin con respecto a los mediante la exploracin del conocimiento requisitos de evaluacin de las asignaturas y la en una variedad de disciplinas. Nos probidad acadmica. comprometemos con ideas y cuestiones de importancia local y mundial. Declaracin de principios Pensadores: Utilizamos habilidades de del IB pensamiento crtico y creativo para analizar y proceder de manera responsable ante El Bachillerato Internacional tiene como problemas complejos. Actuamos por propia meta ormar jvenes solidarios, inormados y iniciativa al tomar decisiones razonadas y vidos de conocimiento, capaces de contribuir ticas. a crear un mundo mejor y ms pacfco, en el marco del entendimiento mutuo y el respeto Buenos comunicadores: Nos expresamos intercultural. con confanza y creatividad en diversas iii lenguas, lenguajes y maneras. Colaboramos debidamente la autora de las ideas y el trabajo efcazmente, escuchando atentamente las de otras personas. Por lo tanto, toda actividad perspectivas de otras personas y grupos. escrita u oral realizada para la evaluacin debe estar expresada en palabras propias. Cuando se ntegros: Actuamos con integridad y utilicen uentes externas o se haga reerencia honradez, con un proundo sentido de la a ellas, ya sea en orma de cita directa o equidad, la justicia y el respeto por la dignidad parrasis, se debe indicar debidamente su y los derechos de las personas en todo el procedencia. mundo. Asumimos la responsabilidad de nuestros propios actos y sus consecuencias. Cmo citar el trabajo de otros De mentalidad abierta: Desarrollamos Para indicar que se han utilizado las ideas de una apreciacin crtica de nuestras propias otras personas se usan notas a pie de pgina y culturas e historias personales, as como bibliograas. de los valores y tradiciones de los dems. Notas a pie de pgina (colocadas en la Buscamos y consideramos distintos puntos parte inerior de una pgina) o notas al fnal de vista y estamos dispuestos a aprender de la (colocadas al fnal de un documento): deben experiencia. utilizarse cuando se cita o pararasea de otro Solidarios: Mostramos empata, sensibilidad documento, o cuando se reproduce de manera y respeto rente a las necesidades y los resumida la inormacin de otro documento. sentimientos de otros. Nos comprometemos a No es necesario usar una nota a pie de pgina ayudar a los dems y actuamos con el propsito para inormacin que orma parte de un rea de inuir positivamente en las vidas de las de conocimiento. Es decir, no es necesario personas y el mundo que nos rodea. citar defniciones en notas a pie de pgina, ya que se considera que son de conocimiento Audaces: Abordamos la incertidumbre con general. previsin y determinacin. Trabajamos de manera autnoma y colaborativa para explorar Bibliograas: deben incluir una lista ormal de nuevas ideas y estrategias innovadoras. los recursos que se han utilizado en un trabajo. Deendemos nuestras posturas con valenta y Por ormal se entiende que debe presentarse claridad. siguiendo una de las varias convenciones aceptadas. Esto normalmente implica separar Equilibrados: Entendemos la importancia los recursos utilizados en dierentes categoras del equilibrio sico, mental y emocional para (por ejemplo, libros, revistas, artculos lograr el bienestar propio y el de los dems. periodsticos, recursos de Internet, CD y obras Refexivos: Evaluamos detenidamente el de arte) y proporcionar datos completos de mundo y nuestras propias ideas y experiencias. dnde puede encontrar la misma inormacin Nos esorzamos por comprender nuestras un lector o un observador del trabajo. La ortalezas y debilidades para, de este modo, bibliograa es una parte obligatoria de la contribuir a nuestro aprendizaje y desarrollo Monograa. personal. Qu constituye una conducta Probidad acadmica ? improcedente Es undamental citar debidamente a los La conducta improcedente es toda accin autores de la inormacin que se utiliza en un por la que un alumno salga o pueda salir trabajo. Despus de todo, los autores de las benefciado injustamente en uno o varios ideas (propiedad intelectual) tienen derechos componentes de la evaluacin. El plagio de propiedad. Para que un trabajo se considere y la colusin se consideran conducta original, debe basarse en ideas propias y citar improcedente. iv Plagio: se entiende como la presentacin de Cuando se utilicen obras de arte, ya sean las ideas o el trabajo de otra persona como de msica, cine, danza, teatro o artes propios. Estas son algunas ormas de evitar el visuales, o cuando se haga un uso creativo plagio: de una parte de una obra de arte, se debe citar al artista original. Debe citarse la autora de las palabras e ideas de otras personas que se utilicen para Colusin: se entiende como el comportamiento respaldar los argumentos propios. de un alumno que contribuye a la conducta improcedente de otro. Incluye: Los pasajes citados textualmente Permitirle a otro alumno que copie un deben entrecomillarse y debe citarse trabajo o lo presente como si uese propio su autora. Presentar un mismo trabajo para distintos Los CD-ROM, mensajes de correo componentes de evaluacin o requisitos electrnico, sitios web y otros medios del Programa del Diploma electrnicos deben ser tratados de la misma Otras formas de conducta improcedente manera que los libros y las revistas. incluyen cualquier accin que le permita a un Debe citarse la uente de todas las alumno salir benefciado injustamente, o que otograas, mapas, ilustraciones, tenga consecuencias sobre los resultados de programas inormticos, datos, grfcos, otro alumno (por ejemplo, introducir material materiales audiovisuales y otros no autorizado a la sala de examen, conducta materiales similares que no sean de indebida durante un examen y alsifcar creacin propia. documentacin relacionada con CAS). v Contenidos Captulo 7 Nmero y lgebra 2 294 7.1 Progresiones aritmticas 296 Captulo 1 Nmero y lgebra 1 2 7.2 Progresiones geomtricas 304 1.1 Los conjuntos numricos 3 7.3 Conversin de divisas 310 1.2 Aproximaciones y error 11 7.4 Inters compuesto 314 1.3 Notacin cientfca 22 1.4 Unidades de medicin SI 25 Captulo 8 Conjuntos y probabilidad 328 8.1 Teora bsica de conjuntos 331 Captulo 2 Estadstica descriptiva 42 8.2 Diagramas de Venn 334 2.1 Clasifcacin de datos 44 8.3 Extensin a tres conjuntos 343 2.2 Datos discretos simples 47 8.4 Resolucin de problemas usando 2.3 Datos discretos o continuos agrupados 48 diagramas de Venn 345 2.4 Medidas de posicin central 54 8.5 Conceptos bsicos de la teora de 2.5 Curvas de recuencias acumuladas 61 probabilidades 352 2.6 Diagramas de caja y bigotes 67 8.6 Probabilidad condicionada 355 2.7 Medidas de dispersin 73 8.7 Dos casos especiales: sucesos Captulo 3 Geometra y trigonometra 1 86 incompatibles y sucesos 3.1 Pendiente de una recta 88 independientes 360 3.2 Ecuaciones de rectas 95 8.8 Diagramas de espacios muestrales 364 3.3 Las razones seno, coseno y tangente 103 8.9 Diagramas de rbol 367 3.4 El teorema del seno y el del coseno 119 Captulo 9 Lgica 380 Captulo 4 Modelos matemticos 132 9.1 Introduccin a la lgica 382 4.1 Funciones 134 9.2 Proposiciones compuestas 4.2 Modelos lineales 147 y notacin simblica 383 4.3 Modelos cuadrticos 152 9.3 Tablas de verdad: negacin 385 4.4 Modelos exponenciales 166 9.4 Tablas de verdad: conjuncin (y) 388 4.5 Grfcos de unciones de la orma 9.5 Tablas de verdad: resolucin de una f (x) = ax m + bx n + ..., m, n Z 175 ambigedad, el conector o 390 4.6 Utilizacin de la CPG para la 9.6 Equivalencia lgica, tautologa y resolucin de ecuaciones 187 contradicciones 395 4.7 Grfcos de situaciones de la 9.7 Proposiciones compuestas ormadas vida real 189 por tres proposiciones simples 397 9.8 Argumentos 401 Captulo 5 Aplicaciones estadsticas 202 5.1 La distribucin normal 204 Captulo 10 Geometra y 5.2 Correlacin 216 trigonometra 2 420 5.3 La recta de regresin 228 10.1 Geometra de los slidos en el espacio 422 5.4 La prueba de chi-cuadrado 233 10.2 Distancia entre puntos en un slido 426 10.3 ngulos entre dos rectas, o entre una Captulo 6 Introduccin al clculo recta y un plano 429 diferencial 254 10.4 Superfcie de los slidos en el espacio 436 6.1 Introduccin al clculo de derivadas 256 10.5 Volumen de los slidos en el espacio 441 6.2 La uncin derivada 263 6.3 Clculo de la pendiente de la curva Captulo 11 El proyecto 454 en un punto dado 267 11.1 El proyecto 454 6.4 La tangente y la normal a una curva 271 11.2 Los criterios de evaluacin interna 455 6.5 Razn de cambio 275 11.3 Moderacin del proyecto 463 6.6 Puntos mximos y mnimos locales 279 11.4 Probidad acadmica 463 6.7 Uso de derivadas en la elaboracin de 11.5 Tener registro de lo hecho 464 modelos matemticos: optimizacin 283 11.6 Eleccin de un tema 465 vi Captulo 12 Cmo aprovechar al 5.2 Clculo de valores de X conociendo mximo la calculadora de pantalla las probabilidades 501 grfca 468 5.3 Diagramas de dispersin usando una 1.1 Resolucin de sistemas de ecuaciones pgina de datos y estadstica 502 lineales 469 5.4 Diagramas de dispersin usando una 1.2 Resolucin de ecuaciones pgina de grfcos 505 cuadrticas 470 5.5 Uso de tablas de contingencia 507 1.3 Notacin cientfca 471 6.1 Pendiente en un punto 508 1.4 Ciras signifcativas 472 6.2 Dibujo de la tangente a una curva 509 2.1 Ingreso de listas de datos 473 6.3 Puntos mximos y mnimos 510 2.2 Ingreso de los datos en una tabla 7.1 Valor total de una inversin 512 de recuencias 473 7.2 Clculo de pagos por un prstamo 513 2.3 Dibujo de un histograma de recuencias a partir de una lista 474 Captulo 13 Conocimientos previos 514 2.4 Dibujo de un histograma de recuencias 1.1 Operaciones 515 a partir de una tabla de recuencias 475 1.2 Nmeros primos, divisores y 2.5 Dibujo de un diagrama de caja y mltiplos 516 bigotes a partir de una lista 476 1.3 Fracciones y decimales 518 2.6 Dibujo de un diagrama de caja y 1.4 Porcentajes 520 bigotes a partir de una tabla de 1.5 Razn y proporcin 523 recuencias 477 1.6 El mtodo de reduccin a la unidad 524 2.7 Clculo de parmetros estadsticos 2.1 Desarrollo de parntesis y a partir de una lista 478 actorizacin 525 2.8 Clculo de parmetros estadsticos 2.2 Frmulas 526 a partir de una tabla de recuencias 479 2.3 Resolucin de ecuaciones lineales 527 2.9 Clculo del rango intercuartil 480 2.4 Sistemas de ecuaciones lineales con 2.10 Uso de parmetros estadsticos 481 dos incgnitas 529 3.1 Grfco de unciones lineales 482 2.5 Expresiones exponenciales 530 3.2 Cmo hallar los ceros 482 2.6 Resolucin de inecuaciones 531 3.3 Cmo hallar la pendiente de una 2.7 Valor absoluto 533 recta 483 3.1 El teorema de Pitgoras 533 3.4 Resolucin de sistemas de ecuaciones 3.2 Puntos, rectas, planos y ngulos 535 en orma grfca 484 3.3 Figuras planas (bidimensionales) 535 4.1 Dibujo del grfco de una cuadrtica 486 3.4 Permetro 537 4.2 Cmo hallar el mnimo local o el 3.5 rea 538 mximo local 487 3.6 Geometra analtica 539 4.3 Dibujo del grfco de una exponencial 492 4.1 Grfcos estadsticos 541 4.4 Cmo hallar la asntota horizontal 493 4.5 Resolucin de una ecuacin que Captulo 14 544 combina cuadrtica y exponencial 494 Prctica para la prueba 1 544 4.6 Uso de transormaciones para Prctica para la prueba 2 549 modelizar una uncin cuadrtica 496 4.7 Uso de deslizadores para modelizar Respuestas 553 una uncin exponencial 498 5.1 Clculo de probabilidades conociendo ndice temtico 609 los valores de X 500 vii Acerca del libro En este libro se cubre detalladamente el actual programa de estudios de Estudios MatemticosNM. El libro est escrito por educadores que estuvieron involucrados en la ltima revisin del currculo. Cada captulo est dividido en secciones que pueden abordarse en una clase e incluyen: Investigaciones Sugerencias para exploraciones Consejos del examinador Teora del Conocimiento Curiosidades Exploracin histrica La intencin es permitir al alumno navegar por el libro en el orden que elija. Al comienzo de cada captulo, hay una ejercitacin corta sobre lo que el alumno debera saber antes de empezar ese captulo. Adems, el libro presenta un captulo sobre conocimientos previos. En todo el libro, se incluyen preguntas tipo examen, cuyas soluciones completas estn en el sitio web (www.oxordsecondary.com/ib-matematicas). Las respuestas fnales de todas las ejercitaciones estn al fnal del libro. El captulo sobre calculadoras de pantalla grfca (CPG) y las capturas de pantalla en todo el libro son de la calculadora TI-Nspire. Junto a las preguntas en las que se requiere usar la CPG, hay un icono de calculadora. En la clase es importante aplicar estrategias de dierenciacin. Para ayudar a los proesores con esto, los autores han escrito, en cada ejercitacin, preguntas que van de ciles a diciles. En el sitio web, se incluye adems material de ampliacin. Parte de este material les resultar til a los alumnos cuando escriban sus proyectos. Para obtener el mximo nivel de logro en el criterio Procedimientos matemticos, los clculos deben hacerse a mano. En el material de ampliacin, esto se expone claramente. Adems hay un captulo que aborda los criterios de evaluacin para el proyecto, junto con sugerencias para escribir un buen trabajo. Al fnal de cada captulo, se incluye un resumen de las habilidades ms importantes que el alumno ha aprendido en ese captulo. A continuacin del resumen, hay algunas pginas interesantes sobre Teora del Conocimiento, para hacer que los alumnos se detengan a pensar. El lenguaje utilizado en todo el libro es simple, conciso y claro, con contextos internacionales que son interesantes y pertinentes. Nota: Se ha utilizado el estilo del IB para los trminos matemticos. Tambin se ha empleado el estilo ormal de redaccin utilizado en los exmenes del IB, para ayudar a los alumnos a prepararse para dichas pruebas. viii Acerca de los autores Peter Blythe ha enseado durante 25aos los 4cursos de matemticas del Programa del Diploma del IB. Actualmente es profesor en el United World College South East Asia y es examinador jefe adjunto de Estudios MatemticosNM. Jim Fensom ha enseado cursos de matemticas del IB durante aproximadamente 35aos. Ha trabajado como coordinador de Matemticas en el Nexus International School en Singapur. Jane Forrest ha enseado matemticas durante ms de 30aos. Actualmente es la directora del Rotterdam International Secondary School en los Pases Bajos. Fue examinadora jefa adjunta de Estudios MatemticosNM durante 5aos y es moderadora principal de los proyectos. Paula Waldman de Tokman ha enseado matemticas durante ms de 20aos. Fue examinadora jefa adjunta de Estudios Matemticos durante 6aos. Actualmente ensea cursos de matemticas del IB en el St. Andrews Scots School en Buenos Aires (Argentina). Paul La Rondie y todos los autores del libro de alumno Matemticas NM han contribuido en las secciones sobre Teora del Conocimiento. 1 1 Nmero y lgebra 1 OBJETIVOS DEL CAPTULO: 1.1 Nmeros naturales, N; enteros, Z; nmeros racionales, Q; nmeros reales, R 1.2 Aproximacin: lugares decimales, ciras signifcativas, estimacin, porcentajes de error 1.3 Expresin de nmeros en notacin cientfca, operaciones con nmeros en notacin cientfca 1.4 SI y otras unidades bsicas de medicin Antes de comenzar Qu necesitamos saber Comprobemos nuestras habilidades 1 Sustituir en frmulas. Por ejemplo: 1 Halle el valor de y cuando x = 0,1 si las G y F se relacionan a travs de la variables x e y estn relacionadas a travs F1 de la frmula: frmula G= . Hallar el valor de F+2 a y = 3x2 (x 1) b y= (x1)2 981 x G cuando F = 98. G = = 9,7. c y = (1 x) (2x + 1) 98+2 2 Resolver ecuaciones simples en una 2 Halle el valor de x: variable. Por ejemplo: a 3x 7 = 14 b 2(x 6) = 4 a 2x 8 = 10 b x2 = 25 1 c (1x)=0 d x2 = 16 2x = 8 x = 5 o x = 5 2 x = 9 3 Calcular porcentajes. Por ejemplo: 3 Calcule: 5 Calcular el 5% de 240. 240 =12 a 8% de 1200 b 0,1% de 234 100 4 Resolver inecuaciones y representar 4 Resuelva las siguientes inecuaciones. la solucin en la recta numrica. Por Represente las soluciones en la recta ejemplo: numrica: 2x + 7 0 a 10 x 1 b 3x 6 > 12 1,5 2x 3 c 2x 0 1 0 1 2 x ,5 5 Calcular el valor absoluto de un nmero. 5 Calcule: 1 Por ejemplo: |2,5| = 2,5; |,3| = ,3; a |5| b 2 |0| = 0; |5 0| = 5 128 c |5 7| d 100 8 2 Nmero y lgebra 1
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