48. Sistemas lineales de dos ecuaciones con dos incógnitas

Domina la fundamentación analítica y gráfica para hallar el punto de confluencia de dos restricciones lineales.

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Para empezar

¿Membresía o pago por viaje?

Bogotá y Medellín tienen bicicletas públicas. Imagina una ciudad con dos maneras de pagarlas (tarifas hipotéticas, tomadas del libro Matemáticas para un mundo sostenible):

  • Plan A: $25.000 de membresía al mes y $500 por viaje.
  • Plan B: sin membresía, pero cada viaje cuesta $2.950.

Si xx es el número de viajes del mes, los costos son A(x)=25 000+500xA(x) = 25\,000 + 500x y B(x)=2 950xB(x) = 2\,950x. Cada plan es una recta. ¿Desde cuántos viajes conviene el plan A? Antes de hacer cuentas, mira cómo crecen las dos rectas.

Momento animado

Dos planes, un cruce

Dale a reproducir: cada viaje del mes deja un punto en cada recta. Mira dónde se cruzan.

Costo de los dos planes con 0 viajes: plan A $25.000, plan B $0.024681012141601020304050miles de $viajes
  • Plan A: 25.000 + 500x
  • Plan B: 2.950x
0 viajes
Etapas

Etapa 1 de 4 · Sin viajes

Con 0 viajes, el plan A ya cuesta $25.000 (la membresía) y el plan B, $0.

Plan A

$25.000

25.000 + 500 · 0

Plan B

$0

2.950 · 0

Con 0 viajes conviene el plan B: ahorras $25.000.

¿Qué es un sistema 2 × 2?

Un sistema de ecuaciones lineales de 2 × 2 son dos condiciones que deben cumplirse al mismo tiempo sobre dos incógnitas (xx e yy).

Forma general

{a1x+b1y=c1a2x+b2y=c2\begin{cases} a_1x + b_1y = c_1 \\ a_2x + b_2y = c_2 \end{cases}

Una solución es un par (x,y)(x, y) que cumple las dos ecuaciones a la vez: un punto que está en las dos rectas. En las bicicletas, el sistema es y=25 000+500xy = 25\,000 + 500x y y=2 950xy = 2\,950x, y su solución es el cruce.

Ejercicio 1: ¿es solución?

¿Es el punto (2,1)(2, 1) solución del sistema {x+y=3, 2x−y=3}\{ x + y = 3,\ 2x - y = 3 \}?

Concepto Clave

"Resolver un sistema 2 × 2 es encontrar el punto que está en las dos rectas a la vez."

Ejemplo resuelto

¿Desde cuántos viajes conviene el plan A?

Como las dos expresiones dan el costo, se igualan (método de igualación):

  1. 1

    Igualar los dos costos

    En el cruce, los dos planes cuestan lo mismo.
    25 000+500x=2 950x25\,000 + 500x = 2\,950x
  2. 2

    Pasar los términos en x a un lado

    Se resta 500x a los dos lados.
    25 000=2 450x25\,000 = 2\,450x
  3. 3

    Despejar x

    Se divide entre 2.450.
    x=25 0002 450≈10,2x = \frac{25\,000}{2\,450} \approx 10{,}2
  4. 4

    Volver a la situación: 10 viajes

    Los viajes son enteros, así que se comparan 10 y 11 viajes. Con 10, todavía es más barato B.
    A(10)=30 000B(10)=29 500\begin{aligned} A(10) &= 30\,000 \\ B(10) &= 29\,500 \end{aligned}
  5. 5

    Con 11 viajes

    Con 11 ya es más barato A.
    A(11)=30 500B(11)=32 450\begin{aligned} A(11) &= 30\,500 \\ B(11) &= 32\,450 \end{aligned}

Con 10 viajes todavía gana B; con 11 ya gana A. Desde 11 viajes al mes conviene el plan A.

Laboratorio

Sistema 2×2 en el plano

Cada ecuación es una recta. La solución del sistema es el punto donde se cortan.

Rectas y = -x + 5 y y = 2x - 4. Compatible determinado (SCD): una solución−4−20246−4−3−2−10123456
  • Recta 1: y=−x+5y = -x + 5
  • Recta 2: y=2x−4y = 2x - 4

Compatible determinado (SCD): una solución

Se cortan en (3; 2)(3;\ 2)

Recta 1

-1
5

Recta 2

2
-4
Cómo resolver algebraicamente el sistema modelo:{x+y=5, 2x−y=4}\{ x + y = 5, \ 2x - y = 4 \}

Paso a paso con Sustitución:

1. Despejamos yy de la 1ª ecuación: y=5−xy = 5 - x.

2. Sustituimos en la 2ª: 2x−(5−x)=4  ⟹  2x−5+x=4  ⟹  3x=9  ⟹  x=32x - (5 - x) = 4 \implies 2x - 5 + x = 4 \implies 3x = 9 \implies x = 3.

3. Calculamos yy: y=5−3=2y = 5 - 3 = 2. Solución: (3, 2).

Es el sistema del primer escenario: en la gráfica, las rectas se cortan en (3, 2).

Clasificación Geométrica de las Soluciones

La posición relativa de las dos rectas en el plano determina cuántas soluciones tiene el sistema:

Compatible Determinado

Las rectas se cortan en un solo punto. Pendientes distintas (m1≠m2m_1 \neq m_2).

Incompatible

Rectas paralelas y separadas (m1=m2,b1≠b2m_1 = m_2, b_1 \neq b_2). Cero soluciones.

Compatible Indeterminado

Son la misma recta (m1=m2,b1=b2m_1 = m_2, b_1 = b_2). Infinitas soluciones.

Ejercicio 2: leer las rectas

¿Cuántas soluciones tiene el sistema {y=2x+1, y=2x−5}\{ y = 2x + 1,\ y = 2x - 5 \}?

Practica

Planes, ferias y taquillas

Cuatro ejercicios más. Los tres primeros son del libro Matemáticas para un mundo sostenible (capítulo 2, sección 2.6). Si fallas, lee por qué: cada opción equivocada sale de un error que de verdad se comete.

Ejercicio 3: suma y diferencia

Resuelve {x+y=10, x−y=4}\{ x + y = 10,\ x - y = 4 \}.

Ejercicio 4: dos rectas despejadas

¿En qué punto se cortan las rectas y=2x+1y = 2x + 1 y y=−x+7y = -x + 7?

Ejercicio 5: la feria campesina

En una feria campesina, Luz Marina vendió 40 bolsas de café: unas de 250 g a $12.000 y otras de 500 g a $22.000 (datos hipotéticos). Recibió $650.000. ¿Cuántas bolsas de cada tamaño vendió?

Ejercicio 6 (tipo Saber 11): la taquilla del cine

Una familia paga $46.000 por 2 boletas de adulto y 3 de niño. Otra familia paga $34.000 por 2 de adulto y 1 de niño (precios hipotéticos). ¿Cuánto vale cada boleta?