Capitulo 6 sistemas de ecuaciones

4. Sistemas de Ecuaciones: Método de Sustitución

Sistemas de Ecuaciones: Método de Sustitución

¿Qué es el método de sustitución?

El método de sustitución es una técnica algebraica para resolver sistemas de ecuaciones. La idea consiste en despejar una incógnita en una de las ecuaciones y luego reemplazar esa expresión en la otra ecuación.

De esta manera, se obtiene una ecuación con una sola incógnita, que puede resolverse con procedimientos ya conocidos.

Procedimiento paso a paso

Pasos para resolver un sistema por sustitución

  1. Despejar una incógnita: elige una de las ecuaciones y despeja una de sus incógnitas.
  2. Sustituir: reemplaza la expresión obtenida en la otra ecuación. Es importante usar paréntesis cuando corresponda.
  3. Resolver: resuelve la nueva ecuación para encontrar el valor de una incógnita.
  4. Encontrar la segunda incógnita: reemplaza el valor encontrado en la ecuación despejada.
  5. Verificar: comprueba que el par ordenado obtenido satisface ambas ecuaciones originales.

Un tip de profe

Para facilitar el procedimiento, conviene despejar primero la incógnita que tenga coeficiente \(1\) o \(-1\). Por ejemplo, en el sistema \(2x+y=5\) y \(3x-4y=8\), es más sencillo despejar \(y\) desde la primera ecuación.

Ejemplos resueltos: método de sustitución

Ejemplo 1: despeje directo

Resolvamos el sistema:

\[ \begin{cases} 2x+y=7\\ x-y=2 \end{cases} \]

1. Despejar: la \(y\) de la primera ecuación está positiva y tiene coeficiente \(1\), por lo tanto es una buena opción para despejar.

\[ 2x+y=7 \Rightarrow y=7-2x \]

2. Sustituir: reemplazamos \(y=7-2x\) en la segunda ecuación.

\[ x-(7-2x)=2 \]

3. Resolver para \(x\):

\[ x-7+2x=2 \]

\[ 3x-7=2 \]

\[ 3x=9 \]

\[ x=3 \]

4. Encontrar \(y\): reemplazamos \(x=3\) en \(y=7-2x\).

\[ y=7-2(3) \]

\[ y=7-6=1 \]

Verificación gráfica: las rectas se intersectan en \((3,1)\).

Solución: el par ordenado \((3,1)\) es la solución del sistema.

Ejemplo 2: despejando \(x\)

Resolvamos el sistema:

\[ \begin{cases} x+3y=6\\ 5x-2y=13 \end{cases} \]

1. Despejar: en este caso, la \(x\) de la primera ecuación es la más sencilla de despejar.

\[ x+3y=6 \Rightarrow x=6-3y \]

2. Sustituir: reemplazamos \(x=6-3y\) en la segunda ecuación.

\[ 5(6-3y)-2y=13 \]

3. Resolver para \(y\):

\[ 30-15y-2y=13 \]

\[ 30-17y=13 \]

\[ -17y=-17 \]

\[ y=1 \]

4. Encontrar \(x\): reemplazamos \(y=1\) en \(x=6-3y\).

\[ x=6-3(1) \]

\[ x=3 \]

Verificación gráfica: al escribir ambas ecuaciones como funciones, se obtiene \(y=-\frac{1}{3}x+2\) y \(y=\frac{5}{2}x-\frac{13}{2}\).

Solución: el par ordenado \((3,1)\) es la solución del sistema.

Ejemplo 3: despeje con coeficientes

Resolvamos el sistema:

\[ \begin{cases} 2x+3y=1\\ 3x-4y=10 \end{cases} \]

1. Despejar: aquí ninguna incógnita está sola. Despejemos \(x\) desde la primera ecuación.

\[ 2x+3y=1 \]

\[ 2x=1-3y \]

\[ x=\frac{1-3y}{2} \]

2. Sustituir: reemplazamos \(x=\frac{1-3y}{2}\) en la segunda ecuación.

\[ 3\left(\frac{1-3y}{2}\right)-4y=10 \]

Tip para eliminar fracciones

Cuando aparece una fracción, se puede multiplicar toda la ecuación por el denominador común. En este caso, multiplicaremos por \(2\).

3. Resolver para \(y\):

\[ 2\cdot 3\left(\frac{1-3y}{2}\right)-2\cdot 4y=2\cdot 10 \]

\[ 3(1-3y)-8y=20 \]

\[ 3-9y-8y=20 \]

\[ 3-17y=20 \]

\[ -17y=17 \]

\[ y=-1 \]

4. Encontrar \(x\): reemplazamos \(y=-1\) en la expresión despejada.

\[ x=\frac{1-3(-1)}{2} \]

\[ x=\frac{1+3}{2}=\frac{4}{2}=2 \]

Verificación gráfica: al escribir ambas ecuaciones como funciones, se obtiene \(y=-\frac{2}{3}x+\frac{1}{3}\) y \(y=\frac{3}{4}x-\frac{5}{2}\).

Solución: el par ordenado \((2,-1)\) es la solución del sistema.

Ejercicios propuestos

Parte 1: Ejercicios con números enteros y racionales

Ejercicio 1

Resuelve por sustitución:

\[ \begin{cases} x+y=5\\ 2x-y=4 \end{cases} \]

Ejercicio 2

Resuelve por sustitución:

\[ \begin{cases} 3x+y=7\\ 2x-3y=0 \end{cases} \]

Ejercicio 3

Resuelve por sustitución:

\[ \begin{cases} x+2y=8\\ 3x-y=3 \end{cases} \]

Ejercicio 4

Resuelve por sustitución:

\[ \begin{cases} \frac{1}{2}x+\frac{1}{3}y=2\\ x-2y=-2 \end{cases} \]

Ejercicio 5

Resuelve por sustitución:

\[ \begin{cases} 4x-y=11\\ 6x+2y=14 \end{cases} \]

Parte 2: Ejercicios con coeficientes literales

Ejercicio 6

Resuelve para \(x\) e \(y\):

\[ \begin{cases} x+y=a\\ x-y=b \end{cases} \]

Ejercicio 7

Resuelve para \(x\) e \(y\), con \(ab\neq 1\):

\[ \begin{cases} ax+y=c\\ x+by=d \end{cases} \]