7. Relaciones Lineales en Acción: Ejemplos del Mundo Real (Parte 2)

Relaciones Lineales en Acción: Ejemplos del Mundo Real (Parte 2)

Idea inicial

En la página anterior exploramos cómo las funciones lineales en dos variables permiten modelar distintos fenómenos. Ahora profundizaremos en la interpretación de los parámetros \(a\), \(b\) y \(c\) en una expresión de la forma:

\[ f(x,y)=ax+by+c \]

En este tipo de modelo, \(a\) y \(b\) indican cómo cambia el valor de la función al variar \(x\) o \(y\), mientras que \(c\) representa el valor inicial cuando \(x=0\) e \(y=0\).

Modelos simplificados

Los ejemplos de esta página usan modelos lineales simples. En la realidad, fenómenos como olas, temperatura o capas de roca pueden ser más complejos, pero estos modelos sirven para comprender la idea matemática principal.

Ejemplo 1: Propagación de Ondas en el Mar

Modelo de altura de una ola

Imagina una ola observada en una zona pequeña del mar. En un modelo simplificado, la altura de la ola en un punto puede representarse mediante una función lineal:

\[ H(x,y)=ax+by+c \]

donde:

  • \(H(x,y)\) es la altura de la ola en el punto \((x,y)\).
  • \(x\) es la distancia medida en una dirección de referencia.
  • \(y\) es la distancia medida en una dirección perpendicular.
  • \(a\) indica cuánto cambia la altura cuando aumenta \(x\), manteniendo \(y\) constante.
  • \(b\) indica cuánto cambia la altura cuando aumenta \(y\), manteniendo \(x\) constante.
  • \(c\) puede representar la altura inicial o nivel de referencia cuando \(x=0\) e \(y=0\).

Si \(b=0\), la altura solo depende de \(x\). Si \(a=0\), la altura solo depende de \(y\).

Pregunta del ejemplo 1

Si la función que describe la altura de una ola es \[ H(x,y)=0{,}5x+0{,}2y, \] ¿cómo interpretarías los valores de \(a\) y \(b\)?

Ejemplo 2: Formación de Capas de Rocas

Modelo de espesor de una capa rocosa

En geología, el espesor de una capa de roca en un punto determinado puede modelarse, de manera simplificada, mediante una función lineal:

\[ E(x,y)=ax+by+c \]

donde:

  • \(E(x,y)\) es el espesor de la capa en el punto \((x,y)\).
  • \(x\) es una distancia horizontal medida desde una referencia.
  • \(y\) es una distancia perpendicular a esa referencia.
  • \(a\) indica cuánto cambia el espesor cuando aumenta \(x\), manteniendo \(y\) constante.
  • \(b\) indica cuánto cambia el espesor cuando aumenta \(y\), manteniendo \(x\) constante.
  • \(c\) representa el espesor inicial en el punto \((0,0)\).

Pregunta del ejemplo 2

Si la función que describe el espesor de una capa de roca es \[ E(x,y)=-0{,}1x+0{,}05y+2, \] ¿cómo interpretarías los valores de \(a\), \(b\) y \(c\)?

Ejemplo gráfico: líneas de igual altura de ola

Para el modelo:

\[ H(x,y)=0{,}5x+0{,}2y \]

una línea de nivel se obtiene cuando la altura \(H\) se mantiene constante. Por ejemplo, si \(H=4\), se cumple:

\[ 0{,}5x+0{,}2y=4. \]

El gráfico muestra varias líneas de igual altura.

Las rectas son paralelas porque el modelo mantiene los mismos coeficientes \(0{,}5\) y \(0{,}2\). Al cambiar el valor de \(H\), cambia la posición de la recta.

Ejercicio gráfico: interpretar una línea de nivel

En el modelo \(H(x,y)=0{,}5x+0{,}2y\), verifica si los puntos \((4,10)\) y \((0,20)\) están en la misma línea de nivel. Interpreta el resultado.

Ejercicios

Modelo de referencia

En los siguientes ejercicios considera la función:

\[ f(x,y)=ax+by+c \]

Nivel Básico

Ejercicio 1

Si \(a=0\), ¿cómo se interpreta la función \(f(x,y)\)? ¿De qué variable depende?

Ejercicio 2

Si \(b=0\), ¿cómo se interpreta la función \(f(x,y)\)? ¿De qué variable depende?

Nivel Intermedio

Ejercicio 3

Si \(a\) y \(b\) son ambos positivos, ¿qué ocurre con el valor de \(f(x,y)\) cuando aumentan \(x\) e \(y\)?

Ejercicio 4

Si \[ f(x,y)=3x+2y+5, \] ¿cuál es el valor de \(f(2,4)\)?

Ejercicio 5

¿Qué se puede decir sobre las líneas de nivel de \(f(x,y)\) cuando solo cambia el valor de \(c\), manteniendo fijos \(a\) y \(b\)?

Desafío

Ejercicio 6

Si \(a\) es positivo y \(b\) es negativo, ¿se puede saber solo mirando los cuadrantes dónde la función \[ f(x,y)=ax+by+c \] tomará valores positivos?

Ejercicio 7

Si se sabe que \(f(x,y)\) representa la temperatura en un punto \((x,y)\) de una placa, y que \[ f(x,y)=2x-3y+5, \] ¿qué cambio produce avanzar \(1\) unidad en \(x\)? ¿Qué cambio produce avanzar \(1\) unidad en \(y\)?