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Matemática (51) · Unidad 1 — Números reales

Módulo: ecuaciones e inecuaciones

El módulo no es «sacarle el menos a los números»: es la distancia al cero. Si lo pensás como distancia, |x| < 3 y |x| > 3 se resuelven mirando la recta, y los casos raros —|x| = −2, |x| ≥ −1— dejan de ser trampas y pasan a ser obvios.

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La explicación

Qué es el módulo, y la definición que sirve

La definición formal dice que |x| vale x si x ≥ 0 y vale −x si x < 0. Es correcta, pero no es la que se usa para resolver. La que sirve es ésta:

|x| es la distancia de x al cero.
|5| = 5 y |−5| = 5 porque los dos están a 5 pasos del origen.

Pensado así, el módulo nunca es negativo: una distancia no puede serlo. Y todo lo que viene después sale de esa sola frase.

Ecuaciones: |x| = a

«¿Qué números están a distancia a del cero?» Depende del signo de a, y hay tres casos:

a > 0 → dos soluciones: x = a y x = −a
a = 0 → una sola: x = 0
a < 0 → ninguna: el conjunto es vacío (∅)

El tercero es el que más se falla, y es el más fácil de todos: |x| = −2 no tiene solución porque ninguna distancia da −2. No hay que hacer ninguna cuenta, y de hecho hacerla es lo que lleva al error.

Inecuaciones: |x| < a y |x| > a

Misma pregunta, con desigualdad. Los que están a menos de a del cero son los del medio; los que están a más son los de los costados:

|x| < a → −a < x < a → un intervalo: (−a, a)
|x| > a → x < −a ó x > a → una unión: (−∞, −a) ∪ (a, +∞)

La forma de no confundirlas es no memorizarlas: dibujá el cero, marcá a y −a, y preguntate si querés lo de adentro o lo de afuera. Con ≤ y ≥ es igual, sólo cambian los paréntesis por corchetes.

Fijate en algo importante: «menor» da un intervalo y «mayor» da una unión. Si te dio al revés, algo se invirtió en el camino.

Los casos raros, que son los que se toman

|x| = −2 → vacío. Ninguna distancia es negativa.
|x| < −3 → vacío también. Ninguna distancia es menor que un número negativo.
|x| ≥ −1 → todo ℝ. Cualquier distancia, hasta la del cero, es mayor que −1: la condición no restringe nada.
|x| > −4 → todo ℝ, por lo mismo.
|x| ≤ 0 → sólo x = 0, porque la única distancia que no es positiva es la nula.

La regla para reconocerlos de un vistazo: si del otro lado hay un número negativo, no hay nada que despejar. O no lo cumple nadie, o lo cumplen todos, y decidir cuál es de las dos cosas lleva dos segundos.

La lectura que hace fácil todo lo demás: |x − c|

|x − c| es la distancia entre x y c.

Entonces |x − 4| < 3 dice «los x que están a menos de 3 del 4», y ésos son los que van desde 4 − 3 hasta 4 + 3:

|x − 4| < 3  →  (1, 7)    centro 4, radio 3

Leído así no hace falta despejar: el centro es el número que acompaña a la x y el radio es el de la derecha. También se puede hacer a mano abriendo la desigualdad doble −3 < x − 4 < 3 y sumando 4 en los tres miembros, que da lo mismo. Y ojo con el signo: |x + 2| = |x − (−2)| tiene centro en −2, no en 2.

El control que conviene hacer siempre

Reemplazá un número de adentro y uno de afuera en la expresión con módulo original, calculando el módulo de verdad (o sea, quedándote con el valor positivo). Y cuando el resultado te dé un intervalo, verificá que el centro esté adentro: en |x − 4| < 3, el 4 tiene que pertenecer, porque su distancia a sí mismo es 0. Si no está, el intervalo está corrido.

Un ejercicio resuelto, paso a paso

Representar en la recta real y escribir como unión de intervalos el conjunto {x ∈ ℝ / |x| ≥ 5}.

Traducir antes de calcular. |x| es la distancia de x al cero, así que la condición dice: «los x que están a 5 o más de distancia del origen».

Dónde están ésos. Marcá el 5 y el −5 en la recta. Los que están a distancia 5 o más no son los del medio —ésos están más cerca— sino los de los dos costados: todo lo que queda de −5 hacia la izquierda y de 5 hacia la derecha.

x ≤ −5  ó  x ≥ 5

Los bordes. El 5 y el −5 están exactamente a distancia 5, y el símbolo es ≥, que acepta la igualdad. Así que los dos entran, con corchete.

S = (−∞, −5] ∪ [5, +∞)

La representación. Dos flechas hacia afuera, con el punto lleno en −5 y en 5, y todo el tramo del medio sin pintar.

Control: con x = 6, |6| = 6 ≥ 5 ✔. Con x = −7, |−7| = 7 ≥ 5 ✔. Con x = 0, |0| = 0 ≥ 5, falso ✔. Y con x = 5 justo, 5 ≥ 5 se cumple, así que el corchete está bien.

Dónde se pierde el punto: contestar [−5, 5], que es el conjunto exactamente contrario. «Mayor» da la unión de los dos costados; «menor» da el intervalo del medio. Si dudás, probá el 0: acá no cumple, así que no puede estar en la respuesta.

Y uno del nivel del parcial

Escribir como intervalo o unión de intervalos los conjuntos A = {x ∈ ℝ / |x − 4| < 6} y B = {x ∈ ℝ / |2x + 1| ≥ 5}, y hallar A ∩ B.

El conjunto A, leído como distancia. |x − 4| es la distancia entre x y 4, así que A son los que están a menos de 6 del número 4. O sea: desde 4 − 6 hasta 4 + 6, sin incluir los bordes.

A = (−2, 10)   centro 4, radio 6

Si preferís hacerlo a mano, es lo mismo: −6 < x − 4 < 6, y sumando 4 en los tres miembros queda −2 < x < 10.

El conjunto B. Acá el módulo es «mayor o igual», así que va a dar una unión, no un intervalo. Se abre en los dos casos:

2x + 1 ≥ 5  ó  2x + 1 ≤ −5

Ojo con el segundo: cuando se abre un ≥, el caso del lado negativo lleva la desigualdad dada vuelta. De la primera, 2x ≥ 4, o sea x ≥ 2. De la segunda, 2x ≤ −6, o sea x ≤ −3.

B = (−∞, −3] ∪ [2, +∞)

La intersección. Se corta A contra cada pedazo de B por separado. Contra (−∞, −3] no queda nada, porque A arranca en −2. Contra [2, +∞) queda desde el 2 hasta donde A se termina:

A ∩ B = [2, 10)

El 2 entra porque los dos lo incluyen; el 10 no, porque A lo excluye.

Control: con x = 5, |5 − 4| = 1 < 6 ✔ y |11| = 11 ≥ 5 ✔, así que está en la intersección ✔. Con x = 0, |−4| = 4 < 6 ✔ pero |1| = 1 ≥ 5 es falso ✔, así que no está — y efectivamente el 0 no pertenece a [2, 10).

Dónde se pierde el punto: al abrir |2x + 1| ≥ 5, escribir el segundo caso como 2x + 1 ≤ 5 sin cambiar el signo del 5, o sin dar vuelta la desigualdad. Ese error da un conjunto que no se parece en nada.

Dónde se cae la mayoría

Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.

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