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matematicas-aplicadas-a-las-ciencias-sociales-ii

Andalucíamatematicas-aplicadas-a-las-ciencias-sociales-ii
286 ejercicios
Optimización de la producción
Problema
2026 · Ordinaria · Suplente
1
Examen

Una empresa fabrica dos productos, P1P_1 y P2P_2, a partir de tres recursos productivos: mano de obra, energía y capital.La disponibilidad anual de energía y de capital son 45004500 unidades y 13001300 unidades respectivamente. Para poder optar a una ayuda del gobierno para el fomento del empleo, la empresa va a contratar, al menos, 42004200 horas anuales. Cada unidad de P1P_1 necesita para su fabricación 1010 horas de mano de obra, 55 unidades de energía y 55 unidades de capital; siendo el precio de cada unidad de P1P_1 800800 euros. Cada unidad de P2P_2 necesita para su fabricación 2020 horas de mano de obra y 55 unidades de energía; vendiéndose a 700700 euros la unidad de P2P_2.La empresa vende todo lo que produce y quiere maximizar sus ingresos anuales por la venta de los dos productos.

a) ¿Cuántas unidades de cada producto han de fabricarse anualmente para maximizar los ingresos? ¿Cuál es dicho ingreso óptimo?b) ¿Es posible alcanzar el máximo elaborando un único producto?
Programación linealMaximizaciónRestricciones+1
Continuidad, asíntotas, monotonía y extremos
Desarrollo
2026 · Ordinaria · Suplente
2A
Examen

Sea la función ff definida por

f(x)={x3+ax2+9xbx+18si x3x+1si x>3f(x) = \begin{cases} \frac{x^3 + ax^2 + 9x}{bx + 18} & \text{si } x \leq 3 \\ x + 1 & \text{si } x > 3 \end{cases}

siendo aa y bb números reales.

a) Determine los valores de aa y bb para que ff sea continua en su dominio y su gráfica pase por el punto (2,2)(2, 2).b) Para a=6a = -6 y b=6b = -6:i) Determine las asíntotas de ff, en el caso de que existan.ii) Estudie la monotonía de ff y calcule sus extremos relativos.iii) Esboce la gráfica de ff.
Funciones a trozosContinuidadAsíntotas+3
Dominio, asíntotas, monotonía, curvatura, extremos, inflexión, tangente
Desarrollo
2026 · Ordinaria · Suplente
2B
Examen

Se considera la función f(x)=1x6x+2f(x) = 1 - \frac{x-6}{x+2}.

a) Halle su dominio y determine sus asíntotas.b) Estudie la monotonía y la curvatura, calculando los extremos relativos y los puntos de inflexión.c) Represente gráficamente ff.d) Determine la ecuación de la recta tangente a la gráfica de ff en todos aquellos puntos donde la pendiente de dicha recta vale 8-8.
Función racionalDominioAsíntotas+5
Intervalos de confianza
Problema
2026 · Ordinaria · Suplente
3A
Examen

Sea XX una variable aleatoria que sigue una ley Normal de media desconocida y desviación típica σ=2\sigma = 2.

a) Se selecciona una muestra de tamaño n=81n = 81 resultando una media de xˉ=20\bar{x} = 20. Calcule un intervalo de confianza al 98.5%98.5\% para estimar la media poblacional. ¿Qué error máximo se comete en la estimación?b) Manteniendo el mismo nivel de confianza, ¿qué tamaño mínimo debería tener una nueva muestra para que la amplitud del intervalo para la media fuese inferior a 2.162.16?c) Razone qué efecto produciría sobre la amplitud del intervalo una disminución del nivel de confianza.
Distribución NormalIntervalo de confianzaMedia poblacional+3
Probabilidad condicional y sucesos
Problema
2026 · Ordinaria · Suplente
3B
Examen

Sean AA y BB dos sucesos de un mismo espacio muestral tales que:

P(A) = 0.4,, P(B^c) = 0.7,, P(A \cup B) = 0.58
a) ¿Son AA y BB independientes? ¿Son incompatibles?b) Calcule la probabilidad de que:i) Ocurra alguno de los sucesos contrarios.ii) Ocurra BB sabiendo que no ha ocurrido AA.iii) Ocurra uno y solo uno de los dos sucesos.
Sucesos aleatoriosProbabilidadIndependencia+2
Distribución Normal y Binomial
Problema
2026 · Ordinaria · Suplente
4
Examen

Una empresa de alquiler de patinetes eléctricos quiere analizar el comportamiento de sus usuarios durante la hora punta de la mañana en una determinada ciudad. La duración del trayecto de cada usuario (en minutos) se distribuye según una ley Normal con media μ=18\mu = 18 y desviación típica σ=4\sigma = 4.

a) ¿Cuál es la probabilidad de que un usuario tarde menos de 1515 minutos en hacer su trayecto?b) Se sabe que cada usuario que desbloquea un patinete tiene una probabilidad de p=0.9p = 0.9 de completar su trayecto sin incidencias. Si n=120n = 120 usuarios desbloquean un patinete para moverse por la ciudad, ¿cuál es la probabilidad de que al menos 110110 completen el trayecto sin incidencias?
Distribución NormalProbabilidadDistribución Binomial+2
Sistemas de Ecuaciones Lineales
Problema
2026 · Ordinaria · Titular
1A
Examen

En un festival de cine con tres sesiones se venden tres tipos de entradas: Estándar, Premium y VIP. En la sesión inaugural se vendieron 5 entradas Premium, 20 Estándar y 20 VIP, obteniéndose una recaudación de 1800€. En la sesión nocturna se vendieron 10 VIP, 10 Estándar y 5 Premium, recaudándose 1000€. El día de la proyección de clausura, el número de entradas Premium superó en 4 al resto de entradas, que fueron 12 VIP y 4 Estándar, arrojando una recaudación de 1560€.

a) Calcule el precio de cada tipo de entrada y la recaudación total obtenida.b) Determine el tipo de entrada con la que se obtuvo una mayor recaudación y el valor de dicha recaudación.
Sistema de ecuacionesRecaudaciónPrecios
Programación Lineal
Problema de Optimización
2026 · Ordinaria · Titular
1B
Examen

Una empresa maderera fabrica tableros de dos tipos, DM y aglomerado, a partir de madera triturada. Para producir 1 m2m^2 de tablero DM se consumen 10 m3m^3 de madera triturada y se obtiene un beneficio de 10€. Para producir 1 m2m^2 de tablero aglomerado se consumen 30 m3m^3 de madera triturada y se obtiene un beneficio de 20€. La empresa puede fabricar diariamente como máximo 12 m2m^2 de tableros DM y 18 m2m^2 de tableros de aglomerado. Además, la capacidad total de la empresa limita la producción conjunta a 26 m2m^2 diarios y dispone de 600 m3m^3 de madera triturada al día. Determine cuántos metros cuadrados de cada tipo de tablero deben producirse diariamente para maximizar el beneficio total y calcule cuál es ese beneficio.

Programación linealOptimizaciónBeneficio+1
Funciones
Análisis de Funciones
2026 · Ordinaria · Titular
2
Examen

Se considera la función

f(x)={x220si 0x<20a+bxsi 20x<5036x2100si 50x60f(x) = \begin{cases} \frac{x^2}{20} & \text{si } 0 \leq x < 20 \\ a + bx & \text{si } 20 \leq x < 50 \\ 36 - \frac{x^2}{100} & \text{si } 50 \leq x \leq 60 \end{cases}

siendo aa y bb números reales.

a) Determine los valores de aa y bb para que la función ff sea continua en todo su dominio.b) Para a=26a = 26 y b=310b = - \frac{3}{10}:i) Calcule los extremos relativos de ff.ii) Represente gráficamente ff.iii) Calcule el área del recinto acotado limitado por el eje OXOX y la gráfica de la función ff.
ContinuidadExtremos relativosÁrea bajo la curva+1
Estadística y Probabilidad
Cálculo de Probabilidades y Estadística Descriptiva
2026 · Ordinaria · Titular
3A
Examen
a) Dada la población {5,2,13,18,20}\{-5, -2, 13, 18, 20\}, se consideran todas las muestras de tamaño 3 obtenidas mediante muestreo aleatorio simple. Calcule la media y la varianza de la distribución de la variable media muestral.b) Dados dos sucesos AA y BB de un mismo espacio muestral, se sabe que P(A)=0.75P(A) = 0.75, P(Bc)=0.8P(B^c) = 0.8 y P(AB)=0.6P(A | B) = 0.6. Calcule las siguientes probabilidades: P(AB)P(A \cap B), P(BA)P(B - A), P(AB)P(A \cup B), P(AcB)P(A^c - B)
Media muestralVarianza muestralProbabilidad condicionada+1
Distribuciones de Probabilidad
Cálculo de Probabilidades
2026 · Ordinaria · Titular
3B
Examen

Sean AA y BB dos sucesos del espacio muestral asociado a un experimento aleatorio. Se sabe que P(A)P(A) es el doble de P(B)P(B), P(BcA)=0.75P(B^c | A) = 0.75 y P(AB)=0.2P(A \cap B) = 0.2.

a) Calcule la probabilidad de que ocurra BB.b) Calcule la probabilidad de que no ocurra ni AA ni BB. ¿Son los sucesos AcA^c y BcB^c incompatibles?c) Si el experimento se realiza 1350 veces de forma independiente:i) Determine la distribución de la variable aleatoria XX: "Número de veces que ocurre BB".ii) Calcule la probabilidad de que BB ocurra a lo sumo 580 veces, pero más de 499 veces.
Probabilidad condicionadaSucesos incompatiblesDistribución Binomial+1
Inferencia Estadística
Intervalos de Confianza
2026 · Ordinaria · Titular
4
Examen

Una empresa de transporte contrata una consultora para optimizar sus recursos. La consultora estudia la distancia en kilómetros que recorren en cada viaje los camiones de la empresa, sabiendo que la variable que mide dicha distancia se distribuye según una Normal de varianza 225 km2km^2 y media desconocida. Para ello, toma aleatoriamente una muestra de 49 viajes y obtiene una media de 325 kmkm recorridos por viaje.

a) Calcule un intervalo de confianza al 97% para que la consultora pueda estimar la distancia media que recorren por viaje los camiones de la empresa.b) A la vista del intervalo obtenido, razone si la consultora puede considerar que los camiones de la empresa recorren por término medio 310 kmkm por viaje que realizan.c) ¿Cuántos viajes, como mínimo, tendría que seleccionar aleatoriamente la consultora para estimar la distancia media que recorren por viaje los camiones de la empresa mediante un intervalo de confianza del 99% que tuviera una amplitud inferior a 4 kmkm?
Imagen del ejercicio
Intervalo de confianzaDistribución NormalMedia poblacional+1
Resolución de problemas con sistemas de ecuaciones lineales
Problema
2025 · Ordinaria · Reserva
1
Examen
a) En un festival gastronómico gaditano se han vendido entradas para tres eventos culinarios. Concretamente, 120 entradas para un taller de repostería, 50 para una demostración de cocina gourmet y 150 para una cata de vinos de la tierra de Cádiz. El total recaudado por la venta de entradas ha sido de 6460 \euro6460 \text{ \euro}. Se sabe que el precio de 10 entradas para el taller de repostería coincide con el coste de la suma de 2 entradas para la cata de vinos y 1 entrada para la demostración de cocina gourmet. Además, el coste de 2 entradas para el taller y 1 entrada para la cata de vinos supera en 6 \euro6 \text{ \euro} al de 2 entradas para la demostración de cocina gourmet. ¿Cuánto cuesta la entrada de cada evento?b) Dada la matriz A=(101123121)A = \begin{pmatrix} 1 & 0 & -1 \\ -1 & 2 & 3 \\ 1 & 2 & 1 \end{pmatrix}, calcule el rango de AA y A2A^2.
MatricesSistemas de ecuacionesRango
a) Para resolver este problema, definimos las siguientes variables:

Sea xx el precio de la entrada para el taller de repostería.Sea yy el precio de la entrada para la demostración de cocina gourmet.Sea zz el precio de la entrada para la cata de vinos.A partir de la información proporcionada, establecemos el siguiente sistema de ecuaciones lineales:1. El total recaudado por la venta de entradas es de 6460 euros6460 \text{ \,\text{euros}}:

120x+50y+150z=6460120x + 50y + 150z = 6460

Dividiendo por 10, simplificamos la ecuación a:

12x+5y+15z=646(1)12x + 5y + 15z = 646 \quad (1)

2. El precio de 10 entradas para el taller de repostería coincide con la suma de 2 entradas para la cata de vinos y 1 entrada para la demostración de cocina gourmet:

10x=2z+y10x = 2z + y

Reordenando la ecuación:

10xy2z=0(2)10x - y - 2z = 0 \quad (2)

3. El coste de 2 entradas para el taller y 1 entrada para la cata de vinos supera en 6 euros6 \text{ \,\text{euros}} al de 2 entradas para la demostración de cocina gourmet:

2x+z=2y+62x + z = 2y + 6

Reordenando la ecuación:

2x2y+z=6(3)2x - 2y + z = 6 \quad (3)

Ahora, resolvemos el sistema de ecuaciones:

{12x+5y+15z=646(1)10xy2z=0(2)2x2y+z=6(3)\begin{cases} 12x + 5y + 15z = 646 \quad (1) \\ 10x - y - 2z = 0 \quad (2) \\ 2x - 2y + z = 6 \quad (3) \end{cases}

De la ecuación (2), despejamos yy: y=10x2zy = 10x - 2z.Sustituimos yy en la ecuación (1):

12x+5(10x2z)+15z=64612x + 5(10x - 2z) + 15z = 646
12x+50x10z+15z=64612x + 50x - 10z + 15z = 646
62x+5z=646(A)62x + 5z = 646 \quad (A)

Sustituimos yy en la ecuación (3):

2x2(10x2z)+z=62x - 2(10x - 2z) + z = 6
2x20x+4z+z=62x - 20x + 4z + z = 6
18x+5z=6(B)-18x + 5z = 6 \quad (B)

Tenemos un nuevo sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas:

{62x+5z=646(A)18x+5z=6(B)\begin{cases} 62x + 5z = 646 \quad (A) \\ -18x + 5z = 6 \quad (B) \end{cases}

Restamos la ecuación (B) de la ecuación (A):

(62x+5z)(18x+5z)=6466(62x + 5z) - (-18x + 5z) = 646 - 6
62x+18x=64062x + 18x = 640
80x=64080x = 640
x=64080=8x = \frac{640}{80} = 8

Sustituimos x=8x = 8 en la ecuación (B):

18(8)+5z=6-18(8) + 5z = 6
144+5z=6-144 + 5z = 6
5z=1505z = 150
z=1505=30z = \frac{150}{5} = 30

Finalmente, sustituimos x=8x = 8 y z=30z = 30 en la expresión para yy:

y=10(8)2(30)y = 10(8) - 2(30)
y=8060y = 80 - 60
y=20y = 20

Por lo tanto, los precios de las entradas son:Entrada para el taller de repostería: 8 euros8 \text{ \,\text{euros}}.Entrada para la demostración de cocina gourmet: 20 euros20 \text{ \,\text{euros}}.Entrada para la cata de vinos: 30 euros30 \text{ \,\text{euros}}.

b) Dada la matriz A=(101123121)A = \begin{pmatrix} 1 & 0 & -1 \\ -1 & 2 & 3 \\ 1 & 2 & 1 \end{pmatrix}, calculamos su rango.

Para calcular el rango de AA, primero calculamos su determinante. Si det(A)0\det(A) \neq 0, el rango es 3. Si det(A)=0\det(A) = 0, el rango es menor que 3.

det(A)=101123121=1(2132)0(1131)+(1)(1221)\det(A) = \begin{vmatrix} 1 & 0 & -1 \\ -1 & 2 & 3 \\ 1 & 2 & 1 \end{vmatrix} = 1(2 \cdot 1 - 3 \cdot 2) - 0(-1 \cdot 1 - 3 \cdot 1) + (-1)(-1 \cdot 2 - 2 \cdot 1)
det(A)=1(26)0+(1)(22)\det(A) = 1(2 - 6) - 0 + (-1)(-2 - 2)
det(A)=1(4)1(4)=4+4=0\det(A) = 1(-4) - 1(-4) = -4 + 4 = 0

Dado que det(A)=0\det(A) = 0, el rango de AA es menor que 3. Ahora buscamos un menor de orden 2 cuyo determinante no sea cero.Consideramos el menor formado por las primeras dos filas y columnas:

1012=(1)(2)(0)(1)=20=2\begin{vmatrix} 1 & 0 \\ -1 & 2 \end{vmatrix} = (1)(2) - (0)(-1) = 2 - 0 = 2

Como existe un menor de orden 2 con determinante no nulo, el rango de AA es 2.

rank(A)=2\text{rank}(A) = 2

Ahora, calculamos A2=AAA^2 = A \cdot A:

A2=(101123121)(101123121)=(02201010066)A^2 = \begin{pmatrix} 1 & 0 & -1 \\ -1 & 2 & 3 \\ 1 & 2 & 1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 1 & 0 & -1 \\ -1 & 2 & 3 \\ 1 & 2 & 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 & -2 & -2 \\ 0 & 10 & 10 \\ 0 & 6 & 6 \end{pmatrix}

Para calcular el rango de A2A^2, observamos que la primera columna de A2A^2 es una columna de ceros. Esto implica que det(A2)=0\det(A^2) = 0, por lo que rank(A2)<3\text{rank}(A^2) < 3.Además, las columnas 2 y 3 de A2A^2 son idénticas, lo que significa que son linealmente dependientes (C3=C2C_3 = C_2). Esto implica que no puede haber dos columnas linealmente independientes entre la segunda y la tercera.Considerando las filas, la fila 2 es F2=5F1F_2 = -5F_1, ya que (0,10,10)=5(0,2,2)(0, 10, 10) = -5(0, -2, -2). De manera similar, la fila 3 es F3=3F1F_3 = -3F_1, ya que (0,6,6)=3(0,2,2)(0, 6, 6) = -3(0, -2, -2). Esto indica que solo hay una fila linealmente independiente no nula.Para ser más formal, realizamos operaciones elementales por filas para encontrar el rango:

(02201010066)F2F2+5F1,F3F3+3F1(022000000)\begin{pmatrix} 0 & -2 & -2 \\ 0 & 10 & 10 \\ 0 & 6 & 6 \end{pmatrix} \xrightarrow{F_2 \leftarrow F_2 + 5F_1, F_3 \leftarrow F_3 + 3F_1} \begin{pmatrix} 0 & -2 & -2 \\ 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}

La matriz reducida tiene solo una fila no nula. Por lo tanto, el rango de A2A^2 es 1.

rank(A2)=1\text{rank}(A^2) = 1
Optimización lineal
Problema
2025 · Ordinaria · Reserva
2
Examen

Un servicio técnico recibe un encargo para revisar lavadoras y frigoríficos de una empresa de apartahoteles. La revisión de cada lavadora requiere 100 minutos de trabajo, mientras que cada frigorífico requiere 50 minutos. El servicio técnico dispone de 26 horas y 40 minutos para hacer las revisiones. Por política de empresa, no se aceptan encargos de más de 12 lavadoras ni de más de 16 frigoríficos. Sabiendo que las revisiones se pagan a 50 \euro50 \text{ \euro} la hora, en ambos tipos de electrodomésticos, ¿cuántos electrodomésticos de cada clase debe revisar el servicio técnico para maximizar el ingreso con el encargo? ¿A cuánto asciende este ingreso máximo?

Programación linealOptimizaciónMaximización

Definimos las variables del problema basándonos en las cantidades de cada electrodoméstico a revisar:xx: número de lavadoras a revisar. yy: número de frigoríficos a revisar.

1. Restricciones del problema

Convertimos el tiempo disponible a minutos: 26 h y 40 min=2660+40=1560+40=1600 minutos26 \text{ h y } 40 \text{ min} = 26 \cdot 60 + 40 = 1560 + 40 = 1600 \text{ minutos}. Las restricciones son:

Tiempo de trabajo: 100x+50y1600100x + 50y \le 1600. Simplificando (dividiendo entre 50): 2x+y322x + y \le 32.Límite de lavadoras: x12x \le 12.Límite de frigoríficos: y16y \le 16.Condiciones de no negatividad: x0,y0x \ge 0, y \ge 0.
2. Función objetivo

El ingreso se calcula en función del tiempo trabajado a razón de 50 euros/hora50 \text{ \,\text{euros}/hora} (5/6 euros/minuto5/6 \text{ \,\text{euros}/minuto}):

I(x,y)=56(100x+50y)=5006x+2506y=2503x+1253yI(x, y) = \frac{5}{6}(100x + 50y) = \frac{500}{6}x + \frac{250}{6}y = \frac{250}{3}x + \frac{125}{3}y
3. Región factible y vértices

Calculamos los vértices de la región factible mediante el sistema de desigualdades:

A(0,0)A(0, 0): Origen.B(12,0)B(12, 0): Intersección de x=12x=12 e y=0y=0.C(12,8)C(12, 8): Intersección de x=12x=12 y 2x+y=322x + y = 32 (212+y=32y=82 \cdot 12 + y = 32 \Rightarrow y = 8).D(8,16)D(8, 16): Intersección de y=16y=16 y 2x+y=322x + y = 32 (2x+16=322x=16x=82x + 16 = 32 \Rightarrow 2x = 16 \Rightarrow x = 8).E(0,16)E(0, 16): Intersección de x=0x=0 e y=16y=16.
2x+y≤32x≤12y≤16(0, 0)(12, 0)(12, 8)(8, 16)(0, 16)Máx: z = 1333.330510155101520xyz = (250/3)x + (125/3)y
4. Evaluación de la función objetivo

Evaluamos I(x,y)I(x, y) en cada vértice para hallar el máximo:

I(0,0)=0 eurosI(0, 0) = 0 \text{ \,\text{euros}}I(12,0)=2503(12)+0=1000 eurosI(12, 0) = \frac{250}{3}(12) + 0 = 1000 \text{ \,\text{euros}}I(12,8)=25012+12583=3000+10003=400031333,33 eurosI(12, 8) = \frac{250 \cdot 12 + 125 \cdot 8}{3} = \frac{3000 + 1000}{3} = \frac{4000}{3} \approx 1333,33 \text{ \,\text{euros}}I(8,16)=2508+125163=2000+20003=400031333,33 eurosI(8, 16) = \frac{250 \cdot 8 + 125 \cdot 16}{3} = \frac{2000 + 2000}{3} = \frac{4000}{3} \approx 1333,33 \text{ \,\text{euros}}I(0,16)=0+125163=20003666,67 eurosI(0, 16) = 0 + \frac{125 \cdot 16}{3} = \frac{2000}{3} \approx 666,67 \text{ \,\text{euros}}
Solución

Se obtiene un ingreso máximo de 1333,33 euros1333,33 \text{ \,\text{euros}}. Este valor se alcanza en cualquier punto del segmento que une los vértices (8,16)(8, 16) y (12,8)(12, 8). Considerando valores enteros, el servicio técnico puede elegir cualquiera de las siguientes combinaciones:

8 lavadoras y 16 frigoríficos.9 lavadoras y 14 frigoríficos.10 lavadoras y 12 frigoríficos.11 lavadoras y 10 frigoríficos.12 lavadoras y 8 frigoríficos.
Optimización y cálculo de derivadas
Problema
2025 · Ordinaria · Reserva
3
Examen
a) El índice de audiencia de un programa de radio se puede modelizar por una función del tipo: f(t)=at2+bt+c,t[0,60]f(t) = at^2 + bt + c, \quad t \in [0, 60] donde tt es el tiempo medido en minutos y a,b,cRa, b, c \in \mathbb{R}. Se sabe que cuando comienza el programa el índice de audiencia es 20 puntos y que a los 40 minutos se alcanza el máximo índice de audiencia, que es 36 puntos. Determine a,ba, b y cc y represente gráficamente la función obtenida.b) Calcule la derivada de las siguientes funciones:
g(x)=ln(x21x2+1)h(x)=(2x1)ex2xg(x) = \ln\left(\frac{x^2 - 1}{x^2 + 1}\right) \quad \quad h(x) = (2x - 1)e^{x^2 - x}
DerivadasModelizaciónFunciones polinómicas
a) Determinación de a,ba, b y cc:

La función del índice de audiencia es f(t)=at2+bt+cf(t) = at^2 + bt + c.Sabemos que cuando comienza el programa (t=0t=0), el índice de audiencia es 20 puntos. Por lo tanto, f(0)=20f(0) = 20:

f(0)=a(0)2+b(0)+c=20    c=20f(0) = a(0)^2 + b(0) + c = 20 \implies c = 20

La función ahora es f(t)=at2+bt+20f(t) = at^2 + bt + 20. También sabemos que a los 40 minutos se alcanza el máximo índice de audiencia, que es 36 puntos. Esto significa que f(40)=36f(40) = 36 y que la derivada en ese punto es cero, f(40)=0f'(40) = 0.Primero, calculamos la derivada de f(t)f(t):

f(t)=2at+bf'(t) = 2at + b

Aplicamos la condición f(40)=0f'(40) = 0:

f(40)=2a(40)+b=0    80a+b=0    b=80af'(40) = 2a(40) + b = 0 \implies 80a + b = 0 \implies b = -80a

Ahora aplicamos la condición f(40)=36f(40) = 36:

f(40)=a(40)2+b(40)+20=36f(40) = a(40)^2 + b(40) + 20 = 36

Sustituimos b=80ab = -80a en la ecuación anterior:

1600a + 40(-80a) + 20 = 36
1600a3200a+20=361600a - 3200a + 20 = 36
1600a=16-1600a = 16
a=161600=0.01a = \frac{16}{-1600} = -0.01

Con el valor de aa, calculamos bb:

b=80a=80(0.01)=0.8b = -80a = -80(-0.01) = 0.8

Por lo tanto, los valores de los coeficientes son:

a=0.01,b=0.8,c=20a = -0.01, \quad b = 0.8, \quad c = 20

La función obtenida es:

f(t)=0.01t2+0.8t+20,t[0,60]f(t) = -0.01t^2 + 0.8t + 20, \quad t \in [0, 60]

Representación gráfica de la función:La función es una parábola que se abre hacia abajo (porque a<0a < 0). Los puntos clave para la representación en el intervalo [0,60][0, 60] son:1. El punto inicial: f(0)=20f(0) = 20. Coordenada (0,20)(0, 20). 2. El máximo: a t=40t=40 minutos, f(40)=36f(40) = 36. Coordenada (40,36)(40, 36). 3. El punto final del intervalo: t=60t=60 minutos.

f(60)=0.01(60)2+0.8(60)+20f(60) = -0.01(60)^2 + 0.8(60) + 20
f(60)=0.01(3600)+48+20f(60) = -0.01(3600) + 48 + 20
f(60)=36+48+20=32f(60) = -36 + 48 + 20 = 32

Coordenada (60,32)(60, 32). La gráfica es una parábola con vértice en (40,36)(40, 36), que pasa por (0,20)(0, 20) y (60,32)(60, 32). Se eleva desde t=0t=0 hasta t=40t=40 y luego desciende suavemente hasta t=60t=60.

b) Cálculo de las derivadas de las siguientes funciones:

Para g(x)=ln(x21x2+1)g(x) = \ln\left(\frac{x^2 - 1}{x^2 + 1}\right):Primero, usamos las propiedades de los logaritmos para simplificar la expresión:

g(x)=ln(x21)ln(x2+1)g(x) = \ln(x^2 - 1) - \ln(x^2 + 1)

Ahora, derivamos usando la regla de la cadena, donde (ln(u))=uu(\ln(u))' = \frac{u'}{u}:

g(x)=2xx212xx2+1g'(x) = \frac{2x}{x^2 - 1} - \frac{2x}{x^2 + 1}

Combinamos los términos en una sola fracción:

g(x)=2x(x2+1)2x(x21)(x21)(x2+1)g'(x) = \frac{2x(x^2 + 1) - 2x(x^2 - 1)}{(x^2 - 1)(x^2 + 1)}
g(x)=2x3+2x2x3+2xx41g'(x) = \frac{2x^3 + 2x - 2x^3 + 2x}{x^4 - 1}
g(x)=4xx41g'(x) = \frac{4x}{x^4 - 1}

Para h(x)=(2x1)ex2xh(x) = (2x - 1)e^{x^2 - x}:Usamos la regla del producto (uv)=uv+uv(uv)' = u'v + uv', donde u=2x1u = 2x - 1 y v=ex2xv = e^{x^2 - x}.Calculamos las derivadas de uu y vv:

u=2x1    u=2u = 2x - 1 \implies u' = 2
v=ex2xv = e^{x^2 - x}

Para vv', usamos la regla de la cadena para la función exponencial, (ew)=eww(e^w)' = e^w \cdot w':

w=x2x    w=2x1w = x^2 - x \implies w' = 2x - 1
v=ex2x(2x1)v' = e^{x^2 - x}(2x - 1)

Ahora aplicamos la regla del producto:

h(x)=uv+uvh'(x) = u'v + uv'
h(x)=(2)ex2x+(2x1)ex2x(2x1)h'(x) = (2)e^{x^2 - x} + (2x - 1)e^{x^2 - x}(2x - 1)

Factorizamos ex2xe^{x^2 - x}:

h(x)=ex2x[2+(2x1)2]h'(x) = e^{x^2 - x} [2 + (2x - 1)^2]

Expandimos el término cuadrático:

(2x1)2=4x24x+1(2x - 1)^2 = 4x^2 - 4x + 1

Sustituimos y simplificamos:

h(x)=ex2x[2+4x24x+1]h'(x) = e^{x^2 - x} [2 + 4x^2 - 4x + 1]
h(x)=ex2x(4x24x+3)h'(x) = e^{x^2 - x} (4x^2 - 4x + 3)
Continuidad, derivabilidad e integración
Problema
2025 · Ordinaria · Reserva
4
Examen

Se considera la función

f(x)={10+5x2x2x2+12<x<2105x2x2f(x) = \begin{cases} 10 + \frac{5x}{2} & x \le -2 \\ x^2 + 1 & -2 < x < 2 \\ 10 - \frac{5x}{2} & x \ge 2 \end{cases}
a) Estudie la continuidad y derivabilidad de ff en el punto de abscisa x=2x = -2.b) Calcule la ecuación de la recta tangente a la gráfica de la función ff con pendiente 1-1.c) Represente la región del plano acotada superiormente por la gráfica de ff e inferiormente por el eje de abscisas. Calcule el área de dicha región.
Funciones a trozosContinuidadRecta tangente+1
a) Estudie la continuidad y derivabilidad de ff en el punto de abscisa x=2x = -2.
Continuidad en $x = -2$

Para que f(x)f(x) sea continua en x=2x = -2, se deben cumplir las siguientes condiciones:1. f(2)f(-2) debe existir.

f(2)=10+5(2)2=105=5f(-2) = 10 + \frac{5(-2)}{2} = 10 - 5 = 5

2. Los límites laterales en x=2x = -2 deben existir e ser iguales.

limx2f(x)=limx2(10+5x2)=10+5(2)2=105=5\lim_{x \to -2^-} f(x) = \lim_{x \to -2^-} \left(10 + \frac{5x}{2}\right) = 10 + \frac{5(-2)}{2} = 10 - 5 = 5
limx2+f(x)=limx2+(x2+1)=(2)2+1=4+1=5\lim_{x \to -2^+} f(x) = \lim_{x \to -2^+} (x^2 + 1) = (-2)^2 + 1 = 4 + 1 = 5

Dado que limx2f(x)=limx2+f(x)=5\lim_{x \to -2^-} f(x) = \lim_{x \to -2^+} f(x) = 5, el límite de f(x)f(x) cuando x2x \to -2 existe y es 55.3. El valor de la función en el punto debe ser igual al límite.

f(2)=5=limx2f(x)f(-2) = 5 = \lim_{x \to -2} f(x)

Por lo tanto, la función f(x)f(x) es continua en x=2x = -2.

Derivabilidad en $x = -2$

Primero, calculamos la función derivada f(x)f'(x) por tramos:

f(x)={52x<22x2<x<252x>2f'(x) = \begin{cases} \frac{5}{2} & x < -2 \\ 2x & -2 < x < 2 \\ -\frac{5}{2} & x > 2 \end{cases}

Para que f(x)f(x) sea derivable en x=2x = -2, las derivadas laterales deben ser iguales:

f(2)=52f'(-2^-) = \frac{5}{2}
f(2+)=2(2)=4f'(-2^+) = 2(-2) = -4

Dado que f(2)=52f'(-2^-) = \frac{5}{2} y f(2+)=4f'(-2^+) = -4, las derivadas laterales no son iguales (rac524rac{5}{2} \ne -4). Por lo tanto, la función f(x)f(x) no es derivable en x=2x = -2.

b) Calcule la ecuación de la recta tangente a la gráfica de la función ff con pendiente 1-1.

La pendiente de la recta tangente es m=f(x)=1m = f'(x) = -1. Analizamos cada tramo de la función derivada:1. Para x<2x < -2: f(x)=52f'(x) = \frac{5}{2}. Como 521\frac{5}{2} \ne -1, no hay puntos de tangencia en este tramo.2. Para 2<x<2-2 < x < 2: f(x)=2xf'(x) = 2x. Igualamos a 1-1:

2x=1    x=122x = -1 \implies x = -\frac{1}{2}

Este valor de x=12x = -\frac{1}{2} está en el intervalo (2,2)(-2, 2), por lo que es un punto válido. Calculamos el valor de la función en este punto:

y=f(12)=(12)2+1=14+1=54y = f\left(-\frac{1}{2}\right) = \left(-\frac{1}{2}\right)^2 + 1 = \frac{1}{4} + 1 = \frac{5}{4}

El punto de tangencia es (12,54)\left(-\frac{1}{2}, \frac{5}{4}\right). La ecuación de la recta tangente es yy0=m(xx0)y - y_0 = m(x - x_0):

y54=1(x(12))y - \frac{5}{4} = -1\left(x - \left(-\frac{1}{2}\right)\right)
y54=1(x+12)y - \frac{5}{4} = -1\left(x + \frac{1}{2}\right)
y54=x12y - \frac{5}{4} = -x - \frac{1}{2}
y=x12+54y = -x - \frac{1}{2} + \frac{5}{4}
y=x24+54y = -x - \frac{2}{4} + \frac{5}{4}
y=x+34y = -x + \frac{3}{4}

3. Para x>2x > 2: f(x)=52f'(x) = -\frac{5}{2}. Como 521-\frac{5}{2} \ne -1, no hay puntos de tangencia en este tramo.La ecuación de la recta tangente a la gráfica de la función ff con pendiente 1-1 es y=x+34y = -x + \frac{3}{4}.

c) Represente la región del plano acotada superiormente por la gráfica de ff e inferiormente por el eje de abscisas. Calcule el área de dicha región.
Representación de la región

Para representar la función, analizamos cada tramo y sus intersecciones con el eje X (es decir, cuando f(x)=0f(x)=0):1. Para x2x \le -2: f(x)=10+5x2f(x) = 10 + \frac{5x}{2}. Es una recta. Intersección con el eje X:

10+5x2=0    5x2=10    5x=20    x=410 + \frac{5x}{2} = 0 \implies \frac{5x}{2} = -10 \implies 5x = -20 \implies x = -4

Puntos de interés: (4,0)(-4, 0), y en x=2x=-2, f(2)=5f(-2)=5, por lo que (2,5)(-2, 5).2. Para 2<x<2-2 < x < 2: f(x)=x2+1f(x) = x^2 + 1. Es una parábola con vértice en (0,1)(0,1). Intersección con el eje X:

x2+1=0    x2=1x^2 + 1 = 0 \implies x^2 = -1

No tiene soluciones reales, lo que significa que este tramo de la parábola está siempre por encima del eje X. Puntos de interés: en x=2x=-2, f(2)=5f(-2)=5; en x=2x=2, f(2)=5f(2)=5, por lo que (2,5)(-2, 5), (0,1)(0,1) y (2,5)(2, 5).3. Para x2x \ge 2: f(x)=105x2f(x) = 10 - \frac{5x}{2}. Es una recta. Intersección con el eje X:

105x2=0    5x2=10    5x=20    x=410 - \frac{5x}{2} = 0 \implies \frac{5x}{2} = 10 \implies 5x = 20 \implies x = 4

Puntos de interés: (4,0)(4, 0), y en x=2x=2, f(2)=5f(2)=5, por lo que (2,5)(2, 5).La región acotada se encuentra entre x=4x=-4 y x=4x=4.

Cálculo del área

El área total AA se calcula como la suma de tres integrales definidas, correspondientes a cada tramo de la función:

A=42(10+5x2)dx+22(x2+1)dx+24(105x2)dxA = \int_{-4}^{-2} \left(10 + \frac{5x}{2}\right) dx + \int_{-2}^{2} (x^2 + 1) dx + \int_{2}^{4} \left(10 - \frac{5x}{2}\right) dx

Calculamos la primera integral:

42(10+5x2)dx=[10x+5x24]42\int_{-4}^{-2} \left(10 + \frac{5x}{2}\right) dx = \left[10x + \frac{5x^2}{4}\right]_{-4}^{-2}
=(10(2)+5(2)24)(10(4)+5(4)24)= \left(10(-2) + \frac{5(-2)^2}{4}\right) - \left(10(-4) + \frac{5(-4)^2}{4}\right)
=(20+204)(40+804)= \left(-20 + \frac{20}{4}\right) - \left(-40 + \frac{80}{4}\right)
=(20+5)(40+20)=15(20)=15+20=5= (-20 + 5) - (-40 + 20) = -15 - (-20) = -15 + 20 = 5

Calculamos la segunda integral:

22(x2+1)dx=[x33+x]22\int_{-2}^{2} (x^2 + 1) dx = \left[\frac{x^3}{3} + x\right]_{-2}^{2}
=(233+2)((2)33+(2))= \left(\frac{2^3}{3} + 2\right) - \left(\frac{(-2)^3}{3} + (-2)\right)
=(83+2)(832)= \left(\frac{8}{3} + 2\right) - \left(-\frac{8}{3} - 2\right)
=83+2+83+2=163+4=16+123=283= \frac{8}{3} + 2 + \frac{8}{3} + 2 = \frac{16}{3} + 4 = \frac{16 + 12}{3} = \frac{28}{3}

Calculamos la tercera integral:

24(105x2)dx=[10x5x24]24\int_{2}^{4} \left(10 - \frac{5x}{2}\right) dx = \left[10x - \frac{5x^2}{4}\right]_{2}^{4}
=(10(4)5(4)24)(10(2)5(2)24)= \left(10(4) - \frac{5(4)^2}{4}\right) - \left(10(2) - \frac{5(2)^2}{4}\right)
=(40804)(20204)= \left(40 - \frac{80}{4}\right) - \left(20 - \frac{20}{4}\right)
=(4020)(205)=2015=5= (40 - 20) - (20 - 5) = 20 - 15 = 5

Sumamos las áreas de los tres tramos:

A=5+283+5=10+283=303+283=583A = 5 + \frac{28}{3} + 5 = 10 + \frac{28}{3} = \frac{30}{3} + \frac{28}{3} = \frac{58}{3}

El área de la región es 583\frac{58}{3} unidades cuadradas.

Probabilidad condicionada y sucesos
Problema
2025 · Ordinaria · Reserva
5
Examen

Una encuesta realizada a personas que utilizan productos de cosmética arroja los siguientes datos: el 66%66\% de las personas encuestadas son mujeres y, de estas, el 71%71\% utilizan cosmética natural. Además, se sabe que el 17.86%17.86\% son hombres que no utilizan cosmética natural. Se selecciona una de estas personas al azar.

a) Calcule la probabilidad de que sea mujer o use cosmética natural.b) Calcule la probabilidad de que sea hombre y utilice cosmética natural.c) Sabiendo que no usa cosmética natural, calcule la probabilidad de que sea hombre.d) ¿Son sucesos incompatibles "utilizar cosmética natural" y "ser mujer"? ¿Son independientes?
Teorema de BayesProbabilidad totalSucesos independientes

Definimos los siguientes sucesos:MM: la persona es mujer.HH: la persona es hombre.NN: la persona utiliza cosmética natural.NN': la persona no utiliza cosmética natural.A partir de los datos proporcionados, tenemos las siguientes probabilidades:

P(M)=0.66    P(H)=1P(M)=10.66=0.34P(M) = 0.66 \implies P(H) = 1 - P(M) = 1 - 0.66 = 0.34
P(NM)=0.71P(N|M) = 0.71
P(HN)=0.1786P(H \cap N') = 0.1786

Calculamos otras probabilidades necesarias:

P(MN)=P(NM)P(M)=0.710.66=0.4686P(M \cap N) = P(N|M) \cdot P(M) = 0.71 \cdot 0.66 = 0.4686
P(MN)=P(M)P(MN)=0.660.4686=0.1914P(M \cap N') = P(M) - P(M \cap N) = 0.66 - 0.4686 = 0.1914
P(HN)=P(H)P(HN)=0.340.1786=0.1614P(H \cap N) = P(H) - P(H \cap N') = 0.34 - 0.1786 = 0.1614
P(N)=P(MN)+P(HN)=0.4686+0.1614=0.63P(N) = P(M \cap N) + P(H \cap N) = 0.4686 + 0.1614 = 0.63
P(N)=P(MN)+P(HN)=0.1914+0.1786=0.37P(N') = P(M \cap N') + P(H \cap N') = 0.1914 + 0.1786 = 0.37
a) Calcule la probabilidad de que sea mujer o use cosmética natural.

Nos piden P(MN)P(M \cup N). Usamos la fórmula de la probabilidad de la unión:

P(MN)=P(M)+P(N)P(MN)P(M \cup N) = P(M) + P(N) - P(M \cap N)
P(MN)=0.66+0.630.4686=1.290.4686=0.8214P(M \cup N) = 0.66 + 0.63 - 0.4686 = 1.29 - 0.4686 = 0.8214
b) Calcule la probabilidad de que sea hombre y utilice cosmética natural.

Nos piden P(HN)P(H \cap N). Esta probabilidad ya ha sido calculada previamente:

P(HN)=0.1614P(H \cap N) = 0.1614
c) Sabiendo que no usa cosmética natural, calcule la probabilidad de que sea hombre.

Nos piden P(HN)P(H|N'). Usamos la fórmula de la probabilidad condicionada:

P(HN)=P(HN)P(N)P(H|N') = \frac{P(H \cap N')}{P(N')}
P(HN)=0.17860.370.4827P(H|N') = \frac{0.1786}{0.37} \approx 0.4827
d) ¿Son sucesos incompatibles "utilizar cosmética natural" y "ser mujer"? ¿Son independientes?

Para que los sucesos "utilizar cosmética natural" (NN) y "ser mujer" (MM) sean incompatibles, su intersección debe ser 0.

P(MN)=0.4686P(M \cap N) = 0.4686

Dado que P(MN)=0.46860P(M \cap N) = 0.4686 \neq 0, los sucesos MM y NN no son incompatibles.Para que los sucesos MM y NN sean independientes, debe cumplirse que P(MN)=P(M)P(N)P(M \cap N) = P(M) \cdot P(N).

P(MN)=0.4686P(M \cap N) = 0.4686
P(M)P(N)=0.660.63=0.4158P(M) \cdot P(N) = 0.66 \cdot 0.63 = 0.4158

Dado que 0.46860.41580.4686 \neq 0.4158, los sucesos MM y NN no son independientes.

Cálculo de probabilidades en binomial
Problema
2025 · Ordinaria · Reserva
6
Examen

Un tratamiento experimental para tratar una determinada intolerancia alimentaria mejora al 60%60\% de los pacientes a los que se les suministra. Cinco pacientes deciden someterse a dicho tratamiento.

a) Indique la distribución que sigue la variable “número de pacientes de entre los 5 que mejoran con este tratamiento”. ¿Cuál es la probabilidad de que mejoren cuatro pacientes gracias al tratamiento?b) Calcule la probabilidad de que al menos dos pacientes experimenten mejoría tras someterse al tratamiento.c) ¿Cuántos pacientes se espera que mejoren al someterse a ese tratamiento?d) ¿Cuántos pacientes deberían someterse al tratamiento para que el número esperado de pacientes que mejoren sea mayor o igual a 12?
BinomialEsperanza matemáticaProbabilidad
a) Indique la distribución que sigue la variable “número de pacientes de entre los 5 que mejoran con este tratamiento”. ¿Cuál es la probabilidad de que mejoren cuatro pacientes gracias al tratamiento?

La variable XX = "número de pacientes de entre los 5 que mejoran con este tratamiento" sigue una distribución binomial, ya que se trata de un número fijo de ensayos independientes (5 pacientes), cada uno con dos resultados posibles (mejora o no mejora) y con una probabilidad de éxito constante.

XB(n,p)X \sim B(n, p)

Donde:n=5n = 5 (número de pacientes)p=0.6p = 0.6 (probabilidad de que un paciente mejore, el 60%)Por lo tanto, la distribución es:

XB(5,0.6)X \sim B(5, 0.6)

Para calcular la probabilidad de que mejoren cuatro pacientes, usamos la fórmula de probabilidad binomial:

P(X=k)=(nk)pk(1p)nkP(X=k) = \binom{n}{k} p^k (1-p)^{n-k}

Sustituyendo n=5n=5, k=4k=4 y p=0.6p=0.6:

P(X=4)=(54)(0.6)4(10.6)54P(X=4) = \binom{5}{4} (0.6)^4 (1-0.6)^{5-4}
P(X=4)=(54)(0.6)4(0.4)1P(X=4) = \binom{5}{4} (0.6)^4 (0.4)^1
P(X=4)=5(0.1296)(0.4)P(X=4) = 5 \cdot (0.1296) \cdot (0.4)
P(X=4)=50.05184P(X=4) = 5 \cdot 0.05184
P(X=4)=0.2592P(X=4) = 0.2592
b) Calcule la probabilidad de que al menos dos pacientes experimenten mejoría tras someterse al tratamiento.

La probabilidad de que al menos dos pacientes mejoren es P(X2)P(X \ge 2). Podemos calcularla como 1P(X<2)1 - P(X < 2).

P(X2)=1[P(X=0)+P(X=1)]P(X \ge 2) = 1 - [P(X=0) + P(X=1)]

Calculamos P(X=0)P(X=0):

P(X=0)=(50)(0.6)0(0.4)5P(X=0) = \binom{5}{0} (0.6)^0 (0.4)^5
P(X=0)=110.01024P(X=0) = 1 \cdot 1 \cdot 0.01024
P(X=0)=0.01024P(X=0) = 0.01024

Calculamos P(X=1)P(X=1):

P(X=1)=(51)(0.6)1(0.4)4P(X=1) = \binom{5}{1} (0.6)^1 (0.4)^4
P(X=1)=5(0.6)(0.0256)P(X=1) = 5 \cdot (0.6) \cdot (0.0256)
P(X=1)=50.01536P(X=1) = 5 \cdot 0.01536
P(X=1)=0.0768P(X=1) = 0.0768

Ahora sumamos estas probabilidades y las restamos de 1:

P(X2)=1[0.01024+0.0768]P(X \ge 2) = 1 - [0.01024 + 0.0768]
P(X2)=10.08704P(X \ge 2) = 1 - 0.08704
P(X2)=0.91296P(X \ge 2) = 0.91296
c) ¿Cuántos pacientes se espera que mejoren al someterse a ese tratamiento?

El número esperado de pacientes que mejoran en una distribución binomial se calcula con la fórmula E(X)=npE(X) = n \cdot p.

E(X)=50.6E(X) = 5 \cdot 0.6
E(X)=3E(X) = 3

Se espera que 3 pacientes mejoren.

d) ¿Cuántos pacientes deberían someterse al tratamiento para que el número esperado de pacientes que mejoren sea mayor o igual a 12?

Sea NN el nuevo número de pacientes. La probabilidad de éxito pp sigue siendo 0.60.6. Queremos que el número esperado de pacientes que mejoren sea mayor o igual a 12.

E(X)=NpE(X) = N \cdot p
N0.612N \cdot 0.6 \ge 12
N120.6N \ge \frac{12}{0.6}
N20N \ge 20

Al menos 20 pacientes deberían someterse al tratamiento para que el número esperado de pacientes que mejoren sea mayor o igual a 12.

Intervalos de confianza para la proporción
Problema
2025 · Ordinaria · Reserva
7
Examen

En un invernadero de Palos de la Frontera (Huelva), se cultivan fresas y frambuesas. Se desea estimar la proporción de fresas y frambuesas que se recolectan. Para ello, se ha tomado una muestra aleatoria de 300 kg300 \text{ kg}, obteniéndose que 180 kg180 \text{ kg} de ellos son fresas y el resto frambuesas.

a) Obtenga, con un nivel de confianza del 97%97\%, un intervalo para estimar la proporción de fresas recolectadas en el invernadero y otro intervalo para estimar la proporción de frambuesas recolectadas.b) Con las proporciones muestrales iniciales y con un nivel de confianza del 95%95\%, ¿cuántos kilogramos de frutos deberían seleccionarse aleatoriamente como mínimo para que las proporciones muestrales difieran de las proporciones poblacionales a lo sumo en un 2%2\%?
Inferencia estadísticaIntervalo de confianzaTamaño muestral
a) Obtenga, con un nivel de confianza del 97%97\%, un intervalo para estimar la proporción de fresas recolectadas en el invernadero y otro intervalo para estimar la proporción de frambuesas recolectadas.

Datos proporcionados:Tamaño de la muestra: n=300 kgn = 300\text{ kg} Cantidad de fresas: XF=180 kgX_F = 180\text{ kg} Cantidad de frambuesas: XFr=300180=120 kgX_{Fr} = 300 - 180 = 120\text{ kg} Nivel de confianza: 1α=0.971 - \alpha = 0.97 Para un nivel de confianza del 97%97\%, tenemos α=0.03\alpha = 0.03, lo que implica α/2=0.015\alpha/2 = 0.015.Buscamos el valor crítico zα/2z_{\alpha/2} tal que P(Zzα/2)=1α/2=10.015=0.985P(Z \le z_{\alpha/2}) = 1 - \alpha/2 = 1 - 0.015 = 0.985.

z0.0152.17z_{0.015} \approx 2.17

La fórmula para el intervalo de confianza de una proporción poblacional pp es:

(p^zα/2p^(1p^)n,p^+zα/2p^(1p^)n)\left( \hat{p} - z_{\alpha/2} \sqrt{\frac{\hat{p}(1-\hat{p})}{n}}, \hat{p} + z_{\alpha/2} \sqrt{\frac{\hat{p}(1-\hat{p})}{n}} \right)

1. Intervalo para la proporción de fresas:La proporción muestral de fresas es p^F=180300=0.6\hat{p}_F = \frac{180}{300} = 0.6.Entonces, 1p^F=10.6=0.41 - \hat{p}_F = 1 - 0.6 = 0.4.El error máximo de estimación para las fresas es:

EF=zα/2p^F(1p^F)n=2.170.60.4300E_F = z_{\alpha/2} \sqrt{\frac{\hat{p}_F(1-\hat{p}_F)}{n}} = 2.17 \sqrt{\frac{0.6 \cdot 0.4}{300}}
EF=2.170.24300=2.170.00082.170.028280.0613E_F = 2.17 \sqrt{\frac{0.24}{300}} = 2.17 \sqrt{0.0008} \approx 2.17 \cdot 0.02828 \approx 0.0613

El intervalo de confianza para la proporción de fresas es:

(0.60.0613,0.6+0.0613)=(0.5387,0.6613)(0.6 - 0.0613, 0.6 + 0.0613) = (0.5387, 0.6613)

2. Intervalo para la proporción de frambuesas:La proporción muestral de frambuesas es p^Fr=120300=0.4\hat{p}_{Fr} = \frac{120}{300} = 0.4.Entonces, 1p^Fr=10.4=0.61 - \hat{p}_{Fr} = 1 - 0.4 = 0.6.El error máximo de estimación para las frambuesas es:

EFr=zα/2p^Fr(1p^Fr)n=2.170.40.6300E_{Fr} = z_{\alpha/2} \sqrt{\frac{\hat{p}_{Fr}(1-\hat{p}_{Fr})}{n}} = 2.17 \sqrt{\frac{0.4 \cdot 0.6}{300}}
EFr=2.170.24300=2.170.00082.170.028280.0613E_{Fr} = 2.17 \sqrt{\frac{0.24}{300}} = 2.17 \sqrt{0.0008} \approx 2.17 \cdot 0.02828 \approx 0.0613

El intervalo de confianza para la proporción de frambuesas es:

(0.40.0613,0.4+0.0613)=(0.3387,0.4613)(0.4 - 0.0613, 0.4 + 0.0613) = (0.3387, 0.4613)
b) Con las proporciones muestrales iniciales y con un nivel de confianza del 95%95\%, ¿cuántos kilogramos de frutos deberían seleccionarse aleatoriamente como mínimo para que las proporciones muestrales difieran de las proporciones poblacionales a lo sumo en un 2%2\%?

Datos para este apartado:Nivel de confianza: 1α=0.951 - \alpha = 0.95 Error máximo de estimación: E=2%=0.02E = 2\% = 0.02 Proporciones muestrales iniciales: p^=0.6\hat{p} = 0.6 y 1p^=0.41-\hat{p} = 0.4 (usando la proporción de fresas, el producto p^(1p^)\hat{p}(1-\hat{p}) es el mismo para frambuesas).Para un nivel de confianza del 95%95\%, tenemos α=0.05\alpha = 0.05, lo que implica α/2=0.025\alpha/2 = 0.025.Buscamos el valor crítico zα/2z_{\alpha/2} tal que P(Zzα/2)=1α/2=10.025=0.975P(Z \le z_{\alpha/2}) = 1 - \alpha/2 = 1 - 0.025 = 0.975.

z0.025=1.96z_{0.025} = 1.96

La fórmula para el tamaño mínimo de la muestra nn es:

n=zα/22p^(1p^)E2n = \frac{z_{\alpha/2}^2 \cdot \hat{p}(1-\hat{p})}{E^2}

Sustituyendo los valores:

n=(1.96)2(0.6)(0.4)(0.02)2n = \frac{(1.96)^2 \cdot (0.6)(0.4)}{(0.02)^2}
n=3.84160.240.0004n = \frac{3.8416 \cdot 0.24}{0.0004}
n=0.9219840.0004=2304.96n = \frac{0.921984}{0.0004} = 2304.96

Dado que el tamaño de la muestra debe ser un número entero y se requiere que sea como mínimo, se debe redondear al siguiente entero superior.

n=2305n = 2305

Deberían seleccionarse aleatoriamente como mínimo 2305 kg2305\text{ kg} de frutos.

Operaciones con matrices y sistemas de ecuaciones matriciales
Problema
2025 · Ordinaria · Suplente
1
Examen

Se considera la matriz:

A=(210012222)A = \begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & 2 \\ 2 & 2 & 2 \end{pmatrix}
a) Resuelva el sistema de ecuaciones matriciales: (A+I3)X+Y=AI3(A + I_3) \cdot X + Y = A - I_3 XY=I3X - Y = I_3b) Halle el rango de las matrices A+I3A + I_3 y AI3A - I_3. ¿Son matrices invertibles?
MatricesSistemas de ecuaciones matricialesRango+1
a) Resuelva el sistema de ecuaciones matriciales:

Tenemos el sistema de ecuaciones matriciales:

{(A+I3)X+Y=AI3(1)XY=I3(2)\begin{cases} (A + I_3) \cdot X + Y = A - I_3 \quad (1) \\ X - Y = I_3 \quad (2) \end{cases}

De la ecuación (2), despejamos YY: Y=XI3Y = X - I_3. Sustituimos esta expresión de YY en la ecuación (1):

(A+I3)X+(XI3)=AI3(A + I_3) \cdot X + (X - I_3) = A - I_3

Distribuimos y agrupamos términos con XX:

(A+I3)X+I3X=AI3+I3(A+I3+I3)X=A(A+2I3)X=A(A + I_3)X + I_3 X = A - I_3 + I_3 \\ (A + I_3 + I_3)X = A \\ (A + 2I_3)X = A

Ahora calculamos la matriz A+2I3A + 2I_3:

A+2I3=(210012222)+2(100010001)=(210012222)+(200020002)=(410032224)A + 2I_3 = \begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & 2 \\ 2 & 2 & 2 \end{pmatrix} + 2\begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & 2 \\ 2 & 2 & 2 \end{pmatrix} + \begin{pmatrix} 2 & 0 & 0 \\ 0 & 2 & 0 \\ 0 & 0 & 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 4 & 1 & 0 \\ 0 & 3 & 2 \\ 2 & 2 & 4 \end{pmatrix}

Para resolver X=(A+2I3)1AX = (A + 2I_3)^{-1}A, primero calculamos el determinante de (A+2I3)(A + 2I_3):

det(A+2I3)=det(410032224)=4(3422)1(0422)+0=4(124)1(04)=4(8)(4)=32+4=36\det(A + 2I_3) = \det\begin{pmatrix} 4 & 1 & 0 \\ 0 & 3 & 2 \\ 2 & 2 & 4 \end{pmatrix} = 4(3 \cdot 4 - 2 \cdot 2) - 1(0 \cdot 4 - 2 \cdot 2) + 0 = 4(12 - 4) - 1(0 - 4) = 4(8) - (-4) = 32 + 4 = 36

Como el determinante es 36036 \neq 0, la matriz (A+2I3)(A + 2I_3) es invertible. Ahora calculamos su inversa. Primero, la matriz de cofactores:

C=(+(124)(04)+(06)(40)+(160)(82)+(20)(80)+(120))=(84641662812)C = \begin{pmatrix} +(12-4) & -(0-4) & +(0-6) \\ -(4-0) & +(16-0) & -(8-2) \\ +(2-0) & -(8-0) & +(12-0) \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 8 & 4 & -6 \\ -4 & 16 & -6 \\ 2 & -8 & 12 \end{pmatrix}

Luego, la matriz adjunta es la traspuesta de la matriz de cofactores:

Adj(A+2I3)=CT=(84241686612)\text{Adj}(A + 2I_3) = C^T = \begin{pmatrix} 8 & -4 & 2 \\ 4 & 16 & -8 \\ -6 & -6 & 12 \end{pmatrix}

Y la inversa es:

(A+2I3)1=136(84241686612)(A + 2I_3)^{-1} = \frac{1}{36} \begin{pmatrix} 8 & -4 & 2 \\ 4 & 16 & -8 \\ -6 & -6 & 12 \end{pmatrix}

Finalmente, calculamos X=(A+2I3)1AX = (A + 2I_3)^{-1}A:

X=136(84241686612)(210012222)X=136(8(2)4(0)+2(2)8(1)4(1)+2(2)8(0)4(2)+2(2)4(2)+16(0)8(2)4(1)+16(1)8(2)4(0)+16(2)8(2)6(2)6(0)+12(2)6(1)6(1)+12(2)6(0)6(2)+12(2))X=136(16+0+484+408+48+0164+16160+321612+0+2466+24012+24)X=136(20848416121212)=(20/368/364/368/364/3616/3612/3612/3612/36)X=(5/92/91/92/91/94/91/31/31/3)X = \frac{1}{36} \begin{pmatrix} 8 & -4 & 2 \\ 4 & 16 & -8 \\ -6 & -6 & 12 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & 2 \\ 2 & 2 & 2 \end{pmatrix} \\ X = \frac{1}{36} \begin{pmatrix} 8(2)-4(0)+2(2) & 8(1)-4(1)+2(2) & 8(0)-4(2)+2(2) \\ 4(2)+16(0)-8(2) & 4(1)+16(1)-8(2) & 4(0)+16(2)-8(2) \\ -6(2)-6(0)+12(2) & -6(1)-6(1)+12(2) & -6(0)-6(2)+12(2) \end{pmatrix} \\ X = \frac{1}{36} \begin{pmatrix} 16+0+4 & 8-4+4 & 0-8+4 \\ 8+0-16 & 4+16-16 & 0+32-16 \\ -12+0+24 & -6-6+24 & 0-12+24 \end{pmatrix} \\ X = \frac{1}{36} \begin{pmatrix} 20 & 8 & -4 \\ -8 & 4 & 16 \\ 12 & 12 & 12 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 20/36 & 8/36 & -4/36 \\ -8/36 & 4/36 & 16/36 \\ 12/36 & 12/36 & 12/36 \end{pmatrix} \\ X = \begin{pmatrix} 5/9 & 2/9 & -1/9 \\ -2/9 & 1/9 & 4/9 \\ 1/3 & 1/3 & 1/3 \end{pmatrix}

Ahora calculamos Y=XI3Y = X - I_3:

Y=(5/92/91/92/91/94/91/31/31/3)(100010001)Y=(5/912/91/92/91/914/91/31/31/31)=(4/92/91/92/98/94/91/31/32/3)Y = \begin{pmatrix} 5/9 & 2/9 & -1/9 \\ -2/9 & 1/9 & 4/9 \\ 1/3 & 1/3 & 1/3 \end{pmatrix} - \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix} \\ Y = \begin{pmatrix} 5/9 - 1 & 2/9 & -1/9 \\ -2/9 & 1/9 - 1 & 4/9 \\ 1/3 & 1/3 & 1/3 - 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -4/9 & 2/9 & -1/9 \\ -2/9 & -8/9 & 4/9 \\ 1/3 & 1/3 & -2/3 \end{pmatrix}
b) Halle el rango de las matrices A+I3A + I_3 y AI3A - I_3. ¿Son matrices invertibles?

Primero, calculamos A+I3A + I_3:

A+I3=(210012222)+(100010001)=(310022223)A + I_3 = \begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & 2 \\ 2 & 2 & 2 \end{pmatrix} + \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 3 & 1 & 0 \\ 0 & 2 & 2 \\ 2 & 2 & 3 \end{pmatrix}

Para determinar el rango y la invertibilidad, calculamos su determinante:

det(A+I3)=3(2322)1(0322)+0=3(64)1(04)=3(2)(4)=6+4=10\det(A + I_3) = 3(2 \cdot 3 - 2 \cdot 2) - 1(0 \cdot 3 - 2 \cdot 2) + 0 = 3(6 - 4) - 1(0 - 4) = 3(2) - (-4) = 6 + 4 = 10

Dado que det(A+I3)=100\det(A + I_3) = 10 \neq 0, el rango de A+I3A + I_3 es 3. Una matriz cuadrada es invertible si y solo si su determinante es distinto de cero. Por lo tanto, A+I3A + I_3 es invertible.Ahora, calculamos AI3A - I_3:

AI3=(210012222)(100010001)=(110002221)A - I_3 = \begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & 2 \\ 2 & 2 & 2 \end{pmatrix} - \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 2 \\ 2 & 2 & 1 \end{pmatrix}

Calculamos su determinante:

det(AI3)=1(0122)1(0122)+0=1(04)1(04)=4(4)=4+4=0\det(A - I_3) = 1(0 \cdot 1 - 2 \cdot 2) - 1(0 \cdot 1 - 2 \cdot 2) + 0 = 1(0 - 4) - 1(0 - 4) = -4 - (-4) = -4 + 4 = 0

Dado que det(AI3)=0\det(A - I_3) = 0, el rango de AI3A - I_3 no es 3. Para encontrar el rango, buscamos un menor de orden 2 con determinante distinto de cero. Consideramos el menor formado por las filas 1 y 2 y las columnas 1 y 3:

det(1002)=1200=2\det\begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 2 \end{pmatrix} = 1 \cdot 2 - 0 \cdot 0 = 2

Como existe un menor de orden 2 con determinante 202 \neq 0, el rango de AI3A - I_3 es 2. Dado que el determinante es cero, AI3A - I_3 no es invertible.