Ii MATU • Algebra

MATU_SIS_ECU_029

original_elaboracion_propia

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Enunciado

Determine el conjunto solución $(x, y)$ para el siguiente sistema de ecuaciones de segundo grado:
$$ \begin{cases} x + y + xy = 14 \\ xy(x + y) = 40 \end{cases} $$

Solución Paso a Paso

Para resolver este sistema, utilizaremos un cambio de variable basado en las sumas y productos elementales.

Sea:
$u = x + y$
$v = xy$

Reemplazando en las ecuaciones originales obtenemos un nuevo sistema lineal/cuadrático en términos de $u$ y $v$:
  1. $u + v = 14$
  2. $uv = 40$


De la ecuación (1), despejamos $v$:
$v = 14 - u$

Sustituimos en la ecuación (2):
$u(14 - u) = 40$
$14u - u^2 = 40$
$u^2 - 14u + 40 = 0$

Factorizamos el trinomio:
$(u - 10)(u - 4) = 0$

Caso 1: $u = 10 \implies v = 14 - 10 = 4$
Caso 2: $u = 4 \implies v = 14 - 4 = 10$

Ahora, resolvemos para $x$ e $y$ en cada caso usando la propiedad de que $x$ e $y$ son raíces de la ecuación cuadrática $t^2 - ut + v = 0$:

Para el Caso 1 ($x+y=10, xy=4$):
$t^2 - 10t + 4 = 0$
Usando la fórmula general:
$t = \frac{10 \pm \sqrt{100 - 16}}{2} = \frac{10 \pm \sqrt{84}}{2} = \frac{10 \pm 2\sqrt{21}}{2} = 5 \pm \sqrt{21}$
Soluciones: $(5 + \sqrt{21}, 5 - \sqrt{21})$ y $(5 - \sqrt{21}, 5 + \sqrt{21})$.

Para el Caso 2 ($x+y=4, xy=10$):
$t^2 - 4t + 10 = 0$
El discriminante es $\Delta = 4^2 - 4(10) = 16 - 40 = -24$.
Como $\Delta < 0$, las soluciones en este caso son complejas:
$t = \frac{4 \pm \sqrt{-24}}{2} = \frac{4 \pm 2i\sqrt{6}}{2} = 2 \pm i\sqrt{6}$
Soluciones: $(2 + i\sqrt{6}, 2 - i\sqrt{6})$ y $(2 - i\sqrt{6}, 2 + i\sqrt{6})$.

Resultado final (en $\mathbb{R}$):
$CS = \{(5 + \sqrt{21}, 5 - \sqrt{21}); (5 - \sqrt{21}, 5 + \sqrt{21})\}$

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