Matemáticas 9.º

Intervalos y desigualdades

45 min · DBA 2

Lo que vas a aprender
  • Aplicar las propiedades de orden de los reales al sumar, restar, multiplicar o dividir los dos lados de una desigualdad.
  • Representar un conjunto de números reales en notación de intervalo, como desigualdad y en la recta numérica, y pasar de una forma a otra.
  • Hallar la unión y la intersección de dos intervalos sencillos.

Para qué

¿Para qué sirve esto?

Muchas reglas de la vida diaria no hablan de un número exacto, sino de todos los números de una franja. Una atracción de un parque pide una estatura de al menos cierto valor; una nevera debe mantenerse entre dos temperaturas; una tarifa de envío vale para paquetes que pesen menos de cierto límite. En todos esos casos la respuesta no es un número: es un conjunto infinito de números reales.

Para describir esos conjuntos con precisión, en matemáticas se usan las desigualdades y los intervalos. En esta lección vas a aprender a escribirlos de tres maneras, a operar con desigualdades sin cambiar su verdad, y a juntar o cruzar dos intervalos. Es la base para resolver inecuaciones en la próxima lección.

Antes de empezar necesitas saber ubicar números reales en la recta numérica y comparar dos números, incluidos los negativos: $-5 < -2$ porque $-5$ está más a la izquierda.

Explicación

El orden de los números reales

Dados dos reales distintos $a$ y $b$, siempre uno es menor que el otro: en la recta, el menor queda a la izquierda. Se escribe $a < b$ («$a$ es menor que $b$») o $b > a$. Los símbolos $\leq$ y $\geq$ significan «menor o igual» y «mayor o igual».

Una desigualdad verdadera sigue siendo verdadera si haces lo mismo a los dos lados, con una excepción importante:

  1. Sumar o restar el mismo número a los dos lados conserva el sentido: si $a < b$, entonces $a + c < b + c$.
  2. Multiplicar o dividir por un número positivo conserva el sentido: si $a < b$ y $c > 0$, entonces $a \cdot c < b \cdot c$.
  3. Multiplicar o dividir por un número negativo invierte el sentido: si $a < b$ y $c < 0$, entonces $a \cdot c > b \cdot c$.

La tercera propiedad se entiende en la recta: multiplicar por $-1$ refleja los puntos alrededor del 0, y lo que estaba a la izquierda pasa a la derecha. Por ejemplo, $2 < 7$, pero $-2 > -7$.

Los intervalos

Un intervalo es el conjunto de todos los reales entre dos extremos. Lo que decide su tipo es si los extremos entran o no entran:

  • Cerrado $[a;\ b]$: incluye los dos extremos. Desigualdad: $a \leq x \leq b$.
  • Abierto $(a;\ b)$: no incluye ninguno. Desigualdad: $a < x < b$.
  • Semiabierto $[a;\ b)$ o $(a;\ b]$: incluye solo uno. Por ejemplo, $[a;\ b)$ es $a \leq x < b$.
  • Infinito, cuando no hay tope por un lado: $[a;\ \infty)$ es $x \geq a$, y $(-\infty;\ b)$ es $x < b$.

El corchete significa «entra» y el paréntesis, «no entra». Al lado del infinito siempre va paréntesis, porque $\infty$ no es un número real: ningún número llega a ser «infinito», así que no puede pertenecer al intervalo.

En la recta numérica se marca un extremo que entra con un punto relleno (o un corchete) y uno que no entra con un punto vacío (o un paréntesis), y se sombrea el tramo entre ellos. Si el intervalo es infinito, el sombreado sigue con una flecha.

Fíjate en que un intervalo con extremos distintos tiene infinitos elementos. El intervalo $(1;\ 2)$ no contiene ningún entero, pero contiene a $1{,}5$, a $\sqrt{2}$, a $1{,}999$ y a infinitos números más.

Unión e intersección

Con dos intervalos se pueden formar conjuntos nuevos:

  • La intersección $A \cap B$ reúne los números que están a la vez en $A$ y en $B$. En la recta, es el tramo donde los dos sombreados se superponen. Si no se superponen, la intersección es el conjunto vacío, $\varnothing$.
  • La unión $A \cup B$ reúne los números que están en al menos uno de los dos. En la recta, es todo lo sombreado. Si los intervalos se superponen, o si uno empieza donde termina el otro y ese extremo está incluido en alguno de los dos, la unión es un solo intervalo. Si no, se deja escrita con el símbolo $\cup$: por ejemplo, $(0;\ 1) \cup (1;\ 2)$ no es un intervalo, porque le falta el $1$.

En cada extremo de la respuesta hay que preguntarse: ¿este número está en los dos intervalos (para la intersección) o en alguno (para la unión)? De esa pregunta sale si va corchete o paréntesis.

−4−3−2−1012345[ −2 entra3 no entra )

El intervalo [−2; 3): el −2 entra (corchete) y el 3 no entra (paréntesis). Todos los reales entre ellos pertenecen al intervalo. Como desigualdad: −2 ≤ x < 3.

Ejemplo resuelto

Las propiedades de orden con números

Parte de la desigualdad verdadera $4 < 9$ y observa qué pasa con cada operación.

Ver la solución paso a paso
  1. La desigualdad de partida:

    $$4 < 9$$

  2. Sumamos 3 a los dos lados: el sentido se conserva.

    $$4 + 3 < 9 + 3$$

  3. Restamos 10 a los dos lados: también se conserva, aunque ahora los dos lados sean negativos.

    $$4 - 10 < 9 - 10$$

  4. Multiplicamos por 2, que es positivo: se conserva.

    $$2 \cdot 4 < 2 \cdot 9$$

  5. Multiplicamos por $-2$, que es negativo: el sentido se invierte, porque $-8$ está a la derecha de $-18$.

    $$-2 \cdot 4 > -2 \cdot 9$$

Respuesta: Sumar, restar o multiplicar por un positivo conserva el sentido; al multiplicar por $-2$ queda $-8 > -18$: el sentido se invierte.

Ejemplo resuelto

Intersección de dos intervalos

Halla $[-2;\ 5] \cap (1;\ 8)$.

Ver la solución paso a paso
  1. Ubicamos los dos intervalos en la recta. El primero va de $-2$ a $5$, con los dos extremos incluidos; el segundo va de $1$ a $8$, sin sus extremos.

  2. Se superponen entre $1$ y $5$. El $1$ no entra, porque no está en $(1;\ 8)$; el $5$ sí entra, porque está en los dos. La intersección es: $\left(1;\ 5\right]$

Respuesta: $\left(1;\ 5\right]$

Arrastra los extremos del intervalo−4−3−2−1012345678Toca un extremo para llenarlo (entra) o vaciarlo (no entra)

Arrastra los extremos y tócalos para llenarlos o dejarlos vacíos. Arma primero los reales mayores que −1 y menores o iguales que 4; después, la intersección [−2; 5] ∩ (1; 8). Toca «Comprobar» en cada uno.

Ejemplo resuelto

Unión de dos intervalos

Halla $[-3;\ 1] \cup (0;\ 4)$.

Ver la solución paso a paso
  1. Los dos intervalos se superponen entre $0$ y $1$, así que juntos forman un solo tramo, desde $-3$ hasta $4$.

  2. El $-3$ entra, porque está en el primero. El $4$ no entra, porque no está en ninguno de los dos. La unión es: $\left[-3;\ 4\right)$

  3. Como desigualdad: $-3 \leq x < 4$.

Respuesta: $\left[-3;\ 4\right)$

Práctica

¿Qué intervalo representa la desigualdad $x \ge -2$?

¿Qué intervalo representa la desigualdad $x < 5$?

¿Qué intervalo forman los números reales mayores que −1 y menores o iguales que 4?

Marca todos los números que pertenecen al intervalo [−2; 3).

Marca todas las que apliquen.

¿Cuál es la intersección de los intervalos [−2; 5] y (1; 8)?

¿Cuál es la unión de los intervalos [−3; 1] y (0; 4)?

¿Cuál es la intersección de los intervalos [−4; −1) y [2; 6]?

¿Verdadero o falso? Como 2 < 5, al multiplicar los dos lados por −3 se obtiene $-3 \cdot 2 < -3 \cdot 5$.

¿Verdadero o falso? $\frac{3}{7} < 0{,}43$

¿Cuántos números enteros hay en el intervalo (−3; 4]?

¿Por qué al lado del símbolo ∞ siempre se escribe paréntesis y nunca corchete?

Reto

Escribe cada desigualdad como intervalo.

Elige en cada hueco el intervalo correcto. Fíjate en si el extremo entra o no.

Reto

Cuenta los enteros de cada intervalo.

Cada pista da un dígito. Revisa bien si los extremos entran.

Reto

El crucigrama de los intervalos.

Lee cada pista y escribe la palabra, sin tildes.

Cierre

En resumen

  • Sumar o restar el mismo número a los dos lados de una desigualdad conserva su sentido, y también multiplicar o dividir por un positivo.

  • Multiplicar o dividir los dos lados por un número negativo invierte el sentido de la desigualdad.

  • Un intervalo se escribe con corchete en el extremo que entra y con paréntesis en el que no entra; junto a ∞ siempre va paréntesis.

  • Un mismo conjunto se puede escribir como intervalo, como desigualdad o dibujado en la recta.

  • La intersección son los números comunes a dos intervalos; la unión, los que están en alguno de los dos.

Vocabulario

Desigualdad

Relación entre dos expresiones que usa <, >, ≤ o ≥ en lugar del signo =.

Intervalo

Conjunto de todos los números reales comprendidos entre dos extremos, que pueden estar incluidos o no.

Intervalo abierto

Intervalo que no incluye sus extremos; se escribe con paréntesis, como (a; b).

Intervalo cerrado

Intervalo que incluye sus dos extremos; se escribe con corchetes, como [a; b].

Intersección

Los números que están a la vez en dos conjuntos. Se escribe con el símbolo ∩.

Unión

Los números que están en al menos uno de dos conjuntos. Se escribe con el símbolo ∪.

Guía para el docente

Tiempos

Preguntas para el salón

Errores típicos

Tarea sugerida

Escribir en las tres notaciones los intervalos −1 < x ≤ 6, x ≥ 2,5 y (−∞; 0); hallar [0; 6] ∩ (3; 9) y [0; 6] ∪ (3; 9), y explicar por escrito qué pasa con −4 < 10 al multiplicar por −0,5.