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I..EE..SS..““CCAASSTTEELLAARR””BBAADDAAJJOOZZ
PRUEBA DE ACCESO (LOGSE)
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA
SEPTIEMBRE - 2004
(RESUELTOS por Antonio Menguiano)
MATEMÁTICAS II Tiempo máximo: 1 horas y 30 minutos 1.-El ejercicio consta de tres bloques de problemas y cada bloque tiene dos opciones. Debe responderse necesariamente a los tres bloques, escogiendo en cada uno de ellos una sola de las opciones (A o B).
2.- Debe exponerse con claridad el planteamiento del problema o el método utilizado para su resolución. Todas las respuestas deben ser razonadas.
3.- Todas las preguntas se puntúan igual. BLOQUE 1 (Álgebra)
1-A)
a ) Estudiar, según el valor de k, el rango de la matriz
− + +
=
1 0
1
1 1 0
0 1 1
k k
A .
b ) Calcular, si es posible, un valor de k para que el sistema siguiente sea compatible determinado. Justificar la respuesta.
+
=
− + +
1 1
2 ·
1 0
1
1 1 0
0 1
1 k
z y x k
k
c ) Lo mismo que en b ), pero para que el sistema sea compatible indeterminado. d ) Lo mismo que en b ), pero para que el sistema sea incompatible.
--- a )
(
)
(
)
2 ;
; 0
0 2 2
1 1 2 1
1 1
0 1
1 1 0
0 1 1
2 2
2
− = =
⇒
⇒
= + − = − − = + − − − = + + − = − + +
=
k k
k k k k k
k k
k k
. 3 2 0 es A de rango el k k Para − ≠≠
Veamos el rango de la matriz para los valores que anulan su determinante:
2 1 0 1 1 1 0 0 1 1 2 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 = ⇒ − − − = ⇒ − = − = ⇒ = A de Rango A k Para A k Para . 2 2 0 es A de rango el k k Para − == b )
La ecuación es equivalente al sistema lineal siguiente:
(
)
(
)
= −+ + = + = + + ⇒ + = − + + 1 1 1 2 1 1 1 2 · 1 0 1 1 1 0 0 1 1 z x z y k k y x k k z y x k kPara que el sistema sea compatible determinado es necesario que las matrices de coeficientes y ampliada tengan rango tres. Como ya hemos determinado en el apartado anterior que el rango de A es tres para cualquier valor real de k distinto de 0 y de -2, basta con encontrar un valor de k que haga que el rango de A’ sea tres.
⇒ ⇒ + − + + = ' 1 1 2 1 0 1 1 1 0 0 1 1
' Rango de A
k k k A
{
}
(
)
(
)(
)
0 0 2 2 1 1 2 2 1 1 1 1 0 1 1 1 0 2 1 1 , , 2 2 2 4 2 1 = ⇒ = − = − − − − + + + = = + + − + + = + + + ⇒ k k k k k k k k k k k k k C C C{
}
(
1)
1(
2)
1 1 2 01 0 1 1 1 0 2 1 1 ,
, 3 4
1 = + + − + = + + − − =
+ +
⇒ k k k k
k k
{
}
(
)(
)
(
3)
0 ;; 0 ;; 33
1 2 2
1 1 2 1 1
1 1 0
1 1 1
2 0
1 ,
,
2 1
2
2 4
3 2
− = =
= + − = − − =
= + − − − − = + + + − = −
+
+
⇒
k k
k k k k
k k k k
k k
k C
C C
2 ,
0 ,
minado ∀k∈R k ≠ k ≠ −
Deter Compatible
es sistema El
c )
Para que el sistema sea compatible indeterminado es necesario que las matrices de coeficientes y ampliada tengan el mismo rango menor que tres.
Del estudio realizado en el apartado anterior se deduce que:
0 min
deter ado para k =
In Compatible es
sistema El
d )
Para que el sistema sea incompatible es necesario que los rangos de las matrices de coeficientes y ampliada sean diferentes. Para k = -2 el rango de A es 2 y el rango de A’ es tres, por lo tanto:
2
− = k para le Incompatib es
sistema El
1-B) a ) Calcular el determinante de la matriz = k k k k A 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 .
b ) Calcular la inversa de A para el valor de k = 0.
c ) Obtener, de forma justificada, una expresión para el determinante de la matriz de or-den n que tiene la misma estructura que A, es decir:
= k k k k A 1 · · · 0 0 0 0 0 · · · 1 0 0 0 · · · 0 1 1 0 · · · 0 0 M M M M M --- a )
Desarrollando por los menores adjuntos de la primera fila:
A k k k k k k k k k k k k
A = = − = −1 = −1=
1 0 0 1 0 0 1 · 1 1 0 0 1 0 0 · 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 4 4 4 b )
Para k = 0 resulta que
= 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 A .
Procediendo por el método de Gaus-Jordan y rotando todas las filas:
c )
=
k k
k k
A
1 · · · 0 0 0
0 0 · · · 1
0
0 0 · · · 0 1
1 0 · · · 0 0
M M M
M M
Desarrollando por los menores adjuntos de la primera fila resultan dos determi-nantes de las siguientes características:
El primero, que va precedido por el factor k, es un determinante correspondiente a una matriz triangular inferior de dimensión n-1 cuyos elementos de la diagonal princi-pal son todos iguales e iguales a k; su valor es kn-1.
El segundo, que va precedido por el factor
( )
−1 n−1, es un determinante triangular superior correspondiente a una matriz cuyos elementos de la diagonal principal son to-dos iguales e iguales a 1; su valor es lk-1 = 1.De lo anterior se deduce que el valor del determinante de la matriz A es:
( )
1( )
11
1 1
· 1
· − − − − = + − −
= n n n n
k k
k A
BLOQUE 2 (Análisis)
2-A) Considerar la función
( )
x x x
f
− + =
1 1
. Se pide:
a ) Dominio y corte con los ejes. b ) Asíntotas.
c ) Intervalos de crecimiento y decrecimiento. d ) Dibujar la gráfica de la función.
--- a )
La expresión 1− x se puede redefinir de la forma:
>
− ≤
+ = −
0 1
0 1
1
x si x
x si x
x , con
lo cual la función puede expresarse de manera más sencilla de la siguiente forma:
( )
> −
+ ≤
=
0 1
1
0 1
x si x x
x si x
f
Para determinar el dominio de la función estudiaremos el punto dudoso que resul-ta para x = 0.
Para que sea continua para x = 0 tiene que cumplirse que los límites por la iz-quierda y por la derecha tienen que ser iguales:
( )
( )
( )
( )
( )
f( )
xx lím f
x f x
lím
x x x
lím x
f x
lím
f x
lím x
f x
lím
+ −
+ +
− −
→ = =
→
⇒
= − + →
= →
= = →
= →
0 0
0 1
1 1 0 0
0 1 1 0 0
La función es continua para x = 0.
La función no está definida para el valor x = 1, perteneciente a
(
0, +∞)
, porque anula el denominador, por lo cual:( )
f ⇒ R−{}
1D
b )
la función es
( )
x x x
g
− + =
1 1
.
1 1
1 1 )
( =− ⇒ ⇒ =−
− + +∞ → = +∞
→ x Asíntota horizontal y
x x
lím x
g x
lím
La asíntota vertical es el valor que anula el denominador: x=1.
(No estudiamos las tendencias por intuirse en el estudio de los apartados siguientes) c )
Al igual que en el apartado anterior, nos limitamos al estudio de la función g(x).
( )
(
(
) (
)
) ( )
(
)
(
)
g( )
xx x
x x
x x x
x
g =
− = −
+ + − = −
− +
− −
= 2 2 2
1 2 1
1 1
1
1 · 1 1
· 1 '
Por ser el denominador ≥0, ∀x∈R, la función g(x) es:
Monótona creciente en su dominio d )
Con los datos anteriores resulta la gráfica que se esboza a continuación.
x
=
1
f(x)
X Y
O
2-B) Una ventana tiene forma de un semicírculo colocado sobre un rectángulo. El rectángulo es de cristal transparen-te, pero el semicírculo es de cristal tintado. El cristal tinta-do transmite la mitad de la luz por unidad de área que el cristal transparente. Así, la función que nos da la cantidad de luz que pasa por la ventana es:
(
)
2 2 4 , + = xy x y
x
f π .
Sabiendo que el perímetro total de la ventana ha de ser de 2 metros, calcular las dimensiones x e y de la ventana que proporcionan el máximo posible de luz.
--- El perímetro de la ventana es:
y x x x x y x y x
p = − − =
− − = = + + = 4 2 4 2 2 2 ; ; 2 2 · 2 π π π
Sustituyendo el valor de y en la función f
(
x, y)
resulta:( )
(
x x x)
f( )
xx x x x x x x x x x x x x f = − − = = + − − = + − − = + − − = 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 8 16 · 16 1 16 4 8 16 4 · 4 4 2 4 2 4 4 2 4 · π π π π π π π
El máximo posible de luz se produce para el valor de x que anula la derivada:
( )
(
)
(
)
(
)
(
)
m yx x y m x x x x x x x x x f = ≅ + + = + + = = + − − + = + − + − = − − = ≅ + = + = = − − ⇒ = − − = − − = 41 ' 0 3 8 4 3 8 4 4 16 4 3 8 8 16 12 32 4 3 8 8 · 3 8 8 · 2 4 4 2 4 ; ; 46 ' 0 3 8 8 ; ; 3 8 8 ; ; 0 3 8 8 0 3 8 8 · 8 1 6 16 16 · 16 1 ' π π π π π π π π π π π π π π π π m y e m x para produce se luz de máximo
El ≅0'46 =0'41
Justificación de máximo:
( )
(
)
0 , . . .18 3 8 3 8 · 18 1 '
' x Máximo cq j
f = − − π =− + π < ⇒
**********
x
BLOQUE 3 (Geometría)
3-A) a ) Hallar la ecuación en forma implícita de la recta r que pasa por P(1, 2, 3) y tie-ne por vector director v =
(
6, 5, 4)
.b ) Calcular la ecuación implícita del plano π que contiene a la recta r y pasa por el punto A(1, 1, 2).
c ) Calcular el área del triángulo de vértices P1, P2 y P3 donde estos puntos son los cortes del plano π con los ejes X, Y y Z, respectivamente.
--- a )
La expresión vectorial de r es: r ≡
(
x, y, z) (
= 1, 2, 3) (
+λ 6, 5, 4)
.En forma continua la expresión de r es.
4 3 5
2 6
1= − = −
−
≡ x y z
r .
De la expresión anterior se deduce que:
− = − = − −
18 6 4 4
12 6 5 5
z x
y x
, lo cual permite expresar la recta r por unas ecuaciones:
= + − + = −
≡
0 7 3 2
0 7 6 5
z x
y x r
b )
(
1, 2, 3) (
− 1, 1, 2) (
= 0, 1, 1)
= − =
= AP P A u
El plano π puede determinarse por el punto A y los vectores u y v .
(
)
(
) (
) (
) (
)
(
1) (
6 1) (
6 2)
0 ;; 1 6 6 6 12 0 ;; 6 6 7 0; ; 0 1 5 2 6 1 6 1 4 ; ; 0
4 5
6
1 1
0
2 1
1 ,
;
= − + − ≡ =
+ − − + + − =
− − − + − −
= − − − − − + − =
− −
− ≡
z y x z
y x
z y
x
x z
y x
z y
x v u A
π π
c )
Los puntos de corte del plano π con los ejes coordenados son:
(
)
→
=
− →
==
⇒
→
==
⇒
7 0
; ; 0 , 6 7 , 0 0
0 ;
; 0 , 0 , 7 0
0
2 1
x
P z
x Y
P z
Los vectores que determinan el triángulo son:
(
)
(
)
− = −
= − = =
− − = −
− = − = =
6 7 , 0 , 7 0
, 0 , 7 6 7 , 0 , 0
0 , 6 7 , 7 0
, 0 , 7 0 , 6 7 , 0
1 3 3 1
1 2 2 1
P P P P n
P P P P m
El área de un triángulo es la mitad del área del paralelogramo que determinan dos vectores y el área del paralelogramo, a su vez, es el módulo del producto vectorial de los dos vectores, por lo cual:
( )
( )
1 2 33 2 1
2 2
2 2
6 7 6 7
72 73 49 73 · 72 49 6
6 1 · 72 49 6
6 ·
72 49
6 6 ·
72 49
1 0 6
0 1 6 · 72 49
0 7
0 7
· 2 1 ·
2 1
P P P P
P P
S u k
j i
j k i k
j i k
j i n
m S
= =
= − + + − =
− + − =
= + − − =
− − − =
− − − =
∧ =
3-B) Sean los vectores v1 =
(
2, 1, 2)
, v2 =(
4, 3, 2)
y v3 =(
− k −1, 2k + 2, 2)
.a ) Calcular la ecuación del plano π que tiene v1 y a v2 como vectores directores y
que pasa por el punto O(0, 0, 0).
b ) Calcular, si es posible, un valor k tal que v3 sea perpendicular simultáneamente a 2
1 y v
v . Justificar la respuesta.
c ) Calcular, si es posible, un valor k tal que exista un vector w perpendicular simultá-neamente a los tres vectores v1 , v2 y v3 . Justificar la respuesta.
--- a )
(
)
0 ;; 2 8 6 4 6 4 0 ;; 4 4 2 02 3 4
2 1 2 ,
; 1 2 ≡ = x+ y+ z− z− x− y = − x+ y+ z=
z y x v
v O
π
0 2
2 − − =
≡ x y z
π
b )
Para que un vector sea perpendicular a dos vectores dados, el primer vector tiene que ser linealmente dependiente al producto vectorial de los otros dos vectores.
(
4, 4, 2)
2 4 4 4
6 4 6 8 2 2 3 4
2 1 2
2
1 ∧ = = i+ j+ k− k− i− j =− i+ j+ k = −
k j i v v
(
)
= =
+ =
+
= −
= − − =
− − −
⇒
= + = −
− −
⇒
+ −
− =
1 ; ; 4 2 2 ; ; 1 4
2 2
3 ;
; 4 1 ;
; 1 4
1
2 2 4
2 2 4
1 2
, 2 2 , 1
3
k k
k
k k
k k
k k
k v
Al no coincidir los valores de k:
3 1
3 sea simultáneamente a v y v
v que para k
de valor un
existe
No ⊥
c )
Si no es posible que el vector v3 sea perpendicular simultáneamente a los
vecto-res v1 y v2 indica, necesariamente, que v3 es linealmente dependiente de los
Lo anterior supone que el vector w será perpendicular a los tres vectores dados, cuando lo sea a dos de ellos, por lo tanto el vector w puede ser cualquiera que sea li-nealmente dependiente del producto vectorial de v1 y v2 . Por ejemplo:
(
−2, 2, 1)
= w
El valor de k es fácil determinarlo teniendo en cuenta que los tres vectores dados son coplanarios, lo que significa que el rango que determinas es dos:
(
)
(
)
(
)
(
) (
) (
) (
)
(
) (
)
(
) (
)
3 4 ;
; 4 3
; ; 0 1 2
2 1 ; ; 0 1 2
2 1
; ; 0 1 4
2 2 4 4 ; ; 0 8 2 2 4 1 6
1 2
2 2 8 12
; ; 0
2 2 2 1
2 3 4
2 1 2
2 , 2 2 , 1 2
, 3 , 4 ,
2 , 1 ,
2 2 3
1
− = −
= =
+ + + + =
− − − + +
= − − − + +
= − + −
− − − − − + + +
= +
− −
⇒
+ −
− = =
=
k k
k k
k k
k k
k k
k k
k k
k k
v y v
v