No todas las relaciones que suben o bajan siguen una recta. En una proporcionalidad inversa se conserva un producto; en una exponencial se repite un factor. Vamos a construir ambas con situaciones sencillas, mirar sus dominios y reconocer qué cambio permanece constante. «Inversa» aquí significa proporcionalidad inversa; la operación de deshacer una función se estudia aparte.
Si necesitas repasar:
1. Comparamos modelos preguntando qué se mantiene constante
Si cada paso de una unidad añade siempre tres a la salida, hay diferencia constante. Si al duplicar la entrada la salida se divide entre dos y el producto se conserva, hay proporcionalidad inversa. Si cada paso de entrada multiplica la salida por dos, hay crecimiento exponencial.
El sentido de cambio solo es una pista: una recta y una exponencial pueden crecer, y una inversa positiva y una exponencial de decaimiento pueden bajar. Para distinguirlas calculamos diferencias, productos o factores en entradas igualmente espaciadas cuando corresponda.
Suma repetida frente a producto repetido
Desde una salida inicial de 10, compara añadir 5 en cada paso con multiplicar por 1,5.
Sumas
10, 15, 20, 25.
Productos
10, 15, 22,5, 33,75.
Comparamos
Coinciden en el primer paso, pero no después.
Son reglas diferentes aunque empiecen con los mismos dos valores.
Un aumento inicial no determina por sí solo si se suma o se multiplica en adelante.
Producto constante
Para entradas 1, 2 y 4, las salidas son 12, 6 y 3. ¿Qué se conserva?
Productos
1 · 12 = 2 · 6 = 4 · 3 = 12.Cocientes de salida por paso de entrada
Las entradas no están espaciadas igual; no los usamos como prueba de exponencial.
El producto doce, coherente con y = 12/x.
Duplicar la entrada reduce la salida a la mitad.
2. La proporcionalidad inversa divide un total fijo entre la entrada
Un trabajo ideal de veinticuatro máquinas-hora necesita t = 24/x horas con x máquinas idénticas trabajando a la vez. x y t son positivos y su producto xt = 24. Con dos máquinas son doce horas; con cuatro, seis; con ocho, tres.
Para un K positivo, duplicar una entrada positiva divide la salida entre dos; multiplicarla por tres divide entre tres.
En la aplicación, además, el número de máquinas completas es entero.
Tiempo para un trabajo fijo
Un trabajo requiere 36 máquinas-hora. Halla tiempo con tres y con nueve máquinas equivalentes.
Con tres
36/3 = 12 h.Con nueve
36/9 = 4 h.Factor
Las máquinas se triplicaron y el tiempo se dividió entre tres.
Doce horas y cuatro horas.
3 · 12 = 9 · 4 = 36.
Recuperar una entrada
En y = 20/x sabemos y = 4. Halla x.
Producto fijo
4x = 20.Dividimos
x = 5.
x = 5.
20/5 = 4, sin usar la entrada prohibida cero.
3. La gráfica matemática de K/x excluye ambos ceros y tiene ramas separadas
Tampoco hay salida cero: 6/x = 0 exigiría que seis fuera cero al multiplicar por una entrada no nula. El dominio y la imagen son ℝ sin el cero.
Para x positiva, y es positiva; para x negativa, y negativa. Cada rama desciende al avanzar x dentro de ella. No llamamos decreciente a toda la función sobre el dominio desconectado sin matizar: pasar de una entrada negativa a una positiva salta de una salida negativa a una positiva.
Al tomar entradas de gran magnitud, las salidas se acercan a cero sin alcanzarlo. Al acercar x a cero, las salidas crecen mucho en magnitud. Los ejes son asíntotas: guían ese acercamiento, no son partes que la curva deba tocar. El modelo de máquinas solo utiliza la rama positiva y entradas permitidas.
Una salida pequeña exige una entrada grande
En y = 6/x, halla x para y = 0,1.
Producto
0,1x = 6.Despejamos
x = 60.
x = 60.
La ventana del dibujo puede no mostrarla, pero la fórmula sí la admite.
No confundir cerca de cero con cero
¿Existe una entrada real finita de y = 6/x cuya salida sea cero?
Entrada no nula
Podemos multiplicar la igualdad por x.
Consecuencia imposible
6 = 0.
No existe esa entrada.
Se puede aproximar la salida a cero, pero no alcanzarla.
4. Un factor por paso se escribe como una potencia
Una colonia ideal empieza con cuarenta individuos y se duplica cada periodo completo. Los valores son 40, 80, 160, 320… Después de n periodos hay 40 · 2ⁿ. La variable está en el exponente y el factor dos se repite n veces.
El modelo general es y = A bˣ, con A positivo y b positivo. b > 1 produce crecimiento; 0 < b < 1, decaimiento. b = 1 es el caso constante y se separa de las exponenciales que cambian.
Para la función exponencial real definida en todo ℝ necesitamos base positiva. (−2)ⁿ sí define una regla en enteros, con signos alternos, pero no se convierte en una función real definida para todo exponente real. En −2ˣ, el signo exterior significa −(2ˣ): la base sigue siendo dos.
Construir tres productos
Una cantidad inicial 12 se triplica por periodo. Halla la salida tras tres periodos completos.
Regla
y = 12 · 3ⁿ.Tres factores
12 · 3 · 3 · 3.
Resultado
324.
La salida es 324.
12 → 36 → 108 → 324.
El valor inicial no es la base de la potencia
En y = 7 · 2ˣ, identifica valor inicial y factor por paso.
Entrada cero
y = 7 · 1 = 7.Aumentar x en uno
La potencia se multiplica por dos.
Valor inicial siete; factor dos.
No se eleva siete a x ni se añade dos en cada paso.
5. Un cambio porcentual constante repite un factor, no un importe
Crecer un p % por periodo significa multiplicar por b = 1 + p/100. Decaer un p %, con 0 < p < 100, significa b = 1 − p/100, un número entre cero y uno. En ambos casos el porcentaje actúa sobre la base actualizada.
En el dibujo, 2ˣ multiplica por dos y (1/2)ˣ divide entre dos por cada paso unitario. Ambas pasan por (0; 1) y sus salidas son siempre positivas. Se aproximan al eje horizontal hacia un extremo sin convertirse en cero.
Una cantidad física o población puede imponer dominio n entero no negativo o un plazo limitado. La curva para todos los reales es una extensión matemática; decidir si también describe instantes intermedios requiere un modelo del proceso.
Crecimiento del veinticinco por ciento
Una cantidad inicial de 80 aumenta un 25 % cada periodo. Halla el valor tras dos periodos.
Factor
1,25.
Potencia
80 · 1,25² = 125.Pasos
80 → 100 → 125.
El valor es 125.
Los aumentos fueron veinte y veinticinco, no un importe constante.
Decaimiento de masa
Una masa inicial de 200 g conserva el 80 % en cada periodo. Halla la masa después de tres.
Factor conservado
0,80.
Potencia
200 · 0,80³.
Cuenta
102,4 g.
Quedan 102,4 g.
El modelo reduce un veinte por ciento de la masa que quede en cada paso.
6. Para reconocer un factor constante los pasos de entrada deben ser iguales
En una tabla con x = 0, 1, 2, 3 y salidas no nulas 3, 6, 12, 24, los cocientes consecutivos son dos.
Sus diferencias son 3, 6 y 12: no son constantes.
Si las entradas avanzan de dos en dos, el cociente es b² y no b. Antes de leer un factor por unidad revisamos el tamaño del paso. Unas pocas filas compatibles sugieren un modelo, pero no demuestran que toda la regla siga igual fuera de los datos.
Una tabla con factor dos
Las entradas 0, 1, 2, 3 tienen salidas 5, 10, 20, 40. Escribe un modelo exponencial compatible.
Salida inicial
A = 5.Cocientes con paso uno
Todos valen dos.
Regla compatible
y = 5 · 2ˣ.
y = 5 · 2ˣ encaja en esos datos.
Se declara como modelo compatible; una tabla finita no prueba una única continuación.
Pasos de dos unidades
Las entradas 0, 2, 4 dan 2, 8, 32 y se sabe que la regla es exponencial con base positiva. Halla b.
Cociente por paso registrado
Ocho entre dos y treinta y dos entre ocho: cuatro.
El paso vale dos
b² = 4.Base positiva
b = 2.
Factor por unidad b = 2.
Usar b = 4 daría ocho en x = 1, no en x = 2.
7. La escala del gráfico debe leerse antes de interpretar la forma
En ejes lineales, marcas igualmente separadas representan diferencias iguales. Una exponencial no forma una recta en esas escalas. En un eje con marcas 1, 10, 100, 1000 a distancias iguales, esas distancias representan multiplicar por diez, no sumar diez: es una escala logarítmica.
En una escala logarítmica vertical esas alturas están igualmente separadas y los puntos se alinean. El proceso no dejó de ser exponencial: cambió la forma de representar la salida.
Al multiplicar A por un factor en y = A bˣ, todas las salidas se escalan por ese factor. El factor por paso b se mantiene. Igual que con las escalas de un plano, los números escritos en el eje importan más que la distancia visual aislada.
Leer dos escalas distintas
¿Qué patrón tienen marcas verticales 0, 10, 20, 30 igualmente separadas, frente a 1, 10, 100, 1000 igualmente separadas?
Primera
Diferencias constantes de diez: escala lineal.
Segunda
Factores constantes de diez: escala logarítmica.
La primera suma; la segunda multiplica.
No se interpreta una altura media de la segunda como la media aritmética de sus etiquetas.
Cambiar la cantidad inicial
Compara y = 3 · 2ˣ con z = 9 · 2ˣ.
Relación entre salidas
z/y = 9/3 = 3.Factor por paso
Ambas multiplican por dos.
Interpretación
La segunda empieza y permanece al triple para la misma entrada.
La escala vertical se triplica y el factor por paso sigue en dos.
Los modelos comparten b y difieren en A.
8. El dominio del problema decide qué resultados matemáticos son admisibles
En un recuento tras periodos completos usamos n = 0, 1, 2…; no aceptamos automáticamente una población fraccionaria como un recuento exacto. En un trabajo con máquinas completas, x es entero positivo y el tiempo puede ser fraccionario.
Si se pide acabar antes de un límite, una entrada fraccionaria puede servir como umbral para elegir el entero que cumple la condición. Volvemos después a la fórmula para comprobar que el tiempo o la cantidad realmente satisface el enunciado.
Al resolver un modelo exponencial, primero dividimos por A y después buscamos el exponente que produce el factor. Para periodos enteros pequeños podemos reconocer potencias; los logaritmos permiten deshacer exponentes en casos más generales.
Un plazo de producción discreto
Una cantidad sigue y = 12 · 3ⁿ para periodos completos. ¿Tras cuántos periodos llega a 324?
Dividimos la salida por la inicial
324/12 = 27.Buscamos la potencia
3³ = 27.
Tras tres periodos completos.
El resultado pertenece al dominio entero indicado.
Máquinas completas para un tiempo máximo
Un trabajo ideal requiere 24 máquinas-hora. ¿Cuántas máquinas completas hacen falta como mínimo para acabar en no más de 5 h?
Condición
24/x ≤ 5, con x positivo.Umbral
x ≥ 24/5 = 4,8.Entero mínimo
Cinco.
Comprobamos
24/5 = 4,8 h; cuatro tardarían seis.
Cinco máquinas.
No se presenta 4,8 máquinas como una cantidad de máquinas completas disponible.
9. Diferencia, producto y factor distinguen modelos que pueden parecer parecidos
Para pasos iguales, una regla lineal tiene diferencia de salida constante; una proporcionalidad inversa, producto entrada por salida constante; una exponencial no nula, cociente entre salidas consecutivas constante. Los ceros y el dominio se revisan antes de dividir.
No es obligatorio que toda tabla encaje en uno de esos tres tipos. Una cuadrática u otra regla puede producir patrones distintos. Reconocer que un modelo no encaja es una conclusión matemática válida.
Identificar la constante adecuada
Entradas 1, 2, 3, 4 y salidas 12, 6, 4, 3. ¿Qué modelo de los tres encaja?
Diferencias
−6, −2, −1: no constantes.
Productos
12 en todas las filas.
Regla compatible
y = 12/x.
Encaja la proporcionalidad inversa.
Los cocientes consecutivos de salida no son constantes para esos pasos unitarios.
Ninguno de los tres modelos simples
Entradas 1, 2, 3, 4 y salidas 1, 4, 9, 16. Revisa diferencia, producto y cociente.
Diferencias
3, 5, 7.
Productos
1, 8, 27, 64.
Cocientes
4, 9/4, 16/9.
Otra regla conocida
y = x² sí encaja en esos datos.
No encaja ninguno de esos tres patrones constantes; el cuadrado es compatible.
La conclusión no exige forzar una de las tres etiquetas iniciales.
Ahora lo resolvemos de principio a fin.
EJEMPLO RESUELTO 1
Trabajo y tiempo
Un trabajo requiere 24 horas-máquina. Expresa el tiempo con x máquinas y calcula para 6.
Trabajo fijo y magnitudes
Veinticuatro horas-máquina, x máquinas equivalentes, t horas.
Producto
xt = 24.Regla para x positivo
t = 24/x.Seis máquinas
t = 24/6 = 4 h.Comprobación
6 · 4 = 24 horas-máquina.
4 horas.
6·4=24 horas-máquina.
EJEMPLO RESUELTO 2
Duplicaciones
Una colonia empieza con 50 individuos y se duplica cada período. Halla el número tras 3 períodos.
Valor inicial y factor
Cincuenta individuos al inicio; cada periodo completo multiplica por dos.
Regla
N(n) = 50 · 2ⁿ para n entero no negativo.Tres periodos
50 · 2³ = 50 · 8 = 400.Reconstruimos el proceso
50 → 100 → 200 → 400 individuos.
400 individuos.
50→100→200→400.
Los símbolos que hemos usado
- y=k/x
- Modelo inverso con x≠0; aquí k>0 en las situaciones de cantidades positivas.
- k=xy
- Producto constante que define la proporcionalidad inversa.
- A
- Cantidad inicial del modelo exponencial, con A>0.
- q
- Factor por período, positivo; q>1 crece y 0<q<1 decae.
- t
- Número de períodos transcurridos desde t=0.
- N(t)=Aqᵗ
- Cantidad resultante después de t períodos bajo el factor constante q.
- r=q−1
- Cambio relativo por período; en porcentaje se expresa como 100r %.
Ahora te toca a ti.
Tienes cinco ejercicios. Inténtalos; las pistas te ayudan si te atascas.
Practicar este tema →