Determinación de Fórmula de Función I

Project ID: 
3000020205
Question: 

Consideremos la función $$ f(x) = 3 \cdot |x - a| + b,~\mathrm{donde~} a, b \in \mathbb{R}, $$ que cumple $f(-2) = 1$ y $f \left(- \frac13\right) = 0$. Halla la ecuación de esta función.

Este problema se planteó a dos amigas, Beata y Eva. Ambas procedieron de la misma manera en los dos primeros pasos:

(1) Si se cumple $f(-2) = 1$, obtenemos $1 = 3 \cdot |-2 - a| + b$.

(2) Si se cumple $f\left(- \frac13\right) = 0$, obtenemos $0 = 3 \cdot \left|- \frac13 - a\right| + b$.

Luego adoptaron enfoques diferentes:

Beata:

(3) A partir de ambas ecuaciones, expresó $b$: $$ \begin{aligned} b &= -3 \cdot |-2 - a| + 1 \cr b &= -3 \cdot \left|- \frac13 - a\right| + 0 \end{aligned} $$ A continuación, igualó esas expresiones, obteniendo la ecuación: $$ -3 \cdot |-2 - a| + 1 = -3 \cdot \left|- \frac13 - a\right| + 0 $$

(4) A continuación, Beata resolvió la ecuación obtenida elevando al cuadrado ambos lados y simplificando: $$ \begin{gather} 1 - 6 \cdot (2 + a) + 9 \cdot (4 + 4a + a^2) = 9 \left(a^2 + \frac23 a + \frac19 \right) \cr 1 - 12 - 6a + 36 + 36a + 9a^2 = 9a^2 + 6a + 1 \cr 24a = -24 \cr a = -1 \end{gather} $$

(5) Por último, sustituyó $a = -1$ en la ecuación $b = -3 \cdot |-2 - a| + 1$ y obtuvo: $$ \begin{aligned} b &= -3 \cdot |-2 - (-1)| + 1 = -3 \cdot |-2 + 1| + 1 =\cr &= -3 \cdot |-1| + 1 = -3 \cdot 1 + 1 = -3 + 1 = -2 \end{aligned} $$ Así, concluyó que la ecuación de la función era: $$ f(x) = 3 \cdot |x + 1| - 2 $$

Eva:

(3) Expresó $b$ a partir de la ecuación $0 = 3 \cdot \left|- \frac13 - a\right| + b$ como: $$ b = -3 \cdot \left|- \frac13 - a\right| $$ A continuación, sustituyó $b$ en la ecuación $1 = 3 \cdot |-2 - a| + b$: $$ 1 = 3 \cdot |-2 - a| - 3 \cdot \left|- \frac13 - a\right| $$ y la modificó dándole la forma: $$ -3 \cdot \left|- \frac13 - a\right| = -3 \cdot |-2 - a| + 1 $$

(4) Elevó la ecuación al cuadrado para eliminar los valores absolutos y la simplificó aún más: $$ \begin{gather} 9 \cdot \left(a^2 + \frac19 \right) = 9 \cdot (4 + 4a + a^2) + 1 \cr 9a^2 + 1 = 36 + 36a + 9a^2 + 1 \cr -36a = 36 \cr a = -1 \end{gather} $$

(5) Por último, sustituyó $a = -1$ por $b = -3 \cdot \left|- \frac13 - a\right|$ y obtuvo el mismo resultado que Beata.

Ambas amigas han obtenido el mismo resultado. ¿Han resuelto el problema correctamente?

Answer 1: 

No. Cada una cometió un error en su procedimiento.

Answer 2: 

No. Beata cometió un error en su procedimiento, pero Eva lo resolvió correctamente.

Answer 3: 

No, no lo hicieron. Eva cometió un error en su procedimiento, pero Beata trabajó correctamente.

Answer 4: 

Sí, tanto sus procedimientos como sus resultados son correctos.

Correct Answer: 
Answer 1
Hint: 

Eva Eva se equivocó repetidamente al elevar al cuadrado. En lugar de corregir $(a + b)^2 = a^2 + 2ab + b^2$, elevó al cuadrado erróneamente como $(a + b)^2 = a^2 + b^2$.

Beata cometió un error en el paso (4). Después de elevar la ecuación al cuadrado correctamente: $$ -3 \cdot |-2 - a| + 1 = -3 \cdot \left|- \frac13 - a\right| + 0 $$ debería quedar un valor absoluto. Es este: $$ \begin{gather} 1 - 6 \cdot |2 + a| + 9 \cdot (4 + 4a + a^2) = 9 \left(a^2 + \frac23 a + \frac19\right) \cr 1 - 6 \cdot |2 + a| + 36 + 36a + 9a^2 = 9a^2 + 6a + 1 \end{gather} $$ A continuación, separamos el valor absoluto: $$ \begin{gather} -6 \cdot |2 + a| = 9a^2 + 6a + 1 - 1 - 36 - 36a - 9a^2 \cr -6 \cdot |2 + a| = -30a - 36 \end{gather} $$ y dividiendo por $-6$ obtenemos: $$ |2 + a| = 5a + 6 $$ Volvemos a elevar la ecuación al cuadrado: $$ \begin{gather} 4 + 4a + a^2 = 25a^2 + 60a + 36 \cr 24a^2 + 56a + 32 = 0 \cr 3a^2 + 7a + 4 = 0 \end{gather} $$ Entonces encontramos las raíces de la ecuación cuadrática anterior: $$ \begin{gather} a_{1,2} = \frac{-7 \pm \sqrt{49 - 48}}{6} = \frac{-7 \pm 1}{6} \cr a_1 = \frac{-7 + 1}{6} = -1 \cr a_2 = \frac{-7 - 1}{6} = - \frac43 \end{gather} $$ La comprobación es necesaria porque hemos utilizado transformaciones no equivalentes. No es difícil comprobar que $a_1 = -1$ es una solución mientras que $a_2 = - \frac43$ no lo es.

Para $a = -1$ obtenemos $b = -2$. Así que realmente, nuestra función $f$ viene dada por la ecuación: $$ f(x) = 3 \cdot |x + 1| - 2 $$ Ambas llegaron al resultado correcto por casualidad, pero su procedimiento era incorrecto.