3.º año · transversal · Unidad 60 de 89

Laboratorio de estrategias: casos, invariantes y prueba

Explorar casos pequeños permite conjeturar, pero una afirmación general requiere un invariante, una deducción o un contraejemplo decisivo.

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En esta unidad

  1. Clase desarrollada
  2. Guía conceptual
  3. 26 ejercicios completos

Qué vas a construir

Explorar casos pequeños permite conjeturar, pero una afirmación general requiere un invariante, una deducción o un contraejemplo decisivo.

Ya podés Explorar casos con método y comprobar el resultado

Clase desarrollada

De dónde viene

Una noche necesitás organizar una decisión que mezcla datos, representaciones, supuestos y controles. No hay una clase disponible y la decisión no puede esperar hasta el día siguiente.. Este recorrido aparece porque el problema exige mirar problemas, estrategias y criterios de validación. La situación obliga a Explorar casos con método. También exige explicar por qué una respuesta es aceptable y otra no. La idea nace de esa necesidad concreta, no de una lista de símbolos aislados. Podés reconstruirla con datos pequeños y después volver al caso que tenés delante.

Qué conviene tener disponible

La idea

pero una afirmación general requiere un invariante, una deducción o un contraejemplo decisivo. Explorar casos pequeños permite conjeturar: pero una afirmación general requiere un invariante, una deducción o un contraejemplo decisivo. Primero identificá qué se conoce y qué se quiere averiguar. Después localizá la condición que relaciona esos datos. Una operación aislada no alcanza si no conserva esa condición. Separá la pregunta, los datos pertinentes, las restricciones y la unidad esperada. El primer objetivo es Explorar casos con método. El segundo es Formular y refutar conjeturas. Ambos se conectan cuando explicás por qué cada paso sigue del anterior. Una representación muestra relaciones que una fórmula puede esconder. Otra representación permite controlar si la primera lectura fue correcta. Si las dos producen conclusiones incompatibles, revisá la traducción entre ellas. La respuesta final debe conservar unidades, dominio, escala o condiciones, según el problema. Por eso conviene anticipar signo, tamaño y forma del resultado. Volvé a la pregunta y verificá la respuesta con una segunda estrategia independiente. Ese control no repite la cuenta y puede descubrir un paso inválido. La unidad se apoya en Divisibilidad, múltiplos, divisores y primos: pero ahora esa idea cumple una función nueva. Al final, deberías poder Escribir justificaciones completas con un caso que no copie el ejemplo.

Representaciones

esquema de partes

Representá Laboratorio de estrategias: casos, invariantes y prueba con esquema de partes. Marcá qué dato permanece y cuál cambia. Vinculá cada marca con Explorar casos con método. Después señalá dónde se vería una respuesta imposible.

tabla

Usá ahora tabla para la misma relación. Partí de ¿Qué idea resulta central para detectar qué propiedad permanece mientras el estado…. Compará la conclusión con la primera representación y explicá por qué ambas conservan Explorar casos pequeños permite conjeturar: pero una afirmación general requiere un invariante, una deducción o un contraejemplo decisivo.

Ejemplo resuelto

Escribir impares como 2a+1 y 2b+1. Sumar. 2a+1+2b+1=2(a+b+1). Concluir que es par para todos los enteros a,b. No miro sólo el número final. Reviso la relación, la unidad y el sentido de cada transformación. Si me equivocara en el paso clave, la segunda representación dejaría de coincidir. Entonces volvería al primer desacuerdo y repararía ese paso, no toda la resolución.

Error frecuente y reparación

Error: Se escribió a=2 y b=4: ab=8 y ambos son pares: al resolver ¿Qué opción refuta «si ab es par, a y b son pares».

Por qué tienta: La elección es compatible con tomar un ejemplo que confirma la conclusión como refutación.

Cómo repararlo: Un contraejemplo debe cumplir la hipótesis y hacer falsa la conclusión.

Comprobaciones

Comprobación 1

¿Podrías explicarle a alguien por qué Explorar casos pequeños permite conjeturar: pero una afirmación general requiere un invariante, una deducción o un contraejemplo decisivo.

Respuesta para cotejar

Sí, si vinculás Explorar casos con método con una propiedad y una representación que permita controlarla.

Comprobación 2

¿Qué dato o condición haría dejar de valer el procedimiento usado en Laboratorio de estrategias: casos, invariantes y prueba.

Respuesta para cotejar

Dejaría de valer cuando no se cumpla la condición central, cambie el dominio o la representación contradiga el resultado.

Guía conceptual

Idea central

Laboratorio de estrategias. casos, invariantes y prueba trabaja este objeto matemático. Explorar casos pequeños permite conjeturar. pero una afirmación general requiere un invariante, una deducción o un contraejemplo decisivo.

Qué hace falta antes

Dos representaciones

esquema de partes

Representá Laboratorio de estrategias. casos, invariantes y prueba con esquema de partes. Marcá qué dato permanece y cuál cambia. Vinculá cada marca con Explorar casos con método. Después señalá dónde se vería una respuesta imposible. Usala para reconocer qué cambia, qué permanece y dónde controlar la respuesta.

tabla

Usá ahora tabla para la misma relación. Partí de ¿Qué idea resulta central para detectar qué propiedad permanece mientras el estado…. Compará la conclusión con la primera representación y explicá por qué ambas conservan Explorar casos pequeños permite… Usala para reconocer qué cambia, qué. permanece y dónde controlar la respuesta.

Error típico

Error típico. responder a=2 y b=4. ab=8 y ambos son pares. Se reconoce porque Elige el caso a=2,b=4 como contraejemplo. Reparación. Un contraejemplo debe cumplir la hipótesis y hacer falsa la conclusión.

Comprobación rápida

En un proceso de movimientos, ¿cómo se llama una propiedad que permanece sin cambiar. Resolvelo y nombrá el control usado.

Respuesta para cotejar

Invariante Control. Volvé a la pregunta y verificá la respuesta con una segunda estrategia independiente.

26 ejercicios

Resolvé primero; abrí la pista o la respuesta sólo cuando la necesites.

Antes de empezar · Ejercicio 1 de 26 · choice

Ejercicio 1

Consigna

En un proceso de movimientos, ¿cómo se llama una propiedad que permanece sin cambiar?

Necesito una pista

Para trabajar Explorar casos con método, separá la pregunta, los datos pertinentes, las restricciones y la unidad esperada. Recién después elegí una operación.

Respuesta y fundamento

Respuesta: Invariante

La respuesta correcta es Invariante. Un invariante restringe los estados alcanzables.

Antes de empezar · Ejercicio 2 de 26 · choice

Ejercicio 2

Consigna

¿Qué idea resulta central para detectar qué propiedad permanece mientras el estado cambia?

Necesito una pista

Probá una opción por vez con el criterio de Formular y refutar conjeturas. Descartá la que no lo cumpla y verificá la elegida.

Respuesta y fundamento

Respuesta: invariante

Un invariante es una propiedad que se conserva aunque cambie el estado del proceso.

Antes de empezar · Ejercicio 3 de 26 · reason

Ejercicio 3

Consigna

Decidí si es verdadera esta afirmación y justificá: «Si una afirmación funciona en diez ejemplos, queda demostrada».

Necesito una pista

Usá Escribir justificaciones completas: nombrá la condición que habilita el argumento, aplicala al caso y añadí una comprobación o un contraejemplo.

Respuesta y fundamento

Respuesta: Los ejemplos apoyan una conjetura; una prueba cubre todos los casos y un solo contraejemplo refuta una afirmación universal.

Los ejemplos apoyan una conjetura; una prueba cubre todos los casos y un solo contraejemplo refuta una afirmación universal. Los ejemplos apoyan una conjetura; una prueba cubre todos los casos y un solo contraejemplo refuta una afirmación universal.

Construir la idea · Ejercicio 4 de 26 · reason

Ejercicio 4

Consigna

Predecí si una meta es alcanzable, probá movimientos y registrá qué cantidad permanece. Antes de mover el control, escribí una predicción verificable.

Necesito una pista

Anotá cuánto puede cambiar el número de fichas negras en una jugada y buscá una propiedad común a −2, 0 y +2 antes de decidir alcanzabilidad.

Respuesta y fundamento

Respuesta: Una predicción verificable es: si cada movimiento cambia la cantidad de fichas negras en −2, 0 o +2, su paridad permanece. Por eso una meta de paridad opuesta a la inicial es inalcanzable; compartir paridad es necesario, aunque no demuestra por sí solo que la meta pueda alcanzarse.

Todos los cambios posibles son pares, de modo que la cantidad de fichas negras conserva su paridad. El invariante descarta metas de paridad opuesta, pero no construye una secuencia de movimientos para las restantes.

Práctica graduada · Ejercicio 5 de 26 · reason

Ejercicio 5

Consigna

Probá que la suma de tres enteros consecutivos es múltiplo de 3.

Necesito una pista

Usá Escribir justificaciones completas: nombrá la condición que habilita el argumento, aplicala al caso y añadí una comprobación o un contraejemplo.

Respuesta y fundamento

Respuesta: n+(n+1)+(n+2)=3(n+1), por lo que es múltiplo de 3.

n+(n+1)+(n+2)=3(n+1), por lo que es múltiplo de 3. Los ejemplos apoyan una conjetura; una prueba cubre todos los casos y un solo contraejemplo refuta una afirmación universal.

Práctica graduada · Ejercicio 6 de 26 · choice

Ejercicio 6

Consigna

¿Qué refuta «todo número impar es primo»?

Necesito una pista

Probá cada número de las opciones: alcanza con hallar un impar que tenga un divisor distinto de 1 y de sí mismo.

Respuesta y fundamento

Respuesta: 9

9 Los ejemplos apoyan una conjetura; una prueba cubre todos los casos y un solo contraejemplo refuta una afirmación universal.

Práctica graduada · Ejercicio 7 de 26 · reason

Ejercicio 7

Consigna

En un tablero se cambian dos fichas por movimiento. ¿Qué ocurre con la paridad del total de fichas negras si ambas cambian de color?

Necesito una pista

Usá Formular y refutar conjeturas: nombrá la condición que habilita el argumento, aplicala al caso y añadí una comprobación o un contraejemplo.

Respuesta y fundamento

Respuesta: Cambia en −2,0 o +2; la paridad permanece.

Cambia en −2,0 o +2; la paridad permanece. Los ejemplos apoyan una conjetura; una prueba cubre todos los casos y un solo contraejemplo refuta una afirmación universal.

Práctica graduada · Ejercicio 8 de 26 · choice

Ejercicio 8

Consigna

Al calcular 1+3+5+…+(2n−1) para n=1,2,3,4, ¿qué conjetura surge?

Necesito una pista

Para trabajar Escribir justificaciones completas, separá la pregunta, los datos pertinentes, las restricciones y la unidad esperada. Revisá si conservaste todas las condiciones de la consigna.

Respuesta y fundamento

Respuesta: La suma es n².

La respuesta correcta es La suma es n².. Los casos sugieren cuadrados perfectos y preparan una prueba geométrica o algebraica.

Práctica graduada · Ejercicio 9 de 26 · choice

Ejercicio 9

Consigna

¿Qué número refuta «n²+n+41 siempre es primo»?

Necesito una pista

Sustituí cada valor propuesto y verificá si el resultado puede escribirse como producto de enteros mayores que 1.

Respuesta y fundamento

Respuesta: n=40

40²+40+41=41², compuesto.

Práctica graduada · Ejercicio 10 de 26 · choice

Ejercicio 10

Consigna

¿Qué argumento prueba que la suma de dos enteros de igual paridad es par?

Necesito una pista

Leé de nuevo la parte ¿Qué argumento prueba que la suma de dos enteros de igual paridad…. Para trabajar Formular y refutar conjeturas, separá la pregunta, los datos pertinentes, las restricciones y la unidad esperada. Antes de responder, anticipá qué resultado sería imposible.

Respuesta y fundamento

Respuesta: Si son pares 2a+2b=2(a+b); si son impares (2a+1)+(2b+1)=2(a+b+1).

La respuesta correcta es Si son pares 2a+2b=2(a+b). si son impares (2a+1)+(2b+1)=2(a+b+1).. La forma 2k en ambos resultados demuestra la afirmación general.

Práctica graduada · Ejercicio 11 de 26 · choice

Ejercicio 11

Consigna

En un tablero, cada jugada cambia exactamente dos casillas. ¿Qué propiedad de la cantidad de casillas negras se conserva?

Necesito una pista

Representá el dato central de En un tablero, cada jugada cambia exactamente dos casillas. ¿Qué propiedad de…. Para trabajar Escribir justificaciones completas, separá la pregunta, los datos pertinentes, las restricciones y la unidad esperada. Dejá escrito un control distinto del procedimiento principal.

Respuesta y fundamento

Respuesta: La paridad

La respuesta correcta es La paridad. Todos los cambios posibles son pares. por eso la paridad permanece.

Práctica graduada · Ejercicio 12 de 26 · reason

Ejercicio 12

Consigna

Un patrón funciona para n=1,…,20. Explicá qué falta para declararlo verdadero para todo natural.

Necesito una pista

Usá búsqueda de patrón: nombrá la condición que habilita el argumento, aplicala al caso y añadí una comprobación o un contraejemplo.

Respuesta y fundamento

Respuesta: Falta un argumento general que cubra cualquier n, por ejemplo inducción, identidad algebraica o construcción; los veinte casos solo sostienen una conjetura.

Ninguna cantidad finita de ejemplos demuestra por sí sola una afirmación para infinitos naturales.

Transferir · Ejercicio 13 de 26 · reason

Ejercicio 13

Consigna

Investigá 1+3+…+(2n−1), conjeturá y justificá geométricamente.

Necesito una pista

Organizá los datos para Formular y refutar conjeturas. Compatibilizá unidades, resolvé e interpretá el control.

Respuesta y fundamento

Respuesta: La suma es n²; cada impar agrega un borde en L para pasar de (n−1)² a n².

La suma es n²; cada impar agrega un borde en L para pasar de (n−1)² a n². Los ejemplos apoyan una conjetura; una prueba cubre todos los casos y un solo contraejemplo refuta una afirmación universal.

Transferir · Ejercicio 14 de 26 · reason

Ejercicio 14

Consigna

Hay 15 monedas cara arriba y cada jugada gira exactamente 4. Analizá únicamente si la paridad permite descartar terminar con una sola cara arriba.

Necesito una pista

Organizá los datos para Formular y refutar conjeturas. Compatibilizá unidades, resolvé e interpretá el control.

Respuesta y fundamento

Respuesta: No permite descartarlo: la cantidad de caras cambia en un número par y conserva paridad impar; 1 también es impar. Esto no prueba que la meta sea alcanzable.

El invariante da una condición necesaria; compartir paridad no constituye una construcción.

Transferir · Ejercicio 15 de 26 · reason

Ejercicio 15

Consigna

Conjeturá y probá qué paridad tiene n²+n para todo entero n; separá los ejemplos de la demostración general.

Necesito una pista

Organizá los datos para paridad. Compatibilizá unidades, resolvé e interpretá el control.

Respuesta y fundamento

Respuesta: n²+n=n(n+1), producto de consecutivos. Uno de ellos siempre es par, por lo que el producto es par para todo entero n; los ejemplos solo ilustran la prueba.

n²+n=n(n+1), producto de consecutivos. Uno de ellos siempre es par, por lo que el producto es par para todo entero n; los ejemplos solo ilustran la prueba. Se aceptan métodos equivalentes que formulen, interpreten y controlen la misma relación.

Aprender del error · Ejercicio 16 de 26 · reason

Ejercicio 16

Consigna

Analizá esta producción: «Ciro escribe «se ve en el dibujo» como prueba para todo n.». Localizá el error, explicá la idea comprometida y reparalo.

Necesito una pista

Localizá el primer paso inválido en la situación; nombrá qué condición de Escribir justificaciones completas falla antes de corregir.

Respuesta y fundamento

Respuesta: Un dibujo es un caso; debe explicar una construcción repetible o una relación algebraica general.

Un dibujo es un caso; debe explicar una construcción repetible o una relación algebraica general. Los ejemplos apoyan una conjetura; una prueba cubre todos los casos y un solo contraejemplo refuta una afirmación universal.

Aprender del error · Ejercicio 17 de 26 · reason

Ejercicio 17

Consigna

Analizá esta producción: «Vera busca confirmar una conjetura y descarta casos que fallan.». Localizá el error, explicá la idea comprometida y reparalo.

Necesito una pista

Localizá el primer paso inválido en la situación; nombrá qué condición de Escribir justificaciones completas falla antes de corregir.

Respuesta y fundamento

Respuesta: Un caso que falla es evidencia decisiva: debe registrarlo como contraejemplo y reformular.

Un caso que falla es evidencia decisiva: debe registrarlo como contraejemplo y reformular. Los ejemplos apoyan una conjetura; una prueba cubre todos los casos y un solo contraejemplo refuta una afirmación universal.

Aprender del error · Ejercicio 18 de 26 · reason

Ejercicio 18

Consigna

Analizá esta producción: «Joaquín resolvió “En un proceso de movimientos, ¿cómo se llama una propiedad que permanece sin cambiar?” y escribió “Caso pequeño”». Localizá el error, explicá la idea comprometida y reparalo.

Necesito una pista

Compará la producción de Joaquín con la condición de Explorar casos con método. Buscá el primer paso donde dejan de coincidir.

Respuesta y fundamento

Respuesta: El paso inválido aparece al La opción Caso pequeño conserva una palabra visible, pero no todas las condiciones de Explorar casos con método.. La corrección usa Explorar casos con método: Invariante.

Se elige una alternativa por asociación superficial y no por el criterio de Explorar casos con método. Resulta tentante porque conserva una parte visible. La reparación exige Rehacé el paso de Explorar casos con método en la consigna En un proceso de movimientos, ¿cómo se llama una… y escribí qué condición conservás.

Comprobar dominio · Ejercicio 19 de 26 · reason

Ejercicio 19

Consigna

Demostrá que el cuadrado de un impar es impar.

Necesito una pista

Aplicá Escribir justificaciones completas sin copiar el ejemplo. Después comprobá el resultado por otra vía.

Respuesta y fundamento

Respuesta: (2k+1)²=4k²+4k+1=2(2k²+2k)+1, forma impar.

(2k+1)²=4k²+4k+1=2(2k²+2k)+1, forma impar. Los ejemplos apoyan una conjetura; una prueba cubre todos los casos y un solo contraejemplo refuta una afirmación universal.

Comprobar dominio · Ejercicio 20 de 26 · choice

Ejercicio 20

Consigna

¿Qué opción refuta «si ab es par, a y b son pares»?

Necesito una pista

Buscá un producto par en el que exactamente uno de los factores sea par.

Respuesta y fundamento

Respuesta: a=2 y b=3: ab=6 es par, pero b no es par.

a=2 y b=3 dan ab=6 par, pero b no es par. Los ejemplos apoyan una conjetura; una prueba cubre todos los casos y un solo contraejemplo refuta una afirmación universal.

Comprobar dominio · Ejercicio 21 de 26 · choice

Ejercicio 21

Consigna

¿Qué argumento demuestra que n² y n tienen la misma paridad?

Necesito una pista

Leé de nuevo la parte ¿Qué argumento demuestra que n² y n tienen la misma paridad. Para trabajar Formular y refutar conjeturas, separá la pregunta, los datos pertinentes, las restricciones y la unidad esperada. Dejá escrito un control distinto del procedimiento principal.

Respuesta y fundamento

Respuesta: n²−n=n(n−1) es producto de consecutivos y por tanto par.

La respuesta correcta es n²−n=n(n−1) es producto de consecutivos y por tanto par.. Si la diferencia de dos enteros es par, comparten paridad.

Comprobar dominio · Ejercicio 22 de 26 · choice

Ejercicio 22

Consigna

¿Cuál es un contraejemplo para «si a²=b², entonces a=b»?

Necesito una pista

Representá el dato central de ¿Cuál es un contraejemplo para si a²=b². entonces a=b. Para trabajar Escribir justificaciones completas, separá la pregunta, los datos pertinentes, las restricciones y la unidad esperada. Compará tu decisión con una representación equivalente.

Respuesta y fundamento

Respuesta: a=2,b=−2

La respuesta correcta es a=2,b=−2. 2²=(−2)² pero 2≠−2.

Comprobar dominio · Ejercicio 23 de 26 · reason

Ejercicio 23

Consigna

Hay 15 monedas cara arriba y una jugada gira exactamente 4. Determiná solo qué concluye la paridad sobre llegar a una cara arriba.

Necesito una pista

Aplicá Explorar casos con método sin copiar el ejemplo. Después comprobá el resultado por otra vía.

Respuesta y fundamento

Respuesta: La paridad de caras arriba permanece impar; como 1 también es impar, la paridad no descarta la meta, pero tampoco demuestra que sea alcanzable.

El invariante ofrece una condición necesaria, no una construcción suficiente.

Recuperar o profundizar · Ejercicio 24 de 26 · reason

Ejercicio 24

Consigna

Reconstrucción nueva: se verificó en cinco casos que la suma de dos impares es par. Convertí la observación en una prueba general.

Necesito una pista

Reconstruí la situación mediante casos pequeños: explicitá la condición, los pasos y qué se conserva.

Respuesta y fundamento

Respuesta: Si los impares son 2a+1 y 2b+1, su suma es 2(a+b+1), forma par para todos los enteros a y b.

Si los impares son 2a+1 y 2b+1, su suma es 2(a+b+1), forma par para todos los enteros a y b.

Recuperar o profundizar · Ejercicio 25 de 26 · reason

Ejercicio 25

Consigna

Probá que n(n+1) siempre es par.

Necesito una pista

Reconstruí la situación mediante Formular y refutar conjeturas: explicitá la condición, los pasos y qué se conserva.

Respuesta y fundamento

Respuesta: Dos consecutivos tienen distinta paridad; uno es par, por lo que el producto es par.

Dos consecutivos tienen distinta paridad; uno es par, por lo que el producto es par. Los ejemplos apoyan una conjetura; una prueba cubre todos los casos y un solo contraejemplo refuta una afirmación universal.

Recuperar o profundizar · Ejercicio 26 de 26 · reason

Ejercicio 26

Consigna

Elegí una conjetura del laboratorio y escribí una prueba con hipótesis, cadena de razones y conclusión, separándola de los ejemplos.

Necesito una pista

Reconstruí la situación mediante Formular y refutar conjeturas: explicitá la condición, los pasos y qué se conserva.

Respuesta y fundamento

Respuesta: Ejemplo: si n es impar, n² es impar. Hipótesis n=2k+1; entonces n²=4k²+4k+1=2(2k²+2k)+1; por lo tanto tiene forma impar para todo entero k.

Ejemplo: si n es impar, n² es impar. Hipótesis n=2k+1; entonces n²=4k²+4k+1=2(2k²+2k)+1; por lo tanto tiene forma impar para todo entero k. El control debe conservar recuperación; se aceptan formulaciones equivalentes que expliciten esa condición.