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Blog - Números racionales

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Números racionales

22/Ene/2019







Números racionales



“Dios creó los números naturales, el resto es obra humana.” 

Leopold Kronecker, matemático alemán.


Introducción



La idea de fracción se originó de la necesidad social de medir con mayor exactitud algunas magnitudes, puesto que los números naturales resultaron ser insuficientes para este fin. Los primeros registros que existen sobre números fraccionarios son del año 1650 a.C. en papiros egipcios, en donde se usaban fracciones para representar partes de una unidad.

Los números fraccionarios, considerados como razones entre números naturales, se presentan en el libro VII de Elementos de Euclides, alrededor del 300 a.C. 

En el siglo XIII, Leonardo de Pisa o “Fibonacci” introdujo el sistema de numeración decimal en Europa, desarrollado por indios y árabes previamente. En este sistema emergen las fracciones decimales, siendo Leonardo de Pisa el autor del concepto de número quebrado o número “ruptu”, usando la raya fraccionaria que actualmente se emplea para separar numerador y denominador.

En el siglo XIX, la comunidad matemática de la época manifiesta un cambio de actitud hacia lo que se consideraba imposible: la existencia de un conjunto infinito de símbolos que representan números, que incluye a los números naturales y que cumple ciertas propiedades de orden y operatoria. En 1822, Martin Ohm da una primera propuesta de definición de número racional, pero alrededor de 1860 Karl Weierstrass los define como

$$\{p\cdot q^{-1} \; / \;\; p, q \in \mathbb{Z}, q \neq 0\}$$

El siglo XIX se caracterizó por el desarrollo de la matemática por la matemática, sin estar necesariamente ligado a la solución de problemáticas de la vida cotidiana del momento. Emergieron conceptos como número racional, número irracional, número complejo, anillo, cuerpo, etcétera, pero nos centraremos en el concepto de número racional desde el punto de vista de la matemática escolar. 

Los números racionales entregan la posibilidad de resolver todas las ecuaciones de la forma $ax+b=c$, con $a$, $b$ y $c$ enteros, permitiendo resolver todos los problemas que se modelan con estas ecuaciones. Además, están presentes en nuestra vida cotidiana en los distintos ámbitos del quehacer y representados de diversas maneras, por ejemplo, en el etiquetado de los alimentos, en los indicadores económicos, en las recetas médicas, etcétera.


El conjunto de los números racionales



Un número racional es todo aquel que puede representarse como una fracción de números enteros. Simbólicamente, un número es racional si puede escribirse como $\dfrac{a}{b}$, tal que $a$ y $b$ son números enteros y $b\neq 0$.

El conjunto de los números racionales se caracteriza por ser infinito, ordenado y denso. El símbolo $\mathbb{Q}$ denota al conjunto de los números racionales y proviene de la palabra inglesa quotient que significa cociente.

$$\mathbb{Q}=\{\; \dfrac{a}{b}\;\; /\; \;a\in \mathbb{Z}, b \in \mathbb{Z}, b\neq 0\}$$

En el conjunto de los números racionales pueden distinguirse dos subconjuntos especiales:


  • El conjunto de los números naturales $\mathbb{N}$


$$\mathbb{N}=\{1, \; 2, \; 3, \; 4, \; 5, \; 6, \; 7, ...\}$$


  • El conjunto de los números enteros $\mathbb{Z}$


$$\mathbb{Z}=\{..., -7, -6, -5, -4, -3, -2, -1, \; 0, \; 1, \; 2, \; 3, \; 4, \; 5, \; 6, \; 7, ...\}$$

Gráficamente esto usualmente se representa con este diagrama:


 

Simbólicamente, lo anterior se representa como $\mathbb{N}\subset \mathbb{Z}\subset \mathbb{Q}$, es decir, el conjunto de los números naturales está contenido en el conjunto de los números enteros, mientras que el conjunto de los números enteros está contenido en el conjunto de los números racionales.

A partir de lo anterior, ¿un número natural es racional? Sí, cualquier número natural es racional porque puede ser representado como una fracción de números enteros. Por ejemplo:

 — El número $3$ es racional porque puede escribirse como $\dfrac{6}{2}$.

 — El número $1$ es racional porque puede escribirse como $\dfrac{4}{4}$.

Luego, ¿un número entero es racional? Sí, cualquier número entero es racional porque puede ser representado como una fracción de números enteros. Por ejemplo:

 — El número $0$ es racional porque puede escribirse como $\dfrac{0}{6}$.

 — El número $-5$ es racional porque puede escribirse como $\dfrac{-15}{3}$.


Representación de los números racionales



Por definición, todo número racional puede ser representado como una fracción de la forma $\dfrac{a}{b}$, con $a$, $b$ números enteros y $b\neq 0$. La expresión $\dfrac{a}{b}$ es equivalente a la división $a:b$ y su cociente (el resultado de la división) puede ser un número entero o no. 

Dentro del conjunto de números de la forma $\dfrac{a}{b}$, con $a$, $b$ números enteros y $b\neq 0$, pueden distinguirse estos subconjuntos de números positivos:

 


  1. Fracciones propias


Son todas aquellas que tienen como cociente un número que está entre $0$ y $1$. En estas fracciones, el denominador es mayor que el numerador. Por ejemplo: $\dfrac{2}{3}$ , $\dfrac{1}{10}$ , $\dfrac{5}{7}$ , etcétera.


  1. Fracciones impropias


Son todas aquellas que tienen como cociente un número mayor que $1$. En estas fracciones, el denominador es menor que el numerador. Por ejemplo: $\dfrac{3}{2}$ , $\dfrac{15}{10}$ , $\dfrac{8}{5}$ , etcétera.

Como las fracciones impropias son mayores que $1$, pueden escribirse como la suma de un número entero y una fracción propia. La representación de la abreviación de esta suma se denomina número mixto. Ejemplos de número mixto son:

$$1\dfrac{2}{3}=1+\dfrac{2}{3}$$

$$2\dfrac{1}{4}=2+\dfrac{1}{4}$$

Dentro del conjunto de números de la forma $\dfrac{a}{b}$, con $a$, $b$ números enteros y $b\neq 0$,  también puede distinguirse el subconjunto de las fracciones decimales, las que pueden ser propias o impropias.



  1. Fracciones decimales


Son todas aquellas que pueden ser expresadas de la forma $\dfrac{n}{10^m}$, con $n$ número entero y $m$ número natural. Es decir, una fracción decimal tiene como denominador una potencia de $10$. Son ejemplos de fracciones decimales $\dfrac{12}{10}$, $\dfrac{6}{100}$, $\dfrac{-1}{1\; 000}$, etcétera.

Como se mencionó anteriormente, la expresión $\dfrac{a}{b}$ es equivalente a la división $a:b$ y su cociente puede ser un número no entero, es decir, un número decimal. Concluimos que un número racional puede ser representado como una fracción, una razón o división entre dos números enteros, pero además, puede ser escrito como un número decimal. Un número decimal racional puede ser finito o infinito periódico o semiperiódico.


  1. Números decimales finitos


Son todos aquellos que provienen de fracciones que se pueden escribir como fracción decimal. Por ejemplo, $0,2$  ;  $0,43$  ;  $2,6$  ;  $15,808$  ; etcétera.


  1. Números decimales infinitos periódicos


Son todos aquellos que poseen una o más cifras decimales que se repiten sucesiva e infinitamente, formando el período. El período se puede escribir en forma abreviada colocando un trazo sobre las cifras decimales que se repiten. Por ejemplo, $0,\overline{3}$  ;  $0,\overline{25}$  ;  $12,\overline{4}$  ; etcétera.


  1. Números decimales infinitos semiperiódicos


Son todos aquellos que poseen una o más cifras decimales antes del período. El período, al igual que en los decimales infinitos periódicos, corresponde a la o las cifras decimales que se repiten sucesiva e infinitamente, mientras que el anteperíodo corresponde a la o las cifras decimales que están antes del período. Por ejemplo, $0,0\overline{2}$  ;  $5,4\overline{32}$  ;  $11,67\overline{3}$  ; etcétera.

El siguiente mapa conceptual relaciona las representaciones simbólicas de los números racionales:




Existen representaciones pictóricas o gráficas de los números racionales, como la recta numérica, que se estudiarán en profundidad en un próximo documento.

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Bibliografía



Flores F. (2008), Historia y didáctica de los números racionales e irracionales, España, Íttakus.

Galasso B., Maldonado L., Marambio V. (2016), Texto del estudiante Matemática 1° Medio, Chile, Santillana.

Ministerio de Educación de Chile. (2016). Programa de estudio 1° Medio. Recuperado de https://www.curriculumnacional.cl/614/articles-34359_programa.pdf

Ministerio de Educación de Chile. (2011). Programa de estudio 1° Medio. Recuperado de http://ww2.educarchile.cl/Userfiles/P0001/File/Prog_Matematica_1ero_Medio.pdf

Ministerio de Educación de Chile. (2005). Curriculum de la Educación Media. Objetivos Fundamentales y Contenidos Mínimos Obligatorios. Recuperado de https://www.curriculumnacional.cl/614/articles-34380_bases.pdf

 


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