
Arreglos numéricos 2 (suma constante máxima y mínima, completar casillas)
Aprenderás a distribuir números en figuras para lograr sumas constantes máximas o mínimas y completar casillas, usando una estrategia de balance y suma total.
Ruta de estudio
Estudia a tu ritmo
El contenido cambia según tu experiencia, pero tu progreso queda separado y nunca se pierde.
El porqué del tema
¿Para qué estudiamos este tema?
En los arreglos numéricos se nos pide distribuir un conjunto de números en casillas, círculos o vértices de una figura, de manera que se cumplan ciertas condiciones: que una suma sea constante, que sea la mayor posible, que sea la menor posible, o simplemente que ciertos grupos de casillas tengan sumas o productos indicados.
En el tema anterior, Arreglos numéricos 1, trabajaste principalmente con arreglos donde la suma constante ya era un dato conocido. Por ejemplo, sabías que cada lado debía sumar 18 y solo tenías que completar los números. Ahora damos un paso más: vamos a aprender a calcular esa suma constante cuando el problema pide que sea la máxima o la mínima posible, y también a resolver arreglos donde las condiciones son sumas indicadas en distintas partes de la figura.
En los exámenes de admisión de la UNMSM este tipo de preguntas aparece con mucha frecuencia, sobre todo en los últimos procesos. La idea que une casi todos estos problemas es una sola: si sumamos todas las líneas o grupos que deben cumplir la condición, y comparamos ese resultado con la suma total de los números que estamos distribuyendo, podemos saber cuánto aportan las casillas que se cuentan más de una vez. Esa idea de balance es la clave del tema.
¿Para qué sirve dominar esto? Porque, aunque cada figura parezca distinta, la mayoría de problemas de suma constante máxima o mínima se resuelven con el mismo esquema:
- identificar cuántas líneas hay,
- calcular la suma total de los números dados,
- identificar cuáles casillas se repiten en dos o más líneas,
- plantear una ecuación de balance,
- elegir las casillas repetidas para maximizar o minimizar la suma.
Al final del tema, estarás listo para el siguiente paso: los cuadrados mágicos aditivos de orden 3, donde tendrás que aplicar esta misma lógica de balance, pero ahora con filas, columnas y diagonales.
Antes de empezar
Lo que necesitas saber antes
Antes de entrar a los arreglos con suma máxima o mínima, conviene recordar algunas herramientas aritméticas que usaremos todo el tiempo.
Series notables
En los problemas de arreglos numéricos se trabaja casi siempre con conjuntos de números consecutivos. Por eso debes recordar cómo se suman rápidamente.
| Conjunto | Suma |
|---|---|
| Primeros números naturales: | |
| Primeros números pares: | |
| Primeros números impares: | |
| Números consecutivos desde hasta |
Ejemplo breve
La suma de los números del 1 al 12 es
La suma de los números del 11 al 22 es
La suma de los diez primeros impares positivos es
Estos cálculos son el punto de partida de la mayoría de problemas de este tema.
Suma total de los números a distribuir
Cuando un problema dice “escriba los números del 1 al 9” o “los seis primeros números pares positivos”, lo primero que debes hacer es calcular la suma total de todos los números que vas a colocar. Esa suma total será la base para compararla con las sumas de las líneas.
Ejemplo breve
Si se deben distribuir los números , su suma total es
Si se deben distribuir los números , su suma total es
Casillas que se cuentan más de una vez
En una figura, algunas casillas pueden pertenecer a una sola línea, mientras que otras pueden pertenecer a dos o más líneas. Por ejemplo, en un triángulo formado por tres lados, cada vértice pertenece a dos lados, mientras que una casilla ubicada en el punto medio de un lado pertenece a un solo lado.
Esa es la diferencia fundamental: cuando sumes todas las líneas, las casillas que están en dos líneas se contarán dos veces, mientras que las que están en una sola línea se contarán una vez. A esa repetición es a la que le sacaremos provecho.
1. La ecuación de balance: la herramienta central
Imagina que tienes un conjunto de números cuya suma total es , y debes colocarlos en una figura con líneas. Supongamos que cada línea debe sumar exactamente . Si sumas los valores de las líneas, obtendrás en total .
Pero, por otro lado, al sumar todas las líneas estás sumando todos los números del arreglo; algunos aparecen una vez y otros aparecen más de una vez. Entonces:
donde:
- es la suma total de los números a distribuir.
- es la suma adicional que aparece por las casillas que se cuentan más de una vez.
Por ejemplo, si una casilla está en dos líneas, al sumar todas las líneas su número se cuenta dos veces: una vez dentro de y una vez más dentro de . Si una casilla estuviera en tres líneas, se contaría tres veces: una vez dentro de y dos veces más dentro de .
Caso más simple: una fila y una columna que se cruzan
Considera una cruz formada por una fila de tres círculos y una columna de tres círculos que comparten el círculo central.
Cruz de cinco círculos con centro compartido
Aquí hay líneas: la fila y la columna. Si cada una debe sumar , entonces al sumar las dos líneas obtenemos .
Ahora, si los números a distribuir son , su suma total es . Pero al sumar la fila y la columna, el número del círculo central se cuenta dos veces. Si llamamos al número central, entonces:
Esta ecuación es el punto de partida para hallar si nos piden que sea máxima o mínima.
¿Por qué funciona esta idea?
Porque al sumar todas las líneas pedidas, estás contando todos los números del arreglo, pero algunos los cuentas más de una vez. La diferencia entre la suma de las líneas y la suma total es precisamente la suma de los números que se repiten.
Esta idea se aplica en:
- triángulos, cuadrados, pentágonos y hexágonos, donde los vértices se repiten entre lados;
- figuras con líneas cruzadas, donde los puntos de intersección se repiten;
- arreglos con filas y columnas, donde las casillas de cruce se repiten.
2. Suma constante máxima y mínima
Cuando el problema pide que la suma constante sea la máxima posible o la mínima posible, la ecuación de balance nos dice exactamente qué hacer.
Si y son fijos, entonces:
- Para que sea máxima, debe ser máxima. Es decir, debemos colocar los números más grandes en las casillas que se repiten.
- Para que sea mínima, debe ser mínima. Es decir, debemos colocar los números más pequeños en las casillas que se repiten.
El ajuste de divisibilidad
No basta con elegir los números más grandes o más pequeños para las casillas repetidas. Al reemplazarlos en la ecuación, el valor de debe ser un número entero. Si no lo es, debemos hacer un pequeño ajuste: cambiar la elección de las casillas repetidas, o cambiar uno de los números por otro, de modo que sea divisible entre .
Este detalle es muy importante y a veces se olvida.
Ejemplo breve
Supón que en un arreglo se tiene , y es la suma de cuatro casillas repetidas. Si para maximizar elegimos los cuatro números más grandes , entonces , y
Eso da , que no es entero. Por lo tanto, hay que ajustar la elección de las casillas repetidas hasta que sea divisible por 4.
Este tipo de ajuste se presenta con frecuencia en los exámenes.
Verificación final
Una vez hallado el valor de , no basta con decir “esa es la respuesta”. Hay que verificar que la distribución realmente se puede hacer. En la práctica, se prueban los números en las casillas repetidas y se completan las líneas. Si se puede completar sin repetir números, el valor de es válido. Si no se puede, se pasa al siguiente candidato.
3. Arreglos en polígonos regulares
Los problemas más comunes de suma constante máxima o mínima son los que usan figuras poligonales: triángulos, cuadrados, pentágonos y hexágonos. En todos ellos la idea es la misma.
Triángulo con tres números por lado
Considera un triángulo con seis casillas: una en cada vértice y una en el punto medio de cada lado.
Triángulo con seis casillas circulares (vértices resaltados)
Si los números a distribuir son , su suma total es
Hay lados. Al sumar los tres lados, cada vértice se cuenta dos veces, mientras que cada punto medio se cuenta una vez. Por lo tanto:
donde es la suma de los tres números colocados en los vértices.
Para máxima, elegimos los tres números más grandes para los vértices:
Entonces:
Para mínima, elegimos los tres números más pequeños para los vértices:
Entonces:
Así, en este triángulo, la suma por lado puede variar entre 9 y 12.
Cuadrado con tres números por lado
Considera un cuadrado con ocho casillas: cuatro vértices y cuatro puntos medios.
Cuadrado con ocho círculos en su borde
Si se distribuyen los números , su suma total es
Hay lados. Los cuatro vértices se cuentan dos veces; los cuatro puntos medios, una vez. Entonces:
donde es la suma de los cuatro vértices.
Para máxima, queremos máxima, pero debe ser divisible entre 4. Los cuatro números más grandes son , que no es múltiplo de 4. Por lo tanto, no se puede lograr con .
Este tipo de detalle es el que diferencia a quienes solo plantean la fórmula de quienes resuelven correctamente el problema.
Cuadrado con cuatro casillas por lado
En algunos problemas, el cuadrado tiene doce casillas en el borde: cuatro vértices y dos casillas intermedias en cada lado. Cada lado tiene cuatro casillas.
Cuadrado con doce casillas en el borde (esquinas resaltadas)
Si se distribuyen los números , su suma total es
Hay lados. Al sumar los cuatro lados, los cuatro vértices se cuentan dos veces, y las ocho casillas no vértices se cuentan una vez. Por lo tanto:
donde es la suma de los cuatro vértices.
Para mínima, elegimos los cuatro números más pequeños para los vértices:
Entonces:
Las ocho casillas no vértices suman:
Pentágono con tres números por lado
Considera un pentágono con diez casillas: cinco vértices y cinco puntos medios de los lados.
Pentágono regular con diez círculos en su borde
Si se distribuyen los números , su suma total es
Hay lados. Los cinco vértices se cuentan dos veces; los cinco puntos medios, una vez. Entonces:
donde es la suma de los cinco vértices.
Para máxima, elegimos los cinco números más grandes para los vértices:
Entonces:
Para mínima, elegimos los cinco números más pequeños:
Así, en este pentágono con los números 1 al 10, la suma por lado puede variar entre 14 y 19.
Hexágono con cuatro números por lado
Un hexágono con cuatro casillas por lado tiene en total dieciocho casillas en su borde: seis vértices y dos casillas intermedias en cada lado.
Hexágono regular con 18 círculos en su borde (vértices resaltados)
Si se distribuyen dieciocho números consecutivos, la fórmula vuelve a ser:
donde es la suma total de los dieciocho números y es la suma de los seis vértices.
Para máxima, se colocan los seis números más grandes en los vértices.
Fórmula general para polígonos de borde
En general, si tienes un polígono de lados, con el mismo número de casillas por lado, y las únicas casillas que se repiten son los vértices, entonces:
donde:
- es el número de lados,
- es la suma constante por lado,
- es la suma total de los números a distribuir,
- es la suma de los números colocados en los vértices.
Este resultado es muy útil porque no depende de cuántas casillas intermedias tenga cada lado: los vértices se cuentan dos veces y los intermedios una vez.
4. Arreglos con líneas rectas no poligonales
No todos los arreglos son polígonos. También hay figuras con líneas rectas que se cruzan, donde varias casillas pueden pertenecer a más de una línea. La idea es la misma, pero hay que identificar con cuidado cuántas veces aparece cada casilla.
Procedimiento general
- Identifica todas las líneas que deben tener suma constante . Cuenta cuántas son ().
- Calcula la suma total de los números a distribuir.
- Marca las casillas que se repiten, es decir, las que están en dos o más líneas.
- Plantea la ecuación
donde es la suma de los números de las casillas repetidas contando sus repeticiones adicionales.
- Para maximizar , asigna a las casillas repetidas los números más grandes. Para minimizar , asigna los números más pequeños.
- Ajusta si la división no da un número entero y verifica que el arreglo se pueda completar.
Ejemplo breve
Supongamos que un arreglo tiene 8 círculos y está formado por 4 líneas de 3 círculos. Dos de los círculos están en dos líneas a la vez; los otros seis están en una sola línea. Si se distribuyen los números , su suma total es
Al sumar las cuatro líneas, los dos círculos repetidos se cuentan una vez adicional. Si llamamos y a esos círculos repetidos, entonces:
Para máxima, elegimos y como los dos números más grandes:
Entonces:
Como no es divisible entre 4, no sirve. Probamos con , por ejemplo :
Tampoco es divisible. Probamos con , por ejemplo :
Este sería el máximo valor entero posible, si la distribución se puede completar. Luego se verifica colocando los números.
5. Completar casillas con sumas indicadas
Otro grupo de problemas de este tema no pide una suma constante en todas las líneas, sino que da sumas específicas para ciertos grupos de casillas. Por ejemplo:
- “la suma de los tres números de esta curva debe ser 14”,
- “la suma de los tres números de este segmento vertical debe ser la indicada”,
- “la suma de las casillas fila es 27 y la de la columna es 27”.
En estos casos, el método cambia un poco: hay que plantear ecuaciones para cada condición y usar la suma total como recurso.
Procedimiento para completar casillas con sumas dadas
- Asigna incógnitas a las casillas vacías.
- Traduce cada condición de suma a una ecuación.
- Suma o resta ecuaciones para simplificar.
- Usa la suma total de los números disponibles.
- Aplica restricciones: números sin repetir, números primos, números máximos o mínimos, etc.
- Completa por deducción o tanteo guiado.
Ejemplo breve
En un arreglo de dos filas y tres columnas se deben colocar los números sin repetir. Se sabe que la fila superior suma 10, la fila inferior suma 11, la columna izquierda suma 7 y la columna derecha suma 8. Si llamamos a la fila superior y a la inferior, tenemos:
La suma total es . Las columnas extremas suman . Por lo tanto, la columna central suma:
Así, sin necesidad de completar todas las casillas, podemos hallar lo pedido.
Suma constante conocida con condición de valor menor
A veces la suma constante sí es un dato, pero además se pide que una de las casillas tenga el menor valor posible. En esos casos, después de plantear las ecuaciones, se asigna el menor número disponible a esa casilla y se completa el resto.
6. Otros arreglos que conviene reconocer
Aunque el título de este tema se centra en sumas constantes máximas y mínimas y en completar casillas, en los exámenes de la UNMSM también han aparecido arreglos con otras condiciones. Conviene reconocerlos para no quedarse en blanco si aparece uno.
Arreglos con productos dados
En estos problemas, en lugar de dar sumas, se dan productos de grupos de casillas. La estrategia más útil es dividir dos productos que tengan casillas comunes, para cancelarlas.
Ejemplo breve
Si se sabe que:
entonces, al dividir ambas ecuaciones:
Esto permite relacionar casillas no comunes.
Arreglos con condición de diferencia o adyacencia
Algunos problemas piden que casillas vecinas no tengan números consecutivos, o que la diferencia entre casillas contiguas sea mayor o igual que un valor. En esos casos, se resuelven por restricciones y tanteo guiado: se coloca un número y se descartan los que no pueden ir en casillas vecinas.
Arreglos con separaciones fijas
En otros casos, se pide colocar pares de números iguales con una determinada cantidad de casillas entre ellos, por ejemplo: entre los dos números 1 debe haber exactamente una casilla; entre los dos 2, exactamente dos casillas; y así sucesivamente. Se resuelven probando posiciones y descartando.
Fichas que cambian de posición
También han aparecido problemas donde ya hay números colocados en una figura y se pregunta cuántos deben cambiar de posición para que se cumpla una condición, como que los productos en diagonales sean iguales.
Cuidado
Errores frecuentes
A continuación, los errores más comunes que se cometen al resolver este tipo de problemas.
Olvidar que los vértices se cuentan dos veces.
En un triángulo, cuadrado, pentágono o hexágono, las casillas de los vértices pertenecen a dos lados. Si las cuentas una sola vez, la ecuación de balance queda mal.Elegir los números más grandes o más pequeños sin verificar la divisibilidad.
No basta con decir “para máxima, pongo los mayores en los vértices”. Hay que comprobar que sea divisible entre el número de líneas. Si no lo es, se debe ajustar.No verificar que la distribución sea posible.
Un valor de puede ser entero según la ecuación, pero al intentar completar las casillas puede no haber forma de hacerlo sin repetir números. Siempre hay que comprobar.Confundir máximo de con máximo de las casillas no repetidas.
Para maximizar , los números grandes deben ir en las casillas repetidas, no en las que se cuentan una sola vez.Usar mal las series notables.
Por ejemplo, creer que la suma de los primeros pares es o confundir la suma de pares con la de impares. Conviene repasar las fórmulas.En completar casillas, olvidar la restricción de no repetir.
Al resolver ecuaciones, a veces se obtienen valores posibles, pero hay que verificar que no se repitan y que estén dentro del conjunto dado.En sumas indicadas, intentar completar por tanteo sin plantear ecuaciones.
El tanteo puede funcionar, pero es lento y arriesgado. Plantear las ecuaciones y usar la suma total es más seguro.No leer bien cuántas líneas hay en la figura.
A veces la figura no es un polígono simple y tiene más líneas internas. Hay que contarlas con calma.
Aprende resolviendo
Ejemplos resueltos
A continuación desarrollamos cuatro ejemplos nuevos, de dificultad creciente, aplicando todo lo aprendido.
Ejemplo 1
Enunciado
Escribe los números del 1 al 6 en un triángulo de seis casillas: tres vértices y tres puntos medios de los lados. La suma de los tres números de cada lado debe ser constante. Halle el máximo y el mínimo valor de dicha suma.
Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.
Ejemplo 2
Enunciado
En una cruz formada por una fila de tres círculos y una columna de tres círculos que comparten el círculo central, escribe los números del 1 al 5 sin repetir, de modo que la suma de la fila sea igual a la suma de la columna y sea la máxima posible. Halle dicha suma máxima.
Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.
Ejemplo 3
Enunciado
En los ocho círculos del borde de un cuadrado, es decir, cuatro vértices y cuatro puntos medios de los lados, escribe los números del 1 al 8 sin repetir. La suma de los tres números de cada lado debe ser la misma y la máxima posible. Halle esa suma máxima y la suma de los números ubicados en los cuatro puntos medios.
Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.
Ejemplo 4
Enunciado
En un arreglo de dos filas y tres columnas, completa con los números del 1 al 6 sin repetir. Se sabe que la fila superior suma 10, la fila inferior suma 11, la columna izquierda suma 7 y la columna derecha suma 8. Halle la suma de los números de la columna central.
Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.
Lo que viene
Hacia el siguiente tema
Con lo aprendido aquí ya tienes la idea más importante de los arreglos numéricos avanzados: sumar todas las líneas, comparar con la suma total y aprovechar las casillas que se repiten. En el siguiente tema, Cuadrados mágicos 1 (aditivo de orden 3), aplicarás esta misma lógica a un cuadrado de , donde las líneas son las filas, las columnas y las diagonales. Allí verás propiedades propias del cuadrado mágico, como el valor del número central y la relación entre las esquinas, que se demuestran justamente con un balance de sumas.
¿Lo dominas?
Pon a prueba lo que aprendiste
20 preguntas de práctica tipo admisión y 29 preguntas reales de San Marcos, con clave y resolución explicada.
El porqué del tema
¿Para qué estudiamos este tema?
En los arreglos numéricos se nos pide distribuir un conjunto de números en casillas, círculos o vértices de una figura, de manera que se cumplan ciertas condiciones: que una suma sea constante, que sea la mayor posible, que sea la menor posible, o simplemente que ciertos grupos de casillas tengan sumas o productos indicados.
En el tema anterior, Arreglos numéricos 1, trabajaste principalmente con arreglos donde la suma constante ya era un dato conocido. Por ejemplo, sabías que cada lado debía sumar 18 y solo tenías que completar los números. Ahora damos un paso más: vamos a aprender a calcular esa suma constante cuando el problema pide que sea la máxima o la mínima posible, y también a resolver arreglos donde las condiciones son sumas indicadas en distintas partes de la figura.
En los exámenes de admisión de la UNMSM este tipo de preguntas aparece con mucha frecuencia, sobre todo en los últimos procesos. La idea que une casi todos estos problemas es una sola: si sumamos todas las líneas o grupos que deben cumplir la condición, y comparamos ese resultado con la suma total de los números que estamos distribuyendo, podemos saber cuánto aportan las casillas que se cuentan más de una vez. Esa idea de balance es la clave del tema.
¿Para qué sirve dominar esto? Porque, aunque cada figura parezca distinta, la mayoría de problemas de suma constante máxima o mínima se resuelven con el mismo esquema:
- identificar cuántas líneas hay,
- calcular la suma total de los números dados,
- identificar cuáles casillas se repiten en dos o más líneas,
- plantear una ecuación de balance,
- elegir las casillas repetidas para maximizar o minimizar la suma.
Al final del tema, estarás listo para el siguiente paso: los cuadrados mágicos aditivos de orden 3, donde tendrás que aplicar esta misma lógica de balance, pero ahora con filas, columnas y diagonales.
Antes de empezar
Lo que necesitas saber antes
Antes de entrar a los arreglos con suma máxima o mínima, conviene recordar algunas herramientas aritméticas que usaremos todo el tiempo.
Series notables
En los problemas de arreglos numéricos se trabaja casi siempre con conjuntos de números consecutivos. Por eso debes recordar cómo se suman rápidamente.
| Conjunto | Suma |
|---|---|
| Primeros números naturales: | |
| Primeros números pares: | |
| Primeros números impares: | |
| Números consecutivos desde hasta |
Ejemplo breve
La suma de los números del 1 al 12 es
La suma de los números del 11 al 22 es
La suma de los diez primeros impares positivos es
Estos cálculos son el punto de partida de la mayoría de problemas de este tema.
Suma total de los números a distribuir
Cuando un problema dice “escriba los números del 1 al 9” o “los seis primeros números pares positivos”, lo primero que debes hacer es calcular la suma total de todos los números que vas a colocar. Esa suma total será la base para compararla con las sumas de las líneas.
Ejemplo breve
Si se deben distribuir los números , su suma total es
Si se deben distribuir los números , su suma total es
Casillas que se cuentan más de una vez
En una figura, algunas casillas pueden pertenecer a una sola línea, mientras que otras pueden pertenecer a dos o más líneas. Por ejemplo, en un triángulo formado por tres lados, cada vértice pertenece a dos lados, mientras que una casilla ubicada en el punto medio de un lado pertenece a un solo lado.
Esa es la diferencia fundamental: cuando sumes todas las líneas, las casillas que están en dos líneas se contarán dos veces, mientras que las que están en una sola línea se contarán una vez. A esa repetición es a la que le sacaremos provecho.
1. La ecuación de balance: la herramienta central
Imagina que tienes un conjunto de números cuya suma total es , y debes colocarlos en una figura con líneas. Supongamos que cada línea debe sumar exactamente . Si sumas los valores de las líneas, obtendrás en total .
Pero, por otro lado, al sumar todas las líneas estás sumando todos los números del arreglo; algunos aparecen una vez y otros aparecen más de una vez. Entonces:
donde:
- es la suma total de los números a distribuir.
- es la suma adicional que aparece por las casillas que se cuentan más de una vez.
Por ejemplo, si una casilla está en dos líneas, al sumar todas las líneas su número se cuenta dos veces: una vez dentro de y una vez más dentro de . Si una casilla estuviera en tres líneas, se contaría tres veces: una vez dentro de y dos veces más dentro de .
Caso más simple: una fila y una columna que se cruzan
Considera una cruz formada por una fila de tres círculos y una columna de tres círculos que comparten el círculo central.
Cruz de cinco círculos con centro compartido
Aquí hay líneas: la fila y la columna. Si cada una debe sumar , entonces al sumar las dos líneas obtenemos .
Ahora, si los números a distribuir son , su suma total es . Pero al sumar la fila y la columna, el número del círculo central se cuenta dos veces. Si llamamos al número central, entonces:
Esta ecuación es el punto de partida para hallar si nos piden que sea máxima o mínima.
¿Por qué funciona esta idea?
Porque al sumar todas las líneas pedidas, estás contando todos los números del arreglo, pero algunos los cuentas más de una vez. La diferencia entre la suma de las líneas y la suma total es precisamente la suma de los números que se repiten.
Esta idea se aplica en:
- triángulos, cuadrados, pentágonos y hexágonos, donde los vértices se repiten entre lados;
- figuras con líneas cruzadas, donde los puntos de intersección se repiten;
- arreglos con filas y columnas, donde las casillas de cruce se repiten.
2. Suma constante máxima y mínima
Cuando el problema pide que la suma constante sea la máxima posible o la mínima posible, la ecuación de balance nos dice exactamente qué hacer.
Si y son fijos, entonces:
- Para que sea máxima, debe ser máxima. Es decir, debemos colocar los números más grandes en las casillas que se repiten.
- Para que sea mínima, debe ser mínima. Es decir, debemos colocar los números más pequeños en las casillas que se repiten.
El ajuste de divisibilidad
No basta con elegir los números más grandes o más pequeños para las casillas repetidas. Al reemplazarlos en la ecuación, el valor de debe ser un número entero. Si no lo es, debemos hacer un pequeño ajuste: cambiar la elección de las casillas repetidas, o cambiar uno de los números por otro, de modo que sea divisible entre .
Este detalle es muy importante y a veces se olvida.
Ejemplo breve
Supón que en un arreglo se tiene , y es la suma de cuatro casillas repetidas. Si para maximizar elegimos los cuatro números más grandes , entonces , y
Eso da , que no es entero. Por lo tanto, hay que ajustar la elección de las casillas repetidas hasta que sea divisible por 4.
Este tipo de ajuste se presenta con frecuencia en los exámenes.
Verificación final
Una vez hallado el valor de , no basta con decir “esa es la respuesta”. Hay que verificar que la distribución realmente se puede hacer. En la práctica, se prueban los números en las casillas repetidas y se completan las líneas. Si se puede completar sin repetir números, el valor de es válido. Si no se puede, se pasa al siguiente candidato.
3. Arreglos en polígonos regulares
Los problemas más comunes de suma constante máxima o mínima son los que usan figuras poligonales: triángulos, cuadrados, pentágonos y hexágonos. En todos ellos la idea es la misma.
Triángulo con tres números por lado
Considera un triángulo con seis casillas: una en cada vértice y una en el punto medio de cada lado.
Triángulo con seis casillas circulares (vértices resaltados)
Si los números a distribuir son , su suma total es
Hay lados. Al sumar los tres lados, cada vértice se cuenta dos veces, mientras que cada punto medio se cuenta una vez. Por lo tanto:
donde es la suma de los tres números colocados en los vértices.
Para máxima, elegimos los tres números más grandes para los vértices:
Entonces:
Para mínima, elegimos los tres números más pequeños para los vértices:
Entonces:
Así, en este triángulo, la suma por lado puede variar entre 9 y 12.
Cuadrado con tres números por lado
Considera un cuadrado con ocho casillas: cuatro vértices y cuatro puntos medios.
Cuadrado con ocho círculos en su borde
Si se distribuyen los números , su suma total es
Hay lados. Los cuatro vértices se cuentan dos veces; los cuatro puntos medios, una vez. Entonces:
donde es la suma de los cuatro vértices.
Para máxima, queremos máxima, pero debe ser divisible entre 4. Los cuatro números más grandes son , que no es múltiplo de 4. Por lo tanto, no se puede lograr con .
Este tipo de detalle es el que diferencia a quienes solo plantean la fórmula de quienes resuelven correctamente el problema.
Cuadrado con cuatro casillas por lado
En algunos problemas, el cuadrado tiene doce casillas en el borde: cuatro vértices y dos casillas intermedias en cada lado. Cada lado tiene cuatro casillas.
Cuadrado con doce casillas en el borde (esquinas resaltadas)
Si se distribuyen los números , su suma total es
Hay lados. Al sumar los cuatro lados, los cuatro vértices se cuentan dos veces, y las ocho casillas no vértices se cuentan una vez. Por lo tanto:
donde es la suma de los cuatro vértices.
Para mínima, elegimos los cuatro números más pequeños para los vértices:
Entonces:
Las ocho casillas no vértices suman:
Pentágono con tres números por lado
Considera un pentágono con diez casillas: cinco vértices y cinco puntos medios de los lados.
Pentágono regular con diez círculos en su borde
Si se distribuyen los números , su suma total es
Hay lados. Los cinco vértices se cuentan dos veces; los cinco puntos medios, una vez. Entonces:
donde es la suma de los cinco vértices.
Para máxima, elegimos los cinco números más grandes para los vértices:
Entonces:
Para mínima, elegimos los cinco números más pequeños:
Así, en este pentágono con los números 1 al 10, la suma por lado puede variar entre 14 y 19.
Hexágono con cuatro números por lado
Un hexágono con cuatro casillas por lado tiene en total dieciocho casillas en su borde: seis vértices y dos casillas intermedias en cada lado.
Hexágono regular con 18 círculos en su borde (vértices resaltados)
Si se distribuyen dieciocho números consecutivos, la fórmula vuelve a ser:
donde es la suma total de los dieciocho números y es la suma de los seis vértices.
Para máxima, se colocan los seis números más grandes en los vértices.
Fórmula general para polígonos de borde
En general, si tienes un polígono de lados, con el mismo número de casillas por lado, y las únicas casillas que se repiten son los vértices, entonces:
donde:
- es el número de lados,
- es la suma constante por lado,
- es la suma total de los números a distribuir,
- es la suma de los números colocados en los vértices.
Este resultado es muy útil porque no depende de cuántas casillas intermedias tenga cada lado: los vértices se cuentan dos veces y los intermedios una vez.
4. Arreglos con líneas rectas no poligonales
No todos los arreglos son polígonos. También hay figuras con líneas rectas que se cruzan, donde varias casillas pueden pertenecer a más de una línea. La idea es la misma, pero hay que identificar con cuidado cuántas veces aparece cada casilla.
Procedimiento general
- Identifica todas las líneas que deben tener suma constante . Cuenta cuántas son ().
- Calcula la suma total de los números a distribuir.
- Marca las casillas que se repiten, es decir, las que están en dos o más líneas.
- Plantea la ecuación
donde es la suma de los números de las casillas repetidas contando sus repeticiones adicionales.
- Para maximizar , asigna a las casillas repetidas los números más grandes. Para minimizar , asigna los números más pequeños.
- Ajusta si la división no da un número entero y verifica que el arreglo se pueda completar.
Ejemplo breve
Supongamos que un arreglo tiene 8 círculos y está formado por 4 líneas de 3 círculos. Dos de los círculos están en dos líneas a la vez; los otros seis están en una sola línea. Si se distribuyen los números , su suma total es
Al sumar las cuatro líneas, los dos círculos repetidos se cuentan una vez adicional. Si llamamos y a esos círculos repetidos, entonces:
Para máxima, elegimos y como los dos números más grandes:
Entonces:
Como no es divisible entre 4, no sirve. Probamos con , por ejemplo :
Tampoco es divisible. Probamos con , por ejemplo :
Este sería el máximo valor entero posible, si la distribución se puede completar. Luego se verifica colocando los números.
5. Completar casillas con sumas indicadas
Otro grupo de problemas de este tema no pide una suma constante en todas las líneas, sino que da sumas específicas para ciertos grupos de casillas. Por ejemplo:
- “la suma de los tres números de esta curva debe ser 14”,
- “la suma de los tres números de este segmento vertical debe ser la indicada”,
- “la suma de las casillas fila es 27 y la de la columna es 27”.
En estos casos, el método cambia un poco: hay que plantear ecuaciones para cada condición y usar la suma total como recurso.
Procedimiento para completar casillas con sumas dadas
- Asigna incógnitas a las casillas vacías.
- Traduce cada condición de suma a una ecuación.
- Suma o resta ecuaciones para simplificar.
- Usa la suma total de los números disponibles.
- Aplica restricciones: números sin repetir, números primos, números máximos o mínimos, etc.
- Completa por deducción o tanteo guiado.
Ejemplo breve
En un arreglo de dos filas y tres columnas se deben colocar los números sin repetir. Se sabe que la fila superior suma 10, la fila inferior suma 11, la columna izquierda suma 7 y la columna derecha suma 8. Si llamamos a la fila superior y a la inferior, tenemos:
La suma total es . Las columnas extremas suman . Por lo tanto, la columna central suma:
Así, sin necesidad de completar todas las casillas, podemos hallar lo pedido.
Suma constante conocida con condición de valor menor
A veces la suma constante sí es un dato, pero además se pide que una de las casillas tenga el menor valor posible. En esos casos, después de plantear las ecuaciones, se asigna el menor número disponible a esa casilla y se completa el resto.
6. Otros arreglos que conviene reconocer
Aunque el título de este tema se centra en sumas constantes máximas y mínimas y en completar casillas, en los exámenes de la UNMSM también han aparecido arreglos con otras condiciones. Conviene reconocerlos para no quedarse en blanco si aparece uno.
Arreglos con productos dados
En estos problemas, en lugar de dar sumas, se dan productos de grupos de casillas. La estrategia más útil es dividir dos productos que tengan casillas comunes, para cancelarlas.
Ejemplo breve
Si se sabe que:
entonces, al dividir ambas ecuaciones:
Esto permite relacionar casillas no comunes.
Arreglos con condición de diferencia o adyacencia
Algunos problemas piden que casillas vecinas no tengan números consecutivos, o que la diferencia entre casillas contiguas sea mayor o igual que un valor. En esos casos, se resuelven por restricciones y tanteo guiado: se coloca un número y se descartan los que no pueden ir en casillas vecinas.
Arreglos con separaciones fijas
En otros casos, se pide colocar pares de números iguales con una determinada cantidad de casillas entre ellos, por ejemplo: entre los dos números 1 debe haber exactamente una casilla; entre los dos 2, exactamente dos casillas; y así sucesivamente. Se resuelven probando posiciones y descartando.
Fichas que cambian de posición
También han aparecido problemas donde ya hay números colocados en una figura y se pregunta cuántos deben cambiar de posición para que se cumpla una condición, como que los productos en diagonales sean iguales.
Cuidado
Errores frecuentes
A continuación, los errores más comunes que se cometen al resolver este tipo de problemas.
Olvidar que los vértices se cuentan dos veces.
En un triángulo, cuadrado, pentágono o hexágono, las casillas de los vértices pertenecen a dos lados. Si las cuentas una sola vez, la ecuación de balance queda mal.Elegir los números más grandes o más pequeños sin verificar la divisibilidad.
No basta con decir “para máxima, pongo los mayores en los vértices”. Hay que comprobar que sea divisible entre el número de líneas. Si no lo es, se debe ajustar.No verificar que la distribución sea posible.
Un valor de puede ser entero según la ecuación, pero al intentar completar las casillas puede no haber forma de hacerlo sin repetir números. Siempre hay que comprobar.Confundir máximo de con máximo de las casillas no repetidas.
Para maximizar , los números grandes deben ir en las casillas repetidas, no en las que se cuentan una sola vez.Usar mal las series notables.
Por ejemplo, creer que la suma de los primeros pares es o confundir la suma de pares con la de impares. Conviene repasar las fórmulas.En completar casillas, olvidar la restricción de no repetir.
Al resolver ecuaciones, a veces se obtienen valores posibles, pero hay que verificar que no se repitan y que estén dentro del conjunto dado.En sumas indicadas, intentar completar por tanteo sin plantear ecuaciones.
El tanteo puede funcionar, pero es lento y arriesgado. Plantear las ecuaciones y usar la suma total es más seguro.No leer bien cuántas líneas hay en la figura.
A veces la figura no es un polígono simple y tiene más líneas internas. Hay que contarlas con calma.
Aprende resolviendo
Ejemplos resueltos
A continuación desarrollamos cuatro ejemplos nuevos, de dificultad creciente, aplicando todo lo aprendido.
Ejemplo 1
Enunciado
Escribe los números del 1 al 6 en un triángulo de seis casillas: tres vértices y tres puntos medios de los lados. La suma de los tres números de cada lado debe ser constante. Halle el máximo y el mínimo valor de dicha suma.
Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.
Ejemplo 2
Enunciado
En una cruz formada por una fila de tres círculos y una columna de tres círculos que comparten el círculo central, escribe los números del 1 al 5 sin repetir, de modo que la suma de la fila sea igual a la suma de la columna y sea la máxima posible. Halle dicha suma máxima.
Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.
Ejemplo 3
Enunciado
En los ocho círculos del borde de un cuadrado, es decir, cuatro vértices y cuatro puntos medios de los lados, escribe los números del 1 al 8 sin repetir. La suma de los tres números de cada lado debe ser la misma y la máxima posible. Halle esa suma máxima y la suma de los números ubicados en los cuatro puntos medios.
Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.
Ejemplo 4
Enunciado
En un arreglo de dos filas y tres columnas, completa con los números del 1 al 6 sin repetir. Se sabe que la fila superior suma 10, la fila inferior suma 11, la columna izquierda suma 7 y la columna derecha suma 8. Halle la suma de los números de la columna central.
Intenta resolverlo primero. Luego revisa la resolución paso a paso.
Lo que viene
Hacia el siguiente tema
Con lo aprendido aquí ya tienes la idea más importante de los arreglos numéricos avanzados: sumar todas las líneas, comparar con la suma total y aprovechar las casillas que se repiten. En el siguiente tema, Cuadrados mágicos 1 (aditivo de orden 3), aplicarás esta misma lógica a un cuadrado de , donde las líneas son las filas, las columnas y las diagonales. Allí verás propiedades propias del cuadrado mágico, como el valor del número central y la relación entre las esquinas, que se demuestran justamente con un balance de sumas.
¿Lo dominas?
Pon a prueba lo que aprendiste
20 preguntas de práctica tipo admisión y 29 preguntas reales de San Marcos, con clave y resolución explicada.
Evaluación del tema
20 preguntas para medir aprendizaje real
Hasta 6 básicas, 8 intermedias y 6 avanzadas; si un nivel no alcanza, se completa con el nivel más cercano. El diagnóstico recomienda una ruta; la evaluación final actualiza el porcentaje y puede marcar el tema como aprendido.
Aprender desde las preguntas
