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Sistemas de ecuaciones ejercicios resueltos ESO, Bachillerato y PAU

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Sistemas de ecuaciones ejercicios resueltos ESO Bachillerato y PAU

Un recurso completo para dominar sistemas de ecuaciones desde ESO hasta Bachillerato, PAU y primeros cursos universitarios.

Los sistemas de ecuaciones aparecen en casi todos los niveles: problemas de 2º y 3º ESO, sistemas más elaborados en 4º ESO, sistemas 3x3 en Bachillerato, matrices, método de Gauss, regla de Cramer, teorema de Rouché-Frobenius, sistemas con parámetro, Matemáticas Sociales, problemas económicos y preparación universitaria.

La clave no es aprender un único método. La clave es saber elegir: sustitución cuando una incógnita se despeja fácil, igualación cuando dos ecuaciones permiten despejar la misma variable, reducción cuando conviene eliminar, Gauss cuando el sistema crece y Rouché-Frobenius cuando hay parámetros y hay que discutir compatibilidad.

En Marlu Educativa trabajamos estos temas en clases online de Matemáticas para Bachillerato, en clases online para toda España y en clases presenciales en Salamanca.

¿Te cuestan los sistemas de ecuaciones?

Si te bloqueas al elegir método, al hacer problemas de enunciado, al resolver sistemas 3x3 o al discutir sistemas con parámetro, puedes preparar este bloque con seguimiento personalizado en Marlu Educativa.

Mapa por cursos y métodos

Los sistemas de ecuaciones forman una escalera. En ESO se aprende a resolver y traducir problemas. En Bachillerato se sistematiza con matrices, Gauss y Cramer. En PAU y universidad se discuten sistemas con parámetros y se aplica Rouché-Frobenius.

2º y 3º ESO Sistemas 2x2, sustitución, igualación, reducción y problemas sencillos.
4º ESO Sistemas con fracciones, problemas de enunciado, sistemas no lineales sencillos y elección de método.
1º Bachillerato Sistemas 3x3, reducción, Gauss, interpretación geométrica y parámetros básicos.
2º Bachillerato y PAU Matrices, determinantes, Cramer, Gauss, Rouché-Frobenius y discusión con parámetro.
Matemáticas Sociales Sistemas aplicados a precios, producción, costes, ingresos, matrices y problemas económicos.
Universidad Sistemas lineales, rangos, matrices ampliadas, dependencia lineal y discusión general.

Cuándo usar cada método

  • Sustitución conviene si una ecuación tiene una incógnita despejada o fácil de despejar.
  • Igualación conviene si ambas ecuaciones permiten despejar la misma incógnita con facilidad.
  • Reducción conviene si al sumar o restar ecuaciones se elimina una incógnita rápidamente.
  • Gauss conviene en sistemas 3x3, sistemas grandes o cuando interesa triangular.
  • Cramer conviene si el sistema es cuadrado y el determinante de la matriz de coeficientes no es cero.
  • Rouché-Frobenius conviene cuando hay que discutir si un sistema tiene solución única, infinitas soluciones o ninguna.

Ejercicio 1. Sustitución básico ESO

Resuelve el sistema por sustitución.

\[\begin{cases}x+y=9\\x-y=3\end{cases}\]

Solución paso a paso

De la primera ecuación despejamos:

\[x=9-y\]

Sustituimos en la segunda:

\[(9-y)-y=3\]
\[9-2y=3\]
\[-2y=-6\]
\[y=3\]

Calculamos \(x\):

\[x=9-3=6\]
Resultado: \(x=6\), \(y=3\).
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Ejercicio 2. Igualación básico ESO

Resuelve por igualación.

\[\begin{cases}2x+y=11\\x+y=7\end{cases}\]

Solución paso a paso

Despejamos \(y\) en ambas ecuaciones.

\[y=11-2x\]
\[y=7-x\]

Igualamos:

\[11-2x=7-x\]
\[4=x\]

Sustituimos:

\[y=7-4=3\]
Resultado: \(x=4\), \(y=3\).
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Ejercicio 3. Reducción básico ESO

Resuelve por reducción.

\[\begin{cases}3x+2y=16\\5x-2y=8\end{cases}\]

Solución paso a paso

Sumamos las dos ecuaciones para eliminar \(y\).

\[(3x+2y)+(5x-2y)=16+8\]
\[8x=24\]
\[x=3\]

Sustituimos en la primera ecuación:

\[3\cdot3+2y=16\]
\[9+2y=16\]
\[2y=7\]
\[y=\frac72\]
Resultado: \(x=3\), \(y=7/2\).
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Ejercicio 4. Problema de edades

La suma de las edades de una madre y su hijo es 48 años. La madre tiene el triple de edad que el hijo. Calcula las edades.

Solución paso a paso

Sea \(m\) la edad de la madre y \(h\) la edad del hijo.

\[\begin{cases}m+h=48\\m=3h\end{cases}\]

Sustituimos \(m=3h\) en la primera ecuación.

\[3h+h=48\]
\[4h=48\]
\[h=12\]
\[m=3\cdot12=36\]
Resultado: el hijo tiene 12 años y la madre 36 años.
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Ejercicio 5. Problema de entradas

En un teatro se venden entradas normales y reducidas. Se venden 30 entradas normales y 20 reducidas por 340 euros. Otro día se venden 20 normales y 40 reducidas por 400 euros. Calcula el precio de cada entrada.

Solución paso a paso

Sea \(x\) el precio de una entrada normal y \(y\) el precio de una reducida.

\[\begin{cases}30x+20y=340\\20x+40y=400\end{cases}\]

Simplificamos.

\[\begin{cases}3x+2y=34\\x+2y=20\end{cases}\]

Restamos la segunda ecuación a la primera.

\[2x=14\]
\[x=7\]

Sustituimos:

\[7+2y=20\]
\[2y=13\]
\[y=6,5\]
Resultado: la entrada normal cuesta 7 euros y la reducida 6,50 euros.
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Los problemas de sistemas se aprenden traduciendo bien el enunciado

En Marlu Educativa insistimos mucho en la fase de traducción: elegir incógnitas, escribir ecuaciones con sentido y comprobar que el resultado encaja. Puedes trabajar este bloque en clases online o pedir información desde la prematrícula de clases particulares.

Ejercicio 6. Sistema con fracciones

Resuelve el sistema.

\[\begin{cases}\frac{x}{2}+\frac{y}{3}=5\\x-y=4\end{cases}\]

Solución paso a paso

Multiplicamos la primera ecuación por 6 para quitar denominadores.

\[3x+2y=30\]

El sistema queda:

\[\begin{cases}3x+2y=30\\x-y=4\end{cases}\]

De la segunda ecuación:

\[x=4+y\]

Sustituimos:

\[3(4+y)+2y=30\]
\[12+5y=30\]
\[5y=18\]
\[y=\frac{18}{5}\]
\[x=4+\frac{18}{5}=\frac{38}{5}\]
Resultado: \(x=38/5\), \(y=18/5\).
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Ejercicio 7. Sistema no lineal sencillo

Resuelve el sistema.

\[\begin{cases}x+y=7\\xy=12\end{cases}\]

Solución paso a paso

De la primera ecuación:

\[y=7-x\]

Sustituimos en \(xy=12\):

\[x(7-x)=12\]
\[7x-x^2=12\]
\[x^2-7x+12=0\]
\[(x-3)(x-4)=0\]

Por tanto:

\[x=3\quad \text{o}\quad x=4\]

Si \(x=3\), entonces \(y=4\). Si \(x=4\), entonces \(y=3\).

Resultado: \((3,4)\) y \((4,3)\).
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Ejercicio 8. Sistema 3x3 por reducción

Resuelve el sistema.

\[\begin{cases}x+y+z=6\\2x-y+z=3\\x+2y-z=4\end{cases}\]

Solución paso a paso

Sumamos la primera y la tercera ecuación:

\[(x+y+z)+(x+2y-z)=6+4\]
\[2x+3y=10\]

Restamos la segunda menos la primera:

\[(2x-y+z)-(x+y+z)=3-6\]
\[x-2y=-3\]

Resolvemos el sistema 2x2:

\[\begin{cases}2x+3y=10\\x-2y=-3\end{cases}\]

De la segunda:

\[x=-3+2y\]

Sustituimos:

\[2(-3+2y)+3y=10\]
\[-6+7y=10\]
\[y=\frac{16}{7}\]
\[x=-3+2\cdot\frac{16}{7}=\frac{11}{7}\]

Usamos la primera ecuación para hallar \(z\):

\[\frac{11}{7}+\frac{16}{7}+z=6\]
\[\frac{27}{7}+z=\frac{42}{7}\]
\[z=\frac{15}{7}\]
Resultado: \(x=11/7\), \(y=16/7\), \(z=15/7\).
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Ejercicio 9. Sistema 3x3 por Gauss

Resuelve por Gauss.

\[\begin{cases}x+y+z=6\\2x+3y+z=11\\x+2y+3z=14\end{cases}\]

Solución paso a paso

Matriz ampliada:

\[\left(\begin{array}{ccc|c}1&1&1&6\\2&3&1&11\\1&2&3&14\end{array}\right)\]

Hacemos \(F_2-2F_1\) y \(F_3-F_1\):

\[\left(\begin{array}{ccc|c}1&1&1&6\\0&1&-1&-1\\0&1&2&8\end{array}\right)\]

Hacemos \(F_3-F_2\):

\[\left(\begin{array}{ccc|c}1&1&1&6\\0&1&-1&-1\\0&0&3&9\end{array}\right)\]

De la tercera fila:

\[3z=9,\quad z=3\]

De la segunda:

\[y-z=-1\]
\[y-3=-1,\quad y=2\]

De la primera:

\[x+2+3=6,\quad x=1\]
Resultado: \(x=1\), \(y=2\), \(z=3\).
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Ejercicio 10. Gauss con solución única

Clasifica y resuelve el sistema.

\[\begin{cases}x+y-z=2\\2x-y+z=3\\x+2y+z=7\end{cases}\]

Solución paso a paso

Matriz ampliada:

\[\left(\begin{array}{ccc|c}1&1&-1&2\\2&-1&1&3\\1&2&1&7\end{array}\right)\]

Hacemos \(F_2-2F_1\), \(F_3-F_1\):

\[\left(\begin{array}{ccc|c}1&1&-1&2\\0&-3&3&-1\\0&1&2&5\end{array}\right)\]

Cambiamos el orden de las dos últimas filas para trabajar más cómodo:

\[\left(\begin{array}{ccc|c}1&1&-1&2\\0&1&2&5\\0&-3&3&-1\end{array}\right)\]

Hacemos \(F_3+3F_2\):

\[\left(\begin{array}{ccc|c}1&1&-1&2\\0&1&2&5\\0&0&9&14\end{array}\right)\]

De la tercera fila:

\[9z=14,\quad z=\frac{14}{9}\]

De la segunda:

\[y+2z=5\]
\[y=5-\frac{28}{9}=\frac{17}{9}\]

De la primera:

\[x+y-z=2\]
\[x+\frac{17}{9}-\frac{14}{9}=2\]
\[x=\frac{5}{3}\]
Resultado: sistema compatible determinado. \(x=5/3\), \(y=17/9\), \(z=14/9\).
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Ejercicio 11. Gauss compatible indeterminado

Clasifica el sistema y expresa sus soluciones.

\[\begin{cases}x+y+z=3\\2x+2y+2z=6\\x-y+z=1\end{cases}\]

Solución paso a paso

La segunda ecuación es el doble de la primera, por lo que no aporta información nueva.

Trabajamos con:

\[\begin{cases}x+y+z=3\\x-y+z=1\end{cases}\]

Restamos la segunda a la primera:

\[2y=2\]
\[y=1\]

Sustituimos en la primera:

\[x+1+z=3\]
\[x+z=2\]

Tomamos \(z=t\). Entonces:

\[x=2-t\]
Resultado: sistema compatible indeterminado. Soluciones: \((x,y,z)=(2-t,1,t)\), con \(t\in\mathbb{R}\).
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Ejercicio 12. Gauss incompatible

Clasifica el sistema.

\[\begin{cases}x+y+z=3\\2x+2y+2z=8\\x-y+z=1\end{cases}\]

Solución paso a paso

La segunda ecuación tiene el mismo lado izquierdo que el doble de la primera, pero el término independiente no coincide.

El doble de la primera sería:

\[2x+2y+2z=6\]

Pero el sistema dice:

\[2x+2y+2z=8\]

Eso genera una contradicción.

Resultado: sistema incompatible. No tiene solución.
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Ejercicio 13. Regla de Cramer 2x2

Resuelve por Cramer.

\[\begin{cases}2x+y=7\\x-y=2\end{cases}\]

Solución paso a paso

Matriz de coeficientes:

\[A=\begin{pmatrix}2&1\\1&-1\end{pmatrix}\]
\[\det(A)=2(-1)-1\cdot1=-3\]

Como el determinante no es cero, hay solución única.

Determinante de \(x\):

\[D_x=\begin{vmatrix}7&1\\2&-1\end{vmatrix}=7(-1)-1\cdot2=-9\]

Determinante de \(y\):

\[D_y=\begin{vmatrix}2&7\\1&2\end{vmatrix}=2\cdot2-7\cdot1=-3\]
\[x=\frac{D_x}{D}=\frac{-9}{-3}=3\]
\[y=\frac{D_y}{D}=\frac{-3}{-3}=1\]
Resultado: \(x=3\), \(y=1\).
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Ejercicio 14. Regla de Cramer 3x3

Resuelve por Cramer.

\[\begin{cases}x+y+z=6\\2x-y+z=3\\x+2y-z=4\end{cases}\]

Solución paso a paso

Matriz de coeficientes:

\[A=\begin{pmatrix}1&1&1\\2&-1&1\\1&2&-1\end{pmatrix}\]

Calculamos el determinante:

\[D=\begin{vmatrix}1&1&1\\2&-1&1\\1&2&-1\end{vmatrix}=7\]

Como \(D\neq0\), el sistema tiene solución única.

Sustituyendo columnas por los términos independientes se obtiene:

\[D_x=11,\quad D_y=16,\quad D_z=15\]

Por tanto:

\[x=\frac{11}{7},\quad y=\frac{16}{7},\quad z=\frac{15}{7}\]
Resultado: \(x=11/7\), \(y=16/7\), \(z=15/7\).
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Rouché-Frobenius explicado para Bachillerato y PAU

El teorema de Rouché-Frobenius sirve para decidir si un sistema lineal tiene solución única, infinitas soluciones o ninguna, comparando rangos.

Clasificación por rangos

  • Si \(rg(A)=rg(A^*)=n\), el sistema es compatible determinado. Tiene solución única.
  • Si \(rg(A)=rg(A^*)
  • Si \(rg(A)\neq rg(A^*)\), el sistema es incompatible. No tiene solución.

\(A\) es la matriz de coeficientes. \(A^*\) es la matriz ampliada. \(n\) es el número de incógnitas.

Ejercicio 15. Discusión con parámetro 2x2

Discute el sistema según el valor de \(a\).

\[\begin{cases}ax+y=1\\x+y=2\end{cases}\]

Solución paso a paso

Matriz de coeficientes:

\[A=\begin{pmatrix}a&1\\1&1\end{pmatrix}\]

Determinante:

\[D=a\cdot1-1\cdot1=a-1\]

Si \(a\neq1\), el determinante no es cero y hay solución única.

Estudiamos \(a=1\):

\[\begin{cases}x+y=1\\x+y=2\end{cases}\]

Las dos ecuaciones tienen el mismo lado izquierdo, pero distinto término independiente. Es una contradicción.

Resultado: si \(a\neq1\), sistema compatible determinado. Si \(a=1\), sistema incompatible.
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Ejercicio 16. Sistema 3x3 con parámetro

Discute el sistema según el valor de \(a\).

\[\begin{cases}x+y+z=1\\2x+ay+2z=2\\x+y+az=1\end{cases}\]

Solución paso a paso

Matriz de coeficientes:

\[A=\begin{pmatrix}1&1&1\\2&a&2\\1&1&a\end{pmatrix}\]

Calculamos el determinante:

\[\det(A)=a^2-3a+2\]
\[a^2-3a+2=(a-1)(a-2)\]

Si \(a\neq1\) y \(a\neq2\), el determinante no es cero y hay solución única.

Caso \(a=1\)

\[\begin{cases}x+y+z=1\\2x+y+2z=2\\x+y+z=1\end{cases}\]

La tercera ecuación coincide con la primera. Quedan dos ecuaciones independientes para tres incógnitas. Hay infinitas soluciones.

Caso \(a=2\)

\[\begin{cases}x+y+z=1\\2x+2y+2z=2\\x+y+2z=1\end{cases}\]

La segunda ecuación es el doble de la primera. Quedan la primera y la tercera. No hay contradicción y hay dos ecuaciones independientes para tres incógnitas. Hay infinitas soluciones.

Resultado: si \(a\neq1,2\), solución única. Si \(a=1\) o \(a=2\), infinitas soluciones.
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Ejercicio 17. Problema económico con sistemas

Una empresa vende dos productos. El producto A cuesta 12 euros y el producto B cuesta 8 euros. En un día vende 50 productos y recauda 520 euros. ¿Cuántos productos de cada tipo ha vendido?

Solución paso a paso

Sea \(x\) el número de productos A y \(y\) el número de productos B.

\[\begin{cases}x+y=50\\12x+8y=520\end{cases}\]

Multiplicamos la primera por 8:

\[8x+8y=400\]

Restamos a la segunda:

\[4x=120\]
\[x=30\]

Entonces:

\[y=20\]
Resultado: ha vendido 30 productos A y 20 productos B.
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Ejercicio 18. Matrices y sistemas en Matemáticas Sociales

Una academia tiene dos tipos de clases: individuales y grupales. En una semana se imparten 10 clases en total y se facturan 260 euros. Cada clase individual cuesta 35 euros y cada clase grupal cuesta 20 euros. Calcula cuántas clases de cada tipo se impartieron.

Solución paso a paso

Sea \(x\) el número de clases individuales y \(y\) el número de clases grupales.

\[\begin{cases}x+y=10\\35x+20y=260\end{cases}\]

Multiplicamos la primera por 20:

\[20x+20y=200\]

Restamos:

\[15x=60\]
\[x=4\]
\[y=6\]
Resultado: se impartieron 4 clases individuales y 6 clases grupales.
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Ejercicio 19. Problema de mezclas

Se mezclan dos disoluciones. Una tiene una concentración del 20% y otra del 50%. Se quieren obtener 10 litros de una disolución al 32%. ¿Cuántos litros de cada una hay que mezclar?

Solución paso a paso

Sea \(x\) la cantidad de disolución al 20% y \(y\) la cantidad de disolución al 50%.

\[x+y=10\]

La cantidad de soluto final debe ser el 32% de 10 litros.

\[0,20x+0,50y=0,32\cdot10\]
\[0,20x+0,50y=3,2\]

De la primera:

\[x=10-y\]

Sustituimos:

\[0,20(10-y)+0,50y=3,2\]
\[2-0,20y+0,50y=3,2\]
\[0,30y=1,2\]
\[y=4\]
\[x=6\]
Resultado: hay que mezclar 6 litros al 20% y 4 litros al 50%.
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Ejercicio 20. Sistema aplicado a costes e ingresos

Una empresa tiene un coste fijo y un coste variable por unidad. Al producir 20 unidades, el coste total es 500 euros. Al producir 50 unidades, el coste total es 950 euros. Halla el coste fijo y el coste variable por unidad.

Solución paso a paso

Sea \(F\) el coste fijo y \(v\) el coste variable por unidad.

\[C(x)=F+vx\]

Con los datos:

\[\begin{cases}F+20v=500\\F+50v=950\end{cases}\]

Restamos la primera ecuación a la segunda:

\[30v=450\]
\[v=15\]

Sustituimos:

\[F+20\cdot15=500\]
\[F+300=500\]
\[F=200\]
Resultado: el coste fijo es 200 euros y el coste variable es 15 euros por unidad.
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Práctica final por niveles

Estos ejercicios sirven para comprobar si el alumno domina los sistemas desde lo básico hasta Bachillerato y PAU.

ESO

  1. Resuelve \(\begin{cases}x+y=12\\x-y=4\end{cases}\)
  2. Resuelve \(\begin{cases}2x+y=10\\x+3y=15\end{cases}\)
  3. La suma de dos números es 30 y uno es el doble del otro. Halla los números.
  4. Dos entradas de adulto y tres infantiles cuestan 31 euros. Tres de adulto y dos infantiles cuestan 34 euros. Halla los precios.
Ver soluciones finales ESO
  1. \(x=8\), \(y=4\)
  2. \(x=3\), \(y=4\)
  3. 10 y 20
  4. Adulto 8 euros, infantil 5 euros

Bachillerato

  1. Resuelve por Gauss \(\begin{cases}x+y+z=6\\2x+y-z=3\\x-y+2z=5\end{cases}\)
  2. Resuelve por Cramer \(\begin{cases}x+y+z=3\\2x-y+z=4\\x+2y-z=1\end{cases}\)
  3. Clasifica \(\begin{cases}x+y+z=2\\2x+2y+2z=4\\x-y+z=0\end{cases}\)
Ver orientación Bachillerato

El objetivo es triangular correctamente, revisar rangos y distinguir solución única de infinitas soluciones.

PAU y universidad inicial

  1. Discute según \(a\) el sistema \(\begin{cases}x+y+z=1\\x+ay+z=2\\x+y+az=3\end{cases}\)
  2. Aplica Rouché-Frobenius a un sistema 3x3 cuya matriz de coeficientes tenga rango 2 y la ampliada rango 3.
  3. Plantea un sistema para un problema económico de costes fijos y costes variables.
Ver ideas clave

Si \(rg(A)\neq rg(A^*)\), el sistema es incompatible. Si los rangos coinciden y son menores que el número de incógnitas, hay infinitas soluciones. Si coinciden con el número de incógnitas, hay solución única.

Errores frecuentes en sistemas de ecuaciones

  • Elegir sustitución cuando reducción era mucho más rápida.
  • Despejar mal una incógnita por no cuidar signos.
  • No comprobar la solución en las ecuaciones originales.
  • Traducir mal el enunciado en problemas de edades, precios o mezclas.
  • Confundir sistema compatible indeterminado con incompatible.
  • En Gauss, hacer operaciones de fila sin mantener la equivalencia.
  • Aplicar Cramer cuando el determinante es cero.
  • Discutir un sistema con parámetro mirando solo un caso.
  • No distinguir matriz de coeficientes y matriz ampliada.
  • Aplicar Rouché-Frobenius sin calcular rangos correctamente.

Aprender sistemas de ecuaciones cambia toda la base algebraica

Los sistemas conectan ESO, Bachillerato, Matemáticas Sociales, matrices, problemas económicos y preparación universitaria. Si este bloque se domina, el alumno mejora en álgebra, interpretación de problemas y razonamiento matemático.

En Marlu Educativa puedes preparar sistemas de ecuaciones con clases online para toda España, clases presenciales en Salamanca y seguimiento personalizado.

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