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FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 1 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. Ecuaciones cuadráticas Por: Sandra Elvia Pérez Márquez Una ecuación cuadrática es una ecuación de segundo grado que tiene la siguiente forma canónica: 02 cbxax Donde… Término Se le conoce como: 2ax Término cuadrático bx Término lineal c Término constante Las constantes a y b son los coeficientes del término cuadrático y lineal, respectivamente. Una ecuación cuadrática puede prescindir del término lineal y/o del término constante; y seguirá siendo una ecuación cuadrática, por lo que la forma cambiaría a: 02 cax o 0 2 bxax Con base en esto, observa los siguientes ejemplos de ecuaciones cuadráticas. Ejemplo de ecuación cuadrática Observaciones 42 x Ecuación cuadrática incompleta, le falta el término lineal. xx 273 2 Ecuación cuadrática completa, tiene todos los términos. 085 2 xx Ecuación cuadrática incompleta, le falta el término constante. 052 2 x Ecuación cuadrática incompleta, le falta el término lineal. FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 2 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 2 3 7 3 4 2 xx Ecuación cuadrática completa, tiene todos los términos. 0354 2 xx Ecuación cuadrática completa, tiene todos los términos. xxx 342 De inicio no se observa el término cuadrático, hasta que se realizan las operaciones. xxx 342 xxx 3422 Encontrar la solución de una ecuación cuadrática, implica encontrar los valores de la ecuación que la hacen verdadera. Como verás en los siguientes ejemplos, una ecuación cuadrática, por lo general, tiene dos soluciones. Más adelante retomarás este punto que es muy importante en el análisis de las soluciones de una ecuación cuadrática. Empieza por analizar el primero de los ejemplos de ecuación cuadrática: 42 x Los valores que hacen verdadera la ecuación pueden ser 2 y 2 , por lo tanto, la ecuación tiene dos soluciones Es decir, si sustituyes los valores en la ecuación ambas serán verdaderas. En 42 x sustituyendo 2x En 42 x sustituyendo 2x 42 2 42 2 Observa que los valores encontrados son uno positivo y el otro negativo, ya que un número negativo multiplicado por sí mismo es positivo. Y la operación que se relaciona es la raíz cuadrada, de tal forma que si tienes una ecuación cuadrática que no tenga el factor lineal, se despeja la 2x : cx 2 Puedes determinar el valor de la variable por medio de las propiedades de la raíz. FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 3 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. cx 2 cx Observa que el resultado de la raíz cuadrada siempre será un valor positivo y el otro negativo, ya que los dos valores hacen verdadera la ecuación. Veamos otros ejemplos. Ecuación cuadrática Solución 252 x Aplicando las propiedades de la raíz: 25x 5x Por lo tanto, las soluciones son: 51 x y 52 x 072 x Despejando 2x : 72 x Aplicando las propiedades de la raíz 7x Como la 7 no es exacta, las soluciones son: 71 x y 72 x FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 4 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 0273 2 x Despejando 2x : 9 3 272 x Aplicando las propiedades de la raíz: 9x Por lo tanto, las soluciones son: 31 x y 32 x 082 x Despejando 2x : 82 x Aplicando las propiedades de la raíz: 8x Simplificando la raíz: 22248 x Por lo tanto, las soluciones son: 221 x y 222 x 032 x Despejando 2x : 32 x Aplicando las propiedades de la raíz: 3x Por lo tanto, las soluciones son: 31 x y 32 x Observa que en éste, el resultado es la raíz de un número negativo, el cual es conocido como número imaginario. FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 5 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. Observa que en las ecuaciones cuadráticas se pueden tener soluciones reales y complejas. ¿Recuerdas los números complejos? Los números reales son aquellos con los que has estado trabajando hasta el momento, sin embargo, pertenecen a un conjunto de números más grande: los números complejos. El conjunto de números complejos está formado por una parte real y una parte imaginaria. Estos números se representan de la siguiente manera: Número real Número imaginario bia El número imaginario que se representa por el término bi surge de la raíz cuadrada de un número negativo. n La raíz de un número negativo. utilizando las reglas de los radicales, se puede separar como el producto de dos raíces: 1 nn Donde el factor 1 se le denomina con la letra i para indicar que es un número imaginario. innn 1 Recordemos algunos ejemplos de números complejos Ejemplo de número complejo bia Observaciones 144 i2 iimaginariaParterealParte 20 FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 6 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. i34 iimaginariaParterealParte 34 15353 i53 iimaginariaParterealParte 53 i32 iimaginariaParterealParte 32 1254254 i54 iimaginariaParterealParte 54 Veamos algunos ejemplos donde el resultado de una cuadrática es un número imaginario: Ecuación cuadrática Solución 162 x Aplicando las propiedades de la raíz: 16xSimplificando: 11616 x ix 4 Por lo tanto, las soluciones son: ix 41 y ix 42 FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 7 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 022 x Despejando 2x : 22 x Aplicando las propiedades de la raíz: 2x Simplificando: 122 x ix 2 Por lo tanto, las soluciones son: ix 21 y ix 22 Nota: Toma en cuenta que i no está dentro del radical. 0322 x Despejando 2x : 322 x Aplicando las propiedades de la raíz: 32x Simplificando la raíz: ix 24121632 Por lo tanto, las soluciones son: ix 241 y ix 242 Nota: Toma en cuenta que i no está dentro del radical. FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 8 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 0205 2 x Despejando 2x : 4 5 202 x Aplicando las propiedades de la raíz: 4x Simplificando la raíz: ix 2144 Por lo tanto, las soluciones son: ix 21 y ix 22 Hasta el momento solamente has resuelto ecuaciones de la forma 02 cax , es decir, donde el término lineal no aparece y es sencillo despejar el término cuadrático. ¿Cómo resolverás las ecuaciones que tienen la forma 02 bxax y 02 cbxax ? Para estos casos, se utilizan otros métodos de solución. En este curso analizarás dos métodos: a) Por factorización b) Por fórmula FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 9 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. a) Solución de ecuaciones cuadráticas por factorización Comencemos con las ecuaciones cuadráticas de la forma 02 bxax , es decir, cuando no existe el término constante. Observa que la variable, en este caso «x», se puede factorizar como factor común y se utiliza la propiedad del factor nulo que dice que cualquier número multiplicado por cero es igual a cero para determinar las soluciones de la ecuación, resolviendo como dos ecuaciones lineales. Sigue algunos ejemplos. Ejemplo 1 Resuelve la ecuación 0255 2 xx . Solución: Se determina el máximo factor común, para este caso x5 . Se factoriza por factor común: 0)5(5 xx Se igualan los dos factores a cero y se resuelven para encontrar las soluciones. 05 x Despejando: 0 5 0 x 05 x Despejando: 5x Las soluciones de la ecuación son: 01 x y 52 x FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 10 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. Puedes comprobar las soluciones sustituyendo los valores en la ecuación. 0255 2 xx Con 01 x 00 000 0)0(25)0(5 2 0255 2 xx Con 52 x 00 07575 0)5(25)5(5 2 Ejemplo 2 Resuelve la ecuación xx 54 2 . Solución: Se acomoda la ecuación de la forma 02 bxax : xx 54 2 054 2 xx Se determina el máximo factor común, para este caso x : Se factoriza por factor común: 0)54( xx Se igualan los dos factores a cero y se resuelven para encontrar las soluciones: 0x 054 x Despejando 4 5 x Las soluciones de la ecuación son: 01 x y 4 5 2 x Puedes comprobar las soluciones sustituyendo los valores en la ecuación. FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 11 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 054 2 xx Con 01 x 0)0(5)0(4 2 000 00 054 2 xx Con 4 5 2 x 0 4 5 5 4 5 4 2 0 4 25 4 25 00 Ejemplo 3 Resuelve la ecuación 0156 2 xx . Solución: Se determina el máximo factor común, para este caso x3 . Se factoriza por factor común. 0)52(3 xx Se igualan los dos factores a cero y se resuelven para encontrar las soluciones: 03 x Despejando 0 3 0 x 052 x Despejando 2 5 x Las soluciones de la ecuación son: 01 x y 2 5 2 x Puedes comprobar las soluciones sustituyendo los valores en la ecuación. FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 12 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 0156 2 xx Con 01 x 0)0(15)0(6 2 000 00 0156 2 xx Con 2 5 2 x 0 2 5 15 2 5 6 2 0 2 75 2 75 00 Como pudiste darte cuenta en los ejemplos anteriores, siempre que falte el término constante en las ecuaciones cuadráticas, puedes factorizar por factor común e igualar cada uno de los factores a cero, para después despejar cada una de las ecuaciones resultantes y determinar la solución. En el caso que tengas una ecuación cuadrática de la forma 02 cbxax , que puedas factorizar, podrás resolverla realizando la factorización e igualando cada uno de los factores a cero. Recuerda esto con ayuda de un ejemplo. Factorizar 158 2 xx Primero asegúrate que se encuentre en orden descendente (término cuadrático, término lineal, término constante). 1582 xx 1) Encuentra dos números que multiplicados den el primer término incluyendo el signo, en este caso: 2xxx 2) Encuentra dos números que multiplicados, den el tercer término, para este caso: 15)3)(5( 3) Y al multiplicarse en cruz la suma de los términos debe dar el segundo término incluyendo el signo, para este caso: xxx 835 Los factores se tomarán en horizontal FEC-03-_M2AA1L2_CuadraticasVersión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 13 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. Por lo tanto, la factorización será: )3)(5(1582 xxxx Recuerda que puedes comprobar el resultado de una factorización realizando la multiplicación de los dos factores. Si utilizas este mismo ejemplo para encontrar las soluciones de la ecuación cuadrática 0158 2 xx Partirás del hecho que la ecuación se puede factorizar como: )3)(5(1582 xxxx Y utilizando la propiedad del factor nulo, igualarás cada uno de los factores a cero para encontrar las soluciones de la ecuación cuadrática. 05 x Despejando 5x 03 x Despejando 3x Las soluciones de la ecuación son: 51 x y 32 x Puedes comprobar las soluciones sustituyendo los valores en la ecuación. 1581535)3)(5( 22 xxxxxxx FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 14 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 0158 2 xx Con 51 x 015)5()5(8 2 0152540 00 0158 2 xx Con 32 x 015)3()3(8 2 015924 00 Ejemplo 2: Resuelve la ecuación 021102 xx . Recuerda que al multiplicarse en cruz, la suma de los términos debe dar el término lineal incluyendo el signo, para este caso xxx 1037 . Por lo tanto, los factores son: 3721102 xxxx Igualando los dos factores a cero: 07 x Despejando 7x 03 x Despejando 3x Las soluciones de la ecuación son: 71 x y 32 x FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 15 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. Puedes comprobar las soluciones sustituyendo los valores en la ecuación. 021102 xx Con 71 x 021)7(10)7( 2 0217049 00 021102 xx Con 32 x 021)3(10)3( 2 021309 00 Ejemplo 3: Resuelve la ecuación 0962 xx . Recuerda que al multiplicarse en cruz, la suma de los términos debe dar el término lineal incluyendo el signo, para este caso xxx 633 . Por lo tanto, los factores son: 33962 xxxx Igualando los dos factores a cero: 03 x Despejando: 3x 03 x Despejando: 3x Las soluciones de la ecuación son: FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 16 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 31 x y 32 x Observa que en este caso las dos soluciones son iguales. Puedes comprobar las soluciones sustituyendo los valores en la ecuación, en este caso, con que compruebes una es suficiente. 0962 xx Con 321 xx 09363 2 09189 00 Ejemplo 4: Resuelve la ecuación 0376 2 xx . Recuerda que al multiplicarse en cruz, la suma de los términos debe dar el término lineal incluyendo el signo, para este caso xxx 729 . Por lo tanto, los factores son: 1332376 2 xxxx Igualando los dos factores a cero: 032 x Despejando: 2 3 x 013 x Despejando: 3 1 x FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 17 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. Las soluciones de la ecuación son: 2 3 1 x y 3 1 2 x Se pueden comprobar las soluciones sustituyendo los valores en la ecuación: 0376 2 xx Con 2 3 1 x 03 2 3 7 2 3 6 2 0 4 124254 03 2 21 4 54 00 0376 2 xx Con 3 1 2 x 03 3 1 7 3 1 6 2 03 3 7 9 6 0 9 27216 00 Ejemplo 5: Resuelve la ecuación 04113 2 xx . Recuerda que al multiplicarse en cruz, la suma de los términos debe dar el término lineal, incluyendo el signo, para este caso xxx 1112 . Por lo tanto, los factores son: 1344113 2 xxxx FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 18 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. Igualando los dos factores a cero: 04 x Despejando: 4x 013 x Despejando: 3 1 x Las soluciones de la ecuación son: 41 x y 3 1 2 x Puedes comprobar las soluciones sustituyendo los valores en la ecuación: 04113 2 xx Con 41 x 0441143 2 044448 00 04113 2 xx Con 3 1 2 x 04 3 1 11 3 1 3 2 04 3 11 9 3 0 3 36333 00 Como pudiste darte cuenta, la factorización por factor común te permite encontrar las soluciones de ecuaciones cuadráticas incompletas de la forma 02 bxax , es decir, aquellas que no tienen el término constante, y las ecuaciones cuadráticas completas de la forma 0 2 cbxax se pueden resolver mediante el método de factorización de prueba y error. Es importante señalar que no todas las ecuaciones cuadráticas se pueden factorizar; este tipo de ecuaciones las puedes resolver aplicando una fórmula que se estudiarás a continuación. b) Solución de ecuaciones cuadráticas por medio de fórmula. FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 19 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escritode la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. La fórmula para resolver ecuaciones cuadráticas surge de la solución de ecuaciones por el método de completar el cuadrado, que no revisaremos en este momento. Sin embargo, utilizaremos la fórmula que obtenida a partir de este procedimiento. A continuación te presento la deducción de la fórmula para resolver ecuaciones cuadráticas. Cabe señalar que si te propones y sigues los pasos para la solución a cualquiera de las ecuaciones cuadráticas, estarás practicando el método de completar cuadrados. Pasos Obtención de la fórmula para resolver ecuaciones cuadráticas 1) Se acomoda la ecuación cuadrática en su forma general. 02 cbxax 2) Para asegurar que el término cuadrático tenga coeficiente 1, se divide toda la ecuación entre a (el coeficiente del término cuadrático). aa c a bx a ax 02 02 a c a bx x 3) El término constante se pasa para el otro lado de la ecuación. 02 a c a bx x a c a bx x 2 4) Para completar un cuadrado perfecto se suma de los dos lados de la ecuación el término 2 2 a b 22 2 22 a b a c a b a bx x 5) Como del lado izquierdo se tiene un trinomio cuadrado perfecto, éste se puede factorizar como un binomio al cuadrado. a c a b a b x 2 22 42 6) Sacando raíz cuadrada de los dos lados de la ecuación y realizando la resta del lado derecho. a c a b a b x 2 22 42 2 2 4 4 2 a acb a b x FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 20 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 7) Se despeja el valor de x . 2 2 4 4 2 a acb a b x 8) El denominador de la raíz tienen raíz cuadrada exacta y se realiza la suma de fracciones. a acbb x 2 42 La fórmula para la solución de una ecuación cuadrática 02 cbxax es: a acbb x 2 42 En donde: a es el coeficiente del término 2ax b es el coeficiente del término lineal bx c es el término constante En la fórmula a acbb x 2 42 , a la expresión acb 42 se le denomina discriminante y dependiendo del valor de esta expresión, se puede predecir el tipo de soluciones que podemos obtener. Recuerda que al inicio de los ejemplos se mencionó que una ecuación cuadrática tiene, por lo general, dos soluciones. Analiza el siguiente cuadro: Discriminante La ecuación cuadrática tiene Si 04 2 acb (valor positivo) Dos soluciones reales diferentes. Si 04 2 acb Una solución real, es decir los dos valores serán iguales. Si 04 2 acb (valor negativo) Dos soluciones complejas distintas. FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 21 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. Recuerda que una ecuación cuadrática puede ser: 1. Completa, si se encuentra en la forma 02 cbxax 2. Incompleta, si se encuentra en la forma 02 bxax o 02 cax . La ventaja que tiene la aplicación de esta fórmula es que puede encontrar la solución de cualquier tipo de ecuación cuadrática. Toma en cuenta que la fórmula entrega dos valores: Fórmula para encontrar las soluciones de ecuaciones cuadráticas a acbb x 2 42 a acbb x 2 42 1 a acbb x 2 42 2 Veamos algunos ejemplos. Ejemplo 1: Resuelve la siguiente ecuación cuadrática: 03522 xx Primero se determinan los valores de las constantes cyba , tomando siempre en cuenta el signo: 352,1 cyba Estos valores se sustituyen en la fórmula, y se realizan las operaciones. FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 22 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. a acbb x 2 42 1 a acbb x 2 42 2 12 351422 2 1 x 2 1442 2 14042 1 x 7 2 14 2 122 1 x 71 x 12 351422 2 2 x 2 1442 2 14042 2 x 5 2 10 2 122 2 x 52 x Las soluciones de la ecuación son 71 x y 52 x . Observa que el valor del discriminante es 144, un valor positivo, es por ello, que se obtuvieron dos soluciones reales diferentes. Ejemplo 2: Resuelve la siguiente ecuación cuadrática: 06112 2 xx Primero se determinan los valores de las constantes cyba, , tomando siempre en cuenta el signo: 611,2 cyba Estos valores se sustituyen en la fórmula y se realizan las operaciones a acbb x 2 42 1 a acbb x 2 42 2 FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 23 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 22 6241111 2 1 x 4 16911 4 4812111 1 x 6 4 24 4 1311 1 x 61 x 22 6241111 2 2 x 4 16911 4 4812111 2 x 2 1 4 2 4 1311 2 x 2 1 2 x Las soluciones de las ecuaciones son 61 x y 2 1 2 x . Observa que el valor del discriminante es 169, un valor positivo, es por ello que se obtuvieron dos soluciones reales diferentes. Ejemplo 3: Resuelve la siguiente ecuación cuadrática: 084 2 xx Al determinar los valores de las constantes cyba , se observa que la ecuación está incompleta, es decir, el valor de 0c ya que no aparece en la ecuación. 08,4 cyba Estos valores se sustituyen en la fórmula y se realizan las operaciones: a acbb x 2 42 1 a acbb x 2 42 2 42 04488 2 1 x FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 24 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 8 648 8 0648 1 x 0 8 0 8 88 1 x 01 x 42 04488 2 2 x 8 648 8 0648 2 x2 8 16 8 88 2 x 22 x Las soluciones de las ecuaciones son 01 x y 22 x . Observa que el valor del discriminante es 64, un valor positivo, es por ello que se obtuvieron dos soluciones reales diferentes. Ejemplo 4: Resuelve la siguiente ecuación cuadrática: 0142 2 x Al determinar los valores de las constantes cyba, , se observa que la ecuación está incompleta porque 0b , es decir, no aparece en la ecuación. 140,2 cyba Estos valores se sustituyen en la fórmula y se realizan las operaciones: a acbb x 2 42 1 a acbb x 2 42 2 22 142400 2 1 x 22 142400 2 2 x FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 25 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 4 1120 4 11200 1 x Determinando los factores primos de 72112 4 para simplificar la raíz: i iii x 7 4 74 4 72 4 720 24 1 ix 71 4 1120 4 11200 2 x Determinando los factores primos de 72112 4 para simplificar la raíz: i iii x 7 4 74 4 72 4 720 24 2 ix 72 Las soluciones de las ecuaciones son ix 71 y ix 72 . Observa que al ser el valor del discriminante un valor negativo (-112), se obtienen dos soluciones complejas diferentes. Ejemplo 5: Resuelve la siguiente ecuación cuadrática: 0632 2 xx Primero se determinan los valores de las constantes cyba , tomando siempre en cuenta el signo. 63,2 cyba Estos valores se sustituyen en la fórmula y se realizan las operaciones a acbb x 2 42 1 a acbb x 2 42 2 22 62433 2 1 x 22 62433 2 2 x FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 26 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 4 393 4 4893 1 x 4 393 1 i x 4 393 4 4893 2 x 4 393 2 i x Las soluciones de la ecuación son 4 393 1 i x y 4 393 2 i x . Observa que al ser el valor del discriminante un valor negativo (-39), se obtienen dos soluciones complejas diferentes. Como puedes darte cuenta en los ejemplos anteriores, cualquier tipo de ecuación cuadrática puede ser resuelta por la fórmula, sin embargo, hay algunas ecuaciones que son más sencillas realizarlas por factorización. De cualquier forma, el método que decidas escoger será correcto si respetas las leyes de los signos y propiedades de la igualdad. Aplicaciones de las ecuaciones cuadráticas Existen ecuaciones que a primera vista no parecen ser cuadráticas, sin embargo, cuando se realiza la simplificación queda como resultado una ecuación de segundo grado que puede ser resuelta por factorización o por fórmula. Veamos algunos ejemplos. Ejemplo 1: Resuelve la siguiente ecuación: 03532 xxx Comenzamos realizando las operaciones: 03532 xxx Se multiplican los factores: 051562 xxx Se quitan paréntesis: 05156 2 xxx FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 27 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. Se suman términos semejantes y se acomoda la ecuación en forma descendente: 0962 xx Se obtiene una ecuación cuadrática, la cual se puede resolver por factorización o por fórmula: Recuerda que al multiplicarse en cruz, la suma de los términos debe dar el término lineal incluyendo el signo, para este caso xxx 633 . Por lo tanto, los factores son: 33962 xxxx Igualando los dos factores a cero: 03 x Despejando: 3x 03 x Despejando: 3x Las soluciones de la ecuación son: 31 x y 32 x Como puedes observar, en este caso las dos respuestas son iguales y se puede comprobar la respuesta sustituyendo los valores de la ecuación. Sustituyendo el valor de 321 xx en 03532 xxx 03353323 00505 000 00 Se comprueba que sólo existe una solución para el ejercicio propuesto. FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 28 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. Ejemplo 2: Resuelve la siguiente ecuación: 1 1 1 1 1 xx Comenzamos por determinar el mínimo común denominador, para este caso, el 11.. xxdcm Se multiplica ambos lados de la ecuación por el 11.. xxdcm 1 1 111 1 1 11 x xx x xx Se multiplica cada uno de los términos: 1 11 111 1 11 x xx xx x xx 11111 xxxx Se realizan operaciones 1111 2 xxx 111 2 xxx Acomodando términos de un sólo lado de la ecuación e igualando a cero: 0111 2 xxx 01 2 x Se obtiene una ecuación cuadrática, la cual se puede resolver despejando, factorizando o por fórmula. FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 29 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. En este caso, despejemos la ecuación: 012 x 1 1 12 x 1x Es decir: ix Las soluciones de la ecuación son: ix 1 y ix 2 Como puedes observar, en este caso las respuestas son números imaginarios y se pueden comprobar si se sustituye en la ecuación cuadrática. 012 x Con ix 11 011 2 011 2 2 011 011 00 012 x Con ix 12 011 2 0111 011 22 011 011 00 Ejemplo 3: Resuelve la siguiente ecuación: 056 xx Comenzamos por pasar el término que no contiene la raíz del otro lado de la ecuación: 056 xxxx 56 FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 30 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. Elevamos los dos lados de la ecuación al cuadrado para eliminar la raíz: 2256 xx 22 2 56 xx 256 xx Se acomodan de un mismo lado de la ecuación en orden descendente. 0562 xx Para resolver la ecuación por fórmula, comenzamos por determinar los valores de las constantes cyba , en este caso: 56,1 cyba Sustituimos los valores en la fórmula: a acbb x 2 42 1 a acbb x 2 42 2 12 51466 2 1 x 2 166 2 20366 1 x 5 2 10 2 46 1 x 51 x 12 51466 2 2 x 2 166 2 20366 2 x 1 2 2 2 46 2 x 12 x Las soluciones de las ecuaciones son 51 x y 12 x . Así como hay ecuaciones que después de hacer FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 31 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. simplificaciones resultan en una ecuación cuadrática, también existen problemas de aplicación, los cuales pueden resolverse solamente por medio de una ecuación cuadrática. Veamos algunos ejemplos. Ejemplo 4: Calcula las dimensiones de un terreno rectangular que de largo mide 17 metros más que su ancho, tomando en cuenta que el área del terreno es de 348 metros cuadrados. Solución Comencemos por realizar un dibujo, donde se asignan las variables. Largo = x+17 Sabemos que área = largo x ancho. Sustituyendo los valores conocidos: Área= 2348 m Largo= 17x Ancho = x 34817 xx Realizando operaciones: 34817 2 xx Igualando a cero: 0348172 xx Resolviendo por fórmula, determinamos los valores de 34817,1 cyba Ancho = x FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 32 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. Sustituye los valores en la fórmula: Hasta el momento, el resolver la ecuación solamente nos ha permitido encontrar el valor del ancho del terreno. Para encontrar el largo, sustituimos en la relación establecida al inicio del problema: Ancho = mx 12 Largo = mx 29171217 Por lo tanto, las dimensiones del terreno son: Ancho = m12 Largo m29 Con las cuales podemos comprobar que el área es m348 a acbb x 2 42 1 a acbb x 2 42 2 12 348141717 2 1 x 2 168117 2 139228917 1 x 12 2 24 2 4117 1 x 121 x El valor encontrado en este caso es positivo y nos indica la longitud del ancho del terreno. 12 348141717 2 2 x 2 168117 2 139228917 2 x 29 2 58 2 4117 2 x 292 x El valor encontrado en este caso es negativo y como lo que se está determinando es la longitud del ancho del terreno y no pueden existir longitudes negativas, por lo tanto este valor no proporciona una solución. FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 33 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. Área = largo x ancho 23482912 mmmÁrea Ejemplo 5: En una universidad los alumnos cursan seis materias por cuatrimestre. Los registros muestran que la calificación promedio P de las materias cursadas en un cuatrimestre por una persona estándar, depende del número de horas diarias h en que ésta estudia y hace la tarea. El promedio de la calificación puede estimarse mediante la siguiente ecuación 3485.53.0 2 hhP . Determine cuántas horas tendrá que estudiar una persona para obtener un promedio de 80 al final del cuatrimestre. Figura 1. Math (Gualberto107 & Freedigitalphotos.net, 2013). Solución En este problema ya tenemos la ecuación que proporciona el promedio necesario, solamente tenemos que igualar a 80, ya que es el promedio que nos están preguntando. 803485.53.0 2 hh Antes de resolver es necesario igualar a cero la ecuación: 0803485.53.0 2 hh 04685.53.0 2 hh Como es una ecuación cuadrática, la podemos resolver por medio de fórmula. Determinamos los valores de 4685.5,3.0 cyba Sustituiremos los valores en la fórmula: a acbb x 2 42 1 a acbb x 2 42 2 FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 34 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial o totalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. 3.02 463.0485.585.5 2 1 h 6.0 422.8985.5 6.0 2.55222.3485.5 1 h 6 6.0 60.3 6.0 4563.985.5 1 h 61 h El valor encontrado en este caso es positivo y nos indica las horas necesarias de estudio para obtener un promedio de 80. 3.02 463.0485.585.5 2 2 h 6.0 422.8985.5 6.0 2.55222.3485.5 2 h 51.25 6.0 30.15 6.0 4563.985.5 2 h 51.252 h El valor encontrado en este caso es negativo, y como lo que se está determinando es la cantidad de horas necesarias para obtener un promedio de 80, no puede existir un tiempo negativo, por lo tanto, este valor no proporciona una solución. De acuerdo con el estudio realizado en esa universidad, el número de horas diarias que un alumno debe dedicarle al estudio y a realizar tareas es de aproximadamente 6 horas, para obtener un promedio de 80 en un cuatrimestre. Como puedes observar en los ejemplos anteriores, podrás encontrar las ecuaciones cuadráticas como parte de la solución de una ecuación que de un inicio no se pueda identificar (como una ecuación cuadrática) o dentro de la solución de problemas de aplicación a un problema en específico. FEC-03-_M2AA1L2_Cuadraticas Versión: Septiembre de 2012 Revisor: Sandra Elvia Pérez 35 ©UVEG. Derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida, modificada, distribuida, ni transmitida, parcial ototalmente, mediante cualquier medio, método o sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización por escrito de la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato. Referencia Gualberto107 & Freedigitalphotos.net. (2013). Math. Recuperada de http://www.freedigitalphotos.net/images/math-photo-p183747 (imagen publicada bajo licencia Royalty Free de acuerdo a http://www.freedigitalphotos.net/images/terms.php). http://www.freedigitalphotos.net/images/math-photo-p183747 http://www.freedigitalphotos.net/images/terms.php
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