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171 División Algebraica, Teorema del Resto y Cocientes Notables DIVISIÓN DE EXPRESIONES ALGEBRAICAS La operación de división tiene por objeto calcular dos polinomios denominados COCIENTE y RESIDUO, partiendo de dos polinomios conocidos: DIVIDENDO y DIVISOR. Donde se cumple que: Donde: D(x) : Dividendo d(x) : Divisor Q(x) : Cociente R(x) : Resto o Residuo PROPIEDADES DE LOS GRADOS: 1. En toda división el grado del cociente es igual al grado del Dividendo menos el grado del divisor: [ ] [ ] [ ]ooo )x(d)x(D)x(Q −= 2. En toda división el grado del Dividendo es mayor o igual que el grado del divisor. 3. En toda división el grado del divisor es mayor que el grado del residuo. 4. El grado máximo que puede tomar el residuo será uno menos que el grado del divisor (a excepción de los polinomios homogéneos) [ ] [ ] 1)x(d)x(R ººmax −= 5. En la división de dos polinomios homogéneos el cociente y el residuo también son polinomios homogéneos, pero el grado absoluto del dividendo es igual al grado absoluto del residuo. Casos en la división: 1. División de monomios. Ejemplos: a ) yzx14 zyx3 zyx42 3 232 345 −= − b) 2n1m2 nm ba4 ba6 ba24 −−−=− 2. División de un polinomio entre un monomio. Para dividir un polinomio entre un monomio se divide cada uno de los términos del polinomio separadamente entre el monomio divisor y se suman algebraicamente cada uno de estos términos. Es decir, aplicando la propiedad distributiva de la división se tiene: m c m b m a m cba ++= ++ Propiedad distributiva Ejemplo 1: Dividir: 353535 23 3434 +−=+−= +− xx x x x x x x x xxx 3. División de dos polinomios. Para dividir polinomios se utilizan los siguientes métodos: 1. Método clásico o general. 2. Método de coeficientes separados 3. Método de Horner. 4. Método de los coeficientes indeterminados 5. Método de Ruffini. Antes de efectuar una división de polinomio, debemos observar que el dividendo y divisor sean polinomios completos y ordenados en forma descendente, con respecto a la variable ordenatriz. Si faltase algún término, ya sea en el dividiendo o en el divisor, éste se completará con “0”. Por su facilidad es su aplicación, sólo desarrollares los métodos de Horner y de Ruffini MÉTODO DE HORNER Es un método de coeficientes separados que permite encontrar el cociente y el residuo de la división de dos polinomios, de cualquier grado, para esto el dividendo y divisor deben estar completos y ordenados, generalmente, en forma descendente respecto a una variable (ordenatriz). Esquema: D I V I D E N D O C O C I E N T E RESIDUO d i v i s o r Ca m bi ar d e si gn o NOTA: La división de monomios es siempre exacta División Inexacta División Exacta : 172 Procedimiento a seguir: a) Se completan y ordenan los polinomios dividendo y divisor con respecto a una sola letra o variable. En caso exista dos o más variables se asume a una de ellas como tal y las demás hacen el papel de constantes. b) Se distribuyen en forma horizontal los coeficientes del dividendo y en forma vertical los coeficientes del divisor, todos cambiados de signo a excepción del primero c) Se divide el primer coeficiente del dividendo entre el primero del divisor, obteniéndose el primer coeficiente del cociente. Luego éste se multiplica por cada uno de los coeficientes del divisor que han cambiado de signo y el resultado se coloca en la segunda fila corriéndose un lugar hacia la derecha d) Se reduce la segunda columna y se repite el paso anterior tantas veces hasta que la ultima operación efectuada caiga debajo del ultimo coeficiente del dividendo. Llegado este momento se reducen las columnas que faltan separando respectivamente los coeficientes del resto y del cociente e) El número de columnas que se separan para el resto lo determina el grado del divisor, contándose de derecha a izquierda Ejemplo: Efectúe la división e indique el cociente y el residuo de: 23 3211115 2 2345 +− +−+− xx xxxx Fíjese que falta el término en “x” en el dividendo. Trazando el esquema y completando con “0” aquel término, ubiquemos los coeficientes del dividendo y divisor y Efectuando las operaciones correspondientes se tiene: 142325 426 639 4262 1051 3012111153 −−− − − −−− − −− Luego: El cociente es: ( ) 2325 23 ++−= xxxxq El Residuo es: ( ) 14 −−= xxR Completo será: ( ) 23 142325 2 23 +− −−+++−= xx xxxxxP MÉTODO DE RUFFINI: Se considera como un caso particular del método de Horner y se utiliza cuando el divisor es de primer grado siendo de la forma (ax ± b), (a ≠ 0) o cualquier otra expresión transformable a ésta. Procedimiento a seguir: a) Los coeficientes del Dividendo (completo y ordenado) se colocan en forma horizontal con sus propios signos. b) El divisor se iguala a cero, despejándose la variable, cuyo valor se coloca en el ángulo inferior izquierdo, según se muestra en el diagrama siguiente: c) El primer coeficiente del cociente resulta ser el primer coeficiente del dividendo. d) Este valor se multiplica por el valor despejado de la variable y el resultado se coloca debajo del coeficiente que sigue del dividendo, se suman ambos valores, obteniéndose el segundo término del cociente. e) Se procede como en el caso (d), hasta llegar al último término del dividendo, al reducir se obtiene el residuo de la división. Caso 1. Divisor de la forma x ± a Ejemplo: Dividir 2x 3x2x3x2x 234 − −+−+ Usamos el esquema de Ruffini 2112541 2410822 32321 −− donde: EL Cociente es: Q(x) = 12x5x4x 23 +++ El Residuo es: R(x) = 21 Caso 2. Divisor de la forma bax ± Ejemplo 1: Dividir D I V I D E N D O C O C I E N T E R E S T O x = ± 173 3x2 5x7xx4x4 234 − −+−− Usamos el esquema de Ruffini En este caso los coeficientes obtenidos en la posición del cociente deben ser divididos entre el coeficiente que acompaña a “x” en el divisor, es decir entre 2. Luego: El Cociente es: Q(x) = 5xxx2 23 +++ El Residuo es: R(x) = 10 Caso 3. Divisor de la forma baxn ± Se debe cumplir que los exponentes de las variables del Dividendo sean múltiplos del exponente de la variable del divisor. Ejemplo: 1 Dividir 2x 2x2xx2 2 246 − −−− Haciendo : yx2 = se obtiene: 2y 2y2yy2 23 − −−− Usamos el esquema de Ruffini donde: Q(y) = 4y3y2 2 ++ y R(y) = 6 como 2xy = , se obtiene : Cociente: Q(x) = 2 4x3x 24 ++ Residuo R(x) = 6 TEOREMA DEL RESTO Se aplica cuando el divisor es de la forma )bax( ± o cualquier otra expresión transformable a ésta. Este teorema se usa para calcular sólo el resto de una división, pero sin necesidad de efectuar dicha operación. Teorema: el resto (R) de dividir un polinomio ( )xP entre un divisor binómico de la forma ( )bax + , o cualquier otra expresión trasformable a ésta, se obtiene el valor numérico de: −= a bPR Procedimiento a seguir: a) Se iguala el divisor a “0”. Si el divisor es de primer grado, se despeja “x”. si el divisor es de grado mayor que 1, se despeja una expresión adecuada (por lo general, la mayor potencia de “x”). b) Se acomoda el dividendo, formando en él la expresión despejada anteriormente. Si el divisor es de primer grado, no es necesario realizar esto. c) Se reemplaza el valor de “x” (si el divisor es de primer grado) o el valor de aquella expresión (si el divisor es de grado mayor que 1), en aquel dividendo. Luego de efectuar las operaciones correspondientes, el resultado que se obtiene es el resto Ejemplo 1 : Calcular el resto de dividir: 2x 3x2xx2 45 − −+− Se iguala a cero el divisor: x - 2 = 0 ⇒x = 2, Este valor se reemplaza en el dividendo y cuyo valor numérico será el residuo: Sea P(x) = 3x2xx2 45 −+− el Dividendo Entonces el residuo será: 3)2(2)2()2(2)2(PR 45 −+−== ∴ R = 49 Ejemplo 2: Hallar el resto en 8x7x5 8)7x7x5()5x7x5( 24 324224 ++ ++++++ haciendo un cambio de variables: yx7x5 24 =+ , se obtiene: 8y 8)7y()5y( 32 + ++++ 87y5yyP 32 ++++= )()()( 4 -4 -1 7 - 5 2 3 6 3 3 15 2 4 2 2 2 2 2 10 10 2 -1 -2 -2 2 4 6 8 2 3 4 6 174 Igualando a cero el divisor: y + 8 = 0 ⇒ y = -8 Por lo tanto : R = P (-8) 8)78()58(R 32 ++−++−= R = 16 RESTOS ESPECIALES: La aplicación del teorema del resto resulta mucho más sencilla cuando el divisor contiene sólo dos términos y es de cualquier grado. Para esto, en algunos casos, previamente se debe transformar el divisor original en otro de sólo dos términos. Esto se consigue multiplicando o dividiendo tanto al dividendo como al divisor; pero veamos qué sucede con el resto, cuando se hace este artificio. Sabemos que: ( ) ( ) ( ) ( )xRxq.xdxD +≡ 1º) Si al dividendo y al divisor se les multiplica por un mismo polinomio ( ) ( )( )0≠xMxM , entonces el resto también queda multiplicado por el mismo polinomio ( )xM . ( ) ( ){ } ( ) ( ){ } ( ) ( ) ( )xM.xRxq.xM.xdxM.xD +≡ Si, luego de esta operación, aplicamos el teorema, lo que se obtendrá como resto será la parte señalada (resto falso). Para hallar el resto verdadero, se divide aquel resto entre el polinomio ( )xM . ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )x xF xxxxF M R RM.RR =⇒= Ejemplo: 1. Halle el resto en la siguiente división: 12 32 ++ + xx x2x57 Solución dividendo y el divisor por (x-1): ( )( ) ( )( )11 12 2 3257 −++ −+ xxx xxx Operando: 1 |22 3 32335758 − −+− x xxxx Por el teorema del resto: • 101 33 =⇒=− xx • Acomodando el dividendo: ( ) ( ) ( ) ( ) 2103113193193 2.2 xxxxxxD −+−= • Reemplazando: ( ) ( ) ( ) ( ) ( )22 210111919 112 .1112.12 −−=⇒−+−= −+−= xRxxR xxR Pero este resto es falso. Para hallar el resto verdadero. Lo dividimos entre la expresión por la cual multiplicamos al inicio (x-1) ( ) ( ) 11 1 1 2 +−=⇒−−= − −− = xRx x xR vv 2º) Si al dividendo y al divisor se les divide entre un mismo polinomio ( )xM ( )( )0≠xM entonces el resto también queda dividido entre el polinomio ( )xM . ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )xM xRxq. xM xd xM xD + = Si, luego de esta operación aplicamos el teorema, lo que se obtendrá como resto será la parte señalada (resto falso). Para hallar el resto verdadero, se multiplica aquel resto falso por el polinomio ( )xM ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )xM.RxRxM xRR xFxF =⇒= Ejemplo: 1. Halle el resto de la división: ( ) ( ) ( )( )21 721 11 ++ ++ xx xx Solución No podemos cancelar ( )1+x a nuestro libre albedrío; lo que tenemos que hacer es dividir al dividendo y divisor entre ( )1+x , así: ( ) ( ) ( )( ) 1 21 1 721 11 + ++ + ++ x xx x xx ; Ahora si, simplificando resulta: ( ) ( ) 2 721 10 + ++ x xx Usando el teorema del resto: • 202 −=→=+ xx • No hace falta acomodar el dividendo, reemplazando: ( ) ( )[ ] 372212 10 =⇒+−+−= RR Pero este resto es falso. Para hallar el resto verdadero se multiplica aquel resto 175 falso por la expresión entre la cual dividimos al inicio, ( )1+x . Entonces, se tendrá que: ( ) 3313 +=→+= xRxRV DIVISIBILIDAD ALGEBRAICA Se dice que un polinomio es divisible entre otro cuando al dividirlos resulta como cociente una expresión algebraica entera y residuo cero. Principios Fundamentales: 1. Un polinomio D(x) es divisible por otro d(x), si existe un polinomio Q(x) tal que: )x(Q)x(d)x(D •= 2. Si P(x) es divisible entre )ax( − , entonces: P(a) = 0 3. Si un polinomio P(x) es divisible separadamente entre (x ± a), (x ± b) y (x ± c), entonces P(x) es divisible por el producto : (x ± a) (x ± b) (x ± c); siendo a ≠ b ≠ c. 4. Si un polinomio es divisible entre el producto de varios binomios, será divisible separadamente por cada uno de ellos. 5. Si al dividir un polinomio entre varias expresiones por separado, se obtiene el mismo resto, entonces se cumplirá que dicho polinomio dividido entre el producto de ellos dará el mismo resto. 6. En toda división, si al dividendo y divisor se le multiplica por una misma cantidad el resto quedará multiplicado por dicha cantidad. Para determinar el resto verdadero se divide el resto obtenido entre la cantidad por la cual se multiplicó el dividendo y divisor. En general : D(x) = d(x) Q(x) + R(x) Multiplicando por “m” : m.D(x) = m.d(x)Q(x) + mR(x) )x(R m )x(mR m ObtenidostoReVerdaderostoRe === 7. En toda división, si al dividendo y divisor se le divide por una misma cantidad, el resto queda dividido por dicha cantidad. Para determinar el resto verdadero, se multiplica el resto obtenido por la cantidad por la cual se dividió dividendo y divisor. D(x) = d(x) . Q(x) + R(x) Dividiendo entre “m”: m )x(R)x(Q m )x(d m )x(D +⋅= Resto Verdadero = )x(R)m( m )x(R = Ejemplo 1 : Un polinomio entero en “x” de tercer grado se anula para )7x( = y para )3x( −= y al dividirlo entre )10x( = se obtiene como residuo 39. Si el coeficiente principal del polinomio es 3. Hallar el polinomio. Solución: Formando el polinomio de tercer grado según los datos tenemos: )ax3)(3x)(7x()x(P ++−= ........... (1) Además como el residuo de dividir 10x )x(P − es 39, entonces R = P(10) Luego al reemplazar en (1) se tiene: [ ] 39a)10(3)310)(710( =++− a = -29 El polinomio es: 29)3)(3x7)(x(xP(x) −+−= COCIENTES NOTABLES Llamaremos cocientes notables (C.N) a los cocientes que se obtienen en forma directa, es decir, sin la necesidad de efectuar la división. Las divisiones indicadas que dan origen a los cocientes notables son de la forma: ax ax nn ± ± ; � ∈ � ∧ � � 2 176 ESTUDIO DE LOS CUATRO CASOS CASO I: 1n23n2n1n nn a...axaxx ax ax −−−− ++++= − − Por el teorema del resto: axax =⇒=− 0 El Residuo es cero para cualquier valor de “n”. CASO II: 1n23n2n1nnn a...axaxx ax ax −−−− −−+−= + − Por el teorema de resto: axax −=⇒=+ 0 El Residuo es cero siempre que “n” sea par. CASO III: 1n23n2n1n nn a...axaxx ax ax −−−− +−+−= + + El Residuo es cero siempre que “n” sea impar. CASO IV: 112321 ≥++++= − + −−−− n;a...axaxx ax ax nnnnnn El Residuo es na2 Se observa que estas divisiones no son exactas; Por lo tanto No se considera como cociente notable. CONDICIÓN NECESARIA Y SUFICIENTE PARA OBTENER UN C.N. Si la expresión sr qp ax ax ± ± es un C.N., se cumple que: n s q r p == = Número de términos El cual debe ser contrastado con los signos de los cuatro casos anteriores. FÓRMULA DEL TÉRMINO GENERAL Esta fórmula nos permite encontrar un término cualquiera en el desarrollo de los cocientes notables, sin necesidad de conocer los demás. En la división: ax ax nn ± ± un término de lugar k (término cualquiera) del cociente está dado por la fórmula: =kT ( signo ) 1kkn ax −− Regla para determinar el signo a) Si el divisor (denominador) es de la forma (x – a), todos los términos del C.N. son positivos. b) Si el divisor es de la forma (x + a), se debe tener en cuenta que: : i) Los términos de lugar impar del desarrollo del cociente notable son positivos. ii) Los términos de lugar par del desarrollo del cociente notable son negativos. Ejemplo 1: Hallar el 22T del desarrollo del C.N. 35 93155 ax ax + + Solución: Dando forma al C.N. tenemos: 35 313315 ax )a()x( + + , por dato del problema k = 22 12232231522 )a()x()(T −−−= 6345 22 axT −=FÓRMULA DEL TÉRMINO GENERAL (Contado de Derecha a Izquierda) knkk ax)signo(T −− ← = 1 donde: ← kT : Término de lugar k contado a partir del término final. Observaciones: - Si el número de términos “ n ” de un C. N es par, existe dos términos centrales en su desarrollo, donde los lugares son : 2 nK1 = 12 nK2 += - Si el número de términos “n” de un C. N es impar, existe un término central en su desarrollo, donde el lugar es : 2 1nK += • Formula que nos permite encontrar el término central en un CN. 177 ( ) 2 1 .)( − = n k axsignoT ;n es impar Ejemplo 1: Expresar el polinomio 1x......xxx 2141618 −+−+− como cociente notable. Solución: El polinomio dado se puede transformar en : 1x.......)x()x()x( 2929292 −+−+− Luego, éste es un polinomio completo ordenado y de 10 términos, entonces proviene de un Cociente Notable de la forma: 1x 1x 1x 1)x( 2 20 2 102 + − = + − EJERCICIOS RESUELTOS 1. Calcular a + b si la división 3x2x baxx7x2 2 23 ++ +++ es exacta a)2 8 b) 20 c)21 d)-20 e)-23 Solución Usando el método de Horner 1 2 7 a b -2 -4 − 6 -3 − 6 -9 2 3 (a -12) (b-9) donde: a −12 = 0 ⇒ a = 12 b -9 = 0 ⇒ b = 9 Luego: a + b = 21 Rpta. Alternativa “c” 2. Hallar el valor de “n” si al efectuar la división 1x 1xx...xx 21nn − +++++ − se obtiene que la suma de coeficientes del cociente es 10 veces el resto. a) 20 b) 21 c) 22 d) 23 e) 24 Solución: Aplicando el método de Ruffini: 1 1 1 ..... 1 1 1 x = 1 1 2 ......... n-1 n 1 2 3 ........... n n+1 ∑ ++++= n.......321)x(Qescoeficient Luego se tiene que: )1n(10n.....321 +=++++ )1n(10 2 )1n(n += + ⇒ 20n = Rpta. Alternativa “ a” 3. Hallar el resto de la división ( ) ( ) ( ) ( ) 6x5x 101x6x3x2x 2 ++ −−+++ a) 10 b) -10 c)0 d)6 e)-6 Solución Igualando a cero el denominador: ⇒=++ 06x5x2 6x5x2 −=+ Dando forma al dividendo: 10)6x5x()6x5x( 22 −−+++ Luego : Resto = 10)66()66( −−−+− Resto = -10 Rpta. Alternativa “b” 4. Hallar el grado respecto a ” x ” en el término tercero del cociente notable que resulta de la división: 24 n46n5 yx yx − −+ a) 5 b)4 c)3 d)6 e)8 Solución: +Ζ∈== + k 2 n4 4 6n5 n2 4 6n5 = + 2n = Reemplazando en el cociente: 24 4244 24 816 yx )y()x( yx yx − − = − − Calculando el tercer término: 44132344 )3( yx)y()x(T == −− Por lo tanto: el grado respecto a “x” en el término tercero es 4. Rpta. Alternativa “ b” 5. Hallar el lugar que ocupa el termino de grado 700 en el desarrollo de : 78 700800 yx yx − − a) 100 b)98 c)97 d)93 e)90 Solución: 78 10071008 yx y()x( − )− 1k7k1008 k )y()x(T −−= Por condición del problema: 7007k7k8800 =−+− Entonces: k = 93 Rpta. Alternativa “d”
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