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Matemáticas
ALGEBRA · 01

Factorización y la fórmula cuadrática

Una pelota se lanza desde cierta altura. Después de tt segundos, su altura se escribe con una expresión que tiene un término en t2t^2, un término en tt y una constante (la página del movimiento de proyectil muestra de dónde sale). En una expresión como x2+5x+6x^2+5x+6, cada parte es un término: x2x^2, 5x5x y el número suelto 66, que es el término constante. Una ecuación con un término en x2x^2, como x2+5x+6=0x^2+5x+6=0, se llama ecuación cuadrática. ¿Cuándo llega la pelota al suelo? Necesitamos el valor de tt que hace que la altura sea cero, es decir, resolver una ecuación cuadrática. Normalmente metemos una entrada en una expresión y calculamos la salida, como en la página de la función. Aquí la pregunta va al revés: conocemos la salida que queremos y debemos hallar la entrada que la produce.

Expandir (x+2)(x+3)(x + 2)(x + 3) da x2+5x+6x^2 + 5x + 6. Tomar un término de cada paréntesis da x⋅x=x2x\cdot x=x^2, x⋅3=3xx\cdot 3=3x, 2⋅x=2x2\cdot x=2x y 2⋅3=62\cdot 3=6; los términos del medio suman 5x5x. Ahora tapa los paréntesis y deja visible la expansión. Para recuperarlos, los dos números deben sumar 5 y multiplicarse para dar 6. Ya tenemos algo concreto que buscar. Reescribir una suma como este tipo de producto es factorización. Si no se te ocurren enteros adecuados, no hace falta seguir adivinando: más adelante completaremos un cuadrado en el diagrama, explicaremos el álgebra correspondiente y deduciremos de esa construcción la fórmula cuadrática.

01¿De dónde sale cada término?

El exponente 2 significa dos paréntesis idénticos, no elevar cada término por separado. Elige una fórmula abajo y reproduce las cuatro selecciones.

(a+b)2(a+b)^2
PARÉNTESIS 1(a+b)PARÉNTESIS 2(a+b)a²ababb²
Selección 1a⋅a=a2a\cdot a=a^2
Selección 2a⋅b=aba\cdot b=ab
Selección 3b⋅a=abb\cdot a=ab
Selección 4b⋅b=b2b\cdot b=b^2
**La multiplicación se distribuye**: elige un término de **cada paréntesis**, multiplícalos y suma los cuatro productos posibles.
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(a+b)2=a2+2ab+b2(a+b)^2=a^2+2ab+b^2
x2+6x+9=x2+2⋅3⋅x+32=(x+3)2x^2+6x+9=x^2+2\cdot3\cdot x+3^2=(x+3)^2

Lee la identidad al revés: aquí x hace el papel de a y 3 el de b.

(a±b)2=a2±2ab+b2(a\pm b)^2=a^2\pm2ab+b^2

El signo ±\pm debe coincidir en los dos paréntesis. El último término es siempre +b2+b^2, porque tanto b⋅bb\cdot b como (−b)(−b)(-b)(-b) dan b2b^2. En cambio, el último término de (a+b)(a−b)(a+b)(a-b) es −b2-b^2.

02Hallar los factores invirtiendo la expansión

Supón que ax2+bx+cax^2+bx+c se factoriza como (Ax+B)(Cx+D)(Ax+B)(Cx+D). Las mayúsculas AA, BB, CC y DD son constantes que hay que hallar; las minúsculas aa, bb y cc son coeficientes conocidos, y aa recibe el nombre de coeficiente principal. Al expandir, se toma un término de cada paréntesis y se multiplican: salen cuatro términos, de los cuales dos contienen xx y se pueden combinar. Si la expansión y ax2+bx+cax^2+bx+c son iguales para todo xx, sus términos cuadrático, lineal y constante deben coincidir por separado. Comparar por separado el término cuadrático, el lineal y el constante da las tres condiciones siguientes.

(Ax+B)(Cx+D)=ACx2+ADx+BCx+BD(Ax+B)(Cx+D)=ACx^2+ADx+BCx+BD
(Ax+B)(Cx+D)=ACx2+(AD+BC)x+BD(Ax+B)(Cx+D)=ACx^2+(AD+BC)x+BD
AC=a,AD+BC=b,BD=cAC=a,\qquad AD+BC=b,\qquad BD=c
2x2−2x−42x^2-2x-4
coeficientes de xconstantes1x-22x2AD = 2BC = -4AD + BC = -2AC = 2BD = -4
(x−2)(2x+2)(x-2)(2x+2)

Primero elige factores para el coeficiente principal y la constante. Los productos cruzados deben sumar el coeficiente del término medio. La multiplicación cruzada consiste en multiplicar AA con DD y BB con CC, y luego sumar los dos productos. Los paréntesis de abajo siempre reflejan lo que has elegido.

Coincide: -2 es precisamente el coeficiente lineal necesario, -2; la factorización es válida.
2x2−2x−4=(x−2)(2x+2)2x^2-2x-4=(x-2)(2x+2)1⋅2=2,(−2)⋅2=−4,1⋅2+(−2)⋅2=−21\cdot2=2,\quad(-2)\cdot2=-4,\quad1\cdot2+(-2)\cdot2=-2

Si esta expresión es igual a cero, (x−2)(2x+2)=0(x-2)(2x+2)=0. ¿Por qué algún factor tiene que ser cero? Si x−2x-2 no es cero, podemos dividir ambos lados entre él y queda 2x+2=02x+2=0. Por tanto, o bien x−2=0x-2=0, de donde x=2x=2, o bien 2x+2=02x+2=0, de donde x=−1x=-1. Al sustituir cualquiera de las dos respuestas, el producto original también da cero. Los factores enteros son cómodos, pero no toda ecuación cuadrática los tiene. Para esos casos recurriremos a completar el cuadrado.

03Construir la fórmula cuadrática paso a paso

La forma estándar de una ecuación cuadrática es ax2+bx+c=0ax^2+bx+c=0, con a≠0a\ne 0. Queremos convertir el lado izquierdo en un cuadrado completo y despejar xx paso a paso. Recuperar el número original a partir de un cuadrado se llama extraer la raíz (radicación), y el resultado admite dos signos posibles: por ejemplo, si (x+3)2=16(x+3)^2=16, entonces x+3x+3 puede ser 44 o −4-4. La notación ∣a∣|a| indica el tamaño de aa sin su signo. Puedes hacer clic en cualquier línea para detenerte en ese paso y revisarlo.

Ejemplo de área: x2+6xx^2 + 6x. Divide 6x en dos tiras de área 3x y mueve una alrededor del cuadrado. Aquí x>0x > 0.

x²3x3x3²x3x3
x2+6x=(x+3)2−9x^2+6x=(x+3)^2-9
La esquina que falta tiene área 3×3=93 \times 3 = 9. Al añadirla se completa un cuadrado de lado x+3x+3. Para bb negativo, usa la misma álgebra; no interpretes un número negativo como una longitud de lado real.
DERIVACIÓN 1 / 9
ax2+bx+c=0(a≠0)ax^2+bx+c=0\quad(a\ne0)

El coeficiente cuadrático a no puede ser cero, porque entonces la ecuación no es cuadrática.

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¿Qué nos dice la raíz cuadrada?

Δ=b2−4ac=0\Delta=b^2-4ac=0

Δ=0\Delta=0: los dos signos dan la misma solución, una raíz doble.

x=−3x=-3

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