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4.6: Funciones racionales - Suma y resta

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( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)

Objetivos de aprendizaje

  • Sumar y restar funciones racionales.
  • Simplifica expresiones racionales complejas.

Sumando y restando funciones racionales

Sumar y restar expresiones racionales es similar a sumar y restar fracciones. Recordemos que si los denominadores son iguales, podemos sumar o restar los numeradores y escribir el resultado sobre el denominador común. Cuando se trabaja con expresiones racionales, el denominador común será un polinomio. En general, dado polinomiosP,Q, yR, dondeQ0, tenemos los siguientes:

PQ±RQ=P±RQ

El conjunto de restricciones al dominio de una suma o diferencia de expresiones racionales consiste en las restricciones a los dominios de cada expresión.

Ejemplo4.6.1:

Restar:4xx2643x+8x264.

Solución

Los denominadores son los mismos. De ahí que podamos restar los numeradores y escribir el resultado sobre el denominador común. Tenga cuidado de distribuir lo negativo1.

4xx2643x+8x264=4x(3x+8)x264Subtractthenumerators.=4x3x8x264Simplify.=x8(x+8)(x8)Cancel.=1x+8Restrictionsx±8

Respuesta:

1x+8, dondex±8

Para agregar expresiones racionales con denominadores diferentes, primero encuentra expresiones equivalentes con denominadores comunes. Haz esto tal como tienes con fracciones. Si los denominadores de fracciones son relativamente primos, entonces el mínimo denominador común (LCD) es su producto. Por ejemplo,

1x+1yLCD=xy=xy

Multiplique cada fracción por la forma apropiada de1 para obtener fracciones equivalentes con un denominador común.

1x+1y=1yxy+1xyx=yxy+xxyEquivalentfractionswithacommondenominator=y+xxy

En general, dado polinomiosP,Q,R, yS, dondeQ0 yS0, tenemos los siguientes:

PQ±RS=PS±QRQS

Ejemplo4.6.2:

Dadof(x)=5x3x+1 yg(x)=2x+1, encontrarf+g y exponer las restricciones.

Solución

Aquí el LCD es el producto de los denominadores(3x+1)(x+1). Multiplique por los factores apropiados para obtener expresiones racionales con un denominador común antes de sumar.

=(f+g)(x)=f(x)+g(x)=5x3x+1+2x+1=5x(3x+1)(x+1)(x+1)+2(x+1)(3x+1)(3x+1)=5x(x+1)(3x+1)(x+1)+2(3x+1)(x+1)(3x+1)=5x(x+1)+2(3x+1)(3x+1)(x+1)=5x2+5x+6x+2(3x+1)(x+1)=5x2+11x+2(3x+1)(x+1)=(5x+1)(x+2)(3x+1)(x+1)

El dominio def consiste en todos los números reales excepto13, y el dominio deg consiste en todos los números reales excepto1. Por lo tanto, el dominio def+g consiste en todos los números reales excepto1 y13.

Respuesta:

(f+g)(x)=(5x+1)(x+2)(3x+1)(x+1), dondex1,13

No siempre se da el caso de que la LCD sea producto de los denominadores dados. Por lo general, los denominadores no son relativamente primos; por lo tanto, determinar la LCD requiere un poco de pensamiento. Comience por factorizar todos los denominadores. El LCD es el producto de todos los factores con la mayor potencia.

Ejemplo4.6.3:

Dadof(x)=3x3x1 yg(x)=414x3x24x+1, encontrarfg y exponer las restricciones al dominio.

Solución

Para determinar la LCD factorial el denominador deg.

(fg)(x)=f(x)g(x)=3x3x1414x3x24x+1=3x(3x1)414x(3x1)(x1)

En este caso la LCD=(3x1)(x1). Multiplicarf por1 en forma de(x1)(x1) para obtener fracciones algebraicas equivalentes con un denominador común y luego restar.

=3x(3x1)(x1)(x1)414x(3x1)(x1)=3x(x1)4+14x(3x1)(x1)=3x2+11x4(3x1)(x1)=(3x1)(x+4)(3x1)(x1)=(x+4)(x1)

El dominio def consiste en todos los números reales excepto13, y el dominio deg consiste en todos los números reales excepto1 y13. Por lo tanto, el dominio defg consiste en todos los números reales excepto1 y13.

Respuesta:

(fg)(x)=x+4x1, dondex13,1

Ejemplo4.6.4:

Simplificar y exponer las restricciones:2xx+63x6x18(x2)x236.

Solución

Comience por aplicar la propiedad binomial opuesta6x=(x6).

2xx+63x6x18(x2)x236=2x(x+6)3x1(x6)18(x2)(x+6)(x6)=2x(x+6)+3x(x6)18(x2)(x+6)(x6)

A continuación, encuentre fracciones equivalentes con la LCD=(x+6)(x6) y luego simplifique.

=2x(x+6)(x6)(x6)+3x(x6)(x+6)(x+6)18(x2)(x+6)(x6)=2x(x6)+3x(x+6)18(x2)(x+6)(x6)=2x2+12x+3x2+18x18x+36(x+6)(x6)=x2+12x+36(x+6)(x6)=(x+6)(x+6)(x+6)(x6)=x+6x6

Respuesta:

x+6x6, dondex±6

Ejercicio4.6.1

Simplifique y establezca las restricciones:x+1(x1)22x214(x+1)(x1)2

Contestar

1x1, dondex±1

www.youtube.com/v/ujdoyzxy83s

Las expresiones racionales a veces se expresan usando exponentes negativos. En este caso, aplicar las reglas para exponentes negativos antes de simplificar la expresión.

Ejemplo4.6.5:

Simplificar y exponer las restricciones:5a2+(2a+5)1.

Solución

Recordemos esoxn=1xn. Comience por reescribir las expresiones racionales con exponentes negativos como fracciones.

5a2+(2a+5)1=5a2+1(2a+5)1

Después encuentra el LCD y agrega.

5a2+1(2a+5)1=5a2(2a+5)(2a+5)+1(2a+5)a2a2=5(2a+5)a2(2a+5)+a2a2(2a+5)Equivalentexpressionswithacommondenominator.=10a+25+a2a2(2a+5)Add.=a2+10a+25a2(2a+5)Simplify.=(a+5)(a+5)a2(2a+5)

Respuesta:

(a+5)2a2(2a+5)2, dondea52,0

Simplificación de expresiones racionales complejas

Una expresión racional compleja 32 se define como una expresión racional que contiene una o más expresiones racionales en el numerador o denominador o en ambos. Por ejemplo,

412x+9x225x+3x2

es una expresión racional compleja. Simplificamos una expresión racional compleja al encontrar una fracción equivalente donde el numerador y el denominador son polinomios. Existen dos métodos para simplificar expresiones racionales complejas, y esbozaremos los pasos para ambos métodos. En aras de la claridad, supongamos que las expresiones variables utilizadas como denominadores son distintas de cero.

Método 1: Simplificar el uso de la división

Comenzamos nuestra discusión sobre la simplificación de expresiones racionales complejas usando la división. Antes de poder multiplicar por el recíproco del denominador, debemos simplificar el numerador y el denominador por separado. El objetivo es obtener primero fracciones algebraicas simples en el numerador y el denominador. Los pasos para simplificar una fracción algebraica compleja se ilustran en el siguiente ejemplo.

Ejemplo4.6.6:

Simplificar:412x+9x225x+3x2.

Solución

Paso 1: Simplifica el numerador y denominador para obtener una sola fracción algebraica dividida por otra sola fracción algebraica. En este ejemplo, encuentra términos equivalentes con un denominador común tanto en el numerador como en el denominador antes de sumar y restar.

412x+9x225x+3x2=41x2x212xxx+9x221x2x25xxx+3x2=4x2x212xx2+9x22x2x25xx2+3x2Equivalentfractionswithcommondenominators.=4x212x+9x22x25x+3x2Addthefractionsinthenumeratoranddenominator.

En este punto tenemos una sola fracción algebraica dividida por otra sola fracción algebraica.

Paso 2: Multiplica el numerador por el recíproco del denominador.

4x212x+9x22x25x+3x2=4x212x+9x2x22x25x+3

Paso 3: Facturar todos los numeradores y denominadores completamente.

=(2x3)(2x3)x2x2(2x3)(x1)

Paso 4: Cancelar todos los factores comunes.

=(2x3)(2x3)x2x2(2x3)(x1)=2x3x1

Respuesta:

2x3x1

Ejemplo4.6.7:

Simplificar:2xx1+7x+32xx15x3

Solución

Obtener una sola fracción algebraica en el numerador y en el denominador.

2xx1+7x+32xx15x3=2xx1(x+3)(x+3)+7x+3(x1)(x1)2xx1(x3)(x3)5x3(x1)(x1)=2x(x+3)+7(x1)(x1)(x+3)2x(x3)5(x1)(x1)(x3)=2x2+6x+7x7(x1)(x+3)2x26x5x+5(x1)(x3)=2x2+13x7(x1)(x+3)2x211x+5(x1)(x3)

A continuación, multiplique el numerador por el recíproco del denominador, factor, y luego cancelar.

=2x2+13x7(x1)(x+3)(x1)(x3)2x211x+5=(2x1)(x+7)(x1)(x+3)(x1)(x3)(2x1)(x5)=(x+7)(x3)(x+3)(x5)

Respuesta:

(x+7)(x3)(x+3)(x5)

Ejercicio4.6.2

Simplificar el uso de la división:1y21x21y+1x.

Contestar

xyxy

www.youtube.com/v/4dqcl_hbinq

A veces expresiones racionales complejas se expresan usando exponentes negativos.

Ejemplo4.6.8:

Simplificar:2y1x1x24y2.

Solución

Comenzamos por reescribir la expresión sin exponentes negativos.

2y1x1x24y2=2y1x1x24y2

Obtener fracciones algebraicas simples en el numerador y denominador y luego multiplicar por el recíproco del denominador.

2y1xx24y2=2xyxyy24x2x2y2=2xyxyx2y2y24x2=2xyxyx2y2(y2x)(y+2x)

Aplicar la propiedad binomial opuesta(y2x)=(2xy) y luego cancelar.

=(2xy)xyxyx2y2(2xy)(y+2x)=xyy+2x

Respuesta:xyy+2x

Método 2: Simplificar el uso de la pantalla LCD

Un método alternativo para simplificar expresiones racionales complejas implica borrar las fracciones multiplicando la expresión por una forma especial de1. En este método, multiplica el numerador y el denominador por el mínimo denominador común (LCD) de todas las fracciones dadas.

Ejemplo4.6.9:

Simplificar:412x+9x225x+3x2.

Solución

Paso 1: Determinar el LCD de todas las fracciones en el numerador y denominador. En este caso, los denominadores de las fracciones dadas son1,x, yx2. Por lo tanto, el LCD esx2.

Paso 2: Multiplica el numerador y el denominador por el LCD. Este paso debería despejar las fracciones tanto en el numerador como en el denominador.

412x+9x225x+3x2=(412x+9x2)x2(25x+3x2)x2Multiplynumeratoranddenominator.=4x212xx2+9x2x22x25xx2+3x2x2Distributeandthencancel.=4x212x+92x25x+3

Esto nos deja con una sola fracción algebraica con un polinomio en el numerador y en el denominador.

Paso 3: Facturar completamente el numerador y el denominador.

=4x212x+92x25x+3=(2x3)(2x3)(x1)(2x3)

Paso 4: Cancelar todos los factores comunes.

=(2x3)(2x3)(x1)(2x3)=2x3x1

Nota

Este fue el mismo problema presentado en el Ejemplo 6 y los resultados aquí son los mismos. Vale la pena tomarse el tiempo para comparar los pasos involucrados usando ambos métodos en un mismo problema.

Respuesta:2x3x1

Es importante señalar que multiplicar el numerador y denominador por el mismo factor distinto de cero equivale a multiplicar por 1 y no cambia el problema.

Ejercicio4.6.3

Simplifique el uso de la pantalla LCD:1y21x21y+1x.

Contestar

xyxy

www.youtube.com/v/fp7z1yehgle

Claves para llevar

  • Sumar y restar expresiones racionales es similar a sumar y restar fracciones. Se requiere un denominador común. Si los denominadores son los mismos, entonces podemos sumar o restar los numeradores y escribir el resultado sobre el denominador común.
  • El conjunto de restricciones al dominio de una suma o diferencia de funciones racionales consiste en las restricciones a los dominios de cada función.
  • Las expresiones racionales complejas se pueden simplificar en expresiones equivalentes con un numerador polinómico y un denominador polinomio. Se reducen a términos más bajos si el numerador y el denominador son polinomios que no comparten otros factores comunes que no sean1.
  • Un método para simplificar una expresión racional compleja requiere que primero escribamos el numerador y el denominador como una sola fracción algebraica. Después multiplica el numerador por el recíproco del denominador y simplifica el resultado.
  • Otro método para simplificar una expresión racional compleja requiere que la multipliquemos por una forma especial de1. Multiplique el numerador y denominador por el LCD de todos los denominadores como medio para borrar las fracciones. Después de hacer esto, simplificar la expresión racional restante.

Ejercicio4.6.4

Declarar las restricciones y simplificar.

  1. 3x3x+4+23x+4
  2. 3x2x12x+12x1
  3. x22x211x6+x+32x211x6
  4. 4x13x2+2x5x63x2+2x5
  5. 1x2x
  6. 4x31x
  7. 1x1+5
  8. 1x+71
  9. 1x213x+4
  10. 25x2+xx+3
  11. 1x2+1x2
  12. 2xx+2x2
  13. 3x7x(x7)+17x
  14. 28x+3x21x2(x8)
  15. x1x2252x210x+25
  16. x+12x2+5x3x4x21
  17. xx2+4x2x2+8x+16
  18. 2x14x2+8x534x2+20x+25
  19. 5x7x+x2x+249x2
  20. 2x4x2+xx+18x2+6x+1
  21. x12x27x4+2x1x25x+4
  22. 2(x+3)3x25x2+4x3x2+10x+3
  23. x24+2x22x4+2x2
  24. 3x4x4+6x32x26x3+9x2
  25. 3x212x48x2+16x2+24x2
  26. x22x2+1+6x2242x47x24
Contestar

1. 3x+23x+4;x43

3. 1x6;x12,6

5. 12x2x;x0

7. 5x4x1;x1

9. 2(x+3)(x2)(3x+4);x43,2

11. (x1)(x+2)x2(x2);x0,2

13. 2x7x(x7);x0,7

15. x28x5(x+5)(x5)2;x±5

17. x+2(x+4)2;x0,4

19. 7(52x)x(7+x)(7x);x7,0,7

21. x(5x2)(x4)(x1)(2x+1);x12,1,4

23. x222x2;x0

25. x2+5(x+2)(x2);x±2

Ejercicio4.6.5

Dadof yg, simplificarf+g y diferenciafg. Además, indica el dominio usando notación de intervalos.

  1. f(x)=1x,g(x)=5x2
  2. f(x)=1x+2,g(x)=2x1
  3. f(x)=x2x+2,g(x)=x+2x2
  4. f(x)=x2x1,g(x)=2x2x+1
  5. f(x)=63x2+x,g(x)=189x2+6x+1
  6. f(x)=x1x28x+16,g(x)=x2x24x
  7. f(x)=xx225,g(x)=x1x24x5
  8. f(x)=2x3x24,g(x)=x2x2+3x2
  9. f(x)=13x2x2,g(x)=14x23x1
  10. f(x)=66x2+13x5,g(x)=22x2+x10
Contestar

1. (f+g)(x)=x+5x2;(fg)(x)=x5x2; Dominio:(,0)(0,)

3. (f+g)(x)=2(x2+4)(x+2)(x2);(fg)(x)=8x(x+2)(x2); Dominio:(,2)(2,2)(2,)

5. (f+g)(x)=6(6x+1)x(3x+1)2;(fg)(x)=6x(3x+1)2; Dominio:(,13)(13,0)(0,)

7. (f+g)(x)=2x2+5x5(x+1)(x+5)(x5);(fg)(x)=3x5(x+1)(x+5)(x5); Dominio:(,5)(5,1)(1,5)(5,)

9. (f+g)(x)=1(3x+2)(4x+1);(fg)(x)=7x+3(x1)(3x+2)(4x+1); Dominio:(,23)(23,14)(14,1)(1,)

Ejercicio4.6.6

Declarar las restricciones y simplificar.

  1. 1+3x5x1x2
  2. 4+2x6x1x2
  3. 2xx813x+12x+93x223x8
  4. 4xx2103x+119x+183x25x2
  5. 1x1+1(x1)21x21
  6. 1x21x24+1(x2)2
  7. 2x+1x13x2x23x+1+x+1x2x2
  8. 5x22x2+2xx24xx22x+4+2x24+2x2x2
  9. x+22x(3x2)+4x(x2)(3x2)3x+22x(x2)
  10. 10xx(x5)2x2(2x5)(x5)5xx(2x5)
Contestar

1. (x1)2x2;x0

3. 2x1x8;x13,8

5. x2+1(x1)2(x+1);x±1

7. 2x+1x;x0,12,1

9. 0;x0,23,2

Ejercicio4.6.7

Simplificar las expresiones algebraicas dadas. Supongamos que todas las expresiones variables en el denominador son distintas de cero.

  1. x2+y2
  2. x2+(2y)2
  3. 2x1+y2
  4. x24y1
  5. 16x2+y2
  6. xy1yx1
  7. 3(x+y)1+x2
  8. 2(xy)2(xy)1
  9. a2(a+b)1
  10. (ab)1(a+b)1
  11. xn+yn
  12. xyn+yxn
Contestar

1. y2+x2x2y2

3. x+2y2xy2

5. x2y2+16x2

7. 3x2+x+yx2(x+y)

9. a+ba2a2(a+b)

11. xn+ynxnyn

Ejercicio4.6.8

Simplificar. Supongamos que todas las expresiones variables en los denominadores son distintas de cero.

  1. 75x2(x3)225x3x3
  2. x+536x3(x+5)39x2
  3. x23632x5x64x3
  4. x856x2x2647x3
  5. 5x+12x2+x1025x2+10x+14x225
  6. 4x227x74x21x76x2x1
  7. x24x52x2+3x+1x210x+252x2+7x+3
  8. 5x2+9x2x2+4x+410x2+3x14x2+7x2
  9. x2153x
  10. 4x32x2
  11. 131x191x2
  12. 25+1x4251x2
  13. 1y23661y
  14. 151y1y2125
  15. 16x+8x235x2x2
  16. 2+13x7x23+1x10x2
  17. 912x+4x294x2
  18. 425x248x5x2
  19. 1x+53x123x11x
  20. 2x51x1x3x5
  21. 1x+1+2x22x31x2
  22. 4x+51x33x3+12x1
  23. x13x11x+1x1x+12x+1
  24. x+13x+51x+32x+3x+1x+3
  25. 2x+32x3+2x32x+32x+32x32x32x+3
  26. x1x+1x+1x1x+1x1x1x+1
  27. 12x+512x5+4x4x22512x+5+12x5+4x4x225
  28. 13x1+13x+13x3x113x+16x9x21
  29. 11+11+1x
  30. 1x111+1x
  31. 1y1x1y21x2
  32. 2y+1x4y21x2
  33. 125y21x21x15y
  34. 16y21x21x4y
  35. 1b+1a1b3+1a3
  36. 1a1b1b31a3
  37. xyyx1y22xy+1x2
  38. 2y5x4x25y2x
  39. x1+y1y2x2
  40. y225x25x1y1
  41. 1x1xx1
  42. 16x2x14
  43. 14x121x212x115x2
  44. x14(3x2)138x1+16(3x2)1
  45. (x3)1+2x1x13(x3)1
  46. \dfrac { ( 4 x - 5 ) ^ { - 1 } + x ^ { - 2 } } { x ^ { - 2 } + ( 3 x - 10 ) ^ { - 1 } }
  47. Dadof ( x ) = \dfrac { 1 } { x }, simplificar\dfrac { f ( b ) - f ( a ) } { b - a }.
  48. Dadof ( x ) = \dfrac { 1 } { x - 1 }, simplificar\dfrac { f ( b ) - f ( a ) } { b - a }.
  49. Dadof ( x ) = \dfrac { 1 } { x }, simplificar el cociente de diferencia\dfrac { f ( x + h ) - f ( x ) } { h }.
  50. Dadof ( x ) = \dfrac { 1 } { x } + 1, simplificar el cociente de diferencia\dfrac { f ( x + h ) - f ( x ) } { h }.
Contestar

1. \dfrac { 3 } { x ( x - 3 ) }

3. \dfrac { x + 6 } { 8 x ^ { 2 } }

5. \dfrac { 2 x - 5 } { ( x - 2 ) ( 5 x + 1 ) }

7. \dfrac { x + 3 } { x - 5 }

9. \dfrac { 5 x ^ { 3 } } { x - 15 }

11. \dfrac { 3 x } { x + 3 }

13. - \dfrac { 6 y + 1 } { y }

15. \dfrac { x - 4 } { 3 x + 1 }

17. \dfrac { 3 x - 2 } { 3 x + 2 }

19. - \dfrac { 8 x - 1 } { x - 1 }

21. \dfrac { 3 x ( x - 3 ) } { ( x + 1 ) ( x - 1 ) }

23. \dfrac { x } { 3 x - 1 }

25. \dfrac { 4 x ^ { 2 } + 9 } { 12 x }

27. \dfrac { 2 x - 5 } { 4 x }

29. \dfrac { x + 1 } { 2 x + 1 }

31. \dfrac { x y } { x + y }

33. - \dfrac { x + 5 y } { 5 x y }

35. \dfrac { a ^ { 2 } b ^ { 2 } } { a ^ { 2 } - a b + b ^ { 2 } }

37. \dfrac { x y ( x + y ) } { x - y }

39. \dfrac { x y } { x - y }

41. \dfrac { 1 } { x + 1 }

43. \dfrac { x - 7 } { x - 5 }

45. - \dfrac { 3 ( x - 2 ) } { 2 x + 3 }

47. - \dfrac { 1 } { a b }

49. - \dfrac { 1 } { x ( x + h ) }

Ejercicio\PageIndex{9}

  1. Explicar por qué el dominio de una suma de funciones racionales es el mismo que el dominio de la diferencia de esas funciones.
  2. En esta sección se han presentado dos métodos para simplificar expresiones racionales complejas. ¿Cuál de los dos métodos sientes que es más eficiente y por qué?
Contestar

1. La respuesta puede variar

Notas al pie

32 Expresión racional que contiene una o más expresiones racionales en el numerador o denominador o en ambos.


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