8.3: Completando la Plaza
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\[\begin{aligned} x^{2} &=9 \\ x &=\pm 3 \end{aligned} \nonumber \]
Tenga en cuenta que cuando tomamos la raíz cuadrada de ambos lados de esta ecuación, hay dos respuestas, una negativa y otra positiva.
Un cuadrado perfecto es bonito, pero no requerido. De hecho, es posible que incluso tengamos que factorizar un cuadrado perfecto para poner nuestra respuesta final en forma simple.
\[\begin{aligned} x^{2} &=8 \\ x &=\pm \sqrt{8} \\ x &=\pm \sqrt{4} \sqrt{2} \\ x &=\pm 2 \sqrt{2} \end{aligned} \nonumber \]
Los lectores deben usar sus calculadoras para verificar eso\(-2 \sqrt{2} \approx -2.8284\) y\(2 \sqrt{2} \approx 2.8284\).
Ahora, vamos a extender esta técnica de solución a una clase más amplia de ecuaciones.
Ejemplo\(\PageIndex{1}\)
Resolver para\(x : (x-4)^{2}=9\)
Solución
Al igual que las soluciones de\(x^2 = 9\) son\(x = ±3\), utilizamos un enfoque similar\((x−4)^2 = 9\) para obtener:
\[\begin{array}{rlrl}{(x-4)^{2}} & {=9} & {} & \color {Red} {\text { Original equation. }} \\ {x-4} & {=\pm 3} & {} & \color {Red} {\text { There are two square roots. }}\end{array} \nonumber \]
Para completar la solución, agregue\(4\) a ambos lados de la ecuación.
\[x=4 \pm 3 \quad \color {Red} \text { Add } 3 \text { to both sides. } \nonumber \]
Tenga en cuenta que esto significa que hay dos respuestas, a saber:
\[\begin{array}{l}{x=4-3} \\ {x=1}\end{array} \nonumber \]
o
\[\begin{array}{l}{x=4+3} \\ {x=7}\end{array} \nonumber \]
Comprobar: Verifique cada solución sustituyéndola en la ecuación original.
Sustituto\(1\) de\(x\):
\[\begin{aligned}(x-4)^{2} &=9 \\(1-4)^{2} &=9 \\(-3)^{2} &=9 \end{aligned} \nonumber \]
Sustituto\(7\) de\(x\):
\[\begin{aligned}(x-4)^{2} &=9 \\(7-4)^{2} &=9 \\(3)^{2} &=9 \end{aligned} \nonumber \]
Debido a que la última declaración en cada cheque es una declaración verdadera, ambas\(x = 1\) y\(x = 7\) son soluciones válidas de\((x−4)^2 = 9\).
Ejercicio\(\PageIndex{1}\)
Resolver para\(x :(x+6)^{2}=10\)
- Contestar
-
\(-2\),\(-10\)
En Ejemplo\(\PageIndex{1}\), el lado derecho de la ecuación\((x−4)^2 = 9\) era un cuadrado perfecto. Sin embargo, esto no es obligatorio, como mostrará el siguiente ejemplo.
Ejemplo\(\PageIndex{2}\)
Resolver para\(x :(x+5)^{2}=7\)
Solución
Usando la misma técnica que en Ejemplo\(\PageIndex{1}\), obtenemos:
\[\begin{array}{rlrl}{(x+5)^{2}} & {=7} & {} & \color {Red} {\text { Original equation. }} \\ {x+5} & {=\pm \sqrt{7}} & {} & \color {Red} {\text { There are two square roots. }}\end{array} \nonumber \]
Para completar la solución, restar 5 de ambos lados de la ecuación.
\[x=-5 \pm \sqrt{7} \quad \color {Red} \text { Subtract } 5 \text { from both sides.} \nonumber \]
Tenga en cuenta que esto significa que hay dos respuestas, a saber:
\[x=-5-\sqrt{7} \quad \text { or } \quad x=-5+\sqrt{7} \nonumber \]
Comprobar: Verifique cada solución sustituyéndola en la ecuación original.
Sustituto\(-5-\sqrt{7}\) de\(x\):
\[\begin{aligned}(x+5)^{2} &=7 \\((-5-\sqrt{7})+5)^{2} &=7 \\(-\sqrt{7})^{2} &=7 \end{aligned} \nonumber \]
Sustituto\(-5+\sqrt{7}\) de\(x\):
\[\begin{aligned}(x+5)^{2} &=7 \\((-5+\sqrt{7})+5)^{2} &=7 \\(\sqrt{7})^{2} &=7 \end{aligned} \nonumber \]
Debido a que la última declaración en cada cheque es una declaración verdadera, ambas\(x=-5-\sqrt{7}\) y\(x=-5+\sqrt{7}\) son soluciones válidas de\((x+5)^{2}=7\).
Ejercicio\(\PageIndex{2}\)
Resolver para\(x :(x-4)^{2}=5\)
- Contestar
-
\(4+\sqrt{5}, 4-\sqrt{5}\)
A veces tendrás que factorizar un cuadrado perfecto para poner tu respuesta en forma sencilla.
Ejemplo\(\PageIndex{3}\)
Resolver para\(x :(x+4)^{2}=20\)
Solución
Usando la misma técnica que en Ejemplo\(\PageIndex{1}\), obtenemos:
\[\begin{array}{rlrl}{(x+4)^{2}} & {=20} & {} & \color {Red} {\text { Original equation. }} \\ {x+4} & {=\pm \sqrt{20}} & {} & \color {Red} {\text { There are two square roots. }} \\ {x+4} & {=\pm \sqrt{4} \sqrt{5}} & {} & \color {Red} {\text { Factor out a perfect square. }} \\ {x+4} & {=\pm 2 \sqrt{5}} & {} & \color {Red} {\text { Simplify: } \sqrt{4}=2}\end{array} \nonumber \]
Para completar la solución, restar\(4\) de ambos lados de la ecuación.
\[x=-4 \pm 2 \sqrt{5} \quad \color {Red} \text { Subtract } 4 \text { from both sides. } \nonumber \]
Tenga en cuenta que esto significa que hay dos respuestas, a saber:
\[x=-4-2 \sqrt{5} \quad \text { or } \quad x=-4+2 \sqrt{5} \nonumber \]
Consulta: Aunque es posible verificar las respuestas exactas, usemos nuestra calculadora en su lugar. Primero, almacene\(-4-2 \sqrt{5}\) en\(\mathbf{X}\). A continuación, ingrese el lado izquierdo de la ecuación\((x + 4)^2 = 20\) (vea la imagen a la izquierda en la Figura\(\PageIndex{3}\)). Tenga en cuenta que (x+4) 2 simplifica a 20, mostrando que\(-4-2 \sqrt{5}\) es una solución de\((x+4)^2 = 20\).
De manera similar, la solución\(-4+2 \sqrt{5}\) también se registra\((x + 4)^2 = 20\) (ver imagen a la derecha en la Figura\(\PageIndex{3}\)).
Ejercicio\(\PageIndex{3}\)
Resolver para\(x :(x+7)^{2}=18\)
- Contestar
-
\(-7+3 \sqrt{2},-7-3 \sqrt{2}\)
Trinomios cuadrados perfectos revisitados
Recordemos la cuadratura de un atajo binomial.
Al cuadrado de un binomio
Si\(a\) y\(b\) son números reales, entonces: Es\[(a±b)^2 = a^2 ±2ab + b^2 \nonumber \] decir, cuadras el primer término, tomas el producto del primer y segundo términos y duplica el resultado, luego cuadras el tercer término.
Ejemplos de recordatorio:
\[\begin{aligned}(x+3)^{2} &=x^{2}+2(x)(3)+3^{2} \\ &=x^{2}+6 x+9 \end{aligned} \nonumber \]
\[\begin{aligned}(x-8)^{2} &=x^{2}-2(x)(8)+8^{2} \\ &=x^{2}-16 x+64 \end{aligned} \nonumber \]
Debido a que la factorización es “no multiplicar”, es una cuestión sencilla revertir el proceso de multiplicación y factorizar estos trinomios cuadrados perfectos.
\[x^{2}+6 x+9=(x+3)^{2} \nonumber \]
\[x^{2}-16 x+64=(x-8)^{2} \nonumber \]
Observe cómo en cada caso simplemente tomamos la raíz cuadrada del primer y último término.
Ejemplo\(\PageIndex{4}\)
Factorial cada uno de los siguientes trinomios:
- \(x^{2}-12 x+36\)
- \(x^{2}+10 x+25\)
- \(x^{2}-34 x+289\)
Solución
Siempre que el primer y último término de un trinomio sean cuadrados perfectos, debemos sospechar que tenemos un trinomio cuadrado perfecto.
- El primer y tercer término de\(x^{2}-12 x+36\) son cuadrados perfectos. De ahí que tomemos sus raíces cuadradas e intentemos:\[x^{2}-12 x+36=(x-6)^{2} \nonumber \] Tenga en cuenta eso\(2(x)(6)=12 x\), que es el término medio a la izquierda. La solución comprueba.
- El primer y tercer término de\(x^{2}+10 x+25\) son cuadrados perfectos. De ahí que tomemos sus raíces cuadradas e intentemos:\[x^{2}+10 x+25=(x+5)^{2} \nonumber \] Tenga en cuenta eso\(2(x)(5)=10 x\), que es el término medio a la izquierda. La solución comprueba.
- El primer y tercer término de\(x^{2}-34 x+289\) son cuadrados perfectos. De ahí que tomemos sus raíces cuadradas e intentemos:\[x^{2}-34 x+289=(x-17)^{2} \nonumber \] Tenga en cuenta eso\(2(x)(17)=34 x\), que es el término medio a la izquierda. La solución comprueba.
Ejercicio\(\PageIndex{4}\)
Factor:\(x^2 + 30x + 225\)
- Contestar
-
\((x+15)^{2}\)
Completando la Plaza
En esta sección comenzamos con el binomio\(x^2 +bx\) y hacemos la pregunta “¿A qué valor constante debemos sumar para\(x^2 + bx\) que el trinomio resultante sea un trinomio cuadrado perfecto?” La respuesta está en este procedimiento.
Completando la plaza
Para calcular la constante requerida para hacer\(x^2 +bx\) un trinomio cuadrado perfecto:
- Tome la mitad del coecient de\(x : \dfrac{b}{2}\)
- Cuadrando el resultado del paso uno:\(\left(\dfrac{b}{2}\right)^{2}=\dfrac{b^{2}}{4}\)
- Agregue el resultado del paso dos a\(x^{2}+b x : x^{2}+b x+\dfrac{b^{2}}{4}\)
Si sigues este proceso, el resultado será un trinomio cuadrado perfecto que se factorizará de la siguiente manera:
\[x^{2}+b x+\dfrac{b^{2}}{4}=\left(x+\dfrac{b}{2}\right)^{2} \nonumber \]
Ejemplo\(\PageIndex{5}\)
Dado\(x^2 + 12 x\), completar el cuadrado para crear un trinomio cuadrado perfecto.
Solución
\(x^2 + 12x\)Compárelo\(x^2 + bx\) y fíjelo\(b = 12\).
- Tome la mitad de\(12: 6\)
- Cuadrando el resultado del paso uno:\(6^2 = 36\)
- Agregue el resultado del paso dos a\(x^2 + 12x: x^2 + 12x + 36\)
Comprobar: Tenga en cuenta que el primer y último término de\(x^2 +12x+36\) son cuadrados perfectos. Tomar las raíces cuadradas del primer y último término y factorizar de la siguiente manera:
\[x^{2}+12 x+36=(x+6)^{2} \nonumber \]
Tenga en cuenta que\(2(x)(6) = 12x\), por lo que los cheques de mediano plazo.
Ejercicio\(\PageIndex{5}\)
Dado\(x^2 + 16x\), completar el cuadrado para crear un trinomio cuadrado perfecto.
- Contestar
-
\(x^{2}+16 x+64=(x+8)^{2}\)
Ejemplo\(\PageIndex{6}\)
Dado\(x^2−3x\), completar el cuadrado para crear un trinomio cuadrado perfecto.
Solución
\(x^2 −3x\)Compárelo\(x^2 + bx\) y fíjelo\(b =−3\).
- Tome la mitad de\(-3 : -\dfrac{3}{2}\)
- Cuadrando el resultado del paso uno:\(\left(-\dfrac{3}{2}\right)^{2}=\dfrac{9}{4}\)
- Agregue el resultado del paso dos a\(x^{2}-3 x : x^{2}-3 x+\dfrac{9}{4}\)
Comprobar: Tenga en cuenta que el primer y último término de\(x^{2}-3 x+\dfrac {9}{4}\) son cuadrados perfectos. Tomar las raíces cuadradas del primer y último término y factorizar de la siguiente manera:
\[x^{2}-3 x+\dfrac{9}{4}=\left(x-\dfrac{3}{2}\right)^{2} \nonumber \]
Tenga en cuenta que\(2(x)\left (\dfrac {3}{2} \right)=3 x\), por lo que los cheques de mediano plazo.
Ejercicio\(\PageIndex{6}\)
Dado\(x^2 −5x\), completar el cuadrado para crear un trinomio cuadrado perfecto.
- Contestar
-
\(x^{2}-5 x+\dfrac {10}{4}=\left(x-\dfrac {5}{2} \right)^{2}\)
Resolver ecuaciones completando el cuadrado
Considera la siguiente ecuación no lineal.
\[x^2 =2x +2 \nonumber \]
El enfoque estándar es hacer un lado cero y factor. \[x^2 −2x−2=0 \nonumber \]Sin embargo, uno rápidamente se da cuenta de que no hay un par entero cuyo producto es\(ac = −2\) y cuya suma es\(b = −2\). Entonces, ¿qué hace uno en esta situación? La respuesta es “Completa el cuadrado”.
Ejemplo\(\PageIndex{7}\)
Usa completar el cuadrado para ayudar a resolver\(x^2 =2x + 2\).
Solución
Primero, muévase\(2x\) hacia el lado izquierdo de la ecuación, manteniendo la constante\(2\) en el lado derecho de la ecuación. \[x^2 −2x =2 \nonumber \]A la izquierda, tomar la mitad del coecient de\(x: \left (\dfrac{1}{2} \right)(-2)=-1\). Cuadrando el resultado:\((-1)^{2}=1\). Agrega este resultado a ambos lados de la ecuación.
\[\begin{array}{l}{x^{2}-2 x+1=2+1} \\ {x^{2}-2 x+1=3}\end{array} \nonumber \]
Ahora podemos factorizar el lado izquierdo como un trinomio cuadrado perfecto.
\[(x-1)^{2}=3 \nonumber \]
Ahora, como en Ejemplos\(\PageIndex{1}\),\(\PageIndex{2}\), y\(\PageIndex{3}\), podemos tomar la raíz cuadrada de ambos lados de la ecuación. Recuerden, hay dos raíces cuadradas.
\[x-1=\pm \sqrt{3} \nonumber \]
Por último,\(1\) sumar a ambos lados de la ecuación.
\[x=1 \pm \sqrt{3} \nonumber \]
Así, la ecuación\(x^2 =2x+ 2\) tiene dos respuestas,\(x=1-\sqrt{3}\) y\(x=1+\sqrt{3}\).
Consulta: Vamos a usar la calculadora para verificar las soluciones. Primero, almacene\(1-\sqrt{3}\) en\(\mathbf{X}\) (vea la imagen de la izquierda en la Figura\(\PageIndex{4}\)). Luego ingrese los lados izquierdo y derecho de la ecuación\(x^2 =2 x + 2\) y compare los resultados (vea la imagen a la izquierda en la Figura\(\PageIndex{4}\)). De manera similar, comprueba la segunda respuesta\(1+\sqrt{3}\) (ver la imagen de la derecha en la Figura\(\PageIndex{4}\)).
En ambos casos, tenga en cuenta que los lados izquierdo y derecho de\(x^2 =2x+2\) producen el mismo resultado. De ahí que ambos\(1-\sqrt{3}\) y\(1+\sqrt{3}\) sean soluciones válidas de\(x^2 =2x+2\).
Ejercicio\(\PageIndex{7}\)
Usa completar el cuadrado para ayudar a resolver\(x^2 =3−6x\).
- Contestar
-
\(-3+2 \sqrt{3},-3-2 \sqrt{3}\)
Ejemplo\(\PageIndex{8}\)
Resolver la ecuación\(x^2 −8x−12 = 0\), tanto algebraica como gráficamente. Compara tu respuesta de cada método.
Solución
Primero, mueve la constante\(12\) hacia el lado derecho de la ecuación.
\[\begin{aligned} x^{2}-8 x-12=0 & \quad \color {Red} \text { Original equation. } \\ x^{2}-8 x=12 & \quad \color {Red} \text { Add } 12 \text { to both sides. } \end{aligned} \nonumber \]
Toma la mitad del coecient de\(x :(1 / 2)(-8)=-4\). Cuadrado:\((-4)^{2}=16\). Ahora agregue\(16\) a ambos lados de la ecuación.
\[\begin{aligned} x^{2}-8 x+16 & =12+16 \quad \color {Red} \text { Add } 16 \text { to both sides. } \\ (x-4)^{2} & =28 \quad \color {Red} \text { Factor left-hand side. } \\ x-4 &=\pm \sqrt{28} \quad \color {Red} \text { There are two square roots. }\end{aligned} \nonumber \]
Tenga en cuenta que la respuesta no está en forma simple radical.
\[\begin{array}{rlrl}{x-4} & {=\pm \sqrt{4} \sqrt{7}} & {} & \color {Red} {\text { Factor out a perfect square. }} \\ {x-4} & {=\pm 2 \sqrt{7}} & {} & \color {Red} {\text { Simplify: } \sqrt{4}=2} \\ {x} & {=4 \pm 2 \sqrt{7}} & {} & \color {Red} {\text { Add } 4 \text { to both sides. }}\end{array} \nonumber \]
Solución gráfica: Ingrese la ecuación\(y = x^2 − 8x − 12\) en\(\mathbf{Y1}\) el menú Y= (vea la primera imagen en la Figura\(\PageIndex{5}\)). Después de alguna experimentación, nos fijamos en los parámetros VENTANA mostrados en la imagen media de la Figura\(\PageIndex{5}\). Una vez que haya ingresado estos parámetros WINDOW, presione el botón GRAPAR para producir la imagen más a la derecha en la Figura\(\PageIndex{5}\).
Estamos buscando soluciones de\(x^2 −8x−12 = 0\), por lo que necesitamos ubicar donde la gráfica de\(y = x^2 −8x−12\) intercepta el\(x\) eje -eje. Es decir, tenemos que encontrar los ceros de\(y = x^2 −8x−12\). Seleccione 2:cero en el menú CALC, mueva el cursor ligeramente hacia la izquierda de la primera\(x\) intercepción y presione ENTRAR en respuesta a “Límite izquierdo”. Mueva el cursor ligeramente a la derecha de la primera\(x\) intercepción y presione ENTRAR en respuesta a “Límite a la derecha”. Deje el cursor donde se sienta y presione ENTRAR en respuesta a “Guess”. La calculadora responde determinando la\(x\) coordenada de la\(x\) -intercepción, como se muestra en la primera imagen de la Figura\(\PageIndex{6}\).
Repita el proceso para encontrar la segunda\(x\) -intercepción de que\(y = x^2−8x−12\) se muestra en la segunda imagen de la Figura\(\PageIndex{6}\).
Reportando la solución en tu tarea: Duplica la imagen en la ventana de visualización de tu calculadora en tu página de tareas. Usa una regla para dibujar todas las líneas, pero a mano alzada cualquier curva.
- Etiquete los ejes horizontal y vertical con\(x\) y\(y\), respectivamente (ver Figura\(\PageIndex{7}\)).
- Coloca tus parámetros WINDOW al final de cada eje (ver Figura\(\PageIndex{7}\)).
- Etiquete la gráfica con su ecuación (ver Figura\(\PageIndex{7}\)).
- Deja caer líneas verticales discontinuas a través\(x\) de cada intercepción. Sombra y etiquete los\(x\) valores -de los puntos donde la línea vertical discontinua cruza el\(x\) eje -eje. Estas son las soluciones de la ecuación\(x^2−8x−12 = 0\) (ver Figura\(\PageIndex{7}\)).
Así, la calculadora gráfica informa que las soluciones de\(x^2 −8x−12 = 0\) son\(x \approx-1.291503\) y\(x \approx 9.2915026\).
Comparando aproximaciones exactas y calculadoras: ¿Qué tan bien se comparan las soluciones de calculadora gráfica con las soluciones exactas\(x=4-2 \sqrt{7}\) y\(x=4+2 \sqrt{7}\)? Después de ingresar cada uno en la calculadora (ver Figura\(\PageIndex{8}\)), ¡la comparación es excelente!
Ejercicio\(\PageIndex{8}\)
Resuelve la ecuación\(x^2 +6x + 3 = 0\) tanto algebraica como gráficamente, luego compara tus respuestas.
- Contestar
-
\(-3-\sqrt{6},-3+\sqrt{6}\)