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8.3: Completando la Plaza

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    En Introducción a la notación radical, mostramos cómo resolver ecuaciones tales como\(x^2 = 9\) tanto algebraica como gráficamente.

    \[\begin{aligned} x^{2} &=9 \\ x &=\pm 3 \end{aligned} \nonumber \]

    higo 8.3.1.png
    Figura\(\PageIndex{1}\)

    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.

    \[\begin{aligned} x^{2} &=8 \\ x &=\pm \sqrt{8} \\ x &=\pm \sqrt{4} \sqrt{2} \\ x &=\pm 2 \sqrt{2} \end{aligned} \nonumber \]

    higo 8.3.2.png
    Figura\(\PageIndex{2}\)

    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\(\PageIndex{3}\)).

    higo 8.3.3.png
    Figura\(\PageIndex{3}\): Comprobación\(-4-2 \sqrt{5}\) y\(-4+2 \sqrt{5}\) en la ecuación\((x+4)^2 = 20\).

    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:

    1. \(x^{2}-12 x+36\)
    2. \(x^{2}+10 x+25\)
    3. \(x^{2}-34 x+289\)

    Solución

    Siempre que el primer y último término de un trinomio sean cuadrados perfectos, debemos sospechar que tenemos un trinomio cuadrado perfecto.

    1. 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.
    2. 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.
    3. 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:

    1. Tome la mitad del coecient de\(x : \dfrac{b}{2}\)
    2. Cuadrando el resultado del paso uno:\(\left(\dfrac{b}{2}\right)^{2}=\dfrac{b^{2}}{4}\)
    3. 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\(b = 12\).

    1. Tome la mitad de\(12: 6\)
    2. Cuadrando el resultado del paso uno:\(6^2 = 36\)
    3. 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\(b =−3\).

    1. Tome la mitad de\(-3 : -\dfrac{3}{2}\)
    2. Cuadrando el resultado del paso uno:\(\left(-\dfrac{3}{2}\right)^{2}=\dfrac{9}{4}\)
    3. 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\(\PageIndex{4}\)).

    higo 8.3.4.png
    Figura\(\PageIndex{4}\): Comprobación\(1-\sqrt{3}\) y\(1+\sqrt{3}\) en la ecuación\(x^2 =2x + 2\).

    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\(\PageIndex{5}\).

    higo 8.3.5.png
    Figura\(\PageIndex{5}\): Dibujando la gráfica de\(y = x^2 −8x−12\).

    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\(\PageIndex{6}\).

    higo 8.3.6.png
    Figura\(\PageIndex{6}\): Cálculo de los ceros de\(y = x^2 −8x−12\).

    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\(\PageIndex{7}\)).
    higo 8.3.7.png
    Figura\(\PageIndex{7}\): Reportando tu solución gráfica en tu tarea.

    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!

    higo 8.3.8.png
    Figura\(\PageIndex{8}\): Aproximación de soluciones exactas\(x=4-2 \sqrt{7}\) y\(x=4+2 \sqrt{7}\).

    Ejercicio\(\PageIndex{8}\)

    Resuelve la ecuación\(x^2 +6x + 3 = 0\) tanto algebraica como gráficamente, luego compara tus respuestas.

    Contestar

    \(-3-\sqrt{6},-3+\sqrt{6}\)

    Ejercicio 8.3.8.png


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