CAPÍTULO 3 ECUACIONES E INECUACIONES www.mathspace.jimdo.com mathspace.jimdo@gmail.com 3.1. ECUACIONES Una ecuación es una igualdad donde por lo menos hay un número desconocido, llamado incógnita o variable, y que se cumple para determinado valor numérico de dicha incógnita. Resolver la ecuación consiste en encontrar un valor (o varios) que, al sustituirlo por la incógnita, haga que sea cierta la igualdad. Ese valor es la solución de la ecuación. Nota: No olvide verificar dichas soluciones. 3.1.1. ECUACIONES EN UNA VARIABLE 3.1.1.1. Ecuaciones algebraicas -Ecuaciones Lineales Se denominan ecuaciones lineales o de primer grado a las igualdades algebraicas con incógnitas cuyo exponente es 1 (elevadas a uno, que no se escribe). ax + b = 0 Como procedimiento general para resolver ecuaciones enteras de primer grado se deben seguir los siguientes pasos: 1. Se reducen los términos semejantes, cuando es posible.. Se hace la transposición de términos, los que contengan la incógnita se ubican en el lado izquierdo, y los que carezcan de ella en el derecho. 3. Se despeja la incógnita y se simplifica. Ejemplo 1: 5(x 3) (x 1) = (x + 3) 10 5x 15 x + 1 = x + 3 10 (Propiedad distributiva) www.mathspace.jimdo.com 1
5x x x = 3 10 + 15 1 3x = 7 (Agrupando términos semejantes) x = 7 3 - Ecuaciones cuadráticas Si en la ecuación la incógnita está elevada al cuadrado, decimos que es una ecuación cuadráticas (llamadas también de segundo grado), que se caracterizan porque pueden tener a lo más dos soluciones (aunque también una sola, e incluso ninguna). Cualquier ecuación de segundo grado o cuadrática se puede expresar de la siguiente forma: ax + bx + c = 0 Donde a, b y c son unos parámetros que habrá que sustituir por los números reales que corresponda en cada caso particular. Este tipo de ecuación puede presentarse de diferentes formas: Ejemplo :.1. 9x + 6x + 10 = 0 a = 9, b = 6, c = 10.. 3x 9x = 0 a = 3, b = 9, c = 0 (el cero, la c, no se escribe, no está).3. 6x + 10 = 0 a = 6, b = 0, c = 10 (el cero equis, la b, no se escribe) Para resolver la ecuación cuadrática de la forma ax + bx + c = 0 (o cualquiera de las formas mostradas), puede usarse cualquiera de los tres métodos siguientes: a. Solución por factorización En toda ecuación cuadrática uno de sus miembros es un polinomio de segundo grado y el otro es cero; entonces, cuando el polinomio de segundo grado pueda factorizarse, tenemos que convertirlo en un producto de binomios. Obtenido el producto de binomios, debemos buscar el valor de x de cada uno. Para hacerlo igualamos a cero cada factor y se despeja para la variable. (Igualamos a cero ya que sabemos que si un producto es igual a cero, uno de sus multiplicandos, o ambos, es igual a cero). Ejemplo 3: (x + 3)(x 1) = 9 Lo primero es igualar la ecuación a cero. Para hacerlo, multiplicamos los binomios: x + 5x 3 = 9 www.mathspace.jimdo.com
Ahora, pasamos el 9, con signo contrario, al lado izquierdo para igualar a cero: x + 5x 1 = 0 Ahora podemos factorizar esta ecuación: (x 3)(x + ) = 0 Ahora podemos igualar a cero cada término del producto para resolver las incógnitas: Si x 3 = 0 Si x = 3 x + = 0 x = 3/ x = b. Solución completando cuadrados Se llama método de completación de cuadrados porque en la ecuación cuadrática se pueden realizar operaciones algebraicas que transforman a una ecuación del tipo: (ax + b) = n en la cual el primer miembro de la ecuación (ax + b), es el cuadrado de la suma de un binomio. Ejemplo : La ecuación x + 8x = 8, que también puede escribirse x + 8x 8 = 0 Al primer miembro de la ecuación (x + 8x) le falta un término para completar el cuadrado de la suma de un binomio del tipo (ax + b) que es lo mismo que (ax + b) (ax + b), que es lo mismo que ax + axb + b En nuestro ejemplo x + 8x = 8, el 8 representa al doble del segundo número del binomio, por lo tanto, ese número debe ser forzosamente 8 dividido por (8/), que es igual a, y como en el cuadrado de la suma de un binomio ( a + ab + b ) el tercer término corresponde al cuadrado del segundo término ( = 16) amplificamos ambos miembros de la ecuación por 16, así tenemos x + 8x + ( 8 ) = 8 + ( 8 ) x + 8x + 16 = 8 + 16 x + 8x + 16 = 6 La cual, factorizando, podemos escribir como sigue: (Recuerde: Dos números que multiplicados den 16 y que sumados den como resultado 8) (x + ) (x + ) = 6 Que es igual a www.mathspace.jimdo.com 3
(x + ) = 6 Extraemos raíz cuadrada de ambos miembros y tenemos: (x + ) = 6 Nos queda x + = 8 Entonces x = 8 x = Se dice que "se completó un cuadrado" porque para el primer miembro de la ecuación se logró obtener la expresión (x + ), que es el cuadrado perfecto de un binomio. c. Solución por fórmula general Existe una fórmula que permite resolver cualquier ecuación de segundo grado, que es la siguiente: x 1, = b ± b ac a La fórmula genera dos respuestas: Una con el signo más (+) y otra con el signo menos ( ) antes de la raíz. Solucionar una ecuación de segundo grado se limita, entonces, a identificar las letras a, b y c y sustituir sus valores en la fórmula. La fórmula general para resolver una ecuación de segundo grado sirve para resolver cualquier ecuación de segundo grado, sea completa o incompleta. Ejemplo 5: Resolver la ecuación x + 3x 5 = 0 Vemos claramente que a =, b = 3 y c = 5, así es que: x 1, = 3 ± (3) ()( 5) () = 3 ± 7 Ahora, tenemos que obtener las dos soluciones, con el (+) y con el ( ) : x 1 = 3+7 = 1 y x = 3 7 = 5 www.mathspace.jimdo.com
Aquí debemos anotar algo muy importante: En la fórmula para resolver las ecuaciones de segundo grado aparece la expresión b ac. Esa raíz cuadrada sólo existirá cuando el radicando (b ac) sea positivo o cero. El radicando b ac se denomina discriminante y se simboliza por Δ (Delta). El número de soluciones (llamadas también raíces) depende del signo de Δ y se puede determinar incluso antes de resolver la ecuación. Δ = b ac Entonces, estudiando el signo del discriminante (una vez resuelto), podemos saber el número de soluciones que posee: Si Δ es positivo, la ecuación tiene dos soluciones reales. Si Δ es negativo, la ecuación no tiene solución real. Si Δ es cero, la ecuación tiene una única solución real. En el ejemplo anterior el discriminante era Δ = 9, positivo, por eso la ecuación tenía dos soluciones. -Ecuaciones racionales Las ecuaciones racionales son ecuaciones de la forma: Donde P( x ) y Q( x ) son polinomios. Q( x ) 0 P(x) Q(x) = 0 Para resolver ecuaciones racionales se pasan todos los términos de un lado, y que del otro quede 0 ("igualar a cero"). Luego se busca denominador común, se transforman los numeradores como en la suma de fracciones, y se puede cancelar el denominador común. Ejemplo 6: x 3 8 x 1 x 00 0 0 x 1 x 00 0 x 9 0 x 9 ( x 9 ) x 1 1 1 00 x 1 9 x x 16 x x 5 5 x 5 Existen soluciones reales: x 1 = 5, x = -5, x 3 =, x = - Note que: x 1x + 00 Se puede escribir como: (x ) 1x + 00 Por tal razón, se usa la fórmula general para resolver ecuaciones cuadráticas. www.mathspace.jimdo.com 5
Ejemplo 7: 3 x x + 3 = x 3 x x x = x3 {Operando la expresión de la izquierda} x = x 3 x 3 + x = 0 con x 0 {Simplificando} {Igualando a cero} x(x + 1) = 0 con x 0 {Factorizando x} La ecuación x(x + 1) = 0 tiene una solución real y dos complejas: (Recuerde: 1 = ±i) x 0 x ; 1 x i como debe cumplirse x 0, la ecuación dada tiene dos soluciones complejas, x 1 = i, x = -i, y no tiene soluciones reales. -Ecuaciones con radicales Una ecuación radical es una ecuación en la cual la variable aparece dentro del signo radical. Observa por ejemplo las siguientes ecuaciones: x 9; x 5 3. Para resolver ecuaciones con radicales usamos la propiedad que está a continuación, la cual nos permite elevar al cuadrado ambos lados de la ecuación. Propiedad: Para cualquier número a y b, si a = b entonces, a = b. Esto es, si dos cantidades son iguales, entonces, el cuadrado de estas cantidades son iguales. Para resolver ecuaciones con radicales debemos: 1. Reescribir la ecuación de manera que la expresión radical esté a un lado de la ecuación.. Elevar al cuadrado ambos lados de la ecuación. 3. Resolver la ecuación para la variable. www.mathspace.jimdo.com 6
Nota: Para resolver ecuaciones con radicales que contienen raíces más elevadas, se debe elevar ambos lados de la ecuación al exponente correspondiente. Por ejemplo, para resolver ecuaciones con radicales que contienen una raíz cúbica se debe elevar ambos lados de la ecuación al exponente tres. Ejemplo 8: x 13 + x 13 = 0 x 13 = 13 x x 13 = (13 x) x 13 = 169 6x + x 6x = 13 + 169 x = 7 {Elevando al cuadrado} {Desarrollando el binomio al cuadrado} Ejemplo 9: 3x 1 x 1 1 3x + 1 = 1 + x 1 3x + 1 = (1 + x 1) {Elevando al cuadrado} 3x + 1 = 1 + x 1 + (x 1) {Desarrollando el binomio al cuadrado} 3x x + 1 = x 1 x + 1 (x+1) = x 1 = ( x 1) {Elevando al cuadrado} x + x + 1 = 8x x 6x + 5 = 0 x = 1 y x = 5 son soluciones de la ecuación dada. -Ecuaciones con valor absoluto El valor absoluto se define como la distancia que hay entre un número y su origen. En general, para resolver una ecuación con valor absoluto debemos buscar aquellos valores que satisfagan la expresión x = k utilizando la siguiente información: x = k es equivalente a: x = k ó x = k. www.mathspace.jimdo.com 7
Ejemplo 10: Encuentre la solución para x 3 = x + 5. Se deben resolver los siguientes casos: Caso 1: Caso : x 3 = x + 5 x x = 5 + 3 x = 8 x 3 = (x + 5) x 3 = x 5 x + x = 5 + 3 3x = x = 3 Ejemplo 11: Encuentre la solución para 3 6x + 1 = 6. 5 6x + 1 = 6 5 3 {Pasando 3 al otro lado} 5 6x + 1 = 10 El resultado de un valor absoluto no puede ser negativo. Por lo tanto, la ecuación no tiene solución. www.mathspace.jimdo.com 8