Matemáticas 9.º

Fracciones algebraicas

50 min · DBA 2

Lo que vas a aprender
  • Determinar los valores que anulan el denominador de una fracción algebraica.
  • Simplificar fracciones algebraicas factorizando el numerador y el denominador.
  • Multiplicar y dividir fracciones algebraicas sencillas y simplificar el resultado.
  • Sumar y restar fracciones algebraicas con denominadores iguales o distintos.

Para qué

¿Para qué sirve esto?

Si un grupo de amigos reparte por partes iguales el costo de una salida, a cada uno le toca el costo total dividido entre el número de personas. Si ese número todavía no se conoce, la cuenta queda como una fracción con una letra en el denominador. Fracciones así aparecen al calcular velocidades, rendimientos de un trabajo en equipo, promedios y escalas.

Las fracciones algebraicas se manejan con las mismas reglas que las fracciones de números: se simplifican, se multiplican, se dividen y se suman. La diferencia es que, para simplificarlas, primero hay que factorizar. Por eso esta lección cierra la unidad: aquí se usan todos los casos de factorización que ya aprendiste.

Antes de empezar necesitas recordar cómo se simplifican, multiplican y suman las fracciones numéricas, y los casos de factorización de las lecciones anteriores.

Explicación

Qué es una fracción algebraica

Una fracción algebraica es un cociente de dos polinomios, como

$$\frac{x + 5}{x - 2} \qquad \text{o} \qquad \frac{3}{x^2 - 9}.$$

Como no se puede dividir entre cero, una fracción algebraica no está definida para los valores de la letra que hacen cero el denominador. Esos son los valores excluidos. Para encontrarlos, iguala el denominador a cero y resuelve. En $\dfrac{x + 5}{x - 2}$ el único valor excluido es $x = 2$. En $\dfrac{3}{x^2 - 9}$, el denominador se factoriza como $(x + 3)(x - 3)$, y un producto vale cero cuando alguno de sus factores vale cero: se excluyen $x = 3$ y $x = -3$.

Los valores excluidos se buscan en la fracción original, antes de simplificar, porque al simplificar puede desaparecer un factor del denominador, pero la restricción sigue ahí.

Simplificar: cancelar factores, nunca términos

Con números, $\dfrac{12}{18}$ se simplifica dividiendo numerador y denominador entre su factor común 6, y queda $\dfrac{2}{3}$. Con fracciones algebraicas se hace lo mismo, pero para ver los factores comunes primero hay que factorizar el numerador y el denominador:

  1. Factoriza por completo el numerador y el denominador.
  2. Anota los valores excluidos.
  3. Cancela los factores que aparecen arriba y abajo.

La regla más importante de la lección es que solo se cancelan factores, es decir, expresiones que están multiplicando a todo el numerador y a todo el denominador. Un término que está sumando no se puede cancelar. En $\dfrac{x + 4}{x + 2}$ no hay ningún factor común: tachar las $x$ y escribir $\dfrac{4}{2} = 2$ es un error. Pruébalo con $x = 2$: la fracción vale $\dfrac{6}{4}$, que no es 2.

Multiplicar y dividir

Se multiplica como con los números: numerador por numerador y denominador por denominador.

$$\frac{A}{B}\cdot\frac{C}{D} = \frac{A\cdot C}{B\cdot D}$$

La recomendación práctica es factorizar antes de multiplicar: así los factores comunes se ven de inmediato y se cancelan sin tener que desarrollar productos grandes.

Para dividir, se multiplica por la fracción invertida (el recíproco del divisor):

$$\frac{A}{B} \div \frac{C}{D} = \frac{A}{B}\cdot\frac{D}{C}$$

Al dividir aparece una restricción más: tampoco puede valer cero el numerador del divisor, porque pasa a ser denominador.

Sumar y restar

Si las fracciones tienen el mismo denominador, se suman o restan los numeradores y se deja el denominador:

$$\frac{2x}{x - 3} + \frac{5}{x - 3} = \frac{2x + 5}{x - 3}$$

Si los denominadores son distintos, se busca un denominador común, igual que con $\tfrac{1}{4} + \tfrac{1}{6}$. Con polinomios, el denominador común más sencillo es el producto de los factores distintos de los denominadores, cada uno con el mayor exponente con que aparece: para $\tfrac{1}{x} + \tfrac{1}{x^2}$ es $x^2$, no $x$. Luego cada fracción se amplía multiplicando su numerador por lo que le falta a su denominador.

Al restar, ten mucho cuidado con el signo: el menos afecta a todo el numerador que se resta, así que conviene escribirlo entre paréntesis antes de distribuir. Al final, revisa si el resultado se puede simplificar.

Ejemplo resuelto

Valores excluidos y simplificación

Halla los valores excluidos de $\frac{x^{2} - 9}{x^{2} + 3x}$ y simplifícala.

Ver la solución paso a paso
  1. Primero los valores excluidos: el denominador no puede ser cero.

    $$x^{2} + 3x = 0$$

  2. Factorizamos. Un producto es cero si alguno de sus factores lo es, así que se excluyen $x = 0$ y $x = -3$.

    $$x\left(x + 3\right) = 0$$

  3. Ahora simplificamos la fracción:

    $$\frac{x^{2} - 9}{x^{2} + 3x}$$

  4. Factorizamos el numerador (diferencia de cuadrados) y el denominador (factor común):

    $$\frac{\left(x + 3\right)\left(x - 3\right)}{x\left(x + 3\right)}$$

  5. Cancelamos el factor $(x + 3)$, que está multiplicando arriba y abajo. La $x$ sola no se cancela con la del numerador, porque allí es un término de $x - 3$.

    $$\frac{x - 3}{x}$$

Respuesta: $\frac{x - 3}{x}$

Ejemplo resuelto

Multiplicar fracciones algebraicas

Multiplica y simplifica $\dfrac{x^2 - 1}{2x}\cdot\dfrac{4x^2}{x + 1}$.

Ver la solución paso a paso
  1. Multiplicamos numerador por numerador y denominador por denominador:

    $$\frac{4x^{2} \cdot \left(x^{2} - 1\right)}{2x\left(x + 1\right)}$$

  2. Factorizamos la diferencia de cuadrados $x^2 - 1$:

    $$\frac{4x^{2} \cdot \left(x + 1\right)\left(x - 1\right)}{2x\left(x + 1\right)}$$

  3. Cancelamos el factor $(x + 1)$ y simplificamos $\dfrac{4x^2}{2x} = 2x$. El resultado vale para $x \neq 0$ y $x \neq -1$.

    $$2x\left(x - 1\right)$$

Respuesta: $2x\left(x - 1\right)$

Ejemplo resuelto

Dividir fracciones algebraicas

Divide $\dfrac{x + 3}{x - 1} \div \dfrac{x^2 - 9}{x^2 - 1}$.

Ver la solución paso a paso
  1. Dividir es multiplicar por la fracción invertida. Con los productos ya indicados queda:

    $$\frac{\left(x + 3\right)\left(x^{2} - 1\right)}{\left(x - 1\right)\left(x^{2} - 9\right)}$$

  2. Factorizamos las dos diferencias de cuadrados:

    $$\frac{\left(x + 3\right)\left(x + 1\right)\left(x - 1\right)}{\left(x - 1\right)\left(x + 3\right)\left(x - 3\right)}$$

  3. Cancelamos los factores $(x + 3)$ y $(x - 1)$. El resultado vale para $x \neq 1$, $x \neq -1$, $x \neq 3$ y $x \neq -3$; el $-3$ queda excluido porque anula el numerador de la fracción por la que se divide.

    $$\frac{x + 1}{x - 3}$$

Respuesta: $\frac{x + 1}{x - 3}$

Ejemplo resuelto

Sumar con denominadores distintos

Suma $\frac{2}{x} + \frac{3}{x + 1}$.

Ver la solución paso a paso
  1. Los denominadores son $x$ y $x + 1$, sin factores comunes. El denominador común es su producto, $x(x + 1)$.

    $$\frac{2}{x} + \frac{3}{x + 1}$$

  2. Ampliamos cada fracción: la primera se multiplica arriba y abajo por $(x + 1)$, y la segunda por $x$.

    $$\frac{2 \cdot \left(x + 1\right)}{x\left(x + 1\right)} + \frac{3x}{x\left(x + 1\right)}$$

  3. Con el mismo denominador, sumamos los numeradores:

    $$\frac{2 \cdot \left(x + 1\right) + 3x}{x\left(x + 1\right)}$$

  4. Reducimos el numerador: $2x + 2 + 3x = 5x + 2$. No tiene factores comunes con el denominador, así que la fracción ya es irreducible.

    $$\frac{5x + 2}{x\left(x + 1\right)}$$

Respuesta: $\frac{5x + 2}{x\left(x + 1\right)}$

Práctica

Los valores excluidos de una fracción son las soluciones de «denominador igual a cero». Si esa ecuación es $x^{2} - 9 = 0$, ¿cuáles son los valores excluidos?

¿Cuál es la forma simplificada de $\frac{x^{2} - 25}{x + 5}$?

¿Cuál es la forma simplificada de $\frac{3x - 6}{x^{2} - 4}$?

¿Cuál es la forma simplificada de $\frac{x^{2} + 5x + 6}{x^{2} - 4}$?

Al multiplicar dos fracciones y dejar indicados los productos se obtuvo $\frac{\left(x + 3\right)\left(x^{2} - 1\right)}{\left(x - 1\right)\left(x^{2} - 9\right)}$. ¿A qué es igual, ya simplificada?

¿Cuál es el resultado de $\frac{1}{x} + \frac{1}{x + 2}$?

¿Cuál es el resultado de $\frac{3}{x - 1} - \frac{2}{x + 1}$?

¿Verdadero o falso? Para todo valor permitido de x, $\frac{x + 4}{x + 2} = 2$

¿Verdadero o falso? Para todo valor permitido de x, $\frac{x^{2} - 2x}{x - 2} = x$

Factoriza el numerador y simplifica para calcular $\frac{98^{2} - 4}{98 - 2}$ sin calculadora.

¿Por qué en $\dfrac{x + 4}{x + 2}$ no se pueden tachar las $x$?

Reto

Une cada fracción con su forma simplificada.

Factoriza mentalmente el numerador y el denominador antes de elegir.

Reto

Completa las frases sobre fracciones algebraicas.

Elige el valor que completa cada hueco.

Cierre

En resumen

  • Una fracción algebraica es un cociente de polinomios; no está definida donde su denominador vale cero.

  • Los valores excluidos se buscan en la fracción original, antes de simplificar.

  • Para simplificar se factoriza el numerador y el denominador y se cancelan factores comunes, nunca términos.

  • Para multiplicar se multiplican numeradores y denominadores; para dividir se multiplica por la fracción invertida.

  • Para sumar o restar con denominadores distintos se busca un denominador común; al restar, el signo afecta a todo el numerador.

Vocabulario

Fracción algebraica

Cociente de dos polinomios, P/Q, en el que el denominador Q no es el polinomio cero.

Valor excluido

Valor de la variable que hace cero el denominador; para él la fracción no está definida.

Fracción irreducible

Fracción cuyo numerador y denominador no tienen factores comunes.

Denominador común

Expresión que es múltiplo de todos los denominadores; permite sumar y restar fracciones.

Guía para el docente

Tiempos

Preguntas para el salón

Errores típicos

Tarea sugerida

Hallar los valores excluidos y simplificar (x² − 49)/(x² − 7x) y (x² + x − 6)/(x² − 4); calcular (x² − 4)/(3x)·(6x)/(x + 2), 5/(x + 1) − 2/x y 2/(x − 3) + 1/(x + 3), simplificando cada resultado.