Matemáticas 9.º

La ecuación cuadrática

45 min · DBA 2

Lo que vas a aprender
  • Escribir una ecuación cuadrática en la forma general ax² + bx + c = 0 y señalar a, b y c.
  • Resolver ecuaciones cuadráticas por factorización, usando que un producto es cero si uno de sus factores lo es.
  • Resolver ecuaciones de la forma ax² = k y (x − h)² = k sacando raíz cuadrada, sin perder la solución negativa.
  • Resolver cualquier ecuación cuadrática con la fórmula general y elegir el método más conveniente.

Para qué

¿Para qué sirve esto?

En la lección anterior encontraste dónde corta una parábola al eje $x$, pero solo cuando el trinomio se dejaba factorizar con facilidad. ¿Y si la parábola es $y = x^2 - 4x + 1$? Sus cortes existen, se ven en la gráfica, pero no salen con dos números enteros que se multipliquen y se sumen.

Encontrar esos valores es resolver una ecuación cuadrática. Aparece cada vez que una cantidad depende del cuadrado de otra: áreas, alturas de un objeto que cae, ganancias que suben y luego bajan. En esta lección vas a aprender tres métodos, y sobre todo a elegir el más corto para cada ecuación.

Antes de empezar repasa la factorización de trinomios y la simplificación de radicales, como $\sqrt{12} = 2\sqrt{3}$.

Explicación

La forma general

Una ecuación cuadrática es una ecuación que se puede escribir como

$$ax^2 + bx + c = 0, \qquad a \neq 0.$$

Antes de resolverla conviene llevarla a esa forma general: todos los términos a un lado, ordenados de mayor a menor grado, y un cero al otro lado. Por ejemplo, $x(x - 3) = 10$ se convierte en $x^2 - 3x - 10 = 0$, con $a = 1$, $b = -3$ y $c = -10$.

Una ecuación cuadrática puede tener dos soluciones, una o ninguna en los reales. Son las abscisas de los puntos donde la parábola $y = ax^2 + bx + c$ corta al eje $x$.

Método 1: factorizar

Si el trinomio se factoriza, se usa la propiedad del producto nulo: un producto vale cero solo si alguno de los factores vale cero. Así, $(x + 5)(x - 3) = 0$ se parte en dos ecuaciones lineales, $x + 5 = 0$ o $x - 3 = 0$.

Dos cuidados. El primero: solo funciona si el otro lado es cero. De $x(x - 3) = 10$ no se puede concluir que $x = 10$ o $x - 3 = 10$, porque hay muchos productos que dan 10. El segundo: cuando $c = 0$, como en $x^2 = 7x$, no dividas entre $x$. Al hacerlo se pierde la solución $x = 0$. Lo correcto es pasar todo a un lado y sacar factor común: $x^2 - 7x = 0$, $x(x - 7) = 0$, así que $x = 0$ o $x = 7$.

Método 2: sacar raíz cuadrada

Cuando no hay término en $x$ ($b = 0$), la ecuación se despeja hasta dejar $x^2$ solo: $x^2 = k$. Si $k$ es positivo, hay dos números cuyo cuadrado es $k$: $\sqrt{k}$ y $-\sqrt{k}$. Por eso, al sacar raíz a los dos lados queda $|x| = \sqrt{k}$, es decir, $x = \pm\sqrt{k}$. Olvidar el signo menos es el error más frecuente de este método.

Lo mismo sirve si el cuadrado es de un binomio: de $(x - 1)^2 = 9$ sale $x - 1 = 3$ o $x - 1 = -3$.

Método 3: la fórmula general

Hay una fórmula que resuelve cualquier ecuación $ax^2 + bx + c = 0$:

$$x = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}.$$

El signo $\pm$ indica que se hace la cuenta dos veces, una sumando la raíz y otra restándola. Para usarla sin errores:

  1. escribe la ecuación en forma general y anota $a$, $b$ y $c$ con su signo;
  2. calcula primero lo de dentro de la raíz, $b^2 - 4ac$, con paréntesis en los negativos;
  3. recuerda que la raya de la fracción está debajo de todo el numerador: $2a$ divide a $-b$ y a la raíz.

Si lo de dentro de la raíz es negativo, la ecuación no tiene soluciones reales: la parábola no toca el eje $x$. En la siguiente lección estudiarás ese número con detalle.

¿Qué método conviene?

  • Si $b = 0$: raíz cuadrada.
  • Si $c = 0$: factor común.
  • Si el trinomio se factoriza a simple vista: factorización.
  • En cualquier otro caso, o si dudas: fórmula general. Siempre funciona.

Ejemplo resuelto

Resolver por factorización

Resuelve $x^2 + 2x - 15 = 0$.

Ver la solución paso a paso
  1. La ecuación ya está en forma general.

    $$x^{2} + 2x - 15 = 0$$

  2. Buscamos dos números que multiplicados den −15 y sumados den 2: son 5 y −3.

    $$\left(x + 5\right)\left(x - 3\right) = 0$$

  3. Por la propiedad del producto nulo, el primer factor puede ser cero:

    $$x + 5 = 0$$

  4. Despejamos.

    $$x = -5$$

  5. O el segundo factor puede ser cero:

    $$x - 3 = 0$$

  6. Despejamos.

    $$x = 3$$

  7. Comprobamos las dos soluciones en la ecuación original. Con $x = -5$:

    $$\left(-5\right)^{2} + 2 \cdot \left(-5\right) - 15 = 0$$

  8. Con $x = 3$:

    $$3^{2} + 2 \cdot 3 - 15 = 0$$

Respuesta: $x = -5$ o $x = 3$.

−7−6−5−4−3−2−112345−16−14−12−10−8−6−4−2246xyy = x² + 2x − 15(−5; 0)(3; 0)(−1; −16)

Las soluciones de x² + 2x − 15 = 0 son las abscisas de los cortes de la parábola y = x² + 2x − 15 con el eje x: −5 y 3.

−6−4−2246−18−16−14−12−10−8−6−4−2246xyy = (x + 1)² − 16

La parábola y = x² + 2x − 15, que es (x + 1)² − 16, corta el eje x en −5 y en 3: las soluciones de la ecuación. Lleva h a 1 y k a −9 para ver (x − 1)² = 9, que corta en −2 y en 4.

Ejemplo resuelto

Resolver sacando raíz cuadrada

Resuelve $3x^2 - 48 = 0$ y luego $(x - 1)^2 = 9$.

Ver la solución paso a paso
  1. En la primera no hay término en $x$. Partimos de la ecuación:

    $$3x^{2} - 48 = 0$$

  2. Sumamos 48 a los dos lados.

    $$3x^{2} = 48$$

  3. Dividimos entre 3 para dejar $x^2$ solo.

    $$x^{2} = 16$$

  4. Sacamos raíz a los dos lados. La raíz de $x^2$ es el valor absoluto de $x$, porque $4^2$ y $(-4)^2$ dan 16:

    $$\left|x\right| = 4$$

  5. Las soluciones de la primera ecuación son $x = 4$ y $x = -4$. Segunda ecuación: el cuadrado es de un binomio.

    $$\left(x - 1\right)^{2} = 9$$

  6. Sacamos raíz a los dos lados.

    $$\left|x - 1\right| = 3$$

  7. Primera posibilidad: lo de dentro vale 3.

    $$x - 1 = 3$$

  8. Sumamos 1.

    $$x = 4$$

  9. Segunda posibilidad: lo de dentro vale −3.

    $$x - 1 = -3$$

  10. Sumamos 1.

    $$x = -2$$

Respuesta: Primera ecuación: $x = 4$ o $x = -4$. Segunda: $x = 4$ o $x = -2$.

Ejemplo resuelto

La fórmula general con soluciones racionales

Resuelve $2x^2 - 3x - 2 = 0$ con la fórmula general.

Ver la solución paso a paso
  1. Los coeficientes, con su signo, son $a = 2$, $b = -3$ y $c = -2$. Primero lo de dentro de la raíz, $b^2 - 4ac$:

    $$\left(-3\right)^{2} - 4 \cdot 2 \cdot \left(-2\right)$$

  2. El cuadrado de −3 es 9, y $-4 \cdot 2 \cdot (-2)$ es $+16$.

    $$9 + 16$$

  3. Sumamos.

    $$25$$

  4. Con el signo más: $-b = 3$ y $2a = 4$.

    $$\frac{3 + \sqrt{25}}{2 \cdot 2}$$

  5. Como $\sqrt{25} = 5$:

    $$\frac{8}{4}$$

  6. Primera solución.

    $$2$$

  7. Con el signo menos:

    $$\frac{3 - \sqrt{25}}{2 \cdot 2}$$

  8. Restamos.

    $$-\frac{2}{4}$$

  9. Segunda solución, simplificada.

    $$-\frac{1}{2}$$

  10. Comprobamos $x = -\tfrac{1}{2}$ en la ecuación original:

    $$2 \cdot \left(-\frac{1}{2}\right)^{2} - 3 \cdot \left(-\frac{1}{2}\right) - 2 = 0$$

Respuesta: $x = 2$ o $x = -\tfrac{1}{2}$.

Ejemplo resuelto

La fórmula general con soluciones irracionales

Resuelve $x^2 - 4x + 1 = 0$, la ecuación de los cortes de la parábola del comienzo.

Ver la solución paso a paso
  1. Aquí $a = 1$, $b = -4$ y $c = 1$. Lo de dentro de la raíz:

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

  2. Calculamos.

    $$16 - 4$$

  3. No es un cuadrado perfecto, así que las soluciones serán irracionales.

    $$12$$

  4. Con el signo más:

    $$\frac{4 + \sqrt{12}}{2}$$

  5. Simplificamos el radical: $\sqrt{12} = \sqrt{4 \cdot 3} = 2\sqrt{3}$.

    $$\frac{4 + 2\sqrt{3}}{2}$$

  6. Dividimos cada término del numerador entre 2.

    $$2 + \sqrt{3}$$

  7. Con el signo menos, igual:

    $$\frac{4 - \sqrt{12}}{2}$$

  8. Resultado simplificado.

    $$2 - \sqrt{3}$$

  9. Las soluciones exactas son $2 + \sqrt{3}$ y $2 - \sqrt{3}$. Si hace falta un número para medir, se aproximan al final: cerca de $3{,}73$ y de $0{,}27$.

Respuesta: $x = 2 + \sqrt{3}$ o $x = 2 - \sqrt{3}$.

Práctica

¿Cuál es el conjunto solución de $x^{2} - 5x + 6 = 0$?

¿Cuál es el conjunto solución de $x^{2} = 6x$?

¿Cuál es el conjunto solución de $x^{2} - 49 = 0$?

¿Cuál es la solución positiva de la ecuación $4x^{2} - 100$ = 0?

¿Cuál es el conjunto solución de $\left(x - 2\right)^{2} = 25$?

Resuelve $2x^{2} + 5x - 3 = 0$ con la fórmula general. ¿Cuál es el conjunto solución?

Resuelve $x^{2} - 2x - 2 = 0$ con la fórmula general. ¿Cuál es el conjunto solución?

Marca todas las soluciones de x² + x − 20 = 0.

Marca todas las que apliquen.

¿Verdadero o falso? x = −3 es una solución de x² + 3x = 0.

¿Cuál es la mayor de las soluciones de x(x − 3) = 10?

¿Qué método es el más corto para resolver 5x² = 80?

Reto

Une cada cuenta de la fórmula general con su resultado.

Calcula la raíz primero y luego divide todo el numerador.

Reto

Abre el candado de las ecuaciones.

Cada respuesta es una cifra del código.

Cierre

En resumen

  • Antes de resolver, la ecuación se lleva a la forma general ax² + bx + c = 0.

  • Si el trinomio se factoriza, cada factor igualado a cero da una solución; esto solo vale cuando el otro lado es cero.

  • Si no hay término en x, se despeja x² y se saca raíz cuadrada con sus dos signos.

  • La fórmula general x = (−b ± √(b² − 4ac)) / (2a) resuelve cualquier ecuación cuadrática que tenga soluciones reales.

  • Las soluciones son las abscisas de los cortes de la parábola y = ax² + bx + c con el eje x.

Vocabulario

Ecuación cuadrática

Ecuación que se puede escribir como ax² + bx + c = 0, con a distinto de cero.

Forma general

La ecuación cuadrática escrita con todos los términos a un lado, ordenados, e igualada a cero.

Raíces o soluciones

Los valores de x que hacen verdadera la ecuación. Son las abscisas de los cortes de la parábola y = ax² + bx + c con el eje x.

Fórmula general

x = (−b ± √(b² − 4ac)) / (2a): da las soluciones reales de cualquier ecuación cuadrática que las tenga.

Guía para el docente

Tiempos

Preguntas para el salón

Errores típicos

Tarea sugerida

Resolver x² − 9x + 20 = 0, 2x² = 50, x² + 6x = 0 y x² − 6x + 4 = 0, diciendo antes qué método conviene para cada una, y comprobar las soluciones.