Completar el cuadrado

técnica de álgebra elemental
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El procedimiento de completar el cuadrado, también llamado completación de cuadrados es un recurso de álgebra elemental para convertir la expresión de un trinomio de segundo grado, desde su forma ordinaria: a otra equivalente de la forma: .[1]

Animación describiendo el proceso de completar el cuadrado.

Procedimiento para completar el cuadrado editar

En general, los procedimientos para completar el cuadrado consisten en construir, mediante operaciones algebraicas, un trinomio cuadrado perfecto a partir de una expresión que no lo es, y luego reducir el resultado a un binomio al cuadrado más (o menos) una constante.

Cuando se tiene un trinomio cuadrado perfecto, este se puede factorizar directamente a un binomio al cuadrado. Por ejemplo,   se puede factorizar como  .

Si no se tiene un trinomio cuadrado perfecto, como por ejemplo  , este se puede manipular algebráicamente para construirlo. Nótese que el término independiente 28 es igual a 25 + 3, Así que el trinomio dado es igual a  , con lo que tenemos un trinomio cuadrado perfecto más 3, que se puede reducir como  . Esto que acabamos de hacer es uno de los procedimientos para completar el cuadrado.

Abajo se describen en detalle operaciones algebraicas para completar el cuadrado con cualquier trinomio cuadrado dado.

Trinomio mónico x2 + bx + c editar

Descripción Procedimiento
Simbólico
Ejemplo
Dado un polinomio de la forma    
Sumando y restando el cuadrado del cociente del coeficiente de   entre 2.    
Agrupando términos, se obtendrá un trinomio cuadrado perfecto. Se agrupan los términos  ,  , y  .    
Factorizando (reduciendo) este trinomio a un binomio al cuadrado, el cual se obtuvo: (1) extrayendo la raíz cuadrada del primer término del trinomio ( ), que será el término izquierdo del binomio; (2) extrayendo la raíz cuadrada del tercer término del trinomio ( ), que será el término derecho del binomio; (3) usando el signo del segundo término del trinomio ( ) como el signo que separa los términos del nuevo binomio.    

Observación: con respecto a la expresión resultante   puede continuarse simplificado/reduciendo. Un método es elevando al cuadrado ambos miembros, lo cual generará dos resultados, debido a la presencia de una raíz de índice par (en este caso cuadrada).

Así,   , donde   y  .

Polinomio de la forma ax2 + bx + c editar

Descripción Procedimiento
Simbólico
Ejemplo
Dado un polinomio de la forma    
Sacando a a como factor común, de los términos con x    
Sumando y restando el cuadrado del cociente, del coeficiente de x entre 2    
Acomodando términos, se obtendrá un trinomio cuadrado perfecto    
Multiplicamos por el factor común a, al término que
acabamos de restar,  , para sacarlo del paréntesis
   
Quedando dentro del paréntesis el trinomio cuadrado perfecto    
Reduciendo este trinomio a un binomio al cuadrado (con los términos x y el coeficiente de x dividido entre 2).    
Simplificando    

Así,      

donde           y      

Significado geométrico de h y k editar

 
En la función  
h = -2 y k = 1, así, el vértice de la parábola está en las coordenadas (-h, k) = (2, 1)

En la función cuadrática escrita como  , los valores -h y k son respectivamente las coordenadas x e y del vértice de la parábola que representa graficamente a la función. Si el valor de a es positivo, la parábola abre hacia arriba y k es el valor mínimo de la parábola, y si a es negativo, la parábola abre hacia abajo y k es el valor máximo de la parábola.

En general, h y k representan desplazamientos en el plano cartesiano de la parábola representada por la función   cuyo vértice es el punto (0,0).[2]​ El valor de h determina un desplazamiento con dirección horizontal tantas unidades lo indique su valor y en sentido opuesto a su signo, es decir, si h es positivo el desplazamiento se hace hacia la izquierda, mientras que si es negativo el desplazamiento se hace hacia la derecha. Por ejemplo, si h es igual a -3, la parábola se desplazará 3 unidades hacia la derecha, y si h es igual a 5 la parábola se desplazará 5 unidades hacia la izquierda. Por otro lado, el valor de k determina un desplazamiento con dirección vertical tantas unidades lo indique su valor, hacia arriba si es positivo y hacia abajo si es negativo. Por ejemplo, si k es igual a -1, la parábola se desplazará una unidad hacia abajo, y si k es igual a 1 la parábola se desplazará una unidad hacia arriba.

En el ejemplo de la gráfica, h = -2, y k = 1. Así, la parábola   se desplaza 2 unidades a la derecha y una hacia arriba, haciendo que su vértice sea el punto (2,1).

Perspectiva geométrica editar

 

Considere completar el cuadrado para la siguiente ecuación:

 

Puesto que   representa el área de un cuadrado con lados de longitud  , y   representa el área de un rectángulo con lados   y  , el proceso de completar el cuadrado se puede ver como una manipulación visual de rectángulos.

Intentos simples de combinar   y   en un cuadrado mayor resulta en una esquina que falta. El término   añadido a cada lado de la ecuación de arriba es precisamente el área de la esquina que falta, de ahí que se le llame "completar el cuadrado".[3]

Algunos usos editar

La técnica de completar el cuadrado reduce ciertos problemas de trinomio cuadrático a uno de binomio de segundo grado, que involucra el cuadrado de la suma   más una constante.

Completar el cuadrado se utiliza en:

  se reduce a la ecuación incompleta
 , más sencilla de resolver.

(left) 


En matemáticas, completar el cuadrado se considera un mecanismo algebraico básico, y con frecuencia se aplica sin comentarios en cualquier cálculo involucrando polinomios cuadráticos. La completación de cuadrados se utiliza para deducir la fórmula cuadrática.

Ejemplo editar

Un ejemplo simple[5]​ es:

 

Aplicación en cálculo integral. Ahora, considérese el problema de encontrar esta antiderivada:

 

El denominador es

 

Sumando   a   da un cuadrado perfecto  . De lo que resulta

 

Sea la integral

 

Véase también editar

Referencias editar

  1. Kalnin, R.A. : «Álgebra y funciones elementales», pág. 110, § 57. CDU 512.0 (075.3 = 60)
  2. «CK12-Foundation». flexbooks.ck12.org. Consultado el 12 de septiembre de 2022. 
  3. https://web.archive.org/web/20090201154917/http://1073741824.org/index.cgi/CompletingTheSquare
  4. «Ecuaciones diferenciales elementales/ con aplicaciones», Edwards/ Penney, pp. 307-308. ISBN 0-13-254129-7
  5. Es usable en caso muy particular. Cf. «Cálculo diferencial e integral tomo I», N. Piskunov, 1983, pág.390, § 7.

Enlaces externos editar