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Ecuaciones y sistemas · Ecuaciones, inecuaciones y sistemas

Ecuaciones cuadráticas

Te conviene dominar: Ecuaciones de segundo grado (I medio)
Te conviene dominar: Ecuaciones de primer grado (I medio)

Sofía patea una pelota en la cancha del liceo, lanzándola alto, y quiere saber en qué momentos pasa por una altura determinada: ¡la pelota pasa dos veces, una subiendo y otra bajando! Las ecuaciones cuadráticas son las que describen estas situaciones. En este apartado vas a ver cuántas soluciones puede tener una de ellas, cómo encontrarlas y cómo controlar los resultados sin hacer toda la cuenta.

Conjunto solución y forma general

Por ejemplo, multiplicar ambos miembros por un número distinto de cero da una ecuación equivalente: $\frac{x^2}{2}=8$ y $x^2=16$ tienen el mismo $S=\{4, -4\}$. En cambio, elevar al cuadrado puede no dar una equivalente: $x=3$ tiene $S=\{3\}$, pero $x^2=9$ tiene $S=\{3, -3\}$. Más adelante vas a ver por qué esto obliga a comprobar las soluciones.

Observa la parábola $y = ax^2+bx+c$: las soluciones de la ecuación son los puntos donde corta al eje $x$ (los ceros de la función). Mueve los deslizadores y mira cuántos cortes hay.

Verificar con la calculadora

Para comprobar una solución, reemplaza $x$ por el valor en el primer miembro y fíjate que el resultado sea $0$. Con la calculadora científica: guarda el valor en memoria (por ejemplo $3$ con la tecla STO o en la variable $X$) y escribe la expresión $2X^2-5X-3$; tiene que dar $0$. Con $x=-\frac12$ ingresa $-1\div2$ entre paréntesis: $2\cdot(-0{,}5)^2-5\cdot(-0{,}5)-3=0{,}5+2{,}5-3=0$ ✓. Si la solución es irracional, la calculadora da un valor muy cercano a $0$ (por ejemplo $0{,}0000001$) por el redondeo: eso también es una verificación aceptable.

Desarrollar y ordenar antes de resolver

A veces la ecuación viene con productos notables. Primero se desarrolla, se reducen los términos semejantes y se lleva todo a la forma general.

Practica★☆☆Sin empezar
Aplica la fórmula general para encontrar las raíces de la siguiente ecuación de segundo grado completa: $x^2 - 7x + 10 = 0$

Aplica la fórmula general para encontrar las raíces de la siguiente ecuación de segundo grado completa:

$x^2 - 7x + 10 = 0$

Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
Encuentra las soluciones de la siguiente ecuación que ya se encuentra factorizada, sin necesidad de desarrollar el producto: $(2x - 5)(x + 4) = 0$

Encuentra las soluciones de la siguiente ecuación que ya se encuentra factorizada, sin necesidad de desarrollar el producto:

$(2x - 5)(x + 4) = 0$

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Practica★★☆Sin empezar
Desarrolla los productos notables, agrupa los términos semejantes y resuelve la siguiente ecuación: $(x + 2)^2 - 2(x - 1)^2 = 3x + 6$

Desarrolla los productos notables, agrupa los términos semejantes y resuelve la siguiente ecuación:

$(x + 2)^2 - 2(x - 1)^2 = 3x + 6$

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Ecuaciones incompletas: resolver sin la fórmula

Antes de la fórmula general, mira una ecuación del tipo $ax^2+bx=c$ con áreas: completar el cuadrado.

Un cuadrado de lado x y dos rectángulos de lados x y 3 se completan con un cuadrado de lado 3 para formar un cuadrado mayor. x² 3x 3x 9 x² + 6x + 9 = (x + 3)² Esquema de resolución de ecuaciones de segundo grado incompletas según falte el coeficiente b o el término c. sin b: ax² + c = 0 x = ±√(−c/a) sin c: ax² + bx = 0 x(ax + b) = 0
Practica★☆☆Sin empezar
Resuelve la siguiente ecuación de segundo grado incompleta despejando directamente la incógnita: $4x^2 - 64 = 0$

Resuelve la siguiente ecuación de segundo grado incompleta despejando directamente la incógnita:

$4x^2 - 64 = 0$

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Calcula las soluciones de la siguiente ecuación de segundo grado incompleta extrayendo factor común: $3x^2 + 15x = 0$

Calcula las soluciones de la siguiente ecuación de segundo grado incompleta extrayendo factor común:

$3x^2 + 15x = 0$

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El discriminante: cuántas soluciones hay

Número de cortes de la parábola con el eje horizontal según el signo del discriminante. Δ > 0: dos soluciones reales Δ = 0: solución doble Δ < 0: sin soluciones reales
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Determina si la ecuación $2x^2 + 3x + 5 = 0$ tiene solución en el conjunto de los números reales calculando previamente el valor de su discriminante $\Delta$.

Determina si la ecuación $2x^2 + 3x + 5 = 0$ tiene solución en el conjunto de los números reales calculando previamente el valor de su discriminante $\Delta$.

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Practica★☆☆Sin empezar
Halla el valor del coeficiente $c$ en la ecuación $x^2 + 4x + c = 0$ para que esta tenga una única solución real doble.

Halla el valor del coeficiente $c$ en la ecuación $x^2 + 4x + c = 0$ para que esta tenga una única solución real doble.

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Practica★★☆Sin empezar
Determina el valor numérico del parámetro $k$ para que la ecuación $3x^2 - kx + 12 = 0$ tenga una única solución real doble.

Determina el valor numérico del parámetro $k$ para que la ecuación $3x^2 - kx + 12 = 0$ tenga una única solución real doble.

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Relaciones entre coeficientes y soluciones

Relación entre los coeficientes de una ecuación con a igual a 1 y la suma y el producto de sus soluciones. x² + x − 20 = 0 suma x₁ + x₂ = −1 (= −b) producto x₁ · x₂ = −20 (= c) x₁ = 4, x₂ = −5

También sirve al revés: para construir una ecuación a partir de sus soluciones.

Practica★☆☆Sin empezar
Escribe una ecuación de segundo grado en la forma $x^2 + bx + c = 0$ sabiendo que sus únicas soluciones son $x_1 = 3$ y $x_2 = -8$.

Escribe una ecuación de segundo grado en la forma $x^2 + bx + c = 0$ sabiendo que sus únicas soluciones son $x_1 = 3$ y $x_2 = -8$.

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Practica★★☆Sin empezar
Sabiendo que una de las soluciones de la ecuación $2x^2 + bx - 15 = 0$ es $x_1 = 3$, calcula sin resolver completamente la ecuación el valor de la otra solución $x_2$ y…

Sabiendo que una de las soluciones de la ecuación $2x^2 + bx - 15 = 0$ es $x_1 = 3$, calcula sin resolver completamente la ecuación el valor de la otra solución $x_2$ y el valor del coeficiente $b$.

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Problemas que llevan a una ecuación de segundo grado

La gráfica de la altura de la pelota de Sofía es una parábola. Mira cómo varía la altura de un cohete de prueba: ¿en qué momentos pasa por una altura dada?

Practica★☆☆Sin empezar
El cuadrado de un número natural menos su triple es exactamente igual a $18$. Plantea una ecuación de segundo grado y calcula de qué número se trata.

El cuadrado de un número natural menos su triple es exactamente igual a $18$. Plantea una ecuación de segundo grado y calcula de qué número se trata.

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Practica★★☆Sin empezar
Para reformar el salón rectangular de una vivienda, el arquitecto indica que el largo mide $2\text{ m}$ más que el ancho. Si la superficie total del salón es de…

Para reformar el salón rectangular de una vivienda, el arquitecto indica que el largo mide $2\text{ m}$ más que el ancho. Si la superficie total del salón es de $35\text{ m}^2$, plantea una ecuación de segundo grado y calcula las dimensiones exactas de la estancia.

Área = 35 m² x + 2 x
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Un ingeniero aeroespacial lanza un cohete de prueba. La altura $h$ (en metros) alcanzada por el cohete en función del tiempo $t$ (en segundos) viene dada por la…

Un ingeniero aeroespacial lanza un cohete de prueba. La altura $h$ (en metros) alcanzada por el cohete en función del tiempo $t$ (en segundos) viene dada por la expresión $h(t) = 40t - 5t^2$. Determina en qué instantes de tiempo el cohete se encuentra exactamente a $75\text{ m}$ de altura.

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Más problemas y ecuaciones que se reducen a una cuadrática

Muchos problemas conducen a una ecuación cuadrática después de plantearlos: áreas, Pitágoras, cantidades que se reparten, trabajos en conjunto. Y otras ecuaciones (con fracciones, con raíces o bicuadradas) se resuelven transformándolas en una cuadrática. En esos casos hay que comprobar las soluciones: como vimos con las ecuaciones equivalentes, algunos pasos (elevar al cuadrado, multiplicar por una expresión con $x$) pueden agregar soluciones falsas.

Practica★★☆Sin empezar
La venta de entradas del musical del colegio deja una ganancia $B$ (en decenas de pesos) que depende del número de entradas vendidas $x$ (en decenas) según la ecuación…

La venta de entradas del musical del colegio deja una ganancia $B$ (en decenas de pesos) que depende del número de entradas vendidas $x$ (en decenas) según la ecuación $B(x) = -x^2 + 50x - 400$. Calcula cuántas entradas se deben vender exactamente para que la ganancia sea nula (el punto de equilibrio).

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Practica★★☆Sin empezar
En una rampa de patinaje con forma de triángulo rectángulo, el cateto mayor mide $7\text{ m}$ más que el cateto menor, y la hipotenusa mide $2\text{ m}$ más que el…

En una rampa de patinaje con forma de triángulo rectángulo, el cateto mayor mide $7\text{ m}$ más que el cateto menor, y la hipotenusa mide $2\text{ m}$ más que el cateto mayor. Plantea una ecuación de segundo grado utilizando el teorema de Pitágoras y calcula la longitud de los tres lados de la rampa.

x + 7 x x + 9
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Practica★★☆Sin empezar
Resuelve la siguiente ecuación operando previamente con fracciones algebraicas. Asegúrate de comprobar las soluciones obtenidas para descartar posibles raíces falsas que…

Resuelve la siguiente ecuación operando previamente con fracciones algebraicas. Asegúrate de comprobar las soluciones obtenidas para descartar posibles raíces falsas que anulen los denominadores:

$\frac{x}{x-2} + \frac{2x}{x+2} = \frac{16}{x^2-4}$

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Practica★★★Sin empezar
Una fotografía rectangular de dimensiones $20\text{ cm}$ de base por $15\text{ cm}$ de altura se va a enmarcar con un paspartú de anchura uniforme $x$. Si el área total…

Una fotografía rectangular de dimensiones $20\text{ cm}$ de base por $15\text{ cm}$ de altura se va a enmarcar con un paspartú de anchura uniforme $x$. Si el área total del conjunto (fotografía más paspartú) debe ser exactamente de $500\text{ cm}^2$, plantea una ecuación de segundo grado y calcula la anchura $x$ del paspartú.

20 × 15 cm x x
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En una liga de voleibol, cada equipo juega exactamente un partido contra todos los demás. Sabiendo que el número total de partidos disputados en un torneo de $n$ equipos…

En una liga de voleibol, cada equipo juega exactamente un partido contra todos los demás. Sabiendo que el número total de partidos disputados en un torneo de $n$ equipos viene dado por la fórmula $\frac{n(n-1)}{2}$, y que al finalizar la temporada se han disputado un total de $105$ partidos, plantea la ecuación correspondiente y averigua cuántos equipos participaron en la liga.

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Dos mangueras de distinto grosor llenan juntas un depósito de agua en $6\text{ horas}$. Si se utilizara solo una de ellas, la manguera de menor grosor tardaría…

Dos mangueras de distinto grosor llenan juntas un depósito de agua en $6\text{ horas}$. Si se utilizara solo una de ellas, la manguera de menor grosor tardaría $5\text{ horas}$ más que la manguera gruesa en llenar el depósito por sí sola. Plantea una ecuación cuadrática sumando las fracciones de depósito que llena cada manguera en una hora, y calcula cuánto tiempo tardaría cada manguera trabajando individualmente.

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Practica★★★Sin empezar
Un escultor quiere dividir una varilla de latón de $1\text{ metro}$ de longitud en dos trozos de longitudes $x$ y $1-x$ (siendo $x$ el trozo mayor, es decir, $x > 1-x$).…

Un escultor quiere dividir una varilla de latón de $1\text{ metro}$ de longitud en dos trozos de longitudes $x$ y $1-x$ (siendo $x$ el trozo mayor, es decir, $x > 1-x$). Desea hacerlo de tal forma que la proporción entre la varilla completa y el trozo mayor sea igual a la proporción entre el trozo mayor y el trozo menor. Plantea la ecuación correspondiente y halla el valor exacto de $x$.

x 1 - x 1 metro
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El área de un rectángulo es de $60\text{ cm}^2$ y la longitud de su diagonal es de $13\text{ cm}$. Llamando $x$ a la base e $y$ a la altura, expresa $y$ en función de…

El área de un rectángulo es de $60\text{ cm}^2$ y la longitud de su diagonal es de $13\text{ cm}$. Llamando $x$ a la base e $y$ a la altura, expresa $y$ en función de $x$ usando el dato del área. A continuación, sustituye en el teorema de Pitágoras para la diagonal y resuelve la ecuación bicuadrada resultante para hallar las dimensiones exactas del rectángulo.

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Practica★★★Sin empezar
Resuelve la siguiente ecuación en la que aparece un radical, aislando primero la raíz y elevando al cuadrado ambos miembros. Es obligatorio comprobar las soluciones…

Resuelve la siguiente ecuación en la que aparece un radical, aislando primero la raíz y elevando al cuadrado ambos miembros. Es obligatorio comprobar las soluciones obtenidas en la ecuación original para descartar posibles raíces falsas:

$\sqrt{2x + 7} - x = 2$

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Un grupo de estudiantes arrienda un bus para una excursión por un costo total de $\$400\,000$. A última hora se suman $5…

Un grupo de estudiantes arrienda un bus para una excursión por un costo total de $\$400\,000$. A última hora se suman $5$ estudiantes más al viaje, lo que hace que cada uno de los que iban a ir inicialmente tenga que pagar $\$4\,000$ menos. Plantea una ecuación cuadrática para calcular cuántos estudiantes iban a ir al principio y resuélvela.

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Ampliación: ecuaciones con parámetro

Si los coeficientes dependen de un parámetro $m$, el discriminante vuelve a ser la herramienta, pero hay que vigilar también cuándo se anula $a$: ahí la ecuación deja de ser cuadrática.

Discusión de una ecuación cuadrática con parámetro según anule el coeficiente principal y según el signo del discriminante. mx² − 2(m−1)x + m = 0 m = 0 → primer grado, 1 solución m < 1/2 (m≠0) → Δ>0, dos soluciones m = 1/2 → Δ=0, una solución m > 1/2 → Δ<0, ninguna real
Practica★★★Sin empezar
Discute, en función de los diferentes valores del parámetro $m$, el número de soluciones reales que tiene la siguiente ecuación de segundo grado:…

Discute, en función de los diferentes valores del parámetro $m$, el número de soluciones reales que tiene la siguiente ecuación de segundo grado:

$mx^2 - 2(m-1)x + m = 0$

Asegúrate de analizar qué ocurre cuando el discriminante es positivo, nulo o negativo, y no olvides el caso especial en el que el coeficiente principal se anula.

Resolver

Vuelve al principio: cuando Sofía quiere saber en qué momentos pasa su pelota por cierta altura, plantea una ecuación cuadrática y obtiene dos instantes, uno subiendo y otro bajando; si $\Delta=0$ sería justo el punto más alto.

Resumen

Ver todos los ejercicios de este apartado