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Ecuaciones · Álgebra

El teorema del residuo y el teorema del factor

Te conviene dominar: Factorización y división sintética (Álgebra 1)
Te conviene dominar: Sistemas de ecuaciones lineales (Álgebra 1)

Tu maestro escribe $P(x) = x^{500} - 2x^{499} + 4x^3 - 5$ en el pizarrón y pregunta: "¿Cuál es el residuo al dividir esto entre $x - 2$?" Nadie va a hacer esa división larga a mano. Pero hay un truco de una sola línea que da la respuesta en menos de un minuto. Al final de esta página lo tendrás.

El teorema del residuo

Cuando divides un polinomio $P(x)$ entre $x - a$, el algoritmo de la división dice que

$$P(x) = (x - a)\,Q(x) + R$$

donde $Q(x)$ es el cociente y $R$ es el residuo. Como el divisor tiene grado 1, el residuo tiene grado 0, así que $R$ es solo un número. Ahora sustituye $x = a$. El término $(a - a)\,Q(a)$ vale $0$, así que solo queda $R$.

Diagrama que muestra que el residuo de P(x) entre x menos a es igual al valor P(a). residuo de P(x) ÷ (x − a) = P(a) solo evalúa P en x = a. ¡Sin división larga!
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Calcula, sin efectuar la división, el resto de dividir el polinomio $P(x) = 3x^4 - 2x^3 + 5x - 7$ entre $x - 2$.

Calcula, sin efectuar la división, el resto de dividir el polinomio $P(x) = 3x^4 - 2x^3 + 5x - 7$ entre $x - 2$.

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Determina el resto de la división de $P(x) = \frac{1}{2}x^3 - \frac{3}{2}x^2 + x - \frac{1}{2}$ entre $x - 2$ evaluando el polinomio.

Determina el resto de la división de $P(x) = \frac{1}{2}x^3 - \frac{3}{2}x^2 + x - \frac{1}{2}$ entre $x - 2$ evaluando el polinomio.

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Calcula el valor numérico del polinomio $P(x) = -x^5 + 3x^3 - 2x^2 + x - 5$ para $x = -1$ e indica qué significado tiene este valor respecto a la división polinómica de…

Calcula el valor numérico del polinomio $P(x) = -x^5 + 3x^3 - 2x^2 + x - 5$ para $x = -1$ e indica qué significado tiene este valor respecto a la división polinómica de $P(x)$ entre $x + 1$.

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El teorema del factor: cuando el residuo es cero

Si $P(a) = 0$, el residuo es $0$, así que la división es exacta. Eso significa que $x - a$ divide a $P(x)$ sin residuo. Es el teorema del residuo en el caso especial $R = 0$.

Mira la gráfica de $Q(x) = x^3 + 4x^2 - x - 4$. El factor $x + 4$ corresponde al cero $x = -4$, donde la gráfica cruza el eje $x$.

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Determina si el polinomio $Q(x) = x^3 + 4x^2 - x - 4$ es divisible por $x + 4$ aplicando el teorema del resto.

Determina si el polinomio $Q(x) = x^3 + 4x^2 - x - 4$ es divisible por $x + 4$ aplicando el teorema del resto.

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Comprueba mediante el teorema del resto si $x = 3$ es una raíz del polinomio $P(x) = x^3 - 4x^2 + 5x - 6$.

Comprueba mediante el teorema del resto si $x = 3$ es una raíz del polinomio $P(x) = x^3 - 4x^2 + 5x - 6$.

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El crecimiento de una colonia de bacterias en un medio controlado se modela con el polinomio $P(t) = t^4 - 7t^3 + 17t^2 - 17t + 6$, donde $t$ es el tiempo en días y…

El crecimiento de una colonia de bacterias en un medio controlado se modela con el polinomio $P(t) = t^4 - 7t^3 + 17t^2 - 17t + 6$, donde $t$ es el tiempo en días y $P(t)$ representa la desviación respecto a la población inicial. Demuestra, utilizando el teorema del factor, que en los días $t=1$, $t=2$ y $t=3$ la población vuelve exactamente a su nivel inicial.

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Cómo hallar un coeficiente desconocido

A veces falta un coeficiente, pero conoces el residuo. Sustituye como siempre. La condición se convierte en una ecuación con la incógnita.

  • "La división es exacta" o "es divisible entre $x - a$" significa $P(a) = 0$.

  • "El residuo es $r$" significa $P(a) = r$.

Esquema resuelto: igualar P(2) al residuo dado para hallar k. P(x) = x³ + kx² − 4x + 3, residuo ÷ (x − 2) es 7 Paso 1: P(2) = 8 + 4k − 8 + 3 = 4k + 3 Paso 2: iguálalo al residuo: 4k + 3 = 7 Paso 3: resuelve, así que k = 1
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Halla el valor del parámetro $k$ para que el resto de dividir $P(x) = 2x^3 - kx^2 + 3x + 1$ entre $x - 1$ sea $4$.

Halla el valor del parámetro $k$ para que el resto de dividir $P(x) = 2x^3 - kx^2 + 3x + 1$ entre $x - 1$ sea $4$.

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Encuentra el valor de $m$ sabiendo que la división del polinomio $R(x) = x^4 + mx^3 - 2x^2 + 5x - 6$ entre $x - 2$ es exacta.

Encuentra el valor de $m$ sabiendo que la división del polinomio $R(x) = x^4 + mx^3 - 2x^2 + 5x - 6$ entre $x - 2$ es exacta.

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Sabiendo que el resto de dividir $P(x) = x^3 - 2x^2 + ax + 5$ entre $x + 2$ es $-7$, calcula el valor del coeficiente $a$.

Sabiendo que el resto de dividir $P(x) = x^3 - 2x^2 + ax + 5$ entre $x + 2$ es $-7$, calcula el valor del coeficiente $a$.

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Residuos en modelos reales

Los polinomios suelen modelar situaciones reales: altura en el tiempo, costo, distancia. El teorema del residuo dice que el valor del modelo en $x = a$ es el mismo número que el residuo de dividir entre $x - a$. Así que cuando un problema pide "el valor en $t = 3$", puedes pensarlo como evaluar, que es lo mismo que hallar un residuo.

Aquí está la altura en pies de un dron $t$ segundos después de despegar: $h(t) = -t^3 + 6t^2 + 2t + 5$. En la gráfica de abajo, el eje horizontal muestra $t$.

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La posición de un móvil en línea recta en función del tiempo $t$ (en segundos) viene dada por el polinomio $x(t) = -2t^3 + 8t^2 - 5t + 3$ (en pies). Utiliza el teorema…

La posición de un móvil en línea recta en función del tiempo $t$ (en segundos) viene dada por el polinomio $x(t) = -2t^3 + 8t^2 - 5t + 3$ (en pies). Utiliza el teorema del resto para calcular la posición del móvil en el instante $t = 3$ y explica la relación conceptual entre el valor hallado y la división polinómica de $x(t)$ entre $t - 3$.

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El costo de producción de $q$ miles de unidades de un componente electrónico sigue la ley $C(q) = 0.5q^4 - 3q^3 + 5q^2 + 12$ (en miles de dólares). Aplica el teorema del…

El costo de producción de $q$ miles de unidades de un componente electrónico sigue la ley $C(q) = 0.5q^4 - 3q^3 + 5q^2 + 12$ (en miles de dólares). Aplica el teorema del resto para determinar el costo exacto de fabricar $4000$ unidades ($q=4$).

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La deflexión de una viga en un punto $x$ (en pies) viene dada por el polinomio $D(x) = kx^4 - 2x^3 + 3x^2$. Sabiendo que la deflexión en $x = 2$ es de $20$ pulgadas,…

La deflexión de una viga en un punto $x$ (en pies) viene dada por el polinomio $D(x) = kx^4 - 2x^3 + 3x^2$. Sabiendo que la deflexión en $x = 2$ es de $20$ pulgadas, halla el valor de la constante $k$ apoyándote en el teorema del resto y determina cuál será la deflexión en la coordenada $x = -1$.

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Dos incógnitas, dos condiciones

Con dos coeficientes desconocidos necesitas dos condiciones. Cada una da una ecuación, y juntas forman un sistema. Puedes resolverlo por sustitución o por eliminación, igual que en Álgebra 1.

Dos condiciones sobre los residuos de un polinomio dan dos ecuaciones en los coeficientes desconocidos. P(x) = x³ + ax² + bx + 6 residuo 4 al ÷ (x − 1): P(1) = 4 residuo 12 al ÷ (x + 1): P(−1) = 12 Dos ecuaciones en a y b: un sistema
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Halla los valores de los parámetros $m$ y $n$ para que el polinomio $P(x) = x^3 + mx^2 + nx - 10$ sea divisible por $x - 2$ y deje un resto de $-24$ al dividirlo por…

Halla los valores de los parámetros $m$ y $n$ para que el polinomio $P(x) = x^3 + mx^2 + nx - 10$ sea divisible por $x - 2$ y deje un resto de $-24$ al dividirlo por $x + 2$.

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Calcula el valor de $a$ y $b$ sabiendo que el polinomio $P(x) = ax^4 + bx^3 - x^2 + 2x - 4$ es divisible simultáneamente por $(x - 1)$ y por $(x + 1)$.

Calcula el valor de $a$ y $b$ sabiendo que el polinomio $P(x) = ax^4 + bx^3 - x^2 + 2x - 4$ es divisible simultáneamente por $(x - 1)$ y por $(x + 1)$.

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Determina el valor de $k$ para que el resto de dividir el polinomio $P(x) = 2x^3 - kx^2 + x - k$ entre $x - 2$ sea idéntico al resto de dividir el polinomio…

Determina el valor de $k$ para que el resto de dividir el polinomio $P(x) = 2x^3 - kx^2 + x - k$ entre $x - 2$ sea idéntico al resto de dividir el polinomio $Q(x) = x^2 - kx + 3$ entre $x + 1$.

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Sistemas más grandes con varios coeficientes

El mismo plan sirve para casos más difíciles. Algunos consejos:

  • Una condición sobre el término constante o "divisible entre $x$" significa $P(0) = 0$ o da esa constante directamente.

  • "Divisible entre $x^2 - 4$" significa divisible entre $(x - 2)(x + 2)$, así que $P(2) = 0$ y $P(-2) = 0$.

  • "La suma de dos residuos es $-10$" significa sumar las dos expresiones $P(1) + P(-1)$ e igualarlas a $-10$.

  • Rotula cada ecuación, simplifícala y luego usa eliminación.

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Sea el polinomio $P(x) = x^3 + ax^2 + bx - 4$. Sabiendo que es divisible por $x - 2$ y que la suma de los restos de dividirlo por $x - 1$ y por $x + 1$ es igual a $-10$,…

Sea el polinomio $P(x) = x^3 + ax^2 + bx - 4$. Sabiendo que es divisible por $x - 2$ y que la suma de los restos de dividirlo por $x - 1$ y por $x + 1$ es igual a $-10$, plantea el sistema de ecuaciones pertinente y determina los coeficientes $a$ y $b$.

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La capacidad calorífica de un material experimental se aproxima mediante el polinomio de tercer grado $C(T) = aT^3 + bT^2 + cT + d$. Sabemos que $C(T)$ es divisible por…

La capacidad calorífica de un material experimental se aproxima mediante el polinomio de tercer grado $C(T) = aT^3 + bT^2 + cT + d$. Sabemos que $C(T)$ es divisible por $T$, que a $T=1$ su valor es $4$, a $T=-1$ su valor es $0$ y a $T=2$ su valor es $18$. Formula el sistema de ecuaciones correspondiente utilizando el teorema del resto y halla la expresión analítica del polinomio $C(T)$.

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Cómo construir un polinomio a partir de ceros y residuos

El teorema del factor también funciona al revés. Si conoces los ceros $r_1, r_2, r_3$ de un polinomio cúbico, entonces

$$P(x) = k\,(x - r_1)(x - r_2)(x - r_3),$$

donde $k$ es el coeficiente principal. Si no te dan $k$, usa otro dato para hallarlo.

Un truco útil: si $P(x)$ deja el mismo residuo $r$ al dividirse entre $x - a$ y entre $x - b$, entonces $P(a) = r$ y $P(b) = r$. Así que el nuevo polinomio $P(x) - r$ tiene ceros $a$ y $b$.

Plan para construir un polinomio: usar los ceros conocidos como factores y hallar el coeficiente principal con otro valor. Ceros conocidos r₁, r₂, r₃ → escribe los factores P(x) = k (x − r₁)(x − r₂)(x − r₃) Usa otro valor, como P(c) = v, para hallar k ¿Mismo residuo r? Entonces P(x) − r tiene esos ceros
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Un polinomio $P(x)$ de tercer grado tiene como coeficiente principal $2$. Sabiendo que es divisible por $(x - 1)$ y por $(x + 2)$, y que al dividirlo por $(x - 2)$ da un…

Un polinomio $P(x)$ de tercer grado tiene como coeficiente principal $2$. Sabiendo que es divisible por $(x - 1)$ y por $(x + 2)$, y que al dividirlo por $(x - 2)$ da un resto de $16$, determina la expresión completa del polinomio $P(x)$ en su forma desarrollada.

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Encuentra la expresión desarrollada de un polinomio $P(x)$ de tercer grado tal que, al dividirlo por $x+1$, $x-2$ y $x+3$, deje en todos los casos el mismo resto igual a…

Encuentra la expresión desarrollada de un polinomio $P(x)$ de tercer grado tal que, al dividirlo por $x+1$, $x-2$ y $x+3$, deje en todos los casos el mismo resto igual a $5$, y que al dividirlo por $x-1$ deje un resto de $-7$.

Nota: Piensa en la relación entre el polinomio auxiliar $P(x) - 5$ y el teorema del factor.

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El perfil de un canal de drenaje en un proyecto arquitectónico sigue la ecuación $y = P(x) = -kx^3 + 2kx^2 - 5x + c$, donde $y = 0$ representa el nivel del suelo. Se…

El perfil de un canal de drenaje en un proyecto arquitectónico sigue la ecuación $y = P(x) = -kx^3 + 2kx^2 - 5x + c$, donde $y = 0$ representa el nivel del suelo. Se sabe que el perfil corta el nivel del suelo en los puntos $x = 5$ y $x = -2$. Halla los valores exactos de $k$ y $c$ empleando el teorema del factor y determina la cota del perfil (altura respecto al suelo, negativa si queda por debajo) en el punto $x = 1$.

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Los exponentes enormes no son problema

Al teorema del residuo no le importa si el grado es $3$ o $2024$. Solo sustituyes. Muchas veces las potencias grandes se cancelan, y lo ves al reescribir $a \cdot a^{n-1} = a^n$.

Los dos términos de mayor grado se cancelan al evaluar en x igual a 2 y queda un número pequeño. P(x) = x⁵⁰⁰ − 2x⁴⁹⁹ + 4x³ − 5, entre x − 2 P(2) = 2⁵⁰⁰ − 2·2⁴⁹⁹ + 4·2³ − 5 2·2⁴⁹⁹ = 2⁵⁰⁰, así que los dos primeros términos se cancelan
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En un sistema de seguridad criptográfico, una clave se genera evaluando un polinomio de grado muy alto. La clave corresponde exactamente al resto de dividir el polinomio…

En un sistema de seguridad criptográfico, una clave se genera evaluando un polinomio de grado muy alto. La clave corresponde exactamente al resto de dividir el polinomio $P(x) = x^{2024} - 3x^{2023} + 2x^5 - 7x + 4$ entre el binomio $x - 3$. Calcula el valor numérico de dicha clave de seguridad justificando tu respuesta.

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Demuestra, aplicando el teorema del resto, que el polinomio $P(x) = x^n - a^n$ es siempre divisible por $x - a$ para cualquier número natural $n$. Utiliza este resultado…

Demuestra, aplicando el teorema del resto, que el polinomio $P(x) = x^n - a^n$ es siempre divisible por $x - a$ para cualquier número natural $n$. Utiliza este resultado para deducir razonadamente el resto de la división de $x^5 - 32$ entre $x - 2$.

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División entre un polinomio de grado 2

Cuando el divisor tiene grado $2$, el residuo puede tener grado $1$. Tiene la forma $R(x) = mx + b$. Si el divisor se factoriza como $(x - r_1)(x - r_2)$, entonces

$$P(x) = (x - r_1)(x - r_2)\,Q(x) + mx + b.$$

Sustituye $x = r_1$ y $x = r_2$. El primer término se anula las dos veces, así que $P(r_1) = m r_1 + b$ y $P(r_2) = m r_2 + b$. Es un sistema de dos ecuaciones en $m$ y $b$.

Esquema para hallar el residuo lineal mx más b evaluando en los dos ceros del divisor. Divisor (x − r₁)(x − r₂), residuo R(x) = mx + b P(r₁) = m·r₁ + b P(r₂) = m·r₂ + b Resuelve este sistema para m y b
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Halla el resto de dividir el polinomio $P(x) = (x - 2)^{200} + (x - 1)^{100} - 5$ entre el polinomio de segundo grado $Q(x) = (x - 1)(x - 2)$. Nota: Recuerda que el…

Halla el resto de dividir el polinomio $P(x) = (x - 2)^{200} + (x - 1)^{100} - 5$ entre el polinomio de segundo grado $Q(x) = (x - 1)(x - 2)$.

Nota: Recuerda que el resto de dividir por un polinomio de grado 2 es, a lo sumo, de la forma $mx + n$. Aplica el teorema del resto evaluando estratégicamente en las raíces del divisor.

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Determina los coeficientes $a, b, c, d$ del polinomio $P(x) = x^4 + ax^3 + bx^2 + cx + d$ sabiendo que es divisible por el binomio $x^2 - 4$, que al dividirlo por…

Determina los coeficientes $a, b, c, d$ del polinomio $P(x) = x^4 + ax^3 + bx^2 + cx + d$ sabiendo que es divisible por el binomio $x^2 - 4$, que al dividirlo por $x - 1$ deja un resto de $15$, y que su término independiente es $-12$.

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Resumen

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