Al cuadrar una suma no desaparecen los productos cruzados. El dibujo de un cuadrado dividido en cuatro piezas permite verlos: hay dos cuadrados y dos rectángulos. Vamos a construir las identidades con la distributiva y después usarlas como atajos que entendemos, con letras y con números.
Si necesitas repasar:
1. Una identidad expresa una igualdad para todos los valores permitidos
La igualdad 2(x + 1) = 2x + 2 es verdadera para cualquier número real x: la distributiva la justifica. La llamamos identidad. En cambio, x + 1 = 4 es una ecuación que solo cumple x = 3. Un signo igual por sí solo no indica que algo sea una identidad.
Los productos notables son identidades que aparecen con frecuencia. Sirven para transformar expresiones sin cambiar su valor. No sustituyen a la multiplicación de polinomios: resumen productos que podemos volver a desarrollar para comprobar de dónde salen.
Una igualdad general
¿x + x = 2x es una identidad?
Leemos la izquierda
Son dos copias de la misma cantidad x.
Leemos la derecha
2x nombra esas mismas dos copias para cualquier x.
Sí, es una identidad.
La igualdad no depende de escoger un número concreto.
Una igualdad con condiciones
¿x² = 9 es una identidad en los números reales?
Probamos un valor que no la cumpla
Con x = 0 queda 0 = 9, que es falso.Distinguimos la ecuación
Solo la cumplen determinados valores, x = 3 o x = −3.
No; es una ecuación que no vale para todo x.
Un solo caso que falle basta para descartar que sea una identidad general.
2. Un dibujo muestra las piezas que no podemos olvidar
Al partir cada lado en cuatro y dos, quedan cuatro regiones: un cuadrado de 4 × 4 = 16 cm², dos rectángulos de 4 × 2 = 8 cm² cada uno, y un cuadrado de 2 × 2 = 4 cm².
Las cuatro piezas cubren el interior sin solaparse: 16 + 8 + 8 + 4 = 36 cm². Si hiciéramos solo 4² + 2² = 20, faltarían los dos rectángulos. Esa es la razón visual por la que el cuadrado de una suma no es, en general, la suma de cuadrados.
Cuadrar una suma pequeña
Calcula (3 + 2)² y compáralo con 3² + 2².
Cuadramos la suma completa
(3 + 2)² = 5² = 25.Sumamos los cuadrados separados
3² + 2² = 9 + 4 = 13.Identificamos la diferencia
Faltan dos productos 3 · 2: doce en total.
Son 25 y 13, dos resultados distintos.
9 + 6 + 6 + 4 = 25 incorpora las cuatro piezas.
Contar los rectángulos cruzados
Un cuadrado de lado 5 + 1 se divide en piezas como el dibujo. ¿Qué área aportan juntas las dos piezas rectangulares?
Medimos una pieza cruzada
5 · 1 = 5 unidades cuadradas.Contamos las dos iguales
5 + 5 = 10.
Aportan 10 unidades cuadradas.
Las otras dos piezas son cuadrados de áreas 25 y 1; 25 + 10 + 1 = 36.
3. El cuadrado de una suma produce dos veces el mismo cruce
(a + b)² significa (a + b)(a + b). Distribuimos a por los dos términos: a² + ab. Después b por los dos: ba + b². Como ab = ba, los dos productos del centro suman 2ab.
La identidad queda (a + b)² = a² + 2ab + b². «El primero al cuadrado, el doble producto y el segundo al cuadrado» solo resume esos cuatro productos. La demostración algebraica vale también para valores negativos; el dibujo de áreas usaba longitudes positivas para poder verlo.
Un término x y una constante
Desarrolla (x + 4)².
Identificamos los dos bloques
a = x y b = 4.Calculamos las tres aportaciones
a² = x²; 2ab = 2 · x · 4 = 8x; b² = 16.Las sumamos
x² + 8x + 16.
El resultado es x² + 8x + 16.
Con x = 1, ambos lados dan 25. El término 8x recoge los dos cruces.
Un coeficiente dentro del primer bloque
Desarrolla (3x + 2)².
Tomamos el bloque completo
a = 3x, no solo x; b = 2.Cuadramos el primero
(3x)² = 9x².Calculamos el doble producto y el último cuadrado
2 · 3x · 2 = 12x y 2² = 4.
El resultado es 9x² + 12x + 4.
3x por 3x multiplica también los dos coeficientes: tres por tres es nueve.
4. En el cuadrado de una diferencia el último término es positivo
Los cuatro productos son a², −ab, −ab y +b².
Los dos cruces suman −2ab.
No es a² − b². Una resta entre cuadrados corresponde a otro producto que veremos después. Si dudas de un signo, vuelve a escribir los dos paréntesis y multiplica cada término.
Una diferencia sencilla
Desarrolla (x − 5)².
Identificamos a y b
a = x, b = 5.Aplicamos cada parte con su signo
x² − 2 · x · 5 + 5².
Simplificamos
x² − 10x + 25.
El resultado es x² − 10x + 25.
Con x = 5, el original vale cero y 25 − 50 + 25 también.
El coeficiente se eleva completo
Desarrolla (2x − 1)².
Cuadramos el primer bloque
(2x)² = 4x².Calculamos el cruce negativo
−2 · (2x) · 1 = −4x.Cuadramos el segundo
1² = 1.
El resultado es 4x² − 4x + 1.
No da 4x² − 1: faltarían dos productos y cambiaría el último signo.
5. Suma por diferencia cancela los dos cruces
Ahora multiplicamos dos factores distintos: (a + b)(a − b). Los cuatro productos son a², −ab, +ab y −b².
Por eso queda a² − b².
Reconocemos los mismos dos bloques, una vez sumados y otra restados. No la usamos para (a − b)², porque ahí ambos factores son la misma diferencia y los cruces no se cancelan.
Conjugados de una misma pareja
Desarrolla (x + 6)(x − 6).
Identificamos los bloques
a = x y b = 6.Restamos los cuadrados
x² − 6² = x² − 36.
El resultado es x² − 36.
Los cruces −6x y +6x se cancelan, no se suman como dos negativos.
Un bloque con coeficiente
Desarrolla (4x − 3)(4x + 3).
Reconocemos la pareja aunque cambie el orden
Los bloques son 4x y 3.
Cuadramos cada uno
(4x)² = 16x² y 3² = 9.Restamos
16x² − 9.
El resultado es 16x² − 9.
Un factor es la suma y el otro la diferencia de los mismos bloques.
6. Los bloques pueden contener potencias, coeficientes y fracciones
En (x² + 3)², el primer bloque es x².
Resultado: x⁴ + 6x² + 9. Identificar primero los bloques evita tratar x² como si fuera solo x.
Cada bloque recibe la operación completa: al cuadrar x/2, se cuadran tanto el numerador como el denominador. No existe una regla nueva para fracciones: seguimos la misma identidad.
Cuadrar una potencia dentro del paréntesis
Desarrolla (2x² + 1)².
Definimos el primer bloque
a = 2x².Calculamos su cuadrado
a² = 4x⁴.Completamos las otras partes
2ab = 4x² y b² = 1.
El resultado es 4x⁴ + 4x² + 1.
El exponente cuatro sale de multiplicar x² por x², no de sumar dos al coeficiente.
Una diferencia con fracción
Desarrolla (x + 1/2)(x − 1/2).
Reconocemos suma por diferencia
Los bloques son x y 1/2.
Cuadramos ambos
x² y (1/2)² = 1/4.Restamos
x² − 1/4.
El resultado es x² − 1/4.
El cuadrado de un medio es un cuarto, no un medio.
7. Las identidades también se leen de derecha a izquierda
Si vemos x² + 6x + 9, buscamos dos cuadrados: x² y 3².
Las tres piezas coinciden, así que x² + 6x + 9 = (x + 3)². Este proceso escribe una suma como producto: se llama factorizar.
No basta con que los extremos sean cuadrados. x² + 5x + 9 no es (x + 3)², porque su término central debería ser 6x. Para una diferencia de cuadrados a² − b², podemos escribir los factores (a − b)(a + b).
Un cuadrado perfecto con signo menos
Factoriza x² − 8x + 16 usando una identidad.
Leemos los extremos
x² y 4².
Revisamos el centro
−2 · x · 4 = −8x.Escribimos el cuadrado de la diferencia
(x − 4)².
x² − 8x + 16 = (x − 4)².
Al desarrollar regresan los tres términos, incluido el −8x.
Dos cuadrados separados por una resta
Factoriza 9x² − 25.
Identificamos las bases de los cuadrados
9x² = (3x)² y 25 = 5².Escribimos diferencia por suma
(3x − 5)(3x + 5).
9x² − 25 = (3x − 5)(3x + 5).
No escribimos (3x − 5)²: produciría un término central y un último término positivo.
8. El cálculo mental funciona porque mantiene la misma estructura
Para calcular 21², escribimos (20 + 1)².
No hemos cambiado la cuenta: la hemos expresado en productos más sencillos.
Elegimos un centro común y la misma distancia a cada lado. Que dos números estén cerca no basta para usar cualquier identidad: necesitamos reconocer exactamente sus bloques.
Un cuadrado cerca de treinta
Calcula 29² con una identidad.
Buscamos una diferencia sencilla
29 = 30 − 1.Cuadramos la diferencia
(30 − 1)² = 900 − 60 + 1.Sumamos
841.
29² = 841.
El producto directo 29 · 29 debe coincidir; olvidar el cruce daría 901, demasiado grande.
Dos números a igual distancia de diez
Calcula 8 · 12 con suma por diferencia.
Identificamos el centro
8 = 10 − 2 y 12 = 10 + 2.Restamos cuadrados
10² − 2² = 100 − 4.
8 · 12 = 96.
Las distancias al centro son ambas dos; eso permite usar los mismos bloques.
9. Elegimos una identidad por los factores que realmente aparecen
Antes de aplicar una fórmula, comprueba: ¿hay dos factores iguales formando un cuadrado?, ¿es una suma o una diferencia?, ¿son conjugados con los mismos bloques? Si el producto es (x + 2)(x + 5), no es un cuadrado ni una suma por diferencia: distribuimos normalmente.
Para revisar un resultado podemos sustituir un valor sencillo. Si falla, sabemos que hay un error. Si coincide, aún necesitamos que los pasos algebraicos estén justificados. Estas identidades valen para todos los valores reales de sus bloques; los ejemplos numéricos ayudan a comprobar, no sustituyen la demostración.
No forzar la fórmula
¿Puede (x + 2)(x + 5) convertirse en x² − 10 por suma por diferencia?
Revisamos los dos bloques constantes
Dos y cinco son diferentes, y ambos se suman.
Usamos distributiva
x² + 5x + 2x + 10 = x² + 7x + 10.
No; el resultado es x² + 7x + 10.
No existe la pareja +b y −b que cancelaría los cruces.
Encontrar el término omitido
Alguien escribe (x − 2)² = x² + 4. Localiza el error.
Repetimos el factor completo
(x − 2)(x − 2).
Contamos los cruces
−2x y −2x suman −4x.
Añadimos la pieza que faltaba
x² − 4x + 4.
Faltaba el término −4x.
Con x = 2, el original es cero y la propuesta daba ocho; la expresión corregida da cero.
Ahora lo resolvemos de principio a fin.
EJEMPLO RESUELTO 1
Un cuadrado
Desarrolla (2x−3)².
Identificamos los dos bloques completos
a = 2x y b = 3; aparece (a − b)².Cuadramos el primero
(2x)² = 4x².Calculamos el doble producto con signo negativo
−2 · (2x) · 3 = −12x.Cuadramos el segundo
3² = 9, con signo positivo.Juntamos las tres aportaciones
4x² − 12x + 9.
Comprobamos con x = 1
(2 − 3)² = 1 y 4 − 12 + 9 = 1.
4x²−12x+9.
En x=1: (−1)²=1 y 4−12+9=1.
EJEMPLO RESUELTO 2
Cálculo mental
Calcula 49·51 usando una identidad.
Buscamos el centro común
49 = 50 − 1 y 51 = 50 + 1.Reconocemos suma por diferencia
(50 − 1)(50 + 1) = 50² − 1².Calculamos los cuadrados
2500 − 1 = 2499.Respondemos
49 · 51 = 2499, sin multiplicar directamente las dos cifras.
2499.
49·(50+1)=2450+49=2499.
Los símbolos que hemos usado
- a, b
- Bloques numéricos o algebraicos que forman la suma o diferencia.
- (a+b)²
- Producto (a+b)(a+b), no suma separada de cuadrados.
- 2ab
- Término cruzado que reúne los productos ab y ba.
- a²−b²
- Diferencia de cuadrados; se factoriza como (a−b)(a+b).
- Identidad
- Igualdad válida para todos los valores de las variables dentro de su dominio.
- Desarrollar
- Convertir un producto en una suma mediante la distributiva.
- Factorizar
- Expresar una suma como producto de factores.
Ahora te toca a ti.
Tienes cinco ejercicios. Inténtalos; las pistas te ayudan si te atascas.
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