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Secundaria

Funciones cuadráticas

Elevar una entrada al cuadrado produce una gráfica que ya no crece como una recta. La curva puede bajar hasta un punto y después subir, o hacer lo contrario. Vamos a construir esa parábola desde el cuadrado, encontrar su vértice y usarlo para entender simetría, ceros y valores máximos o mínimos, antes de hacer un estudio completo.

Si necesitas repasar:

1. Una función cuadrática tiene un término de segundo grado que no desaparece

La forma general es f(x) = ax² + bx + c, con a ≠ 0.

Las letras a, b y c son números fijos; x es la entrada variable. Si a = 0, desaparece el término cuadrado y ya no es una función cuadrática. Su dominio numérico natural es todo ℝ.

El cuadrado cambia de sentido en cero
-3-2-1123-1123456789xy0y = x²
Gráfica de y igual a x al cuadrado. Las parejas menos dos cuatro, menos uno uno, cero cero, uno uno y dos cuatro ilustran su simetría respecto del eje vertical. La curva completa viene dada por la fórmula para todas las entradas reales.
En f(x) = x², las entradas −2, −1, 0, 1, 2 dan 4, 1, 0, 1, 4.

Dos entradas opuestas comparten salida porque sus cuadrados coinciden. La gráfica es una parábola y los valores intermedios proceden de la regla, no de segmentos rectos entre esos cinco puntos.

Calcular un cuadrado requiere conservar el signo de toda la entrada: (−2)² = 4. En cambio, −x² significa el opuesto del cuadrado.

Si x = −2, −x² = −4.

Reconocer coeficientes con signo

En f(x) = −2x² + 3x − 5, identifica a, b y c.

  1. Segundo grado

    a = −2.
  2. Primer grado

    b = 3.
  3. Término independiente

    c = −5.
Resultado

a = −2, b = 3 y c = −5.

Lo comprobamos

Los signos forman parte de los coeficientes; x no se incluye dentro del valor de a.

Una cuadrática sin término lineal

¿f(x) = 4x² + 7 es cuadrática?

  1. Coeficiente de x²

    a = 4, no nulo.
  2. Los otros coeficientes

    b = 0 y c = 7.
Resultado

Sí, es cuadrática.

Lo comprobamos

No necesita que los tres términos aparezcan escritos para ser de segundo grado.

2. La forma de vértice permite ver la entrada y el valor del extremo

Escribimos f(x) = a(x − h)² + k.

Como el cuadrado es no negativo, cuando a > 0 el valor más bajo aparece al hacer x − h = 0: x = h y f(h) = k.

El vértice es el punto V = (h; k).

No es solo una cifra.

Si a < 0, multiplicar el cuadrado por un negativo lo hace no positivo y k pasa a ser el valor más alto.

En ambos casos, el eje de simetría es la vertical x = h.

El signo dentro del paréntesis debe leerse resolviendo x − h = 0, no copiándolo sin pensar.

Por ejemplo f(x) = (x + 2)² + 3 tiene h = −2 y k = 3, porque el cuadrado se anula con x = −2. Su mínimo es tres y se alcanza en la entrada menos dos.

Vértice con un signo menos dentro

f(x) = 2(x − 4)² − 1. Da vértice y extremo en ℝ.

  1. Anulamos el cuadrado

    x = 4.
  2. Salida allí

    f(4) = −1.
  3. Coeficiente positivo

    Es un mínimo.

Resultado

V = (4; −1); mínimo −1 en x = 4.

Lo comprobamos

Para cualquier otra entrada, el cuadrado positivo añade una cantidad no negativa.

Apertura negativa

f(x) = −(x + 1)² + 5. Da vértice y extremo en ℝ.

  1. Entrada

    x + 1 = 0: x = −1.
  2. Salida

    Cinco.

  3. Coeficiente negativo

    El vértice es máximo.

Resultado

V = (−1; 5); máximo 5 en x = −1.

Lo comprobamos

Ninguna salida supera cinco porque se resta un cuadrado.

3. Completar el cuadrado revela el vértice de la forma desarrollada

En x² − 2x − 3 reconocemos que (x − 1)² = x² − 2x + 1.
Para conservar la expresión, escribimos x² − 2x − 3 = (x − 1)² − 1 − 3 = (x − 1)² − 4.
Ya vemos h = 1 y k = −4.
El vértice organiza la gráfica entera
-2-11234-5-4-3-2-1123456xy0V−13y = (x − 1)² − 4
Parábola y igual a x menos uno al cuadrado menos cuatro. Vértice uno menos cuatro, eje de simetría x igual a uno, ceros en menos uno y tres y corte vertical en menos tres. La curva sigue la fórmula, y los puntos señalados comprueban sus rasgos.

Si el coeficiente principal no es uno, primero lo sacamos de los términos con x.

Por ejemplo, 2x² − 8x + 5 = 2(x² − 4x) + 5.
Dentro añadimos y restamos cuatro: 2[(x − 2)² − 4] + 5 = 2(x − 2)² − 3.
En general, completar ax² + bx + c da h = −b/(2a) y k = f(h).

La fórmula resume esa transformación. Después de hallar h sustituimos para obtener k: la coordenada horizontal no es todo el vértice.

Completar un cuadrado sencillo

Escribe x² + 6x + 5 en forma de vértice.

  1. Cuadrado que necesitamos

    (x + 3)² = x² + 6x + 9.
  2. Compensamos

    x² + 6x + 5 = (x + 3)² − 9 + 5.
  3. Reunimos

    (x + 3)² − 4.

Resultado

Forma (x + 3)² − 4; vértice (−3; −4).

Lo comprobamos

Desarrollar de vuelta recupera x² + 6x + 5.

Usar la fórmula y comprobarla

Para f(x) = 2x² − 8x + 5, halla V.

  1. Horizontal

    h = −(−8)/(2 · 2) = 2.
  2. Vertical

    f(2) = 8 − 16 + 5 = −3.
  3. Vértice

    (2; −3).

Resultado

V = (2; −3).

Lo comprobamos

La forma 2(x − 2)² − 3 del desarrollo anterior lo confirma.

4. La simetría depende de la distancia a h, y a controla apertura y escala vertical

Las entradas h − t y h + t están igual de lejos de h. Sus cuadrados (x − h)² coinciden, así que sus salidas son iguales. Para dibujar elegimos el vértice y puntos a ambos lados, no solo una rama.

Si a es positivo abre hacia arriba y, si negativo, hacia abajo. A la misma distancia horizontal del eje, multiplicar |a| hace mayor la separación vertical respecto de k. Con las mismas escalas de ejes, un |a| mayor hace que la curva parezca más estrecha.

Cambiar b en la forma ax² + bx + c no es una traslación horizontal aislada: puede cambiar a la vez h y k. La forma de vértice es la que permite leer con claridad cada desplazamiento.

Dos puntos simétricos

Para f(x) = (x − 1)² − 4, calcula f(−1) y f(3).

  1. Distancias al eje x = 1

    −2 y +2.

  2. Cuadrados iguales

    Cuatro.

  3. Salidas

    4 − 4 = 0 en ambos.
Resultado

f(−1) = f(3) = 0.

Lo comprobamos

Los puntos están a dos unidades de la entrada del vértice.

Comparar la escala de dos parábolas

Compara f(x) = x² y g(x) = 3x² en x = 1 y x = −1.

  1. f

    En ambos casos vale uno.

  2. g

    En ambos vale tres.

  3. Interpretamos

    La separación vertical al vértice se triplica, manteniendo el eje de simetría.

Resultado

La segunda tiene salidas tres veces mayores a la misma distancia del eje.

Lo comprobamos

No ha cambiado el signo de apertura ni la entrada del vértice.

5. El recorrido y los tramos se leen desde el vértice cuando el dominio es ℝ

Si a > 0, al avanzar por la izquierda hacia h disminuye la distancia |x − h| y la función decrece. Después de h esa distancia aumenta y la función crece. El mínimo k se alcanza y el recorrido es [k; ∞).

Si a < 0 ocurre al revés: crece hasta h y decrece después. El máximo es k y el recorrido (−∞; k]. El infinito no es un valor alcanzado que se incluya con corchete.

Usamos intervalos abiertos para describir los tramos estrictos a cada lado; el vértice se nombra aparte. Más adelante revisaremos qué cambia al restringir las entradas.

Parábola que abre arriba

f(x) = 2(x + 1)² − 3 en ℝ. Da recorrido y tramos.

  1. Vértice

    (−1; −3).

  2. Recorrido

    [−3; ∞).

  3. Tramos

    Decrece en (−∞; −1) y crece en (−1; ∞).

Resultado

Mínimo −3; recorrido [−3; ∞) y los tramos indicados.

Lo comprobamos

La salida −3 sí se alcanza en x = −1.

Parábola que abre abajo

f(x) = −(x − 2)² + 5 en ℝ. Da recorrido y tramos.

  1. Vértice

    (2; 5).

  2. Recorrido

    (−∞; 5].

  3. Tramos

    Crece antes de dos y decrece después.

Resultado

Máximo 5 en x = 2; recorrido (−∞; 5].

Lo comprobamos

El cuadrado se resta y nunca permite una salida mayor que cinco.

6. Los ceros anulan la salida; el corte vertical usa entrada cero

Los ceros resuelven f(x) = 0 y corresponden a cortes con el eje horizontal.

En (x − 1)² − 4 = 0, queda (x − 1)² = 4: x = −1 o x = 3.

El punto de corte con el eje vertical se obtiene con x = 0 y es (0; −3). Son preguntas distintas.

En ax² + bx + c, la ecuación de ceros tiene discriminante D = b² − 4ac.

Si D > 0 hay dos ceros reales distintos; si D = 0 uno doble; si D < 0 no hay ceros reales. La fórmula x = [−b ± √D]/(2a) se usa solo cuando la raíz sea real para estos cortes.

Una parábola puede tener vértice y recorrido aunque nunca corte el eje x. No se inventan ceros para completar el dibujo.

Ningún cero real

Halla los ceros de f(x) = (x + 1)² + 2.

  1. Ecuación

    (x + 1)² = −2.
  2. Cuadrado real

    No puede ser negativo.

Resultado

No tiene ceros reales.

Lo comprobamos

Su mínimo es dos, por encima del eje horizontal.

Un cero doble

Halla ceros y corte vertical de f(x) = −2(x − 3)².

  1. Cero

    (x − 3)² = 0: x = 3.
  2. Corte vertical

    f(0) = −2 · 9 = −18.
  3. Puntos

    (3; 0) y (0; −18).

Resultado

Un cero doble x = 3; corte vertical (0; −18).

Lo comprobamos

El vértice toca el eje x y la curva queda por debajo en las demás entradas.

7. El cambio de una cuadrática no es constante como el de una recta

En f(x) = x², las entradas 0, 1, 2, 3 dan 0, 1, 4, 9.

Al aumentar x una unidad, los aumentos de salida son 1, 3 y 5. Cambian: no hay una pendiente única para toda la parábola.

Las diferencias entre esos aumentos sí son constantes: dos. Para ax² + bx + c con pasos unitarios, la segunda diferencia es 2a; con pasos de tamaño d es 2ad². Sale de restar dos veces los valores de la fórmula, no solo de mirar puntos aislados.

Que una tabla pequeña tenga segundas diferencias constantes sugiere un modelo cuadrático en esos datos. Sin la condición de que toda la regla sea cuadrática, una lista finita no prueba el comportamiento global.

Comprobar segundas diferencias

Para f(x) = 2x² + 3x + 1, usa x = 0, 1, 2, 3.

  1. Salidas

    1, 6, 15, 28.

  2. Primeras diferencias

    5, 9, 13.

  3. Segundas

    4 y 4, igual a 2a con a = 2.
Resultado

Segunda diferencia constante cuatro para pasos unitarios.

Lo comprobamos

Es coherente con el coeficiente principal dos.

Dos tasas medias distintas

En f(x) = x², compara el cambio por unidad entre cero y uno, y entre uno y dos.

  1. Primer intervalo

    (1 − 0)/(1 − 0) = 1.
  2. Segundo

    (4 − 1)/(2 − 1) = 3.
  3. Conclusión

    No es una misma tasa en ambos tramos.

Resultado

Las tasas medias son una y tres.

Lo comprobamos

Una recta con pendiente constante no describiría ambos cambios de esa forma.

8. Organizamos un estudio con vértice, ceros, simetría y puntos de ambos lados

Primero comprobamos dominio y coeficientes. Después hallamos el vértice y la apertura, localizamos ceros y corte vertical y usamos simetría para obtener más puntos. La tabla debe mostrar ambos lados del eje, siempre que pertenezcan al dominio.

Abrir hacia abajo convierte el vértice en un máximo
-112345-6-4-2246xy0Vy = −(x − 2)² + 4
La regla menos x al cuadrado más cuatro x equivale a menos x menos dos al cuadrado más cuatro. Su vértice es dos cuatro y alcanza el máximo cuatro; sus ceros están en cero y cuatro. Las entradas a igual distancia de dos tienen la misma salida.

En f(x) = −x² + 4x = −(x − 2)² + 4, el vértice es (2; 4), abre abajo y los ceros son cero y cuatro. La figura reúne esos rasgos. Sus salidas positivas quedan entre los ceros y las negativas fuera.

Al terminar sustituimos algún punto en la fórmula original y en la transformada para comprobar que coinciden. La apariencia aproximada de una curva no reemplaza las coordenadas calculadas.

Estudio del dibujo

Describe f(x) = −x² + 4x en ℝ.

  1. Forma de vértice

    −(x − 2)² + 4.

  2. Máximo y simetría

    Máximo cuatro en x = 2; eje x = 2.
  3. Ceros

    x(4 − x) = 0: cero y cuatro.
  4. Recorrido y tramos

    (−∞; 4]; crece antes de dos y decrece después.

Resultado

Parábola con máximo (2; 4), ceros 0 y 4 y recorrido (−∞; 4].

Lo comprobamos

f(1) = f(3) = 3 confirma la simetría.

Revisar una transformación

Se afirma x² − 2x − 3 = (x − 1)² − 3. ¿Es correcto?

  1. Desarrollamos la propuesta

    x² − 2x + 1 − 3 = x² − 2x − 2.
  2. Comparamos constantes

    Falta restar otra unidad.

  3. Forma correcta

    (x − 1)² − 4.

Resultado

No; la forma correcta termina en menos cuatro.

Lo comprobamos

En x = 0 la original vale −3 y la propuesta −2: un contraejemplo detecta el error.

9. Restringir el dominio puede excluir el vértice o un extremo

En y = x², si solo admitimos 1 < x ≤ 3, el vértice x = 0 ya no pertenece al dominio.

Las salidas están entre uno sin incluirlo y nueve incluyéndolo: recorrido (1; 9]. El dibujo usa un punto vacío para excluir y un punto lleno para incluir.

Proyectamos la misma curva en dos direcciones
xy1319y = x²Entradas
La función cuadrado se restringe a 1 < x ≤ 3. La proyección horizontal reúne entradas; la vertical reúne salidas. Uno queda excluido en ambos conjuntos.

No basta copiar el mínimo de la parábola completa. Si el dominio es un intervalo, revisamos si h pertenece, qué valores dan los extremos admitidos y qué valores se aproximan sin alcanzarse. Un ínfimo puede existir sin ser un mínimo.

El lugar donde se alcanza un extremo es una entrada; el valor del extremo es una salida. Esa distinción sigue siendo necesaria cuando restringimos la gráfica.

Vértice fuera del intervalo

f(x) = (x − 1)² con 2 ≤ x ≤ 4. Da mínimo, máximo y recorrido.

  1. Todo el intervalo está a la derecha del vértice

    La función crece allí.

  2. Extremos admitidos

    f(2) = 1; f(4) = 9.
  3. Recorrido

    [1; 9].

Resultado

Mínimo 1 en x = 2; máximo 9 en x = 4; recorrido [1; 9].

Lo comprobamos

El mínimo cero de la función en ℝ no está disponible en este dominio.

Extremo abierto del dibujo

Para y = x² con 1 < x ≤ 3, ¿hay mínimo?

  1. Las salidas superan uno

    Pueden acercarse a uno tanto como queramos.

  2. No se alcanza uno

    La entrada uno está excluida.

  3. Máximo

    Nueve sí se alcanza en tres.

Resultado

No hay mínimo; el ínfimo es 1 y el máximo 9.

Lo comprobamos

Recorrido (1; 9]; el paréntesis conserva la exclusión.

Ahora lo resolvemos de principio a fin.

EJEMPLO RESUELTO 1

Vértice visible

Estudia y=(x−2)²−3.

  1. Leemos la forma de vértice

    y = (x − 2)² − 3.
  2. Entrada del vértice

    El cuadrado se anula con x = 2.
  3. Valor allí

    y = −3; vértice (2; −3).
  4. Apertura y extremo

    El coeficiente del cuadrado es positivo: mínimo −3 en x = 2.
  5. Recorrido y tramos en ℝ

    [−3; ∞); decrece antes de dos y crece después.

  6. Puntos simétricos de comprobación

    En uno y tres, el cuadrado vale uno y la salida es −2.

Resultado

Vértice (2,−3); mínimo −3.

Lo comprobamos

En x=1 y x=3 el valor es −2.

EJEMPLO RESUELTO 2

Ceros

Halla los ceros de y=x²−4x+3.

  1. Anulamos la salida

    x² − 4x + 3 = 0.
  2. Factorizamos

    (x − 1)(x − 3) = 0.
  3. Dos ramas

    x = 1 o x = 3.
  4. Comprobamos

    1 − 4 + 3 = 0 y 9 − 12 + 3 = 0.
  5. Simetría

    El eje x = 2 está a mitad de las dos raíces.

Resultado

x=1 y x=3.

Lo comprobamos

El eje x=2 queda entre las raíces.

Los símbolos que hemos usado

f(x)=ax²+bx+c
Función cuadrática real, con a≠0.
V=(h,k)
Vértice de la parábola; h es su entrada y k su salida.
f(x)=a(x−h)²+k
Forma de vértice.
x=h
Recta vertical que constituye el eje de simetría.
Δ=b²−4ac
Discriminante que clasifica los ceros reales.
Recorrido
Conjunto de salidas alcanzadas en el dominio considerado.
Ceros
Entradas donde f(x)=0, que corresponden a encuentros con el eje horizontal.
Abscisa y ordenada
Coordenadas horizontal x y vertical y de un punto, respectivamente.

Ahora te toca a ti.

Tienes cinco ejercicios. Inténtalos; las pistas te ayudan si te atascas.

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