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sábado, 20 de julio de 2024

Una ecuación con términos irracionales (con raíces)

Queremos encontrar la solución en \mathbb{R} de la siguiente ecuación: x-x\,\sqrt{x}=-4

Antes de empezar con los pasos algebraicos, debemos darnos cuenta de que, para que \sqrt{x} esté definida en el conjunto de los números reales, es necesario que x\ge 0; así pues, en la solución no caben números negativos, y, por otra parte, el cero, está claro que tampoco forma parte de la solución, pues si sustituimos x por 0 en la ecuación pedida obtenemos que 0-0=0\neq-4. En definitiva, la solución que encontremos tiene que estar entre los números positivos. Dicho ésto, empecemos ahora con el álgebra:
  x-x\,\sqrt{x}=-4
    x-x\,\sqrt{x}+4=0, y denotando: u=\sqrt{x}, u^2=x, con lo cual:
      u^2-u^2\,u+4=0
        u^2-u^3+4=0
          -u^3+u^2+4=0
            u^3-u^2-4=0
              u^3-u^2-8+4=0 (paso clave)
                (u^3-8)-(u^2-4)=0
                  (u^3-2^3)-(u^2-2^2)=0, y empleando estas dos identidades: a^2-b^2=(a-b)(a+b) y a^3-b^3=(a-b)(a^2+a\,b+b^2), podremos escribir lo anterior de la siguiente manera,
                    (u-2)\,(u^2+2\,u+2^2)-(u-2)\,(u+2)=0
                      (u-2)\,\left(u^2+2\,u+2^2-(u+2)\right)=0
                        (u-2)\,\left(u^2+2\,u+4-u-2\right)=0
                          (u-2)\,\left(u^2+u+2\right)=0\Leftrightarrow \left\{\begin{matrix}u-2=0 \Rightarrow u=2 \overset{x=u^2}{\Rightarrow} x=2^2=4 \\ u^2+u+2=0\Rightarrow u=\dfrac{-1\pm \sqrt{-3}}{2} \notin \mathbb{R}\end{matrix}\right.
Encontramos un sólo valor en la solución: x=4

Comprobación: Sustituyendo x por 4 en la ecuación pedida,
  4-4\,\sqrt{4}\overset{?}{=}-4. En efecto, el valor del primer miembro, 4-4\,\sqrt{4}=4-4\cdot 2=4-8=-4 conincide con el valor del segundo miembro.

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