Polinomios y factorización

"La factorización es la habilidad de ver lo que está escondido dentro de la expresión. Es el equivalente algebraico de encontrar los factores primos de un número."

Qué vas a aprender en este capítulo

Los polinomios son las expresiones algebraicas más comunes en toda la matemática. Las ecuaciones que resolviste en el capítulo 2 eran de grado 1 (lineales). Ahora vas a manejar grado 2 y superior. Y la factorización — el proceso inverso de multiplicar — es la clave para resolver ecuaciones cuadráticas, simplificar fracciones algebraicas y entender las raíces de funciones. Es también la base que necesitás antes de Cálculo Diferencial.


4.1 ¿Qué es un polinomio?

💡 Intuición

Un polinomio es simplemente una suma de términos con potencias enteras no negativas. No nada exótico — ya los has visto toda la vida:

  • 3x+53x + 5 — polinomio de grado 1 (lineal)
  • x2−4x+4x^2 - 4x + 4 — polinomio de grado 2 (cuadrático)
  • 2x3−x+72x^3 - x + 7 — polinomio de grado 3 (cúbico)

Los polinomios aparecen en todas partes: el área de un terreno cuadrado (x2x^2), el ingreso total de una empresa (pxpx donde pp es precio y xx cantidad), la trayectoria de un balón lanzado.

Lo que no es polinomio: 1x\frac{1}{x}, x\sqrt{x}, 2x2^x. Esos tienen potencias negativas, fraccionarias, o la variable está en el exponente.

📐 Fundamento

Definición. Un polinomio en la variable xx es una expresión de la forma:

P(x)=anxn+an−1xn−1+⋯+a1x+a0P(x) = a_n x^n + a_{n-1} x^{n-1} + \cdots + a_1 x + a_0

donde n∈N0n \in \mathbb{N}_0, los coeficientes ai∈Ra_i \in \mathbb{R} y an≠0a_n \neq 0.

  • Grado: el mayor exponente con coeficiente no nulo. Ej.: 3x4−2x2+13x^4 - 2x^2 + 1 tiene grado 4.
  • Término: cada aixia_i x^i por separado.
  • Coeficiente líder: ana_n (el de la potencia más alta).
  • Término independiente: a0a_0 (sin xx).

Clasificación por grado:

Grado Nombre Ejemplo
0 Constante 77
1 Lineal 2x−32x - 3
2 Cuadrático x2+5x−6x^2 + 5x - 6
3 Cúbico x3−2xx^3 - 2x
4 Cuártico x4+1x^4 + 1

Clasificación por número de términos:

  • Monomio: 1 término → 5x35x^3
  • Binomio: 2 términos → x2−4x^2 - 4
  • Trinomio: 3 términos → x2+3x+2x^2 + 3x + 2

🛠️ En la práctica

Evaluar un polinomio. Para P(x)=2x3−5x+1P(x) = 2x^3 - 5x + 1, calculá P(−2)P(-2):

P(−2)=2(−2)3−5(−2)+1=2(−8)+10+1=−16+11=−5P(-2) = 2(-2)^3 - 5(-2) + 1 = 2(-8) + 10 + 1 = -16 + 11 = -5

Error común: (−2)3≠−23(-2)^3 \neq -2^3. El primero eleva −2-2 al cubo: (−2)3=−8(-2)^3 = -8. El segundo eleva 2 al cubo y luego le aplica el signo: −23=−(8)=−8-2^3 = -(8) = -8. En este caso da lo mismo, pero con potencias pares no:

  • (−3)2=9(-3)^2 = 9 ✅
  • −32=−9-3^2 = -9 ✅ (son distintos)

4.2 Operaciones con polinomios

💡 Intuición

Operar polinomios es como ordenar ingredientes de una receta: solo se suman o restan los términos semejantes (misma potencia de xx). Un huevo y una naranja no se suman para dar "dos cosas" — son categorías distintas. 3x23x^2 y 5x5x tampoco se pueden combinar: son "potencias distintas".

La multiplicación aplica la propiedad distributiva: cada término del primero multiplica cada término del segundo.

📐 Fundamento

Suma y resta. Se opera término a término donde los exponentes coincidan:

(3x2−2x+1)+(x2+5x−4)=4x2+3x−3(3x^2 - 2x + 1) + (x^2 + 5x - 4) = 4x^2 + 3x - 3
(5x2+x−2)−(2x2−3x+1)=3x2+4x−3(5x^2 + x - 2) - (2x^2 - 3x + 1) = 3x^2 + 4x - 3

(Al restar, cambiamos el signo de todos los términos del segundo polinomio.)

Multiplicación. Se aplica la propiedad distributiva:

(2x+3)(x−4)=2x⋅x+2x⋅(−4)+3⋅x+3⋅(−4)(2x + 3)(x - 4) = 2x \cdot x + 2x \cdot (-4) + 3 \cdot x + 3 \cdot (-4)
=2x2−8x+3x−12=2x2−5x−12= 2x^2 - 8x + 3x - 12 = 2x^2 - 5x - 12

Para trinomios por binomios, igual — cada término del primero multiplica a cada término del segundo.

🛠️ En la práctica

Truco: multiplicación en columna. Para (x2−3x+2)(2x+1)(x^2 - 3x + 2)(2x + 1):

  x² - 3x + 2
  ×    2x + 1
  ————————————
   x² - 3x + 2    ← multiplicar por 1
2x³- 6x²+ 4x      ← multiplicar por 2x, corrido un lugar
————————————————
2x³ - 5x² + x + 2

Verificación rápida. Evaluá en x=0x = 0: el resultado debe dar el término independiente. Aquí P(0)=2P(0) = 2, y el producto de términos independientes (2)(1)=2(2)(1) = 2. ✓


4.3 Productos notables

💡 Intuición

Los productos notables son multiplicaciones de polinomios tan frecuentes que tiene sentido memorizar su resultado directo, en lugar de hacer la multiplicación cada vez. Es como memorizar que 12×12=14412 \times 12 = 144 en lugar de sumar 12 doce veces.

Los más importantes: cuadrado de suma/diferencia, y producto de suma por diferencia.

📐 Fundamento

1. Cuadrado de un binomio:

(a+b)2=a2+2ab+b2(a + b)^2 = a^2 + 2ab + b^2
(a−b)2=a2−2ab+b2(a - b)^2 = a^2 - 2ab + b^2

2. Producto de suma por diferencia (diferencia de cuadrados):

(a+b)(a−b)=a2−b2(a + b)(a - b) = a^2 - b^2

3. Cubo de un binomio:

(a+b)3=a3+3a2b+3ab2+b3(a + b)^3 = a^3 + 3a^2b + 3ab^2 + b^3
(a−b)3=a3−3a2b+3ab2−b3(a - b)^3 = a^3 - 3a^2b + 3ab^2 - b^3

Verificaciones rápidas:

  • (3+4)2=49=9+24+16(3 + 4)^2 = 49 = 9 + 24 + 16 ✓ (usando (a+b)2=a2+2ab+b2(a+b)^2 = a^2 + 2ab + b^2)
  • (5+3)(5−3)=16=25−9(5 + 3)(5 - 3) = 16 = 25 - 9 ✓

🛠️ En la práctica

Aplicar productos notables directamente:

(2x+5)2=(2x)2+2(2x)(5)+52=4x2+20x+25(2x + 5)^2 = (2x)^2 + 2(2x)(5) + 5^2 = 4x^2 + 20x + 25

(3x−7)2=9x2−42x+49(3x - 7)^2 = 9x^2 - 42x + 49

(4x+1)(4x−1)=16x2−1(4x + 1)(4x - 1) = 16x^2 - 1

Error clásico: (a+b)2≠a2+b2(a + b)^2 \neq a^2 + b^2. El término central 2ab2ab es obligatorio. Nunca se puede "pasar la potencia al interior" sumando.

Uso práctico — cálculo mental:

982=(100−2)2=10000−400+4=960498^2 = (100 - 2)^2 = 10000 - 400 + 4 = 9604

51×49=(50+1)(50−1)=2500−1=249951 \times 49 = (50 + 1)(50 - 1) = 2500 - 1 = 2499


4.4 Factorización: el proceso inverso

💡 Intuición

Factorizar es deshacer una multiplicación: dado el resultado, encontrar los factores. Es como si viste que 6=2×36 = 2 \times 3 y preguntaras "¿de dónde viene ese 6?". En álgebra:

  • Tenés x2+5x+6x^2 + 5x + 6
  • Factorizás y encontrás (x+2)(x+3)(x + 2)(x + 3)

¿Para qué sirve? Para:

  1. Resolver ecuaciones: si (x+2)(x+3)=0(x + 2)(x + 3) = 0, entonces x=−2x = -2 o x=−3x = -3.
  2. Simplificar fracciones: x2+5x+6x+2=x+3\frac{x^2 + 5x + 6}{x + 2} = x + 3 (cancelar el factor común).
  3. Entender raíces de funciones: los factores te dicen dónde la función cruza el eje xx.

📐 Fundamento

Principio zero-product: Si A⋅B=0A \cdot B = 0, entonces A=0A = 0 o B=0B = 0.

Este principio es la razón por la que factorizar sirve para resolver ecuaciones. Si P(x)=0P(x) = 0 y P(x)=(x−r1)(x−r2)P(x) = (x - r_1)(x - r_2), entonces x=r1x = r_1 o x=r2x = r_2 son las soluciones.

Técnicas de factorización (en orden de prioridad):

  1. Factor común — siempre buscar primero
  2. Diferencia de cuadrados: a2−b2=(a+b)(a−b)a^2 - b^2 = (a+b)(a-b)
  3. Cuadrado perfecto: a2+2ab+b2=(a+b)2a^2 + 2ab + b^2 = (a+b)^2
  4. Trinomio general: x2+bx+c=(x+p)(x+q)x^2 + bx + c = (x + p)(x + q) donde pq=cpq = c y p+q=bp + q = b
  5. Factor común por agrupación
  6. Suma/diferencia de cubos: a3±b3=(a±b)(a2∓ab+b2)a^3 \pm b^3 = (a \pm b)(a^2 \mp ab + b^2)

4.5 Técnicas de factorización

💡 Intuición

Factor común — El más básico. Si todos los términos tienen un factor compartido, sacalo afuera:

6x2+9x=3x(2x+3)6x^2 + 9x = 3x(2x + 3)

Aquí 3x3x es el factor común de 6x26x^2 y 9x9x.

Trinomio: Para x2+bx+cx^2 + bx + c, buscá dos números pp y qq que sumen bb y multipliquen cc:

x2+5x+6x^2 + 5x + 6: necesito p+q=5p + q = 5 y p⋅q=6p \cdot q = 6 → p=2,q=3p = 2, q = 3 → (x+2)(x+3)(x+2)(x+3)

Diferencia de cuadrados: Reconocé el patrón a2−b2a^2 - b^2:

x2−9=(x+3)(x−3)x^2 - 9 = (x+3)(x-3) — así de directo.

📐 Fundamento

Técnica 1: Factor común.

12x3−8x2+4x=4x(3x2−2x+1)12x^3 - 8x^2 + 4x = 4x(3x^2 - 2x + 1)

Verificá distribuyendo: 4x⋅3x2=12x34x \cdot 3x^2 = 12x^3, etc.

Técnica 2: Diferencia de cuadrados.

a2−b2=(a+b)(a−b)a^2 - b^2 = (a+b)(a-b)
4x2−25=(2x)2−52=(2x+5)(2x−5)4x^2 - 25 = (2x)^2 - 5^2 = (2x + 5)(2x - 5)

Técnica 3: Trinomio cuadrado perfecto.

x2+6x+9=(x+3)2porque 3+3=6,  3⋅3=9x^2 + 6x + 9 = (x + 3)^2 \quad \text{porque } 3 + 3 = 6, \; 3 \cdot 3 = 9

Técnica 4: Trinomio general x2+bx+cx^2 + bx + c.

Buscá p,qp, q con p+q=bp + q = b y pq=cpq = c:

x2−x−12:pq=−12,p+q=−1⇒p=−4,q=3x^2 - x - 12: \quad pq = -12, p + q = -1 \Rightarrow p = -4, q = 3
x2−x−12=(x−4)(x+3)x^2 - x - 12 = (x - 4)(x + 3)

Técnica 5: Agrupación (para 4 términos).

x3+x2−3x−3=x2(x+1)−3(x+1)=(x2−3)(x+1)x^3 + x^2 - 3x - 3 = x^2(x + 1) - 3(x + 1) = (x^2 - 3)(x + 1)

Técnica 6: Suma/diferencia de cubos.

a3+b3=(a+b)(a2−ab+b2)a^3 + b^3 = (a + b)(a^2 - ab + b^2)
a3−b3=(a−b)(a2+ab+b2)a^3 - b^3 = (a - b)(a^2 + ab + b^2)
8x3−27=(2x)3−33=(2x−3)(4x2+6x+9)8x^3 - 27 = (2x)^3 - 3^3 = (2x - 3)(4x^2 + 6x + 9)

🛠️ En la práctica

Algoritmo para factorizar cualquier polinomio:

  1. ¿Hay factor común? Sacalo.
  2. ¿Cuántos términos tiene el resultado?
    • 2 términos: diferencia de cuadrados, o suma/diferencia de cubos.
    • 3 términos: cuadrado perfecto o trinomio general.
    • 4 términos: agrupación.
  3. ¿Se puede factorizar más alguno de los factores?

Ejemplo completo: 2x3−8x2x^3 - 8x

  1. Factor común: 2x(x2−4)2x(x^2 - 4)
  2. x2−4x^2 - 4 es diferencia de cuadrados: (x+2)(x−2)(x+2)(x-2)
  3. Resultado final: 2x(x+2)(x−2)2x(x+2)(x-2)

Verificación: Evaluá en x=2x = 2: original =2(8)−8(2)=16−16=0= 2(8) - 8(2) = 16 - 16 = 0; factorizado =2(2)(4)(0)=0= 2(2)(4)(0) = 0 ✓


4.6 Uso de factorización para resolver ecuaciones cuadráticas

📐 Fundamento

Para resolver ax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0:

Método 1: factorización (cuando funciona, es el más rápido)

x2−5x+6=0⇒(x−2)(x−3)=0⇒x=2x^2 - 5x + 6 = 0 \Rightarrow (x - 2)(x - 3) = 0 \Rightarrow x = 2 o x=3x = 3

Método 2: fórmula cuadrática (siempre funciona)

x=−b±b2−4ac2ax = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}

El discriminante Δ=b2−4ac\Delta = b^2 - 4ac indica cuántas raíces reales hay:

Δ\Delta Raíces
>0> 0 Dos raíces reales distintas
=0= 0 Una raíz real (raíz doble)
<0< 0 Sin raíces reales (raíces complejas)

Método 3: completar el cuadrado (útil para derivar la fórmula o para ciertas transformaciones)

x2+6x−7=0x^2 + 6x - 7 = 0 x2+6x=7x^2 + 6x = 7 x2+6x+9=7+9=16x^2 + 6x + 9 = 7 + 9 = 16 (x+3)2=16(x + 3)^2 = 16 x+3=±4x + 3 = \pm 4 x=1x = 1 o x=−7x = -7

🛠️ En la práctica

Aplicación — Área de terreno:

Un terreno rectangular tiene largo = (x+5)(x + 5) metros y ancho = (x+2)(x + 2) metros. Su área es 40 m². Encontrá las dimensiones.

(x+5)(x+2)=40(x + 5)(x + 2) = 40
x2+7x+10=40x^2 + 7x + 10 = 40
x2+7x−30=0x^2 + 7x - 30 = 0
(x+10)(x−3)=0(x + 10)(x - 3) = 0
x=−10 (no vaˊlido, largo negativo)ox=3x = -10 \text{ (no válido, largo negativo)} \quad \text{o} \quad x = 3

Dimensiones: largo =8= 8 m, ancho =5= 5 m. ✓ (8×5=408 \times 5 = 40)

Aplicación — Precio de pupusas:

Una pupusería descubrió que si sube el precio pp dólares respecto al precio actual, la cantidad demandada baja según Q=500−100pQ = 500 - 100p. El ingreso es I=p⋅Q=500p−100p2I = p \cdot Q = 500p - 100p^2. ¿A qué precio se maximiza el ingreso?

La función I(p)=−100p2+500pI(p) = -100p^2 + 500p es cuadrática con a<0a < 0 (abre hacia abajo), así que el vértice es el máximo:

$$p_{max} = -\frac{b}{2a} = -\frac{500}{2(-100)} = \frac{500}{200} = $2.50$$

Precio óptimo: $$2.50$ extra sobre el precio actual. Ingreso máximo: $I(2.5) = -100(6.25) + 500(2.5) = -625 + 1250 = $625$.


4.7 Ejercicios

✏️ Ejercicio 4.1 — Operaciones

Realizá las operaciones y simplificá:

a. (3x2−5x+2)+(2x2+x−7)(3x^2 - 5x + 2) + (2x^2 + x - 7) b. (4x3−x+3)−(2x3+3x2−x+1)(4x^3 - x + 3) - (2x^3 + 3x^2 - x + 1) c. (x+4)(x−3)(x + 4)(x - 3)

✏️ Ejercicio 4.2 — Productos notables

Expandí usando productos notables (sin multiplicar directamente):

a. (5x−3)2(5x - 3)^2 b. (2x+7)(2x−7)(2x + 7)(2x - 7) c. (x+1)3(x + 1)^3

✏️ Ejercicio 4.3 — Factorización

Factorizá completamente:

a. 6x3+9x2−15x6x^3 + 9x^2 - 15x b. x2−7x+12x^2 - 7x + 12 c. 4x2−364x^2 - 36 d. x3+8x^3 + 8

✏️ Ejercicio 4.4 — Ecuación cuadrática

Resolvé las ecuaciones:

a. x2+3x−18=0x^2 + 3x - 18 = 0 (por factorización) b. 2x2−3x−2=02x^2 - 3x - 2 = 0 (por fórmula cuadrática) c. x2−6x+9=0x^2 - 6x + 9 = 0 (identificar tipo de raíz)

✏️ Ejercicio 4.5 — Aplicación

El número de empleados de una microempresa salvadoreña en el año tt (contando desde 2020) está dado por E(t)=t2−3t+2E(t) = t^2 - 3t + 2.

a. ¿Cuántos empleados había en 2020 (t=0t = 0)? b. ¿En qué año(s) tenía 0 empleados? c. ¿Cuándo tendría exactamente 20 empleados?


4.8 Para profundizar


Definiciones nuevas: polinomio, grado, coeficiente líder, término independiente, monomio, binomio, trinomio, producto notable, factorización, discriminante, raíz doble, principio zero-product.