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Resolver ecuaciones paso a paso: Ruffini y el método de cada tipo

Resolver una ecuación es encontrar los valores de la incógnita que hacen cierta la igualdad. No hay un único procedimiento: lo primero es clasificar la ecuación —polinómica, racional, con radicales, exponencial, logarítmica o trigonométrica— porque cada familia tiene su método. Este artículo recorre esos métodos, empezando por el más versátil para polinomios: la regla de Ruffini.

Ecuaciones polinómicas: Ruffini y la ramificación de métodos. Para un polinomio de grado tres o más, la regla de Ruffini busca sus raíces racionales. El teorema de la raíz racional acota las candidatas: si pq\tfrac{p}{q} es raíz de anxn++a0a_nx^n+\dots+a_0, entonces pp divide al término independiente a0a_0 y qq al coeficiente principal ana_n. Se prueba cada candidata con la división sintética; cuando el resto es cero, se ha encontrado una raíz y el polinomio queda factorizado, con el grado rebajado en uno.

Aquí aparece lo interesante: al llegar a un factor de segundo grado hay dos vías, y ambas son correctas. Se puede cerrar con la fórmula cuadrática x=b±b24ac2ax=\dfrac{-b\pm\sqrt{b^2-4ac}}{2a}, o seguir con Ruffini si ese factor todavía tiene una raíz racional. Por ejemplo, x36x2+11x6=0x^3-6x^2+11x-6=0 tiene la raíz x=1x=1; el cociente x25x+6x^2-5x+6 se resuelve por la fórmula (x=2,3x=2,3) o por otro Ruffini (x=2x=2, y queda x3x-3). Las bicuadradas ax4+bx2+c=0ax^4+bx^2+c=0 son un caso aparte: el cambio t=x2t=x^2 las reduce a una cuadrática, y cada raíz en tt devuelve dos valores de xx.

Racionales y con radicales: cuidado con las soluciones que no valen. Una ecuación racional P(x)Q(x)=0\tfrac{P(x)}{Q(x)}=0 se cumple cuando el numerador se anula, siempre que el denominador no lo haga: se resuelve P(x)=0P(x)=0 y se descartan los polos (los valores que anulan QQ). En una ecuación con radicales se aísla la raíz y se eleva al cuadrado, pero esa operación no es reversible y puede introducir soluciones extrañas: por eso hay que comprobar cada candidata en la ecuación original. Así, x+1=x1\sqrt{x+1}=x-1 da al cuadrar x=0x=0 y x=3x=3, pero x=0x=0 no cumple la original (1=11\sqrt1=1\neq-1) y se descarta.

Exponenciales y logarítmicas. Cuando la incógnita está en el exponente, se toman logaritmos en ambos lados: ax=bx=logaba^{x}=b\Rightarrow x=\log_a b. Si la ecuación es polinómica en la exponencial —como e2x3ex+2=0e^{2x}-3e^{x}+2=0—, el cambio t=ext=e^{x} la convierte en una cuadrática (t23t+2=0t^2-3t+2=0), y al deshacer el cambio se obtiene x=0x=0 y x=ln2x=\ln 2. Las logarítmicas usan las propiedades del logaritmo para combinar los términos y aplicar la definición logby=cy=bc\log_b y=c\Leftrightarrow y=b^{c}; después es obligatorio comprobar el dominio, porque el argumento de todo logaritmo debe ser positivo.

Trigonométricas: la solución general. Como el seno, el coseno y la tangente son periódicos, una ecuación trigonométrica tiene infinitas soluciones. Se halla la solución en un periodo y se añade el periodo: sinx=12\sin x=\tfrac12 da x=π6+2πnx=\tfrac{\pi}{6}+2\pi n y x=5π6+2πnx=\tfrac{5\pi}{6}+2\pi n, con nZn\in\mathbb{Z}.

En la calculadora de ecuaciones de MathOperator, cada ecuación se clasifica y se resuelve con el método que le corresponde, con el desarrollo completo paso a paso —incluida la ramificación de Ruffini—. Pueden probarse x^3 - 6x^2 + 11x - 6 = 0, x^4 - 5x^2 + 4 = 0, sqrt(x+1) = x - 1, 2^x = 8, log(x) + log(x-3) = 1 o sin(x) = 1/2.

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