Matemáticas de primaria y secundaria · Grades 1–9
65Raíces cuadradas
¿Cuánto mide la diagonal de un cuadrado de lado ? El teorema de Pitágoras responde , un número cuyo cuadrado es — y que resulta no ser un fracción. Este capítulo define raíces cuadradas, establece el reglas para calcular con ellos y enseña cómo simplificar expresiones como .
65.1 Definición y primeras propiedades.
Definición 65.1 (raíz cuadrada)
Deje . El raíz cuadrada de , escrito , es el número único no negativo cuyo cuadrado es :
Los números negativos no tienen raíz cuadrada, ya que todo cuadrado no es negativo.
Ejemplo 65.2
, , , . Los primeros raíces cuadradas que debemos saber de memoria son los de el cuadrados perfectos: .
Proposición 65.3 (Raíz cuadrada de un cuadrado)
Para cada número real (positivo o no):
Demostración. El número no es negativo y su cuadrado es (un número y su opuesto tiene el mismo cuadrado). Siendo el número único no negativo del cuadrado , es . ∎
Ejemplo 65.4
: el raíz cuadrada “se olvida” la señal, no la restaura. En particular es equivocado para negativo.
65.2 Productos y cocientes de raíces cuadradas.
Teorema 65.5 (Reglas de multiplicación y división.)
Para todos los y :
Demostración. El número no es negativo (producto de números no negativos), y su cuadrado es
Por unicidad del número no negativo cuyo cuadrado es , es igual . La regla cociente se demuestra de la misma manera. ∎
Observación 65.6 (¡No existe tal regla para las sumas!)
es no en general:
Método 65.7 (Simplificando )
Para simplificar el raíz cuadrada de un número entero:
Ejemplo 65.8
Simplifique : desde ,
Simplifique : desde , . Y un cociente: .
Ejemplo 65.9 (Añadiendo raíces cuadradas)
sumas de raíces cuadradas se simplifica solo cuando las raíces son similar. Calcule , simplificando primero cada término:
entonces el suma es .
Ejemplo 65.10 (Expandiendo con raíces cuadradas)
Las identidades del álgebra se aplican a raíces cuadradas. Expandir con :
Y con la tercera identidad, :
el producto de dos números irracionales puede ser un número entero.
65.3 La ecuación
Teorema 65.11 (Resolviendo )
- Si , ecuación tiene exactamente dos soluciones: y ;
- si , la única solución es ;
- si , no hay solución.
Demostración. Reescribe como cuando , y factorizar como diferencia de cuadrados:
entonces o (estos coinciden cuando ). cuando no hay solución, ya que por cada . ∎
Ejemplo 65.12
: soluciones y . : soluciones y (valores exactos; ). : sin solución. : dividir primero entre 3, , soluciones .
65.4 Ceremonias
Ejercicio 65.1 ★
Calcular sin calculadora:
Solución
Solución de Ejercicio 65.1.
; ; (desde ); ; ; .
Ejercicio 65.2 ★
Simplificar:
Solución
Solución de Ejercicio 65.2.
; ; ; .
Ejercicio 65.3 ★
Calcula y simplifica:
Solución
Solución de Ejercicio 65.3.
.
.
.
.
Ejercicio 65.4 ★
Resolver: ; ; ; .
Solución
Solución de Ejercicio 65.4.
: or .
: or .
significa : sin solución.
: , so or .
Ejercicio 65.5 ★
Reducir a un solo término: , luego .
Solución
Solución de Ejercicio 65.5.
.
.
Ejercicio 65.6 ★★
Ampliar y simplificar:
Solución
Solución de Ejercicio 65.6.
.
.
.
Ejercicio 65.7 ★★
Un campo cuadrado tiene área m. ¿Cuál es la longitud de su lado? de ¿Su diagonal (valor exacto, luego redondeado al metro más cercano)?
Solución
Solución de Ejercicio 65.7.
Lado: m. Diagonal (Pitágoras): m.
Ejercicio 65.8 ★★
Demuestre que (multiplique numerador y denominador por ). Usa el mismo truco para escribir y sin raíz cuadrada en el denominador.
Solución
Solución de Ejercicio 65.8.
.
. .
Ejercicio 65.9 ★★
¿Verdadero o falso? Justifique con una prueba o un contraejemplo.
- Para todos : .
- Para todos : .
- Para todos : .
- .
Solución
Solución de Ejercicio 65.9.
1. Verdadero: esta es la regla producto (Teorema 65.5).
2. Falso: pero .
3. Falso para negativo: . el La declaración correcta es .
4. Verdadero: .
Ejercicio 65.10 ★★★
Deje . calcular y deduzca una expresión más simple de . Misma pregunta para (apunte a un cuadrado de la forma , y cuidado con la señal).
Solución
Solución de Ejercicio 65.10.
. entonces (un número no negativo, por lo que la raíz simplemente elimina el cuadrado).
Del mismo modo , y , entonces (no , que es negativo!).
65.5 Problema: El número que no es una fracción.
Problema 65.1
Problema del fin de semana — la prueba legendaria de que es irracional, tiene muchos primos y el de Heron, asombrosamente buena receta para aproximarlo
La diagonal de un cuadrado unitario es una longitud perfectamente real. lo dibujó en Ejemplo 58.9 — y sin embargo, como el Los pitagóricos descubrieron con horror unos veinticinco Hace siglos, no fracción whatsoever lo mide. Leyenda Afirma que el descubrimiento fue castigado con ahogamiento. Este problema camina a través de la prueba inmortal (cuatro preguntas y es tuya) de por vida), multiplica las víctimas, y termina con la receta Los ingenieros utilizaron durante dos mil años para domar lo indomable. número.
Parte I — The proof.
- Primero cazarlo: comprueba que , entonces ese , elevando al cuadrado los límites. Un dígito más: entre los cuales ¿Miente los números tres decimales?
- Ahora supongamos — en aras de la contradicción — que para algunos fracción en lo más bajo términos (Método 64.16). Cuadrar ambos lados y mostrar que . ¿Cuál es la paridad de ?
- Los hechos de paridad de Problema 58.1 dicen: impar numeros tiene cuadrados extraño. Deduzca que es incluso, escriba , sustituir — y mostrar que debe ser incluso también.
- ¿Dónde está la contradicción? Concluya y exponga la teorema completo: is irrational — it is no cociente of whole numbers.
- La prueba se apoyó una vez, discretamente, en las palabras “en términos más bajos". Señale el paso exacto que colapsar sin ellos, y explicar por qué asumir el nivel más bajo términos eran legítimos en primer lugar.
Parte II — The victims multiply.
- Un segundo estilo de prueba, mediante factorizaciones primas. (Teorema 64.6): en , compare la paridad del exponente of en cada uno lado (Problema 64.1: los cuadrados llevan incluso exponentes). Concluya que es irracional.
- Ejecute el mismo argumento exponente en para un número entero general : para el cual produce una contradicción, y ¿en qué falla? Indique el resultado completo: es irracional exactamente cuando …
- Demuestre el lema del escudo: un racional distinto de cero multiplicado por un irracional es irracional. (Supongamos con racional, , y resuelva para ). Deduzca que y son irracionales.
- Demuestre que es irracional. entonces la linda uno: suponiendo que fueran racionales, calcule , aísle y encuentre el contradicción.
- Templar el entusiasmo: dar dos números irracionales cuyo suma es racional, y dos cuyo producto es racional. (La irracionalidad no se preserva mediante la aritmética. — cada caso necesita su propia prueba.)
Parte III — Heron’s recipe. Dos mil años antes de los calculadores, Garza de Alejandría aproximado así: guess ; replace the guess by the average of and ; repeat.
- Comience desde la suposición y calcule los dos siguientes conjeturas como fracciones exacto.
- Calcule la tercera estimación, nuevamente como un fracción exacto, y su valor decimal. Comparar con la pregunta 1: ¿cuántos ¿Los decimales de ya son correctos?
- La idea detrás de la receta: un rectángulo de área con un lado tiene el otro lado . mostrar eso siempre miente entre y (considere los dos casos y ), entonces promediar los dos lados aprieta el rectángulo hacia la plaza.
- Las conjeturas , , esconde una gema: calcula , luego , luego . Parte que probé imposible — ¿qué tan cerca están los de Heron? fracciones ¿llegar a lo imposible?
- Final, en dos frases: la diagonal de la unidad El cuadrado existe en papel, ningún fracción lo mide, y su la escritura decimal nunca puede repetirse (Problema 63.1). ¿Qué clase de "nuevos números" Por lo tanto, la recta numérica debe contener — y en qué lugar ¿En esta serie se cuenta su historia completa?
Solución
Solución de Problema 65.1.
1.; . Tres decimales: , entonces .
2. Cuadratura da , por lo tanto : el número es dos veces un número entero — incluso.
3. Si fuera extraño, sería extraño (Problema 58.1); ya que es incluso, es incluso: . Sustituyendo: , entonces es incluso, y por el mismo hecho de paridad es incluso.
4. Tanto como incluso significa tanto divisible como — pero estaba en los términos más bajos, sin compartir nada común divisor. Contradicción: el supuesto fracción no puede existir. Theorem: is irrational.
5. La contradicción vive enteramente en “más bajo términos”: sin él, “ y , ambos incluso” contradicen nada. Asumir las condiciones más bajas es legítimo porque cada fracción tiene un formulario con los términos más bajos (Método 64.16: dividir el MCD) — si si hubiera algún fracción, serían los términos más bajos uno, y ese es imposible.
6. En factorizaciones primas, los cuadrados llevan incluso exponentes (Problema 64.1). En , el exponente de es incluso a la izquierda, pero extraño a la derecha (incluso de , más uno). Ningún número tiene dos factorizaciones. (Teorema 64.6): contradicción, y es irracional.
7. En , el argumento encuentra un primo con paridad exponente contradictoria exactamente cuando aparece algún primo en con un extraño exponente. Si cada exponente de es incluso, es un cuadrado perfecto (, y está completo). Resultado completo: es irracional para todo que no sea un cuadrado perfecto —
8. De con : , un cociente de racionales, por tanto racional. Entonces si es irracional, no puede ser racional: y son irracionales (multiplicadores y ).
9. Si fuera racional, entonces sería racional: contradicción. si eran racionales, entonces también lo sería, dando racional — pero es irracional (pregunta 7). Entonces es irracional.
10. sumas: y (o y ) son irracionales, siendo racionales sumas y . Productos: . La irracionalidad puede evaporarse en aritmética — de ahí las pruebas caso por caso.
11. De : promedio de y : . Luego promedio de y : .
12. Contra : cinco decimales correctos después tres pasos — la receta duplica aproximadamente los decimales correctos cada redondo.
13. Si (adivina demasiado grande), entonces , y : el lado complementario es demasiado pequeño. Si , las desigualdades se invierten. De cualquier manera se encuentra entre y , por lo que su promedio — la siguiente suposición — está más cerca que el peor de los dos lados: el rectángulo de área se vuelve más cuadrado a cada paso.
14.; ; . Cada garza adivina satisface : La parte I demostró que golpear es imposible, y estos fracciones pierden lo imposible exactamente una unidad: los números enteros más cercanos que jamás se puedan obtener.
15. La recta numérica debe contener números más allá del fracciones — longitudes como , cuyas escrituras decimales se ejecutan para siempre sin repetir: el números reales. Su La construcción honesta es una historia para el volumen de High School y, en pleno rigor, los universitarios.