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v1 · padrão canônico

Lección 4 — Función cuadrática

Función cuadrática f(x) = ax² + bx + c. Discriminante, raíces (Bhaskara), forma canónica, vértice, concavidad, eje de simetría, signo, máximo y mínimo. Optimización de área, coste y beneficio.

Used in: 1.º curso de Bachillerato (15–16 años) · Matemáticas I japonés cap. 2 · Klasse 10 alemana · O-level Singapur cap. 2 · ENEM

f(x)=ax2+bx+c,a0f(x) = ax^2 + bx + c, \quad a \neq 0
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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

Definición rigurosa

"A quadratic function is a polynomial function of degree 2. The graph of a quadratic function is a parabola." — OpenStax College Algebra 2e, §5.1

Raíces — Fórmula de Bhaskara

El discriminante Δ=b24ac\Delta = b^2 - 4ac determina la naturaleza de las raíces de ax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0:

x=b±Δ2a,Δ=b24acx = \frac{-b \pm \sqrt{\Delta}}{2a}, \quad \Delta = b^2 - 4ac
what this means · Fórmula resolutiva (Bhaskara): Δ > 0 → dos raíces reales distintas; Δ = 0 → raíz doble real; Δ < 0 → ninguna raíz real (dos complejas conjugadas).

Vértice y forma canónica

Completando el cuadrado en ax2+bx+cax^2 + bx + c, obtenemos la forma canónica:

f(x)=a(xxV)2+yVf(x) = a(x - x_V)^2 + y_V
what this means · Forma canónica: revela directamente el vértice V = (xV, yV), el eje de simetría x = xV y el valor extremo yV.

donde las coordenadas del vértice son:

xV=b2a,yV=f(xV)=Δ4ax_V = -\frac{b}{2a}, \qquad y_V = f(x_V) = -\frac{\Delta}{4a}
what this means · xV es también el promedio de las raíces (cuando existen). yV es el valor mínimo si a > 0, máximo si a < 0.

Parábolas — figura geométrica

xyV (mín)eje x = xVa > 0xyV (máx)a < 0

Izquierda: a > 0, concavidad hacia arriba, el vértice es mínimo. Derecha: a < 0, concavidad hacia abajo, el vértice es máximo. Puntos naranjas: raíces (ceros de la función). Línea punteada: eje de simetría.

Relaciones de Vieta

Si x1,x2x_1, x_2 son las raíces de ax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0 (cuando Δ0\Delta \geq 0):

x1+x2=ba,x1x2=cax_1 + x_2 = -\frac{b}{a}, \qquad x_1 \cdot x_2 = \frac{c}{a}
what this means · Relaciones de Girard-Vieta: suma y producto de las raíces expresados directamente por los coeficientes, sin necesidad de hallar las raíces individualmente.

"The vertex of the parabola is the maximum point if a<0a < 0 or the minimum point if a>0a > 0." — OpenStax College Algebra 2e, §5.1

Signo de la función cuadrática

Con raíces x1x2x_1 \leq x_2 (cuando Δ>0\Delta > 0) y a>0a > 0: f(x)0f(x) \leq 0 para x[x1,x2]x \in [x_1, x_2]; f(x)0f(x) \geq 0 para xx1x \leq x_1 o xx2x \geq x_2. Si a<0a < 0, los signos se invierten.

Ejemplos resueltos

Cinco ejemplos con dificultad creciente — de la aplicación directa de Bhaskara a la optimización de beneficio. Cada ejemplo cita el libro-fuente.

Exercise list

42 exercises · 10 with worked solution (25%)

Application 16Understanding 8Modeling 8Challenge 6Proof 4
  1. Ex. 4.1Application

    Resuelve x25x+6=0x^2 - 5x + 6 = 0.

  2. Ex. 4.2Application

    Resuelve 2x2+5x3=02x^2 + 5x - 3 = 0.

  3. Ex. 4.3Application

    Resuelve 4x212x+9=04x^2 - 12x + 9 = 0.

  4. Ex. 4.4Application

    Verifica si x2+x+1=0x^2 + x + 1 = 0 tiene raíces reales.

  5. Ex. 4.5ApplicationAnswer key

    Resuelve x27x+10=0x^2 - 7x + 10 = 0.

  6. Ex. 4.6ApplicationAnswer key

    Resuelve x2+2x4=0x^2 + 2x - 4 = 0.

  7. Ex. 4.7Understanding

    Determina los valores de kk para que x2+2x+k=0x^2 + 2x + k = 0 tenga dos raíces reales distintas.

  8. Ex. 4.8UnderstandingAnswer key

    Determina kk tal que f(x)=x2+kx+9f(x) = x^2 + kx + 9 tenga raíz doble.

  9. Ex. 4.9ProofAnswer key

    Demuestra las relaciones de Vieta: si x1,x2x_1, x_2 son raíces de ax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0, entonces x1+x2=b/ax_1 + x_2 = -b/a y x1x2=c/ax_1 x_2 = c/a.

  10. Ex. 4.10Proof

    Demuestra la fórmula de Bhaskara completando el cuadrado.

  11. Ex. 4.11Application

    Determina el vértice de f(x)=x24x+3f(x) = x^2 - 4x + 3 y clasifícalo.

  12. Ex. 4.12Application

    Reescribe f(x)=2x28x+5f(x) = 2x^2 - 8x + 5 en la forma canónica a(xxV)2+yVa(x - x_V)^2 + y_V.

  13. Ex. 4.13ApplicationAnswer key

    Determina el vértice de g(x)=3x2+4x1g(x) = -3x^2 + 4x - 1 y reescribe en la forma canónica.

  14. Ex. 4.14Application

    Encuentra la cuadrática con raíces 2-2 y 55 que pasa por (0,10)(0, -10).

  15. Ex. 4.15Application

    Encuentra la cuadrática con vértice en (1,3)(1, -3) que pasa por (3,5)(3, 5).

  16. Ex. 4.16Understanding

    Para y=a(x3)2+5y = a(x-3)^2 + 5 con a0a \neq 0: ¿cuál es el vértice, y cómo afecta aa a la gráfica?

  17. Ex. 4.17Understanding

    Usa las relaciones de Vieta para resolver x2x2=0x^2 - x - 2 = 0 sin aplicar Bhaskara.

  18. Ex. 4.18Proof

    Demuestra que la abscisa del vértice es el promedio aritmético de las raíces (cuando existen).

  19. Ex. 4.19UnderstandingAnswer key

    Determina mm para que f(x)=mx2+(m+1)x+1f(x) = mx^2 + (m+1)x + 1 tenga vértice en el eje yy.

  20. Ex. 4.20Application

    Para f(x)=x22x8f(x) = x^2 - 2x - 8: determina raíces, vértice y forma canónica.

  21. Ex. 4.21ApplicationAnswer key

    Resuelve x2x6<0x^2 - x - 6 < 0.

  22. Ex. 4.22Application

    Resuelve x29x^2 \geq 9.

  23. Ex. 4.23ApplicationAnswer key

    Resuelve x2+4x+50-x^2 + 4x + 5 \geq 0.

  24. Ex. 4.24Understanding

    ¿Para cuáles valores de bb la función f(x)=2x2+bx+8f(x) = 2x^2 + bx + 8 es positiva para todo xRx \in \mathbb{R}?

  25. Ex. 4.25UnderstandingAnswer key

    Resuelve 4x23x+4>04x^2 - 3x + 4 > 0.

  26. Ex. 4.26Application

    Construye el cuadro de signo de f(x)=x23x10f(x) = x^2 - 3x - 10 e indica los intervalos donde f<0f < 0 y donde f0f \geq 0.

  27. Ex. 4.27Understanding

    ¿Para cuáles valores de mm la ecuación x2+mx+(m+3)=0x^2 + mx + (m + 3) = 0 tiene dos raíces reales distintas?

  28. Ex. 4.28Challenge

    Demuestra, usando la forma canónica, que para a>0a > 0 el valor mínimo de f(x)=ax2+bx+cf(x) = ax^2 + bx + c es yV=Δ/(4a)y_V = -\Delta/(4a), alcanzado en x=xVx = x_V.

  29. Ex. 4.29Modeling

    Proyectil lanzado verticalmente: h(t)=30t5t2h(t) = 30t - 5t^2 (m, s). (a) ¿Instante y altura máxima? (b) ¿Cuándo vuelve al suelo?

  30. Ex. 4.30Modeling

    Dos números positivos cuya suma es 100. ¿Cuáles maximizan el producto?

  31. Ex. 4.31Modeling

    Cerca de 60 m cubriendo 3 lados de un rectángulo (pared en el cuarto lado). ¿Qué dimensiones maximizan el área?

  32. Ex. 4.32ModelingAnswer key

    Coste C(q)=q230q+250C(q) = q^2 - 30q + 250 (€) para qq unidades. ¿Qué qq minimiza el coste? ¿Cuál es el coste mínimo?

  33. Ex. 4.33Modeling

    Ingresos R(p)=p(2004p)R(p) = p(200 - 4p). (a) ¿Ceros? (b) ¿Precio de ingresos máximos? (c) ¿Ingresos máximos?

  34. Ex. 4.34Modeling

    Un jardín rectangular tiene longitud 4 m mayor que el ancho y área 96 m². ¿Cuáles son las dimensiones?

  35. Ex. 4.35Modeling

    Ingresos R(q)=200qR(q) = 200q y coste C(q)=2q2+30q+200C(q) = 2q^2 + 30q + 200. (a) ¿Beneficio L(q)L(q)? (b) ¿qq que maximiza? (c) ¿Beneficio máximo?

  36. Ex. 4.36Modeling

    Trayectoria de balón: h(d)=0,1d2+d+1h(d) = -0{,}1d^2 + d + 1 m, donde dd es la distancia horizontal. (a) ¿Altura máxima y dónde ocurre? (b) ¿Dónde toca el suelo?

  37. Ex. 4.37Challenge

    Tienda vende 100 unidades/semana a 50,00 €. Cada reducción de 1,00 € trae 5 clientes extras. ¿Cuál precio maximiza los ingresos semanales?

  38. Ex. 4.38Challenge

    Gallinero rectangular con 300 m de cerca, dividido por la mitad por una cerca paralela a uno de los lados. ¿Qué dimensiones maximizan el área total?

  39. Ex. 4.39Challenge

    Demuestra que, dado x+y=Sx + y = S con x,y>0x, y > 0, el producto xyxy se maximiza cuando x=y=S/2x = y = S/2.

  40. Ex. 4.40Challenge

    Demuestra que, cuando Δ0\Delta \geq 0, la función cuadrática f(x)=ax2+bx+cf(x) = ax^2 + bx + c puede escribirse como f(x)=a(xx1)(xx2)f(x) = a(x - x_1)(x - x_2).

  41. Ex. 4.41Challenge

    ¿Para cuáles valores de p,qp, q la función f(x)=x2+2px+qf(x) = x^2 + 2px + q es no-negativa para todo xRx \in \mathbb{R}?

  42. Ex. 4.42Proof

    Demuestra el teorema del signo de la cuadrática: con a>0a > 0 y Δ>0\Delta > 0 (raíces x1<x2x_1 < x_2), f(x)<0f(x) < 0 si y solo si x(x1,x2)x \in (x_1, x_2).

Fuentes

Solo libros que alimentaron directamente el texto y los ejercicios. Catálogo general en /livros.

  • OpenStax College Algebra 2e — Jay Abramson et al. · 2022 · EN · CC-BY 4.0 · §5.1–5.3 (funciones cuadrá­ticas, vértice, discriminante, optimización). Fuente primaria de los Bloques A, C y D.
  • Stitz–Zeager — Precalculus — Carl Stitz, Jeff Zeager · 2013, v3 · EN · CC-BY-NC-SA · §2.3 (forma canónica, Vieta, transformaciones, desafíos). Fuente primaria de los Bloques B y E.
  • Yoshiwara — Modeling, Functions, and Graphs — Katherine Yoshiwara · 2020 · EN · libre · caps. 6–7 (optimización de área, beneficio, balística). Fuente primaria del Bloque D y de la Puerta práctica.

Updated on 2026-05-05 · Author(s): Clube da Matemática

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