Completar el Cuadrado
Completar el cuadrado es un método para reescribir una expresión cuadrática en forma de vértice, sumando y restando una constante cuidadosamente elegida para crear un trinomio cuadrado perfecto.
Formula
x^2 + bx + \left(\frac{b}{2}\right)^2 = \left(x + \frac{b}{2}\right)^2
Definition
Completar el cuadrado reescribe una cuadrática como $x^2 + bx$ como un trinomio cuadrado perfecto sumando $(b/2)^2$ (y restándolo de nuevo para preservar el valor), convirtiendo la expresión en forma de vértice. Para el caso general $ax^2 + bx + c$: extrae $a$ como factor de los dos primeros términos si $a \neq 1$, suma $(b/2a)^2$ dentro (y resta la cantidad equivalente afuera), y luego escribe el resultado como $a(x + b/(2a))^2 + (c - b^2/(4a))$. Esta misma técnica deriva la fórmula cuadrática y reduce las cónicas generales $ax^2 + bxy + cy^2 + dx + ey + f = 0$ a la forma estándar clasificada; en álgebra lineal, completar el cuadrado en una forma cuadrática $Q = x^TAx$ corresponde a diagonalizar $A$ mediante transformaciones de congruencia, un hecho formalizado como la ley de inercia de Sylvester.
Example
$x^2 + 6x$: la mitad de $6$ es $3$, y $3^2 = 9$, así que $x^2 + 6x = x^2 + 6x + 9 - 9 = (x+3)^2 - 9$. $2x^2 - 12x + 7$: extrae $2$ como factor para obtener $2(x^2-6x)+7$, suma y resta $9$ dentro: $2(x-3)^2 - 18 + 7 = 2(x-3)^2 - 11$, vértice $(3,-11)$. Derivando la fórmula cuadrática: $ax^2+bx+c=0 \implies x^2+\frac{b}{a}x=-\frac{c}{a} \implies \left(x+\frac{b}{2a}\right)^2=\frac{b^2}{4a^2}-\frac{c}{a} \implies x=\frac{-b\pm\sqrt{b^2-4ac}}{2a}$.
Key Insight
Piénsalo como construir un cuadrado: $x^2 + 6x$ es casi un cuadrado perfecto, así que sumas justo lo suficiente ($9$) para completarlo, y luego restas esa misma cantidad para mantener el valor sin cambios. Esta es la técnica detrás de la propia fórmula cuadrática y la manera de resolver cuadráticas que no se factorizan sobre los enteros, y toda forma cuadrática real puede diagonalizarse de igual manera completando el cuadrado (la ley de inercia de Sylvester), conectando este truco elemental con la teoría espectral y la clasificación de las formas cuadráticas sobre cuerpos ordenados.