¿Cómo resolver ecuaciones algebraicas?

Resolver una ecuación algebraica es hallar el o los valores de las incógnitas que verifican la igualdad de la ecuación. Comúnmente al proceso de hallar la solución de una ecuación también se le denomina "hallar las raíces de la ecuación".

¿Alguna vez te has preguntado por qué los términos e incógnitas de una ecuación se pueden despejar para hallar la solución? y ¿Cómo se deben realizar de manera correcta estos despejes? Si es así, entonces debes conocer el axioma fundamental de las ecuaciones. Este principio es la clave para entender cómo se resuelven las ecuaciones y cómo se aplican las operaciones algebraicas para encontrar la solución correcta.

En este artículo, te explicamos en detalle qué es el axioma fundamental de las ecuaciones, las reglas que se derivan de este axioma y cómo puedes aplicarlo para resolver tus propias ecuaciones. Lo mejor de todo es que te explicamos con ejemplos ¡Comenzamos!

¿Cómo resolver una ecuación?

Axioma fundamental de las ecuaciones

Si con cantidades iguales se verifican operaciones iguales, entonces los resultados serán iguales.

Este axioma es fundamental porque nos permite manipular ecuaciones matemáticas y resolver problemas de manera sistemática y rigurosa. Por ejemplo, si queremos encontrar el valor de una variable en una ecuación, podemos aplicar las mismas operaciones en ambos lados de la ecuación hasta que la variable esté aislada en un lado. Sin el axioma fundamental de las ecuaciones, no podríamos estar seguros de que las operaciones que realizamos para resolver la ecuación sean válidas. Las reglas que se derivan de este axioma se presentan a continuación.

Regla 1 del axioma fundamental de las ecuaciones

Si a los dos miembros de una ecuación se les suma una misma cantidad, positiva o negativa, la igualdad se mantiene.

Ejemplo 1. Dada la siguiente ecuación \[5x+9=x+4\] La regla 1 nos dice lo siguiente: Si sumamos cualquier término positivo o negativo a ambos miembros de una ecuación, la igualdad se mantendrá. Es decir, está permitido sumar un término positivo o negativo, pero solo si se suma en ambos miembros de la ecuación al mismo tiempo. De esta manera, la igualdad de la ecuación seguirá siendo válida. Para ilustrar esta regla, veamos un ejemplo: Si queremos sumar el término positivo +5 a la ecuación dada, lo haremos sumándole en ambos miembros de la ecuación de la siguiente manera:
\[\begin{aligned}5x+9&=x+4\\5x+9+(+5)&=x+4+(+5)\\5x+9+5&=x+4+5\\5x+14&=x+9\end{aligned}\]
Ahora bien, si deseamos sumar un término negativo a la ecuación, por ejemplo el término -7, lo haremos sumando el mismo valor en ambos miembros de la ecuación de la siguiente manera:
\[\begin{aligned}5x+9&=x+4\\5x+9+(-7)&=x+4+(-7)\\5x+9-7&=x+4-7\\5x-2&=x-3\end{aligned}\]
Nota 1. Más adelante veremos el motivo por el cual estaremos interesados en sumar términos positivos y negativos a una ecuación.

Regla 2 del axioma fundamental de las ecuaciones

Si a los dos miembros de una ecuación se les resta una misma cantidad, positiva o negativa, la igualdad se mantiene.

Ejemplo 2. Dada la siguiente ecuación \[5x+9=x+4\] La regla 2 nos dice lo siguiente: Si restamos cualquier término positivo o negativo a ambos miembros de una ecuación, la igualdad se conserva. Es decir, está permitido restar un término positivo o negativo, pero solo si lo restamos en ambos miembros de la ecuación al mismo tiempo. De esta manera, la igualdad de la ecuación seguirá siendo válida. Para ilustrar esta regla, veamos el siguiente ejemplo: Si queremos restar el término positivo +5 a la ecuación, lo haremos restándole en ambos miembros de la ecuación de la siguiente manera:
\[\begin{aligned}5x+9&=x+4\\5x+9-(+8)&=x+4-(+8)\\5x+9-8&=x+4-8\\5x+1&=x-4\end{aligned}\]
Ahora bien, si deseamos restar un término negativo a la ecuación, por ejemplo el término -2, lo haremos restando el mismo valor en ambos miembros de la ecuación de la siguiente manera:
\[\begin{aligned}5x+9&=x+4\\5x+9-(-2)&=x+4-(-2)\\5x+9+2&=x+4+2\\5x+11&=x+6\end{aligned}\]

Regla 3 del axioma fundamental de las ecuaciones

Si a los dos miembros de una ecuación se les multiplica por una misma cantidad, positiva o negativa, la igualdad se mantiene.

Ejemplo 3. Dada la siguiente ecuación \[5x+9=x+4\] La regla 3 nos dice lo siguiente: Si multiplicamos por cualquier término positivo o negativo a ambos miembros de una ecuación, la igualdad se mantendrá. Es decir, está permitido multiplicar por algún término positivo o negativo, pero solo si se multiplica en ambos miembros de la ecuación al mismo tiempo. De esta manera, la igualdad de la ecuación seguirá siendo verdadera. Para ilustrar esta regla, veamos el siguiente ejemplo: Si queremos multiplicar por el término positivo +7 a la ecuación, lo haremos multiplicándole en ambos miembros de la ecuación de la siguiente manera:
\[\begin{aligned}5x+9&=x+4\\(+7)[5x+9]&=(+7)[x+4]\\ 35x+63&=7x+28 \end{aligned}\]
Ahora bien, si deseamos multiplicar la ecuación por un término negativo, por ejemplo -4, lo haremos de la siguiente manera:
\[\begin{aligned}5x+9&=x+4\\(-4)[5x+9]&=(-4)[x+4]\\ -20x-36&=-4x-16\end{aligned}\]

Regla 4 del axioma fundamental de las ecuaciones

Si a los dos miembros de una ecuación se les divide por una misma cantidad, positiva o negativa, la igualdad se mantiene.

Ejemplo 4. Dada la siguiente ecuación \[8x-3=-2x+7\] La regla 4 nos dice lo siguiente: Si dividimos ambos miembros de una ecuación por cualquier término, ya sea positivo o negativo y diferente de cero, la igualdad se mantendrá. Es decir, está permitido dividir por cualquier término, siempre y cuando se divida en ambos miembros de la ecuación al mismo tiempo. Para que puedas comprender esta regla, veamos el siguiente ejemplo. Si deseamos dividir ambos miembros de una ecuación por un término positivo +8, lo haremos de la siguiente manera:
\[\begin{aligned}8x-3&=-2x+7\\ \frac{8x-3}{(+8)}&=\frac{-2x+7}{(+8)}\\\left[\frac{8x}{+8}\right]-\left[\frac{3}{+8}\right]&= \left[\frac{-2x}{+8}\right]+\left[\frac{7}{(+8)}\right]\\\left[\frac{8x}{8}\right]-\left[\frac{3}{8}\right]&= \left[-\frac{2x}{8}\right]+\left[\frac{7}{8}\right]\\x-\frac{3}{8}&=-\frac{x}{4}+\frac{7}{8}\end{aligned}\]
Ahora bien, si deseamos dividir una ecuación por un término negativo, por ejemplo por -2, lo haremos de la siguiente manera:
\[\begin{aligned} 8x-3&=-2x+7\\ \frac{8x-3}{-2}&=\frac{-2x+7}{-2}\\ \left[\frac{8x}{-2}\right]-\left[\frac{3}{-2}\right]&= \left[\frac{-2x}{-2}\right]+\left[\frac{7}{-2}\right]\\\left[-\frac{8x}{2}\right]-\left[-\frac{3}{2}\right]&= \left[\frac{2x}{2}\right]+\left[-\frac{7}{2}\right]\\-4x+\frac{3}{2}&=x-\frac{7}{2} \end{aligned}\]
Nota 2. Como puedes observar, dividir entre algún término sirve para eliminar el coeficiente de la incógnita \(x\).

Regla 5 del axioma fundamental de las ecuaciones

Si a los dos miembros de una ecuación se les eleva a una misma potencia, la igualdad de mantiene.

Ejemplo 5. Dada la siguiente ecuación \[8x-3=2x+7\] Esta regla nos dice lo siguiente: Si elevamos a una misma potencia ambos miembros de una ecuación, la igualdad se mantendrá. Es decir, está permitido elevar a una potencia de número real una ecuación, pero solo si se eleva a la misma potencia a ambos miembros de la ecuación al mismo tiempo. Por ejemplo, si deseamos elevar al cuadrado la ecuación dada, lo haríamos elevando al cuadrado cada miembro de la ecuación, es decir:
\[\begin{aligned}8x-3&=2x+7\\(8x-3)^2&=(2x+7)^2\\(8x-3)(8x-3)&=(2x+7)(2x+7)\\64x^2-48x+9&=4x^2+28x+49 \end{aligned}\]

Solución de una ecuación usando el axioma fundamental de las ecuaciones

Ejemplo. Resolver la siguiente ecuación de primer grado. \[4x+\frac{5}{2}=x+\frac{1}{2}\] Solución: La idea de hallar la solución a una ecuación de primer grado es hallar el valor de la incógnita que hace cierta la igualdad. Aplicando las reglas del axioma fundamental de la ecuaciones obtenemos lo siguiente. De acuerdo con la regla 1, podemos sumar el término negativo -1/2 en ambos miembros de la ecuación, esto para eliminar el término constante 1/2 del segundo miembro, es decir:
\[\begin{aligned}4x+\frac{5}{2}&=x+\frac{1}{2}\\4x+\frac{5}{2}+\left(-\frac{1}{2}\right)&=x+\frac{1}{2}-\left(\frac{1}{2}\right)\\4x+\frac{5}{2}-\frac{1}{2}&=x+\frac{1}{2}-\frac{1}{2}\\4x+\left(\frac{5}{2}-\frac{1}{2}\right)&=x+\left(\frac{1}{2}-\frac{1}{2}\right)\\4x+\frac{4}{2}&=x+0\\4x+2&=x\end{aligned}\]
De acuerdo con la regla 2, podemos restar el término positivo +2 en ambos miembros de la ecuación, esto para eliminar el término constante +2 del primer miembro, es decir:
\[\begin{aligned}4x+2&=x\\4x+2-(+2)&=x-(+2)\\4x+2-2&=x-2\\4x+(2-2)&=x-2\\4x+0&=x-2\\4x&=x-2\end{aligned}\]
Nuevamente, de acuerdo con la regla 1, podemos sumar el término negativo \(-x\) en ambos miembros de la ecuación, esto para eliminar el término \(+x\) del segundo miembro, es decir:
\[\begin{aligned}4x&=x-2\\4x+(-x)&=x-2+(-x)\\4x-x&=x-2-x\\4x-x&=(x-x)-2\\3x&=0-2\\3x&=-2\end{aligned}\]
De acuerdo con la regla 4 podemos dividir ambos miembros de la ecuación por el término positivo +3, esto para eliminar el coeficiente de la incógnita \(x\), es decir:
\[\begin{aligned}3x&=-2\\\frac{3x}{3}&=\frac{-2}{3}\\x&=-\frac{2}{3}\end{aligned}\]
Por lo tanto, la solución de la ecuación es \[x=-\frac{2}{3}\]

Como podrás observar, aplicar el axioma fundamental de las ecuaciones consiste básicamente en realizar las mismas operaciones en ambos miembros de la ecuación hasta encontrar el valor numérico de la incógnita. Sin embargo, debes tener en cuenta que aplicar este axioma paso a paso puede resultar ser algo laborioso, por lo cual el método efectivo para hallar la solución a una ecuación es usar la regla general. Es importante que sepas que los pasos de la regla general para hallar la solución a una ecuación se basan en el axioma fundamental de las ecuaciones. Antes de conocer los pasos de la regla general para hallar la solución a una ecuación es necesario dar a conocer los siguientes procedimientos.

La transposición de términos

La transposición de términos consiste en intercambiar los términos de una ecuación entre sus miembros. Cualquier término que se encuentre en un miembro de la ecuación se puede pasar al otro miembro de la ecuación cambiándole el signo.

Ejemplo 6. Supongamos que tenemos la ecuación \[11x-3=8x+16\] La transposición de términos consiste simplemente en intercambiar los términos de una ecuación de un miembro a otro, pero al hacerlo, estos términos deben aparecer con el signo opuesto. Por ejemplo, observa la ecuación dada: el término +8x que aparece en el segundo miembro, al pasarlo al primer miembro, lo colocaremos como -8x, es decir, ahora tendríamos la siguiente ecuación:
\[\begin{aligned}11x-3&=8x+16\\11x-3-8x&=16\\(11x-8x)-3&=16\\3x-3&=16\end{aligned}\]
Observa que el término +8x que estaba en el segundo miembro de la ecuación, ha pasado al primer miembro con signo \(-\), en esto consiste la transposición de términos.

Eliminación de términos semejantes

Los términos semejantes (términos iguales) con signos iguales en distinto miembro de una ecuación, pueden simplemente eliminarse.

Ejemplo 7. Dada la siguiente ecuación \[6y+8=2y+a+8\] La eliminación de términos semejantes consiste básicamente en observar la ecuación y, si existe un mismo término en ambos miembros, este puede simplemente eliminarse de la ecuación. Por ejemplo, en la ecuación dada, como podrás observar, el término que aparece en ambos miembros es el +8, por lo que este puede simplemente eliminarse, quedando la ecuación de la siguiente manera: \[6y=2y+a\]
Ejemplo 8. Dada la ecuación \[x^2+5x+6=x^2-9\] Observa que el término semejante que aparece en ambos miembros es el término \(+x^2\), por lo que este término puede eliminarse quedando simplemente la ecuación: \[5x+6=-9\]

Cambio de signos en una ecuación

Los signos de cada uno de los términos de una ecuación se pueden cambiar sin que la ecuación varíe. El cambio de signo en una ecuación consiste en intercambiar de positivo a negativo o de negativo a positivo los signos de todos los términos de una ecuación.

Ejemplo 9. Dada la ecuación \[5x^2+x+2=x-9\] Si queremos cambiar de signos esta ecuación, cambiaríamos el signo de cada término, es decir, ahora tendríamos la ecuación:
\[-5x^2-x-2=-x+9\]
Nota 3. Es importante observar que realizar un cambio de signo a una ecuación equivale a multiplicar por -1 a ambos miembros de la ecuación, esto es válido de acuerdo con la regla 3, es decir:
\[\begin{aligned}5x^2+x+2&=x-9\\ (-1)\left[5x^2+x+2\right]&=(-1)\left[x-9\right]\\-5x^2-x-2&=-x+9 \end{aligned}\]

Regla general para hallar la solución a una ecuación

Paso 1. Efectuar las operaciones indicadas, si las hay. Por ejemplo, sumar, restar, multiplicar o dividir los términos que se puedan.

Paso 2. Realizar la transposición de términos, separar en un miembro de la ecuación todos los términos que contenga a la incógnita y en otro miembro todas las cantidades conocidas.

Paso 3. Reducir términos semejantes en cada miembro.

Paso 4. Despejar la incógnita dividiendo ambos miembros de la ecuación por el coeficiente de la incógnita.

Solución de una ecuación usando la regla general para hallar la solución a una ecuación

Ejemplo 10. Resolver la siguiente ecuación de primer grado. \[4x+\frac{5}{2}=x+\frac{1}{2}\] Solución: Recuerda que la idea de hallar la solución a una ecuación de primer grado es hallar el valor de la incógnita que hace cierta la igualdad. De acuerdo con el paso 2, debemos realizar la transposición de términos, es decir, separar en un miembro todos los términos que involucran a la incógnita \(x\) y en el otro miembro todos los términos constantes. Recuerda que, al cambiar un término de un miembro a otro, este cambia de signo. Por lo general se colocan en el primer miembro los términos que involucran a la incógnita y en el segundo miembro los términos constantes, por lo tanto, tendremos:
\[\begin{aligned}4x+\frac{5}{2}&=x+\frac{1}{2}\\4x-x&=\frac{1}{2}-\frac{5}{2}\end{aligned}\]
Efectuando las operaciones en cada miembro obtenemos:
\[\begin{aligned}4x-x&=\frac{1}{2}-\frac{5}{2}\\3x&=-\frac{4}{2}\\3x&=-2\end{aligned}\]
De acuerdo con el paso 4, para dejar sola a la incógnita \(x\), debemos dividir ambos miembros de la ecuación por el coeficiente de la incógnita, en este caso debemos dividir por +3, es decir:
\[\begin{aligned}3x&=-2\\\frac{3x}{3}&=-\frac{2}{3}\\x&=-\frac{2}{3}\end{aligned}\]
Por lo tanto, la solución de la ecuación es \[x=-\frac{2}{3}\]