← Tornar a 4t d’ESO
4t d’ESO · Unitat 1 · Teoria

Arrels: teoria des de zero

Què vol dir fer una arrel, quan existeix i com podem calcular-la i simplificar-la?

Objectius i proposta de treball

Aprendràs a interpretar un radical, distingir una arrel d’una equació, comprovar el domini real, estimar valors, simplificar i operar amb arrels.

Durada orientativa: 60 minuts. Dedica 15 minuts al significat i als signes, 20 a les propietats i als exemples, 20 a les activitats i 5 a l’autocorrecció. Necessites paper i llapis; fes servir la calculadora només per comprovar les aproximacions.

Les situacions geomètriques són exemples didàctics ficticis. Aquesta pàgina prepara la guia de distributiva i racionalització.

1. Una arrel desfà una potència

Si coneixem l’àrea d’un quadrat i volem trobar-ne el costat, busquem quin nombre, multiplicat per si mateix, dona aquella àrea.

$$A=49\,\text{m}^2\quad\Longrightarrow\quad c=\sqrt{49}\,\text{m}=7\,\text{m}$$

Comprovació: $7^2=49$. La longitud és positiva.

Les parts d’un radical

$$\underbrace{\sqrt[3]{125}}_{\text{radical}}=5\quad\text{perquè}\quad5^3=125$$

En aquest exemple, l’índex és $3$ i el radicand és $125$.

L’índex indica a quina potència elevem el resultat per recuperar el nombre de dins. El radicand és el nombre de dins de l’arrel. En una arrel quadrada no escrivim habitualment l’índex: $\sqrt a=\sqrt[2]a$.

Per a un índex enter $n\geq2$, $\sqrt[n]{a}=b$ vol dir que $b^n=a$, prenent el resultat no negatiu quan l’índex és parell.

Exemples: $\sqrt{81}=9$, $\sqrt[3]{27}=3$ i $\sqrt[4]{16}=2$.

2. Quan existeix una arrel real?

El domini depèn de la paritat de l’índex
ÍndexCondició del radicandExemples
ParellHa de ser no negatiu: $a\geq0$. El resultat principal també és no negatiu.$\sqrt{36}=6$
$\sqrt0=0$
$\sqrt{-4}$ no existeix en els reals.
SenarPot ser qualsevol nombre real. El resultat té el signe del radicand.$\sqrt[3]{-8}=-2$
$\sqrt[3]0=0$
$\sqrt[3]8=2$

Una arrel principal i una equació són coses diferents

L’expressió $\sqrt{25}$ té un únic valor: $5$. En canvi, per resoldre $x^2=25$ busquem tots els nombres que compleixen la igualtat:

$$x=5\quad\text{o bé}\quad x=-5$$

Tots dos funcionen perquè $5^2=25$ i $(-5)^2=25$.

Amb lletres: $\sqrt{x^2}=|x|$ per a qualsevol nombre real. Si $x=-3$, obtenim $\sqrt{(-3)^2}=\sqrt9=3$, no pas $-3$. Amb índex senar, $\sqrt[3]{x^3}=x$.

3. Arrels exactes i aproximades

En aquest apartat, una arrel quadrada exacta d’un enter és la que dona un resultat enter. Això passa amb els quadrats perfectes:

$$0^2=0,\quad1^2=1,\quad2^2=4,\quad3^2=9,\quad4^2=16,\quad5^2=25,\quad6^2=36$$

Si l’enter positiu no és un quadrat perfecte, la seva arrel quadrada és irracional: no es pot escriure com una fracció d’enters i el seu decimal no acaba ni és periòdic.

Exemple: situar una arrel entre dos enters

  1. Busquem els quadrats perfectes que envolten el radicand: $25<30<36$.
  2. Prenem arrels: $5<\sqrt{30}<6$.
  3. Per precisar, comprovem $5{,}4^2=29{,}16$ i $5{,}5^2=30{,}25$. Per tant, $5{,}4<\sqrt{30}<5{,}5$.

Amb calculadora i arrodonint a les centèsimes: $\sqrt{30}\approx5{,}48$. El signe $\approx$ indica aproximació. La forma $\sqrt{30}$ continua sent exacta.

4. Propietats de les arrels

Les igualtats de la taula són vàlides per a radicands no negatius i índexs enters $n,m\geq2$. En el quocient, el radicand del denominador ha de ser positiu.

PropietatExpressióExemple
Producte del mateix índex$\sqrt[n]{a}\sqrt[n]{b}=\sqrt[n]{ab}$$\sqrt3\sqrt{12}=\sqrt{36}=6$
Quocient del mateix índex$\dfrac{\sqrt[n]{a}}{\sqrt[n]{b}}=\sqrt[n]{\dfrac ab}$, amb $b>0$$\dfrac{\sqrt{50}}{\sqrt2}=\sqrt{25}=5$
Arrel d’una arrel$\sqrt[m]{\sqrt[n]{a}}=\sqrt[mn]{a}$$\sqrt{\sqrt[3]{64}}=\sqrt[6]{64}=2$
Exponent fraccionari$\sqrt[n]{a^p}=a^{p/n}$, amb $a>0$ i $p$ enter$\sqrt[3]{2^2}=2^{2/3}$

No ajuntem directament radicals d’índexs diferents. Amb bases positives podem passar a un índex comú: $\sqrt2=\sqrt[6]{2^3}$ i $\sqrt[3]3=\sqrt[6]{3^2}$.

Una propietat que no existeix: l’arrel no es reparteix en una suma. Per exemple, $\sqrt{9+16}=5$, però $\sqrt9+\sqrt{16}=7$.

5. Simplificar: extreure potències completes

Una arrel simplificada conserva el mateix valor i deixa dins el mínim de factors possible.

Arrel quadrada: busquem parelles de factors

  1. Descomponem el radicand: $72=2^3\cdot3^2$.
  2. Separem els quadrats: $72=(2\cdot3)^2\cdot2$.
  3. Extraiem un factor per cada parella: $\sqrt{72}=2\cdot3\sqrt2=6\sqrt2$.

Comprovació: $(6\sqrt2)^2=36\cdot2=72$ i el resultat és positiu.

Amb altres índexs, fem grups d’aquella mida

$$\sqrt[3]{54}=\sqrt[3]{3^3\cdot2}=3\sqrt[3]2$$

Amb lletres, cal tenir present el signe: $\sqrt{18x^2}=3|x|\sqrt2$. Si sabem que $x\geq0$, podem escriure $3x\sqrt2$.

Introduir factors és el camí invers

Un factor no negatiu entra a l’arrel quadrada elevat al quadrat:

$$4\sqrt3=\sqrt{4^2\cdot3}=\sqrt{48}$$

Reduir l’índex

Amb base positiva, dividim l’índex i l’exponent pel mateix divisor:

$$\sqrt[6]{5^4}=\sqrt[3]{5^2}=\sqrt[3]{25}$$

6. Operar amb radicals

Sumar i restar: primer simplifiquem

Només agrupem radicals amb el mateix índex i el mateix radicand. Operem amb els coeficients:

$$\sqrt{50}+\sqrt8-\sqrt{18}=5\sqrt2+2\sqrt2-3\sqrt2=4\sqrt2$$

En canvi, $\sqrt2+\sqrt3$ no es redueix a un únic radical sumant els radicands.

Multiplicar: coeficients i radicands

$$2\sqrt3\cdot4\sqrt6=8\sqrt{18}=24\sqrt2$$

Parèntesis: distribuïm a tots els termes

$$(\sqrt5+2)\sqrt5=5+2\sqrt5$$

Racionalitzar: una fracció equivalent

Multipliquem numerador i denominador pel mateix factor no nul per deixar el denominador sense arrels.

$$\frac3{\sqrt2}=\frac{3\sqrt2}{2}$$

Si el denominador té dos termes, utilitzem el conjugat:

$$\frac1{\sqrt3+1}=\frac{\sqrt3-1}{(\sqrt3+1)(\sqrt3-1)}=\frac{\sqrt3-1}{2}$$

Exemple de la fitxa: racionalitza $\dfrac{5}{4-\sqrt{11}}$

Volem obtenir una fracció equivalent sense arrels al denominador. Com que hi ha una resta de dos termes, utilitzem el conjugat.

  1. Troba el conjugat. Conservem els termes i canviem el signe que els separa: el conjugat de $4-\sqrt{11}$ és $4+\sqrt{11}$. No canviem el signe de tota l’expressió.
  2. Multiplica numerador i denominador pel conjugat. Multiplicar pel mateix factor no nul a dalt i a baix equival a multiplicar per la unitat; el valor no canvia. $$\frac{5}{4-\sqrt{11}}\cdot\frac{4+\sqrt{11}}{4+\sqrt{11}} =\frac{5(4+\sqrt{11})}{(4-\sqrt{11})(4+\sqrt{11})}$$
  3. Calcula el denominador. Apliquem la identitat de suma per diferència: $(a-b)(a+b)=a^2-b^2$. $$(4-\sqrt{11})(4+\sqrt{11})=4^2-(\sqrt{11})^2=16-11=5$$

    Per veure per què desapareixen les arrels, també pots escriure els quatre productes:

    $$16+4\sqrt{11}-4\sqrt{11}-11=5$$

    Els dos termes amb arrel són oposats i es cancel·len.

  4. Conserva el numerador factoritzat. Tenim $5(4+\sqrt{11})$. Encara no cal desenvolupar el parèntesi: així es veu millor el factor comú.
  5. Simplifica el factor comú. El numerador complet i el denominador tenen el factor $5$: $$\frac{5(4+\sqrt{11})}{5}=4+\sqrt{11}$$

    Si haguessis desenvolupat el numerador, també arribaries al mateix resultat:

    $$\frac{20+5\sqrt{11}}{5}=\frac{20}{5}+\frac{5\sqrt{11}}{5}=4+\sqrt{11}$$

Resultat exacte: $\boxed{\dfrac{5}{4-\sqrt{11}}=4+\sqrt{11}}$.

Recorda: el conjugat elimina les arrels del denominador, però el resultat pot continuar tenint una arrel. Només podem simplificar factors comuns de tot el numerador i tot el denominador.

Consulta tots els passos de la distributiva i dels conjugats →

7. Revisa aquests errors freqüents

8. Activitats progressives amb solucions

Resol al quadern abans de desplegar les solucions. Escriu el procediment complet i comprova el signe i el domini.

Nivell inicial · Significat i domini

A1. Calcula $\sqrt{121}$ i $\sqrt[3]{-64}$.
$$\sqrt{121}=11\quad\text{perquè }11^2=121$$ $$\sqrt[3]{-64}=-4\quad\text{perquè }(-4)^3=-64$$
A2. Estudia $\sqrt{-9}$, $\sqrt[4]{16}$ i $\sqrt{(-7)^2}$ en els reals.

La primera expressió no té valor real perquè l’índex és parell i el radicand és negatiu. Les altres dues són:

$$\sqrt[4]{16}=2\qquad\sqrt{(-7)^2}=\sqrt{49}=7$$
A3. Compara calcular $\sqrt{36}$ amb resoldre $x^2=36$.

L’arrel principal és $\sqrt{36}=6$. L’equació té dues solucions: $x=6$ i $x=-6$, perquè totes dues donen $36$ en elevar-les al quadrat.

Nivell intermedi · Simplificació i aproximació

B1. Simplifica $\sqrt{45}$ i $\sqrt{200}$.
$$\sqrt{45}=\sqrt{9\cdot5}=3\sqrt5$$ $$\sqrt{200}=\sqrt{100\cdot2}=10\sqrt2$$
B2. Simplifica $\sqrt[4]{48}$.
$$\sqrt[4]{48}=\sqrt[4]{2^4\cdot3}=2\sqrt[4]3$$

Necessitem grups de quatre factors, perquè l’índex és quart.

B3. Situa $\sqrt{20}$ entre dos enters i aproxima’l a les centèsimes.
$$16<20<25\quad\Longrightarrow\quad4<\sqrt{20}<5$$

La calculadora permet arrodonir: $\sqrt{20}\approx4{,}47$.

Nivell de consolidació · Operacions i lletres

C1. Simplifica $\sqrt{12}+\sqrt{27}-\sqrt3$.
$$2\sqrt3+3\sqrt3-\sqrt3=(2+3-1)\sqrt3=4\sqrt3$$
C2. Calcula $(2\sqrt5)(3\sqrt{10})$.
$$2\cdot3\sqrt{5\cdot10}=6\sqrt{50}=6\cdot5\sqrt2=30\sqrt2$$
C3. Simplifica $\sqrt{2x^2}$ per a qualsevol $x$ real.
$$\sqrt{2x^2}=\sqrt2\sqrt{x^2}=|x|\sqrt2$$

El valor absolut garanteix un resultat no negatiu, també quan $x<0$.

C4. Racionalitza $\dfrac{\sqrt3}{\sqrt3-1}$.
$$\frac{\sqrt3}{\sqrt3-1}=\frac{\sqrt3(\sqrt3+1)}{(\sqrt3-1)(\sqrt3+1)}=\frac{3+\sqrt3}{3-1}=\frac{3+\sqrt3}{2}$$

Aplicació i ampliació

D1. Una plaça quadrada té una àrea de $98\,\text{m}^2$. Troba el costat exacte i aproximat a les centèsimes de metre.
$$c=\sqrt{98}\,\text{m}=7\sqrt2\,\text{m}\approx9{,}90\,\text{m}$$

Comprovació del valor exacte: $(7\sqrt2)^2=98$. La longitud ha de ser positiva.

D2. Simplifica $\sqrt{6\sqrt{16}}$.

Comencem per l’arrel interior:

$$\sqrt{6\sqrt{16}}=\sqrt{6\cdot4}=\sqrt{24}=2\sqrt6$$
Autoavaluació: explica amb paraules per què una arrel principal no porta dos signes, quan necessites un valor absolut i per què cal simplificar abans de sumar radicals.

9. Continua practicant