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Lección

Suma y Diferencia de Potencias Impares

Suma y Diferencia de Potencias Impares

Ya sabes cómo factorizar diferencias de cuadrados (x2y2x^2 - y^2) y sumas o diferencias de cubos (x3±y3x^3 \pm y^3). ¿Qué pasa si el exponente es 5, 7 o cualquier otro número impar? Hoy aprenderás que estas expresiones siguen un patrón muy elegante que te permitirá factorizarlas fácilmente, sin importar qué tan grande sea el exponente.


🎯 ¿Qué vas a aprender?

  • A identificar cuándo aplicar este caso (potencias iguales impares).
  • A construir el segundo factor "bajando y subiendo" exponentes.
  • A manejar correctamente los signos en sumas y diferencias.
  • A aplicar la fórmula general para cualquier potencia impar nn.

🔍 El Patrón: De lo conocido a lo nuevo

Recuerda cómo factorizamos una diferencia de cubos (n=3n=3):

x3y3=(xy)(x2+xy+y2)x^3 - y^3 = (x - y)(x^2 + xy + y^2)

Observa el segundo paréntesis (el factor largo):

  1. Empieza con x2x^2 (uno menos que el original).
  2. La xx baja: x2x1desaparecex^2 \to x^1 \to \text{desaparece}.
  3. La yy sube: no estaˊy1y2\text{no está} \to y^1 \to y^2.
  4. Todos los signos son positivos.

¡Para potencias mayores (n=5,7,n=5, 7, \dots) funciona exactamente igual!


⚡ Caso 1: Diferencia de Potencias Impares (anbna^n - b^n)

Cuando tienes una resta, el patrón de signos es el más fácil: todos son positivos.

La Fórmula

anbn=(ab)(an1+an2b++bn1)\boxed{a^n - b^n = (a - b)(a^{n-1} + a^{n-2}b + \dots + b^{n-1})}

Cómo construirla paso a paso:

  1. Primer factor (la raíz): Es la resta de las bases (ab)(a - b).
  2. Segundo factor (el polinomio):
    • El primer término empieza con exponente n1n-1.
    • Vas bajando el exponente de aa y subiendo el de bb.
    • Todos los signos son positivos (++).

Ejemplo 1: Diferencia de quintas

Factoriza la expresión:

x532x^5 - 32

Razonamiento:

  1. Verificamos que sean potencias quintas:
x525x^5 - 2^5
  1. Escribimos el primer factor con la resta de las bases:
(x2)(x - 2)
  1. Construimos el segundo factor. Como era x5x^5, empezamos con x4x^4.

    • xx baja: x4x3x2x1x^4 \to x^3 \to x^2 \to x \to 1
    • 22 sube: 122223241 \to 2 \to 2^2 \to 2^3 \to 2^4

    Escribámoslo término a término:

x4+x3(2)+x2(22)+x(23)+24x^4 + x^3(2) + x^2(2^2) + x(2^3) + 2^4
  1. Simplificamos las potencias de los números:
x4+2x3+4x2+8x+16x^4 + 2x^3 + 4x^2 + 8x + 16

Resultado:

(x2)(x4+2x3+4x2+8x+16)\boxed{(x - 2)(x^4 + 2x^3 + 4x^2 + 8x + 16)}

⚡ Caso 2: Suma de Potencias Impares (an+bna^n + b^n)

Cuando tienes una suma, el patrón es casi idéntico, pero los signos del segundo factor se alternan.

La Fórmula

an+bn=(a+b)(an1an2b++bn1)\boxed{a^n + b^n = (a + b)(a^{n-1} - a^{n-2}b + \dots + b^{n-1})}

Regla de signos para la SUMA:

  • Empiezas con positivo (+).
  • Luego negativo (-).
  • Luego positivo (+).
  • Y así sucesivamente... (+ , - , + , - , ...)

Ejemplo 2: Suma de quintas

Factoriza la expresión:

m5+243m^5 + 243

Razonamiento:

  1. Identificamos las potencias. Sabemos que 35=2433^5 = 243:
m5+35m^5 + 3^5
  1. Primer factor (suma de bases):
(m+3)(m + 3)
  1. Segundo factor (alternando signos):

    • Empieza con m4m^4.
    • Signos: ++++ - + - +

    Construyamos:

m4m3(3)+m2(32)m(33)+34m^4 - m^3(3) + m^2(3^2) - m(3^3) + 3^4
  1. Simplificamos:
m43m3+9m227m+81m^4 - 3m^3 + 9m^2 - 27m + 81

Resultado:

(m+3)(m43m3+9m227m+81)\boxed{(m + 3)(m^4 - 3m^3 + 9m^2 - 27m + 81)}

⚙️ Ejemplos Resueltos Complejos

Ejemplo 3: Con coeficientes en ambos términos

Factoriza:

32x5+132x^5 + 1

Datos:

  • 32x55=2x\sqrt[5]{32x^5} = 2x
  • 15=1\sqrt[5]{1} = 1

Razonamiento:

  1. Primer factor:
(2x+1)(2x + 1)
  1. Segundo factor (alternando signos).
    • Cuidado: el primer término (2x)(2x) debe elevarse completo entre paréntesis.
(2x)4(2x)3(1)+(2x)2(12)(2x)(13)+14(2x)^4 - (2x)^3(1) + (2x)^2(1^2) - (2x)(1^3) + 1^4
  1. Desarrollamos las potencias:
    • (2x)4=16x4(2x)^4 = 16x^4
    • (2x)3=8x3(2x)^3 = 8x^3
    • (2x)2=4x2(2x)^2 = 4x^2
16x48x3+4x22x+116x^4 - 8x^3 + 4x^2 - 2x + 1

Resultado:

(2x+1)(16x48x3+4x22x+1)\boxed{(2x + 1)(16x^4 - 8x^3 + 4x^2 - 2x + 1)}

Ejemplo 4: Séptima potencia (n=7)

Factoriza:

x7y7x^7 - y^7

Razonamiento:

  1. Primer factor (es resta, así que resta de bases):
(xy)(x - y)
  1. Segundo factor (es resta, así que todos positivos).
    • Empezamos con exponente 6 (717-1).
x6+x5y+x4y2+x3y3+x2y4+xy5+y6x^6 + x^5y + x^4y^2 + x^3y^3 + x^2y^4 + xy^5 + y^6

Resultado:

(xy)(x6+x5y+x4y2+x3y3+x2y4+xy5+y6)\boxed{(x - y)(x^6 + x^5y + x^4y^2 + x^3y^3 + x^2y^4 + xy^5 + y^6)}

📝 Ejercicios de Práctica

Ejercicio 1

Factoriza: x51x^5 - 1

Ver solución

Datos: Diferencia de quintas (1=151 = 1^5).

Razonamiento:
El primer factor es (x1)(x-1). El segundo tiene todos los signos positivos, empezando en x4x^4.

(x1)(x4+x3(1)+x2(1)2+x(1)3+14)(x - 1)(x^4 + x^3(1) + x^2(1)^2 + x(1)^3 + 1^4)

Resultado:

(x1)(x4+x3+x2+x+1)\boxed{(x - 1)(x^4 + x^3 + x^2 + x + 1)}

Ejercicio 2

Factoriza: a5+1a^5 + 1

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Datos: Suma de quintas. Signos alternados.

Razonamiento:

(a+1)(a4a3+a2a+1)(a + 1)(a^4 - a^3 + a^2 - a + 1)

Resultado:

(a+1)(a4a3+a2a+1)\boxed{(a + 1)(a^4 - a^3 + a^2 - a + 1)}

Ejercicio 3

Factoriza: x7+1x^7 + 1

Ver solución

Datos: Suma de séptimas (n=7n=7). Signos alternados.

Razonamiento:
Empezamos con x6x^6.

(x+1)(x6x5+x4x3+x2x+1)(x + 1)(x^6 - x^5 + x^4 - x^3 + x^2 - x + 1)

Resultado:

(x+1)(x6x5+x4x3+x2x+1)\boxed{(x + 1)(x^6 - x^5 + x^4 - x^3 + x^2 - x + 1)}

Ejercicio 4

Factoriza: 32b532 - b^5

Ver solución

Datos: 32=2532 = 2^5.

Razonamiento:
Primer factor (2b)(2 - b). Segundo factor con todos positivos.

(2b)(24+23b+22b2+2b3+b4)(2 - b)(2^4 + 2^3b + 2^2b^2 + 2b^3 + b^4)

Simplificamos las potencias de 2:

Resultado:

(2b)(16+8b+4b2+2b3+b4)\boxed{(2 - b)(16 + 8b + 4b^2 + 2b^3 + b^4)}

Ejercicio 5

Factoriza: x5+32y5x^5 + 32y^5

Ver solución

Datos: 32y5=(2y)532y^5 = (2y)^5.

Razonamiento:
Primer factor (x+2y)(x + 2y). Segundo factor alterna signos.

x4x3(2y)+x2(2y)2x(2y)3+(2y)4x^4 - x^3(2y) + x^2(2y)^2 - x(2y)^3 + (2y)^4

Resultado:

(x+2y)(x42x3y+4x2y28xy3+16y4)\boxed{(x + 2y)(x^4 - 2x^3y + 4x^2y^2 - 8xy^3 + 16y^4)}

Ejercicio 6

Factoriza: 243x51243x^5 - 1

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Datos: 243x5=(3x)5243x^5 = (3x)^5.

Razonamiento:
Primer factor (3x1)(3x - 1). Segundo factor todo positivo.

(3x)4+(3x)3+(3x)2+(3x)+1(3x)^4 + (3x)^3 + (3x)^2 + (3x) + 1

Resultado:

(3x1)(81x4+27x3+9x2+3x+1)\boxed{(3x - 1)(81x^4 + 27x^3 + 9x^2 + 3x + 1)}

Ejercicio 7

Factoriza: m7n7m^7 - n^7

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Datos: Diferencia de séptimas.

Razonamiento:
Primer factor (mn)(m-n). Segundo factor positivo, bajando de m6m^6 a m0m^0.

Resultado:

(mn)(m6+m5n+m4n2+m3n3+m2n4+mn5+n6)\boxed{(m - n)(m^6 + m^5n + m^4n^2 + m^3n^3 + m^2n^4 + mn^5 + n^6)}

Ejercicio 8

Factoriza: a5b5+32a^5b^5 + 32

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Datos: (ab)5+25(ab)^5 + 2^5.

Razonamiento:

(ab+2)((ab)4(ab)3(2)+(ab)2(4)(ab)(8)+16)(ab + 2)((ab)^4 - (ab)^3(2) + (ab)^2(4) - (ab)(8) + 16)

Resultado:

(ab+2)(a4b42a3b3+4a2b28ab+16)\boxed{(ab + 2)(a^4b^4 - 2a^3b^3 + 4a^2b^2 - 8ab + 16)}

Ejercicio 9

Factoriza: x10+1x^{10} + 1 (Nota: x10=(x2)5x^{10} = (x^2)^5)

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Datos: Podemos verlo como una suma de quintas de x2x^2.

Razonamiento:
(x2)5+15(x^2)^5 + 1^5. Bases son x2x^2 y 11.

Primer factor: (x2+1)(x^2 + 1).
Segundo factor (alternando):

(x2)4(x2)3+(x2)2x2+1(x^2)^4 - (x^2)^3 + (x^2)^2 - x^2 + 1

Resultado:

(x2+1)(x8x6+x4x2+1)\boxed{(x^2 + 1)(x^8 - x^6 + x^4 - x^2 + 1)}

Ejercicio 10

Factoriza: 2a5+642a^5 + 64

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Datos: Primero hay un Factor Común 2.

Razonamiento:

  1. Saca el factor común:
2(a5+32)2(a^5 + 32)
  1. Factoriza la suma de quintas dentro:
2(a+2)(a42a3+4a28a+16)2(a + 2)(a^4 - 2a^3 + 4a^2 - 8a + 16)

Resultado:

2(a+2)(a42a3+4a28a+16)\boxed{2(a + 2)(a^4 - 2a^3 + 4a^2 - 8a + 16)}

🔑 Resumen

Para factorizar an±bna^n \pm b^n con nn impar:

CasoFórmula básicaSignos 2do Factor
Resta (-)(ab)()(a-b)(\dots)Todos + (+,+,+,)(+,+,+, \dots)
Suma (+)(a+b)()(a+b)(\dots)Alternados (+,,+,,)(+,-,+,-, \dots)

Truco final: El segundo factor siempre tiene exactamente nn términos. Si factorizas potencia 5, el paréntesis largo tendrá 5 términos.