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Teorema fundamental del álgebra



El Teorema Fundamental del Algebra (TFA) dice que todo polinomio a coeficientes complejos tiene un raíz compleja, es decir existe un número complejo donde el polinomio evalúa a cero. Hay muchas demostraciones de este importante resultado. Todas requieren bastantes conocimientos matemáticos para formalizarlas, por ejemplo la división sintética, el teorema del factor incluso el teorema del residuo. Sin embargo, si se deja de lado algo del rigor matemático, hay argumentos simples y creíbles, que le permiten a uno convencerse de la veracidad del TFA.
Este teorema resulta de suma importancia dentro del estudio de las ecuaciones. Encontrar la solución de una ecuación representa encontrar todos los valores de x para los cuales la ecuación es cierta, a las que comúnmente le llamamos raíces de la ecuación, generalmente las soluciones que de manera inmediata nos interesan son los valores que existan en los reales, sin que con ello las soluciones complejas no sean interesantes.

División sintética


La división sintética es un procedimiento "abreviado" para determinar el cociente y el residuo que se obtiene al dividir un polinomio $P(x)$ de grado$n, \, \, \, n \geq 1$, por un polinomio de la forma $x-\alpha$, con $\alpha \in I
\!\!R$, a partir de los coeficiente de $P(x)$ y el cero de $x-\alpha$
Ejemplo 1 :
Sean $P(x)$ y $Q(x)$ polinomios tales que: $P(x) =
-8x^3+x^4-16+2x; \, \, \, Q(x) = x-8$.
Usando división sintética, determine el cociente  y el residuo $R(x)$ que se obtiene al dividir $P(x)$ por $Q(x)$.
Solución

Ordenando $P(x)$ en forma desendiente de acuerdo a su grado, se obtiene:
$P(x) = x^4-8x^3+0x^2+2x-16$, y realizando la división se tiene:
Los números 1, 0, 0 y 2 son coeficientes del cociente. Y el número 0 es el residuo.

Por lo que $C(x) = x^3+0x^2+2x-16$ o sea $C(x) = x^3+2$ y 
Nota: Observe que al realizar la división sintética, tanto los coeficientes del dividendo que son diferentes de cero, como los que son iguales a cero, debem escribirse.

Ejemplo 2:

Realice la división de P(x) = 3x4 + 2x3 - x2 + 4x + 2 entre x + 2.
Solución 
Al realizar el algoritmo de la división sintética con los coeficientes de P(x) y -2 como valor de c se obtiene
                                                                 
Así, el cociente de la división de P(x) entre x + 2 es 3x3 - 4x2 + 7x - 10 y se obtiene un residuo r = 22.

Teoremas del factor y del residuo


  •  
    Algoritmo de la división. Para cada polinomio  de grado mayor o igual a uno y para cada número , existe un polinomio único  de un grado menor que el de  y un número único R, tal que:

.
Al polinomio  se le denomina cociente,  en el divisor y R es el residuo.
  •  
    Teorema del residuo. Si  es el residuo de dividir el polinomio  entre , entonces .

Demostración.
Como  por el algoritmo de la división, se tiene que si .
O sea, .

Ejemplo 1:
Hállese el residuo de dividir el polinomio  entre .
* se puede escribir como , por tanto .
.
.
O sea que el residuo es 2.
  •  
     Teorema del factor. Si  es un cero del polinomio , entonces  es un factor de .

Demostración.
Si  es un cero de .
Pero por el algoritmo de la división .
Como .
Por tanto,  y .

Ejemplo 2:
Use el teorema del factor para probar que  es un factor de .
, así .
.
Luego –1 es un cero de .
Así  es un factor de .