Cálculo de la raíz cuadrada

Para resolver la raíz cuadrada en los números reales existen varios algoritmos, siendo el más conocido el método de resolución. En este artículo se presentan y explican varios métodos que se puedan utilizar para calcular raíces cuadradas.

√	58	.36	,36	.90	76,39
	-49				146
	9	36			1523
	-8	76			15269
	0	60	36
		-45	69
		14	67	90
		-13	74	21
		0	93	69

Método de resolución

El método de resolución consiste en dibujar una figura como la siguiente y seguir los pasos que se describen a continuación.

En la imagen podemos ver cinco partes esenciales de la raíz cuadrada en el método de resolución:

• 1- Radical, no es más que el símbolo que indica que es una raíz cuadrada.
• 2- Radicando, es el número al que se le obtendrá la raíz cuadrada.
• 3- Renglón de la raíz cuadrada, ahí se distinguirá el resultado.
• 4- Renglones auxiliares, nos ayudaran a resolver la raíz cuadrada.
• 5- Residuo, es el número final del proceso para resolver la raíz cuadrada.

Los pasos a seguir son estos:

Paso 1

• Paso 1: Se divide el número del radicando en dos cifras desde el punto decimal. Desde el punto decimal de derecha a izquierda y los números decimales de izquierda a derecha partiendo desde el punto decimal. Si del lado de los decimales hay un número que ya no alcanza a completar un grupo de dos se agrega un cero, por el contrario, si queda un número del lado entero se queda así. En la imagen de la derecha podemos ver el número 5836.369 dividido en grupos de dos cifras, después del número 9 se ha agregado un cero (en azul) pues en el lado decimal no puede haber un grupo de una cifra.

Paso 2

• Paso 2: Se busca un número que elevado al cuadrado, es decir multiplicado por sí mismo, se aproxime o coincida con el número de las primeras dos cifras, este número no tiene que ser superado. Una vez encontrado el número se agrega a la parte de la raíz. En este caso el número sería el 7, porque 7 elevado al cuadrado es 49, no se podría otro número por que no alcanzaría lo suficiente o se pasaría del número solicitado.

Paso 3

• Paso 3: El número que está en el renglón se eleva al cuadrado y se le resta a las primeras dos cifras. Una vez obtenido el resultado de la resta, se baja el siguiente grupo de dos cifras y se multiplica por dos el número de la raíz y se agrega en el siguiente renglón auxiliar. En este caso 7x7 es 49, al número 58 se le resta 49, el resultado es 9, después se baja el siguiente grupo que es 36, se multiplica por 2 el número de la raíz y se pone en el siguiente renglón auxiliar.

Paso 4

• Paso 4: Se dividen las primeras dos cifras del residuo entre el número del renglón auxiliar, el resultado se agrega al número de la raíz y al del renglón auxiliar. Si el resultado de la división sale con números decimales solo se toma el entero. En este caso 93 se divide entre 14, el resultado es 6 y se agrega en los renglones de la raíz y del auxiliar.

Paso 5

• Paso 5: Se multiplica el número obtenido de la división anterior por el número del renglón auxiliar. El resultado es restado al primer residuo. Una vez obtenido el resultado de la resta se baja el siguiente grupo de cifras, si el siguiente grupo está después del punto decimal se agrega un punto decimal al número de la raíz. En esta situación se tiene que multiplicar 6 por 146, el resultado es 876 y se le resta a 936. Lo obtenido de la resta se junta con el siguiente grupo que es 36. Como el 36 está después del punto decimal se le agrega el punto decimal después del 76, que es el número de la raíz.

Paso 6

• Paso 6: Se multiplica por dos la cifra de la raíz y con el número resultante se divide el formado por las tres primeras cifras del tercer residuo. El resultado se agrega al número del tercer renglón auxiliar y al de la raíz. Se multiplica el número obtenido por el del tercer renglón auxiliar y se le resta al segundo residuo. Una vez realizada la resta se baja el siguiente grupo de cifras y se continúa el proceso, sólo que el número a dividir entre renglón auxiliar y residuo va aumentado.

En este caso 76 se multiplica por 2 y sale 152. Se divide 603 entre 152 y se obtiene 3, el tres se agrega al número de la raíz y al del segundo renglón auxiliar. Se multiplica 3 por 1523 y se obtiene 4569, este número se le resta al 6036 y se obtiene 1467. Después se baja el siguiente grupo y se continúa el mismo proceso.

Paso 7

• Paso 7: Se continúa el mismo proceso, la raíz se vuelve a multiplicar por dos, si hay punto decimal en la raíz se ignora y se multiplica como número entero. El resultado de la multiplicación se agrega al tercer renglón auxiliar, se vuelve a dividir entre los primeros cinco números del tercer residuo entre el resultado de la multiplicación, y se obtiene la siguiente cifra para la raíz y el número del renglón auxiliar. Dicha cifra se multiplica por el número del tercer renglón auxiliar y se le resta al tercer residuo. Se continua el proceso, si ya no hay más cifras la raíz ha terminado. En este caso, 76.3 se multiplica por 2 como 763 (763x2) que nos da un resultado de 1526. 14679 (las primeras cifras de 146790) se divide entre 1526, lo que nos da un resultado de 9. El nueve se agrega en el renglón de la raíz y el tercer renglón auxiliar, y se multiplica 9 por 15269, lo que da un resultado de 137421, esta cifra se le resta a 146790 y nos da un resultado de 9369.

La raíz cuadrada de 5836.369 es 76.39, con un residuo de 9369. Recordemos que el cero es sólo un auxiliar.

Variante original del método de resolución

Cuando calculamos la raíz cuadrada lo que hacemos es poner el doble de los números que llevamos obtenidos en el renglón de la raíz cuadrada, multiplicarlo por diez, sumar eso al número que calculamos que va a ser la siguiente cifra de la raíz cuadrada y multiplicarlo por esa misma cifra, pudiéndose expresar esto, tomando como ejemplo el primer renglón auxiliar como:

$(7\times 2\times 10+6)\times 6$

o por ejemplo en el segundo renglón auxiliar sería

$(76\times 2\times 10+3)\times 3$

y en el tercero

$(763\times 2\times 10+9)\times 9$

esto se puede expresar de manera genérica como:

$(n\times 2\times 10+m)\times m$

y aquí podemos darnos cuenta de una igualdad interesante que pasa desapercibida que es:

$(n\times 2\times 10+m)\times m=20\times n\times m+m^{2}$

con lo que cada renglón auxiliar se puede expresar como:

$20\times 7\times 6+6^{2}$;

$20\times 76\times 3+3^{2}$

y

$20\times 763\times 9+9^{2}$

Esto no podría tener mayor importancia por el hecho de que la fórmula que usamos para su cómputo ordinario es algo más simple, sobre todo teniendo en cuenta que como se averiguan las cifras de la raíz cuadrada de una en una no hace falta si quiera hallarlas como se ha explicado anteriormente, sino que basta con colocar al lado de ese doble la nueva cifra y multiplicarla por esa misma, viendo que si no se extrajesen los números de uno en uno esta simplificación aritmética mental no sería posible. La importancia de esta fórmula residiría en que la usada ordinariamente viene de esa algo más larga, pudiéndose ver en cualquier operación de método de resolución de un algoritmo de raíz de índice n, donde se conserva la segunda estructura más larga aunque siempre más compleja cuando mayor sea el índice de la raíz, siendo inútil en cualquier raíz con un índice superior a 2 esta simplificación ya que al ser la fórmula más larga no produce una simplificación de los mismos efectos, con lo que no contribuye a que sea más fácil la operación, aunque en el cálculo de la raíz cuadra si que simplifica la operación un poco, aunque tampoco tiene demasiada dificultad la segunda fórmula como para no tenerla en cuenta si se quiere calcular la raíz cuadrada de una manera un poco distinta. hi my name luis

pues yo opino que le raiz cuadrada se debe buscar un numero que multiplicado por si mismo de el resultado del numero que se quiere sacar raiz cuadrada, ejemplo:

raiz cuadrada de 9 , se busca un numero que multiplicado por si mismo de como resultado 9

entonces si 1*1=2 , 2*2=4 , 3*3=9 , asi sucesivamente nos damoas cuenta que el numero 3 al cuadrado da como reslutado 9

y se pone el 3 Radicando, es el número al que se le obtendrá la raíz cuadrada.

gracias por poner atencion espero la raiz cuadrada no se te complique por que hay veces que para unos llega a ser un pòco dificil por ejemplo yo soy estudiante de secundaria en puebla

gracias...! hasta pronto..

--201.161.39.65 (discusión) 22:24 29 may 2008 (UTC)Giovanna

Identidad exponencial

Las calculadoras de bolsillo típicamente implementan buenas rutinas para calcular la función exponencial y el logaritmo natural, entonces calculan la raíz cuadrada de $x$ utilizando la identidad

${\sqrt {x}}=e^{{\frac {1}{2}}\ln x}$ o ${\sqrt {x}}=10^{{\frac {1}{2}}\log x}$

La misma identidad es usada cuando se calculan las raíces cuadradas con tablas de logaritmos o reglas de cálculo.

Se puede representar exponencialmente también como

${\sqrt {x}}=x^{\frac {1}{2}}=x^{0.5}$

Estimación imprecisa

Muchos de los métodos de cálculo para raíces cuadradas requieren un valor inicial. Si el valor inicial está muy lejos de la raíz cuadrada real, el cálculo será muy lento. Por lo tanto es útil tener un cálculo aproximado, que puede ser muy inexacto pero fácil de calcular. Una forma de obtener tal estimación para ${\sqrt {x}}$ está calculando $3^{D}$, donde $D$ es el número de dígitos (a la izquierda del punto decimal) de $x$. Si $x<1$, $D$ es el negativo del número de ceros a la derecha inmediata del punto decimal.

Un mejor método de estimación es éste:

• Si $D$ es impar, ${\sqrt {x}}\approx 2\cdot 10^{n}$
• Si $D$ es par, ${\sqrt {x}}\approx 6\cdot 10^{n}$

Al trabajar en el sistema de numeración binario (como lo hacen las computadoras internamente), un método alternativo es utilizar $2^{\left\lfloor D/2\right\rfloor }$ (aquí D es el número de dígitos binarios).

Algoritmo babilónico

El algoritmo babilónico aproxima un rectángulo a cuadrado

El algoritmo babilónico​ se centra en el hecho de que cada lado de un cuadrado es la raíz cuadrada del área. Fue usado durante muchos años para calcular raíces cuadradas a mano debido a su gran eficacia y rapidez. Para calcular una raíz, dibuje un rectángulo cuya área sea el número al que se le busca raíz y luego aproxime la base y la altura del rectángulo hasta formar o por lo menos aproximar un cuadrado.

El algoritmo se puede enunciar sin el uso de dibujos como sigue:

Raíz(x):

1. Escoja dos números $b$ y $h$ tales que $bh=x$
2. Si $h\approx b$ vaya al paso 6, si no, vaya al paso 3
3. Asigne $b\leftarrow {\frac {h+b}{2}}$
4. Asigne $h\leftarrow {\frac {x}{b}}$
5. Vaya al paso 2
6. Escriba "${\sqrt {x}}\approx b$"

Diagrama de flujo del algoritmo babilónico

Este algoritmo aproxima la raíz cuadrada de cualquier número real tanto como se desee. Es claro que no se necesita conocer el valor de $h$, puesto que depende directamente de $x$ y que el área del rectángulo siempre se aproxima a la raíz cuadrada de $x$ sin importar el valor de $b$ siempre y cuando $b>0$. De esta manera surge la función recursiva

$f_{0}(x)=x\,$

$f_{n}(x)={\frac {1}{2}}\left({\frac {x}{f_{n-1}(x)}}+f_{n-1}(x)\right)$

de manera tal que $n$ es la $n$-ésima aproximación a ${\sqrt {x}}$. Esto implica que

$f_{\infty }(x)={\sqrt {x}}$

Puesto que la algunas raíces son números irracionales es necesario definir qué tanto es "aproximadamente". Afortunadamente nadie es capaz de escribir un número con una infinita cantidad de dígitos, por lo que el umbral de aproximación se limita a la cantidad de dígitos que se es capaz de escribir. Entonces podemos definir que el algoritmo termine en el momento que la última aproximación es la misma que la anterior (es decir, ya no se puede aproximar más).

Descripción formal

De manera formal, se expresa el algoritmo babilónico usando pseudocódigo de la siguiente manera:

función $\mathrm {raiz} (x)\,$ $r\leftarrow x$ $t\leftarrow 0$ mientras $t\neq r$ $t\leftarrow r$ $r\leftarrow {\frac {1}{2}}\left({\frac {x}{r}}+r\right)$ devolver $r\,$

donde $x\leftarrow y$ significa "substituya el valor de $x$ por del de $y$", y devolver expresa el resultado del algoritmo y su terminación.

Implementación

En lenguaje C:

double raiz(double x){
    double r = x, t = 0;
    while (t != r){
        t = r;
        r = (x/r + r)/2;
    }
    return r;
}

Puede notarse que el algoritmo se reduce al método de Newton sobre la función f(r)= r²-x.

Fracciones continuas periódicas

Los irracionales cuadráticos (números de la forma ${\frac {a+{\sqrt {b}}}{c}}$, donde a, b y c son enteros), y en particular, las raíces cuadradas de números enteros, tienen fracciones continuas periódicas. Podemos estar interesados a veces no en encontrar el valor numérico de una raíz cuadrada, sino por algo en su expansión como fracción continua. El algoritmo iterativo siguiente se puede utilizar para este propósito (S es cualquier número natural que no sea un cuadrado perfecto):

$m_{0}=0\,\!$

$d_{0}=1\,\!$

$a_{0}=\left\lfloor {\sqrt {S}}\right\rfloor \,\!$

$m_{n+1}=d_{n}a_{n}-m_{n}\,\!$

$d_{n+1}={\frac {S-m_{n+1}^{2}}{d_{n}}}\,\!$

$a_{n+1}=\left\lfloor {\frac {{\sqrt {S}}+m_{n+1}}{d_{n+1}}}\right\rfloor =\left\lfloor {\frac {a_{0}+m_{n+1}}{d_{n+1}}}\right\rfloor \!.$

Hay que notar que m_n, d_n, y a_n son siempre enteros. El algoritmo termina cuando en este trío el resultado nuevo que obtenemos ya empieza a ser igual al anterior. La expansión se repetirá entonces. La secuencia [a₀; a₁, a₂, a₃, …] es la expansión fracción continua:

${\sqrt {S}}=a_{0}+{\cfrac {1}{a_{1}+{\cfrac {1}{a_{2}+{\cfrac {1}{a_{3}+\,\cdots }}}}}}$

Ejemplo, raíz cuadrada de 114 como una fracción continua

Comenzamos con m₀=0; d

Ahora de enlaza de nuevo con la segunda ecuación de arriba.

Por lo tanto, la fracción continua para la raíz cuadrada de 114 es: ${\sqrt {114}}=[10;1,2,10,2,1,20,1,2,10,2,1,20,1,2,10,2,1,20,...].$

Aproximación de Bakhshali

Este método para encontrar una aproximación a la raíz cuadrada fue descrito en un manuscrito antiguo llamado manuscrito de Bakhshali. Equivale a dos iteraciones del método babilónico comenzando con el número $n$ tal que $n^{2}$ es el cuadrado más cercano a $x$.

${\sqrt {x}}\approx {\frac {n^{4}+6n^{2}x+x^{2}}{4n^{3}+4nx}}$

Ejemplo con la raíz cuadrada de 10.5

Queriendo calcular ${\sqrt {10.5}}$ con este método lo primero que hacemos es asignarle el número cuadrado perfecto cuyo cubo se acerque más a 10.5, ese número va a ser 3, ya que al dar $3^{2}\,\!$ como resultado 9 se acerca más a 10.5 que $4^{2}\,\!$ que da 16, con lo que ahora en la igualdad sustituimos:

${\sqrt {10.5}}\approx {\frac {3^{4}+6\times 3^{2}\times 10.5+10.5^{2}}{4\times 3^{3}+4\times 3\times 10.5}}$

${\sqrt {10.5}}\approx {\frac {81+567+110.25}{108+126}}$

${\sqrt {10.5}}\approx {\frac {758.25}{234}}\approx 3.240384615$

Siendo las cifras 384615 periódicas.

Este método da un valor bastante cercano a la raíz cuadrada verdadera del número, se puede observar también que este método al dar el resultado mediante una fracción da un número racional, mientras que la raíz cuadrada real de un número es irracional siempre que este no sea un cuadrado perfecto. ana camoana

Series de Taylor

Si N es una aproximación a ${\sqrt {S}}$, una aproximación mejor puede ser encontrada usando la serie de Taylor de la función de la raíz cuadrada:

${\sqrt {N^{2}+d}}=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(-1)^{n}(2n)!d^{n}}{(1-2n)n!^{2}4^{n}N^{2n-1}}}=N+{\frac {d}{2N}}-{\frac {d^{2}}{8N^{3}}}+{\frac {d^{3}}{16N^{5}}}-{\frac {5d^{4}}{128N^{7}}}+\cdots$

Como método iterativo, el orden de convergencia es igual al número de los términos usados. Con 2 términos, es idéntica al método babilónico; con 3 términos, cada iteración toma casi tantas operaciones como la aproximación de Bakhshali, pero converge más lentamente. Por lo tanto, esta no es una manera particularmente eficiente del cálculo.

Véase también

• Función exponencial
• Raíz cuadrada

Enlaces externos

• MATHPATH: Mediant and Square-roots (en inglés)
• Rational Mean: High.Order square-root methods (en inglés)
• Square root algorithms en MathWorld (en inglés)
• A geometric view of the square root algorithm (en inglés)
• Origin of Quake3's Fast InvSqrt() (en inglés)
• Origin of Quake3's Fast InvSqrt() – Segunda parte (en inglés)