Adición y sustracción en notación científica con igual exponente
Resumen inicial
Para sumar o restar números en notación científica con igual exponente, se operan las mantisas y se conserva la potencia de diez común: $a \cdot 10^n \pm b \cdot 10^n = (a \pm b) \cdot 10^n$.
Explicación en palabras simples
Sumar o restar números en notación científica cuando tienen el mismo exponente de diez es exactamente como sumar términos semejantes en álgebra:
- La potencia $10^n$ se comporta como una variable común que se mantiene intacta.
- Solo sumas o restas los números de adelante (las mantisas $a \pm b$).
- ¡Regla de oro! Los exponentes de diez NUNCA se suman ni se restan en la suma ($2 \cdot 10^3 + 4 \cdot 10^3 = 6 \cdot 10^3$, no $6 \cdot 10^6$). Si tras la suma la mantisa queda $\ge 10$, se renormaliza sumando $1$ al exponente.
Explicación formal
Sean $x = a \cdot 10^n$ e $y = b \cdot 10^n$ dos números en notación científica con idéntico orden de magnitud $n \in \mathbb{Z}$. Por la propiedad distributiva de la multiplicación respecto a la adición y sustracción en $\mathbb{R}$:
$$x \pm y = (a \pm b) \cdot 10^n$$
Fase de Renormalización del resultado:
- En la adición ($a + b$): Como $1 \le a, b < 10$, la suma satisface $2 \le a + b < 20$.
- Si $a + b \ge 10$: Se define $k = \frac{a+b}{10}$ y la suma normalizada es $k \cdot 10^{n+1}$.
- En la sustracción ($a - b$): Si $|a - b| < 1$, se traslada la coma a la derecha y se decrementa el exponente: $k \cdot 10^{n-1}$.
La alternativa correcta es '$8 \cdot 10^4$ (sumando las mantisas $3 + 5 = 8$ y conservando $10^4$)'.
Definiciones clave
- Factorización por potencia común: Extracción de $10^n$ como factor común de la operación.
- Términos semejantes de orden $n$: Cantidades que comparten la misma escala decimal.
Propiedades y relaciones importantes
- Preservación estricta de escala: $10^n \pm 10^n \neq 10^{2n}$ (la suma no altera el orden de magnitud salvo desborde por acarreo).
- Distributividad: $(a + b) \cdot 10^n = a \cdot 10^n + b \cdot 10^n$.
Ejemplo guiado
Calcule y exprese en notación científica normalizada las operaciones $4,2 \cdot 10^5 + 3,1 \cdot 10^5$, $8,5 \cdot 10^{-3} - 3,2 \cdot 10^{-3}$ y $7,5 \cdot 10^4 + 6,5 \cdot 10^4$.
- Paso 1: Evaluar $4,2 \cdot 10^5 + 3,1 \cdot 10^5$: Exponente común $5$. Sumar mantisas: $(4,2 + 3,1) \cdot 10^5 = 7,3 \cdot 10^5$ (ya normalizado).
- Paso 2: Evaluar $8,5 \cdot 10^{-3} - 3,2 \cdot 10^{-3}$: Exponente común $-3$. Restar mantisas: $(8,5 - 3,2) \cdot 10^{-3} = 5,3 \cdot 10^{-3}$.
- Paso 3: Evaluar $7,5 \cdot 10^4 + 6,5 \cdot 10^4$: Sumar mantisas: $7,5 + 6,5 = 14$. Queda $14 \cdot 10^4$. Normalizar: $14 = 1,4 \cdot 10^1 \implies 1,4 \cdot 10^5$.
- Conclusión: Los resultados son $7,3 \cdot 10^5$, $5,3 \cdot 10^{-3}$ y $1,4 \cdot 10^5$.
La alternativa correcta es 'Porque $7,5 + 6,5 = 14$, y al normalizar $14$ a $1,4$ se sumó $1$ al exponente ($4 + 1 = 5$)'.
Procedimiento
- Paso 1: Confirmar que ambos términos compartan el mismo exponente en la potencia de diez ($10^n$).
- Paso 2: Sumar o restar los coeficientes manteniendo la potencia de diez como factor común: $(a \pm b) \cdot 10^n$.
- Paso 3: Verificar la mantisa resultante y renormalizar desplazando la coma si $(a \pm b) \ge 10$ o $< 1$.
Errores frecuentes y cómo corregirlos
- Error 1: Sumar los exponentes de diez ($2 \cdot 10^3 + 3 \cdot 10^3 = 5 \cdot 10^6$). Cómo corregirlo: La potencia $10^3$ es un factor común ($2000 + 3000 = 5000 = 5 \cdot 10^3$). ¡Los exponentes NO se suman!
- Error 2: No renormalizar tras sumas que superan 10 ($6 \cdot 10^4 + 8 \cdot 10^4 = 14 \cdot 10^4$). Cómo corregirlo: Escribir $1,4 \cdot 10^5$.
Ejemplos
Responde los siguientes ejercicios para poner a prueba lo que acabas de aprender.
- $(5,1 + 2,3) \cdot 10^6 = 7,4 \cdot 10^6$.
- $(9 - 4) \cdot 10^{-4} = 5 \cdot 10^{-4}$.
- No, $300 + 400 = 700 = 7 \cdot 10^2$, el exponente no se suma.
- Sí, $(8 + 7) \cdot 10^5 = 15 \cdot 10^5 = 1,5 \cdot 10^6$.
Ejemplos Verdadero/Falso
Decide si cada afirmación es verdadera o falsa antes de ver la explicación.
Esta afirmación describe un error frecuente: es incorrecta.
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Esta afirmación es correcta.
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Esta afirmación es correcta.
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Al terminar debes poder
Sumar y restar números en notación científica que comparten el mismo exponente.
Factorizando la potencia común $10^n$, sumando o restando las mantisas $(a \pm b) \cdot 10^n$, conservando inalterado el exponente y renormalizando el resultado si la mantisa obtenida no pertenece al intervalo $[1, 10)$.