📖
Lección

Potencias de i

Potencias de i

Imagina un reloj que solo tiene 4 horas. Cada vez que multiplicas por ii, la aguja avanza una hora. Después de 4 veces, vuelves al principio. Este comportamiento cíclico hace que calcular potencias enormes (como i2000i^{2000}) sea increíblemente fácil si conoces el secreto del número 4.


🎯 ¿Qué vas a aprender?

  • El ciclo de 4 pasos de las potencias de ii.
  • Cómo calcular cualquier potencia positiva (ini^n).
  • Cómo calcular potencias negativas (i−ni^{-n}).
  • Patrones interesantes en sumas de potencias consecutivas.

🔄 El Ciclo de 4 Pasos

Empecemos multiplicando ii por sí mismo varias veces:

  1. Uno: i1=ii^1 = i
  2. Dos: i2=−1i^2 = -1 (Por definición)
  3. Tres: i3=i2⋅i=(−1)⋅i=−ii^3 = i^2 \cdot i = (-1) \cdot i = -i
  4. Cuatro: i4=i2⋅i2=(−1)(−1)=1i^4 = i^2 \cdot i^2 = (-1)(-1) = 1

¡Si seguimos, se repite!

  • i5=i4⋅i=1⋅i=ii^5 = i^4 \cdot i = 1 \cdot i = i (Igual a i1i^1)
  • i6=i4⋅i2=1⋅(−1)=−1i^6 = i^4 \cdot i^2 = 1 \cdot (-1) = -1 (Igual a i2i^2)

La Tabla Maestra

Todo depende del residuo (lo que sobra) al dividir el exponente entre 4:

ResiduoValor EquivalenteResultado Final
1i1i^1ii
2i2i^2−1-1
3i3i^3−i-i
0i4i^411

⚙️ Ejemplos Resueltos

Ejemplo 1: Exponente Grande

Calcula i53i^{53}.

Razonamiento:
Dividimos 53 entre 4.
53=13×4+153 = 13 \times 4 + 1.
El residuo es 1.

Cálculo:

i53=i1=ii^{53} = i^1 = i

Resultado:

i\boxed{i}

Ejemplo 2: Exponente Exacto

Calcula i100i^{100}.

Razonamiento:
100 es múltiplo de 4 (25×425 \times 4). El residuo es 0.

Cálculo:

i100=i0=i4=1i^{100} = i^0 = i^4 = 1

Resultado:

1\boxed{1}

Ejemplo 3: Potencia Negativa

Calcula i−3i^{-3}.

Razonamiento:
Recordemos que x−n=1/xnx^{-n} = 1/x^n.

i−3=1i3i^{-3} = \frac{1}{i^3}

Sustituimos i3=−ii^3 = -i.

1−i\frac{1}{-i}

Para eliminar la ii del denominador, multiplicamos por i/ii/i:

1⋅i−i⋅i=i−i2=i−(−1)=i1=i\frac{1 \cdot i}{-i \cdot i} = \frac{i}{-i^2} = \frac{i}{-(-1)} = \frac{i}{1} = i

Resultado:

i\boxed{i}

Ejemplo 4: Suma de Potencias

Calcula i10+i12i^{10} + i^{12}.

Paso 1: Simplificar cada una

  • 10÷4→10 \div 4 \rightarrow Residuo 2. Así que i10=i2=−1i^{10} = i^2 = -1.
  • 12÷4→12 \div 4 \rightarrow Residuo 0. Así que i12=i4=1i^{12} = i^4 = 1.

Paso 2: Sumar

−1+1-1 + 1

Resultado:

0\boxed{0}

📝 Ejercicios de Práctica

Ejercicio 1

Calcula i22i^{22}.

Ver solución

22÷422 \div 4 da residuo 2.

i22=i2=−1i^{22} = i^2 = -1

Resultado:

−1\boxed{-1}

Ejercicio 2

Calcula i33i^{33}.

Ver solución

33÷433 \div 4 da residuo 1.

i33=i1=ii^{33} = i^1 = i

Resultado:

i\boxed{i}

Ejercicio 3

Calcula i103i^{103}.

Ver solución

103÷4103 \div 4 da residuo 3.

i103=i3=−ii^{103} = i^3 = -i

Resultado:

−i\boxed{-i}

Ejercicio 4

Calcula i80i^{80}.

Ver solución

80 es múltiplo exacto de 4 (residuo 0).

i80=1i^{80} = 1

Resultado:

1\boxed{1}

Ejercicio 5

Simplifica i4n+3i^{4n + 3} (donde nn es entero).

Ver solución

i4n⋅i3=(i4)n⋅i3=1n⋅(−i)=−ii^{4n} \cdot i^3 = (i^4)^n \cdot i^3 = 1^n \cdot (-i) = -i.

Resultado:

−i\boxed{-i}

Ejercicio 6

Calcula i−1i^{-1}.

Ver solución 1i=ii2=i−1=−i\frac{1}{i} = \frac{i}{i^2} = \frac{i}{-1} = -i

Resultado:

−i\boxed{-i}

Ejercicio 7

Calcula i6⋅i7i^6 \cdot i^7.

Ver solución

Propiedad de potencias: i6+7=i13i^{6+7} = i^{13}.
13÷413 \div 4 da residuo 1.

Resultado:

i\boxed{i}

Ejercicio 8

Calcula (2i)3(2i)^3.

Ver solución 23⋅i3=8⋅(−i)=−8i2^3 \cdot i^3 = 8 \cdot (-i) = -8i

Resultado:

−8i\boxed{-8i}

Ejercicio 9

Simplifica i2023i^{2023}.

Ver solución

2023÷42023 \div 4. Observamos los últimos dos dígitos (23).
23÷423 \div 4 da residuo 3.

i2023=i3=−ii^{2023} = i^3 = -i

Resultado:

−i\boxed{-i}

Ejercicio 10

Suma: i+i2+i3+i4i + i^2 + i^3 + i^4.

Ver solución i+(−1)+(−i)+1=0i + (-1) + (-i) + 1 = 0

Resultado:

0\boxed{0}

🔑 Resumen

Potencia ClaveValorTruco de Memoria
i0i^0 o i4i^41Vuelta completa
i1i^1iUna hora
i2i^2-1Media vuelta (el más importante)
i3i^3-iTres cuartos

Conclusión: Cualquier potencia de ii, por gigante que sea, siempre será uno de estos cuatro resultados: 1,i,−1,−i1, i, -1, -i.