Как найти методом подбора корень уравнения

План урока:

Целое уравнение и его степень

Решение уравнений методом подбора корня

Решение уравнений с помощью разложения многочлена на множители

Графический метод решения уравнений

Решение дробно-рациональных уравнений

Целое уравнение и его степень

Ранее мы уже изучали понятие целого выражения. Так называют любое выражение с переменной, в котором могут использоваться любые арифметические операции, а также возведение в степень. Однако есть важное ограничение – в целом выражении переменная НЕ может находиться в знаменателе какой-нибудь дроби или быть частью делителя. Также переменная не может находиться под знаком корня. Для наглядности приведем примеры целых выражений:

х – 5;

(а³ + 6а)(а – 5а²);

(n³ + 7)/5 (в знаменателе находится только число, без переменной);

А вот примеры нецелых выражений:

Отличительной особенностью целых выражений является то, что в них переменная может принимать любое значение. В нецелых же выражениях возникают ограничения на значения переменной, ведь знаменатель дроби не должен равняться нулю, в выражение под знаком корня не должно быть отрицательным.

Введем понятие целого уравнения.

Приведем примеры целых ур-ний:

0,75х⁷ + 0,53х⁶ – 45х = 18

Напомним, что в математике существует понятие равносильных уравнений.

Когда мы решаем ур-ния, мы в каждой новой строчке записываем ур-ние, равносильное предыдущему. Для этого используются равносильные преобразования (перенос слагаемых через знак «=» с противоположным знаком, деление обоих частей равенства на одинаковые числа и т. д.).

Можно доказать (мы этого делать не будем), что любое целое ур-ние можно возможно преобразовать так, чтобы получилось иное, равносильное ему ур-ние, где в левой части будет находиться многочлен, а справа – ноль. Для этого надо лишь раскрыть скобки и умножить ур-ние на какое-нибудь число, чтобы избавиться от дробей.

Пример. Преобразуйте целое ур-ние

так, чтобы слева стоял многочлен, а справа – ноль.

Решение. В ур-нии есть дроби со знаменателями 5 и 4. Если умножить обе части на 20 (это наименьшее общее кратное чисел 5 и 4), то дроби исчезнут:

Теперь раскроем скобки:

4(5х³ – 3х⁴ + 45х – 27х²) – 40 = 10х² + 5х + 35

20х³ – 12х⁴ + 180х – 108х² – 40 = 10х² + 5х + 35

Осталось перенести все слагаемые влево и привести подобные слагаемые:

20х³ – 12х⁴ + 180х – 108х² – 40 – 10х² – 5х – 35 = 0

– 12х⁴ + 20х³ – 118х² + 175х – 75 = 0

Получили ур-ние в той форме, которую и надо было найти по условию.

Ответ:– 12х⁴ + 20х³ – 118х² + 175х – 75 = 0

В математике любой полином можно обозначить как Р(х). Если ур-ние привели к тому виду, когда в одной части многочлен, а в другой ноль, то говорят, что получили ур-ние вида Р(х) = 0.

Получается, что решение целого уравнения всегда можно свести к решению равносильного ему ур-ния Р(х) = 0. Именно поэтому многочлены играют такую большую роль в математике

Напомним, что степенью многочлена называется максимальная степень входящего в его состав одночлена. Это же число является и степенью целого уравнения Р(х) = 0, а также степенью любого равносильного ему целого ур-ния.

Пример. Определите степень ур-ния

(х³ – 5)(2х + 7) = 2х⁴ + 9

Решение. Приведем ур-ние к виду Р(х) = 0. Для этого раскроем скобки:

(х³ – 5)(2х + 7) = 2х⁴ + 9

2х⁴ + 7х³ – 10х – 35 = 2х⁴ + 9

Перенесем все слагаемые влево и приведем подобные слагаемые:

2х⁴ + 7х³ – 10х – 35 – 2х⁴ – 9 = 0

7х³ – 10х – 44 = 0

Получили в левой части многочлен 3-ей степени. Следовательно, и исходное ур-ние имело такую же степень

Ответ: 3

Приведем примеры ур-ний первой степени:

5х + 8 = 0

9z– 6 = 0

5,4568у + 0,0002145 = 0

Все они являются линейными ур-ниями, метод их решения изучался ранее. Они имеют 1 корень.

Приведем примеры ур-ний второй степени:

6t² + 98t – 52 = 0

54у + 23у = 0

12x²– 65 = 0

Это квадратные ур-ния. У них не более двух действительных корней. Для их нахождения в общем случае надо вычислить дискриминант и использовать формулу

Квадратные и линейные ур-ния умели решать ещё в Древнем Вавилоне 4 тысячи лет назад! А вот с ур-ния 3-ей степени (их ещё называют кубическими уравнениями) оказались значительно сложнее. Приведем их примеры:

2х³ + 4х² – 19х + 17 = 0

у³ – 5у + 7 = 0

Лишь в 1545 году итальянец Джералимо Кардано опубликовал книгу, в которой описывался общий алгоритм решения кубических ур-ний. Он достаточно сложный и не входит в школьный курс математики. Его ученик, Лодовико Феррари, предложил метод решения ур-ний четвертой степени. В качестве примера такого ур-ния можно привести:

5х⁴ + 6х³ – 2х² – 10х + 1 = 0

Лишь в XIX веке было доказано, что для ур-ний более высоких степеней (5-ой, 6-ой и т. д.) не существует универсальных формул, с помощью которых можно было бы найти их корни.

Отметим, что если степень целого ур-ния равна n, то у него не более n корней (но их число может быть и меньше). Так, количество корней кубического уравнения не превышает трех, а у ур-ния 4-ой степени их не более 4.

Чтобы доказать это утверждение, сначала покажем способ составления уравнения Р(х) = 0, имеющего заранее заданные корни. Пусть требуется составить ур-ние, имеющее корни k₁, k₂,k₃,…k_n. Приравняем к нулю следующее произведение скобок:

(х – k₁)(х – k₂)(х – k₃)…(х – k_n) = 0

Составленное ур-ние имеет все требуемые корни и никаких других корней. Действительно, произведение множителей может равняться нулю только в случае, если хотя бы один из множителей нулевой. Поэтому для решения ур-ния

(х – k₁)(х – k₂)(х – k₃)…(х – k_n) = 0

надо каждую скобку приравнять к нулю:

х – k₁ = 0 или х – k₂ = 0 или х – k₃ = 0 или…х – k_n = 0

Перенесем второе слагаемое вправо в каждом равенстве и получим:

х = k₁ или х = k₂ или х = k₃ или…х = k_n

Чтобы вместо произведения скобок слева стоял многочлен, надо просто раскрыть скобки.

Пример. Составьте уравнение в виде Р(х) = 0, имеющее корни 1, 2, 3 и 4.

Запишем целое ур-ние, имеющее требуемые корни:

(х – 1)(х – 2)(х – 3)(х – 4) = 0

Будем поочередно раскрывать скобки, умножая 1-ую скобку на 2-ую, полученный результат на 3-ю и т.д.:

(х² – 3х + 2)(х – 3)(х – 4) = 0

(х³ – 6х² + 11х – 6)(х – 4) = 0

х⁴ – 10х³ + 35х² – 50х +24 = 0

Получили ур-ние вида Р(х) = 0. Для проверки вычислений можно подставить в него числа 1, 2, 3 и 4 и убедиться, что они обращают ур-ние в верное равенство.

Ответ: х⁴ – 10х³ + 35х² – 50х +24 = 0

Заметим, что в рассмотренном примере, когда мы перемножали многочлены, мы получали новый полином, чья степень увеличивалась на единицу. Мы перемножили 4 скобки (х – k₁), а потому получили полином 4 степени. Если бы мы перемножали, скажем, 10 таких скобок, то и многочлен бы получился 10-ой степени. Именно поэтому ур-ние n-ой степени не более n корней.

Действительно, предположим, что какое-то ур-ние n-ой степени имеет хотя бы (n + 1) корень. Обозначим эти корни как k₁, k₂,k₃,…k_n, k_n+1 и запишем уравнение:

(х – k₁)(х – k₂)(х – k₃)…(х – k_n)(х – k_n+1) = 0

Оно, по определению, равносильно исходному ур-нию, ведь оно имеет тот же набор корней. Слева записаны (n + 1) скобок, поэтому при их раскрытии мы получим полином степени (n + 1). Значит, и исходное ур-ние на самом деле имеет степень n + 1, а не n. Получили противоречие, которое означает, что на самом деле у уравнения n-ой степени не более n корней.

Особо акцентируем внимание на том факте, что если корнями уравнения являются некоторые числа k₁, k₂,k₃,…k_n, то этому ур-нию равносильна запись (х – k₁)(х – k₂)(х – k₃)…(х – k_n) = 0

Этот факт будет использован далее при решении ур-ний.

Решение уравнений методом подбора корня

Необязательно преобразовывать ур-ние, чтобы найти его корни. Одним из приемов решения целых уравнений является метод подбора корня. Ведь если надо доказать, что какое-то число – это корень ур-ния, достаточно просто подставить это число в ур-ние и получить справедливое равенство!

Пример. Докажите, что корнями ур-ния

х³ – 2х² – х + 2 = 0

являются только числа (– 1), 1 и 2.

Решение. Подставим в ур-ние каждую из предполагаемых корней и получим справедливое равенство. При х = – 1 имеем:

(– 1)³ – 2(– 1)² – (– 1) + 2 = 0

–1 – 2 + 1 + 2 = 0

0 = 0

При х = 1 получаем:

1³ – 2•1² – 1 + 2 = 0

1 – 2 – 1 + 2 = 0

0 = 0

Наконец, рассмотрим случай, когда х = 2

2³ – 2•2² – 2 + 2 = 0

8 – 8 – 2 + 2 = 0

0 = 0

Исходное ур-ние имеет 3-ю степень, поэтому у него не более 3 корней. То есть других корней, кроме (– 1), 1 и 2 , у него нет.

Конечно, просто так подобрать корни довольно тяжело. Однако есть некоторые правила, которые помогают в этом. Для начала введем понятие коэффициентов уравнения.

Понятно, что ур-ние Р(х) = 0 в общем виде можно записать так:

а₀xⁿ + a₁x^n–1 + … + а_n–1х + а_n = 0

Числа а₀, а₁, а₂,…а_nи называют коэффициентами уравнений.

Например, для уравнения

5х⁴ – 7х³ + 9х² – х + 12 = 0

коэффициенты равны

а₀ = 5

а₁ = – 7

а₂ = 9

а₃ = – 1

а₄ = + 12

Если одна из слагаемых «пропущено» в уравнении, то считают, что коэффициент перед ним равен нулю. Например, в ур-нии

х³ + 2х – 15 = 0

нет слагаемого с буквенной частью х². Можно считать, что ур-ние равносильно записи

х³ + 0х² + 2х – 15 = 0

где слагаемое х² есть, но перед ним стоит ноль. Тогда коэффициент а₁ = 0.

Для обозначения первого коэффициента а₀ может использоваться термин старший коэффициент, а для последнего коэффициента а_n – термин «свободный член» или «свободный коэффициент».

Изучение коэффициентов ур-ния помогает быстрее подобрать корень. Существует следующая теорема:

Докажем это утверждение. Пусть m – это целый корень уравнения с целыми коэффициентами

а₀xⁿ + a₁x^n–1 + … + а_n–1х + а_n = 0

Тогда можно подставить туда число m и получить верное равенство:

а₀mⁿ + a₁m^n–1 + … + а_n–1m + а_n = 0

Поделим обе его части на m и получим

а₀m^n–1 + a₁m^n–2 + … + а_n–1 + а_n/m = 0

Справа – целое число (ноль), значит, и сумма чисел слева также целая. Все числа а₀m^n–1, a₁m^n–2, а_n–1, очевидно, целые (так как и целыми являются и m, и все коэффициенты). Значит, и число а_n/m должно быть целым. Но это возможно лишь в том случае, если m является делителем числа а_n.

Из доказанной теоремы следует, что при подборе корней ур-ния достаточно рассматривать только те из них, которые являются делителями свободного члена. При этом следует учитывать и отрицательные делители.

Пример. Найдите целые корни уравнения

2х⁴ – х³ – 9х² + 4х + 4 = 0

Решение. Все коэффициенты ур-ния – целые, а потому целый корень должен быть делителем свободного члена, то есть числа 4. Делителями четверки являются 1 и (– 1), 2 и (– 2), 4 и (– 4). Подставляя каждое из этих чисел в ур-ние, получим верные равенства только для чисел 1, 2 и (– 2):

2•1⁴ – 1³ – 9•1² + 4•1 + 4 = 2 – 1 – 9 + 4 + 4 = 0

2•2⁴ – 2³ – 9•2² + 4•2 + 4 = 32 – 8 – 36 + 8 + 4 = 0

2•(– 2)⁴ – (– 2)³ – 9•(– 2)² + 4(– 2) + 4 = 32 + 8 – 36 – 8 + 4 = 0

Таким образом, только эти числа и могут быть целыми корнями ур-ния. Так как мы рассматриваем ур-ние 4 степени, то, возможно, у него помимо 3 целых корней есть ещё один дробный.

Ответ: 1; 2; (– 2).

Пример. Решите ур-ние

0,5х³ + 0,5х + 5 = 0

Решение. У ур-ния дробные коэффициенты. Умножим обе части равенства на 2 и получим ур-ние с целыми коэффициентами:

0,5х³ + 0,5х + 5 = 0

(0,5х³ + 0,5х + 5)•2 = 0•2

х³ + х + 10 = 0

Попытаемся подобрать целый корень ур-ния. Он должен быть делителем свободного члена, то есть десятки. Возможными кандидатами являются числа 1 и (– 1), 2 и (– 2), 5 и (– 5), 10 и (– 10). Подходит только корень х = – 2:

(– 2)³ + (– 2) + 10 = – 8 – 2 + 10 = 0

Обратим внимание, что в левой части ур-ния стоит сумма функций, возрастающих на всей числовой прямой: у = х³ и у = х + 10. Значит, и вся левая часть х³ + х + 10 монотонно возрастает. Это значит, что у ур-ния есть только один корень, и мы его нашли ранее подбором.

Ответ: – 2

Ещё быстрее можно узнать, является ли единица корнем уравнения.

Докажем это. Подставим в ур-ние

а₀xⁿ + a₁x^n–1 + … + а_n–1х + а_n = 0

значение х = 1. Так как единица в любой степени равна самой единице, то получим:

а₀1ⁿ + a₁1^n–1 + … + а_n–11 + а_n = 0

а₀ + a₁ + … + а_n–1 + а_n = 0

Получили равенство, в котором слева стоит сумма коэффициентов, в справа – ноль. Если сумма коэффициентов действительно равна нулю, то равенство верное, а, значит, единица является корнем ур-ния.

Пример. Укажите хотя бы 1 корень ур-ния

499х¹⁰ – 9990х⁷ + 501х⁶ – 10х⁵ + 10000х⁴ – 1000 = 0

Решение. Заметим, что при сложении коэффициентов ур-ния получается 0:

499 – 9990 + 501 – 10 + 10000 – 1000 = (499 + 501 – 1000) + (10000 – 9990 – 10) = 0 + 0 = 0

Следовательно, единица является его корнем.

Ответ: 1.

Решение уравнений с помощью разложения многочлена на множители

Если в уравнении вида P(x) = 0в левой части удается выполнить разложение многочлена на множители, то дальше каждый из множителей можно отдельно приравнять к нулю.

Пример. Решите ур-ние

х⁴ – 16 = 0

Решение. Степень х⁴ можно представить как (х²)², а 16 – как 4². Получается, что слева стоит разность квадратов, которую можно разложить на множители по известной формуле:

х⁴ – 16 = 0

(х² – 4)(х² + 4) = 0

Приравняем каждую скобку к нулю и получим два квадратных ур-ния:

х² – 4 = 0 или х² + 4 = 0

х² = 4 или х² = – 4

Первое ур-ние имеет два противоположных корня: 2 и (– 2). Второе ур-ние корней не имеет.

Ответ: 2 и (– 2).

Предположим, что у ур-ния 3-ей степени есть 3 корня, и подбором мы нашли один из них. Как найти оставшиеся корни? Здесь помогает процедура, известная как «деление многочленов в столбик». Продемонстрируем ее на примере. Пусть надо решить ур-ние

100х³ – 210х² + 134х – 24 = 0

Можно заметить, сумма всех коэффициентов ур-ния равна нулю:

100 – 210 + 134 – 24 = 0

Следовательно, первый корень – это 1.

Предположим, что у исходного ур-нияР(х) = 0 есть 3 корня, k₁, k₂и k₃. Тогда ему равносильно другое ур-ние

(х – k₁)(х – k₂)(х – k₃) = 0

Мы нашли, что первый корень k₁ = 1, то есть

(х – 1)(х – k₂)(х – k₃) = 0

Обозначим как P₁(x) = 0 ещё одно ур-ние, корнями которого будут только числа k₂ и k₃. Очевидно, что корнями ур-ния

(х – 1)•P₁(x) = 0

Будут числа 1, k₂ и k₃. Его корни совпадают с корнями исходного ур-ния, а потому запишем

(х – 1)•P₁(x) = 100х³ – 210х² + 134х – 24

Поделим обе части на (х – 1):

Итак, если «поделить» исходное ур-ние на х – 1, то получим какой-то многочлен Р₁(х), причем решением уравнения P₁(x) = 0 будут оставшиеся два корня, k₂и k₃. Деление можно выполнить в столбик. Для этого сначала запишем «делимое» и «делитель», как и при делении чисел:

Смотрим на первое слагаемое делимого. Это 100х³. На какой одночлен нужно умножить делитель (х – 1), чтобы получился полином со слагаемым 100х³? Это 100х². Действительно, (х – 1)100х² = 100х³ – 100х². Запишем слагаемое 100х² в результат деления, а результат его умножения на делитель, то есть 100х³ – 100х², вычтем из делимого:

Теперь вычтем из делимого то выражение, которое мы записали под ним. Слагаемые 100х³, естественно, сократятся:

(100х³ – 210х²) – (100х³ – 100х²) = 100х³ – 210х² – 100х³ + 100х² = – 110х²

Далее снесем слагаемое 134х вниз:

На какое слагаемое нужно умножить (х – 1), что получился полином со слагаемым (– 110х²). Очевидно, на (– 110х):

(х – 1)(– 110х²) = –110х² + 110х

Запишем в поле «ответа» слагаемое (– 110х²), а под делимый многочлен – результат его умножения на (х – 1):

При вычитании из (–110х² + 134х) полинома (–110х² + 110х) остается 24х. Далее сносим последнее слагаемое делимого многочлена вниз:

Выражение х – 1 нужно умножить на 24, чтобы получить 24х – 24. Запишем в поле «ответа» число 24, а в столбике произведение 24(х –1) = 24х – 24:

В результате в остатке получился ноль. Значит, всё сделано правильно. С помощью деления столбиком мы смогли разложить полином 100х³ – 210х² + 134х – 24 на множители:

100х³ – 210х² + 134х – 24 = (х – 1)(100х² – 110х + 24)

Теперь перепишем исходное ур-ние с учетом этого разложения:

100х³ – 210х² + 134х – 24 = 0

(х – 1)(100х² – 110х + 24) = 0

Теперь каждую отдельную скобку можно приравнять нулю. Получим ур-ние х – 1 = 0, корень которого, равный единице, мы уже нашли подбором. Приравняв к нулю вторую скобку, получим квадратное ур-ние:

100х² – 110х + 24 = 0

D =b² – 4ас = (– 110)² – 4•100•24 = 12100 – 9600 = 2500

Итак, мы нашли три корня ур-ния: 1; 0,3 и 0,8.

В данном случае мы воспользовались следующим правилом:

Пример. Решите уравнение

2х³ – 8х² + 16 = 0

Решение. Все коэффициенты целые, а потому, если у уравнения есть целый корень, то он должен быть делителем 16. Перечислим эти делители: 1, – 1, 2, – 2, 4, – 4, 8, – 8, 16, – 16. Из всех них подходит только двойка:

2•2³ – 8•2² + 16 = 16 – 32 + 16 = 0

Итак, первый корень равен 2. Это значит, что исходный многочлен можно разложить на множители, один из которых – это (х – 2). Второй множитель найдем делением в столбик. Так как в многочлене 2х³ – 8х² + 16 нет слагаемого с буквенной часть х, то искусственно добавим её:

2х³ – 8х² + 16 = 2х³ – 8х² + 0х + 16

Теперь возможно деление:

Получили, что 2х³ – 8х² + 16 = (х – 2)(2х – 4х – 8)

С учетом этого перепишем исходное ур-ние:

2х³ – 8х² + 16 = 0

(х – 2)(2х – 4х – 8) = 0

х – 2 = 0 или 2х – 4х – 8 = 0

Решим квадратное ур-ние

D =b² – 4ас = (– 4)² – 4•2•(– 8) = 16 + 64 = 80

В 8 классе мы узнали, что если у квадратного ур-ния ах² + bx + c = 0 есть два корня, то многочлен ах² + bx + c можно разложить на множители по формуле

ах² + bx + c = а(х – k₁)(х – k₂)

где k₁ и k₂– корни квадратного ур-ния. Оказывается, такое же действие можно выполнять с многочленами и более высоких степеней. В частности, если у кубического ур-ния есть 3 корня k₁, k₂ и k₃, то его можно разложить на множители по формуле

ах³ +bx² + cx + d = a(х – k₁)(х – k₂)(х – k₃)

Пример. Разложите на множители многочлен 2х³ – 4х² – 2х + 4.

Решение. Целые корни этого многочлена (если они есть), должны быть делителем четверки. Из всех таких делителей подходят три: 1, (– 1) и 2:

2•1³ – 4•1² – 2•1 + 4 = 2 – 4 – 2 + 4 = 0

2•(– 1)³ – 4•(– 1)² – 2•(– 1) + 4 = – 2 – 4 + 2 + 4 = 0

2•2³ – 4•2² – 2•2 + 4 = 16 – 16 – 4 + 4 = 0

Значит, многочлен можно разложить на множители:

2х³ – 4х² – 2х + 4 = 2(х + 1)(х – 1)(х – 2)

Возникает вопрос – почему перед скобками нужна двойка? Попробуем сначала перемножить скобки без ее использования:

(х + 1)(х – 1)(х – 2) = (х² – 1)(х – 2) = х³ – 2х² – х + 2

Получили не тот многочлен, который стоит в условии. Однако ур-ние

х³ – 2х² – х + 2 = 0

имеет те же корни (1, 2 и (– 1)), что и ур-ние

2х³ – 4х² – 2х + 4 = 0

Дело в том, что это равносильные ур-ния, причем второе получено умножением первого на два:

2•(х³ – 2х² – х + 2) = 2х³ – 4х² – 2х + 4

Надо понимать, что хотя ур-ния 2х³ – 4х² – 2х + 4 = 0 и х³ – 2х² – х + 2 = 0, по сути, одинаковы, многочлены в их левой части различны. Заметим, что при перемножении скобок (х – k₁), (х – k₂), (х – k₃) и т.д. всегда будет получаться полином, у которого старший коэффициент равен единице. Поэтому, чтобы учесть этот самый коэффициент, надо домножить произведение скобок на него:

2х³ – 4х² – 2х + 4= 2•(х³ – 2х² – х + 2) = 2(х + 1)(х – 1)(х – 2)

Ответ: 2(х + 1)(х – 1)(х – 2).

Графический метод решения уравнений

Любое ур-ние с одной переменной можно представить в виде равенства

у(х) = g(x)

где у(х) и g(x) – некоторые функции от аргумента х.

Построив графики этих функций, можно примерно найти точки их пересечений. Они и будут соответствовать корням уравнения.

Пример. Решите графически уравнение

х³ – х² – 1 = 0

Решение. Строить график уравнения х³ – х² – 1 = 0 довольно сложно, поэтому перенесем слагаемое (– х² – 1) вправо:

х³ – х² – 1 = 0

х³ = х² + 1

Построим графики у = х³ и у = х² + 1 (второй можно получить переносом параболы у = х² на единицу вверх):

Видно, они пересекаются в точке, примерно соответствующей значению х ≈ 1,4. Если построить графики уравнения более точно (с помощью компьютера), то можно найти, что х ≈ 1,46557.

Ответ: х ≈ 1,46557

Конечно, графический метод решения уравнений не является абсолютно точным, однако он помогает быстро найти примерное положение корня. Также с его помощью можно определить количество корней уравнения. В рассмотренном примере был только 1 корень.

Пример. Определите количество корней уравнений

а)х³ – х – 3 = 0

б) х³ – 2х + 0,5 = 0

Решение. Перенесем два последних слагаемых вправо в каждом ур-нии:

а) х³ = х + 3

б) х³ = 2х – 0,5

Построим графики функций у = х³, у = х + 3 и у = 2х – 0,5:

Видно, что прямая у = х + 3 пересекает график у = х³ в одной точке, поэтому у первого ур-ния будет 1 решение.Прямая у = 2х – 0,5 пересекает кубическую параболу в трех точках, а потому у второго ур-ния 3 корня.

Ответ: а) один корень; б) три корня.

Решение дробно-рациональных уравнений

До этого мы рассматривали только целые ур-ния, где переменная НЕ находится в знаменателе какого-нибудь выражения. Однако, если в ур-нии есть выр-ние, содержащее переменную в знаменателе, или присутствует деление на выр-ние с переменной, то его называют дробно-рациональным уравнением.

Приведем несколько примеров ур-ний, считающихся дробно-рациональными:

С помощью равносильных преобразований любое дробно-рациональное ур-ние возможно записать в виде отношения двух полиномов:

Дробь равна нулю лишь тогда, когда ее числитель равен нулю, а знаменатель – не равен. Таким образом, нужно сначала решить ур-ние Р(х) = 0 и потом проверить, что полученные корни не обращают полином Q(x) в ноль.

Обычно для решения дробно-рациональных уравнений используют такой алгоритм:

1) Приводят все дроби к единому знаменателю, умножают на него ур-ние и получают целое ур-ние.

2) Решают полученное целое ур-ние.

3) Исключают из числа корней те, которые обращают знаменатель хотя бы одной из дробей в ноль.

Пример. Решите ур-ние

Решение.

Умножим обе части равенства на знаменатель 1-ой дроби:

2х² – 3х – 2 = х²(х – 2)

Раскроем скобки и перенесем все слагаемые в одну сторону:

2х² – 3х – 2 = х³– 2х²

х³ – 2х² – 2х² + 3х + 2 = 0

х³ – 4х² + 3х + 2 = 0

У ур-ния могут быть только те целые корни, которые являются делителями двойки. Из кандидатов 1, – 1, 2 и – 2 подходит только двойка:

2³ – 4•2² + 3•2 + 2 = 8 – 16 + 6 + 2 = 0

Нашли один корень, а потому исходный многочлен можно поделить в столбик на (х – 2):

Получили, что х³ – 4х² + 3х + 2 = (х – 2)(х² – 2х – 1)

Тогда ур-ние примет вид:

(х – 2)(х² – 2х – 1) = 0

х – 2 = 0 или х² – 2х – 1 = 0

Решим квадратное ур-ние:

D =b² – 4ас = (– 2)² – 4•1•(– 1) = 4 + 4 = 8

Мы нашли все 3 корня кубического ур-ния. Теперь надо проверить, не обращают ли какие-нибудь из них знаменатели дроби в исходном ур-нии

в ноль. Очевидно, что при х = 2 знаменатель (х – 2) превратится в ноль:

х – 2 = 2 – 2 = 0

Это значит, что этот корень надо исключить из списка решений. Такой корень называют посторонним корнем ур-ния.

Также ясно, что два остальных корня не обращают знаменатель в ноль, а потому они НЕ должны быть исключены из ответа:

Пример. Найдите все корни ур-ния

Решение. Если сразу привести выражение слева к общему знаменателю 4(х² + х – 2)(х² + х – 20), то получится очень длинное и неудобное выражение. Однако знаменатели довольно схожи, поэтому можно провести замену. Обозначим х² + х как у:

у = х² + х

Тогда уравнение примет вид

Приведем дроби к общему знаменателю 4(у – 2)(у – 20):

Знаменатель должен равняться нулю:

4(у – 20) + 28(у – 2) + (у – 2)(у – 20) = 0

4у – 80 + 28у – 56 + у² – 20у – 2у + 40 = 0

у² + 10у – 96 = 0

Решаем квадратное ур-ние:

D =b² – 4ас = (10)² – 4•1•(– 96) = 100 + 384 = 484

Получили, что у₁ = – 16, а у₂ = 6. Произведем обратную замену:

у = х² + х

х² + х = – 16 или х² + х = 6

х² + х + 16 = 0 или х² + х – 6 = 0

Дискриминант 1-ого ур-ния отрицателен:

D =b² – 4ас = (1)² – 4•1•(16) = 1– 64 = – 63

А потому оно не имеет решений. Решим 2-ое ур-ние:

D = b² – 4ас = (1)² – 4•1•(– 6) = 1+ 24 = 25

Нашли два корня: 2 и (– 3). Осталось проверить, не обращают ли они знаменатели дробей в ур-нии

в ноль. Подстановкой можно убедиться, что не обращают.

Ответ: – 3 и 2.

При решении дробно-рациональных ур-ний может использоваться и графический метод.

Пример. Сколько корней имеет уравнение

Решение. Построим графики функций у = х² – 4 и у = 2/х:

Видно, что графики пересекаются в 3 точках, поэтому ур-ние имеет 3 корня.

Ответ: 3 корня.

Различные способы решения квадратных уравнений

Разделы: Математика

Цели урока:

Систематизировать различные способы решения квадратных уравнений, дать представление учащимся о важных вехах истории развития математики;

Обучать поискам нескольких способов решения одной задачи и умению выбирать из них наиболее оптимальный;

Развивать навыки работы с дополнительной литературой, историческим материалом;

Показать многообразие и красоту математических решений.

Тип урока: урок систематизации и обобщения.

Ход урока

Устная работа:
Определите, имеет ли уравнение корни. Если имеет, то ответьте на вопросы:

а) Сколько корней имеет уравнение?

б) Рациональными или иррациональными являются его корни?

в) Каковы знаки корней?

г) Если корни разных знаков, то какой из них имеет больший модуль?

3 x 2 + 7х +2 =0; 3 – 8у + 2 = 0; 5 x 2 – 3х +2 =0; 2 x 2 – 10х – 5 =0.

Решите квадратное уравнение подбором корней:

x 2 + 9х +20 =0; x 2 – 17х + 30 =0; x 2 + 7х – 60=0; x 2 – 11х + 24 =0.

Учитель: Сегодня на уроке мы рассмотрим различные способы решения квадратных уравнений в разные исторические эпохи на примере одной задачи-решения квадратного уравнения.

Ученик 1: Методы решения квадратных уравнений были известны еще в древние времена. Они излагались в вавилонских рукописях царя Хаммурапи (XX в. до н.э.), в трудах древнегреческого математика Евклида (III в. до н. э), в древних китайских и японских трактатах. Многие математики древности решали квадратные уравнения геометрическим способом: квадрат и 10 его корней равны 39.

Для решения уравнения x 2 + 10х = 39 поступали следующим образом. Пусть АВ = х, ВС=5, ( 10:2). На стороне АС = АВ + ВС строился квадрат, который разбивался на четыре части. Очевидно, что сумма площадей трех частей равна x 2 + 10х или 39. Если к этой площади прибавить площадь четвертой части, то 39+25=64 – площадь всего квадрата. Но, эта же площадь равна = 64, х + 5 = 8, х = 3. Таким образом, число 3 является корнем квадратного уравнения, так как отрицательных чисел тогда не знали.

Ученик 2: А вот как решал эту же задачу ал-Хорезми в 825 году. Строим квадрат со стороной х и на его сторонах – четыре прямоугольника высотой 10/4. В углах фигуры построим четыре квадрата со стороной 10/4. Подсчитаем площадь получившегося большого квадрата:

x 2 + 4 · 10/4 · х + = x 2 + 10х + · 4.

По условию x 2 + 10х = 39, т.е. площадь получившегося большого квадрата равна

39 + + · 4 = 39 + 25 = 64. Значит, его сторона равна 8, тогда

х + 2· 10/4 = 8, х = 3 (Ал-Хорезми не признавал отрицательных чисел).

Ученик 3: В III в. н. э. квадратное уравнение x 2 – 20х + 96 = 0 решал великий древнегреческий математик Диофант.

Пусть сумма двух чисел 20, а произведение 96.Допустим, что разность этих чисел 2z. Так как их сумма 20, то если разделить ее пополам, каждая из полученных делением частей будет равна половине суммы, то есть 10. И если половину разности – z прибавить к одной из полученных от деления половине и вычесть из другой, то опять получается сумма 20 и разность 2z.

Пусть большее из искомых чисел равно z + 10, тогда меньшее — 10–z. Их сумма 20, а разность 2z. Произведение искомых чисел равно 96. Таким образом,

(10 + z)(10 –z) = 96, 100 – = 96, = 4, z = 2. Следовательно, большее число равно 12, а меньшее 8.

Давайте пробуем решить квадратное уравнение x 2 + 10х = 39 методом Диофанта.

1. Пусть x 2 + 10х – 39 =0;
2. Положим разность искомых чисел 2z;
3. –5 — половина коэффициента при х с противоположным знаком;
4. Положим х1 = z – 5, х2 = z + 5. Тогда (z – 5)(z + 5) = 39, – 25 = 39,

= 64, z =8.

Отсюда, х1 = 8–5=3, х2 = 8+5=13. Полученные корни 13 и 3 “устроили” бы Диофанта, т.к. оба натуральные. Но, используя теорему Виета, мы видим, что х1·х2 = –39, а это означает, что корни должны быть разного знака. Значит, не каждое уравнение можно решить этим методом.

Ученик 4: Неполные квадратные уравнения и частные виды полных квадратных уравнений умели решать вавилоняне и египтяне (2 тыс. лет до н.э.). Некоторые виды квадратных уравнений решали и древнегреческие математики, используя геометрический подход. Примеры решения уравнений без обращения к геометрии дает Диофант Александрийский (III в. н. э.). В своем трактате хорезмский тематик Мухаммед ал-Хорезми в 825 г. Разъясняет приемы решения квадратных уравнений. После трудов немецкого математика М. Штифеля (1487 – 1567 гг.), нидерландца А. Жирара (1595 – 1632 гг.), Р.Декарта и Н.Ньютона, способ решения квадратных уравнений принял современный вид. А в 1591 г. Ф.Виет вывел формулы, выражающие зависимость корней квадратного уравнения от его коэффициентов и сформулировал свою знаменитую теорему.

Ученик 5: Франсуа Виет родился в 1540 г. Во Франции, в Фонтене – ле – Конт. По образованию юрист. Он много занимался адвокатской деятельностью, а с 1571 г. по 1584 г. Был советником короля Георга III и Георга IV. Но, все свободное время, весь свой досуг он отдавал занятиям математикой. Особенно усиленно он начал работать в области математики с 1584 г., после отстранения от должности при королевском дворе. Виет детально изучил труды как древних так и современных ему математиков и создал по существу новую алгебру. Он ввел в нее буквенную символику. После открытия Виета, стало возможным записывать правила в виде формул.

Учитель: Именно с 1591 г. мы пользуемся формулами при решении квадратных уравнений. Решим квадратное уравнение x 2 + 10х – 39 =0 современными способами.

x 2 + 10х – 39 = 0,
а = 1, b = 10, с = –39.
D = – 4ac; D = 100 + 156 = 256, D > 0.

Х1,2 = (; Х1 = (-10 + 16)/2 = 3; Х2 = (-10 – 16)/2 = -13.

Ученик 6: Следует отметить, что второй коэффициент в данном уравнении четный, что позволяет использовать иную формулу для решения данного уравнения.

x 2 + 10х – 39 =0 ,
а = 1, k= 5, с = –39.
D1 = – ac; D1 = 25 + 39 = 64, D1> 0.

Х1,2 =( ; Х1 = (-5 + 8)/1 = 3; Х2 = (-5 – 8)/1 = -13.

Ученик 7: Данное уравнение можно решить, используя теорему, обратную теореме Виета.

x 2 + 10х – 39 = 0,

Учитель: Существуют ли другие способы решения квадратных уравнений?

Ученик: Квадратные уравнения можно решать, используя свойства “суммы коэффициентов”. Если a + b + c = 0, х1 = 1, х2 = c/а; или если a – b – c = 0, то х1 = –1, х2 = – с/а. Но, данное квадратное уравнение нельзя решить, используя эти соотношения. Например, изменим в рассмотренном уравнении свободный член:

x 2 + 10х – 11 = 0;
a = 1; b = 10; с = –11; 1 + 10 – 11 = 0;
х1 = 1; х2 = –11.

Учитель: Приведите примеры уравнений, решаемых с применением второго утверждения.

Например: –10 x 2 + 29х + 39 =0; x 2 – 2005х – 2006 = 0.

Учитель: В учебнике мы встречаем задания, где четко обозначено, как решить квадратное уравнение. В предложенных вам задачах вы не только решите уравнение, но и узнаете интересные факты.

1.Известно, что учет населения проводился в Египте и в Китае еще до нашей эры. Решив квадратное уравнение 4x 2 – 24х + 39 =0 , вы определите в каком это было тысячелетии до н.э.

2. На основе статистических данных можно выделить регионы с максимальным сбросом загрязненных вод: это Краснодарский край и Москва. Сколько процентов общего количества загрязненных вод дают эти регионы, вы узнаете, решив уравнение x 2 – 19х + 88 =0 .

3. Кислотные осадки разрушают сооружения из мрамора и других материалов. Исторические памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, за последние годы разрушаются прямо на глазах. “Мировой рекорд” принадлежит одному шотландскому городку, где 10 апреля 1974 года выпал дождь, скорее напоминающий столовый уксус, чем воду. Устно решите уравнения, найдите верный ответ и соответствующую ему букву и прочитайте название этого “знаменитого” городка. (Питлохри).

Теорема Виета для квадратного уравнения

О чем эта статья:

Основные понятия

Квадратное уравнение — это ax 2 + bx + c = 0, где a — первый коэффициент, не равный нулю, b — второй коэффициент, c — свободный член.

Существует три вида квадратных уравнений:

• не имеют корней;
• имеют один корень;
• имеют два различных корня.

Чтобы определить, сколько корней имеет уравнение, нужно обратить внимание на дискриминант. Формула для его поиска записывается так: D = b 2 − 4ac. Его свойства:

• если D 0, есть два различных корня.

В случае, когда второй коэффициент четный, можно воспользоваться формулой нахождения дискриминанта , где .

В математике теоремой принято называть утверждение, у которого ранее было сформулировано доказательство.

Формула Виета

Если в школьной геометрии чаще всего используется теорема Пифагора, то в школьной алгебре ведущую роль занимают формулы Виета. Теорема звучит так:

Рассмотрим квадратное уравнение, в котором первый коэффициент равен 1: . Такие уравнения называют приведенными квадратными уравнениями. Сумма корней равна второму коэффициенту с противоположным знаком, а произведение корней равняется свободному члену.

Если дано x 2 + bx + c = 0, где x₁ и x₂ являются корнями, то справедливы два равенства:

Знак системы, который принято обозначать фигурной скобкой, означает, что значения x₁ и x₂ удовлетворяют обоим равенствам.

Рассмотрим теорему Виета на примере: x 2 + 4x + 3 = 0.

Пока неизвестно, какие корни имеет данное уравнение. Но в соответствии с теоремой можно записать, что сумма этих корней равна второму коэффициенту с противоположным знаком. Он равен четырем, значит будем использовать минус четыре:

Произведение корней по теореме соответствует свободному члену. В данном случае свободным членом является число три. Значит:

Необходимо проверить равна ли сумма корней −4, а произведение 3. Для этого найдем корни уравнения x 2 + 4x + 3 = 0. Воспользуемся формулами для чётного второго коэффициента:
2 + 4x + 3 = 0″ height=”215″ src=”https://lh5.googleusercontent.com/E_X403ETh_88EANRWdQN03KRT8yxP2HO4HoCrxj__c8G0DqmNJ1KDRqtLH5Z1p7DtHm-rNMDB2tEs41D7RHpEV5mojDTMMRPuIkcW33jVNDoOe0ylzXdHATLSGzW4NakMkH2zkLE” width=”393″>

Получилось, что корнями уравнения являются числа −1 и −3. Их сумма равняется второму коэффициенту с противоположным знаком, а значит решение верное.
2 + 4x + 3 = 0″ height=”52″ src=”https://lh5.googleusercontent.com/VzGPXO9B0ZYrr9v0DpJfXwuzeZtjYnDxE_ma76PUC8o7jVWwa8kZjTJhq2Lof0TiJXAp_ny3yRwI_OyRzeucv9xUZ63yoozGPP4xd4OxvElVT7Pt-d6xL5w17e_mQNs5qZJQiwfG” width=”125″>

Произведение корней −1 и −3 по теореме Виета должно равняться свободному члену, то есть числу 3. Это условие также выполняется:
2 + 4x + 3 = 0″ height=”52″ src=”https://lh4.googleusercontent.com/Cq-LCFmY3YGNSan1VF3l3CqIeojoJYAvGAiTBWnzyoZu_xJFrF5NfQ3xCe59apJklw6uYbmQ4lAkBTeC-TJmEGicN3rgGtsezhuqdNiOWjZT39NziOB5uOmQr3cr9-5fNnepdZDo” width=”112″>

Результат проделанных вычислений в том, что мы убедились в справедливости выражения:

Обучение на курсах по математике помогает быстрее разобраться в новых темах и подтянуть оценки в школе.

Доказательство теоремы Виета

Дано квадратное уравнение x 2 + bx + c = 0. Если его дискриминант больше нуля, то оно имеет два корня, сумма которых равна второму коэффициенту с противоположным знаком, а произведение корней равно свободному члену:

Докажем, что следующие равенства верны

• x₁ + x₂ = −b,
• x₁ * x₂ = c.

Чтобы найти сумму корней x₁ и x₂ подставим вместо них то, что соответствует им из правой части формул корней. Напомним, что в данном квадратном уравнении x 2 + bx + c = 0 старший коэффициент равен единице. Значит после подстановки знаменатель будет равен 2.

Объединим числитель и знаменатель в правой части.

Раскроем скобки и приведем подобные члены:

Сократим дробь полученную дробь на 2, остается −b:

Мы доказали: x₁ + x₂ = −b.

Далее произведем аналогичные действия, чтобы доказать о равенстве x₁ * x₂ свободному члену c.

Подставим вместо x₁ и x₂ соответствующие части из формул корней квадратного уравнения:

Перемножаем числители и знаменатели между собой:

Очевидно, в числителе содержится произведение суммы и разности двух выражений. Поэтому воспользуемся тождеством (a + b) * (a − b) = a 2 − b 2 . Получаем:

Далее произведем трансформации в числителе:

Нам известно, что D = b2 − 4ac. Подставим это выражение вместо D.

Далее раскроем скобки и приведем подобные члены:

Сократим:

Мы доказали: x₁ * x₂ = c.

Значит сумма корней приведённого квадратного уравнения x 2 + bx + c = 0 равна второму коэффициенту с противоположным знаком (x₁ + x₂ = −b), а произведение корней равно свободному члену (x₁ * x₂= c). Теорема доказана.

Обратная теорема Виета

Когда дана сумма и произведение корней квадратного уравнения, принято начинать подбор подходящих корней. Теорема, обратная теореме Виета, при таких условиях может быть главным помощником. Она формулируется так:

Обратная теорема Виета

Если числа x₁ и x₂ таковы, что их сумма равна второму коэффициенту уравнения x 2 + bx + c = 0, взятому с противоположным знаком, а их произведение равно свободному члену, то эти числа являются корнями x 2 + bx + c = 0.

Обратные теоремы зачастую сформулированы так, что их утверждением является заключение первой теоремы. Так, при доказательстве теоремы Виета стало понятно, что сумма x₁ и x₂ равна −b, а их произведение равно c. В обратной теореме это является утверждением.

Докажем теорему, обратную теореме Виета

Корни x₁ и x₂ обозначим как m и n. Тогда утверждение будет звучать следующим образом: если сумма чисел m и n равна второму коэффициенту x 2 + bx + c = 0, взятому с противоположным знаком, а произведение равно свободному члену, то числа m и n являются корнями x 2 + bx + c = 0.

Зафиксируем, что сумма m и n равна −b, а произведение равно c.

Чтобы доказать, что числа m и n являются корнями уравнения, нужно поочередно подставить буквы m и n вместо x, затем выполнить возможные тождественные преобразования. Если в результате преобразований левая часть станет равна нулю, то это будет означать, что числа m и n являются корнями x 2 + bx + c = 0.

Выразим b из равенства m + n = −b. Это можно сделать, умножив обе части на −1:

Подставим m в уравнение вместо x, выражение −m − n подставим вместо b, а выражение mn — вместо c:

При x = m получается верное равенство. Значит число m является искомым корнем.

1. Аналогично докажем, что число n является корнем уравнения. Подставим вместо x букву n, а вместо c подставим m * n, поскольку c = m * n.

   При x = n получается верное равенство. Значит число n является искомым корнем.

Мы доказали: числа m и n являются корнями уравнения x 2 + bx + c = 0.

Примеры

Для закрепления знаний рассмотрим примеры решения уравнений по теореме, обратной теореме Виета.

Дано: x 2 − 6x + 8 = 0.

Для начала запишем сумму и произведение корней уравнения. Сумма будет равна 6, так как второй коэффициент равен −6. А произведение корней равно 8.
2 − 6x + 8 = 0″ height=”59″ src=”https://lh6.googleusercontent.com/tFokx3SM93Hwlr7ZM9BqX1xiHKv_2dUIB9MoNa8RAwSTmQKXdCcqcFXxTZmxNGw7bOVek-RzRXqBkoCqnYMiqIYVwKhfnHeU-7mA03feEqJTlyKB7e-OsTTKgPaOlddfiaTGszcv” width=”99″>

Имея эти два равенства можно подобрать подходящие корни, которые будут удовлетворять как равенству обоим равенствам системы.

Подбор корней удобнее выполнять с помощью их произведения. Число 8 можно получить путем перемножения чисел 4 и 2 либо 1 и 8. Но значения x₁ и x₂ надо подбирать так, чтобы они удовлетворяли и второму равенству тоже.

Можно сделать вывод, что значения 1 и 8 не подходят, так как они не удовлетворяют равенству x₁ + x₂ = 6. Значения 4 и 2 подходят обоим равенствам:

Значит числа 4 и 2 являются корнями уравнения x 2 − 6x + 8 = 0.
2 − 6x + 8 = 0″ height=”57″ src=”https://lh3.googleusercontent.com/rohB7Bvd-elMhTxEUuOhKqLJjqLAvo9VlJxZvOnMeDAHARfKT-SYOWb1WXTTWEN2h0oKbLl6wH7lc0IWL_vH3Si2AJGAGXVn8TPFDT_J1Wu2WeoQ-WP1qgXjCnZ99tWUkK2BOvF2″ width=”64″>

Неприведенное квадратное уравнение

Теорема Виета выполняется только тогда, когда квадратное уравнение является приведённым, то есть его первый коэффициент равен единице:

ax 2 + bx + c = 0, где а = 1.

Если квадратное уравнение не является приведенным, но задание связано с применением теоремы, нужно обе части разделить на коэффициент, который располагается перед x 2 .

1. Получилось следующее приведенное уравнение:

Получается, второй коэффициент при x равен, свободный член —. Значит сумма и произведение корней будут иметь вид:

Рассмотрим пример неприведенного уравнения: 4x 2 + 5x + 1 = 0. Разделим обе его части на коэффициент перед x 2 , то есть на 4.

Получилось приведённое квадратное уравнение. Второй коэффициент которого равен, а свободный член.

Тогда в соответствии с теоремой Виета получаем:

Метод подбора помогает найти корни: −1 и

Квадратное уравнение. Дискриминант. Теорема Виета.

теория по математике 📈 уравнения

Уравнение вида ax 2 +bx+c=0, где a,b,c – любые числа, причем a≠0, называют квадратным уравнением. Числа a,b,c принято называть коэффициентами, при этом a – первый коэффициент, b – второй коэффициент, c – свободный член.

Квадратное уравнение может иметь не более двух корней. Решить такое уравнение – это значит найти все его корни или доказать, что их нет.

Дискриминант

Количество корней квадратного уравнения зависит от такого элемента, как дискриминант (обозначают его буквой D).

Нахождение корней квадратного уравнения

Дискриминант – это такой математический инструмент, который позволяет нам определять количество корней. Он выражается определенной формулой:

D=b 2 –4ac

Если D>0, то уравнение имеет два различных

Корень – осевой, обычно подземный вегетативный орган высших сосудистых растений, обладающий неограниченным ростом в длину и положительным геотропизмом. Корень осуществляет закрепление растения в почве и обеспечивает поглощение и проведение воды с растворёнными минеральными веществами к стеблю и листьям.

Пример №1. Решить уравнение х 2 –2х–3=0. Определяем коэффициенты: а=1, b=–2, c=–3. Находим дискриминант: D=b 2 –4ac=(–2) 2 –41(–3)=4+12=16. Видим, что дискриминант положительный, значит, уравнение имеет два различных корня, находим их:

Пример №2. Решить уравнение 5х 2 +2х+1=0. Определяем коэффициенты: а=5, b=2, c=1. D=b 2 –4ac=2 2 –4=4–20=–16, D 2 –6х+9=0. Определяем коэффициенты: а=1, b=–6, c=9.

D=b 2 –4ac=(–6) 2 –4=36–36=0, D=0, 1

Корень – осевой, обычно подземный вегетативный орган высших сосудистых растений, обладающий неограниченным ростом в длину и положительным геотропизмом. Корень осуществляет закрепление растения в почве и обеспечивает поглощение и проведение воды с растворёнными минеральными веществами к стеблю и листьям.

Теорема Виета

Среди квадратных уравнений встречаются такие, у которых первый коэффициент равен 1 (обратим внимание на пример 1 и 3), такие уравнения называются приведенными.

Приведенные квадратные уравнения можно решать не только с помощью дискриминанта, но и с помощью теоремы Виета.

Сумма корней приведенного квадратного уравнения равна второму коэффициенту, взятому с противоположным знаком; произведение корней равно третьему коэффициенту.

Корни с помощью данной теоремы находятся устно способом подбора. Рассмотрим это на примерах.

Пример №4. Решить уравнение х 2 –10х+21=0. Выпишем коэффициенты: а=1, b=–10, c=21. Применим теорему Виета:

Начинаем с произведения корней, которое является положительным числом, значит оба корня либо отрицательные, либо положительные. Предполагаем, что это могут быть либо 3 и 7, либо противоположные им числа. Теперь смотрим на сумму, она является положительным числом, поэтому нам подходит пара чисел 3 и 7. Проверяем: 3+7=10, 37=21. Значит, корнями данного уравнения являются числа 3 и 7.

Пример №5. Решить уравнение: х 2 +5х+4=0. Выпишем коэффициенты: а=1, b=5, c=4. По теореме Виета:

Видим, что произведение корней равно 4, значит оба корня либо отрицательные, либо положительные. Видим, что сумма отрицательная, значит, будем брать два отрицательных числа, нам подходят –1 и –4. Проверим:

Данное уравнение является квадратным. Но в его условии присутствует квадратный

Корень – осевой, обычно подземный вегетативный орган высших сосудистых растений, обладающий неограниченным ростом в длину и положительным геотропизмом. Корень осуществляет закрепление растения в почве и обеспечивает поглощение и проведение воды с растворёнными минеральными веществами к стеблю и листьям.

Записываем обязательно в начале решения, что подкоренное выражение может быть только равным нулю или положительным числом (правило извлечения квадратного

Корень – осевой, обычно подземный вегетативный орган высших сосудистых растений, обладающий неограниченным ростом в длину и положительным геотропизмом. Корень осуществляет закрепление растения в почве и обеспечивает поглощение и проведение воды с растворёнными минеральными веществами к стеблю и листьям.

Решаем полученное неравенство: − х ≥ − 5 , отсюда х ≤ 5 . Следовательно, для ответа мы будем выбирать значения, которые меньше или равны 5.

Решаем наше квадратное уравнение, перенося все слагаемые из правой части в левую, изменяя при этом знаки на противоположные и приводя подобные слагаемые (выражения с квадратным корнем взаимоуничтожаются):

х 2 − 2 х + √ 5 − х − √ 5 − х − 24 = 0

Получим приведенное квадратное уравнение, корни которого можно найти подбором по теореме Виета:

х 2 − 2 х − 24 = 0

Итак, корнями уравнения х 2 − 2 х − 24 = 0 будут числа -4 и 6.

Теперь выбираем корень, обращая внимание на наше ограничение на х, т.е. корень должен быть меньше или равен 5. Таким образом, запишем, что 6 – это посторонний корень, так как 6 н е ≤ 5 , а число минус 4 записываем в ответ нашего уравнения, так как − 4 ≤ 5 .

pазбирался: Даниил Романович | обсудить разбор | оценить

[spoiler title=”источники:”]

http://skysmart.ru/articles/mathematic/teorema-vieta-formula

[/spoiler]

Здравствуйте, уважаемые читатели!

Мы собрались снова на этом канале для того, чтобы продолжить изучение одного из интереснейших разделов алгебры. В двух предыдущих статьях (ссылки я прикреплю в конце) было рассмотрено 8 видов уравнений. В этой публикации я расскажу только об одном уравнении, к сожалению, не очень любимом учениками за продолжительность его решения.

Но сначала обратимся к теории.

9. Рациональные уравнения, решаемые методом подбора рациональных корней

Алгоритм метода подбора рациональных корней

Рассмотрим на следующих примерах, как решаются уравнения методом подбора рациональных корней.

Ещё один пример, иллюстрирующий метод подбора.

Ура! Мы справились. Как видно, решение рациональных уравнений методом подбора рациональных корней – это достаточно трудоёмкая процедура. Надо быть предельно внимательными и, главное, не забывать о корнях, найденных с помощью теорем 3 и 4.

А сейчас я предлагаю Вам прорешать подготовленные мною уравнения по этой теме. Ответы, как обычно, я прикреплю в комментариях.

Привожу названия и ссылки на статьи, в которых положено начало цикла: 1) “Рациональные уравнения с одним неизвестным: простейшие, решаемые методами разложения на множители и замены (не специальной)”; 2) “Рациональные уравнения с одним неизвестным: специальные замены”.

Если Вы обратили внимание, то для того, чтобы легко находить материалы для 10-11 класса, я нарисовала соответствующую картинку и подписала её словом “Эпизод”. Нумерация эпизодов идёт по порядку, начиная с первого.

Все материалы, публикуемые на канале Дружелюбный философ, разработаны мною и могут быть полезными не только для подготовки к экзаменам, но и для читателей, увлекающихся математикой, а также для родителей, которые хотят помочь своих детям в подготовке по предмету “Математика” в школе.

Спасибо, что интересуетесь математикой. Следите за выходом новых публикаций.

Вы находитесь на дружелюбном канале.

Уважайте себя. С уважением, автор.

Математика, 2 класс

Урок №26. Уравнение. Решение уравнений подбором неизвестного числа

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

– Что такое уравнение, корень уравнения?

– Как решить уравнение?

Глоссарий по теме:

Уравнение – равенство, содержащее неизвестное число, которое надо найти.

Корень уравнения – это значение буквы, при котором из уравнения получается верное равенство.

Решить уравнение, значит найти его корни.

Основная и дополнительная литература по теме урока

1. Моро М. И., Бантова М. А., Бельтюкова Г. В. и др. Математика. 2 класс. Учебник для общеобразовательных организаций. В 2 ч. Ч.1.– 8-е изд. – М.: Просвещение, 2017. – С. 80-81.

2. Моро М. И., Бантова М. А. Математика. Рабочая тетрадь. 2 класс. Учебное пособие для общеобразовательных организаций. В 2 ч. Ч.1. – 6-е изд., дораб. – М.: Просвещение, 2016. – С. 60.

3. Моро М. И., Волкова С. И. Для тех, кто любит математику. Пособие для учащихся общеобразовательных организаций. 9-е изд. – М.: Просвещение, 2014. – С. 60.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Вы умеете читать буквенные выражения. Например:

Вы уже знаете, что равенства бывают верные и неверные.

Рассмотрим верное равенство с окошком: + 4 = 12

Запишем вместо окошка маленькую латинскую букву , как в буквенное выражение. Какое число надо поместить вместо буквы х, чтобы равенство стало верным?

Это число 8. Получили верное равенство: сумма чисел 8 и 4 равна 12.

х + 4 = 12

х = 8

8 + 4 = 12

Равенство с буквой , которое мы записали – это уравнение.

Неизвестное число обозначается маленькими латинскими буквами, как и в буквенном выражении.

Решить уравнение – значит найти все такие значения х (если они есть), при которых равенство будет верным. Значение буквы, при котором из уравнения получается верное равенство, называется корень уравнения.

Решим уравнение 10 – d = 6 способом подбора.

Возьмём число 5. Сейчас проверим, верно ли подобрали число. Заменим d в уравнении числом 5. Получим равенство: 10 – 5 = 6. Оно неверно. Значит, число подобрали неверно.

Попробуем взять другое число. Например, 4. При подстановке его вместо d получили верное равенство: 10 – 4 = 6. Значит, число четыре – корень уравнения, его решение.

Сейчас мы с вами рассмотрим, как по схеме составить уравнение. Перед нами такая схема. Изучим, что обозначает каждое число в схеме. Число 27 обозначает «целое». Оно состоит из двух частей. Первая «часть» – это число 20, вторая «часть» – это число х.

20 х

27

Воспользуемся правилом,

ЧАСТЬ + ЧАСТЬ = ЦЕЛОЕ

Запишем равенства:

20 + x = 27

27 – x = 20

Рассмотрим другой пример. Перед вами другая схема. Изучим, где на схеме целое, а где части: х – это «целое», а 30 и 6 – это части.

30 6

х

Воспользуемся правилом,

Вывод: Уравнение – это равенство, содержащее неизвестное число, которое надо найти. Когда решение уравнения находится легко, пользуются способом подбора. Нужно подобрать такое число, чтобы получилось верное равенство.

Тренировочные задания.

1. Соедините уравнение с его решением.

Правильные ответы:

2. Выберите и подчеркните среди математических записей уравнения.

15 + 6 = 21

17 – d

b + 3 = 12

3 + 5 > 6

48 – a = 8

9 + e < 39

k – 4 = 10

Правильные ответы:

15 + 6 = 21

17 – d

b + 3 = 12

3 + 5 > 6

48 – a = 8

9 + e < 39

k – 4 = 10

Что делать, если вам – например, на Профильном ЕГЭ по математике – встретилось не квадратное уравнение, а кубическое? Или даже уравнение четвертой степени? Ведь для уравнений третьей, четвертой и более высоких степеней нет таких простых формул, как для квадратного уравнения.

В этой статье – способы решения сложных алгебраических уравнений. Замена переменной, разложение на множители, группировка, использование симметрии, однородности, деление многочлена на многочлен. Они вполне могут встретиться на ЕГЭ и олимпиадах в уравнениях, неравенствах и задачах с параметрами.
Также мы рассматриваем применение свойств функций, метод оценки, выделение полного квадрата, графический способ.

Вспомним основные понятия.

Корень уравнения – такое число, которое мы можем подставить вместо переменной в уравнение и получить истинное равенство.

Например, число 3 – корень уравнения 2x = 6.

Решить уравнение – значит найти его корни или доказать, что их нет.

Равносильными называются уравнения, множества решений которых совпадают. Другими словами, у них одни и те же корни.

Например, уравнения  и  равносильны. Их корни совпадают:  или 

В этой статье мы рассмотрим рациональные уравнения. В них переменная х входит в целой степени. Стандартный вид такого уравнения: слева многочлен, справа ноль.
Например, уравнение первой степени имеет вид , где По-другому оно называется линейным уравнением, и вы с ним хорошо знакомы.

Уравнение второй степени приводится к виду , где Это квадратное уравнение, и с ним тоже все просто.

Уравнение третьей степени имеет вид , где

В общем виде такие уравнения n-й степени можно записать так:
, где х — переменная, — некоторые числа, причём

Теорема. Уравнение n-й степени имеет не более n действительных корней.

Это значит, что у квадратного уравнения не более двух корней. У уравнения третьей степени не более трех корней.
Как же найти эти корни?

к оглавлению ▴

Метод замены переменной

Замена переменной – ключ к решению многих задач.

Самый простой пример – биквадратное уравнение.

Так называется уравнение вида . Оно решается с помощью замены , где

1. Решим уравнение .

Решение:

Сделаем замену , тогда

или

Значение переменной не удовлетворяет условию замены, так как

Значит,

Ответ:

2.Решим уравнение

Решение:

Пусть Это уравнение имеет два корня: или . Оба корня отрицательны и не удовлетворяют условию . Значит, исходное уравнение не имеет действительных корней.

Ответ:

Такой символ означает, что корней нет, множество корней исходного уравнения является пустым.

3. Решим уравнение:

Решение:

Если приводить обе части к одному знаменателю, получим уравнение четвертой степени. Вряд ли мы с ним справимся.

Сделаем замену  Тогда 

С новой переменной уравнение стало проще:

Умножим обе части на 10t. Получим квадратное уравнение:

Корни этого уравнения:  или 

Вернемся к переменной 

Если , то 

Отсюда 

Дискриминант этого уравнения отрицателен, корней нет.

Если , то  Получим квадратное уравнение для :

У этого уравнения два корня:  или  Это ответ.

4. Решим уравнение

Решение:
Мы видим, что выражение в уравнении встречается дважды. Хорошо бы обозначить его новой переменной, сделать замену.

Введем новую переменную

Уравнение примет вид: или

Возвращаемся к переменной х:

У нас появилось новое обозначение: – знак совокупности.
Такой знак означает «или».

Мы получили совокупность из двух квадратных уравнений.

Решим эти уравнения по очереди.

2) Уравнение не имеет корней. Его дискриминант отрицателен.

Ответ: 1; 0,25

5. Решим уравнение

Решение:

Не будем спешить раскрывать скобки. Ведь раскрыв их, мы получили бы уравнение четвертной степени.

Посмотрим на уравнение внимательно.

На координатной прямой точки 1; 3; –5; –7 расположены симметрично относительно точки 

Сделаем замену , тогда .

Тогда:

Мы выразили все «скобки», то есть все множители, через новую переменную. Вот что это дает:

И еще одна замена: .

Обычное квадратное уравнение. Замечательно!

Подберем его корни по теореме Виета. Заметим, что

;  отсюда  ,  .

Если , то нет решений.

Если , то Тогда или

Если , то .

Если , то .

Ответ: 4; –8.

Дальше – еще интереснее.

6. Решите уравнение

Решение:

Сделаем замену . То, что в правой части в скобках, заменили на новую переменную.

.

Получили квадратное уравнение:

Если , то

Если , то

Ответ:

к оглавлению ▴

Метод разложения на множители

Этот метод удобен, когда в правой части уравнения стоит ноль, а в левой – выражение, зависящее от переменной.

Произведение двух или нескольких множителей равно нулю тогда и только тогда, когда хотя бы один из множителей равен нулю, а остальные при этом не теряют смысла.

7. Решим уравнение .

Конечно, не нужно перемножать все «скобки». Левая часть уравнения равна нулю, если х=0 или х=2 или х=3 или х=5. Все эти значения переменной – корни уравнения.

Ответ: 0; 2; 3; 5.

8. Решим уравнение

Решение:

Вынесем за скобки ,то есть разложим левую часть на множители.

Ответ:

Мы записали корни уравнения в виде множества из двух значений переменной, -2 и 0. Это одна из возможных форм записи ответа.
Метод разложения на множители часто применяется вместе с методом группировки.

к оглавлению ▴

Метод группировки слагаемых

9. Решите уравнение

Решение:

Разложим левую часть уравнения на множители. Сгруппируем слагаемые:

Первые два слагаемых – сумма кубов. Применим формулу: . Получим:

.

Произведение двух (или нескольких) множителей равно нулю тогда и только тогда, когда хотя бы один из них равен нулю.

Записывается это так:

Ответ: -2; 1; 4.

Здесь мы тоже использовали знак совокупности.

Запись читается как « или или ».

Решая уравнения и особенно неравенства, мы будем постоянно пользоваться знаками системы и совокупности. Мы записываем решения в виде цепочки равносильных переходов. Для сложных уравнений и неравенств это единственный способ прийти к ответу и не запутаться.

10. Решите уравнение

Решение:

Разложим левую часть уравнения множители методом группировки.

Ответ:

11. Решите уравнение

Решение:

Сгруппируем слагаемые:

А если сделать замену ?

Тогда .

Получаем квадратное уравнение: . Удачная замена!

Если , то , нет решений.

Если , то

, .

Ответ: .

к оглавлению ▴

Подбор целого корня и деление многочлена на многочлен уголком

Рассмотрим еще один метод решения уравнений третьей, четвертой и более высоких степеней.

12. Решите уравнение

Решение:

Разложить левую часть на множители с первой попытки не удается.

Оказывается, если уравнение третьей (четвертой, пятой…) степени имеет целые корни, то находятся они среди делителей свободного члена (слагаемого, не содержащего x). В данном случае – среди целых делителей числа 24.

Выпишем целые делители числа 24:

1; –1; 2; –2; 3; –3; 4; –4; 6; –6; 8; –8; 12; –12; 24; –24

Подставляя их по очереди в уравнение, при получаем верное равенство:

Это значит, что левую часть уравнения можно разложить на множители:

, где .

Чтобы найти , поделим выражение на . В столбик. Так же, как мы делим друг на друга числа.

Немного непривычно, да? Потренируйтесь – у вас получится!

Ответ: 2; 3; 4.

13. Решите уравнение

Решение:

Разложить на множители? Но как? И замена не видна сразу. Посмотрим на уравнение внимательно. Его коэффициенты: 1, – 5, 4, – 5, 1.

Такое уравнение называется симметрическим, или возвратным.

Разделим обе его части на . Мы можем это сделать, поскольку не является корнем нашего уравнения.

Теперь группируем слагаемые:

Сделаем замену .

Тогда

Получили уравнение . Легко!

Ответ:

14. Решите уравнение

Решение:

Разделив обе части уравнения на , получим:

Группируем слагаемые:

Сделаем замену , тогда

Наше уравнение примет вид:

Обратная замена:

Ответ:

к оглавлению ▴

Однородные уравнения

В школьном курсе математики проходят однородные показательные и однородные тригонометрические уравнения. Однородные алгебраические уравнения решаются тем же методом: делением на старшую степень.

15. Решите уравнение

Решение:

Это однородное уравнение. Разделим каждое слагаемое на при условии .

Получим:

Выполним замену:

Получим уравнение:

Обратная замена приведет нас к совокупности квадратных уравнений:

Решим эти квадратные уравнения.

Мы сказали, что поделить обе части уравнения на можно, только если Проверим, что будет, если . Тогда . Такое значение переменной не является корнем уравнения.

Ответ:

Рассмотрим еще одно однородное уравнение.

16. Решите уравнение

Решение:

не является корнем уравнения, поэтому разделим уравнение на и получим

Замена приводит к квадратному уравнению:

Его корни и

Обратная замена дает совокупность квадратных уравнений:

Решив эти квадратные уравнения, получаем корни:

Ответ:

Покажем еще несколько методов решения алгебраических уравнений. Они встречаются также в задачах с параметрами.

к оглавлению ▴

Выделение полного квадрата

17. Решите уравнение

Решение:

В правой части уравнения сумма двух квадратов. Добавим и вычтем удвоенное произведение двух выражений:

Свернем полный квадрат по формуле сокращенного умножения.

Замена приведет уравнение к виду:

или

Обратная замена дает совокупность двух квадратных уравнений:

Корни первого из этих уравнений:

Второе уравнение не имеет корней, его дискриминант отрицателен.

Ответ:

к оглавлению ▴

Метод оценки

18. Решим уравнение

Решение:

Преобразуем правую часть уравнения:

Уравнение примет вид:

Оценим левую и правую части уравнения.

Так как то равенство выполняется, только если и левая, и правая его части равны нулю.

Уравнение равносильно системе:

;

Система решений не имеет.

Ответ: корней нет.

При решении мы пользовались следующей теоремой:
Теорема. Если в уравнении функция ограничена сверху и , а функция ограничена снизу, причем , то уравнение равносильно системе:

Если система решений не имеет, то у данного уравнения корней нет.

Читайте о том, как метод оценки применяется в задачах с параметрами.

к оглавлению ▴

Использование свойств функций

Еще один нетривиальный метод решения уравнений – подобрать корень и доказать, что других корней нет.

Здесь нам поможет следующая теорема:
Теорема. Если в уравнении функция является монотонно возрастающей, а функция монотонно убывающей или постоянной, то уравнение не может иметь более одного корня.

19. Решите уравнение

Решение:

Левая часть уравнения представляет собой функцию, монотонно возрастающую при любом значении переменной х, т.к. является суммой монотонно возрастающих функций, а правая часть постоянна. Поэтому, если уравнения имеет корень, то он единственный.

Подбором находим, что т.к.

Ответ: -1.

20. Решите уравнение

Решение:

Функция является возрастающей (как сумма двух возрастающих функций), а правая часть постоянна. Уравнение имеет не более одного корня. Подбором находим, что — корень, так как

Других корней быть не может.
Ответ: 1.

к оглавлению ▴

Графический метод решения уравнений

Чтобы решить графически уравнение , строим в одной системе координат графики функций и и находим точки пересечения этих графиков. Абсциссы точек пересечения графиков — это корни уравнения .

21. Решите графически уравнение

Решение:

Запишем уравнение в виде . Построим в одной системе координат графики функций и

Графики функций пересекаются в единственной точке — корень уравнения, поскольку Других корней нет.
Ответ: 2.

Список литературы:

1. О. Ю. Черкасов, А. Г. Якушев. Домашний репетитор. Математика. Интенсивный курс подготовки к экзамену.

2. А. Г. Мордкович. Решаем уравнения.