Функционально графический метод решения иррациональных уравнений (6 видео)

Графический метод при решении иррациональных уравнений

Продолжаем изучать методы решения иррациональных уравнений. Сейчас сосредоточимся на графическом методе. Сначала скажем, в каких ситуациях для решения иррациональных уравнений применяется графический метод. Дальше кратко напомним основные положения метода, его особенности и алгоритм. После этого подробно разберем решения наиболее характерных иррациональных уравнений.

Содержание

Какие иррациональные уравнения решаются графически
Краткое описание метода, его особенности и алгоритм
Решение характерных иррациональных уравнений
Методы решения иррациональных уравнений Возведение в степень Замена переменных Функционально-графический метод Метод равносильных переходов Не стандартные. — презентация
Похожие презентации
Презентация на тему: » Методы решения иррациональных уравнений Возведение в степень Замена переменных Функционально-графический метод Метод равносильных переходов Не стандартные.» — Транскрипт:
Похожие презентации
Иррациональные уравнения. Методы решения.
🌟 Видео

Видео:СУПЕР ЛАЙФХАК — Как решать Иррациональные УравненияСкачать

Какие иррациональные уравнения решаются графически

Обычно, графическим методом решаются иррациональные уравнения, для которых выполняются два следующих условия:

Не видно другого более простого метода решения.
Функции, отвечающие частям уравнения, довольно простые в плане построения графиков.

Понятно, что в общем случае построение графиков функций – это дело непростое. Именно поэтому графическим методом решают лишь уравнения f(x)=g(x) , которые, во-первых, не решаются другим способом или решение другим способом сопряжено со значительными сложностями, и, во-вторых, для которых функции f и g либо основные элементарные, либо их графики могут быть получены из графиков основных элементарных функций при помощи геометрических преобразований.

Например, решать графическим методом иррациональное уравнение можно, но не стоит, так как решение этого уравнения легко получить по определению корня или методом возведения обеих частей уравнения в квадрат. А вот для решения уравнения графический метод — самое то: не видно легкого решения другими методами и легко построить графики функций, отвечающих частям этого уравнения. Решение этого иррационального уравнения мы приведем ниже.

Видео:Иррациональные уравнения и их системы. 11 класс.Скачать

Краткое описание метода, его особенности и алгоритм

Подробное описание графического метода дано в статье «Графический метод решения уравнений». Здесь мы не будем повторяться, а лишь кратко и без пояснений напомним главные положения этого метода, его особенности и алгоритм.

Графический метод решения уравнений предполагает использование графиков функций, отвечающих частям уравнения, для нахождения решения уравнения. Корнями уравнения являются абсциссы точек пересечения графиков функций.

Без использования специализированных компьютерных программ сложно достичь высокой точности построения графиков функций. Поэтому, все результаты, полученные с использованием графиков, мы можем считать лишь приближенными, нуждающимися в проверке и обосновании (кроме, разве что, самых очевидных). Это главная особенность графического метода.

Наконец, алгоритм. Согласно графическому методу решения уравнений, нужно:

Построить в одной прямоугольной системе координат графики функций, отвечающие левой и правой частям уравнения.
По чертежу определить все точки пересечения графиков:
- если точек пересечения нет, то решаемое уравнение не имеет корней,
- если точки пересечения имеются, то переходим к следующему шагу алгоритма.
По чертежу определить абсциссы всех точек пересечения графиков – это приближенные значения всех корней исходного уравнения.
Если есть основания полагать, что некоторые или все определенные на предыдущем шаге значения являются точными значениями корней решаемого уравнения, то осуществить их проверку, например, подстановкой.

Видео:Как решать уравнение с корнями Иррациональное уравнение Как решать уравнение с корнем х под корнемСкачать

Решение характерных иррациональных уравнений

Практическую часть откроем иррациональным уравнением, для решения которого непросто предложить какой-либо аналитический метод. А вот графический метод позволяет показать, что уравнение не имеет корней.

Решите иррациональное уравнение

Иногда графический метод позволяет определить точные значения корней уравнения. Это обычно происходит, когда корнями являются целые числа. Но даже целые корни, найденные по графикам, полезно проверять при помощи подстановки в исходное уравнение. Продемонстрируем это при решении следующего иррационального уравнения графическим методом.

Решить уравнение

Часто при помощи графического метода невозможно получить точные значения корней. Более того, в некоторых случаях по графикам невозможно определить даже количество корней уравнения, не то что их значения. Это касается тех случаев, когда графики функций, отвечающие правой и левой части уравнения, очень близки на некоторых участках, почти совпадают. Выход из такой ситуации может состоять в построении графиков именно на этих участках в увеличенном масштабе при повышенной точности построения. Однако делать это без компьютера проблематично, и по понятным причинам предпочтительнее обратиться к какому-либо аналитическому методу решения, если, конечно, есть такая возможность.

Решить иррациональное уравнение

Мы подробно рассмотрели как графический метод применяется при решении иррациональных уравнений. Можно приступать к изучению следующего метода решения иррациональных уравнений — метода, базирующегося на свойствах возрастающих и убывающих функций.

Видео:Урок 2 по теме "Графический метод решения иррациональных уравнений с параметром"Скачать

Методы решения иррациональных уравнений Возведение в степень Замена переменных Функционально-графический метод Метод равносильных переходов Не стандартные. — презентация

Презентация была опубликована 6 лет назад пользователемБорис Гадюкин

Презентация на тему: » Методы решения иррациональных уравнений Возведение в степень Замена переменных Функционально-графический метод Метод равносильных переходов Не стандартные.» — Транскрипт:

1 Методы решения иррациональных уравнений Возведение в степень Замена переменных Функционально-графический метод Метод равносильных переходов Не стандартные методы

Иррациональные уравнения. Методы решения.

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Иррациональными уравнениями называются уравнения, содержащие переменную под знаком радикала (корня) или под знаком возведения в дробную степень. При этом, степень корня может быть произвольной.

Из определения следует, что если в записи уравнения нет знака корня (или дробного показателя степени), то уравнение не является иррациональным. Однако, не все уравнения, содержащие знаки корней, являются иррациональными. Действительно, в иррациональном уравнении под знаком корня должна быть переменная, и если её там нет, то уравнение не является иррациональным.

Например, В этих уравнениях под знаком корня стоят числа, а не переменные, значит, они не являются иррациональными.

Перечислим основные методы решения иррациональных уравнений.

По определению корня.

Метод возведения обеих частей уравнения в одну и ту же степень.

Метод введения новой переменной.

Метод разложения на множители.

Решение иррациональных уравнений через ОДЗ.

Решение иррациональных уравнений вида «дробь равна нулю».

Приведение иррациональных уравнений к числовым равенствам.

Преобразование иррациональных уравнений.

Рассмотрим каждый из перечисленных методов.

С помощью определения корня обычно решаются простейшие иррациональные уравнения, т.е. уравнения вида , где и – некоторые рациональные выражения. Решение таких уравнений зависит от чётности показателя корня.

Рассмотрим сначала случай, когда в правой части содержится число, т.е.

Если п – чётное, т.е. , где , то

Если п – нечётное, т.е. , где , то

Теперь рассмотрим случай, когда в правой части стоит выражение, зависящее от х, т.е.

Если п – чётное, т.е. , где , то

Если п – нечётное, т.е. , где , то

В основе метода возведения обеих частей уравнения в одну и ту же степень лежит следующее утверждение:

Возведение обеих частей уравнения в одну и ту же чётную натуральную степень даёт уравнение-следствие, а возведение обеих частей уравнения в одну и ту же нечётную степень даёт равносильное уравнение.

Поэтому, при возведении в чётную степень, необходимо находить область допустимых значений, либо выполнять проверку для найденных корней.

Этот метод обычно используется при решении уравнений вида

Если п – чётное, т.е. , где , то

Для упрощения записи решения уравнения, неравенства можно вынести в ОДЗ. Это будет выглядеть так:

Если п – нечётное, т.е. , где , то

ОДЗ, значит, этот корень посторонний.

Оба корня принадлежат области допустимых значений, значит, они являются корнями исходного уравнения.

уравнение не имеет действительных корней.

принадлежит области допустимых значений, значит, этот корень является корнем исходного уравнения.

Теперь к области допустимых значений добавляется ещё одно условие:

не принадлежат области допустимых значений, значит, этот корень посторонний.

Удобным методом решения иррациональных уравнений является метод введения новой переменной . Метод, обычно, применяется в случае, если в уравнении неоднократно встречается некоторое выражение с переменной. Тогда имеет смысл обозначить это выражение другой переменной.

Более сложным является случай, когда в уравнении присутствуют корни разных степеней. В этом случае есть смысл обозначить каждый корень другой переменной. Это можно выразить формулой:

Так как в уравнении присутствует корень нечётной степени, то находить ОДЗ не имеет смысла.

Введём новую переменную: , тогда . Значит, исходное уравнение принимает вид:

Возвращаемся к исходной переменной:

Введём новые переменные:

Тогда исходное уравнение равносильно системе:

Решим кубическое уравнение методом разложения на множители:

Возвращаемся к исходной переменной. Для этого достаточно использовать только одну из двух замен.

Метод разложения на множители используется тогда, когда достаточно просто найти общие множители в записи уравнения. Общий множитель выносится за скобки и используется свойство равенства нулю произведения.

Вынесем за скобки

Оба корня принадлежат области допустимых значений.

Функционально-графический метод используется в тех иррациональных уравнениях, когда остальные методы бессильны.

Можно выделить три основных направления функционально-графического метода решения иррациональных уравнений:

использование графиков функций (графический метод);

использование свойств возрастающих и убывающих функций (использование монотонности функций);

использование свойств ограниченных функций (метод оценки).

Эти три направления помогают решить подавляющее большинство иррациональных уравнений.

Обычно, этим методом решаются те уравнения, которые невозможно решить другим методом и графики функций, входящих в состав уравнения являются элементарными или получаются из таковых геометрическим преобразованием (растяжение, сжатие, смещение, сложение и вычитание).

Алгоритм использования графического метода:

построить графики функций, входящих в уравнение;

по взаимному расположению графиков сделать вывод о наличии и количестве корней решаемого уравнения:

если графики функций не пересекаются, то уравнение корней не имеет;

если графики функций имеют общие точки, то корнями уравнения являются абсциссы этих точек.

Следует учитывать, что, используя графический метод, сложно достичь высокой точности нахождения корней, поэтому, все найденные корни уравнения будут лишь приближёнными, нуждающимися в проверке и обосновании.

Для наглядности приведём простой пример.

На одной системе координат строим графики функций и .

Графики этих функций пересекаются в одной точке, значит, уравнение имеет один корень. Точка пересечения имеет координаты , значит, . Произведя проверку, убеждаемся, что этот корень точный.

Равенство верное, значит, .

Использование свойств возрастающих и убывающих функций.

Часто вместо графиков удобнее использовать свойства монотонности функций (свойства возрастания и убывания). Это происходит чаще всего в тех случаях, когда нужно найти количество корней уравнения.

Этот метод основывается на утверждении, которое следует из определения возрастания и убывания функции.

Если на множестве Х функции и непрерывны и одна из них возрастает, а другая убывает, то уравнение либо имеет единственный корень, либо не имеет корней.

Это утверждение верно как для иррациональных уравнений, так и для любых других.

Что касается нахождения значения корня уравнения, то, обычно, он является числом из ОДЗ и легко угадывается. Проверкой определяется правильность выбора корня.

Найдём область допустимых значений уравнения:

Функции и непрерывны на всей области допустимых значений.

Исследуем на монотонность функции и для .

Функция – линейная, угловой коэффициент у неё отрицательный, значит, она убывающая на всей области определения. Корень из убывающей функции – есть функция убывающая, значит, – убывающая для . Функция – обратная пропорциональность, она убывающая для всех , т.к. коэффициент . Значит, функция , равная сумме убывающих функций является убывающей на отрезке .

Функция – кубическая, она возрастающая на всей области определения, т.к. коэффициент положительный; функция также возрастающая при .

Итак, при функции, записанные в левой и правой частях уравнения являются непрерывными, причём одна из них убывает, а другая возрастает. Значит, уравнение либо не имеет корней, либо имеет единственный корень. Попробуем его отыскать. Методом подбора предполагаем, что и выполним проверку:

Равенство получилось верное, значит, уравнение имеет единственный корень .

Этот метод использует ограниченность функций.

Алгоритм метода оценки.

оцениваем значения функций в обеих частях уравнения;

ищем корни уравнения, используя полученные оценки, или обосновываем их отсутствие.

Способов оценки значений функции существует несколько. Мы рассмотрим все способы, поскольку в иррациональных уравнениях могут использоваться не только выражения с корнем.

оценка на основании определения корня с чётным показателем;

оценка на основании свойства корней: если , то ;

оценка на основании свойства степени с чётным показателем:

оценка значений квадратного трёхчлена;

оценка на основании свойств числовых неравенств;

оценка с использованием наибольшего и наименьшего значений функции.

Рассмотрим их подробнее.

Т.к., по определению, корень с чётным показателем есть неотрицательное число, то для любого х из области допустимых значений справедливо неравенство , где – некоторое выражение. Причём, понятно, что только тогда, когда .

Если выполняется неравенство , где , то для любого х из области допустимых значений справедливо неравенство .

Так как любое число в чётной степени есть неотрицательное число, то это свойство распространяется и на многочлены, т.е. для любого х из области допустимых значений справедливо неравенство . Также понятно, что тогда и только тогда, когда .

Если выражение задано в виде квадратного трёхчлена, то для его оценки необходимо сначала проверить на знак дискриминант.

Если , то значение квадратного трёхчлена оцениваем с помощью ординаты вершины параболы. Напомним, что . Тогда , если (ветви параболы направлены вверх); и , если (ветви параболы направлены вниз).

Если , то значение квадратного трёхчлена сравниваем с нулём: если , то , если , то .

Оценка на основе свойств числовых неравенств. Вспомним эти свойства.

Если к обеим частям верного неравенства прибавить (или отнять) некоторое число, то получится равносильное неравенство.

, где a и с – некоторые числа.

Если обе части верного неравенства умножить (или разделить) на одно и то же положительное число, то получится равносильное неравенство.

, где а и с – некоторые числа, причём .

Если обе части верного неравенства умножить (или разделить) на одно и то же отрицательное число и поменять знак неравенства на противоположный, то получится равносильное неравенство.

, где а и с – некоторые числа, причём .

Если в верном неравенстве обе положительные части заменить обратными выражениями и поменять знак неравенства на противоположный, то получится равносильное неравенство на всей области допустимых значений.

Если верные неравенства почленно сложить, то получится верное неравенство.

Если , где — некоторые числа, то справедливо неравенство:

Если верные неравенства с положительными левой и правой частями почленно умножить, то получится верное неравенство.

Если , где – положительные выражения, и — положительные числа, то справедливы неравенства:

Если , причём , то .

Оценка с использованием наибольшего и наименьшего значения функции.

Если наименьшее значение функции равно , то , на всей области определения.

Если наибольшее значение функции равно , то , на всей области определения.

После оценки значений функции, нужно сделать заключение о существовании решений уравнения.

Уравнение не имеет решений на множестве допустимых значений, если:

Уравнение равносильно системе уравнений на множестве допустимых значений, если:

, где и , причём – неотрицательные числа.

Уравнение не имеет решений на множестве допустимых значений, если:

Уравнение равносильно системе уравнений для любого х из области допустимых значений, если (или наоборот).

Произведём оценку левой и правой части уравнения.

Т.к. при любом значении х, то при любом х, а это значит, что . Поэтому,

Т.к. , то , а значит, . Поэтому, .

Мы получили, что , а . Значит, исходное уравнение равносильно системе двух уравнений:

Из второго уравнения легко найден единственный корень . Подставив его в первое уравнение, мы получили неверное равенство. Это означает, что система уравнений, а, значит, и исходное уравнение решений не имеет.

Ответ: решений нет.

Зададим функцию . Она состоит из суммы трёх слагаемых, значит, , где . Произведём оценку каждой из этих функций.

Т.к. , то , значит, . Поэтому,

Зная, что , , и , заключаем, что , т.е. . А т.к. , то исходное уравнение решений не имеет.

Ответ: решений нет.

Рассмотрим похожий пример: .

Рассуждения такие же, как и в предыдущем примере.

Т.к. , то , значит, . Поэтому,

Значит, . Используя пункт 2 из метода оценки, переходим к системе:

Метод использования области допустимых значений (ОДЗ) является частью решения иррациональных уравнений, поскольку, практически всегда в таких уравнениях находим ОДЗ.

Если областью допустимых значений уравнения является пустое множество, значит, уравнение корней не имеет.

Если область допустимых значений имеет конечное множество чисел, то, подставляя каждое из них в исходное уравнение, находим корни.

Если область допустимых значений имеет бесконечное множество чисел, то рассматриваем другой способ решения.

Найдём область допустимых значений.

Область допустимых значений состоит из пустого множества, значит, исходное уравнение корней не имеет.

Ответ: корней нет.

Найдём область допустимых значений.

Так как область допустимых значений состоит из двух чисел и , то проверим, обращает ли каждое из них исходное уравнение в верное равенство.

Значит, является корнем уравнения.

Значит, не является корнем уравнения.

Иррациональные уравнения вида «дробь равна нулю».

Из этого утверждения вытекают два подхода к решению уравнений такого вида:

Найти ОДЗ исходного уравнения, решить уравнение , проверить корни на принадлежность ОДЗ. Этот случай удобнее использовать в тех случаях, когда найти область допустимых значений проще, чем решить уравнение .

Решить уравнение и проверить, какие из его корней являются решениями исходного уравнения. Этот случай используется, когда нахождение области допустимых значений затруднительно.

Найдём область допустимых значений уравнения.

Так как ОДЗ состоит только из одного числа, то осталось проверить, является ли это число корнем исходного уравнения.

. Значит, действительно является корнем исходного уравнения.

Нахождение области допустимых значений усложняется за счёт второго множителя в знаменателе. Поэтому решим сначала уравнение , а затем проверим найденные корни для исходного уравнения.

. Полученное выражение не имеет смысла, т.к. в знаменателе оказался нуль, значит, не является корнем исходного уравнения.

. Значит, является корнем исходного уравнения.

Приведение иррациональных уравнений к числовым равенствам.

Приведение иррациональных уравнений к неверным числовым равенствам.

В этом случае исходное уравнение корней не имеет.

Как видно, в результате равносильных преобразований, получилось неверное числовое равенство. Это означает, что исходное уравнение корней не имеет.

Ответ: корней нет.

Приведение иррациональных уравнений к верным числовым равенствам. Во время преобразований, ведущих к верному числовому равенству, необходимо следить за тем, что происходит с областью допустимых значений. Если она расширяется, то отсеиваем посторонние корни (в соответствии с ОДЗ); если область допустимых значений сужается, то лучше поискать другой способ решения данного уравнения.

Получилось верное равенство, значит, уравнение должно иметь бесконечно много корней. Однако, при использовании равносильных преобразований у нас расширилась область допустимых значений. Поэтому, необходимо найти ОДЗ исходного уравнения, это и будет его решением.

Переход к модулям может быть использован на основании одного из свойств корня: , где – любое действительное число. Такое преобразование является равносильным и ОДЗ не изменяется.

Воспользуемся определением модуля:

, значит, единственным корнем уравнения является .

Преобразование иррациональных уравнений. Выполняя преобразования при решении иррациональных уравнений, необходимо помнить, что есть преобразования, которые сохраняют область допустимых значений, а есть преобразования, которые изменяют ОДЗ. Рассмотрим возможные преобразования.

Замена выражений тождественно равными выражениями, не изменяющими ОДЗ.

К таким заменам относятся:

перестановка местами слагаемых и множителей в обеих частях уравнения;

раскрытие скобок в обеих частях уравнения;

группировка слагаемых (множителей) в обеих частях уравнения;

вынесение за скобки общего множителя;

замена числовых выражений их значениями;

выполнение действий с одночленами и многочленами, присутствующими в записи уравнения.

Обратите внимание , что приведение подобных слагаемых, сокращение дробей, замена нулём произведения или дроби с равным нулю числителем, может привести к изменению ОДЗ. Причём, появление посторонних корней можно откорректировать областью допустимых значений, а вот потерю корней откорректировать не получится. Поэтому, в таком случае, следует поискать другой способ решения уравнения.

На первый взгляд уравнение кажется достаточно простым и многим придёт на ум идея представить выражение в виде корня в квадрате . Тогда уравнение приобретает вид: . А теперь разберём, что мы получаем в этом случае. ОДЗ исходного уравнения: . После преобразования ОДЗ станет: . Мы получили сужение области допустимых значений, а это приводит к потере корней. Значит, такое преобразование выполнять нельзя.

Другие сделают другое преобразование: . Но такое преобразование не будет тождественно равным, т.к. , но никак не . Тогда, с учётом модуля, исходное уравнение будет представлено в виде системы двух уравнений, а это решение уже не будет оптимальным.

Значит, ищем другой подход к решению данного уравнения. Обращаем внимание на то, что в каждом из первых двух слагаемых присутствуют одинаковые выражения. Можно сделать замену переменной: , тогда и уравнение принимает вид:

Возвращаемся к исходной переменной:

Значит, – посторонний корень.

Аналогично проверяем остальные три значения х. Получаем, что – тоже посторонний корень. Значит, корнями исходного уравнения являются: и

Прибавление (или вычитание) одного и того же числа к обеим частям уравнения.

Это равносильное преобразование, оно не изменяет область допустимых значений.

Вычитаем из обеих частей уравнения .

Возводим в квадрат обе части уравнения.

Прибавление (вычитание) одного и того же выражения, не изменяющего ОДЗ, к обеим частям уравнения.

Вычитаем из обеих частей уравнения слагаемое и получаем уравнение:

Так как правая часть этого уравнения должна быть неотрицательной, то область допустимых значений не изменилась, т.е. преобразование равносильно. Возведём в квадрат обе части уравнения.

Перенесение слагаемых из одной части уравнения в другую с противоположным знаком.

Это преобразование всегда равносильное, область допустимых значений не изменяет.

Перенесём слагаемые в правую часть уравнения с противоположными знаками. Область допустимых значений не изменится.

Умножение (деление) обеих частей уравнения на одно и то же, отличное от нуля, число.

Это равносильное преобразование, не изменяет области допустимых значений и используется, обычно, для перехода от дробных чисел к целым.

Умножим обе части уравнения на , при этом ОДЗ не изменится.

Умножение (деление) обеих частей уравнения на одно и то же выражение, не изменяющее ОДЗ, и не равное в этой области нулю.

Это преобразование равносильно тогда, когда выражение, на которое умножают или делят, не изменяет область допустимых значений и не обращается на этой области в нуль. При использовании этого преобразования, необходимо следить за изменением ОДЗ.

Сразу отметим, что преобразование, которое приводит исходное уравнение к виду: не является равносильным, т.к. в этом случае сужается ОДЗ, что приводит к потере корней. Действительно, ОДЗ полученного уравнения:

Поэтому такое преобразование недопустимо.

Мы поступим по-другому. Так как , то умножим на это выражение обе части уравнения. Получим:

. Это преобразование не изменило ОДЗ.

В левой части раскроем скобки, а в правой – умножим дробь на выражение. Как мы выяснили ранее, эти преобразования опять-таки не меняют ОДЗ, значит, равносильные. .

Далее воспользуемся свойством корня из произведения и сокращением дробей. Это преобразование расширит ОДЗ, однако, мы сможем отсеять посторонние корни в соответствии с ОДЗ исходного уравнения.

Оба найденных корня принадлежат ОДЗ исходного уравнения, значит, они являются корнями исходного уравнения.

Возведение обеих частей уравнения в одну и ту же степень.

Это преобразование в общем случае не является равносильным, т.к. приводит к расширению ОДЗ, поэтому необходимо либо найти сразу ОДЗ, а затем отсеять посторонние корни, либо решить уравнение и в конце выполнить проверку найденных корней. Примеры таких преобразований присутствуют практически во всех ранее рассмотренных примерах.

На основании всего выше сказанного, подытожим:

производите равносильные преобразования;

следите за областью допустимых значений.