Сложные алгебраические уравнения с решением

Математика

52. Более сложные примеры уравнений.
Пример 1 .

5/(x – 1) – 3/(x + 1) = 15/(x 2 – 1)

Общий знаменатель есть x 2 – 1, так как x 2 – 1 = (x + 1)(x – 1). Умножим обе части этого уравнения на x 2 – 1. Получим:

Сложные алгебраические уравнения с решением

или, после сокращения,

5(x + 1) – 3(x – 1) = 15

5x + 5 – 3x + 3 = 15

Рассмотрим еще уравнение:

5/(x-1) – 3/(x+1) = 4(x 2 – 1)

Решая, как выше, получим:

5(x + 1) – 3(x – 1) = 4
5x + 5 – 3x – 3 = 4 или 2x = 2 и x = 1.

Посмотрим, оправдываются ли наши равенства, если заменить в каждом из рассмотренных уравнений x найденным числом.

Для первого примера получим:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Видим, что здесь нет места никаким сомнениям: мы нашли такое число для x, что требуемое равенство оправдалось.

Для второго примера получим:

5/(1-1) – 3/2 = 15/(1-1) или 5/0 – 3/2 = 15/0

Здесь возникают сомнения: мы встречаемся здесь с делением на нуль, которое невозможно. Если в будущем нам удастся придать определенный, хотя бы и косвенный, смысл этому делению, то тогда мы можем согласиться с тем, что найденное решение x – 1 удовлетворяет нашему уравнению. До этой же поры мы должны признать, что наше уравнение вовсе не имеет решения, имеющего прямой смысл.

Подобные случаи могут иметь место тогда, когда неизвестное входит как-либо в знаменатели дробей, имеющихся в уравнении, причем некоторые из этих знаменателей, при найденном решении, обращаются в нуль.

(x + 3)/(x – 1) = (2x + 3)/(2x – 2)

Можно сразу видеть, что данное уравнение имеет форму пропорции: отношение числа x + 3 к числу x – 1 равно отношению числа 2x + 3 к числу 2x – 2. Пусть кто-либо, в виду такого обстоятельства, решит применить сюда для освобождения уравнения от дробей основное свойство пропорции (произведение крайних членов равно произведению средних). Тогда он получит:

(x + 3) (2x – 2) = (2x + 3) (x – 1)

2x 2 + 6x – 2x – 6 = 2x 2 + 3x – 2x – 3.

Здесь может возбудить опасения, что мы не справимся с этим уравнением, то обстоятельство, что в уравнение входят члены с x 2 . Однако, мы можем от обеих частей уравнения вычесть по 2x 2 — от этого уравнение не нарушится; тогда члены с x 2 уничтожатся, и мы получим:

6x – 2x – 6 = 3x – 2x – 3

Перенесем неизвестные члены влево, известные вправо — получим:

Вспоминая данное уравнение

(x + 3)/(x – 1) = (2x + 3)/(2x – 2)

мы сейчас же подметим, что найденное значение для x (x = 1) обращает в нуль знаменателей каждой дроби; от такого решения мы, пока не рассмотрели вопроса о делении на нуль, должны отказаться.

Если мы подметим еще, что применение свойства пропорции усложнило дело и что можно было бы получить более простое уравнение, умножая обе части данного на общий знаменатель, а именно на 2(x – 1) — ведь 2x – 2 = 2 (x – 1), то получим:

2(x + 3) = 2x – 3 или 2x + 6 = 2x – 3 или 6 = –3,

Это обстоятельство указывает, что данное уравнение не имеет таких, имеющих прямой смысл решений, которые не обращали бы знаменателей данного уравнения в нуль.
Решим теперь уравнение:

(3x + 5)/(x – 1) = (2x + 18)/(2x – 2)

Умножим обе части уравнения 2(x – 1), т. е. на общий знаменатель, получим:

Найденное решение не обращает в нуль знаменатель и имеет прямой смысл:

Сложные алгебраические уравнения с решениемили 11 = 11

Если бы кто-либо, вместо умножения обеих частей на 2(x – 1), воспользовался бы свойством пропорции, то получил бы:

(3x + 5)(2x – 2) = (2x + 18)(x – 1) или
6x 2 + 4x – 10 = 2x 2 + 16x – 18.

Здесь уже члены с x 2 не уничтожались бы. Перенеся все неизвестные члены в левую часть, а известные в правую, получили бы

Это уравнение мы теперь решить не сумеем. В дальнейшем мы научимся решать такие уравнения и найдем для него два решения: 1) можно взять x = 2 и 2) можно взять x = 1. Легко проверить оба решения:

1) 2 2 – 3 · 2 = –2 и 2) 1 2 – 3 · 1 = –2

Если мы вспомним начальное уравнение

(3x + 5) / (x – 1) = (2x + 18) / (2x – 2),

то увидим, что теперь мы получим оба его решения: 1) x = 2 есть то решение, которое имеет прямой смысл и не обращает знаменателя в нуль, 2) x = 1 есть то решение, которое обращает знаменателя в нуль и не имеет прямого смысла.

Сложные алгебраические уравнения с решением

Найдем общего знаменателя дробей, входящих в это уравнение, для чего разложим на множители каждого из знаменателей:

1) x 2 – 5x + 6 = x 2 – 3x – 2x + 6 = x(x – 3) – 2(x – 3) = (x – 3)(x – 2),

2) x 2 – x – 2 = x 2 – 2x + x – 2 = x (x – 2) + (x – 2) = (x – 2)(x + 1),

3) x 2 – 2x – 3 = x 2 – 3x + x – 3 = x (x – 3) + (x – 3) = (x – 3) (x + 1).

Общий знаменатель равен (x – 3)(x – 2)(x + 1).

Умножим обе части данного уравнения (а его мы теперь можем переписать в виде:

Сложные алгебраические уравнения с решением

на общего знаменателя (x – 3) (x – 2) (x + 1). Тогда, после сокращения каждой дроби получим:

3(x + 1) – 2(x – 3) = 2(x – 2) или
3x + 3 – 2x + 6 = 2x – 4.

Это решение имеет прямой смысл: оно не обращает в нуль ни одного из знаменателей.

Если бы мы взяли уравнение:

Сложные алгебраические уравнения с решением

то, поступая совершенно так же, как выше, получили бы

3(x + 1) – 2(x – 3) = x – 2

3x + 3 – 2x + 6 = x – 2

3x – 2x – x = –3 – 6 – 2,

откуда получили бы

что невозможно. Это обстоятельство показывает, что нельзя найти для последнего уравнения решения, имеющего прямой смысл.

Содержание
  1. Алгебраические уравнения в математике с примерами решения и образцами выполнения
  2. Делимость многочлена
  3. Общий вид алгебраического уравнения
  4. Некоторые свойства алгебраического уравнения
  5. Методы решения целых алгебраических уравнений
  6. Разложение на множители
  7. Подбор корня с последующим понижением степени уравнения
  8. Метод поиска рациональных корней у многочленов с целыми коэффициентами
  9. Метод неопределённых коэффициентов
  10. Метод умножения на функцию
  11. Понятие алгебраического и трансцендентного уравнения и методов их приближенного решения
  12. Алгебраические уравнения и их геометрическое истолкование
  13. Уравнение с одной буквой (неизвестным)
  14. Уравнение с двумя буквами (переменными)
  15. Линейное уравнение с двумя переменными
  16. Нелинейные уравнения с двумя переменными
  17. Алгебраические уравнения и алгоритм их решения
  18. Общая теория уравнений
  19. Область допустимых значений
  20. Уравнения
  21. Совокупности уравнений
  22. Преобразования уравнений
  23. Теоремы о равносильности уравнений
  24. Уравнения с одним неизвестным
  25. Метод разложения на множители
  26. Метод введения нового неизвестного
  27. Биквадратные уравнения
  28. Возвратные уравнения 3-й и 4-й степеней
  29. Об уравнениях высших степеней
  30. Кубические уравнения
  31. Возвратные кубические уравнения
  32. Теорема Безу и схема Горнера
  33. Возвратные биквадратные уравнения
  34. Область применения
  35. 💥 Видео

Видео:Урок 10. Сложные уравнения и неравенства. Решение уравнений высоких степеней. Вебинар | МатематикаСкачать

Урок 10. Сложные уравнения и неравенства. Решение уравнений высоких степеней. Вебинар | Математика

Алгебраические уравнения в математике с примерами решения и образцами выполнения

Алгебраическое уравнение — это уравнение вида. где. — многочлен от переменных. , которые называются неизвестными.

Сложные алгебраические уравнения с решением

Видео:КАК РЕШАТЬ КУБИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ | Разбираем на конкретном примереСкачать

КАК РЕШАТЬ КУБИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ | Разбираем на конкретном примере

Делимость многочлена

Делимость многочлена, целого относительно х, на разность xа.

Теорема Безу:

Многочлен, целый относительно х:
Сложные алгебраические уравнения с решением,
при делении на разность х — а (где а есть произвольное число, положительное или отрицательное) даёт остаток
Сложные алгебраические уравнения с решением
равный тому значению делимого, которое оно получает при х=а.

Доказательство:

Из процесса деления многочлена, расположенного по убывающим степеням буквы х, видно, что деление такого многочлена на х — а можно продолжать до тех пор, пока высший член остатка R не будет содержать в себе буквы х. Пусть при этом частное будет некоторый многочлен Q. Тогда мы можем написать равенство:
M=(x- a)Q+R.

Равенство это есть тождество, т. е. оно верно при всевозможных значениях буквы х, а потому оно должно быть верно и при х-а. Но при x=а оно даёт
M’ = (α — α) Q’ + R
если буквами М‘ и Q‘ обозначим те значения M и Q, которые эти многочлены принимают при х=а (остаток R, как не содержащий вовсе x, не изменится от подстановки а на место х). Так как a — α=0, то и произведение (а — a) Q‘ равно 0; значит, последнее равенство даёт M‘= R, т. е.
Сложные алгебраические уравнения с решением
что и требовалось доказать.

Следствие:

Так как x+α=x— (—а), то, применяя доказанную теорему к сумме х+а, найдём:
многочлен Сложные алгебраические уравнения с решением

при делении на сумму x+α даёт в остатке число, равное
Сложные алгебраические уравнения с решением
т. е. число, равное тому значению делимого, которое оно получает при x= —а.

Примеры:
1) Многочлен x⁵—3x²+5x—1 при делении на х—2 даёт остаток, равный
2⁵-3 ∙ 2²+5 ∙ 2—1=29.

2) Многочлен x⁵—3x²+5x—1 при делении на x+2 даёт остаток
(-2)⁵-3 (- 2)²+5 (-2)—1=-55.

Следствие:

Для того чтобы многочлен
Сложные алгебраические уравнения с решением
делился на разность х—а, необходимо и достаточно, чтобы при х=а он обращался в нуль.

Это необходимо, так как если указанный многочлен делится на x—а, то остаток от деления должен быть нуль, а этот остаток, по доказанному выше, есть то значение делимого, которое оно принимает при x=а. Это и достаточно, так как если многочлен обращается в нуль при x=a, то это значит, что остаток от деления этого многочлена на х—а равен нулю.

Следствие:

Для того чтобы многочлен
Сложные алгебраические уравнения с решением
делился на сумму х+а, необходимо и достаточно, чтобы при х = —а он обращался в нуль, так как сумма х+а есть разность x—(— а).

Примеры:
1) Многочлен x³-4x²+9 делится на х—3, потому что
З³ — 4∙3²+9=0.
2) Многочлен 2x²+x-45 делится на x+5, так как
2 (-5)²+(-5)—45=0.

Делимость двучлена Сложные алгебраические уравнения с решениемна Сложные алгебраические уравнения с решением. 1) Разность одинаковых степеней двух чисел делится на разность тех же чисел, так как Сложные алгебраические уравнения с решениемпри делении на х—а даёт остаток Сложные алгебраические уравнения с решением, т. е. 0.

2) Сумма одинаковых степеней двух чисел не делится на разность этих чисел, так как Сложные алгебраические уравнения с решениемпри делении на х—а даёт остаток Сложные алгебраические уравнения с решением, а не 0.

3) Разность одинаковых чётных степеней двух чисел делится, а нечётных не делится на сумму этих чисел, так как при делении разности Сложные алгебраические уравнения с решением, на х+а остаток равен Сложные алгебраические уравнения с решением, что при m чётном равно нулю, а при tn нечётном составляет — Сложные алгебраические уравнения с решением.

4) Сумма одинаковых нечётных степеней двух чисел делится, а чётных не делится на сумму этих чисел, так как. при делении суммы Сложные алгебраические уравнения с решениемна x+α остаток равен Сложные алгебраические уравнения с решениемчто при m нечётном равно 0, а при m чётном составляет Сложные алгебраические уравнения с решением.

Примеры:
1) x¹+α¹ делится на x+α, но не делится на х—а.
2) x²- α² делится и на х—а, и на x+a.
3) x²+α² не делится ни на х—а, ни на x+a.
4) x³- α³ делится на х—а, но не делится на x+α.
5) x³+α³ делится на x+a, но не делится на х—а.

Частные, получаемые при делении Сложные алгебраические уравнения с решениемна Сложные алгебраические уравнения с решением. Если произведём деление двучлена Сложные алгебраические уравнения с решениемна двучлен х—а, то в частном получим многочлен:
Сложные алгебраические уравнения с решением
(остатки при этом делении идут в такой последовательности: 1-й остаток Сложные алгебраические уравнения с решением, 2-й остаток Сложные алгебраические уравнения с решением, 3-й остаток Сложные алгебраические уравнения с решением,…, m-й остаток Сложные алгебраические уравнения с решением).

Очевидно, что многочлен, получившийся в частном, содержит m членов; сумма показателей в каждом члене при а и х одна и та же, именно: m—1; показатели х идут, уменьшаясь на 1,от m—1 до 0, показатели же а идут, увеличиваясь на 1, от 0 до m—1; коэффициенты у всех членов равны 1; знаки все +; число членов в частном m.

Заметив это, можем прямо писать:
x³- α³=(x-a) (x²+αx+α²);
x⁴- α⁴=(x-α) (x³+αx²+α²x+ α³);
x⁵ — α⁵=(x-a) (x⁴+αx3+α²x²+α³x+α⁴) и т. п.

Чтобы получить частное от деления Сложные алгебраические уравнения с решениемна x + a при m чётном или при делении Сложные алгебраические уравнения с решениемна x+a при m нечётном, достаточно в полученном выше частном заменить а на —а. Таким образом:
x³+α³=(x+α) (x²-αx+α²);
x⁴—α⁴=(x+α) (х³-αx²+α²x-α³);
x⁵+a⁵=(x+α) (х⁴ — αx³+α²x² — a³x+a⁴) и т.п.

Видео:Сложные уравнения. Как решить сложное уравнение?Скачать

Сложные уравнения. Как решить сложное уравнение?

Общий вид алгебраического уравнения

Мы ранее видели, что уравнение, содержащее неизвестное в знаменателях, может быть приведено к целому виду. Далее мы знаем, что уравнение, содержащее неизвестное под знаком радикала, может быть приведено к рациональному виду. Вследствие этого можем сказать, что всякое уравнение, в котором неизвестное связано с данными числами посредством конечного числа шести алгебраических действий (сложения, вычитания, умножения, деления, возвышения в степень и извлечения корня), может быть приведено к такому целому и рациональному виду:
Сложные алгебраические уравнения с решением
где коэффициенты А, В, С, … , K и L суть постоянные вещественные или комплексные числа, а m есть показатель степени уравнения. Некоторые коэффициенты, кроме первого, в частных случаях могут равняться нулю.

Уравнение такого вида называется алгебраическим. Алгебраические уравнения степени выше второй называются уравнениями высших степеней.

Видео:7 класс, 39 урок, Метод алгебраического сложенияСкачать

7 класс, 39 урок, Метод алгебраического сложения

Некоторые свойства алгебраического уравнения

Уравнения высших степеней составляют предмет высшей алгебры. Элементарная же рассматривает только некоторые частные виды этих уравнений.

Высшая алгебра устанавливает следующую важную теорему:
Всякое алгебраическое уравнение имеет вещественный или комплексный корень (теорема Гаусса 2), 1799 г.).

Допустив эту истину (доказательство которой в элементарной алгебре было бы затруднительно), нетрудно показать, что:
Алгебраическое уравнение имеет столько корней, вещественных или комплексных, сколько единиц в показателе его степени.

Действительно, согласно теореме Гаусса, уравнение
Сложные алгебраические уравнения с решением(1)
имеет вещественный или комплексный корень; пусть этот корень будет а. Тогда многочлен, стоящий в левой части уравнения (1), должен делиться на х—а. Если произвести это деление, то в частном получим многочлен степени m—1, у которого первый коэффициент будет А. Обозначив другие его коэффициенты соответственно буквами B₁, C₁ ,…, K₁ и приняв во внимание, что делимое равно делителю, умноженному на частное, можем представить уравнение (1) так:
Сложные алгебраические уравнения с решением(2)
Приравняв нулю многочлен, стоящий во вторых скобках, получим новое уравнение, которое по той же теореме должно иметь некоторый корень β; вследствие этого левая его часть может быть разложена на два множителя: х—β и многочлен степени m—2, у которого первый коэффициент по-прежнему будет А. Поэтому уравнение (1) можно переписать так:
Сложные алгебраические уравнения с решением(3)

Продолжая эти рассуждения далее, дойдём, наконец, до того, что многочлен, заключённый в последних скобках, будет второй степени, причём первый его коэффициент останется А. Разложив этот трёхчлен на множители, приведём уравнение (1) к виду:
A(x- а) (х—β) (х— γ) . .. (х—λ)=0, (4)
где всех разностей: x-a, х- β,…, будет m. Очевидно, что уравнение (4) обращается в тождество при каждом из значений: x=α, x=β, x=γ, . x=λ и не удовлетворяется никакими иными значениями x (если A≠0); значит, уравнение (1) имеет m корней: a, β, γ ,…, λ. В частных случаях некоторые корни могут оказаться одинаковыми.

Полезно заметить ещё следующие истины, доказываемые в высшей алгебре.

Сумма корней всякого алгебраического уравнения Сложные алгебраические уравнения с решением
равна Сложные алгебраические уравнения с решением, а произведение корней равно Сложные алгебраические уравнения с решением(примером может служить квадратное уравнение).

Если алгебраическое уравнение с вещественными коэффициентами имеет комплексные корни, то число этих корней — чётное (примером может служить биквадратное уравнение).

Если алгебраическое уравнение с вещественными коэффициентами имеет n корней вида p+qi, оно имеет ещё n корней вида p—qi (примером может служить биквадратное уравнение, комплексные корни которого всегда сопряжённые), и так как
[х—(p+qi)][x-(р— qi)]=[(x-p)- qi] (x-p)+qi] =
=(х—р)²—q²i²=(x-p)²+q²=x²-2 +(p²+q²),
то левая часть уравнения содержит в этом случае n вещественных множителей вида ax²+bx+c.

Алгебраическое уравнение нечётной степени с вещественными коэффициентами имеет, по крайней мере, один вещественный корень.

Уравнения с произвольными буквенными коэффициентами степени не выше четвёртой разрешены алгебраически, т. е. для корней этих уравнений найдены общие формулы, составленные из коэффициентов уравнения посредством алгебраических действий.

В этом смысле уравнения с произвольными коэффициентами степени выше четвёртой не могут быть разрешены алгебраически (теорема Абеля); однако, если коэффициенты уравнения какой угодно степени выражены числами, всегда есть возможность вычислить с желаемой степенью приближения все его корни как вещественные, так и мнимые. Способы такого вычисления излагаются в высшей алгебре.

Видео:Как решать уравнения? уравнение 7 класс. Линейное уравнениеСкачать

Как решать уравнения? уравнение 7 класс. Линейное уравнение

Методы решения целых алгебраических уравнений

Разложение на множители

Часть целых алгебраических уравнений Сложные алгебраические уравнения с решением(или аналогичных неравенств) степени n выше 2-й могут быть решены путём разложения многочлена в левой части уравнения (неравенства) на множители с помощью таких известных приёмов, как группировка и вынесение общего множителя за скобки. Иногда для достижения цели приходится прибавлять и одновременно вычитать одно и то же выражение. Отметим, что порой разложение на множители этим способом требует определённого искусства.

Если разложение на множители удалось выполнить, то решение алгебраического уравнения сводится к решению совокупности нескольких уравнений, но более низкой степени. Неравенство после разложения на множители можно решать методом интервалов.

Пример:

Решить уравнение Сложные алгебраические уравнения с решением

Решение:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Из 1-го уравнения находим корни Сложные алгебраические уравнения с решением, а второе не имеет решений.

Пример:

Найти все положительные корни уравнения

Сложные алгебраические уравнения с решением

Решение:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Покажем, что второе уравнение в совокупности не имеет положительных решений. Действительно, рассмотрим функцию Сложные алгебраические уравнения с решениемЕё производная Сложные алгебраические уравнения с решениемпри всех действительных x, так как Сложные алгебраические уравнения с решениемСледовательно, функция всюду монотонно возрастает, при этом y(0) = 5 . Отсюда следует, что при x > 0 её график не пересекает оси абсцисс.

Ответ: Сложные алгебраические уравнения с решением

Подбор корня с последующим понижением степени уравнения

При решении алгебраических уравнений и неравенств степени выше второй можно использовать общий принцип последовательного понижения степени уравнения (неравенства).

Пусть требуется решить уравнение n -й степени

Сложные алгебраические уравнения с решением

где Сложные алгебраические уравнения с решениемцелый рациональный алгебраический многочлен n -й степени. Если удалось подобрать (любым способом) какой-либо корень Сложные алгебраические уравнения с решениемданного уравнения, то для нахождения остальных корней уравнения следует поделить многочлен Сложные алгебраические уравнения с решениемна разность X — Х0 (или целенаправленной группировкой слагаемых, выделяя разность Сложные алгебраические уравнения с решением, разложить этот многочлен на множители). В результате деления образуется некоторый многочлен Сложные алгебраические уравнения с решением, степень которого на единицу меньше первоначальной. Таким образом, задача свелась к решению алгебраического уравнения степени n — 1 :

Сложные алгебраические уравнения с решением

Пример:

Решить уравнение Сложные алгебраические уравнения с решением

Решение:

Заметим, что x = 2 является корнем данного уравнения. Найдём другие корни этого уравнения:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Решая уравнение Сложные алгебраические уравнения с решением, находим ещё два корняСложные алгебраические уравнения с решением

Эта ссылка возможно вам будет полезна:

Пример:

Решить уравнение Сложные алгебраические уравнения с решениемСложные алгебраические уравнения с решениемСложные алгебраические уравнения с решением

Решение:

Легко заметить, проанализировав структуру уравнения, что числа x = 0 и x = -10 являются решениями данного уравнения. С другой стороны, ясно, что это квадратное уравнение, а поэтому может иметь не более двух корней. Так как два корня уравнения уже подобраны, то других корней нет.

В некоторых случаях, для того чтобы не подбирать корень «вслепую», можно воспользоваться следующим методом.

Метод поиска рациональных корней у многочленов с целыми коэффициентами

Для решения такого рода уравнений и неравенств используется метод, в основе которого лежит Теорема 9 из предыдущего пункта. Рассмотрим подробнее суть этого метода. Пусть требуется найти рациональные корни уравнения n -й степени

Сложные алгебраические уравнения с решением

причём все коэффициенты Сложные алгебраические уравнения с решениемалгебраического многочлена Сложные алгебраические уравнения с решениемявляются целыми числами. Поиск рациона-льных корней можно свести к перебору ограниченного количества вариантов. Для этого необходимо, во-первых, найти все целочислен-ные делители свободного члена Сложные алгебраические уравнения с решением(их конечное число, однако если этот коэффициент содержит слишком много делителей, то это затрудняет поиск корней в уравнении). Обозначим, например, эти делители через Сложные алгебраические уравнения с решением. Во-вторых, следует найти все натуральные делители старшего коэффициента уравнения Сложные алгебраические уравнения с решением. Обозначим эти делители через Сложные алгебраические уравнения с решением. В-третьих, надо составить всевозможные дроби вида Сложные алгебраические уравнения с решением. Наконец, перебирая по очереди все такие дроби, проверить, является ли в действительности каждая из них корнем данного уравнения. Найдя таким образом первый корень Сложные алгебраические уравнения с решением, вы или сразу понижаете степень уравнения делением многочлена Сложные алгебраические уравнения с решениемна разность Сложные алгебраические уравнения с решением, (причём в силу следствия из теоремы Безу Сложные алгебраические уравнения с решениемобязательно разделится нацело на этот линейный двучлен) и получаете некоторый многочлен Сложные алгебраические уравнения с решениемстепени на единицу меньшей, чем первоначальная. Или, перебирая все дроби, находите все рациональные корни и уже затем понижаете степень уравнения сразу на столько порядков, сколько рациональных корней удалось найти, и ищете оставшиеся иррациональные корни. В любом случае задача сводится к решению уравнения более низкой степени.

Пример:

При каких натуральных n уравнение Сложные алгебраические уравнения с решениемимеет рациональные корни?

Решение:

Воспользуемся приведённым выше методом. Свободный член имеет два целочисленных делителя: ± 1, а старший коэффициент — два натуральных делителя: 1,2. Поэтому рациональные корни следует искать среди чисел Сложные алгебраические уравнения с решениемПодставим их поочерёдно в уравнение.

Сложные алгебраические уравнения с решением

Ответ: Сложные алгебраические уравнения с решением

Метод неопределённых коэффициентов

Иногда для решения целых алгебраических уравнений (неравенств) с одной или несколькими неизвестными используют метод неопределённых коэффициентов. Пусть, например, решается уравнение

Сложные алгебраические уравнения с решением

Суть метода состоит в том, что многочлен Сложные алгебраические уравнения с решениемв левой части уравнения представляется в виде произведения линейных Сложные алгебраические уравнения с решениеми(или) квадратичных Сложные алгебраические уравнения с решениемсомножителей с неизвестными (неопределёнными) коэффициентами Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решениемЧтобы найти эти коэффициенты, раскрывают скобки в указанном произведении и приводят образовавшийся при этом многочлен Сложные алгебраические уравнения с решениемк стандарт-ному виду. Так как два многочлена Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решениемодной степени тождественно равны тогда и только тогда,

когда равны коэффициенты при одинаковых степенях переменной x, то, приравнивая эти коэффициенты, получают систему уравнений относительно неизвестных коэффициентов. Эту систему решают (или подбирают любое решение). Найденные таким способом коэффи-циенты Сложные алгебраические уравнения с решениемстановятся определёнными и их значения подставляются в исходное разложение. К недостаткам метода можно отнести то, что получаемая система уравнений для нахождения коэффициентов может оказаться громоздкой и трудной даже в подборе решения.

Рассмотрим применение этого метода на примере решения кубического уравнения. Допустим, требуется решить уравнение

Сложные алгебраические уравнения с решением

Известно, что многочлен третьей степени всегда можно представить в виде произведения многочленов первой и второй степеней. Таким образом, сразу для всех действительных значений переменной x должно выполняться равенство

Сложные алгебраические уравнения с решением

где числа а,b,c являются в данном случае искомыми неопределён-ными коэффициентами. Найдём их значения. После этого останется подставить их в правую часть (1) и, приравняв её к нулю, решить уравнение Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решениемдля нахождения всех корней уравнения.

Чтобы найти коэффициенты а,b,c, раскроем скобки в правой части тождества (1) и приведём образовавшийся при этом многочлен к стандартному виду

Сложные алгебраические уравнения с решением

Многочлены третьей степени тождественно равны тогда и только тогда, когда равны коэффициенты при одинаковых степенях x . Приравнивая коэффициенты при Сложные алгебраические уравнения с решением, Сложные алгебраические уравнения с решениеми свободные члены, получаем систему трёх алгебраических уравнений относительно трёх неизвестных а,b,c :

Сложные алгебраические уравнения с решением

решая которую (можно даже просто подобрать любое решение этой системы) находим коэффициенты.

Пример:

Решить уравнениеСложные алгебраические уравнения с решением

Решение:

Воспользуемся для решения методом неопределённых коэффициентов. Будем искать разложение многочлена, стоящего в левой части уравнения, в виде

Сложные алгебраические уравнения с решением

Раскрыв скобки, приведём многочлен в правой части к стандартному виду

Сложные алгебраические уравнения с решением

Приравнивая коэффициенты слева и справа при Сложные алгебраические уравнения с решением,Сложные алгебраические уравнения с решениеми свободные члены, получаем в итоге систему трёх уравнений с тремя неизвестными коэффициентами а,b,c:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Найдя подбором решение Сложные алгебраические уравнения с решениемподставим найденные коэффициенты в разложение (2). Таким образом, исходное уравнение приобретает вид Сложные алгебраические уравнения с решениемОно имеет три корняСложные алгебраические уравнения с решением

Пример:

При каких значениях а все корни уравнения Сложные алгебраические уравнения с решениемявляются корнями уравнения

Сложные алгебраические уравнения с решением

Решение:

Чтобы первое из уравнений имело корни, необходимо, чтобы его дискриминант был неотрицателен, т.е.

Сложные алгебраические уравнения с решением

Далее, второй многочлен в силу теоремы Безу должен делиться нацело на первый многочлен. Иными словами, должно найтись такое b , что при всех действительных x справедливо тождество

Сложные алгебраические уравнения с решением

Для нахождения неопределённых коэффициентов (в данном случае в их роли выступают а и b ) воспользуемся известным фактом, что два кубических многочлена, стоящие по разные стороны от знака равенства, тождественно равны тогда и только тогда, когда равны коэффициенты при одинаковых степенях переменной x . Приравнивая эти коэффициенты, получаем систему уравнений

Сложные алгебраические уравнения с решением

Метод умножения на функцию

Иногда, применяя приём умножения обеих частей уравнения (неравенства) на некоторую функцию, удаётся упростить уравнение (неравенство).

Пример:

Решить уравнениеСложные алгебраические уравнения с решением

Решение:

Заметим, что x = — 1 (и вообще никакое отрицательное число) не является корнем данного уравнения. Домножим обе части данного уравнения на выражение (х +1). Получаем уравнение-следствие

Сложные алгебраические уравнения с решением

множество решений которого состоит из всех решений исходного уравнения и числа x = -1. Это число является посторонним корнем, возникшем как раз в результате умножения уравнения на функцию, имеющую действительный нуль. Применяя известную формулу сокращенного умножения, получаем существенно более простое уравнение Сложные алгебраические уравнения с решениемПоскольку уравнение не имеет других решений, кроме x = -1, то приходим к ответу.

Ответ: уравнение не имеет решений.

Рассмотрим некоторые виды целых алгебраических уравнений, решаемые в основном при помощи специально подобранных подстановок.

Понятие алгебраического и трансцендентного уравнения и методов их приближенного решения

Введем понятия алгебраического и трансцендентного уравнения.

Алгебраическое уравнение — уравнение, в котором переменная Сложные алгебраические уравнения с решениемнаходится в основании степени с рациональным показателем.

Примерами алгебраических уравнений могут служить уравнения вида: Сложные алгебраические уравнения с решением, Сложные алгебраические уравнения с решением.

Уравнение, содержащее неизвестную переменную под знаком логарифма, тригонометрических функций, обратных тригонометрических функций или в показателе степени некоторого числа, называется трансцендентным.

Примерами трансцендентных уравнений могут служить уравнения вида:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Решить предложенное уравнение — значит найти все значения переменной Сложные алгебраические уравнения с решением, обращающие его в верное тождество (корни уравнения), или доказать, что корней нет.

Из курса алгебры нам известны методы и приемы решения некоторых видов алгебраических и трансцендентных уравнений: например, квадратных уравнений; уравнений, решаемых методом группировки и вынесения за скобки общего множителя. Но даже решение несложного кубического уравнения вызовет у нас определенные сложности. Если нс удастся решить заданное уравнение привычными способами, существуют методы приближенного решения уравнений, состоящие из двух этапов:

1. отделение корней;

2. уточнение корней до заданной степени точности с помощью одного из следующих методов:

Этап отделения корней необходим для того, чтобы определить, какому промежутку принадлежат корни уравнения. На этом этапе обычно используется графический способ.

Пример:

Определить промежуток, которому принадлежат корни уравнения Сложные алгебраические уравнения с решением.

Сложные алгебраические уравнения с решением

Решение:

Преобразуем данное уравнение к виду: Сложные алгебраические уравнения с решением.

Построим графики функций Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решением(рис. 46.1).

Сложные алгебраические уравнения с решением— кубическая парабола, строится по таблице значений:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Сложные алгебраические уравнения с решением— прямая, строится по двум точкам:

Сложные алгебраические уравнения с решением

По рисунку видим, что графики функций Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решениемпересекаются в единственной точке Сложные алгебраические уравнения с решением, координата Сложные алгебраические уравнения с решениемкоторой принадлежит отрезку Сложные алгебраические уравнения с решением. Следовательно, уравнение Сложные алгебраические уравнения с решениемимеет ровно один корень на промежутке Сложные алгебраические уравнения с решением.

Ответ: Сложные алгебраические уравнения с решением.

Эта лекция взята с главной страницы на которой находится курс лекций с теорией и примерами решения по всем разделам высшей математики:

Другие лекции по высшей математике, возможно вам пригодятся:

Видео:Дробно-рациональные уравнения. 8 класс.Скачать

Дробно-рациональные уравнения. 8 класс.

Алгебраические уравнения и их геометрическое истолкование

Уравнение с одной буквой (неизвестным)

Один из основных вопросов, которыми занимается алгебра, заключается в решении уравнений нормального вида. Так называются уравнения, у которых в левой части стоит многочлен, расположенный по степеням неизвестной буквы, а в правой части — нуль.

Степень многочлена в левой части носит название степени уравнения.

Мы встречались не раз с уравнениями, которые не имели нормального вида: таковы, например, уравнения Сложные алгебраические уравнения с решением, Сложные алгебраические уравнения с решением, Сложные алгебраические уравнения с решением.

Подобного рода уравнения могут быть приведены к уравнениям нормального вида. Для этого до­ статочно освободиться от дробей, затем перенести на­ лево члены, стоящие в правой части, сделать приведение подобных членов и, наконец, правильно располо­жить члены.

Таким образом, привести заданное уравнение к уравнению нормального вида удается по большей части несложными приемами.

Напротив, нахождение всех корней уравнения представляет собою более трудную задачу, в особенности в том случае, если уравнение высокой степени.

Уравнение первой степени (линейное) имеет вид Сложные алгебраические уравнения с решением.

Уравнение второй степени (иначе квадратное) имеет вид Сложные алгебраические уравнения с решением.

Уравнение третьей степени (иначе кубическое) имеет вид Сложные алгебраические уравнения с решением.

Так можно продолжать и дальше. Ради единообразия неизвестное здесь обозначено буквой Сложные алгебраические уравнения с решением; коэффициенты же Сложные алгебраические уравнения с решением, Сложные алгебраические уравнения с решениеми т. д. — известные числа. В уравнении нормального вида старший коэффициент, конечно, следует считать отличным от нуля.

Уравнение первой степени мы решаем (см. гл. 6) следующим образом: свободный член переносим направо Сложные алгебраические уравнения с решением, затем делим уравнение на коэффициент при Сложные алгебраические уравнения с решением: Сложные алгебраические уравнения с решением.

В случае уравнений второй степени или высших степеней решение уравнения тесно связано с разложением левой части на линейные множители. Так, напри­мер, уравнение Сложные алгебраические уравнения с решениемможно переписать в виде Сложные алгебраические уравнения с решением; далее сошлемся на теорему: если про­изведение двух множителей равно нулю, то непременно один из множителей равен нулю. Поэтому или Сложные алгебраические уравнения с решениемили Сложные алгебраические уравнения с решением; значит, или Сложные алгебраические уравнения с решениемили Сложные алгебраические уравнения с решением. Обратно, если Сложные алгебраические уравнения с решениемили Сложные алгебраические уравнения с решением, то или первый множитель равен нулю или второй; но в обоих случаях произведение равно нулю, т. е. уравнение удовлетворяется. Итак, уравнение имеет два корня: Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решением.

В отдельных примерах нам удавалось разлагать трехчлен второй степени на линейные множители; более полно общий прием разложения (по ­средствам «выделения квадрата») будет рассмотрен в главе 12.

Что касается уравнений третьей, четвертой и высших степеней, то, не говоря об отдельных частных случаях, разложить их левую часть на множители весь­ма трудно. С другой стороны, очень просто можно составить уравнение, имеющее наперед заданные корни; при этом степень уравнения в точности будет равняться числу корней.

Например, пусть заданы три числа: Сложные алгебраические уравнения с решением, Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решением; тогда уравнение, имеющее эти числа (и только их) своими корнями, таково: Сложные алгебраические уравнения с решением, или Сложные алгебраические уравнения с решением.

Производя умножение, получаем окончательно: Сложные алгебраические уравнения с решением.

Можно доказать, что число корней уравнения никогда не превышает его степени. Но иногда оно бывает меньше степени уравнения.

Например, уравнение Сложные алгебраические уравнения с решением— третьей степени, но имеет только один корень Сложные алгебраические уравнения с решением. Это сразу видно, если в левой части вынести Сложные алгебраические уравнения с решениемза скобку Сложные алгебраические уравнения с решением(здесь второй множитель Сложные алгебраические уравнения с решениемни при каком значении Сложные алгебраические уравнения с решениемне обращается в нуль).

Совокупность точек на числовой оси, являющихся корнями уравнения (иначе, удовлетворяющих этому уравнению), дает нам геометрическое представление этого уравнения.

Уравнение с двумя буквами (переменными)

Нам хорошо известно, что решением (корнем) уравнения с одной неизвестной буквой называется вся­кое значение входящей буквы, удовлетворяющее уравнению.

Если уравнение содержит две неизвестные буквы, понятие решения должно быть обобщено и именно следующим образом: решением уравнения с двумя неизвестными буквами называется пара значений двух неизвестных, удовлетворяющая уравнению.

Так, пара чисел Сложные алгебраические уравнения с решениеместь решение уравнения Сложные алгебраические уравнения с решением; то же можно сказать о паре чисел Сложные алгебраические уравнения с решением; но, например, пара Сложные алгебраические уравнения с решениемне есть решение.

В случае уравнения с двумя неизвестными найти и перечислить все решения, как правило, невозможно. Уже простейшие примеры, вроде Сложные алгебраические уравнения с решениемили Сложные алгебраические уравнения с решением, показывают, что такое уравнение может иметь бесконечное множество решений.

Поэтому, если в уравнение входят две (или более) неизвестных буквы, их называют обыкновенно не неизвестными, а переменными (переменными величинами).

Алгебраическое уравнение с двумя буквами считается нормальным, если в правой части стоит нуль, а в левой — многочлен, расположенный по обеим бук­вам.

Уравнения с двумя буквами (как и уравнения с од­ной буквой) классифицируются по степеням: степенью уравнения называется степень многочлена, стоящего в его левой части, причем обе буквы считаются главными.

Уравнения первой степени (линейные) имеют вид Сложные алгебраические уравнения с решением.

Уравнения второй степени (квадратные) имеют вид Сложные алгебраические уравнения с решением.

Отдать себе отчет в том, какова совокупность решений данного уравнения, нам помогает геометрическое представление уравнения: оно делает наглядной ту зависимость, которая существует между значениями букв, удовлетворяющими уравнению. Познакомимся ближе с этим геометрическим представлением.

Так как у нас имеется не одна, а две буквы, до­пустим, Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решениемиз которых каждая может принимать различные значения, то уже нельзя обойтись числовой прямой, а необходимо прибегнуть к числовой (координатной) плоскости. Проведем на листе клетчатой бумаги горизонтальную ось Сложные алгебраические уравнения с решениеми вертикальную ось Сложные алгебраические уравнения с решениеммасштабы на осях будем брать одинаковые. Каждая пара значений букв Сложные алгебраические уравнения с решениемизображается, как нам известно, некоторой определенной точкой плоскости Сложные алгебраические уравнения с решением, именно — точкой с абсциссой Сложные алгебраические уравнения с решениеми ординатой Сложные алгебраические уравнения с решением. Поэтому совокупность всех пар значений Сложные алгебраические уравнения с решением, удовлетворяющих уравнению, изображается также не­ которой совокупностью (геометрическим местом) точек на плоскости Сложные алгебраические уравнения с решением. Эта совокупность и дает геометрическое представление решений нашего уравнения; она называется графиком уравнения. Итак, график урав­нения есть совокупность всех тех точек координатной плоскости, координаты которых удовлетворяют уравнению.

Пример:

Рассмотрим уравнение Сложные алгебраические уравнения с решением.
Его графиком является совокупность точек Сложные алгебраические уравнения с решением, у ко­торых абсцисса Сложные алгебраические уравнения с решениемравна ординате Сложные алгебраические уравнения с решениемлегко понять, что все такие точки лежат на биссектрисе первого и треть­ его координатных углов: эта биссектриса и представляет собой график нашего уравнения.

Пример:

Второй пример возьмем более сложный. Пусть нам дано уравнение второй степени: Сложные алгебраические уравнения с решением.

Посмотрим, как можно наметить его график.

Ничего не стоит решить уравнение относительно буквы Сложные алгебраические уравнения с решением: Сложные алгебраические уравнения с решением

Дальше можно составить табличку числовых значений переменной Сложные алгебраические уравнения с решением, соответствующих заранее назначенным значениям переменной Сложные алгебраические уравнения с решением:Сложные алгебраические уравнения с решением

Сложные алгебраические уравнения с решениемЧерт. 39

Каждую полученную точку сейчас же отмечают на черте­ же. Точки располагаются с известной правильностью.

Чертеж 39 показывает, что при возрастании значений Сложные алгебраические уравнения с решениемот Сложные алгебраические уравнения с решениемдо Сложные алгебраические уравнения с решениемзначения Сложные алгебраические уравнения с решениемтакже возрастают от Сложные алгебраические уравнения с решениемдо Сложные алгебраические уравнения с решением; затем при дальнейшем возрастании Сложные алгебраические уравнения с решениемот Сложные алгебраические уравнения с решениемдо Сложные алгебраические уравнения с решениемзначения Сложные алгебраические уравнения с решениемубывают от Сложные алгебраические уравнения с решениемдо Сложные алгебраические уравнения с решением. При Сложные алгебраические уравнения с решениемполучаем уже отрицательное значение: Сложные алгебраические уравнения с решением, придется поставить точку ниже оси Сложные алгебраические уравнения с решением.

При Сложные алгебраические уравнения с решениемполучаем Сложные алгебраические уравнения с решением; и еще дальше значения Сложные алгебраические уравнения с решениембыстро убывают (в алгебраическом смысле).

Можно букве Сложные алгебраические уравнения с решениемдавать и отрицательные значения; например, при Сложные алгебраические уравнения с решениембудем иметь Сложные алгебраические уравнения с решениеми т. д.

Полезло убедиться, что точки, получающиеся при подстановке дробных значений Сложные алгебраические уравнения с решением, не нарушают общей правильности в расположении точек графика (напри­мер, при Сложные алгебраические уравнения с решениемполучаем Сложные алгебраические уравнения с решением).

Поставим себе еще и такой вопрос: имеет ли наш график какие-нибудь точки на оси Сложные алгебраические уравнения с решением, кроме двух, уже найденных? Чтобы получить ответ, достаточно в уравнении положить Сложные алгебраические уравнения с решениеми решить полученное уравнение Сложные алгебраические уравнения с решениемотносительно Сложные алгебраические уравнения с решением. Мы получаем два корня: Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решением. Иных корней нет. Значит, график пересекается с осью Сложные алгебраические уравнения с решениемтолько в двух, уже ранее найденных точках.

Хотя мы отметили на чертеже не свыше десятка точек, положение которых нам известно вполне точно, тем не менее правильность их расположения не оставляет сомнений в том, что все остальные, не отмеченные нами, точки графика лежат на некоторой плавной кривой, проходящей через отмеченные точки.

Эта кривая и есть график нашего уравнения. Провести ее от руки не представит труда.

Правда, полученная таким образом кривая даст возможность лишь приближенно судить о положении тех точек графика, координаты которых не были вычислены.

Использованный нами прием получения графика но­сит название построения графика по точкам.

Постараемся дать описание этого приема, не связывая его с каким-либо определенным примером. Пусть дано некоторое уравнение, содержащее буквы Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решением, мы хотим знать, каков его график.

Посмотрим, существуют ли такие точки графика, ко­торые имеют заранее назначенную абсциссу, скажем, Сложные алгебраические уравнения с решением. Чтобы ответить на этот вопрос, достаточно под­ставить в уравнение вместо буквы Сложные алгебраические уравнения с решениемчисло Сложные алгебраические уравнения с решениеми решить полученное уравнение (содержащее теперь уже только одну букву) относительно буквы Сложные алгебраические уравнения с решением. Корни этого уравнения дают нам ординаты всех точек графика, имеющих абсциссу Сложные алгебраические уравнения с решением, т. е. лежащих на одной и той же вертикальной прямой, отстоящей вправо от оси Сложные алгебраические уравнения с решениемна расстоянии Сложные алгебраические уравнения с решением. Продолжая поступать таким же образом, т. е. давая абсциссе Сложные алгебраические уравнения с решениемдругие, заранее назначенные, значения, например, Сложные алгебраические уравнения с решениемможно найти все точки графика, расположенные на других вертикальных пря­мых. Обыкновенно поступают именно таким образом; при этом стараются облегчить себе работу тем, что предварительно решают данное уравнение относительно буквы Сложные алгебраические уравнения с решением, т. е. приводят его к такому виду, чтобы в левой части была одна буква Сложные алгебраические уравнения с решением, а правая за­висела только от Сложные алгебраические уравнения с решением, но не от Сложные алгебраические уравнения с решением, Тогда нахождение то­чек графика сводится к выполнению числовых подста­новок в правой части уравнения.

Разумеется, можно было бы также решить данное уравнение относительно буквы Сложные алгебраические уравнения с решениеми затем придавать ряд значений букве Сложные алгебраические уравнения с решением.

Примечание:

Иные уравнения — таковы, что не существует ни одной точки, координаты которой удовлетворяли бы уравнению.
Тогда график отсутствует или представляет собою «пустое место».
Этим свойством обладает, например, уравнение Сложные алгебраические уравнения с решениемкоторого левая часть всегда положительна.

В редких случаях график может оказаться состоящим из одной точки или нескольких точек (в конечном числе). Так, уравнение Сложные алгебраические уравнения с решениемудовлетворяется только одной парой значений Сложные алгебраические уравнения с решением, Сложные алгебраические уравнения с решением.

Действительно, каждый из квадратов Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решениемможет быть или положительным числом, или нулем, но никак не отрицательным числом, сумма же Сложные алгебраические уравнения с решениемравна нулю только в том случае, если Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решениемодновременно равны нулю. Следовательно, весь график сводится к одной точке — началу Сложные алгебраические уравнения с решением.

Линейное уравнение с двумя переменными

На чертеже 40 изображен график уравнения Сложные алгебраические уравнения с решением(1)

Это — прямая линия, проходящая через начало координат и расположенная в первой и третьей четвертях.

Уравнение показывает, что величина у прямо пропорциональна величине Сложные алгебраические уравнения с решением. Желая найти все точки графика с целыми координатами, мы даем букве Сложные алгебраические уравнения с решениемзначения, кратные Сложные алгебраические уравнения с решением, и получаем точки: Сложные алгебраические уравнения с решением, Сложные алгебраические уравнения с решением, Сложные алгебраические уравнения с решениеми т. д.

Сложные алгебраические уравнения с решениемЧерт. 40

Эти точки отмечены на чертеже. Чтобы перейти от од­ной такой точки к следующей (считая вправо), достаточно отсчитать « Сложные алгебраические уравнения с решениемклеточек вправо и Сложные алгебраические уравнения с решением— вверх».

Коэффициент пропорциональности Сложные алгебраические уравнения с решениемпозволяет
таким образом, определить направление нашей прямой.

Если бы вместо уравнения (I) было задано, напри­мер, уравнение
Сложные алгебраические уравнения с решением, (2) то мы получили бы точки графика (с целыми координатами): Сложные алгебраические уравнения с решением, Сложные алгебраические уравнения с решением, Сложные алгебраические уравнения с решениеми т. д.; отмечая их одну за другой, мы отсчитывали бы « Сложные алгебраические уравнения с решениемклетки вправо, Сложные алгебраические уравнения с решением— вверх», Рассмотрим еще уравнение Сложные алгебраические уравнения с решением(3).

При значениях Сложные алгебраические уравнения с решением, кратных Сложные алгебраические уравнения с решением, получаем точки: Сложные алгебраические уравнения с решением, Сложные алгебраические уравнения с решением, Сложные алгебраические уравнения с решениеми т. д.

Отсчитывать нужно « Сложные алгебраические уравнения с решениемклеток вправо и Сложные алгебраические уравнения с решением— вниз». Прямая, являющаяся графиком этого уравнения, расположена во второй и в четвертой четвертях. Из наших примеров можно сделать следующие об­щие заключения. Графиком уравнения вида Сложные алгебраические уравнения с решением(4) является прямая линия, проходящая через начало Сложные алгебраические уравнения с решением. Придавая уравнению вид Сложные алгебраические уравнения с решением, мы убеждаемся, что коэффициент пропорциональности Сложные алгебраические уравнения с решениемпредставляет собою отношение ординаты любой точки графика к ее абсциссе. Если Сложные алгебраические уравнения с решением, то прямая проходит в первой и третьей четвертях; если Сложные алгебраические уравнения с решением, то во второй и четвертой. При Сложные алгебраические уравнения с решениемуравнение принимает вид Сложные алгебраические уравнения с решением, и графиком тогда является ось Сложные алгебраические уравнения с решением.

Чем меньше Сложные алгебраические уравнения с решениемпо абсолютному значению, тем более полого расположена прямая (т. е. тем меньше острый угол, образованный ею с горизонтальной осью); напротив, чем больше Сложные алгебраические уравнения с решениемпо абсолютному значению, тем более круто расположена прямая (тем упомянутый острый угол ближе к прямому).

Коэффициент Сложные алгебраические уравнения с решениемв уравнении (4) называется наклоном прямой, являющейся графиком этого уравнения.

Обратим внимание на то, чем график уравнения Сложные алгебраические уравнения с решениемотличается от графика уравнения Сложные алгебраические уравнения с решением. При каждом данном значении абсциссы Сложные алгебраические уравнения с решениемсоответствующая ордината увеличена на Сложные алгебраические уравнения с решениемединиц (Сложные алгебраические уравнения с решением, Сложные алгебраические уравнения с решениемили Сложные алгебраические уравнения с решением); значит, получается снова прямая линия, но «сдвинутая» на Сложные алгебраические уравнения с решениемединиц в направлении оси Сложные алгебраические уравнения с решением: она уже не проходит через начало Сложные алгебраические уравнения с решением, а пересекает ось Сложные алгебраические уравнения с решениемв точке Сложные алгебраические уравнения с решением.

Таким образом, направление прямой Сложные алгебраические уравнения с решениемто же, что и направление прямой Сложные алгебраические уравнения с решением: оно зависит от коэффициента Сложные алгебраические уравнения с решениемпри Сложные алгебраические уравнения с решениемв уравнении прямой, решенном относительно Сложные алгебраические уравнения с решением(называемого и в этом случае наклоном прямой).

Другими словами, прямые Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решениемпараллельны.

На черт. 41 изображен график уравнения Сложные алгебраические уравнения с решением. Это — прямая, параллельная прямой Сложные алгебраические уравнения с решением, но образующая на оси Сложные алгебраические уравнения с решениемотрезок, равный Сложные алгебраические уравнения с решением.

Сложные алгебраические уравнения с решениемЧерт. 41

Пусть буква Сложные алгебраические уравнения с решениемобозначает какое угодно число. Постараемся уяснить себе, каков график уравнения Сложные алгебраические уравнения с решением.

Нам нужно установить, какова совокупность точек на плоскости Сложные алгебраические уравнения с решением, координаты которых удовлетворяют уравнению. Уравнение не удовлетворяется, если значение абсциссы Сложные алгебраические уравнения с решениемне равно Сложные алгебраические уравнения с решением; если же оно равно Сложные алгебраические уравнения с решением, то, како­ во бы ни было значение ординаты Сложные алгебраические уравнения с решением, уравнение удовлетворяется. Это значит, что уравнению удовлетворяют координаты любой точки на прямой, параллельной оси Сложные алгебраические уравнения с решениеми отстоящей от этой оси вправо на расстоя­нии Сложные алгебраические уравнения с решением.

Итак, уравнение вида Сложные алгебраические уравнения с решениемимеет графиком прямую, параллельную оси Сложные алгебраические уравнения с решением. Точно так же уравнение вида Сложные алгебраические уравнения с решениемимеет графиком прямую, параллельную оси Сложные алгебраические уравнения с решением.

Из предыдущего следует весьма важное заключение: всякое уравнение, линейное относительно буквы Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решениемименно, уравнение вида Сложные алгебраические уравнения с решением(где Сложные алгебраические уравнения с решением, Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решением— постоянные числа, причем Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решениемне равны нулю одновременно), имеет своим графиком прямую линию .

Действительно, если буква Сложные алгебраические уравнения с решениемна самом деле входит в уравнение (это значит, что Сложные алгебраические уравнения с решениемне равно нулю), то не представляет труда решить уравнение относительно Сложные алгебраические уравнения с решением. Мы получим: Сложные алгебраические уравнения с решениеми далее, деля все уравнение на Сложные алгебраические уравнения с решением, Сложные алгебраические уравнения с решениемполагая затем
Сложные алгебраические уравнения с решениемприходим к уравнению вида
Сложные алгебраические уравнения с решением, которое, как нам уже известно, изображается прямой линией.

Если же буква Сложные алгебраические уравнения с решениемотсутствует в уравнении (т. е., если Сложные алгебраические уравнения с решением), то тогда уравнение Сложные алгебраические уравнения с решениемможно решить относительно буквы Сложные алгебраические уравнения с решением(раз Сложные алгебраические уравнения с решением, то, по предположе­нию, Сложные алгебраические уравнения с решением), и мы получим: Сложные алгебраические уравнения с решениемили Сложные алгебраические уравнения с решением(где для краткости положено Сложные алгебраические уравнения с решением). Графиком такого уравнения является совокупность точек, имеющих абсциссу Сложные алгебраические уравнения с решением; это также прямая, но уже параллельная оси Сложные алгебраические уравнения с решением.

Рассматривать случай, когда Сложные алгебраические уравнения с решениемне представляет интереса. В этом случае, если Сложные алгебраические уравнения с решением, заданное уравнение Сложные алгебраические уравнения с решениемне удовлетворяется ни при каких значениях Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решениеми, значит, гра­фик этого уравнения представляет собою «пустое место»; если же Сложные алгебраические уравнения с решением, то напротив, уравнение Сложные алгебраические уравнения с решениемудовлетворяется при всех значениях Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решениемтогда его «график» — вся плоскость.

Раз известно, что линейное уравнение Сложные алгебраические уравнения с решениемизображается прямой линией, то для того, чтобы начертить эту линию на координатной плоскости (на листе клетчатой бумаги), нет необходимости в боль­ших вычислениях.

В самом деле, прямая определяется двумя точками: значит, достаточно сделать две числовые подстановки.

Проще всего установить точки пересечения прямой с осями Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решением. Пусть, например, дано уравнение Сложные алгебраические уравнения с решением. Полагая Сложные алгебраические уравнения с решением, получим уравнение от­носительно Сложные алгебраические уравнения с решением: Сложные алгебраические уравнения с решением, из которого следует, что Сложные алгебраические уравнения с решением. Таким образом, найде­на точка графика Сложные алгебраические уравнения с решением, лежащая на оси Сложные алгебраические уравнения с решением. Пола­гая Сложные алгебраические уравнения с решением, получим таким же образом: Сложные алгебраические уравнения с решением, откуда следует, что Сложные алгебраические уравнения с решением. Итак, найдена точка графика Сложные алгебраические уравнения с решением, лежащая на оси Сложные алгебраические уравнения с решением. Затем остается провести прямую через точки Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решением.

Указанный прием неудобен только в том случае, если точки Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решениемнаходятся очень близко одна от другой, т. е. близки к началу Сложные алгебраические уравнения с решением; он непригоден вовсе, если график проходит через начала Сложные алгебраические уравнения с решением. В этих случаях следует делать какие-нибудь другие под­становки.

Например, чтобы построить график прямой Сложные алгебраические уравнения с решением, заметим прежде всего, что она проходит через начало Сложные алгебраические уравнения с решением; чтобы получить еще одну точку, положим Сложные алгебраические уравнения с решениеми получим Сложные алгебраические уравнения с решением; итак, прямая проходит через точку Сложные алгебраические уравнения с решением.

Нелинейные уравнения с двумя переменными

Мы видели, что если заданное уравнение — линейное (т. е. первой степени) относительно букв Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решением, то его график — прямая линия.

Дальнейшие примеры покажут, что если заданное уравнение — не линейное (т. е. степени второй или выше) относительно букв Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решением, то его графиком являются кривые линии.

Степень уравнения относительно букв Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решениемназы­вается порядком соответствующей кривой.

Мы рассмотрим здесь только несколько наиболее простых и важных примеров кривых, преимущественно второго порядка.

Пример:

Сложные алгебраические уравнения с решением

С этим уравнением мы уже встречались. Оно говорит о том, что пе­ременные величины Сложные алгебраические уравнения с решениеми Сложные алгебраические уравнения с решениемобратно пропорциональны.

Можно ли решить уравнение относительно Сложные алгебраические уравнения с решением? От­вет — утвердительный, если только Сложные алгебраические уравнения с решениемимеет значение, не равное нулю. Но легко понять, что при Сложные алгебраические уравнения с решениемника­кое значение Сложные алгебраические уравнения с решениемне может удовлетворить уравнению: это значит геометрически, что на оси Сложные алгебраические уравнения с решениемнет ни одной точки графика.

Итак, пусть теперь Сложные алгебраические уравнения с решением. Решим уравнение отно­сительно у: Сложные алгебраические уравнения с решением.

Это равенство свидетельствует, что Сложные алгебраические уравнения с решениеместь «величи­на, обратная величине Сложные алгебраические уравнения с решением». Посмотрим, как изменится величина, обратная Сложные алгебраические уравнения с решением, при изменении самого Сложные алгебраические уравнения с решением.

Ограничиваясь пока положительными значениями величины Сложные алгебраические уравнения с решением, станем составлять табличку и одновременно отмечать точки на чертеже. Ясно, что с увеличением Сложные алгебраические уравнения с решениемвеличина Сложные алгебраические уравнения с решениемубывает, приближаясь к нулю. Но значения Сложные алгебраические уравнения с решениемона не принимает.

Сложные алгебраические уравнения с решением

Попробуем взять и дробные значения Сложные алгебраические уравнения с решением:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Получающиеся на чертеже точки имеют правильное расположение: через них можно с уверенностью про­ вести плавную кривую. Менее ясно пока, как вести кривую влево, в промежутке от Сложные алгебраические уравнения с решениемдо Сложные алгебраические уравнения с решением. Продолжим табличку:

Сложные алгебраические уравнения с решением

и станем отмечать новые точки. Теперь становится яс­но, что с убыванием положительных значений Сложные алгебраические уравнения с решениемвели­чина Сложные алгебраические уравнения с решениемвозрастает и притом не ограничено. Имен­но, Сложные алгебраические уравнения с решениемпримет какое угодно большое значение, если только значение Сложные алгебраические уравнения с решениембудет достаточно малым. Кривая (при движении справа налево) поднимается вверх, примыкая к оси Сложные алгебраические уравнения с решением, хотя, как мы видели, с этой осью общих точек не имеет (см. черт. 42).

Сложные алгебраические уравнения с решениемЧерт. 42

Вся полученная кривая расположена в первой четверти. Если бы мы пожелали давать букве Сложные алгебраические уравнения с решениемотрица­тельные значения, то, составляя соответствующую таблицу и при этом производя деление по известным правилам, получили бы в третьей чет­верти другую «ветвь» кривой.

Обе «ветви». рассматриваемые совместно, обра­зуют кривую, называемую «гиперболой».

Гипербола — кривая второго порядка.

Пример:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Подставляя положительные значения Сложные алгебраические уравнения с решением, получаем таблицу:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Отметив соответствующие точки на чертеже, мы видим, что при увеличении абсциссы Сложные алгебраические уравнения с решениемордината Сложные алгебраические уравнения с решениемочень быстро возрастает, причем сам график (если попробо­вать его провести) все больше выпрямляется. Напротив, ближе к началу Сложные алгебраические уравнения с решениемон довольно сильно искривлен. Под­ставляя еще значения Сложные алгебраические уравнения с решением, Сложные алгебраические уравнения с решением, Сложные алгебраические уравнения с решением, мы получим:

Сложные алгебраические уравнения с решением

В первой клеточке Сложные алгебраические уравнения с решениемсделаем подстановки даже через одну десятую:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Последняя табличка позволяет заключить, что. под­ ходя к началу Сложные алгебраические уравнения с решением. график тесно примыкает к оси Сложные алгебраические уравнения с решением, касается ее.

Обращаясь к отрицательным значениям Сложные алгебраические уравнения с решением, мы видим, что при возведении в квадрат отрицательного числа знак минус будет уничтожаться. Отсюда ясно, что кри­вая продолжается из первой четверти во вторую симметрично относительно вертикальной оси.

Сложные алгебраические уравнения с решениемЧерт. 43

Полученная кривая носит название параболы(см. черт. 43).

Парабола — кривая также второго порядка.

Пример:

Сложные алгебраические уравнения с решением

При подстановке больших значений Сложные алгебраические уравнения с решением, как показы­вает следующая таблица, кубы возрастают гораздо быстрее, чем квадраты:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Напротив, при подстановке значений, близких к нулю, кубы убывают быстрее, чем квадраты:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Поэтому кривая Сложные алгебраические уравнения с решениемс возрастанием Сложные алгебраические уравнения с решениемподни­мается вверх гораздо круче, чем парабола Сложные алгебраические уравнения с решением; и при убывании Сложные алгебраические уравнения с решениемдо нуля гораздо теснее примыкает к оси Сложные алгебраические уравнения с решением.

На параболу Сложные алгебраические уравнения с решениемэта кривая не похожа еще и в том отношении, что у нее отсутствует вертикальная ось симметрии; но имеется центр симметрии в начале Сложные алгебраические уравнения с решением. Это зависит от того, что при возведении в куб отрицательного числа его абсолютное значение возво­дится в куб, но знак остается отрицательный.

Общий вид кривой Сложные алгебраические уравнения с решением(кубической параболы) показан на черт. 44.

Сложные алгебраические уравнения с решениемЧерт. 44

Это — кривая третьего порядка.

Видео:Cистемы уравнений. Разбор задания 6 и 21 из ОГЭ. | МатематикаСкачать

Cистемы уравнений. Разбор задания 6 и 21 из ОГЭ.  | Математика

Алгебраические уравнения и алгоритм их решения

Общая теория уравнений

Тождества:

Введем понятие тождественного равенства функ­ций на числовом множестве X.

Пусть функции у = f(х) и у = F(х) имеют области определения А и В соответственно, и X является подмножеством как A, так и В (но не обязательно совпадает с пересечением А и В). Тогда функции у = f(х) и у = F(х) определены на X.

Функции у=f(х) и у=F(х) называются тождественно равны­ми на числовом множестве X, если для любого числа х из X выпол­няется равенство f(х)=F(х). В этом случае говорят, что равенст­во f(х)=F(х) является тождеством на множестве X.

Разумеется, равенство f(х)=F(х) может быть тождеством на некотором множестве X, но не быть тождеством на каком-нибудь другом множестве Y . Рассмотрим, например, функции у=х и у =|x|. На множестве X положительных чисел эти функции тождественно равны: если х — положительное число, то |х|=х. На множестве же Y всех действительных чисел эти функции не явля­ются тождественно равными: при отрицательных значениях х ра­венство

Сложные алгебраические уравнения с решением

не имеет места, так как при этих значениях |x|= — х.

Совершенно так же определяется понятие тождественного равенства для функций нескольких переменных. Например, функции Сложные алгебраические уравнения с решениемпеременных х и у тождественно рав­ны на множестве всех значений этих переменных: для любых значе­ний х и у выполняется равенство

Сложные алгебраические уравнения с решением

Функции же z=х+у и z =|х+у | тождественно равны лишь на множестве пар чисел х, у , для которых Сложные алгебраические уравнения с решениемили, что то же самое, Сложные алгебраические уравнения с решением

Область допустимых значений

Тождественные преобразова­ния многочленов и алгебраических дробей изучались в начальной алгебре, и мы не будем подробно останавливаться на этом вопросе. Разберем лишь вопрос об области допустимых значений функцио­нального равенства. Пусть дано равенство вида

Сложные алгебраические уравнения с решением

Может случиться, что функции у=f(x) и у=F(x) определены не для всех значений х . Областью допустимых значений аргумента х для равенства (1) мы будем называть множество всех значений х, при которых определены и левая и правая части этого равенства.

Например, для тождества

Сложные алгебраические уравнения с решением

областью допустимых значений является совокупность всех действительных чисел, из которой исключены числа 2 и 4 (при х=2 не определена функция Сложные алгебраические уравнения с решением, а при х=4 — функция Сложные алгебраические уравнения с решением).

Следует иметь в виду, что такие преобразования, как приведение подобных членов, могут привести к изменению области допус­тимых значений. Например, тождество (2) справедливо для всех значений х , кроме х=2 и х=4. Если же мы приведем подобные члены, то получим тождество

Сложные алгебраические уравнения с решением

справедливое для всех без исключения значений х.

Уравнения

Обычно когда даны две функции у=f(х) и у=F(х), то неизвестно, каково множество, на котором эти функ­ции тождественно равны. Поэтому возникает следующая задача: найти все значения х, для которых выпол­няется равенство

Сложные алгебраические уравнения с решением

При такой постановке задачи (*) называют уравнением с неизвестным х , а все х , при которых функции у=f(х) и у=F(х) принимают одинаковые значения, — корнями или решениями этого уравнения.

Итак, уравнение f(x) =F(х) выражает задачу об отыскании таких значений переменного х, при которых функции f(x) и F(x) имеют оди­наковые значения. Решить уравнение — это значит найти все такие значения х, т. е. все корни (решения) уравнения.

Областью допустимых значений для уравнения (1) называют множество всех х у при которых определены обе функции у=f(х) и у=F(х). Например, для уравнения

Сложные алгебраические уравнения с решением

область допустимых значений определяется условиями:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Область допустимых значений может заранее ограничиваться некоторыми условиями. Например, могут иметь смысл лишь поло­жительные или лишь целые корни. В этом случае надо рассмат­ривать уравнение лишь для положительных (или целых) значе­ний х.

Тогда мы считаем, что функции f(x) и F(х) заданы на некотором множестве X, и рассматриваем уравнение лишь на этом множестве.

Пусть даны два уравнения

Сложные алгебраические уравнения с решением

Сложные алгебраические уравнения с решением

Обозначим множество корней уравнения (1) через M, а множество корней уравнения (2) через N. Если Сложные алгебраические уравнения с решением(то есть, если всякий ко­рень уравнения (1) является корнем уравнения (2)), то уравнение (2) называют следствием уравнения (1). Например, уравнение Сложные алгебраические уравнения с решениемявляется следствием уравнения 2х—6= 0. В самом деле, корнем уравнения 2х — 6=0 является х=3, а при этом значении многочлен Сложные алгебраические уравнения с решениемобращается в нуль.

Если множества М и N корней уравнений (1) и (2) совпадают, то эти уравнения называются равносильными. Иными словами, уравнения

Сложные алгебраические уравнения с решением

Сложные алгебраические уравнения с решением

равносильны, если всякий корень уравнения (2) является корнем уравнения (3) и, обратно, всякий корень уравнения (3) является корнем уравнения (2).

В частности, уравнения равносильны, если множества М и N — пусты, то есть если каждое из уравнений не имеет решений.

Если уравнения (2) и (3) равносильны, то каждое из них явля­ется следствием другого.

Следует отметить, что понятие равносильности уравнений существенно зависит от того, какие значения корней считаются до­пустимыми. Рассмотрим, например, уравнения:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Сложные алгебраические уравнения с решением

Корнями первого уравнения является число х=3, а второго — числа Сложные алгебраические уравнения с решениемТак как эти множества различны, то уравнения (4) и (5) не являются равносильными. Но если рассматривать лишь рациональные значения корней уравнения, то уравнения (4) и (5) оказываются равносильными — ибо они имеют по единственному рациональному корню х = 3. Как правило, мы будем в дальнейшем рассматривать равносильность относительно множества всех действительных чисел. Иными словами, уравнения будут считаться равносильными, если они имеют одни и те же действительные корни.

Совокупности уравнений

Пусть задано несколько уравнений

Сложные алгебраические уравнения с решением

и требуется найти все значения х, которые удовлетворяют хотя бы одному из этих уравнений. Тогда говорят, что задана совокупность уравнений, а такие значения х называют решениями или корнями этой совокупности. Следует различать совокупность уравнений и систему уравнений — для системы уравнений требуется искать значения неизвестных, которые удовлетворяют всем урав­нениям, а для совокупности — хотя бы одному из уравнений.

Чтобы отличать совокупность уравнений от системы уравнений, мы будем обозначать совокупность квадратными скобками, а систему — фигурными скобками.

Сложные алгебраические уравнения с решением

имеет одно решение Сложные алгебраические уравнения с решением, а совокупность тех же уравнений

Сложные алгебраические уравнения с решением

имеет три решения Сложные алгебраические уравнения с решением

Обозначим множество решений уравнения Сложные алгебраические уравнения с решениемчерез Сложные алгебраические уравнения с решениема мно­жество решений совокупности уравнений (1) через N. Тогда Сложные алгебраические уравнения с решениемНапример, множество решений совокупности

Сложные алгебраические уравнения с решением

состоит из чисел 2, 3 (решений уравнения Сложные алгебраические уравнения с решением1, —1 (решений уравнения Сложные алгебраические уравнения с решением) и —7 (решения уравнения Сложные алгебраические уравнения с решениемЧисло х=3 является решением, хотя при этом значении не определена функция Сложные алгебраические уравнения с решением

Две совокупности уравнений

Сложные алгебраические уравнения с решением

называются равносильными, если они имеют одно и то же множество корней.

Например, совокупности уравнений

Сложные алгебраические уравнения с решением

равносильны — их корнями являются числа 2, —2 и —3.

Преобразования уравнений

При решении уравнений мы переходим от одного уравнения к другому, пока не придем к уравне­нию вида х = а или совокупности уравнений такого вида. Возьмем, например, уравнение

Сложные алгебраические уравнения с решением

Прибавляя к обеим частям этого уравнения (—Зх+3) и приводя подобные члены, получаем уравнение

Сложные алгебраические уравнения с решением

А теперь умножим обе части уравнения (2) на и получим, что

Сложные алгебраические уравнения с решением

В процессе решения этого уравнения мы прибавляли к обеим частям уравнения некоторое алгебраическое выражение (а именно, —Зх+3), умножали обе части уравнения на одно и то же число (а именно, наСложные алгебраические уравнения с решением). Кроме того, мы выполняли тождественные преоб­разования. Заметим, что уравнения (1), (2) и (3) имели одно и толь­ко одно решение х = 2. Таким образом, все проведенные преобра­зования приводили к уравнениям, равносильным первоначальному уравнению (1), имевшим с ним одно и то же решение.

Однако не всегда одинаковые преобразования обеих частей уравнения приводят к уравнению, равносильному первоначальному. Рассмотрим уравнение:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Его решением является х = 3. Если же мы умножим обе части уравнения на х — 2, то получим уравнение:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Это уравнение, кроме решения х=3, имеет еще решение х= 2— оно имеет лишний корень по сравнению с (4).

С другой стороны, если мы возьмем уравнение (5), имеющее решения х=2, х=3, и «сократим» его на х — 2 (то есть разделим обе части уравнения на х — 2), то получим уравнение 2х+1= =х+4 с единственным решением х=3. Значит, здесь мы в про­цессе решения потеряли корень х=2.

Не является «безобидным» и прибавление к обеим частям уравнения одного и того же алгебраического выражения. Например, уравнение

Сложные алгебраические уравнения с решением

имеет решение х =2. Но если прибавить к обеим частям этого уравнения выражение Сложные алгебраические уравнения с решением, то получим уравнение

Сложные алгебраические уравнения с решением

для которого х =2 не является решением — обе части этого уравнения не имеют смысла при х=2. Таким образом, произошла по­теря решения.

Эти примеры наглядно показывают, что при преобразовании уравнений необходима осторожносгь — неправильно преобразуя уравнение, мы можем как приобрести лишние решения, так и поте­рять решения данного уравнения. При этом надо иметь в виду, что приобретение лишних решений не столь опасно, как потеря сущест­вующих. Ведь после того, как уравнение решено, можно подставить все найденные решения в заданное уравнение и отобрать те из реше­ний, которые ему удовлетворяют. А потерянные решения восстано­вить уже нельзя.

Из изложенного видно, что, прежде чем решать конкретные ви­ды уравнений, надо познакомиться с общей теорией уравнений, выяснить, какие преобразования приводят к равносильным уравне­ниям, какие дают посторонние решения, а при каких решения мо­гут быть потеряны. Только после этого мы сможем решать урав­нения «с открытыми глазами».

Теоремы о равносильности уравнений

Сформулируем сна­чала условия, при которых одно уравнение является следствием другого уравнения. Потом из этих условий будут получены условия равносильности уравнений.

Теорема:

Если к обеим частям уравнения

Сложные алгебраические уравнения с решением

прибавить функцию Сложные алгебраические уравнения с решениемимеющую смысл при всех допустимых значениях неизвестного х, то получится новое уравнение

Сложные алгебраические уравнения с решением

являющееся следствием данного.

Доказательство:

В самом деле, пусть а—корень уравнения (1). Тогда f(а)=F(а). Но Сложные алгебраические уравнения с решениемявляется некоторым числом, так как по условию функция Сложные алгебраические уравнения с решениемопределена для всех допустимых значений х и, в частности, при х=а. Прибавим к обеим частям числового равенства f(a)=F(а) число Сложные алгебраические уравнения с решением. Получим равенство

Сложные алгебраические уравнения с решением

которое показывает, что число а является корнем уравнения (2). Таким обра­зом, всякий корень уравнения (1) является корнем уравнения (2), то есть уравнение (2) является следствием уравнения (1).

Условие, что функция Сложные алгебраические уравнения с решениемопределена при всех допустимых значениях х, существенно. Если Сложные алгебраические уравнения с решениемне определено при х=а, где а — решение уравния (1), то уравнение (2) не является следствием уравнения (1) и уравнения (1) и (2) неравносильны: х = а является решением для (1), но не является ре­шением для уравнения (2). Примером могут служить уравнения (6) и (7) из п. 5.

Прибавление к обеим частям уравнения одного и того же выражения не может привести к приобретению посторонних корней, если это прибавление не сопровождается приведением подобных членов или иными преобразованиями, меняющими область определения уравнения (например, сокращением дробей). Рассмотрим, например, уравнение

Сложные алгебраические уравнения с решением

Если прибавить к обеим частям — Сложные алгебраические уравнения с решениеми привести подобные члены, то получим уравнение Зх +1= 9 — х, имеющее решение х = 2. Это решение не принадлежит области определения исходного уравнения и потому не удовлетворяет ему.

Перейдем к вопросу об умножении обеих частей уравнения на одно и то же выражение.

Теорема:

Если обе части уравнения

Сложные алгебраические уравнения с решением

умножить на функцию Сложные алгебраические уравнения с решением, имеющую смысл при всех допустимых значениях х, то получится новое уравнение

Сложные алгебраические уравнения с решением

являющееся следствием уравнения (3).

Доказательство.

Пусть а — корень уравнения (3). Тогда справедливо равенство f(а)=F(а). Умножим обе части этого равенства на число Сложные алгебраические уравнения с решением. Мы получим числовое равенство Сложные алгебраические уравнения с решениемОно показывает, что а является корнем и уравнения (4). Таким образом, всякий корень уравнения (3) является корнем уравнения (4), то есть (4) — следст­вие (3).

Из доказанных теорем следует, например, что уравнение

Сложные алгебраические уравнения с решением

является следствием уравнения

Сложные алгебраические уравнения с решением

Действительно, уравнение (5) получается из уравнения (6) прибавлением к обеим частям функции Зх+2 и умножением полученного уравнения на х + 2.

Многочлены определены при всех значениях х. Поэтому прибавление к обеим частям уравнения многочлена, равно как и умножение обеих частей

уравнения на многочлен, приводит к уравнению, являющемуся следствием исходного.

Оговорка о том, что Сложные алгебраические уравнения с решениемдолжно иметь смысл при всех допустимых зна­чениях х, существенна для справедливости теоремы 2. Рассмотрим, напри­мер, уравнение

Сложные алгебраические уравнения с решением

и умножим обе части этого уравнения на Сложные алгебраические уравнения с решениемМы получим уравнение Сложные алгебраические уравнения с решениемОно уже не является следствием исходного: уравнение (7) имеет корни 2 и 3, а уравнение Сложные алгебраические уравнения с решением— лишь корень 3. При­чиной потери корня явилось то, что функция Сложные алгебраические уравнения с решениемне определена при х = 2, а это значение как раз является корнем заданного уравнения.

Докажем теперь теоремы о равносильности уравнений. Чтобы доказать равносильность двух уравнений, надо показать, что пер­ вое из них является следствием второго, а второе — следствием первого.

Теорема:

Если функция Сложные алгебраические уравнения с решениемопределена при всех допустимых значениях неизвестного х, то уравнения

Сложные алгебраические уравнения с решением

Сложные алгебраические уравнения с решением

Доказательство:

Мы уже видели, что при условии теоремы уравнение (9) является следствием уравнения (8). Но уравнение (8) в свою очередь получается из уравнения (9) прибавлением к обеим частям функции — Сложные алгебраические уравнения с решениеми приведением подобных членов.

Так как функция Сложные алгебраические уравнения с решениемопределена при всех допустимых значениях х, то уравнение (8) является следствием уравнения (9). Тем самым доказано, что уравнения (8) и (9) равносильны.

Из доказанной теоремы вытекает правило перенесения слагае­мых из одной части уравнения в другую: если некоторое слагаемое данного уравнения перенести из одной части в другую, изменив знак этого слагаемого на противоположный, то получится уравнение, равносильное данному.

В самом деле, в силу теоремы 3 уравнения

Сложные алгебраические уравнения с решением

Сложные алгебраические уравнения с решением

равносильны: уравнение (11) получается путем прибавления функции — Сложные алгебраические уравнения с решениемк обеим частям уравнения (10) и приведения подобных членов.

Кратко правило перенесения слагаемых формулируют так: всякое слагаемое можно перенести из одной части уравнения в другую, изменив при этом его знак на противоположный.

Из доказанной теоремы вытекает, что всякое уравнение f(х) =F(х) можно заменить равносильным ему уравнением вида Ф(х) = 0. Для этого достаточно перенести F(х) в левую часть уравнения, заменив знак на противоположный, и положить f(х)— F(х) =Ф (х).

Теорема:

Если функция Сложные алгебраические уравнения с решениемопределена для всех допустимых значений х и ни при одном допустимом значении х не обращается в нуль, то уравнения

Сложные алгебраические уравнения с решением

Сложные алгебраические уравнения с решением

Доказательство:

Мы уже видели (теорема 2), что уравнение (13) является следствием уравнения (12). Докажем, что уравнение (12) в свою очередь является следствием уравнения (13). Уравнение (12) получается из уравнения (13) умножением обеих частей на функцию Сложные алгебраические уравнения с решениемТак как по условию функция Сложные алгебраические уравнения с решениемопределена для всех допустимых значений х и не обращается при этих значениях в нуль, то функция Сложные алгебраические уравнения с решениемтакже опре­делена при всех допустимых значениях х. Поэтому уравнение (12) является следствием уравнения (13), а значит, эти уравнения равносильны.

Из доказанной теоремы вытекает, например, что уравнения

Сложные алгебраические уравнения с решением

равносильны в области действительных чисел. В самом деле, урав­нение (15) получается из уравнения (14) умножением на функцию Сложные алгебраические уравнения с решением, а эта функция всюду определена и не обращается в нуль при действительных значениях х.

Сложные алгебраические уравнения с решением

Сложные алгебраические уравнения с решением

не являются равносильными — второе получается из первого умножением на функцию Сложные алгебраические уравнения с решением, а эта функция обращается в нуль при х = ± 1. Поэтому второе уравнение, кроме корня Сложные алгебраические уравнения с решениемудовлетворяющего и первому уравнению, имеет еще и корни Сложные алгебраические уравнения с решениемСложные алгебраические уравнения с решением

Уравнения (12) и (13) могут быть неравносильными и в том случае, когда множитель Сложные алгебраические уравнения с решениемтеряет смысл при некоторых допустимых значениях неизвестного. Например, уравнения

Сложные алгебраические уравнения с решением

Сложные алгебраические уравнения с решением

неравносильны: множитель Сложные алгебраические уравнения с решениемтеряет смысл при х = 2, а x = 2 как раз является корнем уравнения Сложные алгебраические уравнения с решением

Если в ходе решения уравнения приходилось умножать обе части этого уравнения на выражение Сложные алгебраические уравнения с решением, содержащее неизвестное, то надо проверить две вещи: а) Не обращается ли Сложные алгебраические уравнения с решениемв нуль при допустимых значениях не­ известного? б) Не теряет ли Сложные алгебраические уравнения с решениемсмысл при некоторых допустимых значениях неизвестного?

В первом случае среди найденных корней могут оказаться посторонние корни, и надо проверить все найденные корни, удов­летворяют ли они первоначально заданному уравнению. Во вто­ром же случае возможна потеря корней, и мы должны подставить в заданное уравнение значения неизвестного, при которых теряет смысл Сложные алгебраические уравнения с решением— среди этих значений могут оказаться потерянные в ходе решения корни уравнения.

Из теоремы 4 непосредственно вытекает справедливость утверждения: если обе части уравнения умножить на произвольное отлич­ное от нуля число, то получим уравнение, равносильное данному.

Это утверждение кратко формулируют так: обе части уравнения можно умножать на произвольное отличное от нуля число.

Видео:Как решать дробно-рациональные уравнения? | МатематикаСкачать

Как решать дробно-рациональные уравнения? | Математика

Уравнения с одним неизвестным

Алгебраические уравнения с одним неизвестным:

Рациональным алгебраическим уравнением с одним неизвестным называют уравнение вида

Сложные алгебраические уравнения с решением

где R(х) — алгебраическая дробь относительно х. К такому виду можно в силу теорем 3 и 5, привести любое уравнение Сложные алгебраические уравнения с решениемСложные алгебраические уравнения с решением— алгебраические дроби. Например, уравнение

Сложные алгебраические уравнения с решением

является рациональным алгебраическим. В дальнейшем мы будем называть такие уравнения просто алгебраическими.

Применяя теоремы о равносильности уравнений, можно заменить каждое уравнение вида (1) равносильным ему уравнением вида:

Сложные алгебраические уравнения с решением

где f(x)— многочлен от х. Для этого надо записать дробь R(x) в ви­де отношения двух многочленов. Мы получим уравнение:

Сложные алгебраические уравнения с решением

где f(х) и Сложные алгебраические уравнения с решением— многочлены от х. Но дробь может равняться нулю лишь в случае, когда равен нулю ее числитель. Поэтому решение уравнения (1) сводится к решению уравнения f(x)=0, где f(х) — многочлен от х. При этом нужно иметь в виду, что решениями уравнения (1) являются лишь те корни уравнения (2), при которых дробь R(x) имеет смысл (то есть Сложные алгебраические уравнения с решениемотлично от нуля).

Пример:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Перенесем Сложные алгебраические уравнения с решениемв левую часть уравнения и приведем получившуюся сумму к общему знаменателю. Получим уравнение:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Приравнивая нулю числитель этой дроби, получаем уравнение х—2=0, корнем которого является число х=2. Однако при x=2 дробь Сложные алгебраические уравнения с решениемне определена. Поэтому заданное уравне­ние корней не имеет.

Метод разложения на множители

Рассмотрим некоторые методы решения алгебраических уравнений, а также отдельные виды таких уравнений.

Выше было сказано, что при решении уравнения его заменяют другими уравнениями или совокупностями уравнений, равносильными заданному, но более простыми

Рассмотрим следующий пример. Пусть надо решить уравнение:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Мы знаем, что произведение может равняться нулю тогда и только тогда, когда хоть один из его сомножителей равен нулю. Поэтому, чтобы решить уравнение (1), надо найти все значения, при кототых хоть один из сомножителей равен нулю. А это все равно, что решить совокупность уравнений

Сложные алгебраические уравнения с решением

Решая ее, находим для х значения Сложные алгебраические уравнения с решениеми 6. Они и дают корни уравнения (1).

Метод, примененный для решения уравнения (1), в общем виде формулируется так.

Теорема:

Если функции Сложные алгебраические уравнения с решениемопределены на некотором множестве М, то на этом множестве уравнение

Сложные алгебраические уравнения с решением

равносильно совокупности уравнений

Сложные алгебраические уравнения с решением

Доказательство:

Пусть а — одно из решений совокупности (3). Это означает, что а является корнем одного из уравнений этой совокуп­ности, например, уравнения Сложные алгебраические уравнения с решениема все остальные функции Сложные алгебраические уравнения с решениемопреде­лены при х = а. Но тогда

Сложные алгебраические уравнения с решением

так как один из сомножителей Сложные алгебраические уравнения с решениемравен нулю. Следовательно, любое решение совокупности (3) является корнем уравнения (2).

Наоборот, пусть а — корень уравнения (2). Тогда f (а)=0, то есть Сложные алгебраические уравнения с решениемНо произведение равно нулю лишь в случае, когда хоть один из сомножителей равен нулю. Поэтому хотя бы одно из чисел Сложные алгебраические уравнения с решениемравно нулю. Это означает, что а является корнем хотя бы одного из уравнений Сложные алгебраические уравнения с решениемто есть одним из решений совокупно­сти уравнений (3).

Пример:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Левая часть этого уравнения разлагается на множители следующим образом:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Отсюда следует, что уравнение (4) равносильно совокупности уравнений:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Решая уравнения этой совокупности, получаем корни урав­нения (4):

Сложные алгебраические уравнения с решением

Сложные алгебраические уравнения с решением

Сложные алгебраические уравнения с решением

не равносильны, так как при х = 0 функция Сложные алгебраические уравнения с решениемне определена. На множестве же Сложные алгебраические уравнения с решениемони равносильны.

В некоторых случаях разложение на множители связано с искусственными преобразованиями. Рассмотрим, например, уравне­ние:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Нетрудно заметить, что

Сложные алгебраические уравнения с решением

Поэтому уравнение (б) можно записать в виде:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Таким образом, все свелось к решению совокупности двух квадратных уравнений:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Решая их, находим корни уравнения (6):

Сложные алгебраические уравнения с решением

Метод введения нового неизвестного

Наряду с методом разложения на множители часто применяется другой метод — введе­ние нового неизвестного.

Рассмотрим следующий пример:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Если раскрыть скобки, то получится уравнение четвертой степени, решить которое довольно сложно. Мы поступим иначе. Обозначим Сложные алгебраические уравнения с решениемчерез r. Тогда Сложные алгебраические уравнения с решением

Поэтому уравнение (1) после введения нового неизвестного z принимает вид

Сложные алгебраические уравнения с решением

Решая это квадратное уравнение, получаем, что его корни равны: Сложные алгебраические уравнения с решением

Но Сложные алгебраические уравнения с решениемПоэтому х удовлетворяет или уравнению Сложные алгебраические уравнения с решениемили уравнению Сложные алгебраические уравнения с решениемто есть совокупности уравнений:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Решая ее, получаем:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Метод, примененный для решения уравнения (1), в общем виде заключается в следующем.

Пусть дано уравнение F(х)=0 и пусть функцию F(х) можно представить в виде Сложные алгебраические уравнения с решениемтак что уравнение F (х)=0 записывается в виде

Сложные алгебраические уравнения с решением

Введем новое неизвестное z, положив Сложные алгебраические уравнения с решениемТогда вместо уравнения (1) получаем уравнение относительно Сложные алгебраические уравнения с решениемДока­жем следующую теорему.

Теорема:

Если а — один из корней уравнения f(z) = 0, а b — один из корней уравнения Сложные алгебраические уравнения с решениемто b является одним из корней уравнения F(х)=0, где Сложные алгебраические уравнения с решением. Обратно, если b — корень уравнения F(х)=0, то Сложные алгебраические уравнения с решением— один из корней уравнения f(z)= 0 .

Доказательство. Пусть b — корень уравнения Сложные алгебраические уравнения с решениемгде а — корень уравнения f (z)=0; f(а) =0. Тогда Сложные алгебраические уравнения с решениеми потому

Сложные алгебраические уравнения с решением

Таким образом, b удовлетворяет уравнению F (х) = 0.

Обратно, пусть b — корень уравнения F(х)=0 и Сложные алгебраические уравнения с решениемТогда

Сложные алгебраические уравнения с решением

Следовательно, а — корень уравнения f(z)=0. Теорема доказана.

Из доказанной теоремы следует, что решение уравнения вида Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решениемсводится к следующему: сначала находят корни Сложные алгебраические уравнения с решениемуравнения f(z) =0; после этого надо решить все уравнения Сложные алгебраические уравнения с решениемСовокупность корней этих уравнений и дает решение уравнения (2).

Биквадратные уравнения

Метод замены неизвестного при­ меняется для решения уравнений вида

Сложные алгебраические уравнения с решением

Такие уравнения называют биквадратными. Чтобы решить уравнение (1), положим Сложные алгебраические уравнения с решениемТогда получим квадратное уравнение:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Его корнями являются числа:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Поэтому корни уравнения (1) получаются путем решения уравнений Сложные алгебраические уравнения с решениемЗначит, мы получаем четыре корня для уравнения (1)

Сложные алгебраические уравнения с решением

Четыре корня возникают при различных комбинациях знаков:

Сложные алгебраические уравнения с решением

При решении биквадратных уравнений (как и при решении квадратных уравнений) иногда приходится извлекать квадратные корни из отрицательных чисел. Это приводит к так называемым комплексным числам, которые будут изучены в главе V.

Пример. Решить уравнение

Сложные алгебраические уравнения с решением

Полагая Сложные алгебраические уравнения с решениемполучаем квадратное уравнение:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Его корнями являются числа Сложные алгебраические уравнения с решениемЗначит, корни урав­нения (8) имеют вид:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Возвратные уравнения 3-й и 4-й степеней

Многочлен n-й степени

Сложные алгебраические уравнения с решением

называется возвратным, если его коэффициенты, одинаково уда­ ленные от начала и от конца, равны между собой. Иными словами, коэффициенты возвратного многочлена n-й степени удовлетворяют условию Сложные алгебраические уравнения с решением

Алгебраическое уравнение вида f(х)=0, где f(х) — возврат­ный многочлен, называют возвратным уравнением. Примерами та­ких уравнений являются:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Рассмотрим решение возвратных уравнений третьей и четвер­той степеней. Возвратное уравнение третьей степени имеет вид:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Группируя члены, разложим выражение в левой части уравнения на множители:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Отсюда видно, что одним из корней уравнения (1) является х=—1 . Два других корня получаются путем решения квадратного уравнения

Сложные алгебраические уравнения с решением

Пример:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Разлагая левую часть уравнения на множители, получаем:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Корни квадратного уравнения Сложные алгебраические уравнения с решениемравны Сложные алгебраические уравнения с решениемПоэтому корнями заданного уравнения являются числа Сложные алгебраические уравнения с решениемСложные алгебраические уравнения с решением

Приведем пример задачи, сводящейся к разобранному типу уравнений.

Задача:

Из квадратного листа жести со стороной а см вы­резают по углам четыре квадратика со стороной х см и делают из получившейся фигуры коробку. При каком значении х объем коробки равен Сложные алгебраические уравнения с решением?

Решение:

Основанием коробки является квадрат со сторо­ной а-2x, а ее высота равна х. Значит, объем коробки равен Сложные алгебраические уравнения с решениемПо условию имеем уравнение:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Сложные алгебраические уравнения с решением

Положим Сложные алгебраические уравнения с решением. Мы получим для z уравнение

Сложные алгебраические уравнения с решением

Разлагая на множители, получаем

Сложные алгебраические уравнения с решением

Поэтому корни нашего уравнения равны

Сложные алгебраические уравнения с решением

Сложные алгебраические уравнения с решением

Из условия задачи следует, что Сложные алгебраические уравнения с решениемПоэтому Сложные алгебраические уравнения с решениемне удовлетворяет условию. Итак, либо Сложные алгебраические уравнения с решением, либо Сложные алгебраические уравнения с решением

Теперь рассмотрим возвратное уравнение 4-й степени:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Так как Сложные алгебраические уравнения с решениемто х=0 не является корнем этого уравнения. Поэтому если разделить обе части уравнения (2) на Сложные алгебраические уравнения с решениемто получим равносильное уравнение:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Введем новое неизвестное z, положив Сложные алгебраические уравнения с решением. Так как Сложные алгебраические уравнения с решениемСложные алгебраические уравнения с решением

Следовательно, уравнение (3) превращается в квадратное уравнение отно­сительно z

Сложные алгебраические уравнения с решением

Решив это уравнение, найдем его корни Сложные алгебраические уравнения с решениемЧтобы найти х, остается решить совокупность уравнений:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Она сводится к совокупности квадратных уравнений:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Пример. Решить уравнение

Сложные алгебраические уравнения с решением

Перепишем это уравнение в виде

Сложные алгебраические уравнения с решением

и введем новое неизвестное Сложные алгебраические уравнения с решением. Получим уравнение:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Сложные алгебраические уравнения с решением

Решая его, находим: Сложные алгебраические уравнения с решением. Чтобы найти корни уравнения (4), надо решить уравнения:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Из них получаем:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Наряду с уравнениями вида (1) и (2) рассматривают так называемые кососимметричные уравнения, или, иначе, возвратные уравнения второго рода. При n=4 они имеют вид:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Это уравнение сводится к

Сложные алгебраические уравнения с решением

После этого вводят новое неизвестное по формуле Сложные алгебраические уравнения с решением. Так как Сложные алгебраические уравнения с решениемто уравнение (6) сводится к квадратному уравнению Сложные алгебраические уравнения с решениемДальнейшее решение ведется так же, как и для обычных возвратных уравнений.

Решение заданий и задач по предметам:

Дополнительные лекции по высшей математике:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением Сложные алгебраические уравнения с решением

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Видео:Решение уравнений в несколько действий. Как объяснить ребенку решение уравнений?Скачать

Решение уравнений в несколько действий. Как объяснить ребенку решение уравнений?

Об уравнениях высших степеней

Сложные алгебраические уравнения с решением

Как правило в физике, информатике и экономике мы сталкиваемся с простейшими линейными, или дробно-рациональными уравнениями, реже с квадратными. А что до уравнений третьей и четвёртой степени? Если вам интересно, то прошу под кат.

Для начала рассмотрим понятие уравнения высшей степени. Уравнением высшей степени, называется уравнение вида:

Сложные алгебраические уравнения с решением
В этой статье я рассмотрю:

1. Кубические уравнения.
2. Возвратные кубические.
3. Применение схемы Горнера и теоремы Безу.
4. Возвратные биквадратные уравнения.

Видео:Уравнение четвертой степениСкачать

Уравнение четвертой степени

Кубические уравнения

Кубические уравнения, это уравнения, в которых у неизвестной при старшем члене степень равна 3. Кубические уравнения имеют следующий вид:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Решать такие уравнения можно по разному, однако мы воспользуемся знаниями базовой школы, и решим кубическое уравнение методом группировки:

Сложные алгебраические уравнения с решением

В данном примере используется метод группировки, группируем первые два и последние два члена, получая равные скобки, снова выносим, получая уравнение из двух скобок.

Произведение равно нулю тогда, и только тогда, если хотя бы один из множителей равен нулю, на основании этого мы каждый множитель (скобку) приравниваем к нулю, получая неполное квадратное и линейное уравнения.

Также стоит отметить, что максимальное количество корней уравнения, равно степени неизвестной при главном члене, так в кубическом уравнении может быть не более трёх корней, в биквадратном (4-ой степени) не более четырёх корней и. т. д.

Видео:Математика без Ху!ни. Метод Гаусса.Скачать

Математика без Ху!ни. Метод Гаусса.

Возвратные кубические уравнения

Возвратные кубические уравнения имеют вид:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Возвратными они называются потому что коэффициенты будут зеркально повторяться. Подобные уравнения тоже решаются школьными методами, но чуть хитрее:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Сначала производится группировка, потом при помощи формул сокращённого умножения мы раскладываем получаемое на множители. Снова получаем 2 равные скобки, «выносим их». Получаем два множителя (скобки) и решаем их как два различных уравнения.

Видео:Как решить сложные уравненияСкачать

Как решить сложные уравнения

Теорема Безу и схема Горнера

Теорема Безу была открыта, как ни удивительно, Этьеном Безу, французским математиком, занимавшимся в основном алгеброй. Теорему Безу, можно сформулировать следующим образом:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Давайте разберёмся. P(x) — это какой-либо многочлен от x, (x — a) — это двучлен в котором a — это один из целых корней уравнения, который мы находим среди делителей свободного члена.

Три точки, это оператор обозначающий что одно выражение делится на другое. Из этого следует что найдя хотя бы один корень данного уравнения, мы сможем применить к нему эту теорему. Но зачем нужна эта теорема, каково её действие? Теорема Безу — это универсальный инструмент, если вы хотите понизить степень многочлена. Например, при её помощи, кубическое уравнение, можно превратить в квадратное, биквадратное, в кубическое и т. д.

Но одно дело понять, а как поделить? Можно конечно, делить и в столбик, однако этот метод доступен далеко не всем, да и вероятность ошибиться очень высока. Поэтому есть и иной путь, это схема Горнера. Её работу я поясню на примере. Предположим:

Сложные алгебраические уравнения с решением

И так, нам дан многочлен, и мы возможно заранее нашли один из корней. Теперь мы рисуем небольшую табличку из 6 столбцов и 2 строк, в каждый столбец первой строки (кроме первого), мы вносим коэффициенты уравнения. А в первый столбец 2 строки мы вносим значение a (найденный корень). Потом первый коэффициент, в нашем случае 5, мы просто сносим вниз. Значения последующих столбиков мы рассчитываем так:

Сложные алгебраические уравнения с решением

(Картинка позаимствована здесь)
Далее поступаем точно так же и с остальными столбцами. Значение последнего столбца (2 строки) будет остатком от деления, в нашем случае 0, если получается число отличное от 0, значит надо избрать другой подход. Пример для кубического уравнения:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Видео:Сложные уравнения со скобками. Как решать уравнения в несколько действий в 5 классе.Скачать

Сложные уравнения со скобками. Как решать уравнения в несколько действий в 5 классе.

Возвратные биквадратные уравнения

Выше мы так же рассматривали возвратные кубические уравнения, а теперь разберём биквадратные. Их общий вид:

Сложные алгебраические уравнения с решением

В отличие от кубического возвратного уравнения, в биквадратном пары, относительно коэффициентов, есть не у всех, однако в остальном они очень схожи. Вот алгоритм решения таких уравнений:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Как видно, решать такие уравнения совсем не просто. Но я всё равно разберу и этот случай. Начинается решение с деления всего уравнения на x^2. Далее мы группируем, здесь я специально ввёл дополнительную строку для ясности. После этого мы совершаем хитрость, и вводим в первую скобку 2, которую мы сначала прибавляем, а после вычитаем, сумма всё равно не изменится, зато теперь мы можем свернуть эту скобку в квадрат суммы.

Уберём -2 из скобки, предварительно домножив его на a, после чего вводим новую переменную, t и получаем квадратное уравнение.

А теперь перейдём к примеру:

Сложные алгебраические уравнения с решением

Основная часть так же как и в обобщённом алгоритме, делим на x^2, группируем, сворачиваем в полный квадрат, выполняем подстановку переменной и решаем квадратное уравнение. После этого полученные корни подставляем обратно, и решаем ещё 2 квадратных уравнения (с умножением на x).

Видео:Решение биквадратных уравнений. 8 класс.Скачать

Решение биквадратных уравнений. 8 класс.

Область применения

В виду своей громоздкости и специфичности уравнения высших степеней редко находят себе применение. Однако примеры всё же есть, уравнение Пуассона для адиабатических процессов в Физике.

💥 Видео

Линейное уравнение с двумя переменными. 7 класс.Скачать

Линейное уравнение с двумя переменными. 7 класс.

ЛИНЕЙНЫЕ УРАВНЕНИЯ - Как решать линейные уравнения // Подготовка к ЕГЭ по МатематикеСкачать

ЛИНЕЙНЫЕ УРАВНЕНИЯ - Как решать линейные уравнения // Подготовка к ЕГЭ по Математике

Решение системы уравнений методом ГауссаСкачать

Решение системы уравнений методом Гаусса

Задание 9 на ОГЭ по математике 2023 / Разбираем все типы уравнений за 5 минут!Скачать

Задание 9 на ОГЭ по математике 2023 / Разбираем все типы уравнений за 5 минут!

Алгебра 8. Урок 11 - Дробно-рациональные уравненияСкачать

Алгебра 8. Урок 11 - Дробно-рациональные уравнения

Решение систем уравнений методом сложенияСкачать

Решение систем уравнений методом сложения
Поделиться или сохранить к себе: