Теоремы о равносильности систем уравнений (8 видео)

Содержание

Равносильные системы уравнений, равносильные преобразования
Определение равносильных систем уравнений
Равносильны ли данные системы уравнений?
Равносильные преобразования систем уравнений
2.1.7 Равносильность уравнений, систем уравнений
Конспект лекции для 10-11 классов по теме «Равносильность уравнений»
💡 Видео

Видео:11 класс, 26 урок, Равносильность уравненийСкачать

Равносильные системы уравнений, равносильные преобразования

В этой статье мы поговорим про равносильные системы уравнений. Здесь мы дадим соответствующее определение, а также разберем, какие существуют преобразования, позволяющие переходить от исходной системы уравнений к равносильной ей системе.

Навигация по странице.

Видео:Равносильность уравнений и неравенств. Видеоурок 7. Алгебра 10 классСкачать

Определение равносильных систем уравнений

В учебниках [1, с. 199; 2, с. 74] дается определение равносильных систем уравнений с двумя переменными:

Две системы уравнений с двумя переменными называются равносильными, если они имеют одни и те же решения или если обе системы не имеют решений.

В старших классах оно обобщается на системы с любым числом уравнений и переменных [3, с. 265] :

Две системы уравнений называются равносильными, если они имеют одни и те же решения или если обе системы не имеют решений.

Примеры равносильных и неравносильных систем приведем в следующем пункте.

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

Равносильны ли данные системы уравнений?

Чтобы сделать вывод о равносильности или неравносильности данных систем уравнений на основе определения, надо наперед знать решения этих систем. Приведем пример. Пусть нам известно, что системы уравнений и не имеют решений (это достаточно очевидно: первая содержит не имеющее решений уравнение 0·x=4 , а вторая – уравнение |x|=−1 ). А по определению системы уравнений, которые не имеют решений, равносильны.

Чтобы доказать неравносильность систем уравнений, достаточно привести одно частное решение, являющееся решением одной системы, но не являющееся решением другой. Например, легко обосновать, что системы уравнений и неравносильны. Действительно, пара (0, 0) является решением первой системы, при этих значениях переменных оба уравнения системы обращаются в верные числовые равенства 0=0 и 0=−0 , но не является решением второй, так как ее второе уравнение при подстановке этих значений дает неверное равенство 0−0=2 . А по определению решения равносильных систем должны быть одинаковыми.

А как доказать равносильность систем уравнений, если их решения неизвестны? Конечно, можно найти решения, после чего сделать вывод касательно равносильности на основе определения. Но иногда для этого решать системы необязательно, это касается тех случаев, когда видно, что одна система получена из другой при помощи некоторых так называемых равносильных преобразований. Их мы подробно изучим в следующем пункте, а пока приведем пример.

Рассмотрим две системы уравнений и . При внимательном взгляде на их записи можно заметить следующие вещи: уравнение второй системы есть результат почленного сложения соответствующих частей уравнений первой системы, а второе уравнение второй системы получено из второго уравнения первой системы посредством переноса слагаемого в другую часть. Описанные преобразования являются равносильными, и в результате их проведения получается система, равносильная исходной. Итак, указанные системы равносильны. А мы переходим к разбору основных равносильных преобразований.

Видео:Математика | Система уравнений на желтую звездочку (feat Золотой Медалист по бегу)Скачать

Равносильные преобразования систем уравнений

Существует ряд преобразований, позволяющих преобразовать данную систему уравнений в равносильную ей систему. Они получили название равносильных преобразований, и нашли основное применение при решении систем уравнений. Эти преобразования можно считать свойствами систем уравнений. Рассмотрим и обоснуем основные из них.

Перестановка местами уравнений системы дает равносильную систему уравнений.

Доказательство этого утверждения очевидно. В силу определения решения системы уравнений любое отдельно взятое решение системы уравнений является решением каждого уравнения этой системы. Понятно, что оно является и решением каждого уравнения системы с этими же уравнениями, но переставленными местами, значит, является решением и системы с переставленными местами уравнениями.

К примеру, и — равносильные системы.

Если любое уравнение в системе заменить равносильным уравнением, то полученная система будет равносильна исходной.

Доказательство этого факта тоже лежит на поверхности. Любое решение системы уравнений является решением каждого уравнения системы. Мы также знаем, что равносильные уравнения имеют одинаковые решения. Поэтому, любое решение исходной системы уравнений будет решением всех уравнений системы, в которой какое-то уравнение заменено равносильным ему уравнением, а значит, и решением этой системы.

Важность доказанного свойства огромна: оно дает нам право на работу с отдельными уравнениями системы. С ними мы можем проводить всевозможные уже знакомые нам равносильные преобразования, например, перестановку местами слагаемых, перенос слагаемых из одной части в другую с противоположным знаком, умножение или деление обеих частей уравнения на отличное от нуля число и т.д.

Приведем пример. Пусть дана система . В ее первом уравнении можно выполнить умножение чисел, то есть, заменить его равносильным уравнением 12·x−y=1 . А во втором уравнении можно собрать все слагаемые в левой части, раскрыть скобки, после чего привести подобные слагаемые. В результате получится равносильная система более простого вида .

Если к левой и правой части одного из уравнений системы прибавить соответственно левую и правую часть другого уравнения системы, то полученная система будет равносильна исходной.

Для доказательства покажем, что любое решение изначальной системы уравнений является решением полученной, и обратно, что любое решение полученной системы является решением исходной. Это будет означать равносильность систем.

Любое решение начальной системы является решением каждого ее уравнения, оно обращает все уравнения в верные числовые равенства. Нам известно свойство числовых равенств, которое утверждает, что при почленном сложении верных числовых равенств получается верное равенство. Отсюда следует, что взятое нами решение начальной системы является решением уравнения, полученного в результате почленного прибавления к нему другого уравнения. Поэтому, это решение является решением и полученной системы уравнений, так как является решением каждого ее уравнения.

Теперь обратно. Возьмем любое решение полученной системы, оно является решением каждого ее уравнения, то есть, оно обращает их в верные числовые равенства. Существует свойство, позволяющее выполнять почленное вычитание верных числовых равенств. Вычтем из равенства, соответствующего уравнению, полученному в результате почленного сложения, равенство, соотетствующее прибавленному ранее уравнению. Это даст верное числовое равенство, отвечающее начальному уравнению системы до прибавления к нему другого уравнения. Отсюда следует, что взятое решение будет решением каждого уравнения исходной системы, а значит, и ее решением.

Приведем пример выполнения этого равносильного преобразования. Возьмем систему двух уравнений с двумя переменными . Прибавив к левой и правой части первого уравнения соответственно левую и правую часть второго, получим уравнение с одной переменной 3·y=3 , а система примет вид . Полученная система уравнений имеет более простой вид, но при этом равносильна исходной.

Понятно, что если система содержит три или большее число уравнений, то можно не ограничиваться почленным прибавлением к левой и правой части выбранного уравнения левой и правой части одного уравнения, а прибавлять левые и правые части двух, трех, да хоть всех остальных уравнений системы. В результате этих действий все равно получится равносильная система уравнений.

На доказанном равносильном преобразовании базируется один из методов решения систем уравнений – метод алгебраического сложения.

Если одно из уравнений системы представляет собой переменную, выраженную через другие переменные, то в любое другое уравнение системы можно подставить вместо этой переменной ее выражение, система, полученная в результате такого преобразования, равносильна исходной.

Приведем пример для пояснения. Возьмем систему . В ее первом уравнении переменная x выражена через y . Оставим первое уравнение системы без изменений, а во второе подставим вместо x ее выражение через y , то есть, 2·y−1 . В результате приходим к системе , которая равносильна исходной. Обоснуем это.

Пусть пара (x₀, y₀) – решение исходной системы, тогда x₀=2·y₀−1 и x₀+3·y₀−1=0 – верные числовые равенства. Докажем, что при этом равенство (2·y₀−1)+3·y₀−1=0 тоже верное, что будет доказывать, что (x₀, y₀) является решением системы, полученной после преобразования, а это будет означать, что полученная система имеет те же решения, что и исходная.

Легко показать, что при условии x₀=2·y₀−1 значения выражений x₀+3·y₀−1 и (2·y₀−1)+3·y₀−1 равны. Для этого составим их разность и покажем, что она равна нулю: x₀+3·y₀−1−((2·y₀−1)+3·y₀−1)= (x₀−(2·y₀−1))+(3·y₀−1−(3·y₀−1))= x₀−(2·y₀−1) , а полученное выражение равно нулю в силу равенства x₀=2·y₀−1 . Итак, справедливо равенство x₀+3·y₀−1=(2·y₀−1)+3·y₀−1 , но справедливо и равенство x₀+3·y₀−1=0 , а из них по свойству транзитивности вытекает справедливость равенства (2·y₀−1)+3·y₀−1=0 .

Аналогично доказывается, что любое решение системы уравнений является решением исходной системы. В итоге можно сделать вывод, что системы равносильны.

Суть доказательства рассматриваемого утверждения в общем виде та же. То есть, показывается, что любое решение исходной системы является решением системы, полученной после преобразования, и обратно.

Это равносильное преобразование дает разрешение на решение систем уравнений методом подстановки.

В заключение скажем, что обычно при решении систем уравнений разобранные равносильные преобразования используются сообща и иногда по нескольку раз. Дальше на практике Вы увидите это.

Видео:Алгебра 7 класс (Урок№47 - Равносильность уравнений и систем уравнений.)Скачать

2.1.7 Равносильность уравнений, систем уравнений

Во время преобразования выражений уравнений, их приводят к равносильным уравнениям.

Равносильные — те уравнения, которые имеют одинаковые решения.

Так же равносильными можно считать те уравнения, которые вовсе не имеют корни. Например, равносильное будет то уравнение, в котором поменять местами правые и левые части, или же все члены уравнения разделить или умножить на одно и то же число, если к обеим частям уравнения добавить или отнять одно и то же число. Любое преобразование по математическим правилам также приводит к равносильному уравнению.

Если рациональное уравнение содержит неизвестную в знаменателе, то для получения равносильного уравнения необходимо учитывать ОДЗ, поскольку знаменатель не может превращаться в нуль.

Во время всех преобразований очень важно обращать внимания на ОДЗ, поскольку впоследствии могут появляться посторонние корни, которые не допустимы по ОДЗ.

Например, если в правой и левой части уравнения содержится одинаковый корень, который при приведении подобных уничтожается, необходимо учитывать, что под корнем не может находиться отрицательное число, а все корни, которые приводят выражение под корнем, являются посторонними.

Такая ошибка может так же возникнуть в том случае, когда во время преобразований, справа и слева относительно равно имеются одинаковые знаменатели. Вы имеете право их сократить, но прежде следует найти ОДЗ, в которых указать корни, приводящие знаменатель в нуль, и исключить их.

Один из способов получить равносильное уравнение — разложить его на множители. Существует несколько способов, позволяющих разложить многочлен на множители:

1. С помощью формул сокращенного умножения:

Видео:Матричный метод решения систем уравненийСкачать

Конспект лекции для 10-11 классов по теме «Равносильность уравнений»

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

«Актуальность создания школьных служб примирения/медиации в образовательных организациях»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Определение 1: Два уравнения с одной переменной f ( x )= g ( x ) и p ( x )= h ( x )

называются равносильными , если множества их корней совпадают.

Определение 2: Если каждый корень уравнения f ( x )= g ( x ) (1)

является в тоже время корнем уравнения p ( x )= h ( x ) (2),

то уравнение (2) называют следствием уравнения (1).

Очевидно: Два уравнения равносильны тогда и только тогда, когда каждое из них является следствием другого.

Схема решения любого уравнения:

1.Технический этап. Осуществляется преобразование уравнения (1)→(2)→(3)→(4) …

2 . Анализ решения. Все ли преобразования были равносильными?

Реализация данного плана связана с поиском ответов на четыре вопроса:

Как узнать, является ли переход от одного уравнения к другому равносильным преобразованием?

Какие преобразования могут перевести данное уравнение в уравнение-следствие?

Если мы в конечном итоге решили уравнение-следствие, то как сделать проверку в случае, когда она сопряжена со значительными вычислительными трудностями?

В каких случаях при переходе от одного уравнения к другому может произойти потеря корней и как этого не допустить?

1.Теоремы о равносильности уравнений.

Теорема 1. Если какой либо член уравнения перенести из одной части уравнения в другую с противоположным знаком, то получится уравнение, равносильное данному.

Теорема 2. Если обе части уравнения возвести в одну и ту же нечетную степень, то получится уравнение, равносильное данному.

Теорема 3. Показательное уравнение а f ( x ) =а g ( x ) ( где а>0, а≠1) равносильно уравнению f ( x )= g ( x ).

Определение: Областью определения уравнения f ( x )= g ( x ) или областью допустимых значений (ОДЗ) переменной называют множество тех значений переменной х, при которых одновременно имеют смысл выражения f ( x ) и g ( x ).

Теорема 4. Если обе части уравнения f ( x )= g ( x ) умножить на одно и то же выражение h ( x ), которое:

А) имеет смысл всюду в области определения (в ОДЗ) уравнения f ( x )= g ( x )

Б) нигде в этой области не обращается в 0 –

то получится уравнение f ( x ) h ( x )= g ( x ) h ( x ), равносильное данному.

Следствие («спокойное» утверждение): Если обе части уравнения умножить или разделить на одно и то же отличное от нуля число, то получится уравнение, равносильное данному.

Теорема 5. Если обе части уравнения f ( x )= g ( x ) неотрицательны в области определения уравнения, то после возведения обеих его частей в одну и ту же четную степень n получится уравнение, равносильное данному f ( x ) n = g ( x ) n .

Теорема 6. Если f ( x ) >0 и g ( x ) >0, то логарифмическое уравнение log _а f ( x )= log _а g ( x ), где а>0, а≠1, равносильно уравнению f ( x )= g ( x ).

2. Преобразование данного уравнения в уравнение-следствие.

Если в процессе решения уравнения мы применили заключение одной из теорем 4,5,6, не проверив выполнения ограничительных условий, заложенных в формулировках теорем, то получится уравнение-следствие.

Некоторые переходы от одного уравнения к другому приводят к расширению области определения уравнения. Именно в добавленную часть ОДЗ и «проникают» посторонние корни.

Причины расширения области определения уравнения.

Освобождение в процессе решения уравнения от знаменателей, содержащих переменную величину.

Освобождение в процессе решения уравнения от знаков корней четной степени.

Освобождение в процессе решения уравнения от знаков логарифмов.

Обязательна проверка всех найденных корней, если:

произошло расширение области определ6ения уравнения.

осуществлялось возведение обеих частей уравнения в одну и ту же четную степень.

выполнялось умножение обеих частей уравнения на одно и то же выражение с переменной (разумеется, имеющее смысл во всей области определения уравнения).

3. О проверке корней.

Как правило, самый легкий обходной путь проверки – по области определения (ОДЗ) заданного уравнения. Но не переоценивайте этот способ: он является полноценным только в том случае, когда при решении уравнения других причин нарушения равносильности, кроме расширения области определения, не было (это чаще всего бывает в логарифмических уравнениях). При решении же иррациональных уравнений, где используется метод возведения в квадрат, способ проверки найденных корней по ОДЗ не выручит; лучше, если это возможно, делать проверку подстановкой.

О потере корней.

Причины потери корней при решении уравнений:

деление обеих частей уравнения на одно и то же выражение h ( x ) (кроме тех случаев, когда точно известно, что всюду в области определения уравнения выполняется условие h ( x ) ≠0).

сужение ОДЗ в процессе решения уравнения.

замена уравнения h ( f ( x ))= h ( g ( x )) уравнением f ( x )= g ( x ) в том случае, если функция

у= h ( x ) – немонотонная функция.

Этот метод можно применить только в том случае, если функция у= h ( x ) – монотонная функция.