Как решать
показательные уравнения?
Решение уравнений – навык, который необходим каждому нацеленному на успешную сдачу ЕГЭ и ОГЭ школьнику. Это поможет решить задания №5, 13 и 15 из профильного уровня математики.
Одна из их разновидностей – степенные уравнения, которые иногда также называют показательными. Основная отличительная особенность – наличие переменной (х) не в основании степени, а в самом показателе. Как это выглядит:
Не бойтесь – это самый общий вид показательных уравнений. Реальные примеры выглядят как-то так:
Внимательно посмотрите на приведенные уравнения. В каждом из них присутствует, так называемая, показательная (степенная) функция. При решении необходимо помнить об основных свойствах степени, а также использовать особые правила, помогающие вычислить значение (х). Познакомиться с понятием степени и ее свойствами можно тут и тут.
И вам понадобится умение решать обыкновенные линейные и квадратные уравнения, те, что вы проходили в 7-8 классе. Вот такие:
И так, любое уравнение, в котором вы увидите показательную (степенную) функцию, называется показательным уравнением. Кроме самой показательной функции в уравнении могут быть любые другие математические конструкции – тригонометрические функции, логарифмы, корни, дроби и т.д. Если вы видите степень, значит перед вам показательное уравнение.
Ура! Теперь знаем, как выглядят показательные уравнения, но толку от этого не очень много. Было бы неплохо научиться их решать. Отличная новость – на наш взгляд показательные уравнения одни из самых простых типов уравнений, по сравнению с логарифмическими, тригонометрическими или иррациональными.
Простейшие показательные уравнения
Давайте начнем с самых простых типов уравнений и разберем сразу несколько примеров:
Что такое решить уравнение? Это значит, что нужно найти такое число, которое при подстановке в исходное уравнение вместо (х) даст верное равенство. В нашем примере нужно найти такое число, в которое нужно возвести двойку, чтобы получить восемь. Ну это просто:
Значит, если (х=3), то мы получим верное равенство, а значит мы решили уравнение.
Решим что-нибудь посложнее.
Такое уравнение выглядит сложнее. Попробуем преобразовать правую часть уравнения:
Мы применили свойство отрицательной степени по формуле:
Теперь наше уравнение будет выглядеть так:
Заметим, что слева и справа у нас стоят показательные функции, и там, и там основания одинаковые и равны (3), только вот степени разные – слева степень ((4х-1)), а справа ((-2)). Логично предположить, что если степени у такой конструкции будут равны, при условии, что основания одинаковые, то мы получим верное равенство. Так и поступим:
Такое мы решать умеем, ведь это обыкновенное линейное уравнение.
Поздравляю, мы нашли корень нашего показательного уравнения.
Попробуем поступить так, как в предыдущем примере – преобразуем левую и правую часть, чтобы слева и справа была показательная функция с одинаковым основанием. Как это сделать? Обращаем внимание, что (125=5*5*5=5^3), а (25=5*5=5^2), подставим:
Воспользуемся одним из свойств степеней ((a^n)^m=a^):
И опять мы получили две показательные функции, у которых одинаковые основания и для того, чтобы равенство выполнялось, необходимо приравнять из степени:
И еще один пример:
Те, кто хорошо знает свойства степеней, знают, что показательная функция не может быть отрицательной. Действительно, попробуйте возводить (2) в различную степень, вы никогда не сможете получить отрицательное число.
Внимание! Показательная функция не может быть отрицательной, поэтому, когда вы встречаете примеры на подобии примера 4, то знайте, что такого быть не может. Здесь корней нет, потому что показательная функция всегда положительна.
Теперь давайте разработаем общий метод решения показательных уравнений. И научимся решать более сложные примеры.
Общий метод решения показательных уравнений
Пусть у нас есть вот такой пример:
Где (a,b) какие-то положительные числа. ((a>0, ; b>0).
Согласно разобранным выше примерам, логично предположить, что для того, чтобы решить данное уравнение, нужно его преобразовать к виду, где слева и справа стоят показательные функции с одинаковым основанием. Так и поступим.
Слева у нас уже стоит (a^x), с этим ничего делать не будем, а вот справа у нас стоит загадочное число (b), которое нужно попытаться представить в виде (b=a^m). Тогда уравнение принимает вид:
Раз основания одинаковые, то мы можем просто приравнять степени:
Вот и весь алгоритм решения. Просто нужно преобразовать исходное уравнение таким образом, чтобы слева и справа стояли показательные функции с одинаковыми основаниями, тогда приравниваем степени и вуаля – сложное показательное уравнение решено. Осталось только разобраться, как так преобразовывать. Опять разберем на примерах:
Замечаем, что (16=2*2*2*2=2^4) это степень двойки:
Основания одинаковые, значит можно приравнять степени:
$$x=4.$$
Пример 6 $$5^<-x>=125 Rightarrow 5^<-x>=5*5*5 Rightarrow 5^<-x>=5^3 Rightarrow –x=3 Rightarrow x=-3.$$
Пример 7 $$9^<4x>=81 Rightarrow (3*3)^<4x>=3*3*3*3 Rightarrow(3^2)^<4x>=3^4 Rightarrow 3^<8x>=3^4 Rightarrow 8x=4 Rightarrow x=frac<1><2>.$$
Здесь мы заметили, что (9=3^2) и (81=3^4) являются степенями (3).
Все здорово, но проблема в том, что такая схема решения показательных уравнений работает не всегда. Что делать, если привести к одинаковому основанию не получается. Например:
(3) и (2) привести к одинаковому основанию затруднительно. Но тем не менее мы должны это сделать. Воспользуемся следующей схемой преобразований: пусть есть некоторое положительное число (b>0), тогда его можно представить в виде степени любого, нужного вам, положительного числа не равного единице (a>0, ; a neq 1):
Эта очень важная формула, рекомендуем ее выучить. Вернемся к нашему примеру и по формуле представим (2) в виде (3) в какой-то степени, где (a=3), а (b=2):
Подставим данное преобразование в наш пример:
Получили равенство двух показательных функций с одинаковым основанием, значит можем приравнять их степени:
Так в ответ и запишем. Никакой ошибки здесь нет, дело в том, что такие логарифмы можно посчитать только на калькуляторе, поэтому на ЕГЭ или в контрольной работе вы просто оставляете ответ в таком виде.
Кто забыл, что такое логарифм, можно посмотреть здесь.
Рассмотрим еще несколько аналогичных примеров.
Те, кто хорошо знает свойства логарифмов, могут поиграться с последней формулой и получить ответ в разном виде:
Все эти варианты ответа верные, их можно смело писать в ответ.
И так, мы с вами научились решать любые показательные уравнения вот такого вида: (a^x=b), где (a>0; ; b>0).
Но это еще далеко не все. Часто вы будете встречать показательные уравнения гораздо более сложного типа. В ЕГЭ по профильной математике это номер 15 из 2й части. Но бояться тут не нужно, все на первый взгляд сложные уравнения при помощи обычно не самых сложных преобразований сводятся к уравнениям типа (a^x=b), где (a>0; ; b>0). Рассмотрим типы сложных уравнений, которые могут попасться:
Решение показательных уравнений при помощи замены
Самое первое, что вы должны всегда делать, это пытаться привести все имеющиеся показательные функции к одинаковому основанию.
Здесь это сделать легко, замечаем, что (9=3^2), тогда (9^x=(3^2)^x=3^<2x>=(3^x)^2). Здесь мы воспользовались свойством степеней: ((a^n)^m=a^). Подставим:
Обратим внимание, что во всем уравнении все (х) «входят» в одинаковую функцию — (3^x). Сделаем замену (t=3^x, ; t>0), так как показательная функция всегда положительна.
Квадратное уравнение, которое решается через дискриминант:
Оба корня больше нуля, значит оба нам подходят. Сделаем обратную замену и уравнение сводится к решению двух простых показательных уравнений:
И второй корень:
И еще один пример на замену:
Воспользуемся нашим правилом, что все нужно приводить к одинаковому основанию – а стоп, тут и так у всех показательных функций основание (3). Давайте еще внимательно посмотрим на наш пример, очень похоже на то, что он тоже делается через замену. Но у нас тут нет одинаковых показательных функций, основания то одинаковые, а вот степени отличаются. Но если быть внимательным, то можно заметить, что в первой степени можно разбить свободный член (3=2+1) и вынести общий множитель (2):
Подставим в исходное уравнение:
Теперь показательные функции одинаковы и можно сделать замену:
Обратная замена, и наше уравнение сводится к простейшему:
И второе значение (t):
Тут у нас две показательные функции с основаниями (7) и (3), и как сделать из них одинаковые основания непонятно. Этот пример решается при помощи деления. Давайте поделим все наша уравнение на (3^x):
Здесь нам придется воспользоваться свойствами степеней:
Разберем каждое слагаемое:
Теперь подставим получившееся преобразования в исходное уравнение:
Теперь видно, что в нашем уравнении есть одинаковая функция, которую можно убрать в замену (t=(frac<7><3>)^x):
Сделаем обратную замену:
И последний пример на замену:
Первым делом нужно сделать так, чтобы все показательные функции были с одинаковым основанием и в идеале с одинаковой степенью. Для этого нам понадобятся формулы для степеней:
Разберем каждое слагаемое нашего уравнения:
Все десятичные дроби всегда разумно представить в виде обыкновенных дробей. И будьте внимательны — отрицательная степень не имеет никакого отношения к знаку показательной функции!
И последнее слагаемое со степенью:
Подставим все наши преобразования в исходное уравнение:
Теперь можно сделать замену (t=2^x) или можно обойтись без замены, просто приведя подобные слагаемые (вынести общий множитель (2^x)):
Особенно стоит подчеркнуть прием, который мы использовали при решении 13-го примера. Всегда старайтесь избавляться от десятичных дробей. Переводите их в обыкновенные дроби.
И другой тип степенных уравнений, где обычно не нужно делать замену, а необходимо отлично знать все свойства степеней, некоторые из них мы уже обсудили выше. Все про свойства степеней можно посмотреть тут
Вот такое уравнение, в котором у нас, во-первых, показательных функции перемножаются, а еще хуже то, что у них у всех разные основания. Катастрофа, а не пример. Но ничего, все не так страшно, как кажется. Внимательно посмотрите на основания: у нас есть в основании (2), (5) и (10). Очевидно, что (10=2*5). Воспользуемся этим и подставим в наше уравнение:
Воспользуемся формулой ((a*b)^n=a^n*b^n):
И перекинем все показательные функции с основанием (2) влево, а с основанием (5) вправо:
Сокращаем и воспользуемся формулами (a^n*a^m=a^) и (frac=a^):
Самая главная идея при решении показательных уравнений – это любыми доступными способами свести все имеющиеся степенные функции к одинаковому основанию. А еще лучше и к одинаковой степени. Вот почему необходимо знать все свойства степеней, без этого решить уравнения будет проблематично.
Как же понять, где какие преобразования использовать? Не бойтесь, это придет с опытом, чем больше примеров решите, тем увереннее будете себя чувствовать на контрольных в школе или на ЕГЭ по профильной математике. Сначала потренируйтесь на простых примерах и постепенно повышайте уровень сложности. Успехов в изучении математики!
Степенные или показательные уравнения.
Для начала вспомним основные формулы степеней и их свойства.
Произведение числа a само на себя происходит n раз, это выражение мы можем записать как a•a•…•a=a n
3. a n • a m = a n + m
5. a n b n = (ab) n
7. a n /a m = a n — m
Степенные или показательные уравнения – это уравнения в которых переменные находятся в степенях (или показателях), а основанием является число.
Примеры показательных уравнений:
В данном примере число 6 является основанием оно всегда стоит внизу, а переменная x степенью или показателем.
Приведем еще примеры показательных уравнений.
2 x *5=10
16 x — 4 x — 6=0
Теперь разберем как решаются показательные уравнения?
Возьмем простое уравнение:
Такой пример можно решить даже в уме. Видно, что x=3. Ведь чтобы левая и правая часть были равны нужно вместо x поставить число 3.
А теперь посмотрим как нужно это решение оформить:
Для того, чтобы решить такое уравнение, мы убрали одинаковые основания (то есть двойки) и записали то что осталось, это степени. Получили искомый ответ.
Теперь подведем итоги нашего решения.
Алгоритм решения показательного уравнения:
1. Нужно проверить одинаковые ли основания у уравнения справа и слева. Если основания не одинаковые ищем варианты для решения данного примера.
2. После того как основания станут одинаковыми, приравниваем степени и решаем полученное новое уравнение.
Теперь прорешаем несколько примеров:
Начнем с простого.
Основания в левой и правой части равны числу 2, значит мы можем основание отбросить и приравнять их степени.
x+2=4 Получилось простейшее уравнение.
x=4 — 2
x=2
Ответ: x=2
В следующем примере видно, что основания разные это 3 и 9.
Для начала переносим девятку в правую сторону, получаем:
Теперь нужно сделать одинаковые основания. Мы знаем что 9=3 2 . Воспользуемся формулой степеней (a n ) m = a nm .
Получим 9 х+8 =(3 2 ) х+8 =3 2х+16
3 3х = 3 2х+16 теперь видно что в левой и правой стороне основания одинаковые и равные тройке, значит мы их можем отбросить и приравнять степени.
3x=2x+16 получили простейшее уравнение
3x — 2x=16
x=16
Ответ: x=16.
Смотрим следующий пример:
2 2х+4 — 10•4 х = 2 4
В первую очередь смотрим на основания, основания разные два и четыре. А нам нужно, чтобы были — одинаковые. Преобразовываем четверку по формуле (a n ) m = a nm .
4 х = (2 2 ) х = 2 2х
И еще используем одну формулу a n • a m = a n + m :
2 2х+4 = 2 2х •2 4
Добавляем в уравнение:
2 2х •2 4 — 10•2 2х = 24
Мы привели пример к одинаковым основаниям. Но нам мешают другие числа 10 и 24. Что с ними делать? Если приглядеться видно, что в левой части у нас повторяется 2 2х ,вот и ответ — 2 2х мы можем вынести за скобки:
2 2х (2 4 — 10) = 24
Посчитаем выражение в скобках:
2 4 — 10 = 16 — 10 = 6
Все уравнение делим на 6:
Представим 4=2 2 :
2 2х = 2 2 основания одинаковые, отбрасываем их и приравниваем степени.
2х = 2 получилось простейшее уравнение. Делим его на 2 получаем
х = 1
Ответ: х = 1.
9 х – 12*3 х +27= 0
Преобразуем:
9 х = (3 2 ) х = 3 2х
Получаем уравнение:
3 2х — 12•3 х +27 = 0
Основания у нас одинаковы равны трем.В данном примере видно, что у первой тройки степень в два раза (2x) больше, чем у второй (просто x). В таком случаем можно решить методом замены. Число с наименьшей степенью заменяем:
Тогда 3 2х = (3 х ) 2 = t 2
Заменяем в уравнении все степени с иксами на t:
t 2 — 12t+27 = 0
Получаем квадратное уравнение. Решаем через дискриминант, получаем:
D=144-108=36
t1 = 9
t2 = 3
Возвращаемся к переменной x.
3 х = 9
3 х = 3 2
х1 = 2
Один корень нашли. Ищем второй, из t2:
t2 = 3 = 3 х
3 х = 3 1
х2 = 1
Ответ: х1 = 2; х2 = 1.
На сайте Вы можете в разделе ПОМОГИТЕ РЕШИТЬ задавать интересующие вопросы мы Вам обязательно ответим.
Показательные уравнения
О чем эта статья:
6 класс, 7 класс
Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).
Определение показательного уравнения
Показательными называются уравнения с показательной функцией f(x) = a х . Другими словами, неизвестная переменная в них может содержаться как в основании степени, так и в ее показателе. Простейшее уравнение такого вида: a х = b, где a > 0, a ≠ 1.
Конечно, далеко не все задачи выглядят так просто, некоторые из них включают тригонометрические, логарифмические и другие конструкции. Но для решения даже простых показательных уравнений нужно вспомнить из курса алгебры за 6–7 класс следующие темы:
Если что-то успело забыться, советуем повторить эти темы перед тем, как читать дальнейший материал.
С точки зрения геометрии показательной функцией называют такую: y = a x , где a > 0 и a ≠ 1. У нее есть одно важное для решения показательных уравнений свойство — это монотонность. При a > 1 такая функция непрерывно возрастает, а при a
Иногда в результате решения будет получаться несколько вариантов ответа, и в таком случае мы должны выбрать тот корень, при котором показательная функция больше нуля.
Свойства степеней
Мы недаром просили повторить свойства степенной функции — на них будет основано решение большей части примеров. Держите небольшую шпаргалку по формулам, которые помогут упрощать сложные показательные уравнения.
http://tutomath.ru/uroki/stepennye-pokazatelnye-uravneniya.html
http://skysmart.ru/articles/mathematic/pokazatelnye-uravneniya
Показательные уравнения
Показательные уравнения. Как известно — в состав ЕГЭ входят простые уравнения. Некоторые мы уже рассмотрели – это логарифмические, тригонометрические, рациональные. Здесь представлены показательные уравнения.
В недавней статье мы поработали с показательными выражениями, посмотрите, будет полезно. Сами уравнения решаются просто и быстро. Требуется лишь знать свойства показателей степени и… Об этом далее.
Перечислим свойства показателей степени:
Нулевая степень любого числа равна единице.
Далее:
Следствие из данного свойства:
Ещё немного теории.
Показательным уравнением называется уравнение содержащее переменную в показателе, то есть это уравнение вида:
f(x) выражение, которое содержит переменную
Методы решения показательных уравнений
1. В результате преобразований уравнение можно привести к виду:
Тогда применяем свойство:
2. При получении уравнения вида a f(x) = b используется определение логарифма, получим:
3. В результате преобразований можно получить уравнение вида:
Применяется логарифмирование:
Далее применяем свойство логарифма степени:
Выражаем и находим х.
В задачах вариантов ЕГЭ достаточно будет использовать первый способ.
То есть, необходимо представить левую и правую части в виде степеней с одинаковым основанием, а далее приравниваем показатели и решаем обычное линейное уравнение.
Рассмотрим уравнения:
Найдите корень уравнения 41–2х = 64.
Необходимо сделать так, чтобы в левой и правой частях были показательные выражения с одним основанием. 64 мы можем представить как 4 в степени 3. Получим:
41–2х = 43
Основания равны, можем приравнять показатели:
1 – 2х = 3
– 2х = 2
х = – 1
Проверка:
41–2(–1) = 64
41+2 = 64
43 = 64
64 = 64
Ответ: –1
Найдите корень уравнения 3х–18 = 1/9.
Известно, что
Значит 3х-18 = 3-2
Основания равны, можем приравнять показатели:
х – 18 = – 2
х = 16
Проверка:
316–18 = 1/9
3–2 = 1/9
1/9 = 1/9
Ответ: 16
Найдите корень уравнения:
Представим дробь 1/64 как одну четвёртую в третьей степени:
Теперь можем приравнять показатели:
2х – 19 = 3
2х = 22
х = 11
Проверка:
Ответ: 11
Найдите корень уравнения:
Представим 1/3 как 3–1, а 9 как 3 в квадрате, получим:
(3–1)8–2х = 32
3–1∙(8–2х) = 32
3–8+2х = 32
Теперь можем приравнять показатели:
– 8+2х = 2
2х = 10
х = 5
Проверка:
Ответ: 5
26654. Найдите корень уравнения:
Решение:
Ответ: 8,75
Посмотреть решение
Посмотреть решение
Посмотреть решение
Посмотреть решение
Посмотреть решение
Посмотреть решение
Что хочется отметить обсобо!!!
Как бы вы не были уверены в правильности решения — ОБЯЗАТЕЛЬНО делайте проверку.
Ещё теория (чуть-чуть):
Самое простейшее показательное уравнение:
При данных условиях уравнение всегда имеет решение, при том единственное.
Действительно, при а > 1 показательная функция монотонно возрастает, а при 0 < а < 1 — монотонно убывает. В любом случае, она принимает каждое своё значение ровно один раз (видно по графику):
А вот если b < 0, то уравнение не имеет решений, ведь показательная функция может принимать только положительные значения.
Действительно, в какую бы степень мы не возвели положительное число a, мы никак не можем получить число отрицательное.
Любое показательное уравнение после соответствующих преобразований сводится к решению одного или нескольких простейших.В данной рубрике мы ещё рассмотрим решение некоторых уравнений, не пропустите! На этом всё. Успеха вам!
С уважением, Александр Крутицких.
P.S: Буду благодарен Вам, если расскажете о сайте в социальных сетях.
matematikalegko.ru
Показательные уравнения. Более сложные случаи. Видеоурок. Алгебра 11 Класс
На данном уроке мы рассмотрим решение более сложных показательных уравнений, вспомним основные теоретические положения касательно показательной функции.
Напомним определение и основные свойства показательной функции. Именно на свойствах базируется решение всех показательных уравнений и неравенств.
Показательная функция – это функция вида , где основание степени и Здесь х – независимая переменная, аргумент; у – зависимая переменная, функция.
Рис. 1. График показательной функции
На графике показаны возрастающая и убывающая экспоненты, иллюстрирующие показательную функцию при основании большем единицы и меньшем единицы, но большим нуля соответственно.
Обе кривые проходят через точку (0;1)
Свойства показательной функции:
Область определения: ;
Область значений: ;
Функция монотонна, при возрастает, при убывает.
Монотонная функция принимает каждое свое значение при единственном значении аргумента.
При когда аргумент возрастает от минус до плюс бесконечности, функция возрастает от нуля не включительно до плюс бесконечности. При наоборот, когда аргумент возрастает от минус до плюс бесконечности, функция убывает от бесконечности до нуля не включительно.
Напомним, как решать простейшие показательные уравнения. Их решение основано на монотонности показательной функции. К таким уравнениям сводятся практически все сложные показательные уравнения.
Равенство показателей степени при равных основаниях обусловлено свойством показательной функции, а именно ее монотонностью.
Методика решения:
Уравнять основания степеней;
Приравнять показатели степеней.
Перейдем к рассмотрению более сложных показательных уравнений, наша цель – свести каждое из них к простейшему.
Пример 1:
Освободимся от корня в левой части и приведем степени к одинаковому основанию:
Для того чтобы свести сложное показательное уравнение к простейшим, часто используется замена переменных.
Пример 2:
Воспользуемся свойством степени:
Вводим замену. Пусть , тогда . При такой замене очевидно, что у принимает строго положительные значения. Получаем:
Умножим полученное уравнение на два и перенесем все слагаемые в левую часть:
Первый корень не удовлетворяет промежутку значений у, отбрасываем его. Получаем:
Пример 3:
Приведем степени к одинаковому показателю:
Вводим замену:
Пусть , тогда . При такой замене очевидно, что у принимает строго положительные значения. Получаем:
Решать подобные квадратные уравнения мы умеем, выпишем ответ:
Чтобы удостовериться в правильности нахождения корней, можно выполнить проверку по теореме Виета, т. е. найти сумму корней и их произведение и сверить с соответствующими коэффициентами уравнения.
Получаем:
Изучим следующий важный тип показательных уравнений:
Уравнения такого типа называют однородными второй степени относительно функций f и g. В левой его части стоит квадратный трехчлен относительно f с параметром g или квадратный трехчлен относительно g с параметром f.
Методика решения:
Данное уравнение можно решать как квадратное, но легче поступить по-другому. Следует рассмотреть два случая:
1.
2.
В первом случае получаем
Во втором случае имеем право разделить на старшую степень и получаем:
Следует ввести замену переменных , получим квадратное уравнение относительно у:
Обратим внимание, что функции f и g могут быть любыми, но нас интересует тот случай, когда это показательные функции.
Пример 4:
Перенесем все слагаемые в левую часть уравнения:
Воспользуемся свойствами степени и приведем все степени к простым основаниям:
Несложно заметить функции f и g:
Поскольку показательные функции приобретают строго положительные значения, имеем право сразу делить уравнение на , не рассматривая случай, когда :
Получаем:
Вводим замену: (согласно свойствам показательной функции)
Получили квадратное уравнение:
Определяем корни по теореме Виета:
Первый корень не удовлетворяет промежутку значений у, отбрасываем его, получаем:
Пример 5:
Воспользуемся свойствами степени и приведем все степени к простым основаниям:
Несложно заметить функции f и g:
Поскольку показательные функции приобретают строго положительные значения, имеем право сразу делить уравнение на , не рассматривая случай, когда :
Получаем:
Вводим замену: (согласно свойствам показательной функции)
Получили квадратное уравнение:
Определяем корни:
Первый корень не удовлетворяет промежутку значений у, отбрасываем его, получаем:
Решение отдельных показательных уравнений является ключом к решению систем показательных уравнений.
Пример 6 – решить систему:
В обоих уравнениях приведем основания степеней к простым числам:
Получили систему двух линейных уравнений относительно двух неизвестных, такие системы мы умеем решать, например, методом подстановки:
Ответ: (1;3)
Итак, мы рассмотрели решение разнообразных сложных показательных уравнений, вывели методики их сведения к простейшим показательным уравнениям. На следующем уроке перейдем к решению показательных неравенств.
Список литературы
- Мордкович А.Г. Алгебра и начала математического анализа. – М.: Мнемозина.
- Муравин Г.К., Муравина О.В. Алгебра и начала математического анализа. – М.: Дрофа.
- Колмогоров А.Н., Абрамов А.М., Дудницын Ю.П. и др. Алгебра и начала математического анализа. – М.: Просвещение.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
- Mathematics-repetition.com (Источник).
- Terver.ru (Источник).
- Yourtutor.info (Источник).
Домашнее задание
1. Алгебра и начала анализа, 10–11 класс (А.Н. Колмогоров, А.М. Абрамов, Ю.П. Дудницын) 1990, № 465, 471;
2. Решить уравнение:
3. Решить систему уравнений:
interneturok.ru
Простейшие показательные уравнения
5 февраля 2012
Если взять обычную степень и «засунуть» в показатель переменную
x
, получим показательное уравнение. Таких уравнений великое множество, и для них есть собственные методы решения.
Сегодня мы познакомимся с простейшими конструкциями. Они так и называются — простейшие показательные уравнения (кэп?). Все остальные, как бы сложно они ни выглядели, в итоге сводятся к простейшим. Но это уже материал следующих уроков.
Простейшее показательное уравнение — это уравнение вида:
a x
=
b
, где
a
> 0,
a
≠ 1
Такое уравнение не имеет корней при
b
≤ 0, а при
b
> 0 имеет единственный корень:
x
= log
a
b
. Более сложные показательные уравнения решаются по следующей схеме:
- Перевести все степени к одинаковому основанию. Желательно, чтобы оно было целым и минимальным. Например, вместо 4
x лучше писать 22
x , а вместо 0,01
x — вообще 10−2
x . Почему — узнаете из примеров; - В уравнениях, где есть умножение или деление, надо выполнить эти действия. Напомню: при умножении степеней с одинаковым основанием показатели складываются, при делении — вычитаются;
- Если все сделано правильно, получим уравнение вида
a
f
(
x
) =
a
g
(
x
), где
a
— просто число. Его можно отбросить, поскольку показательная функция монотонна. Получим уравнение
f
(
x
) =
g
(
x
), которое легко решается.
Помните, что корни — тоже степени, но с дробным основанием:
Задача. Решите уравнение:
Итак, приведем все степени к основанию 2:
4
x
= (22)
x
= 22
x
; 1 = 20; 256 = 28
Теперь перепишем исходное уравнение и выполним деление:
Получили простейшее показательное уравнение. Отбрасываем основание — получаем:
2
x
= −8 ⇒
x
= −4
Задача. Решите уравнение:
Снова приводим все степени к наименьшему целому основанию:
92
x
= (32)2
x
= 34
x
; 1 = 30; 27 = 33
Обратите внимание: число 27 не является целой степенью девятки. Именно поэтому надо приводить все степени к основанию 3, а не 9. Возвращаемся к исходному уравнению:
Осталось избавиться от основания степени:
4
x
= −3 ⇒
x
= −3/4 = −0,75
Задача. Решите уравнение:
В уравнении присутствуют сразу 4 множителя, которые надо перевести в степени с одинаковым основанием:
Учитывая эти факты, перепишем исходное уравнение:
Избавимся от основания — и после приведения дробей к общему знаменателю получим классическую пропорцию:
Дальше все стандартно: произведение крайних элементов пропорции равно произведению средних. Имеем:
14 + 4
x
− 4 = −35 ⇒ 4
x
= −45 ⇒
x
= −45 : 4 = −11,25
Ниже даны 12 тренировочных задач. Если что-то не получается — ничего страшного, потому что есть второй вариант этого теста (см. «Простейшие показательные уравнения — 2 вариант»). Попробуйте решить его.
Смотрите также:
- Тест: простейшие показательные уравнения (2 вариант)
- Показательные уравнения с логарифмами
- Тест на тему «Значащая часть числа»
- Сводный тест по задачам B12 (1 вариант)
- Задача 18: метод симметричных корней
- Задача B4: Скачать файл на разной скорости
www.berdov.com
Решение показательных уравнений. Основы. | Александр Будников
Что такое показательное уравнение? Примеры.
Итак, показательное уравнение… Новый уникальный экспонат на нашей общей выставке самых разнообразных уравнений!) Как это почти всегда бывает, ключевым словом любого нового математического термина является соответствующее прилагательное, которое его характеризует. Так и тут. Ключевым словом в термине «показательное уравнение» является слово
«показательное». Что оно означает? Это слово означает, что неизвестное (икс) находится в показателях каких-либо степеней. И только там! Это крайне важно.
Например, такие простые уравнения:
3x+1 = 81
5x + 5x+2 = 130
4·22x-17·2x+4 = 0
Или даже такие монстры:
2sinx = 0,5
И так далее, и тому подобное…
Прошу сразу обратить внимание на одну важную вещь: в основаниях степеней (снизу) – только числа. А вот в показателях степеней (сверху) – самые разнообразные выражения с иксом. Совершенно любые.) Всё от конкретного уравнения зависит. Если, вдруг, в уравнении вылезет икс где-нибудь ещё, помимо показателя (скажем, 3x = 18+x2), то такое уравнение будет уже уравнением смешанного типа. Такие уравнения не имеют чётких правил решения. Поэтому в данном уроке мы их рассматривать не будем. На радость ученикам.) Здесь мы будем рассматривать только показательные уравнения в «чистом» виде.
Вообще говоря, даже чистые показательные уравнения чётко решаются далеко не все и не всегда. Но среди всего богатого многообразия показательных уравнений есть определённые типы, которые решать можно и нужно. Вот именно эти типы уравнений мы с вами и рассмотрим. И примеры обязательно порешаем.) Так что устраиваемся поудобнее и – в путь! Как и в компьютерных «стрелялках», наше путешествие будет проходить по уровням.) От элементарного к простому, от простого – к среднему и от среднего — к сложному. По пути вас также будет ждать секретный уровень – приёмы и методы решения нестандартных примеров. Те, о которых вы не прочитаете в большинстве школьных учебников… Ну, а в конце вас, разумеется, ждёт финальный босс в виде домашки.)
Уровень 0. Что такое простейшее показательное уравнение? Решение простейших показательных уравнений.
Для начала рассмотрим какую-нибудь откровенную элементарщину. С чего-то же надо начинать, верно? Например, такое уравнение:
2х = 22
Даже безо всяких теорий, по простой логике и здравому смыслу ясно, что х = 2. Иначе же никак, верно? Никакое другое значение икса не годится… А теперь обратим наш взор на запись решения этого крутого показательного уравнения:
2х = 22
х = 2
Что же у нас произошло? А произошло следующее. Мы, фактически, взяли и… просто выкинули одинаковые основания (двойки)! Совсем выкинули. И, что радует, попали в яблочко!
Да, действительно, если в показательном уравнении слева и справа стоят одинаковые числа в каких угодно степенях, то эти числа можно отбросить и просто приравнять показатели степеней. Математика разрешает.) И дальше можно работать уже отдельно с показателями и решать куда более простое уравнение. Здорово, правда?
Вот и ключевая идея решения любого (да-да, именно любого!) показательного уравнения: с помощью тождественных преобразований необходимо добиться того, чтобы слева и справа в уравнении стояли одинаковые числа-основания в различных степенях. А дальше можно смело убрать одинаковые основания и приравнять показатели степеней. И работать с более простым уравнением.
А теперь запоминаем железное правило: убирать одинаковые основания можно тогда и только тогда, когда в уравнении слева и справа числа-основания стоят в гордом одиночестве.
Что значит, в гордом одиночестве? Это значит, безо всяких соседей и коэффициентов. Поясняю.
Например, в уравнении
3·3x-5 = 32x+1
тройки убирать нельзя! Почему? Потому что слева у нас стоит не просто одинокая тройка в степени, а произведение 3·3x-5. Лишняя тройка мешает: коэффициент, понимаешь.)
То же самое можно сказать и про уравнение
53x = 52x+5x
Здесь тоже все основания одинаковые – пятёрка. Но справа у нас не одинокая степень пятёрки: там – сумма степеней!
Короче говоря, убирать одинаковые основания мы имеем право лишь тогда, когда наше показательное уравнение выглядит так и только так:
af(x) = ag(x)
Такой вид показательного уравнения называют простейшим. Или, по-научному, каноническим. И какое бы накрученное уравнение перед нами ни было, мы его, так или иначе, будем сводить именно к такому простейшему (каноническому) виду. Или, в некоторых случаях, к совокупности уравнений такого вида. Тогда наше простейшее уравнение можно в общем виде переписать вот так:
f(x) = g(x)
И всё. Это будет эквивалентным преобразованием. При этом в качестве f(x) и g(x) могут стоять совершенно любые выражения с иксом. Какие угодно.
Возможно, особо любознательный ученик поинтересуется: а с какой такой стати мы вот так легко и просто отбрасываем одинаковые основания слева и справа и приравниваем показатели степеней? Интуиция интуицией, но вдруг, в каком-то уравнении и для какого-то основания данный подход окажется неверным? Всегда ли законно выкидывать одинаковые основания? К сожалению, для строгого математического ответа на этот интересный вопрос нужно довольно глубоко и серьёзно погружаться в общую теорию устройства и поведения функций. А чуть конкретнее – в явление строгой монотонности. В частности, строгой монотонности показательной функции y=ax. Поскольку именно показательная функция и её свойства лежат в основе решения показательных уравнений, да.) Развёрнутый ответ на этот вопрос будет дан в отдельном спецуроке, посвящённом решению сложных нестандартных уравнений с использованием монотонности разных функций.)
Объяснять подробно этот момент сейчас – это лишь выносить мозг среднестатистическому школьнику и отпугивать его раньше времени сухой и грузной теорией. Я этого делать не буду.) Ибо наша основная на данный момент задача – научиться решать показательные уравнения! Самые-самые простые! Посему – пока не паримся и смело выкидываем одинаковые основания. Это можно, поверьте мне на слово!) А дальше уже решаем эквивалентное уравнение f(x) = g(x). Как правило, более простое, чем исходное показательное.
Предполагается, конечно же, что решать хотя бы линейные, квадратные и дробные уравнения, уже без иксов в показателях, народ на данный момент уже умеет.) Кто до сих пор не умеет – смело закрывайте эту страницу, гуляйте по соответствующим ссылочкам и восполняйте старые пробелы. Иначе несладко вам придётся, да…
Я уж молчу про иррациональные, тригонометрические и прочие зверские уравнения, которые также могут всплыть в процессе ликвидации оснований. Но не пугайтесь, откровенную жесть в показателях степеней мы с вами пока рассматривать не будем: рано ещё. Будем тренироваться лишь на самых простых уравнениях.)
Теперь рассмотрим уравнения, которые требуют некоторых дополнительных усилий для сведения их к простейшим. Для отличия назовём их простыми показательными уравнениями. Итак, двигаемся на следующий уровень!
Уровень 1. Простые показательные уравнения. Распознаём степени! Натуральные показатели.
Ключевыми правилами в решении любых показательных уравнений являются правила действий со степенями. Без этих знаний и умений ничего не получится. Увы. Так что, если со степенями проблемы, то для начала милости прошу сюда. Кроме того, ещё нам понадобятся базовые тождественные преобразования уравнений. Эти преобразования (целых два!) – основа решения всех уравнений математики вообще. И не только показательных. Так что, кто забыл, тоже прогуляйтесь по ссылочке: я их не просто так ставлю.
Но одних только действий со степенями и тождественных преобразований мало. Необходима ещё личная наблюдательность и смекалка. Нам ведь требуются одинаковые основания, не так ли? Вот и осматриваем пример и ищем их в явном или замаскированном виде!
Например, такое уравнение:
32x – 27x+2 = 0
Первый взгляд на основания. Они… разные! Тройка и двадцать семь. Но паниковать и впадать в отчаяние рано. Самое время вспомнить, что
27 = 33
Числа 3 и 27 – родственнички по степени! Причём близкие.) Стало быть, имеем полное право записать:
27x+2 = (33)x+2
А вот теперь подключаем наши знания о действиях со степенями (а я предупреждал!). Есть там такая очень полезная формулка:
(am)n = amn
Если теперь запустить её в ход, то вообще отлично получается:
27x+2 = (33)x+2 = 33(x+2)
Исходный пример теперь выглядит вот так:
32x – 33(x+2) = 0
Отлично, основания степеней выровнялись. Чего мы и добивались. Полдела сделано.) А вот теперь запускаем в ход базовое тождественное преобразование – переносим 33(x+2) вправо. Элементарных действий математики никто не отменял, да.) Получаем:
32x = 33(x+2)
Что нам даёт такой вид уравнения? А то, что теперь наше уравнение сведено к каноническому виду: слева и справа стоят одинаковые числа (тройки) в степенях. Причём обе тройки — в гордом одиночестве. Смело убираем тройки и получаем:
2х = 3(х+2)
Решаем это линейное уравнение и получаем:
x = -6
Вот и все дела. Это правильный ответ.)
А теперь осмысливаем ход решения. Что нас спасло в этом примере? Нас спасло знание степеней тройки. Как именно? Мы опознали в числе 27 зашифрованную тройку! Этот приёмчик (шифровка одного и того же основания под разными числами) – один из самых популярных в показательных уравнениях! Если только не самый популярный. Да и в логарифмах тоже, кстати. Именно поэтому в показательных уравнениях так важна наблюдательность и умение распознавать в числах степени других чисел!
Практический совет:
Степени популярных чисел надо знать. В лицо!
Конечно, возвести двойку в седьмую степень или тройку в пятую может каждый. Не в уме, так хотя бы на черновике. Но в показательных уравнениях гораздо чаще надо не возводить в степень, а наоборот — узнавать, какое число и в какой степени скрывается за числом, скажем, 128 или 243. А это уже посложнее, чем простое возведение, согласитесь. Почувствуйте разницу, что называется!
Поскольку умение распознавать степени в лицо пригодится не только на этом уровне, но и на следующих, вот вам небольшое задание:
Определить, какими степенями и каких чисел являются числа:
4; 8; 16; 27; 32; 36; 49; 64; 81; 100; 125; 128; 216; 243; 256; 343; 512; 625; 729; 1024.
Ответы (вразброс, естественно):
272; 210; 36; 72; 26; 92; 34; 43; 102; 25; 35; 73; 162; 27; 53; 28; 62; 33; 29; 24; 22; 45; 252; 44; 63; 82; 93.
Да-да! Не удивляйтесь, что ответов побольше, чем заданий. Например, 28, 44 и 162 – это всё 256.
А теперь движемся дальше.)
Уровень 2. Простые показательные уравнения. Распознаём степени! Отрицательные и дробные показатели.
На этом уровне мы уже используем наши знания о степенях на полную катушку. А именно – вовлекаем в сей увлекательный процесс отрицательные и дробные показатели! Да-да! Нам же надо наращивать мощь, верно?
Например, такое страшное уравнение:
Опять первый взгляд – на основания. Основания – разные! Причём на этот раз даже отдалённо не похожие друг на друга! 5 и 0,04… А для ликвидации оснований нужны одинаковые… Что же делать?
Ничего страшного! На самом деле всё то же самое, просто связь между пятёркой и 0,04 визуально просматривается плохо. Как выкрутимся? А перейдём-ка в числе 0,04 к обычной дроби! А там, глядишь, всё и образуется.)
0,04 = 4/100 = 1/25
Ух ты! Оказывается, 0,04 – это 1/25! Ну кто бы мог подумать!)
Ну как? Теперь связь между числами 5 и 1/25 легче углядеть? Вот то-то и оно…
А теперь уже по правилам действий со степенями с отрицательным показателем можно твёрдой рукой записать:
Вот и отлично. Вот мы и добрались до одинакового основания – пятёрки. Заменяем теперь в уравнении неудобное нам число 0,04 на 5-2 и получаем:
Опять же, по правилам действий со степенями, теперь можно записать:
(5-2)x-1 = 5-2(x-1)
На всякий случай, напоминаю (вдруг, кто не в курсе), что базовые правила действий со степенями справедливы для любых показателей! В том числе и для отрицательных.) Так что смело берём и перемножаем показатели (-2) и (х-1) по соответствующему правилу. Наше уравнение становится всё лучше и лучше:
Всё! Кроме одиноких пятёрок в степенях слева и справа больше ничего нет. Уравнение сведено к каноническому виду. А дальше – по накатанной колее. Убираем пятёрки и приравниваем показатели:
x2–6x+5=-2(x-1)
Пример практически решён. Осталась элементарная математика средних классов – раскрываем (правильно!) скобки и собираем всё слева:
x2–6x+5 = -2x+2
x2–4x+3 = 0
Решаем это квадратное уравнение и получаем два корня:
x1 = 1; x2 = 3
Вот и всё.)
А теперь снова поразмышляем. В данном примере нам вновь пришлось распознать одно и то же число в разной степени! А именно — увидеть в числе 0,04 зашифрованную пятёрку. Причём на этот раз – в отрицательной степени! Как же нам это удалось? С ходу – никак. А вот после перехода от десятичной дроби 0,04 к обыкновенной дроби 1/25 всё и высветилось! И дальше всё решение пошло как по маслу.)
Поэтому очередной зелёный практический совет.
Если в показательном уравнении присутствуют десятичные дроби, то переходим от десятичных дробей к обыкновенным. В обыкновенных дробях гораздо проще распознать степени многих популярных чисел! После распознавания переходим от дробей к степеням с отрицательными показателями.
Имейте в виду, что такой финт в показательных уравнениях встречается очень и очень часто! А человек не в теме. Смотрит он, например, на числа 32 и 0,125 и огорчается. Неведомо ему, что это одна и та же двойка, только в разных степенях… Но вы-то ведь уже в теме!)
Дальше – больше! Развлекаться, так развлекаться.)
Решить уравнение:
Во! На вид – тихий ужас… Однако внешность обманчива. Это простейшее показательное уравнение, несмотря на его устрашающий внешний вид. И сейчас я вам это покажу.)
Конечно, возиться да считать побольше придётся, но ведь и наш с вами уровень тоже растёт, не правда ли? Итак, ничего не боимся и приступаем.)
Во-первых, разбираемся со всеми чиселками, сидящими в основаниях и в коэффициентах. Они, ясное дело, разные, да. Но мы всё же рискнём и попробуем сделать их одинаковыми! Попробуем добраться до одного и того же числа в разных степенях. Причём, желательно, числа самого возможно малого. Итак, начинаем расшифровку!
Ну, с четвёркой сразу всё ясно – это 22. Так, уже кое-что.)
С дробью 0,25 – пока непонятно. Проверять надо. Используем практический совет – переходим от десятичной дроби к обыкновенной:
0,25 = 25/100 = 1/4
Уже гораздо лучше. Ибо теперь уже отчётливо видно, что 1/4 – это 2-2. Отлично, и число 0,25 тоже сроднили с двойкой.)
Пока всё идёт хорошо. Но осталось самое нехорошее число из всех – корень квадратный из двух! А с этим перцем что делать? Можно ли его тоже представить как степень двойки? А кто ж его знает…
Что ж, снова лезем в нашу сокровищницу знаний о степенях! На этот раз дополнительно подключаем наши знания о корнях. Из курса 9-го класса мы с вами должны были вынести, что любой корень, при желании, всегда можно превратить в степень с дробным показателем.
Вот так:
В нашем случае:
Во как! Оказывается, корень квадратный из двух – это 21/2. Вот оно что!
Вот и прекрасно! Все наши неудобные числа на самом деле оказались зашифрованной двойкой.) Не спорю, где-то весьма изощрённо зашифрованной. Но и мы ведь тоже повышаем свой профессионализм в разгадке подобных шифров! А дальше уже всё очевидно. Заменяем в нашем уравнении числа 4, 0,25 и корень из двух на степени двойки:
Всё! Основания всех степеней в примере стали одинаковыми – двойка. А теперь в ход идут стандартные действия со степенями:
am·an = am+n
am:an = am-n
(am)n = amn
Для левой части получится:
2-2·(22)5x-16 = 2-2+2(5x-16)
Для правой части будет:
И теперь наше злое уравнение стало выглядеть вот так:
Кто не врубился, как именно получилось это уравнение, то тут вопрос не к показательным уравнениям. Вопрос – к действиям со степенями. Я же просил срочно повторить тем, у кого проблемы!
Вот и финишная прямая! Получен канонический вид показательного уравнения! Ну как? Убедил я вас, что не всё так страшно? 😉 Убираем двойки и приравниваем показатели:
Осталось всего лишь решить это линейное уравнение. Как? С помощью тождественных преобразований, вестимо.) Дорешайте, чего уж там! Умножайте обе части на двойку (чтобы убрать дробь 3/2), переносите слагаемые с иксами влево, без иксов вправо, приводите подобные, считайте – и будет вам счастье!
Должно всё получиться красиво:
x = 4
А теперь снова осмысливаем ход решения. В данном примере нас выручил переход от квадратного корня к степени с показателем 1/2. Причём только такое хитрое преобразование нам помогло везде выйти на одинаковое основание (двойку), которое и спасло положение! И, если бы не оно, то мы бы имели все шансы навсегда зависнуть и так и не справиться с этим примером, да…
Поэтому не пренебрегаем очередным практическим советом:
Если в показательном уравнении присутствуют корни, то переходим от корней к степеням с дробными показателями. Очень часто только такое преобразование и проясняет дальнейшую ситуацию.
Конечно же, отрицательные да дробные степени уже гораздо сложнее натуральных степеней. Хотя бы с точки зрения визуального восприятия и, особенно, распознавания справа налево!
Понятно, что напрямую возвести, например, двойку в степень -3 или же четвёрку в степень -3/2 не такая уж и большая проблема. Для знающих.)
А вот поди, например, с ходу сообрази, что
0,125 = 2-3
или
Тут только практика и богатый опыт рулят, да. И, конечно же, чёткое представление, что такое отрицательная и дробная степень. А также – практические советы! Да-да, те самые зелёные.) Надеюсь, что они всё-таки помогут вам лучше ориентироваться во всём разношёрстном многообразии степеней и значительно увеличат ваши шансы на успех! Так что не пренебрегаем ими. Я не зря зелёным цветом пишу иногда.)
Зато, если вы станете на «ты» даже с такими экзотическими степенями, как отрицательные и дробные, то ваши возможности в решении показательных уравнений колоссально расширятся, и вам уже будет по плечу практически любой тип показательных уравнений. Ну, если не любой, то процентов 80 всех показательных уравнений – уж точно! Да-да, я не шучу!
Итак, наша первая часть знакомства с показательными уравнениями подошла к своему логическому завершению. И, в качестве промежуточной тренировки, я традиционно предлагаю немного порешать самостоятельно.)
Задание 1.
Чтобы мои слова о расшифровке отрицательных и дробных степеней не пропали даром, предлагаю сыграть в небольшую игру!
Представьте в виде степени двойки числа:
Ответы (в беспорядке):
Получилось? Отлично! Тогда делаем боевое задание – решаем простейшие и простые показательные уравнения!
Задание 2.
Решить уравнения (все ответы – в беспорядке!):
52x-8 = 25
25x-4 – 16x+3 = 0
Ответы:
x = 16
x1 = -1; x2 = 2
x = 5
Получилось? Действительно, уж куда проще-то!
Тогда решаем следующую партию:
(2x+4)x-3 = 0,5x·4x-4
351-x = 0,2—x·7x
Ответы:
x1 = -2; x2 = 2
x = 0,5
x1 = 3; x2 = 5
И эти примеры одной левой? Отлично! Вы растёте! Тогда вот вам на закуску ещё примерчики:
Ответы:
x = 6
x = 13/31
x = -0,75
x1 = 1; x2 = 8/3
И это решено? Что ж, респект! Снимаю шляпу.) Значит, урок прошёл не напрасно, и начальный уровень решения показательных уравнений можно считать успешно освоенным. Впереди – следующие уровни и более сложные уравнения! И новые приёмы и подходы. И нестандартные примеры. И новые сюрпризы.) Всё это – в следующем уроке!
Что-то не получилось? Значит, скорее всего, проблемы в действиях со степенями. Или в тождественных преобразованиях. Или в том и другом сразу. Тут уж я бессилен. Могу в очередной раз предложить лишь одно – не лениться и прогуляться по ссылочкам.)
Продолжение следует.)
abudnikov.ru
Как решать примеры со степенями и дробями: калькулятор возведения в квадрат
Нулевая, отрицательная и дробная степень
Нулевой показатель
Возвести данное число в некоторую степень значит повторить его сомножителем столько раз, сколько единиц в показателе степени.
Согласно этому определению, выражение: a0 не имеет смысла. Но чтобы правило деления степеней одного и того же числа имело значение и в том случае, когда показатель делителя равен показателю делимого, введено определение:
a0 = 1
Нулевая степень любого числа будет равна единице.
Отрицательный показатель
Выражение a-m, само по себе не имеет смысла. Но чтобы правило деления степеней одного и того же числа имело значение и в том случае, когда показатель делителя больше показателя делимого, введено определение:
Пример 1. Если данное число состоит из 5 сотен, 7 десятков, 2 единиц и 9 сотых долей, то его можно изобразить так:
5 × 102 + 7 × 101 + 2 × 100 + 0 × 10-1 + 9 × 10-2 = 572,09
Пример 2. Если данное число состоит из a десятков, b единиц, c десятых и d тысячных долей, то его можно изобразить так:
a × 101 + b × 100 + c × 10-1 + d × 10-3
Действия над степенями с отрицательными показателями
При умножении степеней одного и того же числа показатели складываются.
При делении степеней одного и того же числа из показателя делимого вычитается показатель делителя.
Чтобы возвести в степень произведение, достаточно возвести в эту степень каждый сомножитель отдельно:
Чтобы возвести в степень дробь, достаточно возвести в эту степень отдельно оба члена дроби:
При возведении степени в другую степень показатели степеней перемножаются.
Дробный показатель
Если k не есть число кратное n, то выражение: не имеет смысла. Но чтобы правило извлечения корня из степени имело место при любом значении показателя степени, введено определение:
Благодаря введению нового символа, извлечение корня всегда может быть заменено возведением в степень.
Действия над степенями с дробными показателями
Действия над степенями с дробными показателями совершаются по тем же правилам, которые установлены для целых показателей.
При доказательстве этого положения, будем сначала предполагать, что члены дробей: и , служащих показателями степеней, положительны.
В частном случае n или q могут равняться единице.
При умножении степеней одного и того же числа дробные показатели складываются:
При делении степеней одного и того же числа с дробными показателями из показателя делимого вычитается показатель делителя:
Чтобы возвести степень в другую степень в случае дробных показателей, достаточно перемножить показатели степеней:
Чтобы извлечь корень из дробной степени, достаточно показатель степени разделить на показатель корня:
Правила действий применимы не только к положительным дробным показателям, но и к отрицательным.
Справка по контенту:
1. Сложность работы инженерного калькулятора
2. Инструкции по функциям инженерного калькулятора
3. Как использовать инженерный калькулятор — например
4. Тригонометрический калькулятор онлайн — примеры
Комплекс компьютерной инженерии
интегрированный математический калькулятор это поможет вам выполнить простейшие вычисления: умножение и сложение, вычитание и деление.
Онлайн-калькулятор быстро и точно построить любое количество на выбранном вами уровне.
Представленный калькулятор калькулятора содержит в себе все возможные версии веб-программ для расчетов. Kalkpro.ru содержит тригонометрический калькулятор (углы и радианы, замки), логарифмы (Вход) факториалов (N!), расчет корней, пазух и arktangenti, kosinusov, касательныйонлайн — набор тригонометрических функций, а не только.
С помощью компьютерной программы вы можете работать на любом устройстве, в любом случае размер интерфейса будет персонализирован для вашего устройства, или вы можете настроить его на свой вкус.
Номера вводятся в двух версиях:
- с мобильных устройств — запись с дисплеем телефона или планшета, программируемые клавиатуры
- с персонального компьютера — используя дисплей электронного интерфейса или с помощью компьютерной клавиатуры с любым номером
Инструкции для функций инженерного калькулятора
Чтобы понять возможности программы, дадим вам краткую инструкцию, см. примеры веб-расчетов.
Принцип работы научного калькулятора: введите номер, по которому производится расчет, затем нажмите функциональную клавишу или операцию, а затем, при необходимости, другое изображение, например, скорость, в конце — знак равенства.
Как использовать MR MC M + M-MS
Как использовать инженерный калькулятор — например
Как добраться до власти
Например, если вы хотите построить 12 ^ 3, введите следующую последовательность:
12 [ху] 3 [=]
12, клавиша «x в игровом уровне» [xy], 3, знак равенства [=]
Ответ: 1728
Как найти корни кубика
Предположим, что мы вытащили корень куба 729, щелкните в следующем порядке:
729 [3√x] [=]
729, [3√x] «кубический корень X» равен [=]
Как найти корень на вашем компьютере
Проблема: найдите квадратный корень из 36.
Решение: все просто, просто нажмите:
36 [Y√х] 2 [=]
36, [y√x] «корень X, скорость воспроизведения», требуемый уровень 2, [=]
Ответ: 6
С помощью этой функции вы можете найти корень на любом этапе, а не только квадрат.
Как квадрат
Существует две функции для квадратной калькуляции веб-программы:
[Х] «X на стадии воспроизведения», [X2] «X в квадрате»,
входная последовательность данных такая же, как и раньше, — первое начальное значение, затем «x ^ 2» и равные, или если нет квадратов, но любое число, нажмите «x ^ y», а затем укажите соответствующий уровень и в том же самом принте равняется символу.
Например: 45 [xy] 6 [=]
Ответ: Сорок пять на шестом шаге.
Трехграмотный калькулятор онлайн — примеры
Как сделать веб-расчет синусов и косинусов, касательных
Обратите внимание, что kalkpro.ru может работать с обоими уровнями, радианами и градом.
1 рад = 57,3 °; 360 ° = 2π, 1 градус = 0,9 градуса или 1 град = 0,015708 радианов.
Чтобы активировать определенный режим измерения, нажмите нужную кнопку:
где Deg — градусы, Rad — измерение в радианах, Град — в граде.
Метод расчета по умолчанию находится в градусах.
В качестве простейшего примера шаг синуса составляет 90 градусов. нажмите:
90 [sin] [=]
Ответ: единица
Мы также вычисляем другие тригонометрические функции, например, вычисляем косинус 60 °:
60 [cos] [=]
Решение: 0,5
Аналогичным образом, наоборот тригонометрические функции онлайн на CALPRO — арксин, дуговый косинус, арктангенс и гиперболические функции sinh, cosh, tanh.
Чтобы войти, вы должны включить интерфейс, нажав [Inv], будут отображаться новые кнопки — asin, acos, atan.
Порядок ввода данных одинаков: сначала значение, затем символ желаемой функции, будь то акросин или дуговый косинус.
Преобразование с помощью кнопок Dms и Deg на калькуляторе
[Deg] позволяет конвертировать, как в градусах, минутах и секундах в формате, в десятичные точки для вычисления. [Dms] создает обратный перевод — в виде «градусов, минут, секунд».
К примеру, как 35 ° 14 минут 04 секунды 53 десятых секунды переводятся на десятки:
35, 140, 4553 [Deg] [=] 35, 23, 44, 45, 46, 66, 66, 66, 66, 66,
Перейдем к предыдущей форме: 35,23459166666666666666 [Dms] [=] 35,140453
Десятичный логарифм онлайн
Десятичный логарифм калькулятора вычисляется следующим образом, например, если вы ищете журналы для базы 10, log10 (1) или lg1:
1 [log] [=]
В результате получилось 0.
Чтобы вычислить lg100, нажмите:
100 [log] [=]
решение: два. Как проверить себя?
как решать дела с фракциями и полномочиями
Что такое логарифмический логарифм на базе 10. В нашем примере есть 2-ступенчатый уровень, на который вы должны ввести базу логарифмов, т. Е. 10, чтобы получить 100.
Также вычисляется натуральный логарифм, но с ключом [ln].
Как использовать память на компьютере
Существующие кнопки памяти: M +, M-, МР, МС, MC.
Добавьте данные в память программы, чтобы MS впоследствии помогала в дальнейших вычислениях.
MR отобразит данные, хранящиеся в памяти.
MC удалит все данные из памяти. M — вычитает номер на веб-дисплее из памяти, хранящейся в памяти.
пример:. В память о программе мы сделаем сто сорок пять:
145 [MR]
После выполнения других вычислений нам пришлось внезапно вернуть сохраненный номер на экран электронного калькулятора, просто нажав:
[MR]
Экран появится снова 145.
Затем снова мы верим, что мы верим, а затем решили добавить, например, 85 с памятью 145, для которой мы нажимаем [M +], или [М] для подсчета 85 из 145 сохраненных.
В первом случае, после возврата окончательного номера из памяти, оказывается, что кнопка [MR] 230, а во втором, после нажатия [M-] и [MR], получается, что 60.
Инженерный калькулятор kalkpro.ru быстро и точно выполняет сложные вычисления, которые значительно упрощают ваши задачи.
Список калькуляторов и функциональных возможностей будет расширен, просто добавьте сайт в закладки и расскажите своим друзьям!
Как подсчитать градусы
Мы часто сталкиваемся с уровнями в разных сферах жизни и даже в повседневной жизни.
Когда дело доходит до квадратных метров или кубических, он сказал, что число на 2-м или 3-м этапах, когда мы видели отметку пленного штрафа или в больших количествах, часто использует 10 ^ n.
И, наконец, есть много формул, которые включают ставки. И какой уровень действия разрешен и как они учитываются?
инструкции
первый Начнем с основ, с определением. Ставка — это продукт тех же факторов. Множитель называется базой, а число факторов называется показателем.
Как уменьшить долю сил
Действие, созданное силой, называется степенью возведения в степень. Показатель может быть положительным и отрицательным, целочисленным или частичным, правила обработки ставок остаются прежними. Если основание силы — с отрицательным знаком, а экспоненциальный странный, то результат потенцирования отрицательный, но если показатель является даже результатом, то в автономии отрицательного или положительного знака до уровня фундамента всегда будет знак плюса.
второй Все свойства, которые мы сейчас пишем, считаются одной и той же.
Однако, если основы ставок отличаются, добавление или вычитание разрешено только после определения. Так же, как они размножаются и делятся. Поскольку построение мощности в соответствии с установленным порядком выполнения расчетных операций имеет преимущество перед умножением и делением, а также сложение и вычитание, выполненные в последней строке. И для метаморфоза этой серьезной последовательности действий есть скобки, в которых завершены основные меры.
третий Какие конкретные правила для арифметических операций существуют для примерно одинаковых оснований?
Помните следующие свойства мощности. Если они работают до 2-градусных выражений, например, ^ n * s ^ m, то пусть это будет свернуто в той мере, в какой это потому, что ^ (n + m). Точно так же они работают с частными, но ставка вычитается из других. a ^ n / a ^ m = a ^ (n-m).
четвёртая В случае, когда требование меньше (a ^ n) ^ m, экспоненты умножаются и получаются ^ (n * m).
пятые Следующее более важное правило, если оно допустимо в качестве основы для представления в виде произведения, может быть преобразовано из (a * b) ^ n в n ^ n * b ^ n.
Также разрешено преобразовывать часть. (a / b) ^ n = a ^ n / b ^ n.
шестые Заключительные инструкции. Если показатель степени равен нулю, результат экспоненциальности всегда является единицей. Если показатель отрицательный, то это частичное выражение.
Это означает a ^ -n = 1 / a ^ n. Наконец, если показатель является частичным, извлечение корня важно, так как a ^ (n / m) = m? A ^ n.
Похожие видео
Правила обработки ставок
1. Уровень произведения двух или более факторов равен произведению мощности этих факторов (с одинаковым показателем):
(abc …) n = anbncn …
Пример 1.
(7 • 2 • 10) 2 = 72 • 22 • 102 = 49 • 4 • 100 = 19600.
Пример 2 (x2 -a2) 3 = [(x + a) (x-a)] 3 = (x + a) 3 (x-a) 3
Обратное преобразование важнее:
anbncn … = (abc …) n
то есть.
Произведение равных количеств нескольких величин равно одинаковому уровню произведения этих величин.
Пример 3.
Пример 4.
(A2 — ab + b2) 2 = (a3 + b3) 2 = [(a + b2) 2
2. Коэффициент распределения (дробь) равен коэффициенту деления той же степени деления с той же степенью дивиденда:
Пример 5.
Пример 6.
Обратное преобразование:.
Пример 7..
Пример 8..
третий
При умножении ставок с одинаковыми основаниями мы добавляем показатель:
aman = am + n
Пример 9.22 • 25 = 22 + 5 = 27 = 128.
Пример 10.
(a — 4c + x) 2 (a — 4c + x) 3 = (a — 4c + x) 5.
четвёртая
Меры с разрешениями и корнями
При делении ставок с одинаковыми основаниями счетчики дивидендов вычитаются из величины дивиденда
Пример 11 125: 123 = 125-3 = 122 = 144.
Пример 12. (x-y) 3: (x-y) 2 = x-y.
5. Когда уровень поднят до мощности, показатели умножаются:
Пример 13 (23) 2 = 26 = 64.
Пример 14.
Выражения власти (члены с полномочиями) и их трансформация
← Вернуться назад на «Калькуляторы онлайн»
Будет решение …
Этот калькулятор поможет вам окончил онлайн, как целое, так и десятичное число.
Наш калькулятор позволяет вам поднимать не только положительные, но и отрицательные числа.
Степень, в которой мы можем построить число, может быть отрицательный.
Инструкции для калькулятора
Помните правила округления десятичного знака в соответствующем уроке.
К небольшим номерам (до 20) мы советуем вам узнать сердце, передавая «таблицу градусов» в разделе «Для изучения».
Важно!
Администрация веб-сайта math-prosto.ru указывает, что вы можете освежить свои знания предмета уровня аудитории для 7-го и 8-го классов.
Уменьшение фракций со степенями
Это онлайн-калькулятор, предназначенный для облегчения задачи увеличения количества мощностей. Введенные числа могут быть отрицательными. В десятичных дробях вы можете вводить разделитель, точка и запятая одинаковы.
Вы также можете ввести число «e» в формах полей калькулятора (введите латинский алфавит).
Имейте в виду, что число с отрицательным значением будет размещено на нецелого этапа (диплом с дробным компонентом, поскольку отрицательные числа не определены), ничто не может поднять его до отрицательной энергии.
Использование калькулятора степеней очень просто: когда вы вводите в первом поле слева, укажите базовую мощность (номер, который должен быть установлен для питания), а другой — значение его индекса.
Затем нажмите кнопку «Расчет», чтобы вычислить, результат будет отображаться одним и тем же символом. Чтобы сбросить форму, нажмите кнопку «Сброс».
Например, если вы хотите рассчитать, сколько 5 в 5 степеней, заполните форму следующим образом:
vipstylelife.ru
Степень уравнения
Кроме разделения уравнений по количеству неизвестных, уравнения так же разделяются по степеням неизвестных: уравнения первой степени, уравнения второй степени и так далее.
Чтобы определить степень данного уравнения, в нём нужно предварительно сделать следующие преобразования:
- раскрыть скобки,
- освободить уравнение от дробных членов,
- перенести все неизвестные члены в одну из частей уравнения,
- сделать приведение подобных членов.
После выполнения всех этих преобразований, степень уравнения определяется по следующим правилам:
Степенью уравнения с одним неизвестным называется показатель при неизвестном в том члене уравнения, в котором этот показатель наибольший.
Примеры:
10 — x = 2 – уравнение первой степени с одним неизвестным
x2 + 7x = 16 – уравнение второй степени с одним неизвестным
x3 = 8 – уравнение третьей степени с одним неизвестным
Степенью уравнения с несколькими неизвестными называется сумма показателей при неизвестных в том члене уравнения, в котором эта сумма наибольшая.
Для примера возьмём уравнение
3x2y + xy + 25 = 0
Для наглядности расставим показатели первой степени (которые обычно не ставят):
3x2y1 + x1y1 + 251 = 0
Теперь посчитаем суммы показателей для тех членов уравнения, в которых присутствуют неизвестные:
3x2y1 – сумма показателей равна 2 + 1 = 3
x1y1 – сумма показателей равна 1 + 1 = 2
Сумма показателей у первого члена уравнения больше чем у второго, значит при определении степени уравнения будем ориентироваться на сумму показателей первого члена. Это значит что про данное уравнение можно сказать, что это уравнение третьей степени с двумя неизвестными.
Ещё примеры:
2xy — x = 25 – уравнение второй степени с двумя неизвестным
xy2 — 2xy + 8y = 0 – уравнение третьей степени с двумя неизвестным
naobumium.info
Показательные уравнения. Решения
Решение множества показательных уравнений не обходится без замен, квадратных уравнений и сложных преобразований. Приведенные ниже примеры помогут Вам в этом быстро разобраться и научат решать самые сложные из них. Также Вы сможете выучить некоторые свойства логарифмов без которых показательные уравнения в простой способ не решить. Начнем с самых азов — теоретического материала об уравнениях.
Показательными называют уравнения в которых неизвестная величина содержится в показателе степени, при этом основа степени не содержит неизвестной величины. Самое простое показательных уравнения ax=b решают логарифмированием x=log[a](b).
При решении показательных уравнений используют свойство показателей: если в уравнение степени с одной и той же основой то равные показатели степени или основание равно единице.
Из равенства следует или .
Некоторые уравнения требуют замены переменной и сводится к решению степенного уравнения. Например уравнения
легко сводится к квадратному если сделать замену
При этом исходное уравнение примет вид
После его решения нужно вернуться к замене и решить полученное уравнение.
Если показательной уравнение содержит две различные показательные функции ( основы не сводятся к одной) , то выполняют деления уравнения на одну из основ в соответствующей степени и переход до показательного уравнения которое содержит функцию с дробной основой.
Находя решения показательных уравнений следует помнить что показательная функция принимает только положительные значения. Отрицательные значения или нули замененной переменной не принимаются к рассмотрению.
На этом необходимый теоретический материал заканчивается и переходим к рассмотрению распространенных примеров.
Пример 1.Решить показательное уравнение
Решение. Перепишем уравнение к следующему виду
Второе слагаемое распишем как произведение
и сделаем замену в уравнении
Исходное уравнение преобразуем к следующему
Областью допустимых значений будет действительная ось за исключением точки y=0.
Умножим его на y и переносим все в левую сторону
Получили квадратное уравнение корни которого находим по теореме Виета. Нетрудно убедиться что они принимают значения
Возвращаемся к замене и находим решения
Выполняем проверку
Итак оба решения удовлетворяют уравнению.
Пример 2. Решить показательное уравнение
Решение. Используя одну из свойств логарифма записываем правую сторону уравнения в виде
Приравнивая показатели находим
Пример 3. Решить уравнение
Решение. Такого сорта примеры решают логарифмированием обеих сторон что приводит к сведению показательного уравнения к простому виду.
Полученное уравнение относительно переменной решаем через дискриминант
Корни уравнения приобретут значения
Другого метода позволяющего аналитически получить решения Вы не найдете ни в интернете, ни на форумах.
Пример 4. Решить уравнение
Решение. Выполним некоторые преобразования с показателями чтобы упростить уравнение
Эквивалентные значения подставим в уравнение, в результате получим
Выполняем замену
Уравнение превратится к квадратному
Вычисляем дискриминант
Найденное значение подставляем в формулу корней
Возвращаемся к замене и находим
Задача решена.
Пример 5.Решить уравнение
Решение. Такого типа уравнения решают с постоянной основой . За основу классически берут 10 , однако , если взять другую (для данного примера 5 или 9 ) то решение примет компактный вид
Рассмотрим оба метода.
1. Прологарифмируем обе части равенства
Раскрываем скобки и группируем слагаемые при неизвестных
Такой интересный результат.
2. Прологарифмируем обе части равенства по основанию 9
Группируя слагаемые содержащие переменную получим
Оба метода достаточно быстрые и эффективные, для себя выбирайте который Вам больше подходит.
Пример 6.Решить уравнение
Решение.Такого рода задачи решают по следующей схеме. Показательное уравнения превращают к виду
Все слагаемые разделяем на величину чтобы свести к дробному виду
После этого выполняем замену
Уравнение переписываем в виде
Умножаем на переменную и решаем квадратное уравнение
Дискриминант принимает нулевое значение, при етом корни уравнения совпадают
Возвращаемся к замене и решаем
Итак x=2 — единственное решение.
Используйте приведенную схему в подобных задач и гарантированно получите верный результат.
Пример 7. Решить уравнение
Решение. На первый взгляд уравнения достаточно сложное и неизвестно как его упрощать, однако схема решения данного примера и подобных довольно проста и интересна. Выполним над уравнением преобразования
Нужно это уравнение преобразовать к квадратному
Выполним замену
и перепишем уравнение в виде следуещого
Вычисляем дискриминант
и корни уравнения
Возвращаемся к совершенной замене
Такое уравнение сводим к квадратному, выполнив замену
В результате получим
Решаем через дискриминант
Возвращаемся к замене и определяем переменную x
Второе значение рассматривать не будем, поскольку оно отрицательное, а показательная функция всюду положительная.
Решаем вторую половину задачи
Используя предыдущую замену получим
Дискриминант примет значение
Находим корни уравнения
Первый корень имеет место бить, второй — отрицательный и не подходит.
Получили два решения показательного уравнения
Хорошо разберитесь с приведенными методами решения показательных уравнений, возможно некоторые из них пригодятся при прохождении ВНО, экзамене или контрольной работе. Будьте внимательны при упрощении, первое время используйте подстановку для проверки результатов.
Похожие материалы:
yukhym.com
На этапе подготовки к заключительному тестированию учащимся старших классов необходимо подтянуть знания по теме «Показательные уравнения». Опыт прошлых лет свидетельствует о том, что подобные задания вызывают у школьников определенные затруднения. Поэтому старшеклассникам, независимо от уровня их подготовки, необходимо тщательно усвоить теорию, запомнить формулы и понять принцип решения таких уравнений. Научившись справляться с данным видом задач, выпускники смогут рассчитывать на высокие баллы при сдаче ЕГЭ по математике.
Готовьтесь к экзаменационному тестированию вместе со «Школково»!
При повторении пройденных материалов многие учащиеся сталкиваются с проблемой поиска нужных для решения уравнений формул. Школьный учебник не всегда находится под рукой, а отбор необходимой информации по теме в Интернете занимает долгое время.
Образовательный портал «Школково» предлагает ученикам воспользоваться нашей базой знаний. Мы реализуем совершенно новый метод подготовки к итоговому тестированию. Занимаясь на нашем сайте, вы сможете выявить пробелы в знаниях и уделить внимание именно тем заданиям, которые вызывают наибольшие затруднения.
Преподаватели «Школково» собрали, систематизировали и изложили весь необходимый для успешной сдачи ЕГЭ материал в максимально простой и доступной форме.
Основные определения и формулы представлены в разделе «Теоретическая справка».
Для лучшего усвоения материала рекомендуем попрактиковаться в выполнении заданий. Внимательно просмотрите представленные на данной странице примеры показательных уравнений с решением, чтобы понять алгоритм вычисления. После этого приступайте к выполнению задач в разделе «Каталоги». Вы можете начать с самых легких заданий или сразу перейти к решению сложных показательных уравнений с несколькими неизвестными или иррациональным уравнениям со знаком корня. База упражнений на нашем сайте постоянно дополняется и обновляется.
Те примеры с показателями, которые вызвали у вас затруднения, можно добавить в «Избранное». Так вы можете быстро найти их и обсудить решение с преподавателем.
Чтобы успешно сдать ЕГЭ, занимайтесь на портале «Школково» каждый день!
Исходим
из следующего утверждения: если
целочисленный приведенный (!) многочлен
имеет рациональный корень, то этот
корень будет целым числом. В самом деле,
пусть
есть несократимая дробь и является
корнем уравнения
,то
есть
.
Умножим обе части уравнения на
:
,
откуда имеем:
,
то есть несократимая дробь
равна целому числу (сумме целых чисел),
что невозможно. Значит, доказательством
от противного установлено, что несократимая
дробь не может быть корнем приведенного
(!) целочисленного уравнения (многочлена).
Если
имеется целочисленный не приведенный
многочлен
,
то можно получить приведенный многочлен,
умножив исходный многочлен на
и сделав замену
:
,
.
Многочлен
— целочисленный и приведенный (!); если
он имеет рациональные корни, то они
целые и содержатся в качестве делителей
свободного члена
,
то есть
,
откуда
,
что может быть как целым, так и дробным
числом. Итак, для нахождения всех
рациональных (дробных и целых) корней
неприведенного целочисленного многочлена
нужно его превратить в приведенный (!)
(умножив на
и сделав замену
),
найти все целые корни этого приведенного
уравнения и разделить каждый из них на
старший коэффициент исходного многочлена.
Пример
2.6. Найти рациональные корни многочлена
.
Решение.
Умножая
на
(
)
и делая замену
(
),
получим:
,
то есть
;
;
значит,
есть корень уравнения
;
проверим его кратность:
,
;
значит, корень простой; делим
на разность
по схеме Горнера:
1 |
5 |
3 |
45 |
-54 |
|
с=1 |
1 |
6 |
9 |
54 |
0 |
Следовательно,
,
где
.
Делителями свободного члена будут
числа:
;
;
;
;
;
;
;
.
,
.
Заметим, кстати, что положительных
корней многочлен
не имеет. Пусть
,
тогда
;
пусть
,
тогда
;
пусть
,
тогда
,
;
стало быть,
корень многочлена
.
Испытаем этот корень по схеме Горнера
и заодно получим некое квадратное
уравнение, корни которого сразу же и
оценим.
1 |
6 |
9 |
54 |
|
с=-6 |
1 |
0 |
9 |
0 |
Таким
образом,
,
что говорит о том, что остальные два
корня комплексные. Итак, у=1;-6, откуда
получаем:
;
.
Ответ:
.
Упражнения
2.5. Найти рациональные корни целочисленных
многочленов:
а).
,
б).
,
в).
,
г).
,
д).
,
е).
,
ж).
,
з).
.
§3. Общий подход к решению уравнений высших степеней
Если изложенные
ранее методы не позволяют решить
некоторое уравнение, то возникает
вопрос: имеет ли данное уравнение
действительные корни вообще? Из следствий
основной теоремы алгебры вытекает, что
уравнение нечетной степени имеет по
крайней мере один действительный корень.
В случае уравнения четной степени вопрос
остается открытым. Число действительных
корней в уравнении (многочлене) однозначно
устанавливается с помощью так называемой
последовательности Штурма, построение
которой описано в приложении 2. Это
построение бывает достаточно громоздко,
поэтому имеет смысл использовать более
простые способы, которые зачастую решают
задачу. Например, всегда можно построить
график многочлена третьей степени с
помощью производной, что и решает задачу
о числе действительных корней в данном
многочлене.
Вопрос о верхней
границе числа корней в уравнении
(многочлене) решает теорема Декарта:
число действительных положительных
корней в уравнении
(3.1)
anxn+an-1xn-1+…+a1x+a0=0
с учетом их кратности
равно числу перемен знаков (W+)
в системе коэффициентов ai
(i0)
или меньше этого числа на четное
число; коэффициенты, равные нулю, не
учитываются, и все коэффициенты в
уравнении предполагаются вещественными,
причем an>0.
Пример 3.1.
Сколько положительных корней в
уравнении
3x4+6x3+10x2-2x-24=0
?
Решение. Система
знаков коэффициентов уравнения ai
суть: (+, +, +, -, -); стало быть, в наличии
одна смена знака, то есть W+=1,
а потому и положительный корень в
уравнении только один.
Ответ: xi>0,
i=1.
Если в уравнении
(3.1) вместо ”x” подставить
(-x), то получим систему
знаков для определения количества
отрицательных корней исходного уравнения.
Так, в примере (3.1) при замене “x”
на (-x) имеем следующую
систему знаков: (+, -, +, +, -); стало быть,
имеем три смены знаков, то есть W—=3,
что означает наличие в уравнении числа
отрицательных корней, равного трем
или одному.
Неопределенность
в количестве действительных корней
возникает из-за возможного наличия
комплексно сопряженных корней.
Уточнить количество
действительных корней в уравнении
помогает иногда теорема Гюа: если
уравнение имеет все действительные
коэффициенты и все его корни действительны,
то квадрат каждого не крайнего коэффициента
этого уравнения больше произведения
двух его соседних коэффициентов
(предшествующего и последующего), то
есть
(3.2)
ak2>ak-1*ak+1
при k=n-1, n-2, …, 1.
Пример 3.2.
Доказать, что уравнение
x5+3x4+2x3+4x2-7x+4=0
имеет комплексные
корни.
Решение.
Согласно теореме Гюа имеем совокупность
неравенств:
Так
как второе неравенство ложно, то не все
корни исходного уравнения являются
действительными; стало быть, комплексные
корни в исходном уравнении есть.
Ответ. x=i,
где i=
Замечание.
Теорема Гюа содержит только необходимое
условие; если оно выполняется, то
заключение о существовании всех корней
как действительных зачастую может и не
иметь места. Так, в примере (3.1) из уравнения
3x4+6x3+10x2-2x-24=0
согласно теореме Гюа имеем следующую
совокупность неравенств:
Все
неравенства верны, но никакого заключения
о наличии всех корней уравнения как
действительных сделать нельзя.
Когда наличие
действительных корней в уравнении
установлено, то можно определить
интервал, в котором они располагаются,
по теореме Лагранжа, а именно: пусть
в уравнении (3.1)
anxn+an-1xn-1+…+a1x+a0=0,
an>0,
A
– наибольшая из абсолютных величин
отрицательных коэффициентов, ak
– первый из отрицательных коэффициентов
(подсчет «k» ведется слева
направо, причем первый член уравнения
считается нулевым, то есть k1),
тогда любой положительный корень
уравнения удовлетворяет оценке:
(3.3) 0<x<1+(A/an)1/k.
Так,
в уравнении примера (3.1) 3x4+6x3+10x2-2x-24=0
имеем: A=|-24|=24,
an=3,
k=3; что дает оценку для положительного
корня уравнения: 0<x<1+(24/3)1/3=3,
0<x<3. Таким образом,
произошло как бы отделение корня в
интервал (0;3), при этом N0=3
считается верхней границей положительных
корней исходного уравнения. Для
определения нижней границы отрицательных
корней уравнения f(x)
используем многочлен f(-x), для которого
ищем верхнюю положительную границу
корней N2,
значение которой с противоположным
знаком будет служить нижней границей
отрицательных корней многочлена
f(x). Для уравнения примера (3.1) имеем:
f(x)=3x4+6x3+10x2-2x-24,
f(-x)=3x4-6x3+10x2+2x—24,
0<-x<1+24/3=9, 0<-x<9, -9<x<0.
Если согласно
теореме Лагранжа указываются границы,
между которыми содержаться действительные
корни уравнения, то этим вовсе не
утверждается, что такие
корни на самом деле есть. Стало быть,
вначале надо определить наличие
действительных корней в уравнении (как
положительных, так и отрицательных), а
потом уже искать интервалы, в которых
они находятся.
После установления
количества действительных корней в
уравнении (пусть пока и с избытком) имеет
смысл построить график или просто
таблицу исходного многочлена по легко
просчитываемым точкам (0; 1;
2; …), входящим в
интервалы расположения корней. В ряде
случаев это дает полезную информацию.
Так, для многочлена из примера (3.1)
f(x)=3x4+6x3+10x2-2x-24
имеем: f(0)=-24, f(1)=-7,
f(2)=108; что дает “заужение” отделения
этого корня до интервала (1;2), в котором
многочлен меняет знак (раньше отделения
корня приходилось на интервал (0;3)).
Далее, f(-1)=-20, f(-2)=20, что дает в интервале
(-1; -2) по крайней мере один отрицательный
корень.
Пример
3.3. Отделить
отрицательные корни многочлена
f(x)=x5+2x4-5x3+8x2-7x-3.
Решение.
Система знаков для
отрицательных корней суть: (-, +, +, +, -);
стало быть, количество отрицательных
корней 2 или 0 (W—=2).
f(0)=-3, f(-1)=18; стало быть,
в интервале (-1;0) может быть по крайней
мере один отрицательный корень; далее:
f(-2)=83, f(-3)=144, f(-4)=-39; стало быть,
в интервале (-4;-3) находится второй
отрицательный корень.
Ответ:
x1<0,
x1(-1;
0); x2<0,
x2(-4;
-3).
Пример
3.4. Решить уравнение
=x3-12x+18.
Решение. ОДЗ:
4х-х20,
х(4-х)0, х(х-4)0.
0
— 4 х
х[0;4].
Далее
используем графическую иллюстрацию
задачи. Пусть у1=у2, где
у1=
представляет собой верхнюю часть
полуокружности, расположенной в верхней
полуплоскости (у10);
центр полуокружности смещен на две
единицы от начала координат (у12=4х-х2,
х2-4х+4-4+у12=0, (х-2)2+у12=2).
у2=х3-12х+18 представляет собой
график многочлена третьей степени.
у
у2=х3-12х+18
2
у1=
-5
-4 -2 2
х
Исследуем этот
график в области определения задачи с
помощью производной. у2=3x2-12,
y2=0,
3x2-12=0,
x2-4=0,
x1,2=2.
В область определения задачи
попадает только х=2. у2=6х,
sgn у2(2)=12>0
min у2= у2(2)=8-24+18= =2. Как
видим, max у1 совпадает
с min у2;
стало быть, х=2 есть решение задачи.
Сделаем
некоторые замечания о многочлене третьей
степени, рассматривая его при хR.
Во-первых,
имеем по
крайней мере один действительный корень
многочлена нечетной степени. Так как
Ф+
(смена
знаков при х>0)
равно двум, то
положительных корней у многочлена 2 или
их нет вовсе. Так как Ф—
(смена знаков при х<0
(-, +, +)) равно 1, то и отрицательный корень
у многочлена один. Из решенной задачи
следует, что, кроме min
у2=у2(2)=2,
есть еще экстремум в точке х=-2. sgn
у2(-2)=-12<0
max
y2=у2(-2)=34.
Стало быть,
как это видно из рисунка, многочлен
имеет только один отрицательный корень,
расположенный в интервале (-5; -4), так как
у2(-4)=-64+48+18=2,
а у2(-5)=-125+60+18=-47.
Исследованный многочлен целочисленный,
приведенный, неполный, целых рациональных
корней не имеет. Если сдвинуть график
многочлена на две единицы вниз, то у
полученного вновь многочлена х3-12х+16
будет три действительных корня, один
из которых кратный ({-4;
2; 2}).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Целые рациональные уравнения
Если в уравнении нет переменной (x) в знаменателе, то такое уравнение называется целым. Или, другими словами, нигде в уравнении нет деления на переменную.
Метод решения целых рациональных уравнений сильно зависит от того, какой степени перед вами уравнения.
Степень уравнения — это максимальная степень у переменной (x).
Например, уравнение (x^2+5x-1=0) будет второй степени, так как есть (x^2).
Пример уравнения первой степени: (5x-1=17);
Уравнение третьей степени: (5x^3-3x^2=0);
Уравнение четвертой степени: (7x^4-5x^2+x-5=0);
И т.д.
Основной алгоритм решения целых уравнений:
- Если есть скобки, раскрываем их;
- Перекидываем все слагаемые в левую часть так, чтобы в правой части остался только (0). Не забываем при этом менять знак этих слагаемых;
- Приводим подобные слагаемые;
- Если получилось уравнение первой степени (в уравнении есть только (x)), то решаем его так (линейные уравнения);
- Если получилось уравнение второй степени (в уравнении есть (x^2)), то оно решается вот так (квадратные уравнения).
- А вот если в преобразованном уравнении получились члены (x^3) или большей степени, то придется применять нестандартные методы решения. Например, замена переменной, группировка, схема Горнера и т.д.
Чаще всего уравнения после преобразований будут сводиться к уравнениям первой (линейные уравнения) и второй (квадратные уравнения) степени.
Разберем примеры целых рациональных уравнений:
Пример 1
$$-4(-7+6x)=-9x-5;$$
Первым делом раскрываем скобки:
$$28-24x=-9x-5;$$
Перекидываем все слагаемые из правой части в левую:
$$28-24x+9x+5=0;$$
Поменяем слагаемые местами, чтобы удобнее было приводить подобные слагаемые:
$$-24x+9x+5+28=0;$$
$$-15x+33=0;$$
Получили линейное уравнение. Чтобы его решить, перекидываем свободный член (тот, что без (x)) в правую часть:
$$-15x=-33;$$
И поделим уравнение слева и справа на (-15):
$$x=frac{-33}{-15};$$
$$x=frac{11}{5}=2,2;$$
Ответ: (x=2,2.)
Важно отметить, то, что уравнение линейное, стало видно сразу после раскрытия скобок: у нас же не было степени у (x)-ов. Поэтому разумно было сразу решать его как линейное: перенести все слагаемые с (x) в левую часть, а все числа в правую. Так бы получилось немного короче.
Пример 2
$$4*(x+1)^2-2(x+3)=(2x-5)^2;$$
Тут сразу и не скажешь, какой степени уравнение. На первый взгляд кажется, что квадратное, но давайте раскроем скобки, воспользовавшись формулами сокращенного умножения:
$$4*(x^2+2x+1)-2x-6=4x^2-20x+25;$$
$$4*x^2+8x+4-2x-6=4x^2-20x+25;$$
Перекинем все в левую часть, не забывая поменять знак:
$$4*x^2+8x+4-2x-6-4x^2+20x-25=0;$$
Поменяем местами слагаемые, чтобы было проще приводить подобные:
$$4x^2-4x^2+8x-2x+20x+4-6-25=0;$$
$$26x-27=0;$$
Как видите, все квадраты сократились, и уравнение превратилось в линейное:
$$26x=27;$$
$$x=frac{27}{26};$$
Ответ: (x=frac{27}{26}.)
Пример 3
$$frac{x}{6}+frac{x}{12}+x=-frac{35}{4};$$
Домножим уравнение слева и справа на (12). Почему именно на (12)? Потому что в уравнении есть дроби с знаменателями (6), (12) и (4), на все эти числа (12) можно разделить:
$$12*(frac{x}{6}+frac{x}{12}+x)=12*(-frac{35}{4});$$
$$12*frac{x}{6}+12*frac{x}{12}+12*x=12*(-frac{35}{4});$$
$$2x+x+12x=-3*35;$$
$$15x=-105;$$
$$x=frac{-105}{15}=-7;$$
Ответ: (x=-7.)
Подробнее про линейные уравнения можно почитать в отдельной статье.
Пример 4
$$(x-1)^2=2x^2-6x-31;$$
Раскроем скобки:
$$x^2-2x+1=2x^2-6x-31;$$
$$x^2-2x+1-2x^2+6x+31=0;$$
$$x^2-2x^2-2x+6x+1+31=0;$$
$$-x^2+4x+32=0;$$
После приведения подобных слагаемых в уравнении остался (x^2), а значит перед нами квадратное уравнение, которое можно решить через дискриминант:
$$a=-1; quad b=4; quad c=32;$$
$$D=b^2-4ac=4^2-4*(-1)*32=16+128=144=12^2;$$
$$x_1=frac{-b+sqrt{D}}{2a}=frac{-4+12}{2*(-1)}=frac{8}{-2}=-4;$$
$$x_1=frac{-b-sqrt{D}}{2a}=frac{-4-12}{2*(-1)}=frac{-16}{-2}=8;$$
Ответ: (x=-4; qquad x=8.)
Подробнее про квадратные уравнения можно почитать здесь.
Методы решения уравнений третьей степени и старше
Не существует универсального удобного метода решения уравнений третьей степени или выше, как, например, квадратные уравнения, которые легко решаются через дискриминант, даже думать не надо.
Есть несколько методов, которые полезно знать: замена переменной, метод группировки, деление многочлена на многочлен, схема Горнера и т.д. Метод замены переменной заслуживает отдельного урока, поэтому про него мы подробно поговорим здесь. Сейчас мы обсудим метод группировки.
Метод группировки
Метод группировки слагаемых можно использовать и для решения квадратных уравнений, и, вообще говоря, для уравнений любой степени. Но проблема этого метода в том, что далеко не всегда удается его применить, и приходится использовать другие методы. Однако, если на экзамене вам не повезло, и попалось уравнение, которое сводится к уравнению 3й степени или старше, то в большинстве случаев оно будет решаться именно группировкой. Поэтому знать этот метод нужно обязательно.
Разберем метод группировки на примере кубического уравнения:
Пример 5
$$2x^3+4x^2-8x-16=0;$$
Посмотрите внимательно на уравнение, в нем 4 слагаемых, сгруппируем их попарно: первое слагаемое со вторым, а третье с четвертым:
$$(2x^3+4x^2)+(-8x-16)=0;$$
И вынесем общий множитель (2x^2) из первой пары, и (-8) из второй:
$$2x^2(x+2)-8(x+2)=0;$$
Теперь вместо 4-х слагаемых у нас всего два, но и у них есть общий множитель ((x+2)), который можно вынести за скобки:
$$(x+2)(2x^2-8)=0;$$
Произведение двух множителей (в нашем случае двух скобок) равно нулю, когда хотя бы один из множителей равен (0):
$$x+2-0 qquad Rightarrow qquad x_1=-2;$$
$$2x^2-8=0 qquad Rightarrow qquad 2x^2=8 qquad Rightarrow qquad x^2=frac{8}{2} qquadRightarrow $$
$$Rightarrow qquad x^2=4 qquad Rightarrow qquad x_{2,3}=pm 2;$$
Получилось три значения (x), но корень (x=-2) дублируется, поэтому исходное кубическое уравнение будет иметь 2 решения:
Ответ: (x=-2, quad x=2.)
Общий алгоритм разложения на множители:
- Объединяем слагаемые в группы, как правило, в пары, но иногда это могут быть и тройки;
- В каждой группе (паре) выносим общий множитель за скобки;
- Если в скобках в каждой паре получилось одинаковое выражение, то опять выносим общий множитель в виде одинакового выражения внутри этих скобок за «большие» скобки.
- Если в результате шагов (1) и (2) в каждой паре получились разные выражения в скобках, то нужно вернуться на шаг (1), поменять местами слагаемые и сгруппировать их в группы другим способом.
Попробуем решить уравнение четвертой степени:
Пример 6
$$4x^4+12x^3+6x^2+18x=0;$$
Опять сгруппируем слагаемые по парам: первое со вторым, а третье с четвертым:
$$(4x^4+12x^3)+(6x^2+18x)=0;$$
Вынесем общий множитель в каждой паре:
$$4x^3(x+3)+6x(x+3)=0;$$
Ура, в скобках получились одинаковые выражения ((x+3)), вынесем их за скобки:
$$(x+3)(4x^3+6x)=0;$$
Произведение равно нулю, когда хотя бы один из множителей равен нулю:
$$x+3=0 qquad qquad 4x^3+6x=0;$$
Первое уравнение имеет корень (x_1=-3), а второе выпишем отдельно и решим:
$$4x^3+6x=0;$$
Здесь тоже есть общий множитель (x), но это уже не группировка, а обычное вынесение общего множителя за скобки:
$$x(4x^2+6)=0;$$
$$x_2=0 qquad 4x^2+6=0;$$
Из уравнения (4x^2+6=0) выразим (x^2:)
$$4x^2=-6;$$
$$x^2=frac{-6}{4}=frac{-3}{2};$$
Но (x^2) никогда не может равняться отрицательному числу! Что бы вы не возвели в квадрат, всегда получите неотрицательное число. Поэтому последнее уравнение не будет иметь корней.
Осталось опять всего лишь два корня:
Ответ: (x_1=-3; qquad x_2=0.)
Дробно-рациональные уравнения
Если в уравнении есть деление на выражение, зависящее от переменной (x), то такое уравнение будет называться дробно-рациональным. Например, уравнения:
$$frac{1}{x}+3=x;$$
$$x+frac{20}{x+6}=6;$$
$$frac{x^2-3x-2}{x^2-3x+2}+frac{x^2-3x+16}{x^2-3x}=0;$$
все будут дробно-рациональными.
А уравнение
$$frac{x^2-3x}{5}+frac{x-7}{2}=1;$$
уже не будет дробно-рациональным, несмотря на то, что есть деление, но в знаменателе стоят обыкновенные числа, там нет переменной (x).
С тем, что такое дробно-рациональные уравнения, надеюсь, разобрались, теперь поговорим про алгоритм решения таких уравнений.
В общем виде дробно-рациональное уравнение выглядит так:
$$frac{P(x)}{Q(x)}=0;$$
где (P(x)) и (Q(x)) — целые рациональные выражения;
Схему решения можно записать в виде:
$$ begin{cases}
P(x)=0, \
Q(x) neq 0.
end{cases}$$
Простыми словами, решение дробно-рационального уравнения сводится к нахождению корней целого рационального уравнения (P(x)=0). И проверке того, чтобы найденные корни удовлетворяли неравенству (Q(x)neq0).
Пример 7
$$frac{x^2-5x+6}{x-3}=0;$$
Согласно приведенной выше схеме (P(x)=x^2-5x+6=0), а (Q(x)=x-3neq 0).
Или можно запомнить, что дробь равна нулю только тогда, когда числитель равен нулю. А делить на ноль в математике запрещено, поэтому еще и знаменатель не должен равняться нулю.
Приравниваем числитель к нулю:
$$x^2-5x+6=0;$$
$$D=(-5)^2-4*1*6=25-24=1;$$
$$x_1=frac{-(-5)+sqrt{1}}{2}=frac{5+1}{2}=3;$$
$$x_2=frac{-(-5)-sqrt{1}}{2}=frac{5-1}{2}=2;$$
И не забываем проверить, чтобы при найденных корнях знаменатель не был равен нулю:
$$x-3 neq 0;$$
При (x_1=3) знаменатель обращается в нуль, поэтому этот корень нам не подходит.
Ответ: (x_1=2.)
Рассмотрим более сложное уравнение:
Пример 8
$$frac{10}{x+6}=-frac{5}{3};$$
Чтобы решить такое уравнение, необходимо привести его к стандартному виду:
$$frac{P(x)}{Q(x)}=0;$$
Для этого переносим (-frac{5}{3}) в левую часть уравнения, не забываем, что (-frac{5}{3}) превращается в (+frac{5}{3}):
$$frac{10}{x+6}+frac{5}{3}=0;$$
Приводим дроби к общему знаменателю. Общим знаменателем здесь будет: (3*(x+6)). Поэтому домножаем числитель и знаменатель первой дроби на (3), а вторую дробь на ((x+6)):
$$frac{3*10}{3*(x+6)}+frac{5*(x+6)}{3*(x+6)}=0;$$
$$frac{30}{3*(x+6)}+frac{5*x+30}{3*(x+6)}=0;$$
Так как теперь знаменатели у дробей одинаковые, то можно сложить их числители и представить в виде одной большой дроби:
$$frac{30+5x+30}{3(x+6)}=0;$$
$$frac{60+5x}{3(x+6)}=0;$$
Получили стандартный вид дробно-рационального уравнения.
Дробь может быть равна нулю только в одном случае: если ее числитель равен нулю!
Иногда нулю еще пытаются приравнять знаменатель, но знаменатель не может быть равен нулю. Знак дроби — это то же самое, что и знак деления, а делить на ноль в математике категорически запрещено. Именно поэтому знаменатель дроби никак не может быть равен нулю.
Возвращаемся к нашему уравнению и приравниваем числитель к нулю:
$$60+5x=0;$$
$$5x=-60;$$
$$x=-12;$$
В качестве проверки подставим найденный корень в исходное уравнение:
$$frac{10}{x+6}=-frac{5}{3} quad Rightarrow quad frac{10}{-12+6}=-frac{5}{3} quad Rightarrow $$
$$Rightarrow quad frac{10}{-6}=-frac{5}{3} quad Rightarrow quad -frac{5}{3}=-frac{5}{3};$$
Получилось верное равенство, значит (x=-12) действительно будет корнем нашего уравнения.
Ответ: (x=-12.)
Алгоритм решения
- Переносим все слагаемые в левую часть, чтобы в правой части уравнения был 0, не забывая при этом менять знак;
- Приводим к общему знаменателю;
- Упрощаем получившееся выражение в числителе дроби: раскрываем скобки, приводим подобные слагаемые;
- Дробь равна нулю, когда числитель равен нулю. Поэтому избавляемся от знаменателя и приравниваем числитель к нулю;
- В результате вышеперечисленных действий дробно-рациональное уравнение сводится к целому рациональному уравнению;
- Решаем целое рациональное уравнение и проверяем найденные корни, чтобы при подстановке их в знаменатель, не получался ноль.
Посмотрим, как работает алгоритм на примерах:
Пример 9
$$frac{9}{x-11}+frac{11}{x-9}=2;$$
Перекидываем двойку в левую часть уравнения и приводим дроби к общему знаменателю ((x-11)(x-9)). Для этого в первой дроби домножаем числитель и знаменатель на ((x-9)), вторую дробь на ((x-11)), а (2-ку) мы всегда можем представить в виде дроби: (frac{2}{1}), и тоже приводим к знаменателю ((x-11)(x-9)):
$$frac{9*(x-9)}{(x-11)(x-9)}+frac{11*(x-11)}{(x-9)(x-11)}-frac{2(x-11)(x-9)}{(x-11)(x-9)}=0;$$
Получилось немного страшновато, но ничего: складываем дроби, раскрываем в числителе все скобки и приводим подобные слагаемые. Знаменатель при этом не трогаем.
$$frac{9(x-9)+11(x-11)-2(x-11)(x-9)}{(x-9)(x-11)}=0;$$
$$frac{9x-81+11x-121-2(x^2-9x-11x+99)}{(x-9)(x-11)}=0;$$
$$frac{9x-81+11x-121-2x^2+18x+22x-198}{(x-9)(x-11)}=0;$$
$$frac{-2x^2+60x-400}{(x-9)(x-11)}=0;$$
Дробь равна нулю, когда числитель равен нулю:
$$-2x^2+60x-400=0;$$
$$D=60^2-4*(-2)*(-400)=3600-3200=400;$$
$$x_1=frac{-60+sqrt{400}}{2*(-2)}=frac{-60+20}{-4}=10;$$
$$x_2=frac{-60-sqrt{400}}{2*(-2)}=frac{-60-20}{-4}=20;$$
Подставив оба корня в исходное уравнение, аналогично тому, как мы это делали в примере №7, можно убедиться в правильности найденных корней.
Ответ: (x_1=10 quad x_2=20.)
Пример 10
$$frac{x}{3x+2}+frac{5}{3x-2}=frac{3x^2+6x}{4-9x^2};$$
Когда вы видите в знаменателе формулы сокращенного умножения, общий множитель или группировку, то нужно обязательно ими воспользоваться, чтобы разложить многочлен в знаменателе на множители перед тем, как приводить к общему знаменателю.
Замечаем у дроби справа в знаменателе формулу разности квадратов (a^2-b^2=(a-b)(a+b):)
$$frac{x}{3x+2}+frac{5}{3x-2}=frac{3x^2+6x}{(2-3x)(2+3x)};$$
Перекидываем в левую часть уравнения:
$$frac{x}{3x+2}+frac{5}{3x-2}-frac{3x^2+6x}{(2-3x)(2+3x)}=0;$$
Приведем все дроби к общему знаменателю ((2-3x)(2+3x)):
- У первой дроби в знаменателе поменяем слагаемые местами (от перемены мест слагаемых сумма не меняется ((3x+2=2+3x)) и домножим ее числитель и знаменатель на ((2-3x)).
- У второй дроби в знаменателе стоит ((3x-2)), а нам надо ((2-3x)). Поэтому домножим числитель и знаменатель на (-1) и на ((2+3x)).
- С третьей дробью делать ничего не нужно. У нее и так нужный нам знаменатель.
$$frac{x(2-3x)}{(2+3x)(2-3x)}+frac{5*(-1)*(2+3x)}{(3x-2)*(-1)*(2+3x)}-frac{3x^2+6x}{(2-3x)(2+3x)}=0;$$
$$frac{x(2-3x)}{(2-3x)(2+3x)}+frac{-5*(2+3x)}{(2-3x)(2+3x)}-frac{3x^2+6x}{(2-3x)(2+3x)}=0;$$
Складываем дроби и раскрываем скобки:
$$frac{x(2-3x)-5*(2+3x)-(3x^2+6x)}{(2-3x)(2+3x)}=0;$$
Обратите внимание, что я всегда беру числитель в скобки, когда складываю дроби. Тем самым я показываю, что минус перед дробью действует на каждое слагаемое в числителе.
Это одна из самых распространенных ошибок. Будьте внимательны.
$$frac{2x-3x^2—10-15x—3x^2-6x}{(2-3x)(2+3x)}=0;$$
$$frac{-6x^2—19x-10}{(2-3x)(2+3x)}=0;$$
Дробь равна нулю, когда числитель равен нулю:
$$-6x^2-19x-10=0;$$
Для удобства умножим все уравнение на (-1):
$$6x^2+19x+10=0;$$
$$D=19^2-4*6*10=361-240=121;$$
$$x_1=frac{-19+sqrt{121}}{2*6}=frac{-19+11}{12}=frac{-8}{12}=-frac{2}{3};$$
$$x_2=frac{-19-sqrt{121}}{2*6}=frac{-19-11}{12}=frac{-30}{12}=-frac{5}{2};$$
Подставим корень (x_1=-frac{2}{3}) в исходное уравнение:
$$frac{x}{3x+2}+frac{5}{3x-2}=frac{3x^2+6x}{4-9x^2};$$
$$frac{-frac{2}{3}}{3*left(-frac{2}{3}right)+2}+frac{5}{3*left(-frac{2}{3}right)-2}=frac{3left(-frac{2}{3}right)^2+6left(-frac{2}{3}right)}{4-9left(-frac{2}{3}right)^2};$$
Оказывается, что мы не cможем это посчитать, так как в знаменателе получается ноль, а делить на ноль нельзя. В таком случае говорят, что найденный корень не подходит, и в ответ мы его не записываем. А если подставить (-frac{5}{2}), то все будет нормально.
Ответ:(x=-frac{5}{2}.)
Область допустимых значений. ОДЗ
Примеры выше показали нам, что не всегда найденные значения (x) будут корнями исходного уравнения.
Почему так происходит?
Когда мы решаем уравнение, мы преобразовываем его: переносим слагаемые из одной части уравнения в другую, приводим к общему знаменателю, считаем подобные слагаемые, избавляемся от знаменателя и т.д. Эти преобразования меняют вид нашего уравнения. В новом измененном уравнении «исчезает» информация, например, о том, что в нем раньше был знаменатель.
Поэтому мы подставляли найденные (x) в ИСХОДНОЕ уравнение, чтобы проверить, действительно ли они являются корнями, и не нарушаются ли правила математики, такие, как деление на ноль.
Но решений в уравнении может быть много, да и само уравнение может быть большим и сложным. Подставлять туда каждый найденный корень и проверять, действительно ли он является корнем исходного уравнения, может быть проблематично.
Чтобы не заниматься трудоемкой подстановкой, лучше всего находить область значений (x) (еще ее называют область определения), при которых не нарушаются правила математики для исходного уравнения. И уже на этой области (x) искать корни: если найденный корень лежит в разрешенной области, значит он может быть корнем, а если нет, то выкидываем его.
Разрешенная область значений (x) называется «областью допустимых значений», сокращенно ОДЗ. Чтобы найти ОДЗ в дробно-рациональных уравнениях, нужно приравнять к нулю все знаменатели исходного уравнения и решить получившееся уравнения. Другими словами, ищем такие (x), при которых возникает запрещенное деление на ноль в исходном уравнении. Все (x), не являющиеся корнями этих уравнений, и будут нашей областью допустимых значений.
Найдем ОДЗ уравнения из примера №9:
$$frac{x}{3x+2}+frac{5}{3x-2}=frac{3x^2+6x}{4-9x^2};$$
Выписываем все знаменатели и находим (x), при которых они не равны нулю:
$$ begin{cases}
3x+2 neq 0, \
3x-2 neq 0, \
(2-3x)(2+3x) neq 0.
end{cases}$$
Третье неравенство в системе сводится к первым двум, поэтому его можно исключить из рассмотрения.
$$ begin{cases}
x neq -frac{2}{3}, \
x neq frac{2}{3}.
end{cases}$$
Решив неравенства, мы получили, что (x) может принимать любые значения, кроме (frac{2}{3}) и (-frac{2}{3}). Это и есть ОДЗ.
Напомню, что в примере №9 у нас получились корни (x_1=-frac{2}{3}) и (x_2=-frac{5}{2}). Соотносим их с найденным ОДЗ и видим, что корень (x_1=-frac{2}{3}) не подходит. Для этого нам не понадобилось подставлять его в исходное уравнение, как мы делали при решении.
Алгоритм решения дробно-рациональных уравнений с использованием ОДЗ
- Находим ОДЗ. Для этого выписываем все знаменатели и приравниваем их к нулю;
- Решаем дробно-рациональное уравнение: перекидываем все в левую часть, приводим к общему знаменателю, приводим подобные слагаемые, избавляемся от знаменателя и решаем получившееся целое рациональное уравнение;
- Проверяем, чтобы найденные корни удовлетворяли ОДЗ. Если не удовлетворяют, то отбрасываем их.
Пример 11
$$frac{2x^2+7x+3}{x^2-9}=1;$$
Начинаем решение с ОДЗ:
$$x^2-9 neq 0;$$
Разность квадратов:
$$(x-3)(x+3) neq 0;$$
Произведение равно нулю, когда хотя бы один из множителей равен нулю:
$$x-3 neq 0 Rightarrow x neq 3;$$
$$x+3 neq 0 Rightarrow x neq -3;$$
ОДЗ нашли, приступаем к решению самого уравнения:
$$frac{2x^2+7x+3}{x^2-9}-1=0;$$
Приводим к общему знаменателю (x^2-9), для этого единицу представим в виде дроби ((1=frac{1}{1})) и домножим ее на (x^2-9):
$$frac{2x^2+7x+3}{x^2-9}-frac{1*(x^2-9)}{1*(x^2-9)}=0;$$
$$frac{2x^2+7x+3-(x^2-9)}{x^2-9}=0;$$
$$frac{2x^2+7x+3-x^2+9}{x^2-9}=0;$$
$$frac{x^2+7x+12}{x^2-9}=0;$$
$$x^2+7x+12=0;$$
$$D=7^2-4*1*12=49-48=1;$$
$$x_1=frac{-7+1}{2}=frac{-6}{2}=-3;$$
$$x_2=frac{-7-1}{2}=frac{-8}{2}=-4;$$
Сверяем найденные корни с ОДЗ ((x neq pm 3)) и видим, что корень (x_1=-3) не удовлетворяет ОДЗ.
Ответ: (x=-4.)
Пример 12
$$frac{x^2-6x+8}{x-1}-frac{x-4}{x^2-3x+2}=0;$$
Всегда начинаем решать с ОДЗ:
$$ begin{cases}
x-1 neq 0, \
x^2-3x+2 neq 0.
end{cases}$$
$$ begin{cases}
x neq 1, \
x neq 2.
end{cases}$$
Чтобы привести к общему знаменателю, разложим квадратный многочлен в знаменателе второй дроби на множители:
$$frac{x^2-6x+8}{x-1}-frac{x-4}{(x-1)(x-2)}=0;$$
Теперь видно, что общий знаменатель: ((x-1)(x-2)). Домножим первую дробь на ((x-2)):
$$frac{(x^2-6x+8)*(x-2)}{(x-1)*(x-2)}-frac{x-4}{(x-1)(x-2)}=0;$$
Если перемножить скобки в числителе, то получится многочлен третьей степени. Решать уравнение третьей степени не хочется, поэтому попробуем упростить нашу задачу: разложим на множители многочлен (x^2-6x+8=(x-2)(x-4)):
$$frac{(x-2)(x-4)*(x-2)}{(x-1)*(x-2)}-frac{x-4}{(x-1)(x-2)}=0;$$
$$frac{(x-2)^2(x-4)-(x-4)}{(x-1)(x-2)}=0;$$
Дробь равна нулю, когда числитель равен нулю:
$$(x-2)^2(x-4)-(x-4)=0;$$
Вынесем общий множитель: скобку ((x-4)):
$$(x-4)((x-2)^2-1)=0;$$
$$(x-4)(x^2-4x+4-1)=0;$$
$$(x-4)(x^2-4x+3)=0;$$
Произведение равно нулю, когда хотя бы один из множителей равен нулю:
$$x-4=0 Rightarrow x_1=4;$$
$$x^2-4x+3=0;$$
$$D=(-4)^2-4*1*3=16-12=4;$$
$$x_2=frac{-(-4)+sqrt{4}}{2}=frac{4+2}{2}=3;$$
$$x_3=frac{-(-4)-sqrt{4}}{2} =frac{4-2}{2}=1;$$
Проверяем, чтобы найденные корни удовлетворяли ОДЗ ((x neq 1; quad x neq 2)) и видим, что корень (x_3=1) не подходит.
Ответ: (x_1=4, qquad x_2=3.)
Чтобы научиться решать большинство уравнений из школьной программы необходимо также знать метод замены переменной. Это очень важный метод, который используется для решения некоторых рациональных и дробно-рациональных уравнений, и не только, поэтому он заслуживает того, чтобы поговорить о нем в отдельной статье, очень рекомендую.