Как решать иррациональные квадратные уравнения. Основные методы решения иррациональных уравнений
Методические разработки к элективному курсу
«Методы решений иррациональных уравнений»»
ВВЕДЕНИЕ
Предлагаемый элективный курс «Методы решений иррациональных уравнений» предназначен для учащихся 11 класса общеобразовательной школы и является предметно-ориентированным, направлен на расширение теоретических и практических знаний учащихся. Элективный курс построен с опорой на знания и умения, получаемые учащимися при изучении математики в средней школе.
Специфика данного курса заключается в том, что он предназначен в первую очередь для учащихся, желающих расширить, углубить, систематизировать, обобщить свои математические знания, изучить единые методы и приемы решения иррациональных уравнений. В программу включены вопросы, частично выходящие за рамки ныне действующих программ по математике и нестандартные методы, которые позволяют более эффективно решать разные задачи.
Большинство заданий ЕГЭ требуют от выпускников владения различными методами решения разного рода уравнений и их систем. Материал, связанный с уравнениями и системами уравнений, составляет значительную часть школьного курса математики. Актуальность выбора темы элективного курса определяется значимостью темы «Иррациональные уравнения» в школьном курсе математики и, вместе с тем, нехваткой времени на рассмотрение нестандартных методов и подходов к решению иррациональных уравнений, которые встречаются в заданиях группы «С» ЕГЭ.
Наряду с основой задачей обучения математике -обеспечение прочного и сознательного овладения учащимися системой математических знаний и умений – данный элективный курс предусматривает формирование устойчивого интереса к предмету, развитие математических способностей, повышение уровня математической культуры учащихся, создает базу для успешной сдачи ЕГЭ и продолжения обучения в ВУЗах.
Цель курса:
Повысить уровень понимания и практической подготовки при решении иррациональных уравнений;
Изучить приёмы и методы решения иррациональных уравнений;
Формировать умение анализировать, выделять главное, формировать элементы творческого поиска на основе приёмов обобщения;
Расширить знания учащихся по данной теме, совершенствовать умения и навыки решения различных задач для успешной сдачи ЕГЭ.
Задачи курса:
Расширение знаний о методах и способах решения алгебраических уравнений;
Обобщение и систематизация знаний при обучении в 10-11 классах и подготовке к ЕГЭ;
Развитие умения самостоятельно приобретать и применять знания;
Приобщение учащихся к работе с математической литературой;
Развитие логического мышления учащихся, их алгоритмической культуры и математической интуиции;
Повышение математической культуры ученика.
Программа элективного курса предполагает изучение различных методов и подходов при решении иррациональных уравнений, отработку практических навыков по рассматриваемым вопросам. Курс рассчитан на 17 часов.
Программа усложнена, превосходит обычный курс обучения, способствует развитию абстрактного мышления, расширяет область познания учащегося. Вместе с тем она сохраняет преемственность с действующими программами, являясь их логическим продолжением.
Учебно-тематический план
№п/п
Тема занятий
Кол-во часов
Решение уравнений с учетом области допустимых значений
Решение иррациональных уравнений путем возведения в натуральную степень
Решение уравнений методом введения вспомогательных переменных (метод замены)
Решение уравнения с радикалом третьей степени.
Тождественные преобразования при решении иррациональных уравнений
Нетрадиционные задачи. Задачи группы «С» ЕГЭ
Формы контроля: домашние контрольные, самостоятельные работы, рефераты и исследовательские работы.
В результате обучения данного элективного курса учащиеся должны уметь решать различные иррациональные уравнения, используя стандартные и нестандартные методы и приемы;
усвоить алгоритм решения стандартных иррациональных уравнений;
уметь использовать свойства уравнений для решения нестандартных заданий;
уметь выполнять тождественные преобразования при решении уравнений;
иметь четкое представление о темах единого государственного экзамена, об основных методах их решений;
приобрести опыт в выборе методов для решения нестандартных задач.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.
Уравнения, в которых неизвестная величина находится под знаком радикала, называются иррациональными.
К простейшим иррациональным уравнениям относятся уравнения вида:
Основная идея решения иррационального уравнения состоит в сведении его к рациональному алгебраическому уравнению, которое либо равносильно исходному иррациональному уравнению, либо является его следствием. При решении иррациональных уравнений речь всегда идет об отыскании действительных корней.
Рассмотрим некоторые способы решения иррациональных уравнений.
1.Решение иррациональных уравнений с учетом области допустимых значений (ОДЗ).
Область допустимых значений иррационального уравнения состоит из тех значений неизвестных, при которых неотрицательными являются все выражения, стоящие под знаком радикала четной степени.
Иногда знание ОДЗ позволяет доказать, что уравнение не имеет решений, а иногда позволяет найти решения уравнения непосредственной подстановкой чисел из ОДЗ .
Пример1 . Решить уравнение .
Решение . Найдя ОДЗ этого уравнения, приходим к выводу, что ОДЗ исходного уравнения – одноэлементное множество . Подставив х=2 в данное уравнение, приходим к выводу, что х=2 – корень исходного уравнения.
Ответ : 2 .
Пример2.
Уравнение не имеет решений, т.к. при каждом допустимом значении переменной сумма двух неотрицательных чисел не может быть отрицательна.
Пример 3.
+ 3 = 
.
ОДЗ:
ОДЗ уравнения пустое множество.
Ответ: уравнение корней не имеет.
Пример4.
3
−4
−
=−(2+
).
ОДЗ:
ОДЗ: 
. Проверкой убеждаемся, что х=1 - корень уравнения.
Ответ: 1.
Докажите, что уравнение не имеет
корней.
1. 
= 0.
2. 
=1.
3. 5
.
4.
+ 
=2.
5.=
.
Решите уравнение.
1. .
2. = 0.
3. 
= 92.
4. = 0.
5. 
+
+(х+3)(2005−х)=0.
2. Возведение обеих частей уравнения в натуральную степень , то есть переход от уравнения
(1)
к уравнению
. (2)
Справедливы следующие утверждения:
1) при любом уравнение (2) является следствием уравнения (1);
2) если (n – нечетное число), то уравнения (1) и (2) равносильны ;
3) если (n – четное число), то уравнение (2) равносильно уравнению
, (3)
а уравнение (3) равносильно совокупности уравнений
. (4)
В частности, уравнение
(5)
равносильно совокупности уравнений (4).
Пример 1 . Решить уравнение
.
Уравнение равносильно системе
откуда следует, что х=1 , а корень не удовлетворяет второму неравенству. При этом грамотное решение не требует проверки.
Ответ: х=1 .
Пример 2 . Решить уравнение .
Решая первое уравнение этой системы, равносильное уравнению 
, получим корни и . Однако при этих значениях x
не выполняется неравенство , и потому данное уравнение не имеет корней.
Ответ : корней нет.
Пример 3 . Решить уравнение
Уединив первый радикал, получаем уравнение
равносильное исходному.
Возводя обе части этого уравнения в квадрат, так как они обе положительны, получаем уравнение
,
которое является следствием исходного уравнения. Возводя обе части этого уравнения в квадрат при условии, что , приходим к уравнению
.
Это уравнение имеет корни , . Первый корень удовлетворяет исходному условию , а второй – не удовлетворяет.
Ответ : х=2 .
Если уравнение содержит два и более радикалов, то их сначала уединяют, а потом возводят в квадрат.
Пример 1.
Уединив первый радикал, получим уравнение , равносильное данному. Возведем в квадрат обе части уравнения:
Выполнив необходимые преобразования, полученное уравнение возведем в квадрат 
Выполнив проверку, замечаем, что
не входит в область допустимых значений.
Ответ: 8.
Ответ: 2
Ответ: 3; 1,4 .
3. Многие иррациональные уравнения решаются методом введения вспомогательных переменных.
Удобным средством решения иррациональных уравнений иногда является метод введения новой переменной, или «метод замены». Метод обычно применяется в случае, если в уравнении неоднократно встречается некоторое выражение , зависящее от неизвестной величины. Тогда имеет смысл обозначить это выражение какой-нибудь новой буквой и попытаться решить уравнение сначала относительно введенной неизвестной, а потом уже найти исходную неизвестную.
Удачный выбор новой переменной делает структуру уравнения более прозрачной. Новая переменная иногда очевидна, иногда несколько завуалирована, но «ощущается», а иногда «проявляется» лишь в процессе преобразований.
Пример 1.
Пусть 
t>0, тогда
t =
,
t 2 +5t-14=0,
t 1 =-7, t 2 =2. t=-7 не удовлетворяет условию t>0, тогда
,
х 2 -2х-5=0,
х 1 =1-
, х 2 =1+.
Ответ: 1-; 1+.
Пример 2.
Решить иррациональное уравнение 
Замена:
Обратная замена: /
Ответ:
Пример 3.
Решите уравнение 
.
Сделаем замены: , . Исходное уравнение перепишется в виде , откуда находим, что а
= 4b
и . Далее, возводя обе части уравнения 
в квадрат, получаем: Отсюда х
= 15 . Осталось сделать проверку:
- верно!
Ответ: 15.
Пример 4 . Решить уравнение
Положив , получим существенно более простое иррациональное уравнение . Возведем обе части уравнения в квадрат: .
; 
;
; 
; , .
Проверка найденных значений, их подстановка в уравнение показывает, что – корень уравнения, а – посторонний корень.
Возвращаясь к исходной переменной x , получаем уравнение , то есть квадратное уравнение , решив которое находим два корня: ,. Оба корня удовлетворяют исходному уравнению.
Ответ : , .
Замена особенно полезна, если в результате достигается новое качество, например, иррациональное уравнение превращается в рациональное.
Пример 6 . Решить уравнение .
Перепишем уравнение так: .
Видно, что если ввести новую переменную 
, то уравнение примет вид 
, откуда - посторонний корень и .
Из уравнения получаем , .
Ответ : , .
Пример 7
. Решить уравнение 
.
Введем новую переменную , .
В результате исходное иррациональное уравнение принимает вид квадратного
,
откуда учитывая ограничение , получаем . Решая уравнение , получаем корень . Ответ : 2,5.
Задания для самостоятельного решения.
1. 
+
=
.
2. 
+
=.
3.
.
5. 
.
4.Метод введения двух вспомогательных переменных.
Уравнения вида 
(здесь a
,
b
,
c
,
d
–
некоторые числа, m
,
n
–
натуральные числа) и ряд других уравнений часто удается решить при помощи введения двух вспомогательных неизвестных:
и , где и последующего перехода к эквивалентной системе рациональных уравнений
.
Пример 1 . Решить уравнение .
Возведение обеих частей этого уравнения в четвертую степень не обещает ничего хорошего. Если же положить , , то исходное уравнение переписывается так: . Поскольку мы ввели две новые неизвестные, надо найти еще одно уравнение, связывающее y и z . Для этого возведем равенства , в четвертую степень и заметим, что . Итак, надо решить систему уравнений
Возведением в квадрат получаем:
После подстановки имеем: или . Тогда система имеет два решения: , ; , , а система не имеет решений.
Остается решить систему двух уравнений с одним неизвестным
и систему Первая из них дает , вторая дает .
Ответ : , .
Пример 2.
Пусть 
Ответ: 
5.
Уравнения с радикалом третьей степени.
При решении уравнений, содержащих радикалы 3-й степени, бывает полезно пользоваться сложением тождествами:
Пример 1.
.
Возведём обе части этого уравнения в 3-ю степень и воспользуемся выше приведённым тождеством:
Заметим, что выражение стоящее в скобках равно 1, что следует из первоначального уравнения. Учитывая это и приводя подобные члены, получим:
Раскроем скобки, приведём подобные члены и решим квадратное уравнение. Его корни
и
. Если считать (по определению), что корень нечётной степени можно извлекать и из отрицательных чисел, то оба полученных числа являются решениями исходного уравнения.
Ответ:
.
6.Умножение обеих частей уравнения на сопряженное одной из них выражение.
Иногда иррациональное уравнение удается решить довольно быстро, если обе его части умножить на удачно подобранную функцию. Конечно, при умножении обеих частей уравнения на некоторую функцию могут появиться посторонние решения, ими могут оказаться нули самой этой функции. Поэтому предлагаемый метод требует обязательного исследования получающихся значений.
Пример 1. Решите уравнение
Решение: Выберем функцию
Умножим обе части уравнения на выбранную функцию:
Приведем подобные слагаемые и получим равносильное уравнение
Сложим исходное уравнение и последнее, получим
Ответ: .
7.Тождественные преобразования при решении иррациональных уравнений
При решении иррациональных уравнений часто приходится применять тождественные преобразования, связанные с использованием известных формул. К сожалению, эти действия иногда столь же небезопасны, так же как возведение в четную степень, – могут приобретаться или теряться решения.
Рассмотрим несколько ситуаций, в которых эти проблемы наступают, и научимся их распознать и предотвращать.
I. Пример 1 . Решить уравнение .
Решение.
Здесь применима формула 
.
Только необходимо задуматься о безопасности ее применения. Нетрудно видеть, что ее левая и правая части имеют разные области определения и что это равенство верно лишь при условии . Поэтому исходное уравнение равносильно системе
Решая уравнение этой системы, получим корни и . Второй корень не удовлетворяет совокупности неравенств системы и, следовательно, является посторонним корнем исходного уравнения.
Ответ: -1 .
II .Следующее опасное преобразование при решении иррациональных уравнений, определяется формулой .
Если пользоваться этой формулой слева направо, расширяется ОДЗ и можно приобрести посторонние решения. Действительно, в левой части обе функции и должны быть неотрицательны; а в правой неотрицательным должно быть их произведение.
Рассмотрим пример, где реализуется проблема с использованием формулы .
Пример 2 . Решить уравнение .
Решение. Попробуем решить это уравнение разложением на множители
Заметим, что при этом действии оказалось потерянным решение , так как оно подходит к исходному уравнению и уже не подходит к полученному: не имеет смысла при . Поэтому это уравнение лучше решать обычным возведением в квадрат
Решая уравнение этой системы, получим корни и . Оба корня удовлетворяют неравенству системы.
Ответ: , .
III .Существует еще более опасное действие – сокращение на общий множитель.
Пример 3
. Решить уравнение 
.
Неверное рассуждение: Сократим обе части уравнения на , получим 
.
Нет ничего более опасного и неправильного, чем это действие. Во-первых, подходящее решение исходного уравнения было потеряно; во-вторых, было приобретено два посторонних решения . Получается, что новое уравнение не имеет ничего общего с исходным! Приведем правильное решение.
Решение . Перенесем все члены в левую часть уравнения и разложим ее на множители
.
Это уравнение равносильно системе
которая имеет единственное решение .
Ответ: 3 .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
В рамках изучения элективного курса показаны нестандартные приемы решения сложных задач, которые успешно развивают логическое мышление, умение найти среди множества способов решения тот, который комфортен для ученика и рационален. Этот курс требует от учащихся большой самостоятельной работы, способствует подготовке учащихся к продолжению образования, повышения уровня математической культуры.
В работе были рассмотрены основные методы решения иррациональных уравнений, некоторые подходы к решению уравнений высших степеней, использование которых предполагается при решении заданий ЕГЭ, а также при поступлении в ВУЗы и продолжении математического образования. Также было раскрыто содержание основных понятий и утверждений, относящихся к теории решения иррациональных уравнений. Определив самый распространённый метод решения уравнений, выявили его применение в стандартных и не стандартных ситуациях. Кроме того, были рассмотрены типичные ошибки при выполнении тождественных преобразований и способы их преодоления.
При прохождении курса учащиеся получат возможность овладеть различными методами и приемами решения уравнений, при этом научатся систематизировать и обобщать теоретические сведения, самостоятельно заниматься поиском решения некоторых проблем и в связи с этим составлять ряд задач и упражнений по данным темам. Выбор сложного материала поможет школьникам проявить себя в исследовательской деятельности.
Положительной стороной курса является возможность дальнейшего применения учащимися изученного материала при сдаче ЕГЭ, поступлении в ВУЗы.
Отрицательной стороной является то, что не каждый учащийся в состоянии овладеть всеми приемами данного курса, даже имея на то желание, ввиду трудности большинства решаемых задач.
ЛИТЕРАТУРА:
Шарыгин И.Ф. « Математика для поступающих в вузы».-3-е изд.,-М.:Дрофа, 2000.
Уравнения и неравенства. Справочное пособие./ Вавилов В.В., Мельников И.И., Олехник С.Н., Пасиченко П.И. –М.: Экзамен,1998.
Черкасов О.Ю., Якушев А.Г. «Математика: интенсивный курс подготовки к экзамену». – 8-е изд., испр. и доп. – М.:Айрис, 2003. – (Домашний репетитор)
Балаян Э.Н. Комплексные упражнения и варианты тренировочных заданий к ЕГЭ по математике. Ростов на – Дону: Изд-во «Феникс», 2004.
Сканави М.И. «Сборник задач по математике для поступающих в вузы». - М., «Высшая школа»,1998.
Игусман О.С. «Математика на устном экзамене». - М.,Айрис,1999.
Экзаменационные материалы для подготовки к ЕГЭ – 2008 – 2012.
В.В.Кочагин, М.Н.Кочагина «ЕГЭ – 2010. Математика. Репетитор» Москва «Просвещение» 2010г.
В.А.Гусев, А.Г.Мордкович «Математика. Справочные материалы» Москва «Просвещение» 1988г.
Соблюдение Вашей конфиденциальности важно для нас. По этой причине, мы разработали Политику Конфиденциальности, которая описывает, как мы используем и храним Вашу информацию. Пожалуйста, ознакомьтесь с нашими правилами соблюдения конфиденциальности и сообщите нам, если у вас возникнут какие-либо вопросы.
Сбор и использование персональной информации
Под персональной информацией понимаются данные, которые могут быть использованы для идентификации определенного лица либо связи с ним.
От вас может быть запрошено предоставление вашей персональной информации в любой момент, когда вы связываетесь с нами.
Ниже приведены некоторые примеры типов персональной информации, которую мы можем собирать, и как мы можем использовать такую информацию.
Какую персональную информацию мы собираем:
- Когда вы оставляете заявку на сайте, мы можем собирать различную информацию, включая ваши имя, номер телефона, адрес электронной почты и т.д.
Как мы используем вашу персональную информацию:
- Собираемая нами персональная информация позволяет нам связываться с вами и сообщать об уникальных предложениях, акциях и других мероприятиях и ближайших событиях.
- Время от времени, мы можем использовать вашу персональную информацию для отправки важных уведомлений и сообщений.
- Мы также можем использовать персональную информацию для внутренних целей, таких как проведения аудита, анализа данных и различных исследований в целях улучшения услуг предоставляемых нами и предоставления Вам рекомендаций относительно наших услуг.
- Если вы принимаете участие в розыгрыше призов, конкурсе или сходном стимулирующем мероприятии, мы можем использовать предоставляемую вами информацию для управления такими программами.
Раскрытие информации третьим лицам
Мы не раскрываем полученную от Вас информацию третьим лицам.
Исключения:
- В случае если необходимо - в соответствии с законом, судебным порядком, в судебном разбирательстве, и/или на основании публичных запросов или запросов от государственных органов на территории РФ - раскрыть вашу персональную информацию. Мы также можем раскрывать информацию о вас если мы определим, что такое раскрытие необходимо или уместно в целях безопасности, поддержания правопорядка, или иных общественно важных случаях.
- В случае реорганизации, слияния или продажи мы можем передать собираемую нами персональную информацию соответствующему третьему лицу – правопреемнику.
Защита персональной информации
Мы предпринимаем меры предосторожности - включая административные, технические и физические - для защиты вашей персональной информации от утраты, кражи, и недобросовестного использования, а также от несанкционированного доступа, раскрытия, изменения и уничтожения.
Соблюдение вашей конфиденциальности на уровне компании
Для того чтобы убедиться, что ваша персональная информация находится в безопасности, мы доводим нормы соблюдения конфиденциальности и безопасности до наших сотрудников, и строго следим за исполнением мер соблюдения конфиденциальности.
Уравнения, в которых под знаком корня содержится переменная, называт иррациональными.
Методы решения иррациональных уравнений, как правило, основаны на возможности замены (с помощью некоторых преобразований) иррационального уравнения рациональным уравнением, которое либо эквивалентно исходному иррациональному уравнению, либо является его следствием. Чаще всего обе части уравнения возводят в одну и ту же степень. При этом получается уравнение, являющееся следствием исходного.
При решении иррациональных уравнений необходимо учитывать следующее:
1) если показатель корня - четное число, то подкоренное выражение должно быть неотрицательно; при этом значение корня также является неотрицательным (опредедение корня с четным показателем степени);
2) если показатель корня - нечетное число, то подкоренное выражение может быть любым действительным числом; в этом случае знак корня совпадает со знаком подкоренного выражения.
Пример 1. Решить уравнение
Возведем обе части уравнения в квадрат.
x 2 - 3 = 1;
Перенесем -3 из левой части уравнения в правую и выполним приведение подобных слагаемых.
x 2 = 4;
Полученное неполное квадратное уравнение имеет два корня -2 и 2.
Произведем проверку полученных корней, для этого произведем подстановку значений переменной x в исходное уравнение.
Проверка.
При x 1 = -2 - истинно:
При x 2 = -2- истинно.
Отсюда следует, что исходное иррациональное уравнение имеет два корня -2 и 2.
Пример 2.
Решить уравнение
.
Это уравнение можно решить по такой же методике как и в первом примере, но мы поступим иначе.
Найдем ОДЗ данного уравнения. Из определения квадратного корня следует, что в данном уравнении одновременно должны выполнятся два условия:
ОДЗ данного уранения: x.
Ответ: корней нет.
Пример 3.
Решить уравнение
=+ 2.
Нахождение ОДЗ в этом уравнении представляет собой достаточно трудную задачу. Возведем обе части уравнения в квадрат:
x 3 + 4x - 1 - 8= x 3 - 1 + 4+ 4x;
=0;
x 1 =1; x 2 =0.
Произведя проверку устанавливаем, что x 2 =0 лишний корень.
Ответ: x 1 =1.
Пример 4. Решить уравнение x =.
В этом примере ОДЗ найти легко. ОДЗ этого уравнения: x[-1;).
Возведем обе части этого уравнения в квадрат, в результате получим уравнение x 2 = x + 1. Корни этого уравнения:
Произвести проверку найденных корней трудно. Но, несмотря на то, что оба корня принадлежат ОДЗ утверждать, что оба корня являются корнями исходного уравнения нельзя. Это приведет к ошибке. В данном случае иррациональное уравнение равносильно совокупности двух неравенств и одного уравнения:
x + 10 и x0 и x 2 = x + 1, из которой следует, что отрицательный корень для иррационального уравнения является посторонним и его нужно отбросить.
Пример 5 . Решить уравнение+= 7.
Возведем обе части уравнения в квадрат и выполним приведение подобных членов, перенес слагаемых из одной части равенства в другую и умножение обеих частей на 0,5. В результате мы получим уравнение
= 12, (*) являющееся следствием исходного. Снова возведем обе части уравнения в квадрат. Получим уравнение (х + 5)(20 - х) = 144, являющееся следствием исходного. Полученное уравнение приводится к виду x 2 - 15x + 44 =0.
Это уравнение (также являющееся следствием исходного) имеет корни x 1 = 4, х 2 = 11. Оба корня, как показывает проверка, удовлетворяют исходному уравнению.
Отв. х 1 = 4, х 2 = 11.
Замечание
. При возведении уравнений в квадрат учащиеся нередко в уравнениях типа (*) производят перемножение подкоренных выражений, т. е. вместо уравнения = 12, пишут уравнение
= 12. Это не приводит к ошибкам, поскольку уравнения являются следствиями уравнений. Следует, однако, иметь в виду, что в общем случае такое перемножение подкоренных выражений дает неравносильные уравнения.
В рассмотренных выше примерах можно было сначала перенести один из радикалов в правую часть уравнения. Тогда в левой части уравнения останется один радикал и после возведения обеих частей уравнения в квадрат в левой части уравнения получится рациональная функция. Такой прием (уединение радикала) довольно часто применяется при решении иррациональных уравнений.
Пример 6 . Решить уравнение-= 3.
Уединив первый радикал, получаем уравнение
=+ 3, равносильное исходному.
Возводя обе части этого уравнения в квадрат, получаем уравнение
x 2 + 5x + 2 = x 2 - 3x + 3 + 6, равносильное уравнению
4x - 5 = 3(*). Это уравнение является следствием исходного уравнения. Возводя обе части уравнения в квадрат, приходим к уравнению
16x 2 - 40x + 25 = 9(x 2 - Зх + 3), или
7x 2 - 13x - 2 = 0.
Это уравнение является следствием уравнения (*) (а значит, и исходного уравнения) и имеет корни. Первый корень x 1 = 2 удовлетворяет исходному уравнению, а второй x 2 =- не удовлетворяет.
Ответ: x = 2.
Заметим, что если бы мы сразу, не уединив один из радикалов, возводили обе части исходного уравнения в квадрат нам бы пришлось выполнить довольно громозкие преобразования.
При решении иррациональных уравнений, кроме уединения радикалов используют и другие методы. Рассмотрим пример использования метода замены неизвестного (метод введения вспомогательной переменной).
Иррациональными называются уравнения, содержащие неизвестную величину под знаком корня. Таковы, например, уравнения
Во многих случаях, применяя однократно или многократно возведение в степень обеих частей уравнения, удается свести иррациональное уравнение к алгебраическому уравнению той или иной степени (являющемуся следствием исходного уравнения). Так как при возведении уравнения в степень могут появиться посторонние решения, то, решив алгебраическое уравнение, к которому мы привели данное иррациональное уравнение, следует найденные корни проверить подстановкой в исходное уравнение и сохранить лишь те, которые ему удовлетворяют, а остальные - посторонние - отбросить.
При решении иррациональных уравнений мы ограничиваемся только их действительными корнями; все корни четной степени в записи уравнений понимаются в арифметическом смысле.
Рассмотрим некоторые типичные примеры иррациональных уравнений.
А. У равнения, содержащие неизвестную под знаком квадратного корня. Если данное уравнение содержит только один квадратный корень, под знаком которого имеется неизвестная то следует этот корень уединить, т. е. поместить в одной части уравнения, а все другие члены перенести в другую часть. После возведения в квадрат обеих частей уравнения мы уже освободимся от иррациональности и получим алгебраическое уравнение для
Пример 1. Решить уравнение .
Решение. Уединяем корень в левой части уравнения;
Возводим полученное равенство в квадрат:
Находим корни этого уравнения:
Проверка показывает, что лишь удовлетворяет исходному уравнению.
Если в уравнение входит два и более корня, содержащих х, то возведение в квадрат приходится повторять несколько раз.
Пример 2. Решить следующие уравнения:
Решение, а) Возводим обе части уравнения в квадрат:
Уединяем корень:
Полученное уравнение снова возводим в квадрат:
После преобразований получаем для следующее квадратное уравнение:
решаем его:
Подстановкой в исходное уравнение убеждаемся в том, что есть его корень, а является для него посторонним корнем.
б) Пример можно решить тем же методом, каким был решен пример а). Однако, воспользовавшись тем, что правая часть данного уравнения не содержит неизвестной величины, поступим иначе. Умножим уравнение на выражение, сопряженное с его левой частью; получим
Справа стоит произведение суммы на разность, т. е. разность квадратов. Отсюда
В левой части данного уравнения стояла сумма квадратных корней; в левой части полученного теперь уравнения стоит разность тех же корней. Запишем данное и полученное уравнения:
Взяв сумму этих уравнений, получаем
Возведем в квадрат последнее уравнение и после упрощений получим
Отсюда находим . Проверкой убеждаемся в том, что корнем данного уравнения служит только число . Пример 3. Решить уравнение
Здесь уже под знаком радикала мы имеем квадратные трехчлены.
Решение. Умножаем уравнение на выражение, сопряженное с его левой частью:
Вычтем последнее уравнение из данного:
Возводим это уравнение в квадрат:
Из последнего уравнения находим . Проверкой убеждаемся, что корнем данного уравнения служит только число х = 1.
Б. У равнения, содержащие корни третьей степени. Системы иррациональных уравнений. Ограничимся отдельными примерами таких уравнений и систем.
Пример 4. Решить уравнение
Решение. Покажем два способа решения уравнения (70.1). Первый способ. Возведем обе части данного уравнения в куб (см. формулу (20.8)):
(здесь мы заменили сумму кубических корней числом 4, пользуясь уравнением ).
Итак, имеем
т. е., после упрощений,
откуда Оба корня удовлетворяют исходному уравнению.
Второй способ. Положим
Уравнение (70.1) запишется в виде . Кроме того, видно что . От уравнения (70.1) мы перешли к системе
Разделив первое уравнение системы почленно на второе, найдем
Изучая алгебру, школьники сталкиваются с уравнениями многих видов. Среди тех из них, которые наиболее простые, можно назвать линейные, содержащие одну неизвестную. Если переменная в математическом выражении возводится в определенную степень, то уравнение называют квадратным, кубическим, биквадратным и так далее. Указанные выражения могут содержать рациональные числа. Но существуют также уравнения иррациональные. От прочих они отличаются наличием функции, где неизвестное находится под знаком радикала (то есть чисто внешне переменную здесь можно увидеть написанной под квадратным корнем). Решение иррациональных уравнений имеет свои характерные особенности. При вычислении значения переменной для получения правильного ответа их следует обязательно учитывать.
«Невыразимые словами»
Не секрет, что древние математики оперировали в основном рациональными числами. К таковым относятся, как известно, целые, выражаемые через обыкновенные и десятичные периодические дроби представители данного сообщества. Однако ученые Среднего и Ближнего Востока, а также Индии, развивая тригонометрию, астрономию и алгебру, иррациональные уравнения тоже учились решать. К примеру, греки знали подобные величины, но, облекая их в словесную форму, употребляли понятие «алогос», что означало «невыразимые». Несколько позднее европейцы, подражая им, называли подобные числа «глухими». От всех остальных они отличаются тем, что могут быть представлены только в форме бесконечной непериодической дроби, окончательное числовое выражение которой получить просто невозможно. Поэтому чаще подобные представители царства чисел записываются в виде цифр и знаков как некоторое выражение, находящееся под корнем второй или большей степени.
На основании вышесказанного попробуем дать определение иррациональному уравнению. Подобные выражения содержат так называемые «невыразимые числа», записанные с использованием знака квадратного корня. Они могут представлять собой всевозможные довольно сложные варианты, но в своей наипростейшей форме имеют такой вид, как на фото ниже.
Преступая к решению иррациональных уравнений, перво-наперво необходимо вычислить область допустимых значений переменной.
Имеет ли смысл выражение?
Необходимость проверки полученных значений вытекает из свойств Как известно, подобное выражение приемлемо и имеет какой-либо смысл лишь при определенных условиях. В случаях корня четной степени все подкоренные выражения должны быть положительными или равняться нулю. Если данное условие не выполняется, то представленная математическая запись не может считаться осмысленной.
Приведем конкретный пример, как решать иррациональные уравнения (на фото ниже).
В данном случае очевидно, что указанные условия ни при каких значениях, принимаемых искомой величиной, выполняться не могут, так как получается, что 11 ≤ x ≤ 4. А значит, решением может являться только Ø.
Метод анализа
Из вышеописанного становится понятно, как решать иррациональные уравнение некоторых типов. Здесь действенным способом может оказаться простой анализ.
Приведем ряд примеров, которые снова наглядно это продемонстрируют (на фото ниже).
В первом случае при внимательном рассмотрении выражения сразу оказывается предельно ясно, что истинным оно быть не может. Действительно, ведь в левой части равенства должно получаться положительное число, которое никак не способно оказаться равным -1.
Во втором случае сумма двух положительных выражений может считаться равной нулю, лишь только когда х - 3 = 0 и х + 3 = 0 одновременно. А подобное опять невозможно. И значит, в ответе снова следует писать Ø.
Третий пример очень похож на уже рассмотренный ранее. Действительно, ведь здесь условия ОДЗ требуют, чтобы выполнялось следующее абсурдное неравенство: 5 ≤ х ≤ 2. А подобное уравнение аналогичным образом никак не может иметь здравых решений.
Неограниченное приближение
Природа иррационального наиболее ясно и полно может быть объяснена и познана только через нескончаемый ряд чисел десятичной дроби. А конкретным, ярким примером из членов этого семейства является πи. Не без оснований предполагается, что эта математическая константа была известна с древних времен, используясь при вычислении длин окружности и площади круга. Но среди европейцев ее впервые применили на практике англичанин Уильям Джонс и швейцарец Леонард Эйлер.
Возникает эта константа следующим образом. Если сравнивать самые разные по длине окружности, то отношение их длин и диаметров в обязательном порядке равны одному и тому же числу. Это и есть πи. Если выразить его через обыкновенную дробь, то приблизительно получим 22/7. Впервые это сделал великий Архимед, портрет которого представлен на рисунке выше. Именно поэтому подобное число получило его имя. Но это не явное, а приближенное значение едва ли не самого удивительного из чисел. Гениальный ученый с точностью до 0,02 нашел искомую величину, но, по сути, данная константа не имеет реального значения, а выражается как 3,1415926535… Она представляет собой бесконечный ряд цифр, неограниченно приближаясь к некоему мифическому значению.
Возведение в квадрат
Но вернемся к иррациональным уравнениям. Чтобы отыскать неизвестное, в данном случае очень часто прибегают к простому методу: возводят обе части имеющегося равенства в квадрат. Подобный способ обычно дает хорошие результаты. Но следует учитывать коварство иррациональных величин. Все полученные в результате этого корни необходимо проверять, ведь они могут не подойти.
Но продолжим рассмотрение примеров и постараемся найти переменные вновь предложенным способом.
Совсем несложно, применив теорему Виета, найти искомые значения величин после того, как в результате определенных оперций у нас образовалось квадратное уравнение. Здесь получается, что среди корней будут 2 и -19. Однако при проверке, подставив полученные значение в изначальное выражение, можно убедиться, что ни один из этих корней не подходит. Это частое явление в иррациональных уравнениях. Значит, наша дилемма вновь не имеет решений, а в ответе следует указать пустое множество.
Примеры посложней
В некоторых случаях требуется возводить в квадрат обе части выражения не один, а несколько раз. Рассмотрим примеры, где требуется указанное. Их можно увидеть ниже.
Получив корни, не забываем их проверять, ведь могут возникнуть лишние. Следует пояснить, почему такое возможно. При применении подобного метода происходит в некотором роде рационализация уравнения. Но избавляясь от неугодных нам корней, которые мешают производить арифметические действия, мы как бы расширяем существующую область значений, что чревато (как можно понять) последствиями. Предвидя подобное, мы и производим проверку. В данном случае есть шанс убедиться, что подходит только один из корней: х = 0.
Системы
Что же делать в случаях, когда требуется осуществить решение систем иррациональных уравнений, и у нас в наличии не одно, а целых два неизвестных? Здесь поступаем так же, как в обычных случаях, но с учетом вышеперечисленных свойств данных математических выражений. И в каждой новой задаче, разумеется, следует применять творческий подход. Но, опять же, лучше рассмотреть все на конкретном примере, представленном ниже. Здесь не просто требуется найти переменные х и у, но и указать в ответе их сумму. Итак, имеется система, содержащая иррациональные величины (см. фото ниже).
Как можно убедиться, подобная задача не представляет ничего сверхъестественно сложного. Требуется лишь проявить сообразительность и догадаться, что левая часть первого уравнения представляет собой квадрат суммы. Подобные задания встречаются в ЕГЭ.
Иррациональное в математике
Каждый раз потребность в создании новых видов чисел возникала у человечества тогда, когда ему не хватало «простора» для решения каких-то уравнений. Иррациональные числа не являются исключением. Как свидетельствуют факты из истории, впервые великие мудрецы обратили на это внимание еще до нашей эры, веке в VII. Сделал это математик из Индии, известный под именем Манава. Он отчетливо понимал, что из некоторых натуральных чисел невозможно извлечь корень. К примеру, к таковым относятся 2; 17 или 61, а также многие другие.
Один из пифагорейцев, мыслитель по имени Гиппас, пришел к тому же выводу, пытаясь производить вычисления с числовыми выражениями сторон пентаграммы. Открыв математические элементы, которые не могут быть выражены цифровыми значениями и не обладают свойствами обычных чисел, он настолько разозлил своих коллег, что был выброшен за борт корабля, в море. Дело в том, что другие пифагорейцы сочли его рассуждения бунтом против законов вселенной.
Знак радикала: эволюция
Знак корня для выражения числового значения «глухих» чисел стал использоваться при решении иррациональных неравенств и уравнений далеко не сразу. Впервые о радикале начали задумываться европейские, в частности итальянские, математики приблизительно в XIII веке. Тогда же для обозначения придумали задействовать латинскую R. Но немецкие математики в своих работах поступали иначе. Им больше понравилась буква V. В германии вскоре распространилось обозначение V(2), V(3), что призвано было выражать корень квадратный из 2, 3 и так далее. Позднее в дело вмешались нидерландцы и видоизменили знак радикала. А завершил эволюцию Рене Декарт, доведя знак квадратного корня до современного совершенства.
Избавление от иррационального
Иррациональные уравнения и неравенства могут включать в себя переменную не только под знаком квадратного корня. Он может быть любой степени. Самым распространенным способом от него избавиться является возможность возвести обе части равенства в соответствующую степень. Это основное действие, помогающее при операциях с иррациональным. Действия в четных случаях особенно не отличаются от тех, которые были уже разобраны нами ранее. Здесь должны быть учтены условия неотрицательности подкоренного выражения, а также по окончании решения необходимо производить отсев посторонних значений переменных таким образом, как было показано в рассмотренных уже примерах.
Из дополнительных преобразований, помогающих найти правильный ответ, часто используется умножение выражения на сопряженное, а также нередко требуется введение новой переменной, что облегчает решение. В некоторых случаях, чтобы отыскать значение неизвестных, целесообразно применять графики.
