В этом видео мы разберём целый комплект линейных уравнений, которые решаются по одному и тому же алгоритму — потому и они и называются простейшими.
Для начала определимся: что такое линейное уравнение и какое их них называть простейшим?
Линейное уравнение — такое, в котором присутствует лишь одна переменная, причём исключительно в первой степени.
Под простейшим уравнением подразумевается конструкция:
Все остальные линейные уравнения сводятся к простейшим с помощью алгоритма:
Разумеется, этот алгоритм помогает не всегда. Дело в том, что иногда после всех этих махинаций коэффициент при переменной $x$ оказывается равен нулю. В этом случае возможны два варианта:
А теперь давайте посмотрим, как всё это работает на примере реальных задач.
Сегодня мы занимаемся линейными уравнениями, причем только простейшими. Вообще, под линейным уравнением подразумевается всякое равенство, содержащее в себе ровно одну переменную, и она идет лишь в первой степени.
Решаются такие конструкции примерно одинаково:
Затем, как правило, нужно привести подобные с каждой стороны полученного равенства, а после этого останется лишь разделить на коэффициент при «иксе», и мы получим окончательный ответ.
В теории это выглядит красиво и просто, однако на практике даже опытные ученики старших классов могут допускать обидные ошибки в достаточно простых линейных уравнениях. Обычно ошибки допускаются либо при раскрытии скобок, либо при подсчёте «плюсов» и «минусов».
Кроме того, бывает так, что линейное уравнение вообще не имеет решений, или так, что решением является вся числовая прямая, т.е. любое число. Эти тонкости мы и разберем в сегодняшнем уроке. Но начнем мы, как вы уже поняли, с самых простых задач.
Для начала давайте я еще раз напишу всю схему решения простейших линейных уравнений:
Разумеется, эта схема работает не всегда, в ней есть определенные тонкости и хитрости, и сейчас мы с ними и познакомимся.
На первом шаге от нас требуется раскрыть скобки. Но их в этом примере нет, поэтому пропускаем данный этап. На втором шаге нам нужно уединить переменные. Обратите внимание: речь идет лишь об отдельных слагаемых. Давайте запишем:
Приводим подобные слагаемые слева и справа, но тут уже это сделано. Поэтому переходим к четвертому шагу: разделить на коэффициент:
\[\frac{6x}{6}=-\frac{72}{6}\]
Вот мы и получили ответ.
В этой задаче мы можем наблюдать скобки, поэтому давайте раскроем их:
И слева и справа мы видим примерно одну и ту же конструкцию, но давайте действовать по алгоритму, т.е. уединяем переменные:
Приведем подобные:
При каких корнях это выполняется. Ответ: при любых. Следовательно, можно записать, что $x$ — любое число.
Третье линейное уравнение уже интересней:
\[\left(6-x \right)+\left(12+x \right)-\left(3-2x \right)=15\]
Тут есть несколько скобок, однако они ни на что не умножаются, просто перед ними стоят различные знаки. Давайте раскроем их:
Выполняем второй уже известный нам шаг:
\[-x+x+2x=15-6-12+3\]
Посчитаем:
Выполняем последний шаг — делим все на коэффициент при «икс»:
\[\frac{2x}{x}=\frac{0}{2}\]
Если отвлечься от слишком простых задач, то я бы хотел сказать следующее:
Ноль — такое же число, как и остальные, не стоит его как-то дискриминировать или считать, что если у вас получился ноль, то вы что-то сделали неправильно.
Еще одна особенность связана с раскрытием скобок. Обратите внимание: когда перед ними стоит «минус», то мы его убираем, однако в скобках знаки меняем на противоположные . А дальше мы можем раскрывать ее по стандартным алгоритмам: мы получим то, что видели в выкладках выше.
Понимание этого простого факта позволит вам не допускать глупые и обидные ошибки в старших классах, когда выполнение подобных действий считается самим собой разумеющимся.
Перейдем к более сложным уравнениям. Теперь конструкции станут сложнее и при выполнении различных преобразований возникнет квадратичная функция. Однако не стоит этого бояться, потому что если по замыслу автора мы решаем линейное уравнение, то в процессе преобразования все одночлены, содержащие квадратичную функцию, обязательно сократятся.
Очевидно, что первым делом нужно раскрыть скобки. Давайте это сделаем очень аккуратно:
Теперь займемся уединением:
\[-x+6{{x}^{2}}-6{{x}^{2}}+x=-12\]
Приводим подобные:
Очевидно, что у данного уравнения решений нет, поэтому в ответе так и запишем:
\[\varnothing \]
или корней нет.
Выполняем те же действия. Первый шаг:
Перенесем все, что с переменной, влево, а без нее — вправо:
Приводим подобные:
Очевидно, что данное линейное уравнение не имеет решения, поэтому так и запишем:
\[\varnothing \],
либо корней нет.
Оба уравнения полностью решены. На примере этих двух выражений мы ещё раз убедились, что даже в самых простых линейных уравнениях всё может быть не так просто: корней может быть либо один, либо ни одного, либо бесконечно много. В нашем случае мы рассмотрели два уравнения, в обоих корней просто нет.
Но я бы хотел обратить ваше внимание на другой факт: как работать со скобками и как их раскрывать, если перед ними стоит знак «минус». Рассмотрим вот это выражение:
Прежде чем раскрывать, нужно перемножить всё на «икс». Обратите внимание: умножается каждое отдельное слагаемое . Внутри стоит два слагаемых — соответственно, два слагаемых и умножается.
И только после того, когда эти, казалось бы, элементарные, но очень важные и опасные преобразования выполнены, можно раскрывать скобку с точки зрения того, что после неё стоит знак «минус». Да, да: только сейчас, когда преобразования выполнены, мы вспоминаем, что перед скобками стоит знак «минус», а это значит, что все, что в низ, просто меняет знаки. При этом сами скобки исчезают и, что самое главное, передний «минус» тоже исчезает.
Точно также мы поступаем и со вторым уравнением:
Я не случайно обращаю внимание на эти мелкие, казалось бы, незначительные факты. Потому что решение уравнений — это всегда последовательность элементарных преобразований, где неумение чётко и грамотно выполнять простые действия приводит к тому, что ученики старших классов приходят ко мне и вновь учатся решать вот такие простейшие уравнения.
Разумеется, придёт день, и вы отточите эти навыки до автоматизма. Вам уже не придётся каждый раз выполнять столько преобразований, вы всё будете писать в одну строчку. Но пока вы только учитесь, нужно писать каждое действие отдельно.
То, что мы сейчас будем решать, уже сложно назвать простейшими задача, однако смысл остается тем же самым.
\[\left(7x+1 \right)\left(3x-1 \right)-21{{x}^{2}}=3\]
Давайте перемножим все элементы в первой части:
Давайте выполним уединение:
Приводим подобные:
Выполняем последний шаг:
\[\frac{-4x}{4}=\frac{4}{-4}\]
Вот наш окончательный ответ. И, несмотря на то, что у нас в процессе решения возникали коэффициенты с квадратичной функцией, однако они взаимно уничтожились, что делает уравнение именно линейным, а не квадратным.
\[\left(1-4x \right)\left(1-3x \right)=6x\left(2x-1 \right)\]
Давайте аккуратно выполним первый шаг: умножаем каждый элемент из первой скобки на каждый элемент из второй. Всего должно получиться четыре новых слагаемых после преобразований:
А теперь аккуратно выполним умножение в каждом слагаемом:
Перенесем слагаемые с «иксом» влево, а без — вправо:
\[-3x-4x+12{{x}^{2}}-12{{x}^{2}}+6x=-1\]
Приводим подобные слагаемые:
Мы вновь получили окончательный ответ.
Важнейшее замечание по поводу этих двух уравнений состоит в следующем: как только мы начинаем умножать скобки, в которых находится более чем оно слагаемое, то выполняется это по следующему правилу: мы берем первое слагаемое из первой и перемножаем с каждым элементом со второй; затем берем второй элемент из первой и аналогично перемножаем с каждым элементом со второй. В итоге у нас получится четыре слагаемых.
На последнем примере я хотел бы напомнить ученикам, что такое алгебраическая сумма. В классической математике под $1-7$ мы подразумеваем простую конструкцию: из единицы вычитаем семь. В алгебре же мы подразумеваем под этим следующее: к числу «единица» мы прибавляем другое число, а именно «минус семь». Этим алгебраическая сумма отличается от обычной арифметической.
Как только при выполнении всех преобразований, каждого сложения и умножения вы начнёте видеть конструкции, аналогичные вышеописанным, никаких проблем в алгебре при работе с многочленами и уравнениями у вас просто не будет.
В заключение давайте рассмотрим ещё пару примеров, которые будут ещё более сложными, чем те, которые мы только что рассмотрели, и для их решения нам придётся несколько расширить наш стандартный алгоритм.
Для решения подобных заданий к нашему алгоритму придется добавить еще один шаг. Но для начала я напомню наш алгоритм:
Увы, этот прекрасный алгоритм при всей его эффективности оказывается не вполне уместным, когда перед нами дроби. А в том, что мы увидим ниже, у нас и слева, и справа в обоих уравнениях есть дробь.
Как работать в этом случае? Да всё очень просто! Для этого в алгоритм нужно добавить ещё один шаг, который можно совершить как перед первым действием, так и после него, а именно избавиться от дробей. Таким образом, алгоритм будет следующим:
Что значит «избавиться от дробей»? И почему выполнять это можно как после, так и перед первым стандартным шагом? На самом деле в нашем случае все дроби являются числовыми по знаменателю, т.е. везде в знаменателе стоит просто число. Следовательно, если мы обе части уравнения домножим на это число, то мы избавимся от дробей.
\[\frac{\left(2x+1 \right)\left(2x-3 \right)}{4}={{x}^{2}}-1\]
Давайте избавимся от дробей в этом уравнении:
\[\frac{\left(2x+1 \right)\left(2x-3 \right)\cdot 4}{4}=\left({{x}^{2}}-1 \right)\cdot 4\]
Обратите внимание: на «четыре» умножается все один раз, т.е. если у вас две скобки, это не значит, что каждую из них нужно умножать на «четыре». Запишем:
\[\left(2x+1 \right)\left(2x-3 \right)=\left({{x}^{2}}-1 \right)\cdot 4\]
Теперь раскроем:
Выполняем уединение переменной:
Выполняем приведение подобных слагаемых:
\[-4x=-1\left| :\left(-4 \right) \right.\]
\[\frac{-4x}{-4}=\frac{-1}{-4}\]
Мы получили окончательное решение, переходим ко второму уравнению.
\[\frac{\left(1-x \right)\left(1+5x \right)}{5}+{{x}^{2}}=1\]
Здесь выполняем все те же действия:
\[\frac{\left(1-x \right)\left(1+5x \right)\cdot 5}{5}+{{x}^{2}}\cdot 5=5\]
\[\frac{4x}{4}=\frac{4}{4}\]
Задача решена.
Вот, собственно, и всё, что я хотел сегодня рассказать.
Ключевые выводы следующие:
Надеюсь, этот урок поможет вам освоить несложную, но очень важную для дальнейшего понимания всей математики тему. Если что-то непонятно, заходите на сайт, решайте примеры, представленные там. Оставайтесь с нами, вас ждет еще много интересного!
Уравнение - это равенство, содержащее букву, значение которой надо найти.
В уравнениях неизвестное обычно обозначается строчной латинской буквой. Чаще всего используют буквы « x » [икс] и « y » [игрек].
Решив уравнение, всегда после ответа записываем проверку.
Уважаемые родители, обращаем ваше внимание на то, что в начальной школе и в 5 классе дети НЕ знают тему «Отрицательные числа».
Поэтому они должны решать уравнения, используя только свойства сложения, вычитания, умножения и деления. Методы решения уравнений для 5 класса приведены ниже.
Не пытайтесь объяснить решение уравнений через перенос чисел и букв из одной части уравнения в другую с изменением знака.
Освежить знания по понятиям, связанным со сложением, вычитанием, умножением и делением вы можете в уроке «Законы арифметики».
Как найти неизвестное
слагаемое
Как найти неизвестное
уменьшаемое
Как найти неизвестное
вычитаемое
Чтобы найти неизвестное слагаемое, надо от суммы отнять известное слагаемое.
Чтобы найти неизвестное уменьшаемое, надо к разности прибавить вычитаемое.
Чтобы найти неизвестное вычитаемое, надо от уменьшаемого отнять разность.
x + 9 = 15
x = 15 − 9
x = 6
Проверка
x − 14 = 2
x = 14 + 2
x = 16
Проверка
16 − 2 = 14
14 = 14
5 − x = 3
x = 5 − 3
x = 2
Проверка
Как найти неизвестный
множитель
Как найти неизвестное
делимое
Как найти неизвестный
делитель
Чтобы найти неизвестный множитель, надо произведение разделить на известный множитель.
Чтобы найти неизвестное делимое, надо частное умножить на делитель.
Чтобы найти неизвестный делитель, надо делимое разделить на частное.
y · 4 = 12
y = 12: 4
y = 3
Проверка
y: 7 = 2
y = 2 · 7
y = 14
Проверка
8: y = 4
y = 8: 4
y = 2
Проверка
Уравнение - это равенство, содержащее букву, знамение которой нужно найти. Решение уравнения - это тот набор значений букв, при котором уравнение превращается в верное равенство:
Напомним, что для решения уравнении надо слагаемые с неизвестным перенести в одну часть равенства, а числовые слагаемые в другую, привести подобные и получить такое равенство:
Из последнего равенства определим неизвестное по правилу: «один из множителей равен частному, деленному на второй множитель».
Так как рациональные числа а и Ь могут иметь одинаковые и разные знаки, то знак неизвестного определяется по правилам деления рациональных чисел.
Линейное уравнение необходимо упростить, раскрыв скобки и выполнив действия второй ступени (умножение и деление).
Перенести неизвестные в одну сторону от знака равенства, а числа - в другую сторону от знака равенства, получив тождественное заданному равенство,
Привести подобные слева и справа от знака равенства, получив равенство вида ax = b .
Вычислить корень уравнения (найти неизвестное х из равенства x = b : a ),
Выполнить проверку, подставив неизвестное в заданное уравнение.
Если получим тождество в числовом равенстве, то уравнение решено верно.
27 (x
- 3) = 0
27 не равно 0, значит x
- 3 = 0
У второго примера два решения уравнения, так как
это уравнение второй степени:
Если коэффициенты уравнения являются обыкновенными дробями, то прежде всего надо избавиться от знаменателей. Для этого:
Найти общий знаменатель;
Определить дополнительные множители для каждого члена уравнения;
Умножить числители дробей и целые числа на дополнительные множители и записать все члены уравнения без знаменателей (общий знаменатель можно отбросить);
Перенести слагаемые с неизвестными в одну часть уравнения, а числовые слагаемые - в другую от знака равенства, получив равносильное равенство;
Привести подобные члены;
В любой части уравнения можно приводить подобные слагаемые или раскрывать скобку.
Любой член уравнения можно переносить из одной части уравнения в другую, изменив его знак на противоположный.
Обе части уравнения можно умножать (делить) на одно и то же число, кроме 0.
В примере выше для решения уравнения были использованы все его свойства.
Внимание!
К этой теме имеются дополнительные
материалы в Особом разделе 555.
Для тех, кто сильно «не очень. »
И для тех, кто «очень даже. »)
Линейные уравнения — не самая сложная тема школьной математики. Но есть там свои фишки, которые могут озадачить даже подготовленного ученика. Разберёмся?)
Обычно линейное уравнение определяется, как уравнение вида:
Ничего сложного, правда? Особенно, если не замечать слова: «где а и b – любые числа» . А если заметить, да неосторожно задуматься?) Ведь, если а=0, b=0 (любые же числа можно?), то получается забавное выражение:
Но и это ещё не всё! Если, скажем, а=0, а b=5, получается совсем уж что-то несусветное:
Что напрягает и подрывает доверие к математике, да.) Особенно на экзаменах. А ведь из этих странных выражений ещё и икс найти надо! Которого нету вообще. И, что удивительно, этот икс очень просто находится. Мы научимся это делать. В этом уроке.
Как узнать линейное уравнение по внешнему виду? Это, смотря какой внешний вид.) Фишка в том, что линейными уравнениями называются не только уравнения вида ax + b = 0 , но и любые уравнения, которые преобразованиями и упрощениями сводятся к этому виду. А кто ж его знает, сводится оно, или нет?)
Чётко распознать линейное уравнение можно в некоторых случаях. Скажем, если перед нами уравнение, в которых есть только неизвестные в первой степени, да числа. Причём в уравнении нет дробей с делением на неизвестное , это важно! А деление на число, или дробь числовая – это пожалуйста! Например:
Это линейное уравнение. Здесь есть дроби, но нет иксов в квадрате, в кубе и т.д., и нет иксов в знаменателях, т.е. нет деления на икс . А вот уравнение
нельзя назвать линейным. Здесь иксы все в первой степени, но есть деление на выражение с иксом . После упрощений и преобразований может получиться и линейное уравнение, и квадратное, и всё, что угодно.
Получается, что узнать линейное уравнение в каком-нибудь замудрёном примере нельзя, пока его почти не решишь. Это огорчает. Но в заданиях, как правило, не спрашивают о виде уравнения, правда? В заданиях велят уравнения решать. Это радует.)
Всё решение линейных уравнений состоит из тождественных преобразований уравнений. Кстати, эти преобразования (целых два!) лежат в основе решений всех уравнений математики. Другими словами, решение любого уравнения начинается с этих самых преобразований. В случае линейных уравнений, оно (решение) на этих преобразованиях и заканчивается полноценным ответом. Имеет смысл по ссылке сходить, правда?) Тем более, там тоже примеры решения линейных уравнений имеются.
Для начала рассмотрим самый простой пример. Безо всяких подводных камней. Пусть нам нужно решить вот такое уравнение.
Это линейное уравнение. Иксы все в первой степени, деления на икс нету. Но, собственно, нам без разницы, какое это уравнение. Нам его решать надо. Схема тут простая. Собрать всё, что с иксами в левой части равенства, всё, что без иксов (числа) — в правой.
Для этого нужно перенести — 4х в левую часть, со сменой знака, разумеется, а — 3 — в правую. Кстати, это и есть первое тождественное преобразование уравнений. Удивлены? Значит, по ссылке не ходили, а зря.) Получим:
Приводим подобные, считаем:
Что нам не хватает для полного счастья? Да чтобы слева чистый икс был! Пятёрка мешает. Избавляемся от пятёрки с помощью второго тождественного преобразования уравнений. А именно — делим обе части уравнения на 5. Получаем готовый ответ:
Пример элементарный, разумеется. Это для разминки.) Не очень понятно, к чему я тут тождественные преобразования вспоминал? Ну ладно. Берём быка за рога.) Решим что-нибудь посолиднее.
Например, вот это уравнение:
С чего начнём? С иксами — влево, без иксов — вправо? Можно и так. Маленькими шажочками по длинной дороге. А можно сразу, универсальным и мощным способом. Если, конечно, в вашем арсенале имеются тождественные преобразования уравнений.
Задаю вам ключевой вопрос: что вам больше всего не нравится в этом уравнении?
95 человек из 100 ответят: дроби ! Ответ правильный. Вот и давайте от них избавимся. Поэтому начинаем сразу со второго тождественного преобразования . На что нужно умножить дробь слева, чтобы знаменатель сократился напрочь? Верно, на 3. А справа? На 4. Но математика позволяет нам умножать обе части на одно и то же число . Как выкрутимся? А умножим обе части на 12! Т.е. на общий знаменатель. Тогда и тройка сократится, и четвёрка. Не забываем, что умножать надо каждую часть целиком . Вот как выглядит первый шаг:
Обратите внимание! Числитель (х+2) я взял в скобки! Это потому, что при умножении дробей, числитель умножается весь, целиком! А теперь дроби и сократить можно:
Раскрываем оставшиеся скобки:
Не пример, а сплошное удовольствие!) Вот теперь вспоминаем заклинание из младших классов: с иксом – влево, без икса – вправо! И применяем это преобразование:
И делим обе части на 25, т.е. снова применяем второе преобразование:
Вот и всё. Ответ: х =0,16
Берём на заметку: чтобы привести исходное замороченное уравнение к приятному виду, мы использовали два (всего два!) тождественных преобразования – перенос влево-вправо со сменой знака и умножение-деление уравнения на одно и то же число. Это универсальный способ! Работать таким образом мы будем с любыми уравнениями! Совершенно любыми. Именно поэтому я про эти тождественные преобразования всё время занудно повторяю.)
Как видим, принцип решения линейных уравнений простой. Берём уравнение и упрощаем его с помощью тождественных преобразований до получения ответа. Основные проблемы здесь в вычислениях, а не в принципе решения.
Но. Встречаются в процессе решения самых элементарных линейных уравнений такие сюрпризы, что могут и в сильный ступор вогнать.) К счастью, таких сюрпризов может быть только два. Назовём их особыми случаями.
Сюрприз первый.
Предположим, попалось вам элементарнейшее уравнение, что-нибудь, типа:
Слегка скучая, переносим с иксом влево, без икса — вправо. Со сменой знака, всё чин-чинарём. Получаем:
Считаем, и. опаньки. Получаем:
Само по себе это равенство не вызывает возражений. Нуль действительно равен нулю. Но икс-то пропал! А мы обязаны записать в ответе, чему равен икс. Иначе, решение не считается, да.) Тупик?
Спокойствие! В таких сомнительных случаях спасают самые общие правила. Как решать уравнения? Что значит решить уравнение? Это значит, найти все значения икса, которые, при подстановке в исходное уравнение, дадут нам верное равенство.
Но верное равенство у нас уже получилось! 0=0, куда уж вернее?! Остаётся сообразить, при каких иксах это получается. Какие значения икса можно подставлять в исходное уравнение, если эти иксы всё равно посокращаются в полный ноль? Ну же?)
Да. Иксы можно подставлять любые! Какие хотите. Хоть 5, хоть 0,05, хоть -220. Они всё равно сократятся. Если не верите — можете проверить.) Поподставляйте любые значения икса в исходное уравнение и посчитайте. Всё время будет получаться чистая правда: 0=0, 2=2, -7,1=-7,1 и так далее.
Вот вам и ответ: х — любое число.
Ответ можно записать разными математическими значками, суть не меняется. Это совершенно правильный и полноценный ответ.
Сюрприз второй.
Возьмём то же элементарнейшее линейное уравнение и изменим в нём всего одно число. Вот такое будем решать:
После тех же самых тождественных преобразований мы получим нечто интригующее:
Вот так. Решали линейное уравнение, получили странное равенство. Говоря математическим языком, мы получили неверное равенство. А говоря простым языком, неправда это. Бред. Но тем, не менее, этот бред — вполне веское основание для правильного решения уравнения.)
Опять соображаем, исходя из общих правил. Какие иксы, при подстановке в исходное уравнение, дадут нам верное равенство? Да никакие! Нет таких иксов. Чего ни подставляй, всё посократится, останется бред.)
Вот вам и ответ: решений нет.
Это тоже вполне полноценный ответ. В математике такие ответы частенько встречаются.
Вот так. Сейчас, надеюсь, пропажа иксов в процессе решения любого (не только линейного) уравнения вас нисколько не смутит. Дело уже знакомое.)
Теперь, когда мы разобрались со всеми подводными камнями в линейных уравнениях, имеет смысл их порешать.
А на ЕГЭ они будут? — слышу вопрос практичных людей. Отвечаю. В чистом виде — нет. Слишком элементарны. А вот в ГИА, или при решении задачек в ЕГЭ, вы с ними столкнётесь обязательно! Так что, меняем мышку на ручку и решаем.
Ответы даны в беспорядке: 2,5; нет решений; 51; 17.
Получилось?! Поздравляю! У вас хорошие шансы на экзаменах.)
Не сходятся ответы? М-да. Это не радует. Эта не та тема, без которой можно обойтись. Рекомендую посетить Раздел 555. Там очень подробно расписано, что надо делать, и как это делать, чтобы не запутаться в решении. На примере этих уравнений.
А как решать уравнения более хитрые, — это в следующей теме.
Кстати, у меня есть ещё парочка интересных сайтов для Вас.)
Вот здесь можно потренироваться в решении примеров и узнать свой уровень. Тестирование с мгновенной проверкой. Учимся — с интересом!)
А вот здесь можно познакомиться с функциями и производными.
Для решения линейных уравнений используют два основных правила (свойства).
При переносе из одной части уравнения в другую член уравнения меняет свой знак на противоположный.
Давайте разберём правило переноса на примере. Пусть нам требуется решить линейное уравнение.
Вспомним, что у любого уравнения есть левая и правая часть.
Перенесем число « 3 » из левой части уравнения в правую.
Так как в левой части уравнения у числа « 3 » был знак « + », значит в правую часть уравнения « 3 » перенесется со знаком « − ».
Полученное числовое значение « x = 2 » называют корнем уравнения.
Не забывайте после решения любого уравнения записывать ответ.
Рассмотрим другое уравнение.
По правилу переноса перенесем « 4x » из левой части уравнения в правую, поменяв знак на противоположный.
Несмотря на то, что перед « 4x » не стоит никакого знака, мы понимаем, что перед « 4x » стоит знак « + ».
Теперь приведем подобные и решим уравнение до конца.
В любом уравнении можно разделить левую и правую часть на одно и то же число.
Но нельзя делить на неизвестное!
Разберемся на примере, как использовать правило деления при решении линейных уравнений.
Число « 4 », которое стоит при « x », называют числовым коэффициентом при неизвестном.
Между числовым коэффициентом и неизвестном всегда стоит действие умножение.
Чтобы решить уравнение необходимо сделать так, чтобы при « x » стоял коэффициент « 1 ».
Давайте зададим себе вопрос: «На что нужно разделить « 4 », чтобы
получить « 1 »?». Ответ очевиден, нужно разделить на « 4 ».
Используем правило деления и разделим левую и правую части уравнения на « 4 ». Не забудьте, что делить нужно и левую, и правую части.
Используем сокращение дробей и решим линейное уравнение до конца.
Часто в уравнениях встречается ситуация, когда при « x » стоит отрицательный коэффициент. Как, например, в уравнении ниже.
Чтобы решить такое уравнение, снова зададим себе вопрос: «На что нужно разделить « −2 », чтобы получить « 1 »?». Нужно разделить на « −2 ».
В этом видео мы разберём целый комплект линейных уравнений, которые решаются по одному и тому же алгоритму - потому и они и называются простейшими.
Для начала определимся: что такое линейное уравнение и какое их них называть простейшим?
Линейное уравнение - такое, в котором присутствует лишь одна переменная, причём исключительно в первой степени.
Под простейшим уравнением подразумевается конструкция:
Все остальные линейные уравнения сводятся к простейшим с помощью алгоритма:
Разумеется, этот алгоритм помогает не всегда. Дело в том, что иногда после всех этих махинаций коэффициент при переменной $x$ оказывается равен нулю. В этом случае возможны два варианта:
А теперь давайте посмотрим, как всё это работает на примере реальных задач.
Сегодня мы занимаемся линейными уравнениями, причем только простейшими. Вообще, под линейным уравнением подразумевается всякое равенство, содержащее в себе ровно одну переменную, и она идет лишь в первой степени.
Решаются такие конструкции примерно одинаково:
Затем, как правило, нужно привести подобные с каждой стороны полученного равенства, а после этого останется лишь разделить на коэффициент при «иксе», и мы получим окончательный ответ.
В теории это выглядит красиво и просто, однако на практике даже опытные ученики старших классов могут допускать обидные ошибки в достаточно простых линейных уравнениях. Обычно ошибки допускаются либо при раскрытии скобок, либо при подсчёте «плюсов» и «минусов».
Кроме того, бывает так, что линейное уравнение вообще не имеет решений, или так, что решением является вся числовая прямая, т.е. любое число. Эти тонкости мы и разберем в сегодняшнем уроке. Но начнем мы, как вы уже поняли, с самых простых задач.
Для начала давайте я еще раз напишу всю схему решения простейших линейных уравнений:
Разумеется, эта схема работает не всегда, в ней есть определенные тонкости и хитрости, и сейчас мы с ними и познакомимся.
На первом шаге от нас требуется раскрыть скобки. Но их в этом примере нет, поэтому пропускаем данный этап. На втором шаге нам нужно уединить переменные. Обратите внимание: речь идет лишь об отдельных слагаемых. Давайте запишем:
Приводим подобные слагаемые слева и справа, но тут уже это сделано. Поэтому переходим к четвертому шагу: разделить на коэффициент:
Вот мы и получили ответ.
В этой задаче мы можем наблюдать скобки, поэтому давайте раскроем их:
И слева и справа мы видим примерно одну и ту же конструкцию, но давайте действовать по алгоритму, т.е. уединяем переменные:
При каких корнях это выполняется. Ответ: при любых. Следовательно, можно записать, что $x$ - любое число.
Третье линейное уравнение уже интересней:
\[\left(6-x \right)+\left(12+x \right)-\left(3-2x \right)=15\]
Тут есть несколько скобок, однако они ни на что не умножаются, просто перед ними стоят различные знаки. Давайте раскроем их:
Выполняем второй уже известный нам шаг:
Выполняем последний шаг - делим все на коэффициент при «икс»:
Если отвлечься от слишком простых задач, то я бы хотел сказать следующее:
Ноль - такое же число, как и остальные, не стоит его как-то дискриминировать или считать, что если у вас получился ноль, то вы что-то сделали неправильно.
Еще одна особенность связана с раскрытием скобок. Обратите внимание: когда перед ними стоит «минус», то мы его убираем, однако в скобках знаки меняем на противоположные . А дальше мы можем раскрывать ее по стандартным алгоритмам: мы получим то, что видели в выкладках выше.
Понимание этого простого факта позволит вам не допускать глупые и обидные ошибки в старших классах, когда выполнение подобных действий считается самим собой разумеющимся.
Перейдем к более сложным уравнениям. Теперь конструкции станут сложнее и при выполнении различных преобразований возникнет квадратичная функция. Однако не стоит этого бояться, потому что если по замыслу автора мы решаем линейное уравнение, то в процессе преобразования все одночлены, содержащие квадратичную функцию, обязательно сократятся.
Очевидно, что первым делом нужно раскрыть скобки. Давайте это сделаем очень аккуратно:
Теперь займемся уединением:
Очевидно, что у данного уравнения решений нет, поэтому в ответе так и запишем:
Выполняем те же действия. Первый шаг:
Перенесем все, что с переменной, влево, а без нее - вправо:
Очевидно, что данное линейное уравнение не имеет решения, поэтому так и запишем:
либо корней нет.
Оба уравнения полностью решены. На примере этих двух выражений мы ещё раз убедились, что даже в самых простых линейных уравнениях всё может быть не так просто: корней может быть либо один, либо ни одного, либо бесконечно много. В нашем случае мы рассмотрели два уравнения, в обоих корней просто нет.
Но я бы хотел обратить ваше внимание на другой факт: как работать со скобками и как их раскрывать, если перед ними стоит знак «минус». Рассмотрим вот это выражение:
Прежде чем раскрывать, нужно перемножить всё на «икс». Обратите внимание: умножается каждое отдельное слагаемое . Внутри стоит два слагаемых - соответственно, два слагаемых и умножается.
И только после того, когда эти, казалось бы, элементарные, но очень важные и опасные преобразования выполнены, можно раскрывать скобку с точки зрения того, что после неё стоит знак «минус». Да, да: только сейчас, когда преобразования выполнены, мы вспоминаем, что перед скобками стоит знак «минус», а это значит, что все, что в низ, просто меняет знаки. При этом сами скобки исчезают и, что самое главное, передний «минус» тоже исчезает.
Точно также мы поступаем и со вторым уравнением:
Я не случайно обращаю внимание на эти мелкие, казалось бы, незначительные факты. Потому что решение уравнений - это всегда последовательность элементарных преобразований, где неумение чётко и грамотно выполнять простые действия приводит к тому, что ученики старших классов приходят ко мне и вновь учатся решать вот такие простейшие уравнения.
Разумеется, придёт день, и вы отточите эти навыки до автоматизма. Вам уже не придётся каждый раз выполнять столько преобразований, вы всё будете писать в одну строчку. Но пока вы только учитесь, нужно писать каждое действие отдельно.
То, что мы сейчас будем решать, уже сложно назвать простейшими задача, однако смысл остается тем же самым.
\[\left(7x+1 \right)\left(3x-1 \right)-21=3\]
Давайте перемножим все элементы в первой части:
Давайте выполним уединение:
Выполняем последний шаг:
Вот наш окончательный ответ. И, несмотря на то, что у нас в процессе решения возникали коэффициенты с квадратичной функцией, однако они взаимно уничтожились, что делает уравнение именно линейным, а не квадратным.
\[\left(1-4x \right)\left(1-3x \right)=6x\left(2x-1 \right)\]
Давайте аккуратно выполним первый шаг: умножаем каждый элемент из первой скобки на каждый элемент из второй. Всего должно получиться четыре новых слагаемых после преобразований:
А теперь аккуратно выполним умножение в каждом слагаемом:
Перенесем слагаемые с «иксом» влево, а без - вправо:
Приводим подобные слагаемые:
Мы вновь получили окончательный ответ.
Важнейшее замечание по поводу этих двух уравнений состоит в следующем: как только мы начинаем умножать скобки, в которых находится более чем оно слагаемое, то выполняется это по следующему правилу: мы берем первое слагаемое из первой и перемножаем с каждым элементом со второй; затем берем второй элемент из первой и аналогично перемножаем с каждым элементом со второй. В итоге у нас получится четыре слагаемых.
На последнем примере я хотел бы напомнить ученикам, что такое алгебраическая сумма. В классической математике под $1-7$ мы подразумеваем простую конструкцию: из единицы вычитаем семь. В алгебре же мы подразумеваем под этим следующее: к числу «единица» мы прибавляем другое число, а именно «минус семь». Этим алгебраическая сумма отличается от обычной арифметической.
Как только при выполнении всех преобразований, каждого сложения и умножения вы начнёте видеть конструкции, аналогичные вышеописанным, никаких проблем в алгебре при работе с многочленами и уравнениями у вас просто не будет.
В заключение давайте рассмотрим ещё пару примеров, которые будут ещё более сложными, чем те, которые мы только что рассмотрели, и для их решения нам придётся несколько расширить наш стандартный алгоритм.
Для решения подобных заданий к нашему алгоритму придется добавить еще один шаг. Но для начала я напомню наш алгоритм:
Увы, этот прекрасный алгоритм при всей его эффективности оказывается не вполне уместным, когда перед нами дроби. А в том, что мы увидим ниже, у нас и слева, и справа в обоих уравнениях есть дробь.
Как работать в этом случае? Да всё очень просто! Для этого в алгоритм нужно добавить ещё один шаг, который можно совершить как перед первым действием, так и после него, а именно избавиться от дробей. Таким образом, алгоритм будет следующим:
Что значит «избавиться от дробей»? И почему выполнять это можно как после, так и перед первым стандартным шагом? На самом деле в нашем случае все дроби являются числовыми по знаменателю, т.е. везде в знаменателе стоит просто число. Следовательно, если мы обе части уравнения домножим на это число, то мы избавимся от дробей.
Давайте избавимся от дробей в этом уравнении:
Обратите внимание: на «четыре» умножается все один раз, т.е. если у вас две скобки, это не значит, что каждую из них нужно умножать на «четыре». Запишем:
\[\left(2x+1 \right)\left(2x-3 \right)=\left(-1 \right)\cdot 4\]
Выполняем уединение переменной:
Выполняем приведение подобных слагаемых:
\[-4x=-1\left| :\left(-4 \right) \right.\]
Мы получили окончательное решение, переходим ко второму уравнению.
Здесь выполняем все те же действия:
Вот, собственно, и всё, что я хотел сегодня рассказать.
Ключевые выводы следующие:
Надеюсь, этот урок поможет вам освоить несложную, но очень важную для дальнейшего понимания всей математики тему. Если что-то непонятно, заходите на сайт, решайте примеры, представленные там. Оставайтесь с нами, вас ждет еще много интересного!
Чтобы посмотреть видео, введите свой E-mail и нажмите кнопку «Начать обучение»
Что такое уравнение?
Уравнение – одно из краеугольных понятий всей математики. Как школьной, так и высшей. Имеет смысл разобраться, правда? Тем более, что это очень простое понятие. Ниже сами убедитесь. :) Так что же такое уравнение?
То, что это слово однокоренное со словами «равный», «равенство», возражений, думаю, ни у кого не вызывает. Уравнение – это два математических выражения, соединённых между собой знаком равенства «=». Но… не каких попало. А таких, в которых (хотя бы в одном) содержится неизвестная величина . Или по-другому переменная величина . Или сокращённо просто «переменная». Переменных может быть одна или несколько. В школьной математике чаще всего рассматриваются уравнения с одной переменной. Которая обычно обозначается буквой x . Или другими последними буквами латинского алфавита - y , z , t и так далее.
Мы пока тоже будем рассматривать уравнения с одной переменной. С двумя переменными или более – в специальном уроке.
Что значит решить уравнение?
Идём дальше. Переменная в выражениях, входящих в уравнение, может принимать любые допустимые значения. На то она и переменная. :) При каких-то значениях переменной получается верное равенство, а при каких-то – нет. Решить уравнение – это значит найти все такие значения переменной, при подстановке которых в исходное уравнение получается верное равенство . Или, более научно, тождество . Например, 5=5, 0=0, -10=-10. И так далее. :) Или доказать, что таких значений переменной не существует.
Я специально акцентирую внимание на слове «исходное». Почему - будет ясно чуть ниже.
Эти самые значения переменной, при подстановке которых уравнение обращается в тождество, называются очень красиво - корнями уравнения . Если доказано, что таких значений нет, то в таком случае говорят, что уравнение не имеет корней .
Зачем нужны уравнения?
Для чего нам нужны уравнения? В первую очередь, уравнения – очень мощный и наиболее универсальный инструмент для решения задач . Самых разных. :) В школе, как правило, работают с текстовыми задачами . Это задачи на движение, на работу, на проценты и многие-многие другие. Однако применение уравнений не ограничивается одними лишь школьными задачками про бассейны, трубы, поезда и табуретки. :)
Без умения составлять и решать уравнения не решить ни одной сколь-нибудь серьёзной научной задачи - физической, инженерной или экономической. Например, рассчитать, куда попадёт ракета. Или ответить на вопрос, выдержит или не выдержит нагрузку какая-нибудь ответственная конструкция (лифт или мост, например). Или спрогнозировать погоду, рост (или падение) цен или доходов…
В общем, уравнение – ключевая фигура в решении самых разнообразных вычислительных задач.
Какие бывают уравнения?
Уравнений в математике несметное количество. Самых разных видов. Однако все уравнения можно условно разделить всего на 4 класса:
1) Линейные,
2) Квадратные,
3) Дробные (или дробно-рациональные),
4) Прочие.
Разные виды уравнений требуют и разного подхода к их решению: линейные уравнения решаются одним способом, квадратные – другим, дробные – третьим, тригонометрические, логарифмические, показательные и прочие – тоже решаются своими методами.
Прочих уравнений, разумеется, больше всего. Это и иррациональные, и тригонометрические, и показательные, и логарифмические, и многие другие уравнения. И даже дифференциальные уравнения (для студентов), где неизвестным является не число, а функция. Или даже целое семейство функций. :) В соответствующих уроках мы подробно разберём все эти типы уравнений. А здесь у нас – базовые приёмы, которые применимы для решения совершенно любых (да-да, любых!) уравнений. Называются эти приёмы равносильные преобразования уравнений . Их всего два. И нигде их не обойти. Так что знакомимся!
Как решать уравнения? Тождественные (равносильные) преобразования уравнений.
Решение любого уравнения заключается в поэтапном преобразовании входящих в него выражений. Но преобразований не абы каких, а таких, чтобы суть всего уравнения не менялась . Несмотря на то, что после каждого преобразования уравнение будет видоизменяться и в конечном счёте станет совсем не похоже на исходное. Такие преобразования в математике называются равносильными или тождественными . Среди всего многообразия тождественных преобразований уравнений выделяется два базовых . О них и пойдёт речь. Да-да, всего два! И каждое из них заслуживает отдельного внимания. Применение этих двух тождественных преобразований в том или ином порядке гарантирует успех в решении 99% всех уравнений.
Итак, знакомимся!
Первое тождественное преобразование:
К обеим частям уравнения можно прибавить (или отнять) любое (но одинаковое!) число или выражение (в том числе и с переменной).
Суть уравнения при этом останется прежней. Это преобразование вы применяете всюду, наивно думая, что переносите какие-то члены из одной части уравнения в другую, меняя знак. :)
Например, такое крутое уравнение:
Тут и думать нечего: переносим минус тройку вправо, меняя минус на плюс:
А что же происходит в действительности? А на самом деле вы прибавляете к обеим частям уравнения тройку ! Вот так:
Суть всего уравнения от прибавления к обеим частям тройки не меняется. Слева остаётся чистый икс (чего мы, собственно, и добиваемся), а справа – что уж получится.
Перенос слагаемых из одной части в другую – это сокращённый вариант первого тождественного преобразования. Ошибиться здесь можно лишь в одном – забыть сменить знак при переносе. Например, такое уравнение:
Дело нехитрое. Работаем прямо по заклинанию: с иксами влево, без иксов – вправо. Какое слагаемое с иксом у нас справа? Что? 2x? Неверно! Справа у нас -2x (минус два икс)! Поэтому в левую часть это слагаемое перенесётся с плюсом :
Полдела сделано, иксы собрали слева. Осталось перенести единицу вправо. Опять вопрос – с каким знаком? Слева перед единицей ничего не написано – значит, подразумевается, что перед ней стоит плюс . Поэтому вправо единичка перенесётся уже с минусом :
Вот почти и всё. Слева приводим подобные, а справа – считаем. И получаем:
А теперь проанализируем наши махинации с переносом слагаемых. Что мы сделали, когда перенесли -2x влево? Да! Мы прибавили к обеим частям нашего злого уравнения выражение 2x. Я же говорил, что прибавлять (отнимать) мы имеем право любое число и даже выражение с иксом! Лишь бы одно и то же. :) А когда перенесли единичку вправо? Совершенно верно! Мы отняли от обеих частей уравнения единичку. Вот и всё.) Вот и вся суть первого равносильного преобразования.
Или такой пример – для старшеклассников:
Уравнение логарифмическое. Ну и что? Какая разница? Всё равно первым шагом делаем базовое тождественное преобразование – переносим слагаемое с переменной (то есть, -log 3 x) влево, а числовое выражение log 3 4 переносим вправо. Со сменой знака, разумеется:
Вот и всё. Кто дружит с логарифмами, тот в уме дорешает уравнение и получит:
Что? Хотите синусы? Пожалуйста, вот вам синусы:
Снова выполняем первое тождественное преобразование - переносим sin x влево (с минусом), а -1/4 переносим вправо (с плюсом):
Получили простейшее тригонометрическое уравнение с синусом, решить которое для знающих также не составляет труда.
Видите, насколько универсально первое равносильное преобразование! Встречается везде и всюду и не обойти его никак. Поэтому надо уметь его делать на автомате. Главное – не забывать менять знак при переносе! Продолжаем знакомиться с тождественными преобразованиями уравнений.)
Второе тождественное преобразование:
Обе части уравнения можно умножить (разделить) на одно и то же неравное нулю число или выражение.
Это тождественное преобразование мы тоже постоянно применяем, когда нам в уравнении мешают какие-то коэффициенты и мы хотим от них избавиться. Безопасно для самого уравнения. :) Например, такое злое уравнение:
Тут каждому ясно, что x = 3 . А как вы догадались? Подобрали? Или ткнули пальцем в небо и угадали?
Чтобы не подбирать и не гадать (мы с вами всё-таки математики, а не гадалки:)), нужно понять, что вы просто поделили обе части уравнения на четвёрку. Которая нам и мешает.
Вот так:
Эта палка с делением означает, что на четвёрку делятся обе части нашего уравнения. Вся левая часть и вся правая часть:
Слева четвёрки благополучно сокращаются и остаётся икс в гордом одиночестве. А справа при делении 12 на 4 получается, естественно, тройка. :)
Или такое уравнение:
Что делать с одной седьмой? Перенести вправо? Не-а, нельзя! Одна седьмая с иксом умножением связана. Коэффициент, понимаешь. :) Нельзя коэффициент оторвать и перенести отдельно от икса. Только всё выражение (1/7)x целиком. Но – незачем. :) Снова вспоминаем про умножение/деление. Что нам мешает? Дробь 1/7, не так ли? Вот и давайте избавимся от неё. Как? А в результате какого действия у нас пропадает дробь? Дробь у нас пропадает при умножении на число, равное её знаменателю! Вот и умножим обе части нашего уравнения на 7:
Слева семёрки сократятся и останется как раз одинокий икс, а справа, если вспомнить таблицу умножения, получится 21:
Теперь пример для старшеклассников:
Чтобы добраться до икса и тем самым решить наше злое тригонометрическое уравнение, нам надо сначала получить слева чистый косинус, безо всяких коэффициентов. А двойка мешает. :) Вот и делим на 2 всю левую часть:
Но тогда и правую часть тоже придётся разделить на двойку: это уже МАТЕМАТИКА требует. Делим:
Получили справа табличное значение косинуса. И теперь уравнение решается за милую душу.)
Всё понятно с умножением/делением? Отлично! Но… внимание! В данном преобразовании, несмотря на всю его простоту, кроется источник очень досадных ошибок! Называется он потеря корней и приобретение посторонних корней .
Выше я уже сказал, что обе части уравнения можно умножать (делить) на любое число или выражение с иксом . Но с одной важной оговоркой: выражение, на которое умножаем (делим) должно быть отлично от нуля . Именно этот пунктик, который многие поначалу просто игнорируют, и приводит к таким досадным промахам. Собственно, смысл этого ограничения понятен: на ноль умножать глупо, а делить вообще нельзя. Разберёмся, что к чему? Начнём с деления и с потери корней .
Допустим, есть у нас такое вот такое уравнение:
Здесь прямо-таки руки чешутся взять и поделить обе части уравнения на общую скобку (x-1):
Допустим, в задании на ЕГЭ сказано найти сумму корней этого уравнения. Что в ответ писать будем? Тройку? Если вы решили, что тройку, то вы попали в засаду . Под названием «потеря корней». :) В чём же дело?
А давайте в исходном уравнении раскроем скобки и соберём всё слева:
Получили классическое квадратное уравнение. Решаем через дискриминант (или через теорему Виета) и получаем два корня:
Стало быть, сумма корней равна 1+3 = 4. Четыре, а не три! Куда у нас «пропал» корень
x = 1
При первом способе решения? А единичка у нас пропала как раз во время деления обеих частей на скобочку (x-1). Почему так произошло? А всё потому, что при x = 1 у нас обнуляется эта самая скобочка (x-1). А делить мы имеем право только на отличное от нуля выражение! Как можно было бы избежать потери этого корня? И вообще потери корней? Для этого, во-первых, перед делением на какое-то выражение с иксом всегда дописываем условие, что это выражение отлично от нуля. И находим нули этого выражения . Вот так (на примере нашего уравнения):
А во-вторых, чтобы какие-то корни у нас не пропали в процессе деления, мы должны отдельно проверить в качестве кандидатов в корни все нули нашего выражения (того, на которое делим) . Как? Просто подставить их в исходное уравнение и посчитать. В нашем случае проверяем единичку:
Всё честно. Значит, единичка – корень!
А вообще, на будущее, всегда старайтесь избегать деления на выражение с иксом. Потеря корней – штука очень опасная и досадная! Применяйте любые другие способы – раскрытие скобок и особенно разложение на множители . Разложение на множители - самый простой и безопасный способ избежать потери корней. Для этого собираем всё слева, потом выносим общий множитель (на который так хотим «сократить») за скобки, раскладываем на множители и дальше приравниваем каждый получившийся множитель к нулю. Например, наше уравнение можно было бы вполне безобидно решить не только приведением к квадратному, но и разложением на множители. Смотрите сами:
Переносим влево всё выражение (x-1) целиком. Со знаком минус:
Выносим (x-1) за скобку как общий множитель и раскладываем на множители:
Произведение равно нулю, когда хотя бы один из множителей равен нулю . Приравниваем теперь (в уме!) каждую скобку к нулю и получаем наши законные два корня:
И ни один корень не потерялся!
Разберём теперь противоположную ситуацию – приобретение посторонних корней. Такая ситуация возникает при умножении обеих частей уравнения на выражение с иксом. Сплошь и рядом встречается при решении дробно-рациональных уравнений. Например, такое несложное уравнение:
Дело знакомое – умножаем обе части на знаменатель, чтобы избавиться от дроби и получить уравнение в линеечку:
Приравниваем каждый множитель к нулю и получаем два корня:
Вроде бы, всё хорошо. Но попробуем сделать элементарную проверку. И если при x = 0 у нас всё славненько срастётся, получится тождество 2=2, то при x = 1 получится деление на ноль. Чего делать нельзя категорически. Не годится единичка в качестве корня нашего уравнения. В таких случаях говорят, что x = 1 – так называемый посторонний корень . Единичка является корнем нашего нового уравнения без дроби x(x-1) = 0, но не является корнем исходного дробного уравнения. Как же появляется этот посторонний корень? Он появляется при домножении обеих частей на знаменатель x-1. Который при x = 1 как раз обращается в ноль! А мы имеем право умножать только на отличное от нуля выражение!
Как же быть? Вообще не умножать? Тогда мы совсем ничего решить не сможем. Каждый раз проверку делать? Можно. Но зачастую трудоёмко, если исходное уравнение слишком накрученное. В таких случаях спасают три волшебные буквы - ОДЗ. О бласть Д опустимых З начений. И чтобы исключить появление посторонних корней, при умножении на выражение с иксом всегда надо дополнительно записывать ОДЗ. В нашем случае:
Вот теперь при этом ограничении можно смело умножать обе части на знаменатель. Все вредные последствия от такого умножения (т.е. посторонние корни) мы исключим по ОДЗ. И нашу единичку безжалостно выкинем.
Итак, появление посторонних корней не так опасно, как потеря: ОДЗ – штука мощная. И жёсткая. Она нам всегда отсеет всё лишнее. :) Мы с ОДЗ будем дружить и подробнее познакомимся в отдельном уроке.
Вот и все тождественные преобразования.) Всего два. Однако у неопытного ученика могут возникать некоторые трудности, связанные с последовательностью их применения: в каких-то примерах начинают с домножения (или деления), в каких-то – с переноса. Например, такое линейное уравнение:
С чего начинать? Можно начать с переноса:
А можно сначала поделить обе части на пятёрку, а затем – переносить. Тогда числа попроще станут и считать будет легче:
Как видим, и так, и сяк можно. Вот и возникает у некоторых учеников вопрос: «Как правильно?» Ответ: «По-всякому правильно!» Кому как удобнее. :) Лишь бы ваши действия не противоречили правилам математики. А последовательность этих самых действий зависит исключительно от личных предпочтений и привычек решающего. Однако, с опытом такие вопросы отпадут сами собой, и в итоге не математика будет командовать вами, а вы – математикой. :)
В заключение хочу отдельно сказать о так называемых условно тождественных преобразованиях , справедливых при некоторых условиях . Например, возведение обеих частей уравнения в одну и ту же степень. Или извлечение корня из обеих частей. Если показатель степени нечётный, то ограничений никаких – возводите и извлекайте без опасений. А вот если чётный, то такое преобразование будет тождественным только если обе части уравнения неотрицательны . Об этих подводных камнях мы подробно поговорим в теме про иррациональные уравнения.
В курсе математики 7 класса впервые встречаются с уравнениями с двумя переменными , но изучаются они лишь в контексте систем уравнений с двумя неизвестными. Именно поэтому из поля зрения выпадает целый ряд задач, в которых на коэффициенты уравнения введены некоторые условия, их ограничивающие. Кроме того, остаются без внимания и методы решения задач типа «Решить уравнение в натуральных или целых числах», хотя в материалах ЕГЭ и на вступительных экзаменах задачи такого рода встречаются все чаще и чаще.
Какое уравнение будет называться уравнением с двумя переменными?
Так, например, уравнения 5x + 2y = 10, x 2 + y 2 = 20 или xy = 12 являются уравнениями с двумя переменными.
Рассмотрим уравнение 2x – y = 1. Оно обращается в верное равенство при x = 2 и y = 3, поэтому эта пара значений переменных является решением рассматриваемого уравнения.
Таким образом, решением любого уравнения с двумя переменными является множество упорядоченных пар (x; y), значений переменных, которые это уравнение обращают в верное числовое равенство.
Уравнение с двумя неизвестными может:
а) иметь одно решение. Например, уравнение x 2 + 5y 2 = 0 имеет единственное решение (0; 0);
б) иметь несколько решений. Например, (5 -|x|) 2 + (|y| – 2) 2 = 0 имеет 4 решения: (5; 2), (-5; 2), (5; -2), (-5; -2);
в) не иметь решений. Например, уравнение x 2 + y 2 + 1 = 0 не имеет решений;
г) иметь бесконечно много решений. Например, x + y = 3. Решениями этого уравнения будут являться числа, сумма которых равна 3. Множество решений данного уравнения можно записать в виде (k; 3 – k), где k – любое действительное число.
Основными методами решения уравнений с двумя переменными являются методы, основанные на разложении выражений на множители, выделение полного квадрата, использование свойств квадратного уравнения, ограниченности выражений, оценочные методы. Уравнение, как правило, преобразовывают к виду, из которого можно получить систему для нахождения неизвестных.
Разложение на множители
Пример 1.
Решить уравнение: xy – 2 = 2x – y.
Решение.
Группируем слагаемые с целью разложения на множители:
(xy + y) – (2x + 2) = 0. Из каждой скобки вынесем общий множитель:
y(x + 1) – 2(x + 1) = 0;
(x + 1)(y – 2) = 0. Имеем:
y = 2, x – любое действительное число или x = -1, y – любое действительное число.
Таким образом, ответом являются все пары вида (x; 2), x € R и (-1; y), y € R.
Равенство нулю неотрицательных чисел
Пример 2.
Решить уравнение: 9x 2 + 4y 2 + 13 = 12(x + y).
Решение.
Группируем:
(9x 2 – 12x + 4) + (4y 2 – 12y + 9) = 0. Теперь каждую скобку можно свернуть по формуле квадрата разности.
(3x – 2) 2 + (2y – 3) 2 = 0.
Сумма двух неотрицательных выражений равна нулю, только если 3x – 2 = 0 и 2y – 3 = 0.
А значит, x = 2/3 и y = 3/2.
Ответ: (2/3; 3/2).
Оценочный метод
Пример 3.
Решить уравнение: (x 2 + 2x + 2)(y 2 – 4y + 6) = 2.
Решение.
В каждой скобке выделим полный квадрат:
((x + 1) 2 + 1)((y – 2) 2 + 2) = 2. Оценим 
значение выражений, стоящих в скобках.
(x + 1) 2 + 1 ≥ 1 и (y – 2) 2 + 2 ≥ 2, тогда левая часть уравнения всегда не меньше 2. Равенство возможно, если:
(x + 1) 2 + 1 = 1 и (y – 2) 2 + 2 = 2, а значит x = -1, y = 2.
Ответ: (-1; 2).
Познакомимся с еще одним методом решения уравнений с двумя переменными второй степени. Этот метод заключается в том, что уравнение рассматривается как квадратное относительно какой-либо переменной .
Пример 4.
Решить уравнение: x 2 – 6x + y – 4√y + 13 = 0.
Решение.
Решим уравнение как квадратное относительно x. Найдем дискриминант:
D = 36 – 4(y – 4√y + 13) = -4y + 16√y – 16 = -4(√y – 2) 2 . Уравнение будет иметь решение только при D = 0, т. е. в том случае, если y = 4. Подставляем значение y в исходное уравнение и находим, что x = 3.
Ответ: (3; 4).
Часто в уравнениях с двумя неизвестными указывают ограничения на переменные .
Пример 5.
Решить уравнение в целых числах: x 2 + 5y 2 = 20x + 2.
Решение.
Перепишем уравнение в виде x 2 = -5y 2 + 20x + 2. Правая часть полученного уравнения при делении на 5 дает в остатке 2. Следовательно, x 2 не делится на 5. Но квадрат числа, не делящегося на 5, дает в остатке 1 или 4. Таким образом, равенство невозможно и решений нет.
Ответ: нет корней.
Пример 6.
Решить уравнение: (x 2 – 4|x| + 5)(y 2 + 6y + 12) = 3.
Решение.
Выделим полные квадраты в каждой скобке:
((|x| – 2) 2 + 1)((y + 3) 2 + 3) = 3. Левая часть уравнения всегда больше или равна 3. Равенство возможно при условии |x| – 2 = 0 и y + 3 = 0. Таким образом, x = ± 2, y = -3.
Ответ: (2; -3) и (-2; -3).
Пример 7.
Для каждой пары целых отрицательных чисел (x; y), удовлетворяющих уравнению
x 2 – 2xy + 2y 2 + 4y = 33, вычислить сумму (x + y). В ответе указать наименьшую из сумм.
Решение.
Выделим полные квадраты:
(x 2 – 2xy + y 2) + (y 2 + 4y + 4) = 37;
(x – y) 2 + (y + 2) 2 = 37. Так как x и y – целые числа, то их квадраты также целые числа. Сумму квадратов двух целых чисел, равную 37, получим, если складываем 1 + 36. Следовательно:
(x – y) 2 = 36 и (y + 2) 2 = 1
(x – y) 2 = 1 и (y + 2) 2 = 36.
Решая эти системы и учитывая, что x и y – отрицательные, находим решения: (-7; -1), (-9; -3), (-7; -8), (-9; -8).
Ответ: -17.
Не стоит отчаиваться, если при решении уравнений с двумя неизвестными у вас возникают трудности. Немного практики, и вы сможете справиться с любыми уравнениями.
Остались вопросы? Не знаете, как решать уравнения с двумя переменными?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь .
Первый урок – бесплатно!
сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.
В этом разделе мы вспомним (или изучим – уж кому как) самые элементарные уравнения. Итак, что такое уравнение? Говоря человеческим языком, это какое-то математическое выражение, где есть знак равенства и неизвестное. Которое, обычно, обозначается буквой «х» . Решить уравнение - это найти такие значения икса, которые при подстановке в исходное выражение, дадут нам верное тождество. Напомню, что тождество – это выражение, которое не вызывает сомнения даже у человека, абсолютно не отягощенного математическими знаниями. Типа 2=2, 0=0, ab=ab и т.д. Так как решать уравнения? Давайте разберёмся.
Уравнения бывают всякие (вот удивил, да?). Но всё их бесконечное многообразие можно разбить всего на четыре типа.
4. Все остальные.)
Всех остальных, разумеется, больше всего, да...) Сюда входят и кубические, и показательные, и логарифмические, и тригонометрические и всякие другие. С ними мы в соответствующих разделах плотно поработаем.
Сразу скажу, что иногда и уравнения первых трёх типов так накрутят, что и не узнаешь их… Ничего. Мы научимся их разматывать.
И зачем нам эти четыре типа? А затем, что линейные уравнения решаются одним способом, квадратные другим, дробные рациональные - третьим, а остальные не решаются вовсе! Ну, не то, чтобы уж совсем никак не решаются, это я зря математику обидел.) Просто для них существуют свои специальные приёмы и методы.
Но для любых (повторяю - для любых! ) уравнений есть надёжная и безотказная основа для решения. Работает везде и всегда. Эта основа - Звучит страшно, но штука очень простая. И очень (очень!) важная.
Собственно, решение уравнения и состоит из этих самых преобразований. На 99%. Ответ на вопрос: "Как решать уравнения? " лежит, как раз, в этих преобразованиях. Намёк понятен?)
В любых уравнениях для нахождения неизвестного надо преобразовать и упростить исходный пример. Причем так, чтобы при смене внешнего вида суть уравнения не менялась. Такие преобразования называются тождественными или равносильными.
Отмечу, что эти преобразования относятся именно к уравнениям. В математике ещё имеются тождественные преобразования выражений. Это другая тема.
Сейчас мы с вами повторим все-все-все базовые тождественные преобразования уравнений.
Базовые потому, что их можно применять к любым уравнениям – линейным, квадратным, дробным, тригонометрическим, показательным, логарифмическим и т.д. и т.п.
Первое тождественное преобразование: к обеим частям любого уравнения можно прибавить (отнять) любое (но одно и то же!) число или выражение (в том числе и выражение с неизвестным!). Суть уравнения от этого не меняется.
Вы, между прочим, постоянно пользовались этим преобразованием, только думали, что переносите какие-то слагаемые из одной части уравнения в другую со сменой знака. Типа:
Дело знакомое, переносим двойку вправо, и получаем:
На самом деле вы отняли от обеих частей уравнения двойку. Результат получается тот же самый:
х+2 - 2 = 3 - 2
Перенос слагаемых влево-вправо со сменой знака есть просто сокращённый вариант первого тождественного преобразования. И зачем нам такие глубокие познания? – спросите вы. В уравнениях низачем. Переносите, ради бога. Только знак не забывайте менять. А вот в неравенствах привычка к переносу может и в тупик поставить….
Второе тождественное преобразование : обе части уравнения можно умножить (разделить) на одно и то же отличное от нуля число или выражение. Здесь уже появляется понятное ограничение: на ноль умножать глупо, а делить и вовсе нельзя. Это преобразование вы используете, когда решаете что-нибудь крутое, типа
Понятное дело, х = 2. А вот как вы его нашли? Подбором? Или просто озарило? Чтобы не подбирать и не ждать озарения, нужно понять, что вы просто поделили обе части уравнения на 5. При делении левой части (5х) пятёрка сократилась, остался чистый икс. Чего нам и требовалось. А при делении правой части (10) на пять, получилась, знамо дело, двойка.
Вот и всё.
Забавно, но эти два (всего два!) тождественных преобразования лежат в основе решения всех уравнений математики. Во как! Имеет смысл посмотреть на примерах, что и как, правда?)
Начнём с первого тождественного преобразования. Перенос влево-вправо.
Пример для младшеньких.)
Допустим, надо решить вот такое уравнение:
3-2х=5-3х
Вспоминаем заклинание: "с иксами - влево, без иксов - вправо!" Это заклинание - инструкция по применению первого тождественного преобразования.) Какое выражение с иксом у нас справа? 3х ? Ответ неверный! Справа у нас - 3х ! Минус три икс! Стало быть, при переносе влево, знак поменяется на плюс. Получится:
3-2х+3х=5
Так, иксы собрали в кучку. Займёмся числами. Слева стоит тройка. С каким знаком? Ответ "с никаким" не принимается!) Перед тройкой, действительно, ничего не нарисовано. А это значит, что перед тройкой стоит плюс. Так уж математики договорились. Ничего не написано, значит, плюс. Следовательно, в правую часть тройка перенесётся с минусом. Получим:
-2х+3х=5-3
Остались сущие пустяки. Слева - привести подобные, справа - посчитать. Сразу получается ответ:
В этом примере хватило одного тождественного преобразования. Второе не понадобилось. Ну и ладно.)
Пример для старшеньких.)
Кстати, у меня есть ещё парочка интересных сайтов для Вас.)
Можно потренироваться в решении примеров и узнать свой уровень. Тестирование с мгновенной проверкой. Учимся - с интересом!)
можно познакомиться с функциями и производными.
