Ю.Марчук Курс лекцій з математики

ОСНОВНІ ВИДИ РІВНЯНЬ З ОДНІЄЮ ЗМІННОЮ Рівняння – це рівність, яка містить змінну. Рівнянням називають рівність, яка містить одну або декілька невідомих. Загальний вигляд рівняння з однією змінною: f1(x) = f2(x). Часто всі функції переносять в одну (ліву) частину рівняння. Тоді рівняння набуває вигляду: f(x) = 0. Областю допустимих значень (ОДЗ) рівняння f(x) = 0 називають область визначення функції f(x). Розв'язок рівняння – це значення змінної, при якому рівняння перетворюється на правильну рівність. Розв'язати рівняння означає знайти всі його розв'язки (корені) або довести, що їх немає. Рівносильні рівняння – це рівняння, які мають одні і ті самі розв'язки (корені). Властивості рівнянь: • зведення подібних доданків; • множення (ділення) обох частин рівняння на одне і те саме число, відмінне від нуля.

Основні види рівнянь з однією змінною:

• лінійні рівняння; • квадратні рівняння; • рівняння, що зводяться до квадратних (біквадратні); • ірраціональні рівняння; • показникові рівняння; • логарифмічні рівняння; • тригонометричні рівняння; • диференціальні рівняння. Відомо, що далеко не кожне перетворення рівняння зберігає незмінною множину його коренів. В одному випадку ця множина може звузитися, що приведе до втрати коренів, в іншому – розширитися, тобто з'являться сторонні корені. Це може відбуватись при розв'язуванні рівняння методом наслідків або методом рівносильних перетворень. Метод наслідків – це метод розв'язування рівняння, при якому дане рівняння замінюють на рівняння-наслідок, а потім отримані корені піддають перевірці. Його застосовують тоді, коли виконати перевірку нескладно. Якщо ж перевірка потребує значних обчислень, тоді використовують інший шлях розв'язування – метод рівносильних перетворень. Але застосовуючи як метод наслідків, так і метод рівносильних перетворень, важливо знати причини втрати коренів і появи сторонніх коренів.

РОЗВ'ЯЗУВАННЯ ДЕЯКИХ ВИДІВ РІВНЯНЬ З ОДНІЄЮ ЗМІННОЮ

Розв′язання лінійних рівнянь з одним невідомим ах = b, де a і b – коефіцієнти, х – невідоме.

1) a

bxa =≠ ,0 ; 2) a = 0, b ≠ 0, коренів немає;

3) а = 0, b = 0, коренем є будь-яке дійсне число.

Розв′язання квадратних рівнянь х2 = а

1) a < 0, коренів немає; 2) а = 0, х = 0; 3) a > 0, ax ±= .

ax2 + bx + c = 0, a ≠ 0, D = b

2 – 4ac

1) D < 0, коренів немає; 2) D = 0, a

bx

2−= ; 3) D > 0,

a

Dbx

2

±−= .

x2 + px + q = 0,

Якщо х1, х2 – корені рівняння, то:

Тема: Рівняння, нерівності та їхні системи

1) x1 + x2 = –p; x1· x2 = q; 2) x2 + px + q = (x – x1)(x – x2).

Розв′язання двочленних рівнянь хп = b,

1) п – непарне, n

bx = ; 2) п – парне, b < 0, коренів немає;

3) п – парне, b ≥ 0, n bx ±= .

Розв′язання ірраціональних рівнянь ax = , 1) а < 0, коренів немає; 2) а = 0, х = 0; 3) а > 0, х = а2.

Розв′язання показникових рівнянь g(x)

af(x)

a = , де а > 0, а ≠ 1 ⇔ f(x) = g(x); g(x)

bf(x)

a = , де а > 0, а ≠ 1, де b > 0, b ≠ 1 ⇔ bc

xgac

xf log)(log)( = , с > 0, с ≠ 1.

=

≠

>

⇔=

),()(

,1)(

,0)(

xgxf

xu

xug(x)

(u(x))f(x)

(u(x)) і

=

−

1.

,визначені)(),(

u(x)

xgxf

Розв′язання логарифмічних рівнянь logaf(x) = logag(x),

a > 0, a ≠ 1 ⇔

=

>

>

)()(

,0)(

,0)(

xgxf

xg

xf

logaf(x) = b, a > 0, a ≠ 1 ⇔ f(x) = ab.

Основні методи розв'язування рівнянь: • метод розкладання на множники; • метод заміни змінної; • функціональний метод.

РОЗВ'ЯЗУВАННЯ РІВНЯНЬ З ОДНІЄЮ ЗМІННОЮ МЕТОДОМ РОЗКЛАДАННЯ НА МНОЖНИКИ Метод розкладання на множники використовують тоді, коли вдається ліву частину рівняння f(x)=0 подати у вигляді добутку кількох виразів. Цей крок є корисним, оскільки дозволяє замість даного рівняння розв'язати сукупність більш простих рівнянь.

Найбільш поширені випадки розкладання на множники лівої частини рівняння f(x)=0.

(а – стала величина, дійсне число)

x2 – a2 = 0 => (x – a)(x + a) = 0;

х3 + а3 = 0 => (х + а)(х2 – ах + а2) = 0;

х3 – а3 = 0 => (х – а)(х2 + ах + а2) = 0;

х3 – 1 = 0 => (х – 1)(х2 + х + 1) = 0;

х3 + 1 = 0 => (х + 1)(х2 – х + 1) = 0;

х4 – 1 = 0 => (x2 – 1)(x2 + 1) = 0;

х4 – 1 = 0 => (x3 – 1)(x3 + 1) = 0.

Приклад. Розв'яжіть рівняння (х + 9)2 – 36 = 0. Розв'язання. Перетворимо дане рівняння так: (х + 9)2 – 62 = 0. Подамо ліву частину рівняння у вигляді добутку: (х + 9 – 6)(х + 9 + 6) = 0. Отримаємо рівняння (х + 3)(х + 15) = 0. Воно рівносильне сукупності рівнянь х + 3 = 0 і х + 15 = 0. Звідки х = –3 і х = –15.

Ю.Марчук Курс лекцій з математики

Відповідь: –15; –3. РОЗВ'ЯЗУВАННЯ РІВНЯНЬ З ОДНІЄЮ ЗМІННОЮ МЕТОДОМ ЗАМІНИ ЗМІННОЇ Розглянемо розв'язування рівняння методом заміни змінної. Приклад 1. Розв'яжіть рівняння sin2

t + 2sint = 3. Розв'язання. Перетворимо дане рівняння так: sin2

t + 2sint – 3 = 0. Зробивши заміну sint = y, отримаємо рівняння у2 + 2у – 3 = 0. За теоремою Вієта знаходимо корені утвореного рівняння у1 = –3, у2 = 1. В результаті отримуємо для рівняння у2 + 2у – 3 = 0 рівносильну сукупність рівнянь sint = –3 та sint = 1. Оскільки |sint | ≤ 1, то рівняння sint = –3 коренів немає. Знайдемо корені рівняння sint = 1:

Zkkt ∈+= ,22

π

π

.

Відповідь: Zkkt ∈+= ,22

π

π

Приклад 2. Розв'яжіть рівняння 3х+1 – 2 · 3х–2 = 75.

Розв'язання. Запишемо рівняння у вигляді 3х · 3 – 2 · 3х · 3–2 = 75 або 7539

233 =⋅−⋅

хх .

Зробимо заміну 3х = у і отримаємо рівняння 759

23 =− уу . Розв'яжемо його:

27у – 2у = 675 => 25у = 675 => у = 27. Маємо: 3х = 27 => 3х = 33 => х = 3.

Відповідь: х = 3. РОЗВ'ЯЗУВАННЯ НЕРІВНОСТЕЙ З ОДНІЄЮ ЗМІННОЮ

НЕРІВНОСТІ

Числові

2 < 5; 5 > 1; 10 ≤ 10; 3 ≥ 1

Умовні (із змінною)

f1(x) < f2(x); f1(x) > f2(x); f1(x) ≤ f2(x); f1(x) ≥ f2(x)

Числові нерівності Нерівність a < b справедлива тоді і тільки тоді, коли a – b < 0. Нерівність a > b справедлива тоді і тільки тоді, коли a – b > 0. Основні властивості числових нерівностей а < c при a < b і b < c (транзитивність)

при a > b a+c > b+c c ∈ R ac > bc при a > b і c > 0 ac < bc при a > b і c < 0 a+c > b+m при a > b і c > m ac > bm при a > b > 0 і c > m > 0 Важливі нерівності

* При а ≥ 0, b ≥ 0 виконується нерівність abba≥

+

2 ( * ) (Нерівність Коші)

Тема: Рівняння, нерівності та їхні системи

Число 2

ba + називається середнім арифметичним.

Число ab називається середнім геометричним.

Нерівності зі змінною Нерівність виду f(x)>q(x) називають нерівністю з однією змінною.

Розв'язком цієї нерівності називається число х0 таке, що числова нерівність f(x0)>q(x0) справедлива. Розв'язати нерівність з однією змінною означає знайти всі її розв'язки. Дві нерівності називаються рівносильними, якщо множини їх розв'язків збігаються. Рівносильні перетворення нерівностей з однією змінною ґрунтуються на таких теоремах: Теорема 1. Якщо до обох частин нерівності додати вираз, визначений при всіх

припустимих значеннях змінної, то дістанемо нерівність, рівносильну даній.

Наслідок. Будь-який член нерівності можна перенести з однієї частини нерівності до другої, змінивши його знак на протилежний.

Теорема 2. Якщо обидві частини нерівності помножити на вираз, додатний при всіх припустимих значеннях змінної, то дістанемо нерівність, рівносильну даній.

Теорема 3. Якщо будь-яку нерівність системи нерівностей замінити на рівносильну, то дістанемо систему, рівносильну даній.

Теорема 4. Нехай дано нерівність f1(x)>f2(x) і зростаючу функцію q(x) таку, що

E(f1)⊂D(q) і E(f2)⊂D(q), тоді нерівність q(f1(x))>q(f2(x)) рівносильна даній. Квадратні нерівності

Нерівність виду ax2+bx+c > 0 називається квадратною. (a, b, c ∈R, a ≠ 0) Розглянемо квадратну нерівність при a>0. Якщо a<0, то таку нерівність можна помножити на (–1). Отже, a > 0. Можливі випадки. D>0 Нерівність ax2+bx+c > 0 виконується при x < x1 або x > x2.

Нерівність ax2+bx+c < 0 виконується при x1 < x < x2, x1 і x2 – корені квадратного тричлена ax2+bx+c, х1 < х2.

D=0 Нерівність ax2+bx+c > 0 виконується при будь-якому дійсному a

bx

2−≠ .

Нерівність ax2+bx+c < 0 немає розв'язків. D<0 Нерівність ax2+bx+c > 0 виконується при будь-якому дійсному х.

Нерівність ax2+bx+c < 0 немає розв'язків. Раціональні нерівності

Раціональною називається нерівність виду 0)(

)(>

xQ

xP, де P(x) і Q(x) – многочлени.

Помноживши обидві частини нерівності на Q2(x), одержимо нерівність P(x) ⋅Q(x)>0, рівносильну даній. Такі нерівності розв'язують методом інтервалів. Ірраціональні нерівності Ірраціональними називають нерівності, в яких змінна стоїть під знаком кореня. (всюди розглядаються лише арифметичні корені)

Ю.Марчук Курс лекцій з математики

Нерівність )()( xfxq < рівносильна системі нерівностей

<

>

≥

.))(()(

,0)(

,0)(

2xfxq

xf

xq

Нерівність )()( xfxq > рівносильна сукупності двох систем нерівностей

>

≥

.))(()(

,0)(

2xfxq

xf та

≥

<

.0)(

,0)(

xq

xf

Метод інтервалів ґрунтується на такій теоремі. Теорема. Якщо функція F(x) визначена і неперервна на проміжку a<x<b та немає коренів на цьому проміжку, то при всіх значеннях аргументу х, що належать цьому проміжку, функція F(x) зберігає знак. При розв'язуванні нерівностей методом інтервалів можна дотримуватися такого алгоритму: 1) Записати подану нерівність у вигляді f(x)>0 або f(x)<0. 2) Знайти D(f). 3) Знайти нулі функції f(x). 4) Позначити на D(f) нулі функції. 5) Знайти знак функції на кожному із проміжків, на які розбивається D(f). 6) Записати відповідь, враховуючи знак даної в умові нерівності. ОСНОВНІ ВИДИ СИСТЕМ НЕЛІНІЙНИХ РІВНЯНЬ ТА ЇХ МЕТОДИ РОЗВ'ЯЗАННЯ

При вирішенні практичних інженерних задач часто доводиться зустрічатися з розв’язанням рівнянь виду

φ(x) = g(x) (1) або

f(x) = 0 (2) де φ(x), g(x) та f(x) – нелінійні функції, визначенні на деякій числовій множині X, яка

називається областю допустимих значень рівняння. Рівняння виду (1) або (2) називаються нелінійними рівняннями. Всі нелінійні рівняння можна

поділити на алгебраїчні та трансцендентні (рис.1)

Рисунок 1 – Класифікація нелінійних рівнянь

Функція називається алгебраїчною, якщо для отримання значення функції на заданій множині Х потрібно здійснити арифметичні операції та піднесення в степінь з раціональним або ірраціональним показником. Рівняння, які містять алгебраїчні функції називаються нелінійними

алгебраїчними рівняннями.

Тема: Рівняння, нерівності та їхні системи

До трансцендентних функцій відносять всі неалгебраїчні функції: показникові ах, логарифмічні logax, lnx, тригонометричні sin x, cos x, tgx, ctgx, обернені тригонометричні arcsin x, arccos x, arctg x, arcctg x та інші. Нелінійні рівняння, які містять трансцендентні функції називаються нелінійними

трансцендентними рівняннями. Види систем рівнянь:

• сумісні (система має хоча б один розв'язок); • несумісні (система немає розв'язків).

Методи розв'язування систем рівнянь ґрунтуються на трьох правилах про рівносильні системи:

1) правило додавання рівнянь системи; 2) правило підстановки; 3) правило переходу до сукупності систем рівнянь.

Згідно 1-го правила можна рівняння системи помножити на деяке число і додати почленно до іншого рівняння системи. Згідно 2-го правила можна одну змінну виразити через інші одного рівняння і підставити в інше рівняння системи. Згідно 3-го правила

=

=

=

=

⇒

=

=

0);(

,0);(

0);(

,0);(

0);(

,0);();(

yxF

yxg

yxF

yxf

yxF

yxgyxf