Симметрические уравнения. Симметрические системы уравнений Используемые технологии обучения

Введение Проблема моего проекта заключается в том, что для успешной сдачи ЕГЭ требуется умение решать различные системы уравнений, а в курсе средней школы им отведено недостаточно времени, необходимого познать этот вопрос глубже. Цель работы: подготовиться к успешной сдачи ЕГЭ. Задачи работы: Расширить свои знания в области математики, связанные с понятием «симметрия». Повысить свою математическую культуру, используя понятие «симметрия» при решении систем уравнений, называемых симметрическими, а также других задач математики.

Понятие симметрии. Симме́три́я - (др.-греч. συμμετρία), в широком смысле - неизменность при каких-либо преобразованиях. Так, например, сферическая симметрия тела означает, что вид тела не изменится, если его вращать в пространстве на произвольные углы. Двусторонняя симметрия означает, что право и лево относительно какой-либо плоскости выглядят одинаково.

Решение задач при помощи симметрии. Задача №1 Двое по очереди кладут одинаковые монеты на круглый стол, причём монеты не должны накрывать друг друга. Проигрывает тот, кто не может сделать ход. Кто выигрывает при правильной игре? (Иначе говоря, у какого из игроков есть выигрышная стратегия?)

Способы решения симметрических систем. Симметрические системы можно решать методом замены переменных, в роли которых выступают основные симметрические многочлены. Симметрическая система двух уравнений с двумя неизвестными х и у решается подстановкой u = х + у, v = ху.

Пример №2 3 х 2у – 2ху + 3ху 2 = 78, 2х – 3ху + 2у + 8 = 0 С помощью основных симметрических многочленов система может записана в следующем виде 3uv – 2v = 78, 2u – 3v = -8. Выражая из второго уравнения u = и подставляя его в первое уравнение, получим 9v2– 28v – 156 = 0. Корни этого уравнения v 1 = 6 и v 2 = - позволяют найти соответствующие им значения u1 = 5, u2= - из выражения u = .

Решим теперь следующую совокупность систем Решим теперь следующую совокупность систем х + у = 5, и х + у = - , ху = 6 ху = - . х = 5 – у, и у = -х - , ху = 6 ху = - . х = 5 – у, и у = -х - , у (5 – у) = 6 х (-х -) = - . х = 5 – у, и у = -х - , у 1= 3, у 2 =2 х 1 = , х 2 = - х 1 = 2, х 2 = 3, и х 1 = , х 2 = - у 1= 3, у 2 =2 у 1 = - , у 2= Ответ: (2; 3), (3; 2), (; -), (- ;).

Теоремы, используемые при решении симметрических систем. Теорема 1. (о симметрических многочленах) Любой симметрический многочлен от двух переменных представим в виде функции от двух основных симметрических многочленов Другими словами, для любого симметрического многочлена f (x, y) существует такая функция двух переменных φ (u, v), что

Теорема 2. (о симметрических многочленах) Теорема 2. (о симметрических многочленах) Любой симметрический многочлен от трёх переменных представим в виде функции от трёх основных симметрических многочленов: Другими словами, для любого симметрического многочлена f (x, y) существует такая функция трёх переменных θ (u, v, w), что

Более сложные симметрические системы – системы, содержащие модуль: | x – y | + y2 = 3, | x – 1 | + | y – 1 | = 2. Рассмотрим данную систему отдельно при х < 1 и при х ≥ 1. Если х < 1, то: а) при у < х система принимает вид х – у + у 2 = 3, - х + 1 – у + 1 = 2, или х – у + у 2 = 3, х + у = 0, откуда находим х 1 = 1, у 1 = - 1, х 2 = - 3, у2 = 3. Эти пары чисел не принадлежат к рассматриваемой области;

б) при х ≤ у < 1 система принимает вид б) при х ≤ у < 1 система принимает вид - х + у + у 2 = 3, - х + 1 – у + 1 = 2, или - х + у + у 2 = 3, х + у = 0, откуда находим х 1 = 3, у 1 = - 3; х 2 = - 1, у 2 = 1. Эти пары чисел не принадлежат к рассматриваемой области; в) при у ≥ 1 (тогда у > х) система принимает вид - х + у + у 2 = 3, - х + 1 + у – 1 = 2, или - х + у + у 2 = 3, х – у = - 2, откуда находим х 1 = - 3, у 1 = - 1, х 2 = - 1, у 2 = 1. Вторая пара чисел принадлежит рассматриваемой области, т. е. является решением данной системы.

Если х ≥ 1, то: Если х ≥ 1, то: а) х > у и у < 1 система принимает вид х – у + у 2 = 3, х – 1 – у = 1 = 2, или х – у + у 2= 3, х – у = 2, откуда находим х 1 = 1, у 1 = - 1, х 2 = 4, у 2 = 2. Первая пара чисел принадлежит рассматриваемой области, т. Е. является решением данной системы; б) при х > у и у ≥ 1 система принимает вид х – у + у 2 = 3, х – 1 + у – 1 = 2, или х – у + у 2 = 3, х + у = 4, откуда находим х = 1, у = 3. Эта пара чисел не принадлежит рассматриваемой области;

в) при х ≤ у (тогда у ≥ 1) система принимает вид в) при х ≤ у (тогда у ≥ 1) система принимает вид - х + у + у 2 = 3, х – 1 + у – 1 = 2, или - х + у + у 2 = 3, х + у = 4, откуда находим х 1 = 5 + √8, у 1 = - 1 - √8; х 2 = 5 - √8, у 2 = - 1 + √8. Эти пары чисел не принадлежат рассматриваемой области. Таким образом, х 1 = - 1, у 1 = 1; х 2 = 1, у 2 = - 1. Ответ: (- 1; 1); (1; - 1).

Заключение Математика развивает мышление человека, учит посредством логики находить разные пути решения. Так, научившись решать симметрические системы, я поняла, что использовать их можно не только для выполнения конкретных примеров, но я для решения разного рода задач. Я думаю, что проект может принести пользу не только мне. Для тех, кто так же захочет ознакомиться с этой темой, моя работа будет являться хорошим помощником.

Список используемой литературы: Башмаков М. И., «Алгебра и начала анализа», 2-е издание, Москва, «Просвещение», 1992, 350 стр. Рудченко П. А., Яремчук Ф. П., «Алгебра и элементарные функции», справочник; издание третье, переработанное и дополненное; Киев, Наукова, Думка, 1987, 648 стр. Шарыгин И. Ф., « Математика для школьников старших классов», Москва, издательский дом «Дрофа», 1995, 490 стр. Интернет-ресурсы: http://www.college.ru/

Работа может использоваться для проведения уроков и докладов по предмету "Математика"

Готовые презентации по математике используют в качестве наглядных пособий, которые позволяют учителю или родителю продемонстрировать изучаемую тему из учебника с помощью слайдов и таблиц, показать примеры по решению задач и уравнений, а также проверить знания. В данном разделе сайта можно найти и скачать множество готовых презентаций по математике для учащихся 1,2,3,4,5,6 класса, а также презентации по высшей математике для студентов ВУЗов.

Итак, для u получаем уравнение Вспомним теорему о рациональных корнях многочленов (§ 2.1.5). Рациональные корни нашего уравнения нужно искать среди делителей числа –4. Перебирая все делители, убеждаемся, что рациональных корней у уравнения нет. Однако эта теорема и не была теоремой существования корней. Указанная теорема констатировала лишь следующее: если у многочлена с целыми коэффициентами существуют рациональные корни (но для них имеется ещё возможность НЕ существовать), то эти корни будут иметь некоторый специальный вид. Тот случай, когда рациональных корней нет, эта теорема и не описывала.

Попробуем найти корни уравнения исходной системы среди иррациональных чисел. Однако для этого придется проявить некоторую изобретательность: стандартная замена для симметрических систем здесь, очевидно не работает.

Возводя второе уравнение в куб, получим: Таким образом, по теореме Виета, и являются корнями квадратного уравнения Отсюда и Значит,

1. Уравнения называются симметрическими уравнениями 3-й степени , если они имеют вид
ах 3 + bx 2 + bх + a = 0 .

Для того, чтобы успешно решать уравнения такого вида, полезно знать и уметь использовать следующие простейшие свойства возвратных уравнений:

а) У любого возвратного уравнения нечетной степени всегда есть корень, равный -1.

Действительно, если сгруппировать в левой части слагаемые следующим образом: а(х 3 + 1) + bx(х + 1) = 0, то есть возможность вынести общий множитель, т.е. (х + 1)(ах 2 + (b – а)x + а) = 0, поэтому,
х + 1 = 0 или ах 2 + (b – а)x + а = 0, первое уравнение и доказывает интересующее нас утверждение.

б) У возвратного уравнения корней, равных нулю, нет.

в) При делении многочлена нечетной степени на (х + 1) частное является снова возвратным многочленом и это доказывается по индукции.

Пример .

х 3 + 2x 2 + 2х + 1 = 0.

Решение.

У исходного уравнения обязательно есть корень х = -1, поэтому разделим х 3 + 2x 2 + 2х + 1 на (х + 1) по схеме Горнера:

.	1	2	2	1
-1	1	2 – 1 = 1	2 – 1 = 1	1 – 1 = 0

х 3 + 2x 2 + 2х + 1 = (х + 1)(x 2 + х + 1) = 0.

Квадратное уравнение x 2 + х + 1 = 0 не имеет корней.

Ответ: -1.

2. Уравнения называются симметрическими уравнениями 4-й степени , если они имеют вид
ах 4 + bx 3 + сх 2 + bх + a = 0.

Алгоритм решения подобных уравнений таков:

а) Разделить обе части исходного уравнения на х 2 . Это действие не приведет к потере корня, ведь х = 0 решением заданного уравнения не является.

б) С помощью группировки привести уравнение к виду:

а(x 2 + 1/x 2) + b(x + 1/x) + c = 0.

в) Ввести новую неизвестную: t = (x + 1/x).

Проделаем преобразования:t 2 = x 2 +2 + 1/x 2 . Если теперь выразить x 2 + 1/x 2 , то t 2 – 2 = x 2 + 1/x 2 .

г) Решить в новых переменных полученное квадратное уравнение:

аt 2 + bt + c – 2a = 0.

д) Сделать обратную подстановку.

Пример.

6х 4 – 5х 3 – 38x 2 – 5х + 6 = 0.

Решение.

6х 2 – 5х – 38 – 5/х + 6/х 2 = 0.

6(х 2 + 1/х 2) – 5(х + 1/х) – 38 = 0.

Вводим t: подстановка (x + 1/x) = t. Замена: (x 2 + 1/x 2) = t 2 – 2, имеем:

6t 2 – 5t – 50 = 0.

t = -5/2 или t = 10/3.

Вернемся к переменной х. После обратной замены решим два полученных уравнения:

1) x + 1/x = -5/2;

х 2 + 5/2 х +1 = 0;

х = -2 или х = -1/2.

2) x + 1/x = 10/3;

х 2 – 10/3 х + 1 = 0;

х = 3 или х = 1/3.

Ответ: -2; -1/2; 1/3; 3.

Способы решения некоторых видов уравнений высших степеней

1. Уравнения, которые имеют вид (х + а) n + (х + b) n = c, решаются подстановкой t = x + (a + b)/2. Этот метод называется методом симметризации .

Примером такого уравнения может быть уравнение вида (х + а) 4 + (х + b) 4 = c.

Пример.

(х + 3) 4 + (х + 1) 4 = 272.

Решение.

Делаем подстановку, о которой говорилось выше:

t = x + (3 + 1)/2 = х + 2, после упрощения: х = t – 2.

(t – 2 + 3) 4 + (t – 2 + 1) 4 = 272.

(t + 1) 4 + (t – 1) 4 = 272.

Убрав скобки с помощью формул, получим:

t 4 + 4t 3 + 6t 2 + 4t + 1 + t 4 – 4t 3 + 6t 2 – 4t + 1 = 272.

2t 4 + 12t 2 – 270 = 0.

t 4 + 6t 2 – 135 = 0.

t 2 = 9 или t 2 = -15.

Второе уравнение корней не дает, а вот из первого имеем t = ±3.

После обратной замены получим, что х = -5 или х = 1.

Ответ: -5; 1.

Для решения подобных уравнений часто оказывается эффективным и метод разложения на множители левой части уравнения.

2. Уравнения вида (х + а)(х + b)(x + c)(x + d) = А, где а + d = c + b.

Методика решения подобных уравнений заключается в частичном раскрытии скобок, а затем введении новой переменной.

Пример.

(х + 1)(х + 2)(x + 3)(x + 4) = 24.

Решение.

Вычисляем: 1 + 4 = 2 + 3. Группируем скобки по парам:

((х + 1)(x + 4))((х + 2)(x + 3)) = 24,

(х 2 + 5х + 4)(х 2 + 5х + 6) = 24.

Сделав замену х 2 + 5х + 4 = t, имеем уравнение

t(t + 2) = 24, оно является квадратным:

t 2 + 2t – 24 = 0.

t = -6 или t = 4.

После выполнения обратной замены, легко находим корни исходного уравнения.

Ответ: -5; 0.

3. Уравнения вида (х + а)(х + b)(x + c)(x + d) = Ах 2 , где аd = cb.

Метод решения заключается в частичном раскрытии скобок, делении обеих частей на х 2 и решении совокупности квадратных уравнений.

Пример.

(х + 12)(х + 2)(x + 3)(x + 8) = 4х 2 .

Решение.

Перемножив в левой части первые две и последние две скобки получим:

(х 2 + 14х + 24)(х 2 + 11х + 24) = 4х 2 . Делим на х 2 ≠ 0.

(х + 14 + 24/х)(х + 11 + 24/х) = 4. Заменой (х + 24/х) = t приходим к квадратному уравнению:

(t + 14)(t + 11) = 4;

t 2 + 25х + 150 = 0.

t = 10 или t = 15.

Произведя обратную замену х + 24/х = 10 или х + 24/х = 15, находим корни.

Ответ: (-15 ± √129)/2; -4; -6.

4. Решить уравнение (3х + 5) 4 + (х + 6) 3 = 4х 2 + 1.

Решение.

Данное уравнение сразу трудно классифицировать и выбрать метод решения. Поэтому сначала преобразуем, используя разность квадратов и разность кубов:

((3х + 5) 2 – 4х 2) + ((х + 6) 3 – 1) = 0. Затем, после вынесения общего множителя, придем к простому уравнению:

(х + 5)(х 2 + 18х + 48) = 0.

Ответ: -5; -9 ± √33.

Задача.

Составить многочлен третьей степени, у которого один корень, равный 4, имеет кратность 2 и корень, равный -2.

Решение.

f(x)/((х – 4) 2 (х + 2)) = q(x) или f(x) = (х – 4) 2 (х + 2)q(x).

Умножив первые две скобки, и приведя подобные слагаемые, получим: f(x) = (х 3 – 6x 2 + 32)q(х).

х 3 – 6x 2 + 32 – многочлен третьей степени, следовательно, q(x) – некоторое число из R (т. е. действительное). Пусть q(x) есть единица, тогда f(x) = х 3 – 6x 2 + 32.

Ответ: f(x) = х 3 – 6x 2 + 32.

Остались вопросы? Не знаете, как решать уравнения?
Чтобы получить помощь репетитора – .
Первый урок – бесплатно!

blog.сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Изучая дополнительную литературу по решению систем уравнений, я встретилась с новым видом систем – симметрические. И я поставила перед собой цель:

Обобщить научные сведения по теме «Системы уравнений».

Разобраться и научиться решать способом введения новых переменных;

3) Рассмотреть основные теории, связанные с симметрическими системами уравнений

4) Научиться решать симметрические системы уравнений.

История решения систем уравнений.

Издавна применялось исключение неизвестных из линейных уравнений. В 17-18 в. в. приемы исключения разрабатывали Ферма, Ньютон, Лейбниц, Эйлер, Безу, Лагранж.

В современной записи система двух линейных уравнений с двумя неизвестными имеет вид: а1х + b1у = с1, а2х + b2х = с2 х = с1b1 – с2b; у = а1с2 – а2с1 Решения этой системы выражаются формулами.

а1b2 – а2b1 а1b2 – а2b1

Благодаря методу координат, созданному в 17 в. Ферма и Декартом, стало возможным решать системы уравнений графически.

В древневавилонских текстах, написанных в 3-2 тысячелетиях до н. э. , содержится немало задач, решаемых с помощью составления систем уравнений, в которые вводят и уравнения второй степени.

Пример №1:

Площади двух своих квадратов я сложил: 25. сторона второго квадрата равна стороны первого и еще 5. Соответствующая система уравнений в соответственной записи имеет вид: х2 + у2 = 25 , у = х = 5

Диофант, который не имел обозначений для многих неизвестных, прилагал немало усилий для выбора неизвестного таким образом, чтобы свести решение системы к решению одного уравнения.

Пример №2:

«Найти два натуральных числа, зная, что их сумма равна 20, а сумма их квадратов 208».

Задачу так же решали составлением системы уравнений, х + у = 20, но решал х2 + у2 = 208

Диофант, выбирая в качестве неизвестного половину разности искомых чисел, т. е.

(х – у) = z, + (х + у) = 10

2z2 + 200 = 208 z = + 2z = -2- не удовлетворяет условию задачи, поэтому, если z = 2х = 12, а у = 8

Понятия системы алгебраических уравнений.

Во многих задачах бывает нужно найти несколько неизвестных величин, зная, что другие, образованные с их помощью величины (функции от неизвестных) равны друг другу или каким-то данным величинам. Рассмотрим простой пример.

Прямоугольный участок земли площадью 2400 м2 огорожен забором длиной 200м. найти длину и ширину участка. Фактически «алгебраической моделью» этой задачи является система из двух уравнений и одного неравенства.

Возможные ограничения-неравенства нужно иметь в виду всегда. Когда вы решаете задачи на составление систем уравнений. Но все же главное – решить сами уравнения. О методах, которые применяются, я и расскажу.

Начнем с определений.

Системой уравнений называется набор из нескольких (больше одного) уравнений, соединенных фигурной скобкой.

Фигурная скобка означает, что все уравнения системы должны выполняться одновременно, и показывает, что нужно найти такую пару чисел (х; у), которая обращает каждое уравнение в верное равенство.

Решением системы называют такую пару чисел х и у, которые при подстановке в эту систему обращают каждое ее уравнений в верное числовое равенство.

Решить систему уравнений – это значит, найти все ее решения или установить, что их нет.

Метод подстановки.

Способ подстановки заключается в том, что в одном из уравнений выражают одну переменную через другую. Полученное выражение подставляют в другое уравнение, которое после этого обращается в уравнение с одной переменной, а за тем решают его. Получившиеся значения этой переменной подставляют в любое уравнение исходной системы и находят вторую переменную.

Алгоритм.

1. Выразить у через х из одного уравнения системы.

2. Подставить полученное выражение вместо у в другое уравнение системы.

3. Решить полученное уравнение относительно х.

4. Подставить поочередно каждый из найденных на третьем шаге корней уравнения вместо х в выражение у через х, полученное на первом шаге.

5) Записать ответ в виде пар значений (х; у).

Пример №1 у = х – 1,

Подставим во второе уравнение у = х – 1, получим 5х + 2 (х – 1) = 16, откуда х = 2. подставим полученное выражение в первое уравнение: у = 2 – 1 = 1.

Ответ: (2; 1).

Пример №2:

8у – х = 4, 1) 2 (8у – 4) – 21у = 2

2х – 21у = 2 16у – 8 – 21у = 2

5у = 10 х = 8у – 4, у = -2

2х – 21у = 2

2) х = 8 * (-2) – 4 х = 8у – 4, х = -20

2 (8у – 4) – 21у = 2 х = 8у – 4, у = -2 х = -20, у = -2

Ответ: (-20; -2).

Пример №3: х2 + у +8 = ху, 1) х2 + 2х + 8 = х * 2х у – 2х = 0 х2 + 2х + 8 = 2х2

Х2 + 2х + 8 = 0 х2 + у + 8 = ху, х2 – 2х – 8 = 0 – квадратное уравнение у = 2х х1 = -2 х2 = 4 х2 + 2х + 8 = х * 2х 2) у1 = 2 * (-2) у = 2х у1 = -4 у2 = 2 * 4 х1= -2 у2 = 8 х2 = 4 у = 2х х1 = -2, х2 = 4 у1= -4, у2 = 8

Следовательно (-2; -4); (4; 8) – решения данной системы.

Способ сложения.

Метод сложения заключается в том, что если данная система состоит из уравнений, которые при полученном сложении образуют уравнение с одной переменной, то, решив это уравнение, мы получим значения одной из переменных. Значение второй переменной находят, как и в способе подстановки.

Алгоритм решения систем способом сложения.

1. Уравнять модули коэффициентов при одном из неизвестных.

2. Складывая или вычитая полученные уравнения, найти одно неизвестное.

3. Подставляя найденное значение в одно из уравнений исходной системы, найти второе неизвестное.

Пример №1. Решить систему уравнений способом сложения: х + у = 20, х – у = 10

Вычтем из первого уравнения второе, получим

Выразим из второго выражения х = 20 - у

Подставим у = 5 в данное выражение: х = 20 – 5 х = 15.

Ответ: (15; 5).

Пример №2:

Представим в виде разности уравнения предложенной системы, получим

7у = 21, откуда у = 3

Подставим это значение в выраженное из второго уравнения системы х = , получим х = 4.

Ответ: (4; 3).

Пример №3:

2х + 11у = 15,

10х – 11у = 9

Сложив данные уравнения, имеем:

2х + 10х = 15 + 9

12х = 24 х = 2, подставив это значение во второе уравнение, получим:

10 * 2 – 11у = 9, откуда у = 1.

Решением данной системы является пара: (2; 1).

Графический способ решения систем уравнения.

Алгоритм.

1. Построить графики каждого из уравнений системы.

2. Наитии координаты точки пересечения построенных прямых.

Случай взаимного расположения прямых на плоскости.

1. Если прямые пересекаются, т. е. имеют одну общую точку, тогда система уравнений имеет одно решение.

2. Если прямые параллельны, т. е. не имеют общих точек, то система уравнений не имеет решений.

3. Если прямые совпадают, т. е. имеют множество точек, тогда система уравнений имеет бесконечное множество решений.

Пример №1:

Решить графически систему уравнений х – у = -1,

Выразим из первого и второго уравнения у: у = 1 + х, у = 4 – 2х х

Построим графики каждого из уравнения системы:

1) у = 1 + х – графиком функции является прямая х 0 1 (1; 2) у 1 2

2) у = 4 – 2х – графиком функции является прямая х 0 1 у 4 2

Ответ: (1; 2).

Пример № 2: у х + 2у = 6,

4у = 8 – 2х х у = , у = у = - графиком функции является прямая х 0 2 у 3 2 у = - графиком функции является прямая х 0 2 у 2 1

Ответ: решений нет.

Пример № 3: у х – 2у = 2,

3х – 6у = 6 х – 2у = 2, х – 2у = 2 х у = - графиком функции является прямая х 0 2 у -1 0

Ответ: система имеет бесконечное множество решений.

Метод введения новых переменных.

Метод введения новых переменных заключается в том, что вводится новая переменная только в одно уравнение или две новых переменных сразу для обоих уравнений, далее уравнение или уравнения решаются относительно новых переменных, после этого остается уже решить более простую систему уравнений, из которой находим искомое решение.

Пример №1:

Х + у = 5

Обозначим = z, тогда =.

Первое уравнение примет вид z + = , оно равносильно 6z – 13 + 6 = 0. Решив получившееся уравнение, имеем z = ; z =. Тогда = либо = , другими словами первое уравнение распалось на два уравнения, следовательно, имеем две системы:

Х + у = 5 х + у = 5

Решения этих систем являются решениями данной системы.

Решением первой системы является пара: (2; 3), а второй- пара (3; 2).

Следовательно, решениями системы + = , х + у = 5

Являются пары (2; 3); (3; 2)

Пример № 2:

Пусть = Х, а = У.

Х = , 5 * - 2У = 1

5Х – 2У = 1 2,5 (8 – 3У) – 2У = 1

20 – 7,5У – 2У = 1

Х = , -9,5У = -19

5 * - 2У = 1 У = 2

Произведем обратную замену.

2 х = 1, у = 0,5

Ответ: (1; 0,5).

Симметрические системы уравнений.

Система с n неизвестными называется симметрической, если она не меняется при перестановки неизвестных.

Симметрическая система двух уравнений с двумя неизвестными х и у решается подстановкой u = х + у, v = ху. Заметим, что встречающиеся выражения в симметрических системах выражаются через u и v. Приведем несколько таких примеров, представляющих несомненный интерес для решения многих симметрических систем: х2 + у2 = (х + у)2 - 2ху = u2 - 2v, х3 + у3 = (х + у)(х2 -ху + у2) = u (u2 - 2v – v) = u3 - 3uv, х4 + у4 = (х2 + у2)2 - 2х2у2 = (u2 - 2v)2 - 2v2 = u4 - 4u2v + 2v2, х2 + ху + у2 = u2 - 2v + v = u2 - v и т. д.

Симметрическая система трех уравнений относительно неизвестных х у, z решаются подстановкой х + у + z = u, ху + уz + хz = w. Если найдены u, v, w, то составляется кубическое уравнение t2 – ut2 + vt – w = 0, корни которого t1, t2, t3 в различных перестановках являются решениями исходной системы. Наиболее часто встречающиеся выражения в таких системах выражаются через u, v, w следующим образом: х2 + у2 + z2 = u2 - 2v х3 + у3 + z3 = u3 - 3uv + 3w

Пример № 1: х2 + ху + у2 =13, х + у = 4

Пусть х + у = u, ху = v.

u2 – v = 13, u = 4

16 – v = 13, u = 4 v = 3, u = 4

Произведем обратную замену.

Ответ: (1; 3); (3; 1).

Пример № 2: х3 + у3 = 28, х + у = 4

Пусть х + у = u, ху = v.

u3 – 3uv = 28, u = 4

64 – 12 v = 28, u = 4

12v = -36 u = 4 v = 3, u = 4

Произведем обратную замену.

х + у = 4, ху = 3 х = 4 – у ху = 3 х = 4 – у,

(4 – у) у = 3 х = 4 – у, у1 = 3; у2 = 1 х1 = 1, х2 = 3, у1 = 3, у2 = 1

Ответ: (1; 3); (3; 1).

Пример № 3: х + у + ху = 7, х2 + у2 + ху = 13

Пусть х =у = u, ху =v.

u + v = 7, u2 – v = 13 u2 – v = 13 u2 – 7 + u =13 u2 + u = 20 v = 7 – u, u (u + 1) =20 u2 – v =13 u = 4 v = 7 – u, u = 4 v = 3, u = 4

Произведем обратную замену.

х + у = 4, ху = 3 х = 4 – у ху = 3 х = 4 – у,

(4 – у) у = 3 х = 4 – у, у1 = 3; у2 = 1 х1 = 1, х2 = 3, у1 = 3, у2 = 1

Ответ: (1; 3); (3; 1).

Пример № 4: х + у = 5, х3 + у3 = 65

Пусть х + у = u, ху = v.

u = 5, u3 – 3uv = 65 u3 – 3uv = 65 125 – 15v = 65

15v = -60 u = 5, v = 4 v = 4

Произведем обратную замену.

х + у = 5, ху = 4 х = 5 – у, ху = 4 х = 5 – у, у (5 – у) = 4 х = 5 – у у1 = 1 , у2 = 4 х1 = 4, х2 = 1, у1 = 1, у2 = 4

Ответ: (4; 1); (1; 4).

Пример №5: х2 + ху + у2 = 49, х + у + ху = 23

Сделаем замену неизвестных, система примет вид u2 + v = 49, u + v = 23

Сложив эти уравнения, получим u2 + u – 72 = 0 с корнями u1 = 8, u2 = -9. Соответственно v1 = 15, v2 = 32. Остается решить совокупность систем х + у = 8, х + у = -9, ху = 15 ху = 32

Система х + у = 8, имеет решения х1 = 3, у1 = 5; х2=5, у2 =3.

Система х + у = -9, действительных решений не имеет.

Ответ: (3; 5), (5; 3).

Пример №6. Решить систему уравнений.

2х2 – 3ху + 2у2 = 16, х + ху + у + 3 = 0

Используя основные симметрические многочлены u = y + x и v = ху, получим следующую систему уравнений

2u2 – 7v = 16, u + v = -3

Подставляя из второго уравнения системы выражение v = -3 – u в первое уравнение, получим следующее уравнение 2u2 + 7u + 5 = 0, корнями которого являются u1 = -1 и u2 = -2,5; а соответственно им значения v1 = -2 и v2 = -0,5 получается из v = -3 – u.

Теперь осталось решить следующую совокупность систем х + у = -1, и х + у = -2,5 , ху = -2 ху = -0,5

Решениями этой совокупности систем, а значит исходной системы (в силу их эквивалентности), таковы: (1; -2), (-2; 1), (;).

Пример № 7:

3х2у – 2ху + 3ху2 = 78,

2х – 3ху + 2у + 8 = 0

С помощью основных симметрических многочленов система может записана в следующем виде

3uv – 2v = 78,

Выражая из второго уравнения u = и подставляя его в первое уравнение, получим 9v2 – 28v – 156 = 0. Корни этого уравнения v1 = 6 и v2 = - позволяют найти соответствующие им значения u1 = 5, u2 = - из выражения u =.

Решим теперь следующую совокупность систем х + у = 5, и х + у = - , ху = 6 ху = -.

х = 5 – у, и у = -х - , ху = 6 ху = -.

х = 5 – у, и у = -х - , у (5 – у) = 6 х (-х -) = -.

х = 5 – у, и у = -х - , у1= 3, у2 =2 х1 = , х2 = - х1 = 2, х2 = 3, и х1 = , х2 = - у1= 3, у2 =2 у1 = -, у2 =

Ответ: (2; 3), (3; 2), (; -), (-;).

Заключение.

В процессе написания статьи я познакомилась с разными видами систем алгебраических уравнений. Обобщила научные сведения по теме «Системы уравнений».

Разобралась и научилась решать способом введения новых переменных;

Рассмотрела основные теории, связанные с симметрическими системами уравнений

Научилась решать симметрические системы уравнений.

Главная > Решение

Рациональные уравнения и неравенства

I. Рациональные уравнения.

Линейные уравнения.

Системы линейных уравнений.

Возвратные уравнения.

Формула Виета для многочленов высших степеней.

Системы уравнений второй степени.

Метод введения новых неизвестных при решении уравнений и систем уравнений.

Однородные уравнения.

Решение симметрических систем уравнений.

Уравнения и системы уравнений с параметрами.

Графический метод решения систем нелинейных уравнений.

Уравнения, содержащие знак модуля.

Основные методы решения рациональных уравнений

II. Рациональные неравенства.

Свойства равносильных неравенств.

Алгебраические неравенства.

Метод интервалов.

Дробно-рациональные неравенства.

Неравенства, содержащие неизвестное под знаком абсолютной величины.

Неравенства с параметрами.

Системы рациональных неравенств.

Графическое решение неравенств.

III. Проверочный тест.

Рациональные уравнения

Функция вида

P(x) = a 0 x n + a 1 x n – 1 + a 2 x n – 2 + … + a n – 1 x + a n ,

где n - натуральное, a 0 , a 1 ,…, a n - некоторые действительные числа, называется целой рациональной функцией.

Уравнение вида P(x) = 0, где P(x) - целая рациональная функция, называется целым рациональным уравнением.

Уравнение вида

P 1 (x) / Q 1 (x) + P 2 (x) / Q 2 (x) + … + P m (x) / Q m (x) = 0,

где P 1 (x), P 2 (x), … ,P m (x), Q 1 (x), Q 2 (x), …, Q m (x) - целые рациональные функции, называется рациональным уравнением.

Решение рационального уравнения P (x) / Q (x) = 0, где P (x) и Q (x) - многочлены (Q (x)  0), сводится к решению уравнения P (x) = 0 и проверке того, что корни удовлетворяют условию Q (x)  0.

Линейные уравнения.

Уравнения вида ax+b=0, где a и b - некоторые постоянные, называется линейным уравнением.

Если a0, то линейное уравнение имеет единственный корень: x = -b /a.

Если a=0; b0, то линейное уравнение решений не имеет.

Если a=0; b=0, то, переписав исходное уравнение в виде ax = -b, легко видеть, что любое x является решением линейного уравнения.

Уравнение прямой имеет вид: y = ax + b.

Если прямая проходит через точку с координатами X 0 и Y 0 , то эти координаты удовлетворяют уравнению прямой, т. е. Y 0 = aX 0 + b.

Пример 1.1 . Решить уравнение

2x – 3 + 4(x – 1) = 5.

Решение. Последовательно раскроем скобки, приведём подобные члены и найдём x: 2x – 3 + 4x – 4 = 5, 2x + 4x = 5 + 4 + 3,

Пример 1.2. Решить уравнение

2x – 3 + 2(x – 1) = 4(x – 1) – 7.

Решение. 2x + 2x – 4x = 3 +2 – 4 – 7, 0x = – 6.

Ответ: .

Пример 1.3 . Решить уравнение.

2x + 3 – 6(x – 1) = 4(x – 1) + 5.

Решение. 2x – 6x + 3 + 6 = 4 – 4x + 5,

– 4x + 9 = 9 – 4x,

4x + 4x = 9 – 9,

Ответ: Любое число.

Системы линейных уравнений.

Уравнение вида

a 1 x 1 + a 2 x 2 + … + a n x n = b,

где a 1 , b 1 , … ,a n , b -некоторые постоянные, называется линейным уравнением с n неизвестными x 1 , x 2 , …, x n .

Система уравнений называется линейной, если все уравнения, входящие в систему, являются линейными. Если система из n неизвестных, то возможны следующие три случая:

система не имеет решений;

система имеет ровно одно решение;

система имеет бесконечно много решений.

Пример 2.4. решить систему уравнений

Решение. Решить систему линейных уравнений можно способом подстановки, который состоит в том, что какого-либо уравнения системы выражают одно неизвестное через другие неизвестные, а затем подставляют значение этого неизвестного в остальные уравнения.

Из первого уравнения выражаем: x= (8 – 3y) / 2. Подставляем это выражение во второе уравнение и получаем систему уравнений

X = (8 – 3y) / 2, 3(8 – 3y) / 2 + 2y = 7.Из второго уравнения получаем y = 2. С учётом этого из первого уравнения x = 1.Ответ: (1; 2).Пример 2.5. Решить систему уравнений

Решение. Система не имеет решений, так как два уравнения системы не могут удовлетворяться одновременно (из первого уравнения x + y = 3, а из второго x + y = 3,5).

Ответ: Решений нет.

Пример 2.6. решить систему уравнений

Решение. Система имеет бесконечно много решений, так как второе уравнение получается из первого путём умножения на 2 (т.е. фактически есть всего одно уравнение с двумя неизвестными).

Ответ: Бесконечно много решений.

Пример 2.7. решить систему уравнений

x + y – z = 2,

2x – y + 4z = 1,

Решение. При решении систем линейных уравнений удобно пользоваться методом Гаусса, который состоит в преобразовании системы к треугольному виду.

Умножаем первое уравнение системы на – 2 и, складывая полученный результат со вторым уравнением, получаем – 3y + 6z = – 3. Это уравнение можно переписать в виде y – 2z = 1. Складывая первое уравнение с третьим, получаем 7y = 7, или y = 1.

Таким образом, система приобрела треугольный вид

x + y – z = 2,

Подставляя y = 1 во второе уравнение, находим z = 0. Подставляя y =1 и z = 0 в первое уравнение, находим x = 1.Ответ: (1; 1; 0).Пример 2.8. при каких значениях параметра a система уравнений

2x + ay = a + 2,

(a + 1)x + 2ay = 2a + 4

имеет бесконечно много решений? Решение. Из первого уравнения выражаем x:

x = – (a / 2)y + a / 2 +1.

Подставляя это выражение во второе уравнение, получаем

(a + 1)(– (a / 2)y + a / 2 +1) + 2ay = 2a + 4.

(a + 1)(a + 2 – ay) + 4ay = 4a + 8,

4ay – a(a + 1)y = 4(a + 2) – (a + 1)(a + 2),

ya(4 – a – 1) = (a + 2)(4 – a – 1),

ya(3 – a) = (a + 2)(3 – a).

Анализируя последнее уравнение, отметим, что при a = 3 оно имеет вид 0y = 0, т.е. оно удовлетворяется при любых значениях y. Ответ: 3.

Квадратные уравнения и уравнения, сводящиеся к ним.

Уравнение вида ax 2 + bx + c = 0, где a, b и c - некоторые числа (a0);

x - переменная, называется квадратным уравнением.

Формула решения квадратного уравнения.

Сначала разделим обе части уравнения ax 2 + bx + c = 0 на a - от этого его корни не изменятся. Для решения получившегося уравнения

x 2 + (b / a)x + (c / a) = 0

выделим в левой части полный квадрат

x 2 + (b / a) + (c / a) = (x 2 + 2(b / 2a)x + (b / 2a) 2) – (b / 2a) 2 + (c / a) =

= (x + (b / 2a)) 2 – (b 2) / (4a 2) + (c / a) = (x + (b / 2a)) 2 – ((b 2 – 4ac) / (4a 2)).

Для краткости обозначим выражение (b 2 – 4ac) через D. Тогда полученное тождество примет вид

Возможны три случая:

если число D положительно (D > 0), то в этом случае можно извлечь из D квадратный корень и записать D в виде D = (D) 2 . Тогда

D / (4a 2) = (D) 2 / (2a) 2 = (D / 2a) 2 , потому тождество принимает вид

x 2 + (b / a)x + (c / a) = (x + (b / 2a)) 2 – (D / 2a) 2 .

По формуле разности квадратов выводим отсюда:

x 2 + (b / a)x + (c / a) = (x + (b / 2a) – (D / 2a))(x + (b / 2a) + (D / 2a)) =

= (x – ((-b + D) / 2a)) (x – ((– b – D) / 2a)).

Теорема: Если выполняется тождество

ax 2 + bx + c = a(x – x 1)(x – x 2),

то квадратное уравнение ax 2 + bx + c = 0 при X 1  X 2 имеет два корня X 1 и X 2 , а при X 1 = X 2 - лишь один корень X 1 .

В силу этой теоремы из, выведенного выше, тождества следует, что уравнение

x 2 + (b / a)x + (c / a) = 0,

а тем самым и уравнение ax 2 + bx + c = 0, имеет два корня:

X 1 =(-b +  D) / 2a; X 2 = (-b -  D) / 2a.

Таким образом x 2 + (b / a)x + (c / a) = (x – x1)(x – x2).

Обычно эти корни записывают одной формулой:

где b 2 – 4ac = D.

если число D равно нулю (D = 0), то тождество

x 2 + (b / a)x + (c / a) = (x + (b / 2a)) 2 – (D / (4a 2))

принимает вид x 2 + (b / a)x + (c / a) = (x + (b / 2a)) 2 .

Отсюда следует, что при D = 0 уравнение ax 2 + bx + c = 0 имеет один корень кратности 2: X 1 = – b / 2a

3) Если число D отрицательно (D < 0), то – D > 0, и потому выражение

x 2 + (b / a)x + (c / a) = (x + (b / 2a)) 2 – (D / (4a 2))

является суммой двух слагаемых, одно из которых неотрицательно, а другое положительно. Такая сумма не может равняться нулю, поэтому уравнение

x 2 + (b / a)x + (c / a) = 0

не имеет действительных корней. Не имеет их и уравнение ax 2 + bx + c = 0.

Таким образом, для решения квадратного уравнения следует вычислить дискриминант

D = b 2 – 4ac.

Если D = 0, то квадратное уравнение имеет единственное решение:

Если D > 0, то квадратное уравнение имеет два корня:

X 1 =(-b + D) / (2a); X 2 = (-b - D) / (2a).

Если D < 0, то квадратное уравнение не имеет корней.

Если один из коэффициентов b или c равен нулю, то квадратное уравнение можно решать, не вычисляя дискриминанта:

b = 0; c  0; c / a <0; X1,2 = (-c / a)

b  0; c = 0; X1 = 0, X2= -b / a.

Корни квадратного уравнения общего вида ax 2 + bx + c = 0 находятся по формуле

Квадратное уравнение, в котором коэффициент при x 2 равен 1, называется приведённым. Обычно приведённое квадратное уравнение обозначают так:

x 2 + px + q = 0.

Теорема Виета.

Мы вывели тождество

x 2 + (b / a)x + (c / a) = (x – x1)(x – x2),

где X 1 и X 2 - корни квадратного уравнения ax 2 + bx + c =0. Раскроем скобки в правой части этого тождества.

x 2 + (b / a)x + (c / a) = x 2 – x 1 x – x 2 x + x 1 x 2 = x 2 – (x 1 + x 2)x +x 1 x 2 .

Отсюда следует, что X 1 + X 2 = – b / a и X 1 X 2 = c / a. Мы доказали следующую теорему, впервые установленную французским математиком Ф. Виетом (1540 – 1603):

Теорема 1 (Виета). Сумма корней квадратного уравнения равна коэффициенту при X, взятому c противоположным знаком и делённому на коэффициент при X 2 ; произведение корней этого уравнения равно свободному члену, делённому на коэффициент при X 2 .

Теорема 2 (обратная). Если выполняются равенства

X 1 + X 2 = – b / a и X 1 X 2 = c / a,

то числа X 1 и X 2 являются корнями квадратного уравнения ax 2 + bx + c = 0.

Замечание. Формулы X 1 + X 2 = – b / a и X 1 X 2 = c / a остаются верными и в случае, когда уравнение ax 2 + bx + c = 0 имеет один корень X 1 кратности 2, если положить в указанных формулах X 2 = X 1 . Поэтому принято считать, что при D = 0 уравнение ax 2 + bx +c = 0 имеет два совпадающих друг с другом корня.

При решении задач, связанных с теоремой Виета, полезно использовать соотношения

(1 / X 1) + (1/ X 2)= (X 1 + X 2)/ X 1 X 2 ;

X 1 2 + X 2 2 = (X 1 + X 2) 2 – 2 X 1 X 2 ;

X 1 / X 2 + X 2 / X 1 = (X 1 2 + X 2 2) / X 1 X 2 = ((X 1 + X 2) 2 – 2X 1 X 2) / X 1 X 2 ;

X 1 3 + X 2 3 = (X 1 + X 2)(X 1 2 – X 1 X 2 + X 2 2) =

= (X 1 + X 2)((X 1 + X 2) 2 – 3X 1 X 2).

Пример 3.9. Решить уравнение 2x 2 + 5x – 1 = 0.

Решение. D = 25 – 42(– 1) = 33 >0;

X 1 = (- 5 + 33) / 4; X 2 = (- 5 -33) / 4.

Ответ: X 1 = (- 5 + 33) / 4; X 2 = (- 5 -33) / 4.

Пример 3.10. Решить уравнение x 3 – 5x 2 + 6x = 0

Решение. Разложим левую часть уравнения на множители x(x 2 – 5x + 6) = 0,

отсюда x = 0 или x 2 – 5x + 6 = 0.

Решая квадратное уравнение, получаем X 1 = 2 , X 2 = 3.

Ответ: 0; 2; 3.

Пример 3.11.

x 3 – 3x + 2 = 0. Решение. Перепишем уравнение, записав –3x = – x – 2x, x 3 – x – 2x + 2 = 0, а теперь группируемx(x 2 – 1) – 2(x – 1) = 0,(x – 1)(x(x + 1) – 2) = 0,x – 1 = 0, x 1 = 1,x 2 + x – 2 = 0, x 2 = – 2, x 3 = 1.Ответ: x 1 = x 3 = 1, x 2 = – 2.Пример 3.12. Решить уравнение7

(x – 1)(x – 3)(x – 4)

(2x – 7)(x + 2)(x – 6)Решение. Найдём область допустимых значений x:X + 2  0; x – 6  0; 2x – 7  0 или x  – 2; x  6; x  3,5.Приводим уравнение к виду (7x – 14)(x 2 – 7x + 12) = (14 – 4x)(x 2 – 4x – 12), раскрываем скобки.7x 3 – 49x 2 + 84x – 14x 2 + 98x – 168 + 4x 3 – 16x 2 – 48x – 14x 2 + 56x + 168 = 0,11x 3 – 93x 2 + 190x = 0,x(11x 2 – 93x + 190) = 0,x 1 = 011x2 – 93x + 190 = 0, 93(8649 – 8360) 93  17 x 2,3 = = ,

Т.е. x 1 = 5; x 2 = 38 / 11.

Найденные значения удовлетворяют ОДЗ.

Ответ: x 1 = 0; x 2 = 5; x 3 = 38 / 11.

Пример 3.13. Решить уравнение x 6 – 5x 3 + 4 = 0

Решение. Обозначим y = x 3 , тогда исходное уравнение принимает вид

y 2 – 5y + 4 = 0, решив которое получаем Y 1 = 1; Y 2 = 4.

Таким образом, исходное уравнение эквивалентно совокупности

уравнений: x 3 = 1 или x 3 = 4, т. е. X 1 = 1 или X 2 = 3 4

Ответ: 1; 3 4.

Пример 3.14. Решить уравнение (x 3 – 27) / (x – 3) = 27

Решение. Разложим числитель на множители (по формуле разности кубов):

Доклад

Научный руководитель: Кулабухов Сергей Юрьевич, кандидат физико-математических наук, педагог дополнительного образования МОУ ДОД ДТДиМ, г. Ростов-на-Дону.