Методы решения рациональных уравнений егэ

Целые рациональные уравнения

Важно знать, что рациональные уравнения в свою очередь тоже разные бывают.

Если в дроби нет деления на переменную (то есть на ( displaystyle x), ( displaystyle y) и т.д.), тогда рациональное уравнение будет называться целым (или линейным) уравнением, вот примеры:

Ну, рассмотрим первый из примеров на всякий случай и по порядочку. Все неизвестные переносим влево, все известные вправо:

( displaystyle frac{2x}{3}+frac{3x}{2}=13);

Какой наименьший общий знаменатель будет?

Правильно ( displaystyle 6)!

Чтоб к нему привести домножаем и числитель и знаменатель первого слагаемое на ( displaystyle 2), а второго на ( displaystyle 3), этого делать не запрещено, если и числитель и знаменатель дроби умножить на одно и то же значение, то дробь от этого не изменится, т.к. ее можно будет сократить на то же число.

А ( displaystyle 13) не трогаем, оно нам не мешает, имеем:

А теперь делим обе части на ( displaystyle 13):

Поскольку уравнение целое, что мы уже определили, то и ограничений никаких нет, ( displaystyle 6), так ( displaystyle 6), ну можно для верности подставить этот ответ в исходное уравнение, получим ( displaystyle 0=0), значит все верно и ответ подходит (ты можешь пересчитать, а вообще должно сойтись).

Дробно-рациональные уравнения

А вот еще одно уравнение ( displaystyle frac{5}{x+1}+frac{4{x}-6}{(x+1)cdot (x+3)}=3).

Это уравнение целое? НЕТ!!! Тут есть деление на переменную ( displaystyle x), а это говорит о том, что уравнение не целое. Тогда какое же оно? Это дробно рациональное уравнение.

Дробно-рациональное уравнение – рациональное (без знака корня) уравнение, в котором левая или правая части являются дробными выражениями.

На первый взгляд особой разницы не видно, ну давай попробуем решать его как мы решали целое (линейное) уравнение.

Для начала найдем наименьший общий знаменатель, это будет ( displaystyle (x+1)cdot (x+3)).

Важный момент!

В предыдущем примере, где было целое уравнение мы не стали свободный член ( displaystyle 13) приводить к знаменателю, т.к. умножали все на числа без переменных, но тут-то наименьший общий знаменатель ( displaystyle (x+1)cdot (x+3)).

А это тебе не шутки, переменная в знаменателе!

Решая дробно-рациональное уравнение, обе его части умножаем на наименьший общий знаменатель!

Это надеюсь, ты запомнишь, но давай посмотрим что вышло:

( displaystyle frac{5(x+1)cdot (x+3)}{x+1}+frac{(4{x}-6)cdot (x+1)cdot (x+3)}{(x+1)cdot (x+3)}=3cdot (x+1)cdot (x+3)).

Что-то оно огромное получилось, надо все посокращать:

( displaystyle 5(x+3)+(4{x}-6)=3cdot (x+1)cdot (x+3)).

Раскроем скобки и приведем подобные члены:

Выносим за скобку общий множитель: ( displaystyle 3xcdot (x+1)=0)

У этого уравнения два решения, его левая сторона принимает нулевое значение при ( displaystyle x=0) и ( displaystyle x=-1). 

Вроде бы все, ну ладно давайте напоследок подставим корни ( displaystyle x=0) и ( displaystyle x=-1) в исходное уравнение, чтобы проверить, нет ли ошибок. Сначала подставим ( displaystyle 0), получается ( displaystyle 3=3) –нет претензий?

С ним все нормально. А теперь ( displaystyle -1), и тут же видим в знаменателе первого члена ( displaystyle -1+1)!

Но ведь это же будет ноль!

На ноль делить нельзя, это все знают, в чем же дело???

Дело в ОДЗ – Области Допустимых Значений!

(если забыл что это, повтори тему «ОДЗ – область допустимых значений»!)

Всякий раз когда ты видишь уравнение, где есть переменные (( displaystyle x,y) и т.д.) в знаменателе, прежде всего, нужно найти ОДЗ, найти какие значения может принимать икс.

Хотя удобнее в ОДЗ написать, чему икс НЕ может быть равен, ведь таких значений не так много, как правило.

Просто запомни, что на ноль делить нельзя! И перед тем как решать наше уравнение нам следовало сделать так:

ОДЗ: ( displaystyle x+1ne 0) и ( displaystyle x+3ne 0) ( displaystyle Rightarrow xne -1) и ( displaystyle xne -3).

Если бы мы сразу так написали, то заранее бы знали, что эти ответы стоит исключить и так, из полученных нами ( displaystyle x=0) и ( displaystyle x=-1) мы смело исключаем ( displaystyle x=-1), т.к. он противоречит ОДЗ.

Значит, какой ответ будет у решенного уравнения?

В ответ стоит написать только один корень, ( displaystyle x=0).

Стоит заметить, что ОДЗ не всегда сказывается на ответе, возможны случаи, когда корни, которые мы получили, не попадают под ограничения ОДЗ.

Но писать ОДЗ в дробно рациональных уравнениях стоит всегда – так просто спокойнее, что ты ничего не упустил и да,

ВСЕГДА по окончании решения сверяй свои корни и область допустимых значений!

Рациональные выражения, уравнения и дробно-рациональные уравнения

Повторим еще раз то, что прошил в предыдущих разделах, больше используя язык математики.

Рациональное выражение – это алгебраическое выражение, составленное из чисел и переменной ( displaystyle x) с помощью операций сложения, вычитания, умножения, деления и возведения в степень с натуральным показателем.

Ну а рациональное уравнение – это равенство двух рациональных выражений.

Дробно-рациональные уравнения – рациональные (без знака корня) уравнения, в которых левая или правая части являются дробными выражениями.

Например:

( displaystyle frac{{{x}^{2}}-2{x}-3}{{x}-1}-frac{x+1}{{x}-3}={{x}^{2}}-1) (чаще всего мы встречаем именно дробно рациональные уравнения).

В общем случае при решении рациональных уравнений мы стремимся преобразовать его к виду: Произведение = “( displaystyle 0)” или Дробь = “( displaystyle 0)“, например:

( displaystyle frac{left( {x}-2 right)left( x+3 right)left( {{x}^{2}}+1 right)}{xcdot left( {x}-3 right)}=0).

Тогда мы сможем сказать, что любой из множителей числителя может быть равен нулю, но знаменатель при этом нулю не равен.

Для этого нам нужно сначала всё перенести в левую часть уравнения (не забываем при этом поменять знаки между слагаемыми: “( displaystyle +)” на “( displaystyle –)” и наоборот).

Затем мы обычно приводим все к общему знаменателю, и пишем систему:

( displaystyle left{ begin{array}{l}Числитель=0,\Знаменательne 0.end{array} right.)

Например:

( displaystyle begin{array}{l}frac{{x}-2}{{{x}^{2}}+2{x}-3}-frac{x+1}{{{x}^{2}}+5x+6}=frac{3}{x+3}Leftrightarrow \Leftrightarrow frac{{x}-2}{left( {x}-1 right)left( x+3 right)}-frac{x+1}{left( x+2 right)left( x+3 right)}-frac{3}{x+3}=0Leftrightarrow end{array})

( displaystyle Leftrightarrow frac{{{x}^{2}}-4-left( {{x}^{2}}-1 right)-3left( {{x}^{2}}+{x}-2 right)}{left( {x}-1 right)left( x+2 right)left( x+3 right)}=0Leftrightarrow frac{-3{{x}^{2}}-3x+3}{left( {x}-1 right)left( x+2 right)left( x+3 right)}=0Leftrightarrow )

( displaystyle Leftrightarrow left{ begin{array}{l}{{x}^{2}}+{x}-1=0\left( {x}-1 right)left( x+2 right)left( x+3 right)ne 0end{array} right.Leftrightarrow left{ begin{array}{l}left[ begin{array}{l}x=frac{-1+sqrt{5}}{2}\x=frac{-1-sqrt{5}}{2}end{array} right.\xne 1\xne -2\xne -3end{array} right.Leftrightarrow left[ begin{array}{l}x=frac{-1+sqrt{5}}{2}\x=frac{-1-sqrt{5}}{2}.end{array} right.)

Если знаменателя нет, или он является числом, – тем лучше, не придется решать неравенство.

Как бы то ни было, в ЕГЭ все рациональные выражения степени больше ( displaystyle 2) легко преобразуются в произведение более простых выражений при помощи либо перегруппировки, либо замены переменных (см. раздел «Разложение многочлена на множители»).

«Рациональные уравнения с многочленами» — одна из самых часто встречающихся тем в тестовых заданиях ЕГЭ по математике. По этой причине их повторению стоит уделить особое внимание. Многие ученики сталкиваются с проблемой нахождения дискриминанта, перенесения показателей из правой части в левую и приведения уравнения к общему знаменателю, из-за чего выполнение подобных заданий вызывает трудности. Решение рациональных уравнений при подготовке к ЕГЭ на нашем сайте поможет вам быстро справляться с задачами любой сложности и сдать тестирование на отлично.

Выбирайте образовательный портал «Школково» для успешной подготовки к единому экзамену по математике!

Чтобы знать правила вычисления неизвестных и легко получать правильные результаты, воспользуйтесь нашим онлайн-сервисом. Портал «Школково» — это единственная в своем роде площадка, где собраны необходимые для подготовки к ЕГЭ материалы. Наши преподаватели систематизировали и изложили в понятной форме все математические правила. Кроме того, мы предлагаем школьникам попробовать силы в решении типовых рациональных уравнений, база которых постоянно обновляется и дополняется.

Для более результативной подготовки к тестированию рекомендуем следовать нашему особому методу и начать с повторения правил и решения простых задач, постепенно переходя к более сложным. Таким образом, выпускник сможет выделить для себя самые трудные темы и сделать акцент на их изучении.

Начните подготовку к итоговому тестированию со «Школково» уже сегодня, и результат не заставит себя ждать! Выберите самый легкий пример из предложенных. Если вы быстро справились с выражением, переходите к более сложной задаче. Так вы сможете подтянуть свои знания вплоть до решения заданий ЕГЭ по математике профильного уровня.

Обучение доступно не только выпускникам из Москвы, но и школьникам из других городов. Уделяйте пару часов в день занятиям на нашем портале, например, решению кубических уравнений и совсем скоро вы сможете справиться с уравнениями любой сложности!

На верфи инженеры проектируют новый аппарат для погружения на небольшие глубины. Конструкция имеет кубическую форму, а значит, действующая на аппарат выталкивающая (архимедова) сила, выражаемая в ньютонах, будет определяться по формуле: где l − длина ребра куба в метрах, кг/м³ − плотность воды, а g − ускорение свободного падения (считайте Н/кг). Какой может быть максимальная длина ребра куба, чтобы обеспечить его эксплуатацию в условиях, когда выталкивающая сила при погружении будет не больше, чем 78400 Н? Ответ выразите в метрах.

Правила преобразования уравнений

Первым этапом решения уравнения является приведение его к нужному виду с помощью разрешенных преобразований.

1. Любое слагаемое в уравнении можно перенести из одной части уравнения в другую, изменив его знак на противоположный. Это относится как к числам:

$ 2x+1=2 \ 2x=2-1 \ 2x=1 $

Так и к выражениям, содержащим переменные:

$ 1-x=0 \ 1=x $

2. Можно умножать и делить левую и правую части уравнения на одно и то же ненулевое число или выражение (при умножении на ноль уравнение теряет смысл; а делить на ноль нельзя). Умножение помогает избавиться от знаменателей:

$ frac{x}{5}+2=frac{2}{3} big| cdot 15 \ 3x+30=10 $

А деление – уменьшить коэффициент в уравнении:

$ 2t+4=8|:2 \ t+2=4 $

3. Можно раскрывать скобки и упрощать выражения в обеих частях:

$ 2(m+4)=(m+1)(m+2) \ 2m+8=m^{2}+2m+m+2 \ 2m+8=m^{2}+3m+2 $

Рациональные уравнения

Уравнение называется рациональным, если содержит переменную в целой степени, например, 1, 2, -5. Чаще всего встречаются следующие типы рациональных уравнений:

1. Линейные

2. Квадратные

3. Кубические

4. Уравнения высших степеней

5. Дробно-рациональные

Линейные уравнения

Линейным называется уравнение, содержащее переменную в первой степени. С помощью преобразований его можно привести к виду

$ ax=b, $ где $ a neq 0, b $ ‒ некоторые числа.

Для решения достаточно поделить обе части равенства на $ a $:

$ x= frac{b}{a} $

Рассмотрим пример:

$ 3(x-5)-5=-x $

1. Приведем выражение к виду $ ax=b $. Для этого раскроем скобки и соберем слагаемые, содержащие переменные, с одной стороны равенства, а не содержащие – с другой.

$ 3x-15-5=-x rightarrow 3x-20=-x rightarrow 3x-20+x=0 rightarrow 4x-20=0 rightarrow 4x=20 $

2. Разделим обе части равенства на коэффициент при x.

$ 4x=20 rightarrow x=5 $

Ответ: 5

Уравнение будет линейным, даже если в нем присутствуют дроби. Главное, чтобы переменной не было в знаменателе. Рассмотрим еще один пример:

$ frac {x}{3}-1= frac{5}{2} $

1. Умножим обе части равенства на общий знаменатель дробей, входящих в уравнение, чтобы избавиться от дробей.

$ frac {x}{3}-1= frac{5}{2} big| cdot 6 rightarrow 2x-6=15 $

2. Приведем выражение к виду $ ax=b $.

$ 2x=21 $

3. Разделим обе части равенства на коэффициент при x.

$ x=10,5 $

Ответ:10,5

Квадратные уравнения

Квадратным называется уравнение, содержащее переменную во второй степени. В общем виде оно выглядит следующим образом:

$ ax^{2} + bx+с=0, $ где $ a neq 0, b, c $ – некоторые числа.

Корни уравнения можно определить с помощью дискриминанта $ D=b^{2}-4ac $ по

$ left [ begin{array}{c}x_{1}=frac {-b+sqrt{D}}{2a} \ x_{2}=frac {-b-sqrt{D}}{2a} end{array} right. $

Если дискриминант равен нулю, то уравнение имеет один корень. Если же дискриминант меньше нуля, то корней нет.

Рассмотрим пример:

$ x^{2}=-x+6 $

1. Преобразуем уравнение к стандартному виду, перенеся все слагаемые в левую часть:

$ x^{2} + x-6=0 $

2. Определим дискриминант полученного уравнения:

$ D=1^{2} -4 cdot 1 cdot (-6)=25=5^{2} $

3. С помощью дискриминанта найдем корни по формулам:

$ left [ begin{array}{c}x_{1}=frac {-1+5}{2} \ x_{2}=frac {-1-5}{2} end{array} right. \ left [ begin{array}{c}x_{1}= 2 ;;; \ x_{2}= -3 end{array} right. $

Ответ: 2; -3

В некоторых случаях (например, $ a=1 $ ) корни проще искать по теореме Виета, решая подбором систему уравнений:

$ begin{cases} x_{1} cdot x_{2} = frac {c}{a} \ x_{1} + x_{2} = — frac {b}{a} end{cases} $

Применим эту теорему для нахождения корней уравнения $ x^{2}-5x+6=0 $

1. Составим систему:

$ begin{cases} x_{1} cdot x_{2} = 6 \ x_{1} + x_{2} = 5 end{cases} $

2. Подберем $ x_{1}, x_{2} $ так, чтобы оба равенства выполнялись. В данном случае подходят числа $ x_{1}=2,x_{2}=3 $ .

Ответ: 2; 3

Кубические уравнения

Общий вид уравнения третьей степени представлен ниже:

$ ax^{3}+bx^{2}+cx+d=0 $, где $ a neq 0, b, c, d $ — некоторые числа.

Целые корни такого уравнения (в случае, если коэффициенты тоже целые) находятся среди делителей свободного члена $ d $.

У уравнения $ x^{3} -3x^{2}-4x+12=0 $ свободный член $ d=12 $. Его делителями являются числа $ pm 1, pm2, pm 3, pm 4 $. Для того, чтобы определить, какие из этих чисел являются решениями, подставим их по очереди в исходное уравнение. Если при этом получится верное равенство, то поздравляю, вы нашли корень.

Проверим: $ x=1:-1-3+4+12=12 neq 0 $. Не является корнем.

Проверим: $ x=2:8-12-8+12=0 $. Является корнем.

Возможна ситуация, когда ни один из делителей корнем не будет. В таком случае говорят, что исходное уравнение не имеет целых решений.

После того, как будет определено хотя бы одно решение, можно понизить степень уравнения, превратив его в квадратное. Для этого разделим столбиком исходное уравнение на выражение $ (x-a) $, где $ a $ – корень.

Алгоритм деления многочлена на многочлен столбиком.

1. Упрощаем выражение и переносим все слагаемые влево.

2. Записываем выражения как для деления в столбик:

$ x^{3}-3x^{2}-4x+12| underline{x-2} $

3. Определяем выражение, на которое нужно умножить старший коэффициент в делителе, чтобы получить старший коэффициент в делимом. В данном примере это $ x^{2}$.

$ _x^{3}-3x^{2}-4x+12| underline{x-2} \ qquadqquadqquadqquadquad x^{2} $

4. Умножаем на это выражение делитель и вычитаем его из делимого. «Сносим» следующее слагаемое.

$ _x^{3}-3x^{2}-4x+12| underline{x-2} \ underline{x^{3}-2x^{2}}qquadqquadquad x^{2} \ qquad -x^{2}-4x $

5. Повторяем процедуру до тех пор, пока не получим разность, равную 0.

$ _x^{3}-3x^{2}-4x+12| underline{x-2} \ underline{x^{3}-2x^{2}}qquadqquadquad x^{2}-x-6 \ qquad _-x^{2}-4x \ qquadquad -x^{2}+2x \ qquadqquadqquad _-6x+12 \ qquadqquadqquadquad underline{-6x+12} \ qquadqquadqquadqquadquadquad 0 $

6. -Проверяем ответ. Произведение частного и делителя должно совпасть с делимым.

$ (x-2)(x^{2}-x-6)=x^{3}-3x^{2}-4x+12 $

Корни квадратного уравнения $ x^{2}-x-6=0 $ можно определить с помощью дискриминанта или по теореме Виета.

$ begin{cases}x_{1} cdot x_{2} = -6 \ x_{1} + x_{2} = 1 end{cases} \ begin{cases}x_{1} = 3 \ x_{2} = 2 end{cases}$

Значит, уравнение $ x^{3}-3x^{2}-4x+12=0 $ имеет три решения: $ x=-2, x=2, x=3 $.

Как действовать в частном случае, когда $ b=c=0 $, рассмотрим в следующем разделе.

Уравнения высших степеней

$ ax^{n}=b, a neq 0 $

В таком уравнении переменная может содержаться в любой степени. Рассмотрим пример:

$ 6x^{3}+15=9 $

1. Соберем слагаемые, содержащие переменную с одной стороны, а не содержащие – с другой:

$ 6x^{3}=-15+9 rightarrow 6x^{3}=-6 $

2. Упростим уравнение с помощью разрешенных преобразований:

$ 6x^{3}=-6 rightarrow x^{3}=-1 $

3. Извлечем корень 3 степени из обеих частей равенства. Обратите внимание, что в данном случае не важно, какой знак имеет число, так как степень нечетная.

$ x=-1 $

Ответ: -1

Точно так же можно решить уравнение с любой, даже самой страшной, степенью.

$ 2x^{8}=512 $

4. Разделим обе части уравнения на 2. Чтобы уравнение имело решения, необходимо, чтобы справа стояло неотрицательное число, так как степень переменной четная.

$ x^{8}=256 $

5. Извлечем корень 8 степени из обеих частей равенства. В силу четности степени, уравнение будет иметь два решения:

$ left[ begin{array}{c} x=2 ;; \ x=-2 end{array} right. $

Ответ: -2, 2

Дробно-рациональные уравнения

Данный тип уравнений отличается тем, что содержит в знаменателе выражение с переменной. Поэтому может возникнуть опасная ситуация – переменная примет такое значение, что знаменатель обратиться в ноль. Чтобы этого не произошло, заранее исключим из рассмотрения нули знаменателя и определим область допустимых значений:

$ frac {1}{x-2} = frac {2}{x+4} \ begin{cases}x-2 neq 0\x+4 neq 0end{cases} \ begin{cases}x neq 2\x neq -4end{cases} $

То есть решением данного уравнения может быть любое число кроме 2 и -4.

Алгоритм решения дробно-рационального уравнения рассмотрим на примере:

$ frac {x-3}{x-5} + frac {1}{x} = frac {x+5}{x(x-5)} $

1. Определим область допустимых значений:

$ begin{cases}x-5 neq 0\x neq 0 \ x(x-5) neq 0end{cases} \ begin{cases}x neq 5\ x neq 0end{cases}$

2. Умножим обе части равенства на общий знаменатель всех дробей и сократим одинаковые выражения в числителе и знаменателе там, где это возможно:

$ frac {x-3}{x-5} + frac {1}{x} = frac {x+5}{x(x-5)} big| cdot x(x-5) $

$ frac {(x-3)x(x-5)}{x-5} + frac {x(x-5)}{x} = frac {(x+5)x(x-5)}{x(x-5)} $

$ (x-3)x+x=x+5 $

3. Упрощаем уравнение с помощью разрешенных преобразований:

$ x^{2}-3x+x-5=x+5 rightarrow x^{2}-2x-5-x-5=0 rightarrow x^{2}-3x-10=0 $

4. Определяем тип получившегося уравнения (линейное, квадратное или кубическое) и решаем подходящим методом. В данном случае получилось квадратное уравнение, причем коэффициент при $ x^{2} $ равен 1. Значит, удобно использовать теорему Виета:

$ begin{cases}x_{1} cdot x_{2}=-10 \ x_{1} + x_{2}=3 end{cases} $

Подходит пара чисел -2 и 5.

5. Исключаем те значения корней, которые обращают в ноль знаменатель, то есть не входят в область допустимых значений (ОДЗ).

Ответ: -2

При подстановке корней в уравнение должно получится верное равенство. Это свойство можно использовать для проверки полученных ответов.

Содержание:

Рациональные уравнения. Равносильные уравнения

Напомним что:

два уравнения называют равносильными, если они имеют одни и те же корни. Равносильными считают и те уравнения, которые корней не имеют.

Так, например, равносильными будут уравнения

Уравнения — не равносильны, так как корнем первого уравнения является число 10, а корнем второго — число 9.

Ранее, в 7 классе, вы знакомились со свойствами, которые преобразуют уравнения в равносильные им уравнения.

1) Если в любой части уравнения раскрыть скобки или привести подобные слагаемые, то получим уравнение, равносильное данному;

2) если в уравнении перенести слагаемое из одной части в другую, изменив его знак на противоположный, то получим уравнение, равносильное данному;

3) если обе части уравнения умножить или разделить на одно и то же отличное от нуля число, то получим уравнение, равносильное данному.

Рассмотрим уравнения:

Левая и правая части каждого из них являются рациональными выражениями.

Уравнении, левая и правая части которых являются рациональными выражениями, называют рациональными уравнениями.

В первых двух из записанных выше уравнений левая и правая части являются целыми выражениями. Такие уравнения называют целыми рациональными уравнениями. Если хотя бы одна часть уравнения — дробное выражение, то его называют дробным рациональным уравнением. Третье из записанных выше уравнений является дробным рациональным.

Как решать целые рациональные уравнения, мы рассмотрели при изучении математики в предыдущих классах. Рассмотрим теперь, как решать дробные рациональные уравнения, то есть уравнения с переменной в знаменателе.

Применение условия равенства дроби нулю

Напомним, что когда

Пример №202

Решите уравнение

Решение:

С помощью тождественных преобразований и свойств уравнений приведем уравнение к виду где и — целые рациональные выражения. Имеем:

Окончательно получим уравнение:

Чтобы дробь равнялась нулю, нужно, чтобы числитель равнялся нулю, а знаменатель не равнялся нулю.

Тогда откуда При знаменатель Следовательно, — единственный корень уравнения.

Решение последнего, равносильного данному, уравнения, учитывая условие равенства дроби нулю, удобно записывать так:

Ответ. 3.

Значит, решая дробное рациональное уравнение, можно:

1) с помощью тождественных преобразований привести уравнение к виду

2) приравнять числитель к нулю и решить полученное целое уравнение;

3) исключить из его корней те, при которых знаменатель равен нулю, и записать ответ.

Использование основного свойства пропорции

Если то где

Пример №203

Решите уравнение

х — 1 х — 2

Решение:

Найдем область допустимых значений (ОДЗ) переменной в уравнении. Так как знаменатели дробей не могут равняться нулю, то Имеем: то есть ОДЗ переменной содержит все числа, кроме 1 и 2.

Сложив выражения в правой части уравнения, приведем его к виду: получив пропорцию:

По основному свойству пропорции имеем:

Решим это уравнение:

откуда

Так как число 4 принадлежит ОДЗ переменной исходного уравнения, то 4 является его корнем.

Запись решения, чтобы не забыть учесть ОДЗ, удобно закончить так:

Ответ. 4.

Таким образом, для решения дробного рационального уравнения можно:

1) найти область допустимых значений (ОДЗ) переменной в уравнении;

2) привести уравнение к виду

3) записать целое уравнение и решить его;

4) исключить из полученных корней те, которые не принадлежат ОДЗ, и записать ответ.

Метод умножения обеих частей уравнения на общий знаменатель дробей

Пример №204

Решите уравнение

Решение:

Найдем ОДЗ переменной и простейший общий знаменатель всех дробей уравнения, разложив знаменатели на множители:

Областью допустимых значений переменной будут те значения при которых то есть все значения кроме чисел А простейшим общим знаменателем будет выражение

Умножим обе части уравнения на это выражение:

Получим: а после упрощения: то есть откуда или

Число 0 не принадлежит ОДЗ переменной исходного уравнения, поэтому не является его корнем.

Следовательно, число 12 — единственный корень уравнения. Ответ. 12.

Решая дробное рациональное уравнение, можно:

1) найти ОДЗ переменной в уравнении; & 2) найти простейший общий знаменатель дробей, входящий в уравнение;

3) умножить обе части уравнения на этот общий знаменатель;

4) решить полученное целое уравнение;

5) исключить из его корней те, которые не принадлежат ОДЗ переменной уравнения, и записать ответ.

Пример №205

Являются ли равносильными уравнения

Решение:

Поскольку уравнения являются равносильными в случае, когда они имеют одни и те же, или не имеют корней, найдем корни данных уравнений.

Первое уравнение имеет единственный корень а второе — два корня (решите уравнения самостоятельно). Следовательно, уравнения не являются равносильными.

Ответ. Нет.

Степень с целым показателем

Напомним, что в 7 классе мы изучали степень с натуральным показателем. По определению:

где — натуральное число,

В математике, а также при решении задач практического содержания, например в физике или химии, встречаются степени, показатель которых равен нулю или является целым отрицательным числом. Степень с отрицательным показателем можно встретить и в научной или справочной литературе. Например, массу атома гелия записывают так: кг. Как понимать смысл записи

Рассмотрим степени числа 3 с показателями — это соответственно

В этой строке каждое следующее число втрое больше предыдущего. Продолжим строку в противоположном направлении, уменьшая каждый раз показатель степени на 1. Получим:

Число должно быть втрое меньше числа равного числу 3. Но втрое меньшим числа 3 является число 1, следовательно, Равенство справедливо для любого основания при условии, что

Нулевая степень отличного от нуля числа а равна единице, то есть при

Вернемся к строке со степенями числа 3, где слева от числа записано число Это число втрое меньше, чем 1, то есть равно Следовательно, Рассуждая аналогично получаем: и т. д.

Приходим к следующему определению степени с целым отрицательным показателем:

если натуральное число, то

Пример №206

Замените степень дробью:

Решение:

По определению:

Пример №207

Замените дробь степенью с целым отрицательным показателем:

Решение:

Пример №208

Вычислите:

Решение:

Рассмотрим, как возвести дробь в целую отрицательную степень. Если — натуральное число и имеем:

Следовательно,

Если — натуральное число, то

Пример №209

Найдите значение выражения:

Решение:

2) Учитывая порядок выполнения арифметических действий, сначала возведем дробь в степень, а затем выполним умножение:

Ответ.

Свойства степени с целым показателем

Свойства степени с натуральным показателем справедливы и для степени с ненулевым основанием и целым показателем. Следовательно,

Для любого любых целых

Эти свойства можно доказать на основании формулы и свойств степени с натуральным показателем.

Докажем, например, формулу для случая, когда отрицательные целые числа.

Пусть где натуральные числа. Имеем:

Следовательно, где — отрицательные целые числа. В случае, когда один из показателей или -целое отрицательное число, а второй — натуральное число или нуль, формула доказывается аналогично.

Пример №210

Выполните действие:

Решение:

Пример №211

Упростите выражение

Решение:

Пример №212

Вычислите

Решение:

Представим 9 и 27 в виде степени с основанием 3 и воспользуемся свойствами степени:

Ответ. 3.

Стандартный вид числа

В физике, химии, технике, астрономии часто имеют дело как с очень большими, так и с очень малыми значениями величин. Например, масса Земли равна 5 976 ООО ООО ООО ООО ООО ООО ООО кг, а диаметр молекулы водорода 0,00000000025 м.

Читать или записывать такие числа в виде десятичных дробей неудобно, неудобно и использовать десятичную их запись при вычислениях. В таких случаях имеет смысл записывать число в виде где — целое число,

Например,

Говорят, что числа 5 976 000 000 000 000 000 000 000 и 0,00000000025 записаны в стандартном виде.

Стандартным видом числа называют его запись в виде произведении где и — целое число.

Если число записано в стандартном виде, то показатель степени называют порядком числа. Например, порядок числа, которым записана масса Земли в килограммах, равен 24, а порядок числа, которым записан диаметр молекулы водорода в метрах, равен -10.

В стандартном виде можно записать любое положительное число. Порядок числа дает представление об этом числе.

Если порядок числа равен 4, это значит, что то есть Если порядок числа равен -2, то то есть Большой положительный порядок числа показывает, что число очень большое. Большой по модулю отрицательный порядок числа показывает, что число очень маленькое.

Следовательно, если говорят, что одно число на порядок больше второго, это означает, что оно в 10 раз больше второго, если на два порядка — в 100 раз больше и т. д.

Пример №213

Представьте число 272 000 в стандартном виде.

Решение:

В данном числе поставим занятую так, чтобы в целой части была одна цифра, отличная от нуля. В итоге будем иметь 2,72. Занятой отделили 5 цифр с конца числа, чем уменьшили данное число в раз. Следовательно,

Ответ.

Пример №214

Представьте число 0,00013 в стандартном виде.

Решение:

В данном числе перенесем запятую на 4 знака вправо, будем иметь 1,3. При этом число увеличили в раз (на 4 порядка). Следовательно,

Ответ.

Пример №215

Выполните действия и представьте результат в стандартном виде:

Решение:

Ответ.

Пример №216

Найдите сумму и запишите результат в стандартном виде.

Решение:

Имеем два слагаемых разных порядков.

Ответ.

Функция Y=K/X ее график и свойства

Функция ее график и свойства

Пример №217

Пешеход должен преодолеть путь в 16 км. Если он будет двигаться со скоростью км/ч, то зависимость времени (в часах) для преодоления этого расстояния от скорости движения можно выразить формулой При увеличении значения в несколько раз значение во столько же раз уменьшится. В этом случае говорят, что переменные обратно пропорциональны.

Пример №218

Площадь прямоугольника равна а одна из его сторон см. Тогда вторую сторону (в см) можно найти по формуле Здесь переменные также обратно пропорциональны.

В примерах 1 и 2 переменные принимают только положительные значения. В дальнейшем будем рассматривать функции, которые задают формулой вида число, где переменные могут принимать как положительные, так и отрицательные значения. Каждую из таких функций называют обратной пропорциональностью.

Функцию вида где — независимая неременная, — некоторое отличное от нуля число, называют обратной пропорциональностью.

Область определения функции все числа за исключением нуля, так как при выражение не имеет смысла.

Построим график функции отдельно для каждого из случаев

Пример №219

Постройте график функции

Решение:

Составим таблицу значений функции для нескольких значений аргумента:

Отметим на координатной плоскости точки из составленной таблицы (рис. 2).

Если бы мы на этой плоскости обозначили больше точек, удовлетворяющих формуле а потом соединили их плавной линией, то получили бы график функции (рис. 3).

График обратной пропорциональности называют гиперболой.

Гипербола состоит из двух ветвей. Для функции одна из них лежит в первой координатной четверти, а другая — в третьей. Гипербола не пересекает координатные оси: график не содержит точек, у которых (т. к. нуль не принадлежит области определения функции), и не содержит точек, у которых

(т. к. уравнение не имеет решений). Чем больше по модулю значение тем меньше по модулю значение и наоборот, чем меньше по модулю значение тем больше по модулю значение Это значит, что ветви гиперболы неограниченно приближаются к осям координат.

Так же выглядит график функции при любом

Пример №220

Постройте график функции

Решение:

Рассуждая как и в предыдущем примере, построим график функции Он изображен на рисунке 4.

Это также гипербола, одна из ветвей которой лежит во второй координатной четверти, а другая — в четвертой.

Так же выглядит график функции при любом

Обобщим свойства обратной пропорциональности

1. Область определения функции состоит из всех чисел за исключением нуля.

2. Область значений функции состоит из всех чисел за исключением нуля.

3. График функции — гипербола, ветви которой при лежат в первой и третьей координатных четвертях, а при — во второй и четвертой.

4. Ветви гиперболы неограниченно приближаются к осям координат.

Пример №221

Постройте в одной системе координат графики функций Найдите их точки пересечения и, пользуясь построенным графиком, решите уравнение

Решение:

График функции гипербола, ветви которой лежат в первой и третьей координатных четвертях, а график функции прямая, проходящая через точки Графики функций изображены на рисунке 5. Они пересекаются в точках абсциссы 4 и -1 которых являются решениями уравнения

Действительно, при выражения принимают

равные значения: При аналогично: Следовательно, числа 4 и -1 — корни уравнения

Ответ: — точки пересечения; 4, -1 — корни уравнения.

Предложенный в примере 5 метод решения уравнений называют графическим методом решения уравнений.

Если абсцисса точки пересечения графиков функций — целое число, надо выполнить проверку, т. к. часто корни уравнения этим методом можно найти только приблизительно.

Пример №222

Постройте график функции

Решение:

Область определения функции — все числа за исключением чисел 0 и 2, которые обращают знаменатель в нуль.

Упростим дробь:

Значит при условии функция принимает вид Графиком функции является гипербола с «выколотой» точкой точек же с абсциссой у гиперболы нет (рис. 6).

————

Если все решения одного уравнения также являются решениями второго, то второе уравнение называется следствием первого уравнения.

Если множества решений двух уравнений совпадают, то эти уравнения называются равносильными.

Пример 1.

Равносильны ли уравнения?

Решение:

1) Оба уравнения имеют общий корень: х=1. Так как они не имеют других корней, то они являются равносильными.

2) Первое уравнение имеет корень, равный 0. Второе же уравнение такого корня не имеет. Значит, данные уравнения не равносильны.

Пусть Р(х) и Q(x) — многочлены переменной х.

Выражение вида называется рациональным.

Пусть А(х) и В(х) — рациональные выражения. Уравнение вида А(х)=В(х) называется рациональным.

Рассмотрим сначала простейшее рациональное уравнение вида

Известно, что дробь равна нулю тогда и только тогда, когда ее числитель равен нулю, а знаменатель отличен от нуля (на нуль делить нельзя!). Значит, для того, чтобы решить уравнение (1) , необходимо и достаточно найти все значения неизвестной х, для которых одновременно выполнены условия

Для краткости, это мы будем записывать так:

• Заказать решение задач по высшей математике

Пример:

Решите уравнение:

Решение:

Уравнение имеет единственное решение х=1. При х=1 знаменатель отличен от нуля. Значит, данное уравнение тоже имеет единственное решение х=1.

2) Квадратное уравнение не имеет корней, так как Значит, данное уравнение тоже не имеет корней.

3) Для квадратного уравнения

Значит, это уравнение имеет два корня:

Однако число 1,5 обращает знаменатель выражения

в нуль, а число 1 — нет. Значит, данное уравнение имеет единственное решение х=1.

4) Уравнение имеет два корня 1 и-2. Однако число 1 обращает знаменатель (х-1) в нуль, а число -2 — нет. Значит, данное уравнение имеет единственное решение х=—2.

В случае, когда хотя бы одно из выражений А(х) и В(х) представимо в виде суммы нескольких рациональных выражений, рациональное уравнение А(х)=В(х) можно решить так:

• 1 шаг. Ищем общий знаменатель дробей, входящих в уравнение;
• 2 шаг. Обе части уравнения умножаем на этот общий знаменатель;
• 3 шаг. Ищем решения полученного уравнения;
• 4 шаг. Исключаем из множества найденных корней те, которые обращают общий знаменатель в нуль.

Пример:

Решите уравнение

Решение:

Умножаем обе части уравнения на общий знаменатель 2х(2-х). Упрощая полученное уравнение , приводим его к следующему квадратному уравнению:

Так как D=9-8=l>0, то данное квадратное уравнение имеет два корня:

х=2; х=4.

Проверка.

При х=2 знаменатель обращается в нуль: х(2-х) = 2(2-2) = 0. Значит, х=2

не является решением исходного уравнения.

При х=4 знаменатель отличен от нуля х(2-х) = 4(2-4) Ф 0. Значит, х=4

является решением исходного уравнения.

Если то при решении рационального уравнения вида полезно воспользоваться основным свойством пропорции:

При этом получим следующий алгоритм решения:

• 1 шаг. Ищем решения уравнения f (х)q(х) = р(х)g(х)
• 2 шаг. Исключаем из множества найденных корней те, которые обращают общий знаменатель q(x)g(x) в нуль.

Пример:

Решите уравнение

Решение:

В некоторых случаях удачно выполненная замена позволяет привести заданное уравнение к более простому.

Пример:

Решите уравнение:

Решение:

 1) Выполним замену а уравнение получит вид Последнее имеет корни t=-9 и t=4, из которых второе положительно.

При уравнение не имеет решение, а при уравнение имеет единственное решение х=-0,5.

Ответ: х=-0,5. 

2) Очевидно, что х=0 удовлетворяет уравнению. Пусть . Разделив в каждой дроби уравнения числитель и знаменатель на х, получим уравнение

Тогда наше уравнение получит вид:

Решим последнее уравнение:

Теперь найдем x.

В силу того, что дискриминант квадратного уравнения отрицателен, то последнее уравнение не имеет действительных решений. Ответ: х=0.

Системы рациональных уравнений

Решение систем, состоящих из рациональных уравнений, опирается на известные нам методы сложения, подстановки и т.д. При этом следует не забывать, что знаменатели, участвующих рациональных выражений, не могут обращаться в нуль.

Пример:

Решите систему:

Решение:

1) Сделаем в первом уравнении замену Получим

Отсюда или

Решим полученные системы:

Первая система имеет решения (3,2), (-3, -2), а вторая не имеет решений. Ответ: (3; 2), (-3; -2).

2). Обозначим

——

Рациональные уравнения

Рациональные уравнения широко применяются в приборостроении, космических исследованиях, финансовых операциях и т.д.

Подобие фигур широко применяется в измерительных, конструкторских и дизайнерских работах.

Это интересно!

На рисунке изображена модель орбитального космического корабля, предназначенная для полёта в космос туристов. Корабль рассчитан на 6 пассажиров и 2 членов экипажа.

Для того, чтобы рассчитать оптимальные размеры корабля конструкторам и инженерам пришлось решить много рациональных уравнений.

Рациональные уравнения

Уравнение, содержащее в левой и правой части рациональные выражения называется рациональным уравнением. Во многих задачах приходится решать рациональные уравнения, содержащие переменную в знаменателе. В этом случае необходимо указывать область допустимых значений переменных (ОДЗ).

Пример:

В данном уравнении ОДЗ Учитывая, что умножим обе части уравнения на

отсюда получим

Подставим полученное значение в уравнение:

Таким образом, является корнем уравнения. Данное уравнение не имеет других корней.

Пример:

Решим уравнение

ОДЗ данного уравнения Умножим обе части уравнения на общий

знаменатель

Пример:

В уравнении, ОДЗ

Используя свойство пропорции можно написать:

Пример:

Решим уравнение. Здесь ОДЗ,

Умножим обе части уравнения на

Отсюда

Проверьте, являются ли оба этих числа корнями данного уравнения.

Пример:

Решим уравнение

Запишем уравнение в виде и умножим обе стороны на общий множитель Получим

Отсюда

При проверке, убеждаемся что, не удовлетворяет уравнению, т.к. превращает знаменатель в «0». Таким образом, корнем данного уравнения является только

Внимание! После решения рационального уравнения, содержащего переменную в знаменателе, нужно обязательно выполнить проверку корней.

Решение задач с помощью рациональных уравнений

Задачи на работу

Задача. Двое рабочих могут выполнить некоторую работу за 12 дней. За сколько дней каждый рабочий выполнит эту работу в отдельности, если одному из них для выполнения этой работы потребуется на 10 дней больше ,чем другому? Решение: Пусть, 2-ой рабочий может выполнить работу за дней, тогда 1-ый рабочий выполнит её за дней

Первый рабочий за 1 день выполняет — ую часть работы, 2-ой — — ую. Вместе, за 1 день они выполнят часть работы. Зная, что вместе за 1 день они выполняют часть работы (согласно условию), составим уравнение Умножим обе части уравнения на Получим, После упрощения имеем Решением данного уравнения являются числа и (не удовлетворяет условию, т.к. ). Итак Ответ: 2-ой рабочий выполняет работу за 20 дней, а 1-ый — за 30 дней.

Задачи на движение

Задача. Путь длиной 480 км проходит по асфальтовой и по просёлочной дороге. Автомобиль расстояние 80 км по просёлочной дороге, прошёл со скоростью на 40 км/час меньше, чем по асфальтовой дороге. Зная, что на весь путь он затратил 7 часов, найдите время, которое потратил автомобиль при движении по просёлочной дороге.

1-й способ:

Из 2-ой строки таблицы: Из 3-е1 строки таблицы: Отсюда получаем рациональное уравнение

Разделим обе части уравнения на 40:

Получим (противоречит условию задачи)

Ответ: по просёлочной дороге 2 часа

2-ой способ: Автомобиль ехал по дороге, покрытой асфальтом часов, а по проселочной дороге часов.

Зная, что на весь путь он потратил 7 часов, составим уравнение:

Решив данное уравнение, получим = 40 км/ч. Тогда по просёлочной дороге он двигался 80 : 40 = 2 часа.