GLOBAL KNOWLEDGE ARK

Matematika · Straipsnis

Racionaliosios ir iracionaliosios lygtys

Spręskite lygtis su algebrinėmis trupmenomis ir kvadratinėmis šaknimis: užrašykite pradinę apibrėžimo sritį, pašalinkite vardiklius, kai tai leistina, ir atskirkite šaknis. Atskirkite galimus sprendinius nuo tikrųjų, išlaikykite neleistinų reikšmių apribojimus ir patikrinkite kiekvieną atsakymą pradinėje lygtyje bei uždavinio kontekste.

Naudingas ankstesnis straipsnis: Kvadratinės lygtys ir pilnojo kvadrato išskyrimas

Grįžti į matematiką

Perskaitę galėsite

  • Prieš supaprastinant lygtį, nustatyti jos apibrėžimo sritį realiųjų skaičių aibėje pagal kiekvieną pradinį vardiklį ir kvadratinę šaknį.
  • Pašalinti racionaliųjų reiškinių vardiklius apibrėžimo srityje atliekant grįžtamus pertvarkymus, po prastinimo išlaikyti neleistinų reikšmių apribojimus ir atpažinti tapatybes arba sprendinių neturinčias lygtis.
  • Atskirti kvadratines šaknis, kelti kvadratu visus reiškinius, nepraleidžiant mišriųjų narių, ir pagal ženklo sąlygas bei patikrą pradinėje lygtyje nustatyti visą leistinų sprendinių aibę.
01

Pradėkite nuo pradinės lygties

Racionalusis algebrinis reiškinys yra daugianarių santykis, kurio vardiklis nelygus nuliui. Čia racionaliosiomis vadinamos lygtys, kurių vardiklyje yra nežinomasis, pavyzdžiui, 3/(x − 1) = 2. Iracionaliosiose lygtyse nežinomasis yra po šaknies ženklu, pavyzdžiui, √(x + 2) = x. Lygtyje gali būti abiejų rūšių reiškinių. Šioje pamokoje dirbkite realiųjų skaičių aibėje, nebent uždavinyje nurodyta siauresnė apibrėžimo sritis.

Pradinę apibrėžimo sritį sudaro nežinomojo reikšmės, kurioms esant visi pradinės lygties reiškiniai yra apibrėžti. Vardiklis turi būti nelygus nuliui, o realiosios kvadratinės šaknies pošaknis, t. y. reiškinys po šaknies ženklu, turi būti neneigiamas. Užrašykite šias sąlygas prieš ką nors prastindami. Lygties 1/(x − 2) + 1/(x + 3) = 1 pradiniai apribojimai yra x ≠ 2 ir x ≠ −3. Nė vienas iš šių apribojimų negali išnykti vėliau pertvarkant lygtį.

Jei reikšmė priklauso apibrėžimo sričiai, ją galima tikrinti, tačiau tai dar nereiškia, kad lygybė teisinga. Įrašius neleistiną reikšmę, pradinė lygtis nėra apibrėžta. Įrašius leistiną reikšmę, abi lygties pusės gali būti apibrėžtos, bet nelygios. Atskirkite šias dvi priežastis, dėl kurių reikšmė atmetama.

02

Prastindami išlaikykite sąlygas, kad daugikliai nelygūs nuliui

Išskaidykite vardiklį daugikliais, kad rastumėte visas neleistinas reikšmes. Kadangi x² − 9 = (x − 3)(x + 3), reiškiniui 1/(x² − 9) būtinos sąlygos x ≠ 3 ir x ≠ −3. Toks vardiklis kaip (x − 1)² neleidžia tik reikšmės x = 1, nors jo daugiklis kartojasi. Patikrinkite visus pradinius vardiklius, o ne tik tuos, kurie matomi po supaprastinimo.

Prastinant skaitiklis ir vardiklis dalijami iš bendro nenulinio daugiklio. Taigi (x² − 9)/(x − 3) = x + 3, kai x ≠ 3, nes skaitiklis išskaidomas daugikliais taip: (x − 3)(x + 3). Kai x = 3, pradinė trupmena yra 0/0, o tai neapibrėžta; reiškinio x + 3 reikšmė tame taške to nepakeičia. Negalima prastinti atskirų sumos narių: (x + 3)/x yra 1 + 3/x, kai x ≠ 0, o ne 3.

Trupmena lygi nuliui tada ir tik tada, kai jos skaitiklis lygus nuliui, o vardiklis nelygus nuliui. Trupmenos (x² − 4)/(x − 2) = 0 skaitiklis leidžia numatyti x = −2 arba x = 2. Leistina tik reikšmė −2: ją įstačius, gaunama trupmena 0/(−4) = 0, o įstačius 2, pradinės trupmenos vardiklis tampa lygus nuliui.

03

Visos lygties dauginimas iš bendro vardiklio

Užrašę pradinę apibrėžimo sritį, išskaidykite vardiklius dauginamaisiais ir pasirinkite mažiausią bendrą vardiklį (MBV), kuriame būtų reikiami dauginamieji, pakelti didžiausiais pasitaikančiais laipsniais. Vardiklių 2x ir 3x² MBV yra 6x², kai x ≠ 0. Tinka ir ne mažiausias bendras vardiklis, tačiau naudojant MBV paprastai reikia atskleisti mažiau skliaustų.

Padauginkite abi lygties puses, įskaitant kiekvieną narį, iš MBV. Lygties 1/x + 1/(x − 1) = 3 atveju x ≠ 0 ir x ≠ 1, todėl padauginę iš MBV x(x − 1) gauname (x − 1) + x = 3x(x − 1). Padauginus tik trupmeninius narius ir palikus 3 nepakeistą, lygtis pasikeistų.

Pradinėje apibrėžimo srityje MBV nelygus nuliui, todėl šį dauginimą galima atšaukti padalijus iš to paties MBV. Taigi lygtis be vardiklių ir pradinė lygtis šioje srityje turi tuos pačius sprendinius. Jei gautą daugianario lygtį sprendžiate visoje realiųjų skaičių aibėje, iš galimų sprendinių atmeskite užrašytas neleistinas reikšmes. Kai MBV lygus nuliui, jis negali pagrįsti lygčių ekvivalentumo ties reikšme, kuriai pradinė lygtis buvo neapibrėžta.

04

Supaprastinta lygtis gali neturėti sprendinių, turėti dalį arba visus leistinus sprendinius

Lygties (x² − 16)/(x − 4) = 8 atveju pirmiausia atmeskite x = 4. Leistinoje apibrėžimo srityje suprastinę dauginamąjį x − 4, gauname x + 4 = 8, kurios vienintelis galimas sprendinys yra 4. Ties šia reikšme pradinė lygtis neapibrėžta, todėl ji neturi realiųjų sprendinių. Vietoj prastinimo panaikinę vardiklį, gauname (x − 4)² = 0 ir tą patį atmestiną galimą sprendinį.

Lygties (x² − 16)/(x − 4) = x + 4 atveju taip pat suprastinę gauname x + 4 = x + 4, kai x ≠ 4. Lygtį tenkina kiekviena leistina realioji reikšmė, tačiau 4 tebėra neleistina. Pateikite visą atsakymą: visi realieji x, išskyrus 4, o ne visi realieji x. Po prastinimo gauta tapatybė nepadaro pradinės neleistinos reikšmės leistina.

Jei teisėtai panaikinus vardiklius gaunama prieštara, sprendinių taip pat nėra: lygties 1/(x − 4) = 2/(x − 4) apibrėžimo sritis yra x ≠ 4, o panaikinus vardiklį gaunama 1 = 2. Likusi tiesinė arba kvadratinė lygtis gali turėti baigtinę sprendinių aibę. Nagrinėkite gautą lygtį, o ne manykite, kad kiekviena racionalioji lygtis turi vieną sprendinį.

05

Aritmetinė kvadratinė šaknis visada neneigiama

Kai F ≥ 0, √F žymi aritmetinę, neneigiamą kvadratinę šaknį. Konkrečiai, √9 = 3, o kai u yra realusis skaičius, galioja √(u²) = |u|. Lygties u² = 9 sprendiniai yra 3 ir −3; pats reiškinys √9 turi tik vieną reikšmę — 3. Lygtis su šaknimis savaime nereiškia, kad reikia rašyti ženklą ±.

Kad reikšmė būtų pradinės lygties √F(x) = G(x) sprendinys, turi būti tenkinamos sąlygos F(x) ≥ 0 ir G(x) ≥ 0, taip pat visi kiti apribojimai, būtini F ir G apibrėžti. Pirmoji sąlyga užtikrina, kad kvadratinė šaknis būtų realioji; antroji išplaukia iš to, kad jos reikšmė neneigiama. Lygties √(x + 2) = x atveju šaknis apibrėžta, kai x ≥ −2, tačiau lygybė gali galioti tik tada, kai x ≥ 0.

Jei visą vardiklį sudaro kvadratinė šaknis, jos pošaknis turi būti griežtai teigiamas. Reiškiniui 1/√(x − 1) būtina sąlyga x > 1: kai x = 1, vardiklis lygus nuliui, o kai x < 1, realioji kvadratinė šaknis neegzistuoja. Jei vardiklyje yra papildomų narių, patikrinkite visą vardiklį: 1/(√x + 1) yra apibrėžtas visiems x ≥ 0, nes tuomet √x + 1 yra teigiamas.

Iš pradinio reiškinio arba lygybės kylančios sąlygos
PavidalasBūtinos sąlygosPriežastis
√F(x)F(x) ≥ 0, o F turi būti apibrėžtaKvadratinė šaknis turi būti realioji
1/√F(x)F(x) > 0, o F turi būti apibrėžtaRealioji kvadratinė šaknis taip pat turi būti nelygi nuliui
P(x)/Q(x)Q(x) ≠ 0, kai P ir Q apibrėžtiDalyba iš nulio neapibrėžta
√F(x) = G(x)F(x) ≥ 0 ir G(x) ≥ 0, kai abu reiškiniai apibrėžtiAritmetinė kvadratinė šaknis negali būti lygi neigiamai reikšmei
06

Atskirkite šaknį, tada pakelkite kvadratu visą kitą pusę

Kvadratinę šaknį atskirkite taikydami lygiaverčius pertvarkius: sudėtį, atimtį ir dalybą iš pastovių nenulinių koeficientų. Iš 2√(x + 5) + 3 = 9 atimkite 3 ir padalykite iš 2, kad gautumėte √(x + 5) = 3. Pakėlę kvadratu gauname x + 5 = 9, taigi x = 4. Pradinėje lygtyje 2√9 + 3 = 9, todėl šis galimas sprendinys tinka.

Kai kitoje pusėje yra dvinaris, pakelkite kvadratu visą dvinarį. Iš √(x + 5) + 1 = x atskirkite √(x + 5) = x − 1. Pradinė apibrėžimo sritis reikalauja, kad x ≥ −5, o lygybė papildomai reikalauja, kad x ≥ 1. Pakėlę kvadratu gauname x + 5 = (x − 1)² = x² − 2x + 1; sandaugos narys −2x turi išlikti.

Gaunama lygtis x² − 3x − 4 = 0, todėl jos galimi sprendiniai yra 4 ir −1. Tikrinant pradinėje lygtyje, kai x = 4, gaunama √9 + 1 = 4, tačiau kai x = −1, gaunama √4 + 1 = 3, o ne −1. Vienintelis pradinės lygties sprendinys yra 4. Būtų galima ir tiesiogiai pakelti kvadratu √(x + 5) + 1, jei skliaustai būtų atskleisti teisingai, tačiau tuomet liktų sandaugos narys 2√(x + 5) ir reikėtų dar vieno atskyrimo žingsnio.

07

Kėlimas kvadratu išsaugo lygybę, bet gali panaikinti ženklų skirtumą

Jei du realieji reiškiniai yra lygūs, jų kvadratai taip pat lygūs. Atvirkštinis teiginys bendruoju atveju negalioja: 2 ir −2 kvadratai yra lygūs, bet jų reikšmės skiriasi. Todėl sprendžiant F(x) = G(x)², gautą pakėlus kvadratu √F(x) = G(x), randami tik galimi sprendiniai, kol nepatikrintos pradinės sąlygos ir lygybė.

Kai F ir G apibrėžti, √F(x) = G(x) yra lygiavertė sąlygoms F(x) = G(x)² ir G(x) ≥ 0, tenkinamoms kartu. Jau pati lygybė, gauta pakėlus kvadratu, užtikrina, kad F yra neneigiamas. Išsaugojus pradinę apibrėžimo sritį ir šią ženklo sąlygą, kėlimo kvadratu žingsnis tampa grįžtamas, nes neneigiamas skaičius, kurio kvadratas yra G², yra pats G.

Ženklų patikra gali padėti išspręsti lygtį dar prieš keliant kvadratu. Lygtis √(x + 5) = −2 neturi realiųjų sprendinių. Pakėlus kvadratu būtų gauta x = −1, tačiau pradinės lygties kairioji pusė lygi 2, o ne −2. Jei lieka daugiau nei viena kvadratinė šaknis, prieš dar kartą keliant kvadratu vėl atskirkite šaknį vienoje lygties pusėje, išlaikykite visas pradines pošaknių sąlygas ir po paskutinio žingsnio patikrinkite kandidatus pradinėje lygtyje.

08

Lygčiai gali reikėti ir vardiklių, ir ženklų patikros

Nagrinėkime 1/√x = 1/(x − 2). Pradinė apibrėžimo sritis yra x > 0 ir x ≠ 2. Šioje srityje abi lygties puses padauginę iš nenulinio reiškinio √x(x − 2), gauname x − 2 = √x. Dabar lygybei būtina sąlyga x − 2 ≥ 0, todėl kartu su sąlyga x ≠ 2 sprendinys turi tenkinti x > 2.

Pakėlę kvadratu abi lygybės, kurios vienoje pusėje atskirta šaknis, puses, gauname (x − 2)² = x, arba x² − 5x + 4 = 0. Daugianario lygties sprendiniai kandidatai yra 1 ir 4. Kai x = 1, pradiniai reiškiniai yra apibrėžti, tačiau gauname 1 = −1, tad lygybė netenkinama. Kai x = 4, gauname 1/2 = 1/2, tad lygybė tenkinama. Taigi visa pradinės lygties sprendinių aibė yra {4}.

Šios dvi patikros turi skirtingą paskirtį. Tokia kintamojo reikšmė kaip 2 atmetama, nes pradinis vardiklis lygus nuliui. Kandidatas 1 priklauso pradinei apibrėžimo sričiai, tačiau netenkina lygybės, nes keliant kvadratu išnyko ženklų skirtumas. Nei lygtis, gauta panaikinus vardiklius, nei lygtis, gauta pakėlus kvadratu, nepakeičia patikros pradinėje lygtyje.

09

Patikrinkite kiekvieną kandidatą, tada taikykite uždavinio apribojimus

Kiekvienam kandidatui pirmiausia patikrinkite visus pradinius vardiklius ir pošaknius. Jei reiškiniai apibrėžti, apskaičiuokite abiejų pradinės lygties pusių reikšmes naudodami tikslias trupmenas arba šaknis. Atmeskite kandidatą, jei šios tikslios reikšmės skiriasi. Kol šios patikros nebaigtos, atsakymus išlaikykite tikslius; per anksti suapvalinus šaknį, galima nepastebėti skirtumo arba gauti nedidelę liekaną net ir tikrajam sprendiniui.

Patikra pradinėje lygtyje įrodo, ar konkretus kandidatas ją tenkina. Sprendinių aibės pilnumas grindžiamas algebra: grįžtamu vardiklių panaikinimu apibrėžimo srityje, visų likusios tiesinės ar kvadratinės lygties sprendinių radimu ir būtinomis ženklų sąlygomis keliant lygtis kvadratu. Tai, kad kelios pasirinktos kintamojo reikšmės tenkina lygybę, neįrodo tapatybės, o tai, kad nė viena iš baigtinio sąrašo reikšmių jos netenkina, neįrodo, jog sprendinių nėra.

Uždavinys gali nustatyti papildomas sąlygas, pavyzdžiui, teigiamus ilgius, neneigiamą praėjusį laiką, sveikuosius kiekius ar nurodytą intervalą. Taikykite jas po pradinių algebrinių patikrų ir prireikus nurodykite matavimo vienetus. Pavyzdžiui, (x − 2)(x − 3)/(x − 1) = 0 turi realiuosius sprendinius 2 ir 3. Jei tame pačiame modelyje aiškiai leidžiama tik x ≥ 5/2, tik 3 yra to uždavinio atsakymas; 2 vis tiek tenkina pradinę lygtį realiųjų skaičių aibėje. Konteksto apribojimai ir reikšmės, kurioms pradiniai reiškiniai neapibrėžti, yra skirtingos priežastys atmesti reikšmę.

10

Palyginkite visą sprendinių aibę su nepriklausomai pasirinktu kandidatu

Tyrinėjimo įrankyje naudojamos šešios iš anksto nustatytos lygtys: racionalioji lygtis su dviem sprendiniais, racionalioji lygtis, kurios vienintelis kandidatas, gautas panaikinus vardiklius, atmetamas, tapatybė, gaunama suprastinus, su viena neleistina kintamojo reikšme, lygtis su kvadratine šaknimi ir netinkamo ženklo kandidatu, lygtis su kvadratine šaknimi vardiklyje ir lygtis, kurioje kvadratinė šaknis lygi teigiamai konstantai. Lygtį ir kandidatą pasirinkite nepriklausomai vieną nuo kito, tada išnagrinėkite pradinę apibrėžimo sritį, pertvarkytą lygtį ir pradinės lygties abiejų pusių reikšmes.

Suprastinimo atvejis yra (x² − 1)/(x − 1) = x + 1: tinka kiekvienas realusis x, išskyrus 1. Atvejis be sprendinių yra (x² − 4)/(x − 2) = 4: vienintelis kandidatas, gautas panaikinus vardiklius, yra 2, tačiau su šia reikšme pradinė lygtis neapibrėžta. Šie atvejai parodo, kodėl sprendinių aibė gali būti visa leistina apibrėžimo sritis arba tuščioji aibė, o ne baigtinis sprendinių sąrašas.

Baigtinis pasirenkamų kandidatų į sprendinius skaičius iliustruoja patikrinimus, bet negali aprėpti visos realiųjų skaičių tiesės. Patikrinimo neatlaikęs kandidatas neapibrėžia visos sprendinių aibės, o patikrinimą atlaikęs kandidatas nebūtinai yra vienintelis sprendinys. Nagrinėkite pateiktą visą sprendinių aibę kartu su ją pagrindžiančiu išvedimu; tada, remdamiesi patikrinimu pradinėje lygtyje, paaiškinkite, ar pasirinktas kandidatas yra sprendinys.

Išlaikykite pradinę apibrėžimo sritį spręsdami racionaliąsias ir iracionaliąsias lygtis

Nepriklausomai pasirinkite pradinę lygtį ir tikslią kandidato reikšmę. Pirmiausia patikrinkite, ar ji priklauso pradinei apibrėžimo sričiai, tada palyginkite pradinę lygtį su algebriškai gauta lygtimi kandidatams rasti. Perskaitykite, kodėl galutinė sprendinių aibė yra pilna.

Pasirinkite pradinę lygtį
Pasirinkta x kandidato reikšmė

Pradinė lygtis: −1/(x − 1) + 6/(x + 1) = 1

Pradinės lygties apibrėžimo sritis realiųjų skaičių aibėje: x ∈ ℝ; x ≠ −1; x ≠ 1

Visi pradinės lygties vardikliai, įskaitant vėliau suprastinamus daugiklius, turi būti nelygūs nuliui. Aritmetinės kvadratinės šaknies pošaknis turi būti neneigiamas; jei vardiklis yra kvadratinė šaknis, jos pošaknis turi būti griežtai teigiamas.

Du pradiniai vardikliai yra x − 1 ir x + 1. Abu apribojimai lieka galioti ir pašalinus vardiklius.

Pirmiausia patikrinkite pradinės lygties apibrėžimo sritį: x = 2

  • x − 1 ≠ 0; 1 ≠ 0: Leidžiama.
  • x + 1 ≠ 0; 3 ≠ 0: Leidžiama.
  • Pradinis vardiklis: x − 1 → 1; Nelygus nuliui: Taip.
  • Pradinis vardiklis: x + 1 → 3; Nelygus nuliui: Taip.

Daugiklis pradiniams vardikliams panaikinti: (x − 1)(x + 1).

Algebrinė sprendinių kandidatų lygtis: (x − 2)(x − 3) = 0

−(x + 1) + 6(x − 1) = (x − 1)(x + 1) ⇔ x² − 5x + 6 = 0

Daugyba iš mažiausio bendrojo vardiklio išsaugo lygties lygiavertiškumą tik pradinėje apibrėžimo srityje, kurioje šis daugiklis nelygus nuliui. Naujoji lygtis gali būti apibrėžta ir toms reikšmėms, kurios nepriklauso pradinės lygties apibrėžimo sričiai.

Pradinėje apibrėžimo srityje padauginkite kiekvieną narį iš (x − 1)(x + 1). Pertvarkius ir išskaidžius daugikliais, gaunami tik du galimi sprendinių kandidatai: 2 ir 3.

Visa algebrinių sprendinių kandidatų aibė: x = 2; x = 3.

Visa realiųjų sprendinių aibė: Baigtinė sprendinių aibė · x = 2; x = 3

Dauginamaisiais išskaidyta lygtis neturi kitų galimų sprendinių, išskyrus 2 ir 3. Abu priklauso pradinei apibrėžimo sričiai ir, įstatyti į pradinę lygtį, ją tenkina, todėl šios dvi reikšmės sudaro visą sprendinių aibę.

Tikslus patikrinimas pradinėje lygtyje

Pradinė lygtis: −1/(x − 1) + 6/(x + 1) = 1. Pasirinkta x kandidato reikšmė: x = 2. Pradinės lygties apibrėžimo sritis realiųjų skaičių aibėje: x ∈ ℝ; x ≠ −1; x ≠ 1. 1 = 1. Ši galima sprendinio reikšmė tenkina pradinę lygtį. Visa realiųjų sprendinių aibė: Baigtinė sprendinių aibė; x = 2; x = 3.

Algebrinė sprendinių kandidatų lygtis: 0 = 0; Algebrinė galimų sprendinių lygtis tenkinama.

Pradinėje lygtyje patikrinkite kiekvieną baigtinės algebrinių kandidatų aibės reikšmę.: −1/(x − 1) + 6/(x + 1) = 1
Galimas sprendinys xPradinės lygties apibrėžimo sritis realiųjų skaičių aibėjeTiksli pradinės lygties kairiosios pusės reikšmėTiksli pradinės lygties dešiniosios pusės reikšmėPradinės lygties patikros išvada
2Leidžiama11Ši galima sprendinio reikšmė tenkina pradinę lygtį
3Leidžiama11Ši galima sprendinio reikšmė tenkina pradinę lygtį
Patikrinti aštuonias nurodytas tikslias bandomąsias reikšmes: −1/(x − 1) + 6/(x + 1) = 1
Galimas sprendinys xPradinės lygties apibrėžimo sritis realiųjų skaičių aibėjeTiksli pradinės lygties kairiosios pusės reikšmėTiksli pradinės lygties dešiniosios pusės reikšmėPradinės lygties patikros išvada
−3Leidžiama−11/41Šis galimas sprendinys netenkina pradinės lygties
−2Leidžiama−17/31Šis galimas sprendinys netenkina pradinės lygties
−1Nepriklauso pradinės lygties apibrėžimo sričiaiNeapibrėžta pradinėje lygtyje1Nepriklauso pradinės lygties apibrėžimo sričiai
0Leidžiama71Šis galimas sprendinys netenkina pradinės lygties
1Nepriklauso pradinės lygties apibrėžimo sričiaiNeapibrėžta pradinėje lygtyje1Nepriklauso pradinės lygties apibrėžimo sričiai
2Leidžiama11Ši galima sprendinio reikšmė tenkina pradinę lygtį
3Leidžiama11Ši galima sprendinio reikšmė tenkina pradinę lygtį
4Leidžiama13/151Šis galimas sprendinys netenkina pradinės lygties

Trupmenos išlieka suprastintos, o kiekvienai kvadratinei šakniai naudojama jos pagrindinė neneigiama reikšmė. Radikalų koeficientai ir pošakniniai reiškiniai lyginami tiksliai; lygybė nenustatoma pagal dešimtaines apytiksles reikšmes. Neapibrėžtoms reikšmėms lygybės tikrinimo rezultatas nenustatomas.

Aštuonių pavyzdžių patikra neįrodo išsamumo. Algebriniu išvedimu nustatomi visi galimi sprendinių kandidatai, o pagal pradinės apibrėžimo srities ir ženklų sąlygas nustatoma, kurie iš jų yra sprendiniai. Tapatybės atveju visoje pradinėje apibrėžimo srityje taikomas grįžtamuoju prastinimu grindžiamas argumentas.

11

Nuo pradinės lygties iki galutinės aibės – viena nuosekli grandinė

Patikimame sprendime užrašoma pradinė apibrėžimo sritis, prireikus skaidoma dauginamaisiais, vardikliai pašalinami tik šioje srityje, atskiriama kvadratinė šaknis, keliant kvadratu išlaikomos ženklo sąlygos, gauta lygtis išsprendžiama iki galo ir kiekvienas kandidatas patikrinamas pradinėje lygtyje. Išskaidymas dauginamaisiais yra tapatybė; dalyti iš dauginamojo su kintamuoju galima tik tada, kai tas dauginamasis nelygus nuliui. Išskaidžius daugianarį dauginamaisiais ir pritaikius sandaugos lygybės nuliui taisyklę, galima išsaugoti nulinį kandidatą, kuris dalijant būtų prarastas.

Čia pateiktos trupmeninės lygtys ir lygtys su kvadratinėmis šaknimis suvedamos į ankstesnėse pamokose nagrinėtas tiesines arba kvadratines lygtis. Realiųjų sprendinių nebuvimas reiškia, kad jų nėra pasirinktoje realiojoje apibrėžimo srityje. Kompleksiniai skaičiai, aukštesnio laipsnio lygčių sprendimo metodai ir funkcijų ypatybės, tokios kaip asimptotės, nagrinėjami vėlesnėse pamokose; jų nereikia šioms sprendinių aibėms nustatyti. Toliau bus išsamiau nagrinėjamas modeliavimas lygtimis, taikant tuos pačius apibrėžimo srities nustatymo ir sprendinių tikrinimo įpročius.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Pašalinkite abu vardiklius ir patikrinkite dvi šaknis

Išspręskite 3/(x − 1) + 2/(x + 1) = 2 realiųjų skaičių aibėje.

  1. Užrašykite abu pradinius apribojimus: x ≠ 1 ir x ≠ −1. Mažiausias bendrasis vardiklis yra (x − 1)(x + 1) ir šioje apibrėžimo srityje jis nelygus nuliui.
  2. Padauginkite visą lygtį iš mažiausio bendrojo vardiklio: 3(x + 1) + 2(x − 1) = 2(x² − 1).
  3. Sutraukite panašiuosius narius: 5x + 1 = 2x² − 2, taigi 2x² − 5x − 3 = 0. Išskaidykite dauginamaisiais: (2x + 1)(x − 3) = 0.
  4. Kandidatai į sprendinius yra −1/2 ir 3; nė vieno iš jų apribojimai neatmeta. Kai x = −1/2, pradinės lygties kairiosios pusės reikšmė yra 3/(−3/2) + 2/(1/2) = −2 + 4 = 2. Kai x = 3, ji yra 3/2 + 2/4 = 2.
  5. Vardiklių pašalinimas apibrėžimo srityje buvo grįžtamasis pertvarkymas, o sandaugos lygybės nuliui taisyklė leido rasti visas daugianario šaknis. Abu kandidatai tenkina pradinę lygtį, taigi tai yra visi realieji sprendiniai.

Visa realiųjų sprendinių aibė yra {−1/2, 3}, o pradiniai apribojimai yra x ≠ −1 ir x ≠ 1.

Dvinarį pakelti kvadratu ir išlaikyti tikslią šaknies išraišką

Išspręskite √(2x + 9) + 2 = x realiųjų skaičių aibėje.

  1. Kad pradinės lygties šaknis būtų apibrėžta, turi būti 2x + 9 ≥ 0, todėl x ≥ −9/2. Išskirkite šaknį: √(2x + 9) = x − 2. Kad galiotų lygybė, papildomai turi būti x ≥ 2.
  2. Pakelkite kvadratu visą dešiniąją pusę: 2x + 9 = (x − 2)² = x² − 4x + 4. Taigi x² − 6x − 5 = 0.
  3. Išskirkite pilnąjį kvadratą: (x − 3)² = 14. Pakėlus lygtį kvadratu, galimi sprendiniai yra 3 − √14 ir 3 + √14. Kadangi √14 > 3, tik sprendinys su pliuso ženklu tenkina x ≥ 2.
  4. Norėdami patikrinti pradinę lygtį, pažymėkite r = √14. Kai x = 3 + r, pošaknio reiškinys yra 15 + 2r = (1 + r)². Kadangi 1 + r yra teigiamas, pradinės lygties kairioji pusė yra 1 + r + 2 = 3 + r, ir tai lygu x.
  5. Kai x = 3 − r, pošaknio reiškinys yra 15 − 2r = (r − 1)². Kadangi r > 3, pradinės lygties kairioji pusė yra r − 1 + 2 = r + 1, o dešinioji – 3 − r. Jos skiriasi. Šis galimas sprendinys priklauso pradinės lygties apibrėžimo sričiai, tačiau pakėlus kvadratu yra pašalinis.

Vienintelis realusis sprendinys yra x = 3 + √14. Reikšmė 3 − √14 tenkina kvadratu pakeltą lygtį, bet netenkina pradinės.

Derinti griežtą šaknies apibrėžimo sąlygą su ženklo apribojimu

Išspręskite 1/√(x + 1) = 1/(x − 1) realiųjų skaičių aibėje.

  1. Kad kvadratinė šaknis vardiklyje būtų apibrėžta ir nelygi nuliui, turi būti x + 1 > 0, o dėl kito vardiklio turi būti x ≠ 1. Taigi pradinės lygties apibrėžimo sritis yra x > −1, kai x ≠ 1.
  2. Padauginkite abi puses iš nelygaus nuliui reiškinio √(x + 1)(x − 1) ir gausite x − 1 = √(x + 1). Kadangi dešinioji pusė neneigiama, turi būti x − 1 ≥ 0; kartu su sąlyga x ≠ 1 tai reiškia, kad sprendinys turi tenkinti x > 1.
  3. Pakelkite kvadratu: (x − 1)² = x + 1. Išskleiskite skliaustus ir sutraukite panašiuosius narius, kad gautumėte x² − 3x = 0, arba x(x − 3) = 0. Polinomo šaknys yra 0 ir 3; skaidant dauginamaisiais ir nedalijant iš x, išsaugomos abi šaknys.
  4. Kai x = 0, visi pradiniai reiškiniai yra apibrėžti, tačiau pradinės lygties pusių reikšmės yra 1/√1 = 1 ir 1/(−1) = −1, todėl ši reikšmė lygties netenkina. Kai x = 3, pradinės lygties pusių reikšmės yra 1/√4 = 1/2 ir 1/2, todėl ši reikšmė lygtį tenkina.
  5. Ekvivalentus vardiklių pašalinimas ir kėlimas kvadratu taikant ženklų apribojimus palieka tik x = 3. Iš dauginamaisiais išskaidyto polinomo negali atsirasti jokia kita šaknis.

Visa pradinės lygties realiųjų sprendinių aibė yra {3}. Potencialus sprendinys 0 priklauso apibrėžimo sričiai, tačiau pradinės lygybės netenkina.

Pabandykite patys

  1. Nurodykite pradinę (x + 2)/(x² − 4) + 1/(x + 2) = 0 apibrėžimo sritį. Ar sutrumpinus pirmąją trupmeną iš x + 2, reikšmė x = −2 tampa leistina?

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Pradinė apibrėžimo sritis yra visi realieji x, išskyrus −2 ir 2. Sutrumpinus trupmeną, reikšmė −2 netampa leistina.

    Pirmasis vardiklis išskaidomas dauginamaisiais taip: (x − 2)(x + 2), todėl abi reikšmės nepriklauso apibrėžimo sričiai; antrasis taip pat neleidžia reikšmės −2. Pirmąją trupmeną galima užrašyti 1/(x − 2) tik pradinėje apibrėžimo srityje. Kai x = −2, abu pradiniai vardikliai lygūs nuliui.

  2. Išspręskite 2/(x − 1) − 3/(x + 1) = 1 ir patikrinkite kiekvieną potencialų sprendinį pradinėje lygtyje.

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Visa realiųjų sprendinių aibė yra {−3, 2}; reikšmės x = −1 ir x = 1 nepriklauso apibrėžimo sričiai.

    Naudojant mažiausią bendrą vardiklį (x − 1)(x + 1), gaunama 2(x + 1) − 3(x − 1) = x² − 1, taigi x² + x − 6 = (x + 3)(x − 2) = 0. Abi šaknys priklauso apibrėžimo sričiai. Kai x = −3, pradinės lygties kairės pusės reikšmė yra −1/2 + 3/2 = 1; kai x = 2, ji yra 2 − 1 = 1. Grįžtamas vardiklių pašalinimas ir visiškas išskaidymas dauginamaisiais patvirtina, kad kitų sprendinių nėra.

  3. Išspręskite (x² − 25)/(x − 5) = 10. Paaiškinkite, kodėl sprendžiant vien supaprastintą lygtį būtų gautas klaidingas galutinis atsakymas.

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Realiųjų sprendinių nėra; vienintelis supaprastintos lygties potencialus sprendinys yra apibrėžimo sričiai nepriklausanti reikšmė 5.

    Užrašykite x ≠ 5. Šioje apibrėžimo srityje suprastinkite bendrąjį daugiklį x − 5 ir gaukite x + 5 = 10. Vienintelis galimas šios lygties sprendinys yra 5. Įstačius šią reikšmę į pradinę lygtį, gaunama 0/0, taigi reiškinys neapibrėžtas. Suprastinta lygtis lygiavertė pradinei tik kai x ≠ 5.

  4. Raskite visą lygties (x² − 4)/(x − 2) = x + 2 sprendinių aibę. Ar patikrinę tik x = 0 ir x = 3 pagrįstumėte savo atsakymą?

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Lygtį tenkina visi realieji x, išskyrus 2. Vien dviejų patikrinimų nepakanka visai sprendinių aibei nustatyti.

    Užrašykite x ≠ 2, tada išskaidykite skaitiklį dauginamaisiais: (x − 2)(x + 2). Suprastinus bendrąjį daugiklį, kuris apibrėžimo srityje nelygus nuliui, įrodoma tapatybė x + 2 = x + 2 kiekvienam leistinam x. Kai x = 2, pradinė trupmena neapibrėžta. Sprendinių aibės išsamumą pagrindžia išskaidymo dauginamaisiais tapatybė, o ne baigtinis sėkmingų patikrinimų sąrašas.

  5. Išspręskite √(x + 6) = x. Kuris pakėlus kvadratu gautas galimas sprendinys priklauso pradinės lygties apibrėžimo sričiai, bet jos netenkina?

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Vienintelis sprendinys yra 3. Pakėlus kvadratu gautas galimas sprendinys −2 priklauso apibrėžimo sričiai, bet lygybės netenkina.

    Pradinės lygties apibrėžimo sritis yra x ≥ −6, o lygybei galioti būtina x ≥ 0. Pakėlus kvadratu gaunama x² − x − 6 = (x − 3)(x + 2) = 0, o galimi sprendiniai yra 3 ir −2. Tikrinant pradinėje lygtyje, kai x = 3, gaunama √9 = 3, tačiau kai x = −2, gaunama √4 = 2, o ne −2. Dėl ženklo apribojimo ir išsamaus išskaidymo dauginamaisiais lieka tik 3.

  6. Išspręskite √(2x + 3) + 1 = x, atsakymus pateikdami tikslia forma ir keldami kvadratu nepraleiskite vidurinio nario.

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Vienintelis realusis sprendinys yra 2 + √6.

    Pradinės lygties apibrėžimo sritis yra x ≥ −3/2. Išskirkite šaknį: √(2x + 3) = x − 1; tuomet būtina x ≥ 1. Pakėlę kvadratu gaukite 2x + 3 = x² − 2x + 1, taigi (x − 2)² = 6. Pažymėkite r = √6 > 2: galimi sprendiniai yra 2 ± r. Kai x = 2 + r, pošaknis yra (1 + r)², o pradinės lygties kairioji pusė lygi 2 + r, todėl ši reikšmė lygtį tenkina. Kai x = 2 − r, pošaknis yra (r − 1)², o pradinės lygties kairioji pusė lygi r ir nelygi 2 − r; ši reikšmė lygties netenkina.

  7. Išspręskite 1/√(x − 2) = 1/3. Kodėl x = 2 turi būti atmestas, nors pošaknis yra neneigiamas?

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Pradinės lygties apibrėžimo sritis yra x > 2, o vienintelis sprendinys yra 11. Kai x = 2, vardiklis lygus nuliui.

    Kad kvadratinė šaknis vardiklyje būtų reali ir nelygi nuliui, būtina x − 2 > 0. Šioje apibrėžimo srityje padauginę iš 3√(x − 2) gauname √(x − 2) = 3. Pakėlę kvadratu gauname x − 2 = 9, taigi x = 11. Patikrinimas pradinėje lygtyje: 1/√9 = 1/3. Kai x = 2, šaknis būtų reali, bet netiktų būti vardikliu.

Ką verta įsidėmėti

  • Prieš prastindami užrašykite visų pradinių vardiklių ir pošaknių reiškinių nulemtus apribojimus ir viso sprendimo metu neatkurkite atmestų argumento reikšmių.
  • Prastinkite tik ištisus nenulinius daugiklius, o ne sumos narius; trupmena lygi nuliui tik tada, kai jos skaitiklis lygus nuliui, o vardiklis nelygus nuliui.
  • Visos lygties dauginimas iš mažiausio bendro vardiklio yra grįžtamas tik pradinėje apibrėžimo srityje, kurioje šis vardiklis nelygus nuliui.
  • Aritmetinė kvadratinė šaknis yra neneigiama. Lygčiai √F = G būtina F ≥ 0 ir G ≥ 0; jei kvadratinė šaknis sudaro visą vardiklį, būtina F > 0.
  • Prieš keldami kvadratu atskirkite šaknį vienoje lygties pusėje, visą kitos pusės reiškinį kelkite kvadratu įtraukdami dvigubą sandaugą, o pakėlus kvadratu gautus nepatikrintus sprendinius laikykite kandidatais.
  • Kiekvieną kandidatą patikrinkite pradinėje lygtyje, tada atsižvelkite į kontekstą ir matavimo vienetus. Sprendinių aibės pilnumą pagrįskite algebra; vien baigtinio skaičiaus patikrinimų tam nepakanka.
  • Nurodykite visą sprendinių aibę: ar joje yra baigtinis skaičius reikšmių, ar ji tuščia, ar apima visas realiąsias argumento reikšmes leistinoje apibrėžimo srityje.

Šaltiniai

Šio straipsnio sąvokų ir mokymo būdų šaltiniai.

  1. Lynn Marecek, MaryAnne Anthony-Smith and Andrea Honeycutt Mathis · OpenStax, Rice University2 šaltiniai
    1. Elementary Algebra 2e · 8.6 Solve Rational EquationsLynn Marecek, MaryAnne Anthony-Smith and Andrea Honeycutt Mathis · OpenStax, Rice UniversityVadovėlio skyriusopenstax.orgSkaityti šaltinį
    2. OpenStax Elementary Algebra 2e · 8.6 Racionaliųjų lygčių sprendimas ir 9.6 Lygčių su kvadratinėmis šaknimis sprendimasLynn Marecek, MaryAnne Anthony-Smith and Andrea Honeycutt Mathis · OpenStax, Rice UniversityVadovėlio skyriusopenstax.orgSkaityti šaltinį