Хотя пугающий вид символа квадратного корня и может заставить съежиться человека, не сильного в математике, задачи с квадратным корнем не такие уж и трудные, как это может вначале показаться. Простые задачи с квадратным корнем довольно часто можно решить так же легко, как обычные задачи с умножением или делением. С другой стороны, более сложные задачи могут потребовать некоторых усилий, но с правильным подходом даже они не составят вам труда. Начните решать задачи с корнем уже сегодня, чтобы научиться этому радикально новому математическому умению!

Шаги

Часть 1

Понимание квадратов чисел и квадратных корней

  1. Возведите число в квадрат, умножив его само на себя. Для того чтобы понять квадратные корни, лучше начать с квадратов чисел. Квадраты чисел довольно просты: возведение числа в квадрат означает умножение его само на себя. Например, 3 в квадрате это то же самое, что и 3 × 3 = 9, а 9 в квадрате это то же самое, что и 9 × 9 = 81. Квадраты помечаются написанием небольшой цифры «2» справа над возводящим в квадрат числом. Пример: 3 2 , 9 2 , 100 2 и так далее.

    • Попробуйте сами возвести в квадрат еще несколько чисел, чтобы опробовать эту концепцию. Помните, возведение числа в квадрат означает, что это число следует умножить само на себя. Это можно сделать даже для отрицательных чисел. В таком случае результат всегда будет положительным. Например: -8 2 = -8 × -8 = 64 .

  2. Когда речь идет о квадратных корнях, то здесь идет обратный процесс возведению в квадрат. Символ корня (√, его также называют радикалом) по существу означает противоположность символа 2 . Когда вы видите радикал, вы должны спросить себя: «Какое число может умножиться само на себя, чтобы получилось число под корнем?». Например, если вы видите √(9), тогда вы должны найти число, которое при возведении в квадрат давало бы число девять. В нашем случае этим числом будет три, потому что 3 2 = 9.

    • Рассмотрим еще один пример и найдем корень из 25 (√(25)). Это означает, что нам необходимо найти число, которое бы в квадрате давало нам 25. Так как 5 2 = 5 × 5 = 25, можно сказать, что √(25) = 5.
    • Вы также может думать об этом, как об «аннулировании» возведения в квадрат. Например, если нам необходимо найти √(64), квадратный корень 64, то давайте думать об этом числе, как о 8 2 . Так как символ корня «отменяет» возведение в квадрат, то мы можем сказать, что √(64) = √(8 2) = 8.

  3. Знайте разницу между идеальным и не идеальным возведением в квадрат. До этих пор ответами на наши задачи с корнем были хорошие и круглые числа, но это не всегда так. Ответами задач с квадратным корнем могут быть очень длинные и неудобные числа с десятичной дробью. Числа, корень которых представляет собой целые числа (другими словами, числа которые не являются дробью) называются полными квадратами. Все вышеупомянутые примеры (9, 25 и 64) являются полными квадратами, потому что их корнем будет целое число (3,5 и 8).

    • С другой стороны, числа, которые при возведении под корень не дают целого числа, называются неполными квадратами. Если поставить одно из этих чисел под корень, то вы получите число с десятичной дробью. Иногда такое число может оказаться весьма длинным. Например, √(13) = 3,605551275464...

  4. Запомните первые 1-12 полных квадратов. Как вы, вероятно, уже заметили, найти корень полного квадрата довольно легко! Из-за того, что эти задачи такие простые, стоит запомнить корни первой дюжины полных квадратов. Вы не раз столкнетесь с этими числами, так что потратьте немного времени, чтобы запомнить их пораньше и сэкономить время в будущем.

    • 1 2 = 1 × 1 = 1
    • 2 2 = 2 × 2 = 4
    • 3 2 = 3 × 3 = 9
    • 4 2 = 4 × 4 = 16
    • 5 2 = 5 × 5 = 25
    • 6 2 = 6 × 6 = 36
    • 7 2 = 7 × 7 = 49
    • 8 2 = 8 × 8 = 64
    • 9 2 = 9 × 9 = 81
    • 10 2 = 10 × 10 = 100
    • 11 2 = 11 × 11 = 121
    • 12 2 = 12 × 12 = 144

  5. Упростите корни, убрав из него полные квадраты, если это возможно. Найти корень неполного квадрата иногда может оказаться нелегко, особенно если вы не используете калькулятор (в разделе ниже вы найдете несколько трюков, как сделать этот процесс легче). Однако зачастую можно упростить число под корнем, чтобы с ним было легче работать. Чтобы сделать это, вам просто необходимо разделить число под корнем на множители, а затем найти корень множителя, который является полным квадратом, и записать его снаружи корня. Это проще, чем кажется. Читайте далее, чтобы получить больше информации.

    • Давайте предположим, что нам необходимо найти квадратный корень 900. На первый взгляд это кажется довольно тяжелой задачей! Однако это не будет так тяжело, если мы разделим число 900 на множители. Множители – это числа, которые умножаются друг на друга для того, чтобы дать новое число. Например, число 6 можно получить, умножив 1 × 6 и 2 × 3, его множителями будут числа 1, 2, 3 и 6.
    • Вместо того чтобы искать корень числа 900, что немного затруднительно, давайте запишем 900, как умножение 9 × 100. Теперь, когда число 9, которое является полным квадратом, отделено от 100, мы можем найти его корень. √(9 × 100) = √(9) × √(100) = 3 × √(100). Другими словами, √(900) = 3√(100).
    • Мы даже можем пойти еще дальше, разделив 100 на два множителя, 25 и 4. √(100) = √(25 × 4) = √(25) × √(4) = 5 × 2 = 10. Поэтому мы можем сказать, что √(900) = 3(10) = 30

  6. Используйте мнимые числа, чтобы найти корень отрицательного числа. Спросите себя, какое число при умножении само на себя даст -16? Это не 4 и не -4, так как возведение этих чисел в квадрат даст нам положительное число 16. Сдались? На самом деле не существует способа записать корень -16 или любого другого отрицательного числа обычными числами. В таком случае мы должны подставить мнимые числа (обычно в форме букв или символов), чтобы они оказались вместо корня отрицательного числа. Например, переменная «i» обычно используется для возведения под корень числа -1. Как правило, корнем отрицательного числа всегда будет мнимое число (или включенное в него).

    • Знайте, что хотя мнимые числа и не могут быть представлены обычными цифрами, к ним все равно можно относиться, как к таковым. Например, квадратный корень отрицательного числа можно возвести в квадрат, чтобы придать этим отрицательным числам, как и любым другим, квадратный корень. Например, i 2 = -1

    Часть 2

    Использование алгоритма деления столбиком

    1. Запишите задачу с корнем, как задачу деления столбиком. Хотя это может отнять довольно много времени, таким образом, вы сможете решить задачу с корнем неполных квадратов, не прибегая к помощи калькулятора. Для этого мы воспользуемся методом решения (или алгоритмом), который похож (но не точно такой же) на обычное деление столбиком.

      • Для начала запишите задачу с корнем в такую же форму, что и при делении столбиком. Предположим, что мы хотим найти квадратный корень числа 6,45, которое точно не является полным квадратом. Сперва мы напишем обычный символ квадрата, а затем под ним мы напишем число. Далее над числом мы нарисуем линию, чтобы оно оказалось в небольшой «коробочке», так же как и при делении столбиком. После этого у нас получится корень с длинным хвостом и числом 6,45 под ним.
      • Над корнем мы будем писать числа, так что обязательно оставьте там место.

    2. Сгруппируйте цифры по парам. Для того чтобы начать решать задачу, необходимо сгруппировать цифры числа под радикалом по парам, начав с точки в десятичной дроби. Если хотите, можете делать небольшие отметки (вроде точек, косой линии, запятых и прочего) между парами, чтобы не запутаться.

      • В нашем примере, мы должны разделить на пары число 6,45 следующим образом: 6-,45-00. Обратите внимание, что слева присутствует «оставшаяся» цифра – это нормально.

    3. Найдите наибольшее число, квадрат которого меньше или равен первой «группе». Начните с первого числа или пары слева. Выберите наибольшее число, квадрат которого меньше или равен оставшейся «группе». Например, если бы группа была равна 37, вы бы выбрали число 6, потому что 6 2 = 36 < 37, а 7 2 = 49 > 37. Запишите это число над первой группой. Это будет первой цифрой вашего ответа.

      • В нашем примере, первой группой в 6-,45-00 будет цифра 6. Наибольшее число, которое в квадрате будет меньше или равно 6 это 2 2 = 4. Напишите цифру 2 над цифрой 6, которая стоит под корнем.

    4. Удвойте только что написанное число, затем опустите его под корень и отнимите. Возьмите первую цифру вашего ответа (число, которое вы только что нашли) и удвойте ее. Запишите результат под первой своей группой и отнимите, чтобы найти разницу. Опустите следующую пару чисел рядом с ответом. И наконец, напишите слева последнюю цифру удвоения первой цифры своего ответа, а рядом оставьте пробел.

      • В нашем примере, мы начнем с удвоения цифры 2, которая является первой цифрой нашего ответа. 2 × 2 = 4. Затем мы отнимем 4 от 6 (нашей первой «группы»), получив при этом 2. Далее мы опустим следующую группу (45), чтобы получить 245. И наконец, слева мы еще раз напишем цифру 4, оставив в конце небольшой пробел, вот так: 4_

    5. Заполните пробел. Затем вы должны прибавить цифру к правой части записанного числа, которое находится слева. Выберите цифру, перемножив которую с вашим новым числом, вы получили бы максимально большой результат, но который бы был меньше или равен «опущенному «числу». Например, если ваше «опущенное» число равно 1700, а ваше число слева это 40_, в пробел необходимо написать цифру 4, так как 404 × 4 = 1616 < 1700, в то время как 405 × 5 = 2025. Найденная в этом шаге цифра и будет второй цифрой вашего ответа, так вы можете записать ее над знаком корня.

      • В нашем примере, мы должны найти число и записать его в пробелы 4_ × _, что сделает ответ как можно большим, но все же меньшим или равным 245. В нашем случае это цифра 5. 45 × 5 = 225, в то время как 46 × 6 = 276

    6. Продолжайте использовать «пустые» числа, чтобы найти ответ. Продолжайте решать это измененное деление столбиком, пока не начнете получать нули при вычитании «опущенного» числа или пока не получите желаемый уровень точности ответа. Когда вы закончите, числа, которые вы использовали, чтобы заполнить пробелы в каждом шаге (плюс самое первое число) будут составлять число вашего ответа.

      • Продолжая наш пример, мы отнимем 225 от 245, чтобы получить 20. Затем, мы опустим следующую пару чисел, 00, чтобы получить 2000. Удвоим число над знаком корня. Мы получим 25 × 2 = 50. Решив пример с пробелами, 50_ × _ =/< 2,000, мы получим 3. На этом этапе над радикалом у нас будет написано 253, а повторив этот процесс снова, следующим нашим числом будет цифра 9.

    7. Передвиньте точку десятичной дроби вперед от изначального «делимого» числа. Чтобы завершить свой ответ, вы должны поставить точку десятичной дроби в правильное место. К счастью, сделать это довольно легко. Все, что вам необходимо сделать, это выровнять ее относительно точки изначального числа. Например, если под корнем будет стоять число 49,8, вы должны будете поставить точку между двумя цифрами над девяткой и восьмеркой.

      • В нашем примере под радикалом стоит число 6,45, так что мы просто переместим точку и поставим ее между цифрами 2 и 5 в нашем ответе, получив при этом ответ равный 2,539.

    Часть 3

    Быстрый подсчет неполных квадратов

    1. Найдите неполные квадраты, подсчитав их. Когда вы запомните полные квадраты, поиск корня неполных квадратов станет намного проще. Так как вы уже знаете дюжину полных квадратов, любое число, которое попадает в область между этими двумя полными квадратами можно найти, сведя все к приблизительному подсчету между этих значений. Начните с поиска двух полных квадратов, между которыми находится ваше число. Затем определите, к которому из этих чисел ваше число находится ближе.

      • Например, предположим, что нам необходимо найти квадратный корень числа 40. Так как мы запомнили полные квадраты, мы можем сказать, что число 40 находится между 6 2 и 7 2 или числам 36 и 49. Так как 40 больше 6 2 , его корень будет больше 6, а так как оно меньше 7 2 , его корень также будет и меньше 7. 40 немного ближе к 36, чем к 49, так что ответ, скорее всего, будет немного ближе к 6. В следующих нескольких шагах мы сузим наш ответ.
        • Следующее, что вы должны сделать, это возвести приблизительное число в квадрат. Вам, скорее всего, не повезет и вы не получите изначальное число. Оно будет или немного большим, или немного меньшим. Если ваш результат слишком большой, тогда попробуйте снова, но с немного меньшим приблизительным числом (и наоборот, если результат слишком низкий).
        • Умножьте 6,4 само на себя, и вы получите 6,4 × 6,4 = 40,96, что немного больше за изначальное число.
        • Так как наш ответ оказался больше, мы должны умножит число на одну десятую меньше за приблизительное и получить следующее: 6,3 × 6,3 = 39,69. Это немного меньше за изначальное число. Это значит, что квадратный корень 40 находится между 6,3 и 6,4. И снова, так как 39,69 ближе к 40, чем 40,96, мы знаем, что квадратный корень будет ближе к 6,3, чем к 6,4.

    2. Продолжайте расчет. На этом этапе, если вы довольны своим ответом, вы можете просто взять первое угаданное приблизительное значение. Однако если вы хотите получить более точный ответ, все что вам необходимо сделать, это выбрать приблизительное значение с двумя знаками десятичной дроби, которое ставит это приблизительное значение между первыми двумя числами. Продолжив этот подсчет, вы сможете получить для своего ответа три, четыре и больше знаков после запятой. Все зависит от того, насколько далеко вы захотите зайти.

      • В нашем примере давайте выберем 6,33 в качестве приблизительного значения с двумя знаками после запятой. Умножьте 6,33 само на себя, чтобы получить 6,33 × 6,33 = 40,0689. так как это немного больше нашего числа, мы возьмем число поменьше, например, 6,32. 6,32 × 6,32 = 39.9424. Этот ответ немного меньше нашего числа, так что мы знаем, что точный квадратный корень находится между 6,32 и 6,33. Если бы мы захотели продолжить, мы бы продолжали использовать тот же подход, чтобы получить ответ, который становился бы все точнее и точнее.
    • Для быстрого поиска решения, воспользуйтесь калькулятором. Большинство современных калькуляторов могут мгновенно найти квадратный корень числа. Все что вам необходимо сделать, это ввести свое число, а затем нажать на кнопку со знаком корня. Например, для того чтобы найти корень 841, вы должны будет нажать 8, 4, 1 и (√). В результате чего вы получите ответ 39.

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Куединская средняя общеобразовательная школа №2»

Способы решения иррациональных уравнений

Выполнила: Егорова Ольга,

Руководитель:

Учитель

математики,

высшей квалификационной

Введение ....……………………………………………………………………………………… 3

Раздел 1. Методы решения иррациональных уравнений …………………………………6

1.1 Решение иррациональных уравнений части С……….….….……………………21

Раздел 2.Индивидуальные задания …………………………………………….....………...24

Ответы ………………………………………………………………………………………….25

Список Литературы …….…………………………………………………………………….26

Введение

Математическое образование, получаемое в общеобразовательной школе, является важнейшим компонентом общего образования и общей культуры современного человека. Практически все, что окружает современного человека – это все так или иначе связано с математикой. А последние достижения в физике, технике и информационных технологиях не оставляют никакого сомнения, что и в будущем положение вещей останется прежним. Поэтому решение многих практических задач сводится к решению различных видов уравнений, которые необходимо научиться решать. Одним из этих видов являются иррациональные уравнения.

Иррациональные уравнения

Уравнение, содержащее неизвестное (либо рациональное алгебраическое выражение от неизвестного) под знаком радикала, называют иррациональным уравнением . В элементарной математике решения иррациональных уравнений отыскивается в множестве действительных чисел.

Всякое иррациональное уравнение с помощью элементарных алгебраических операций (умножение, деление, возведение в целую степень обеих частей уравнения) может быть сведено к рациональному алгебраическому уравнению. При этом следует иметь в виду, что полученное рациональное алгебраическое уравнение может оказаться неэквивалентным исходному иррациональному уравнению, а именно может содержать "лишние" корни, которые не будут корнями исходного иррационального уравнения. Поэтому, найдя корни полученного рационального алгебраического уравнения, необходимо проверить, а будут ли все корни рационального уравнения корнями иррационального уравнения.

В общем случае трудно указать какой-либо универсальный метод решения любого иррационального уравнения, так как желательно, чтобы в результате преобразований исходного иррационального уравнения получилось не просто какое-то рациональное алгебраическое уравнение, среди корней которого будут и корни данного иррационального уравнения, а рациональное алгебраическое уравнение образованное из многочленов как можно меньшей степени. Желание получить то рациональное алгебраическое уравнение, образованное из многочленов как можно меньшей степени, вполне естественно, так как нахождение всех корней рационального алгебраического уравнения само по себе может оказаться довольно трудной задачей, решить которую полностью мы можем лишь в весьма ограниченном числе случаев.

Виды иррациональных уравнений

Решение иррациональных уравнений четной степени всегда вызывает больше проблем, чем решение иррациональных уравнений нечетной степени. При решении иррациональных уравнений нечетной степени изменение ОДЗ не происходит. Поэтому ниже будут рассматриваться иррациональные уравнения, степень которых является четной. Существует два вида иррациональных уравнений:

2..

Рассмотрим первый из них.

ОДЗ уравнения: f(x) ≥ 0. В ОДЗ левая часть уравнения всегда неотрицательна – поэтому решение может существовать только тогда, когда g(x) ≥ 0. В этом случае обе части уравнения неотрицательны, и возведение в степень 2 n дает равносильное уравнение. Мы получаем, что

Обратим внимание на то, что при этомОДЗ выполняется автоматически, и его можно не писать, а условие g(x) ≥ 0 необходимо проверять.

Примечание: Это очень важное условие равносильности. Во-первых, оно освобождает учащегося от необходимости исследовать, а после нахождения решений проверять условие f(x) ≥ 0 – неотрицательности подкоренного выражения. Во-вторых, акцентирует внимание на проверке условия g(x) ≥ 0 – неотрицательности правой части. Ведь после возведения в квадрат решается уравнение т. е. решаются сразу два уравнения (но на разных промежутках числовой оси!):

1. - там, где g(x) ≥ 0 и

2. - там, где g(x) ≤ 0.

Между тем многие, по школьной привычке находить ОДЗ, поступают при решении таких уравнений ровно наоборот:

а) проверяют, после нахождения решений, условие f(x) ≥ 0 (которое автоматически выполнено), делают при этом арифметические ошибки и получают неверный результат;

б) игнорируют условие g(x) ≥ 0 - и опять ответ может оказаться неверным.

Примечание: Условие равносильности особенно полезно при решении тригонометрических уравнений, в которых нахождение ОДЗ связано с решение тригонометрических неравенств, что гораздо сложнее, чем решение тригонометрических уравнений. Проверку в тригонометрических уравнениях даже условия g(x) ≥ 0 не всегда просто сделать.

Рассмотрим второй вид иррациональных уравнений.

. Пусть задано уравнение . Его ОДЗ:

В ОДЗ обе части неотрицательны, и возведение в квадрат дает равносильное уравнение f(x) = g(x). Поэтому в ОДЗ или

При таком способе решения достаточно проверить неотрицательность одной из функций – можно выбрать более простую.

Раздел 1. Методы решения иррациональных уравнений

1 метод. Освобождение от радикалов путем последовательного возведения обеих частей уравнения в соответствующую натуральную степень

Наиболее часто применяемым методом решения иррациональных уравнений является метод освобождения от радикалов путем последовательного возведения обеих частей уравнения в соответствующую натуральную степень. При этом следует иметь в виду, что при возведении обеих частей уравнения в нечетную степень полученное уравнение, эквивалентное исходному, а при возведении обеих частей уравнения в четную степень полученное уравнение будет, вообще говоря, неэквивалентным исходному уравнению. В этом легко убедиться, возведя обе части уравнения в любую четную степень. В результате этой операции получается уравнение , множество решений которого представляет собой объединение множеств решений: https://pandia.ru/text/78/021/images/image013_50.gif" width="95" height="21 src=">. Однако, несмотря на этот недостаток, именно процедура возведения обеих частей уравнения в некоторую (часто четную) степень является самой распространенной процедурой сведения иррационального уравнения к рациональному уравнению.

Решить уравнение:

Где - некоторые многочлены. В силу определения операции извлечения корня в множестве действительных чисел допустимые значения неизвестного https://pandia.ru/text/78/021/images/image017_32.gif" width="123 height=21" height="21">..gif" width="243" height="28 src=">.

Так как обе части 1 уравнения возводились в квадрат, может оказаться, что не все корни 2 уравнения будет являться решениями исходного уравнения, необходима проверка корней.

Решить уравнение:

https://pandia.ru/text/78/021/images/image021_21.gif" width="137" height="25">

Возводя обе части уравнения в куб, получим

Учитывая, что https://pandia.ru/text/78/021/images/image024_19.gif" width="195" height="27">(Последнее уравнение может иметь корни, которые, вообще говоря, не являются корнями уравнения ).

Возводим обе части этого уравнения в куб: . Перепишем уравнение в виде х3 – х2 = 0 ↔ х1 = 0, х2 = 1. проверкой устанавливаем, что х1 = 0 – посторонний корень уравнения (-2 ≠ 1), а х2 = 1 удовлетворяет исходному уравнению.

Ответ: х = 1.

2 метод. Замена смежной системой условий

При решении иррациональных уравнений, содержащих радикалы четного порядка, в ответах могут появится посторонние корни, выявить которые не всегда просто. Чтобы легче было выявить и отбросить посторонние корни, в ходе решений иррациональных уравнений его сразу же заменяют смежной системой условий. Дополнительные неравенства в системе фактически учитывают ОДЗ решаемого уравнения. Можно находить ОДЗ отдельно и учитывать его позднее, однако предпочтительнее применять именно смешанные системы условий: меньше опасность что-то забыть, не учесть в процессе решения уравнения. Поэтому в некоторых случаях рациональнее использовать способ перехода к смешанным системам.

Решить уравнение:

Ответ: https://pandia.ru/text/78/021/images/image029_13.gif" width="109 height=27" height="27">

Данное уравнение равносильно системе

Ответ: уравнение решений не имеет.

3 метод. Использование свойств корня n-ой степени

При решении иррациональных уравнений используются свойства корня n-ой степени. Арифметическим корнем n- й степени из числа а называют неотрицательное число, n- я степень числа которого равна а . Если n – четное(2n ), то а ≥ 0, в противном случае корень не существует. Если n – нечетное(2 n+1 ), то а – любое и = - ..gif" width="45" height="19"> Тогда:

2.

3.

4.

5.

Применяя любую из этих формул, формально (без учета указанных ограничений), следует иметь ввиду, что ОДЗ левой и правой частей каждой из них могут быть различными. Например, выражение определено при f ≥ 0 и g ≥ 0 , а выражение - как при f ≥ 0 и g ≥ 0 , так и при f ≤ 0 и g ≤ 0.

Для каждой из формул 1-5 (без учета указанных ограничений) ОДЗ правой ее части может быть шире ОДЗ левой. Отсюда следует, что преобразования уравнения с формальным использованием формул 1-5 «слева - направо» (как они написаны) приводят к уравнению, являющемуся следствием исходного. В этом случае могут появится посторонние корни исходного уравнения, поэтому обязательным этапом в решении исходного уравнения является проверка.

Преобразования уравнений с формальным использованием формул 1-5 «справа – налево» недопустимы, так как возможно суждение ОДЗ исходного уравнения, а следовательно, и потеря корней.

https://pandia.ru/text/78/021/images/image041_8.gif" width="247" height="61 src=">,

являющееся следствием исходного. Решение этого уравнения сводится к решению совокупности уравнений .

Из первого уравнения этой совокупности находим https://pandia.ru/text/78/021/images/image044_7.gif" width="89" height="27"> откуда находим . Таким образом корнями данного уравнения могут быть только числа (-1) и (-2). Проверка показывает, что оба найденных корня удовлетворяют данному уравнению.

Ответ: -1,-2.

Решите уравнение: .

Решение: на основании тождеств первое слагаемое заменить на . Заметить, что как сумма двух неотрицательных чисел левой части. «Снять» модуль и после приведения подобных членов решить уравнение. Так как , то получаем уравнение . Так как и , то и https://pandia.ru/text/78/021/images/image055_6.gif" width="89" height="27 src=">.gif" width="39" height="19 src=">.gif" width="145" height="21 src=">

Ответ: х = 4,25.

4 метод. Введения новых переменных

Другим примером решения иррациональных уравнений является способ введения новых переменных, относительно которых получается либо более простое иррациональное уравнение, либо рациональное уравнение.

Решение иррациональных уравнений путем замены уравнения его следствием (с последующей проверкой корней) можно проводить следующим образом:

1. Найти ОДЗ исходного уравнения.

2. Перейти от уравнения к его следствию.

3. Найти корни полученного уравнения.

4. Проверить, являются ли найденные корни корнями исходного уравнения.

Проверка состоит в следующем:

А) проверяется принадлежность каждого найденного корня ОДЗ исходного уравнения. Те корни, которые не принадлежат ОДЗ, являются посторонними для исходного уравнения.

Б) для каждого корня, входящего в ОДЗ исходного уравнения, проверяется, имеют ли одинаковые знаки левая и правая части каждого из уравнений, возникающих в процессе решения исходного уравнения и возводимых в четную степень. Те корни, для которых части какого-либо возводимого в четную степень уравнения имеют разные знаки, являются посторонними для исходного уравнения.

В) только те корни, которые принадлежат ОДЗ исходного уравнения и для которых обе части каждого из уравнений, возникающих в процессе решения исходного уравнения и возводимых в четную степень, имеют одинаковые знаки, проверяются непосредственной подстановкой в исходное уравнение.

Такой метод решения с указанным способом проверки позволяет избежать громоздких вычислений в случае непосредственной подстановки каждого из найденных корней последнего уравнения в исходное.

Решить иррациональное уравнение:

.

Множество допустимых значений этого уравнения:

Положив , после подстановки получим уравнение

или эквивалентное ему уравнение

которое можно рассматривать как квадратное уравнение относительно. Решая это уравнение, получим

.

Следовательно, множество решений исходного иррационального уравнения представляет собой объединение множеств решений следующих двух уравнений:

, .

Возведя обе части каждого из этих уравнений в куб, получим два рациональных алгебраических уравнения:

, .

Решая эти уравнения, находим, что данное иррациональное уравнение имеет единственный корень х = 2 (проверка не требуется, так как все преобразования равносильны).

Ответ: х = 2.

Решить иррациональное уравнение:

Обозначим 2x2 + 5x – 2 = t. Тогда исходное уравнение примет вид . Возведя обе части полученного уравнения в квадрат и приведя подобные члены, получим уравнение , являющееся следствием предыдущего. Из него находим t = 16 .

Возвращаясь к неизвестному х, получим уравнение 2x2 + 5x – 2 = 16, являющееся следствием исходного. Проверкой убеждаемся, что его корни х1 = 2 и х2 = - 9/2 являются корнями исходного уравнения.

Ответ: х1 = 2, х2 = -9/2.

5 метод. Тождественное преобразование уравнения

При решении иррациональных уравнений не следует начинать решение уравнение с возведения обеих частей уравнений в натуральную степень, пытаясь свести решение иррационального уравнения к решению рационального алгебраического уравнения. Сначала необходимо посмотреть, нельзя ли сделать какое-нибудь тождественное преобразование уравнения, которое может существенно упростить его решение.

Решить уравнение:

Множество допустимых значений данного уравнения:https://pandia.ru/text/78/021/images/image074_1.gif" width="292" height="45"> Разделим данное уравнение на .

.

Получим:

При а =0 уравнение решений иметь не будет; при уравнение может быть записано в виде

при данное уравнение решений не имеет, так как при любом х , принадлежащем множеству допустимых значений уравнения, выражение, стоящее в левой части уравнения, положительно;

при уравнение имеет решение

Принимая во внимание, что множество допустимых решений уравнения определяется условием , получаем окончательно:

При решением этого иррационального уравнения будет https://pandia.ru/text/78/021/images/image084_2.gif" width="60" height="19"> решением уравнения будет . При всех остальных значениях х уравнение решений не имеет.

ПРИМЕР 10:

Решить иррациональное уравнение: https://pandia.ru/text/78/021/images/image086_2.gif" width="381" height="51">

Решение квадратного уравнения системы дает два корня: х1 = 1 и х2 = 4. первый из полученных корней не удовлетворяет неравенству системы, поэтому х = 4.

Примечания.

1) Проведение тождественных преобразований позволяет обходиться без проверки.

2) Неравенство х – 3 ≥0 относится к тождественным преобразованиям, а не к области определения уравнения.

3) В левой части уравнения стоит убывающая функция, а в правой части этого уравнения расположена возрастающая функция. Графики убывающей и возрастающей функций в пересечении их областей определения могут иметь не больше одной общей точки. Очевидно, что в нашем случае х = 4 является абсциссой точки пересечения графиков.

Ответ: х = 4.

6 метод. Использование области определения функций при решении уравнений

Этот метод наиболее результативен при решении уравнений, в состав которых входят функции https://pandia.ru/text/78/021/images/image088_2.gif" width="36" height="21 src="> и найти ее область определения (f) ..gif" width="53" height="21">.gif" width="88" height="21 src=">, то нужно проверить верно ли уравнение на концах промежутка, причем, если а < 0, а b > 0, то необходима проверка на промежутках (а;0) и . Наименьшее целое число в Е(у) равно 3.

Ответ : х = 3.

8 метод. Применение производной при решении иррациональных уравнений

Чаще всего при решении уравнений с помощью метода применения производной используется метод оценки.

ПРИМЕР 15:

Решите уравнение: (1)

Решение: Так как https://pandia.ru/text/78/021/images/image122_1.gif" width="371" height="29">, или (2). Рассмотрим функцию ..gif" width="400" height="23 src=">.gif" width="215" height="49"> при всех и, следовательно, возрастает. Поэтому уравнение равносильно уравнению , имеющему корень , являющимся корнем исходного уравнения.

Ответ:

ПРИМЕР 16:

Решить иррациональное уравнение:

Область определения функции есть отрезок . Найдем наибольшее и наименьшее значение значения этой функции на отрезке . Для этого найдем производную функции f(x) : https://pandia.ru/text/78/021/images/image136_1.gif" width="37 height=19" height="19">. Найдем значения функции f(x) на концах отрезка и в точке : Значит, Но и, следовательно, равенство возможно лишь при условииhttps://pandia.ru/text/78/021/images/image136_1.gif" width="37" height="19 src=">. Проверка показывает, что число 3 – корень данного уравнения.

Ответ: х = 3.

9 метод. Функциональный

На экзаменах иногда предлагают решить уравнения, которые можно записать в виде , где - это некоторая функция.

Например, некоторые уравнения: 1) 2) . Действительно, в первом случае , во втором случае . Поэтому решать иррациональные уравнения с помощью следующего утверждения: если функция строго возрастает на множестве Х и для любого , то уравнения и т. д. равносильны на множестве Х .

Решить иррациональное уравнение: https://pandia.ru/text/78/021/images/image145_1.gif" width="103" height="25"> строго возрастает на множестве R, и https://pandia.ru/text/78/021/images/image153_1.gif" width="45" height="24 src=">..gif" width="104" height="24 src="> которое имеет единственный корень Следовательно, и равносильное ему уравнение (1) также имеет единственный корень

Ответ: х = 3.

ПРИМЕР 18:

Решить иррациональное уравнение: (1)

В силу определения квадратного корня получаем, что если уравнение (1) имеет корни, то они принадлежат множеству https://pandia.ru/text/78/021/images/image159_0.gif" width="163" height="47">. (2)

Рассмотрим функцию https://pandia.ru/text/78/021/images/image147_1.gif" width="35" height="21"> строго возрастает на этом множестве для любого ..gif" width="100" height="41"> которое имеет единственный корень Следовательно, и равносильное ему на множестве Х уравнение (1) имеет единственный корень

Ответ: https://pandia.ru/text/78/021/images/image165_0.gif" width="145" height="27 src=">

Решение: Данное уравнение равносильно смешанной системе

1. Определители второго и третьего порядков и их свойства 1.1. Понятие матрицы и определителя второго порядка

Прямоугольную таблицу из чисел, содержащую произвольное число т

строк и произвольное число и столбцов, называют матрицей. Для обозначения

матрицы используют либо сдвоенные вертикальные черточки, либо круглые

скобки. Например:

28 20 18 28 20 18

Если число строк матрицы совпадает с числом ее столбцов, то матрица

называется квадратной. Числа, входящие в состав матрицы, называют ее

элементами .

Рассмотрим квадратную матрицу, состоящую из четырех элементов:

Определителем второго порядка, соответствующим матрице (3.1),

называется число, равное - и обозначаемое символом

Итак, по определению

Элементы, составляющие матрицу данного определителя, обычно

называют элементами этого определителя.

Справедливо следующее утверждение: для того чтобы определитель

второго порядка был равен нулю, необходимо и достаточно, чтобы

элементы его строк (или соответственно его столбцов) были

пропорциональны .

Для доказательства этого утверждения достаточно заметить, что каждая

из пропорций / = / и / = / эквивалентна равенству = , а последнее равенство в

силу (3.2) эквивалентно обращению в нуль определителя.

1.2. Система двух линейных уравнений с двумя неизвестными

Покажем, как применяются определители второго порядка для

исследования и отыскания решений системы двух линейных уравнений с

двумя неизвестными

(коэффициенты, и свободные члены, считаются при этом

заданными). Напомним, что пара чисел, называется решением системы (3.3),

если подстановка этих чисел на место и в данную систему обращает оба

уравнения (3.3) в тождества.

Умножая первое уравнение системы (3.3) на -, а второе - на - и затем

складывая полученные при этом равенства, получим

Аналогично путем умножения уравнений (3.3) на - и соответственно

Введем следующие обозначения:

= , = , = . (3.6)

С помощью этих обозначений и выражения для определителя второго

порядка уравнения (3.4) и (3.5) могут быть переписаны в виде:

Определитель, составленный из коэффициентов при неизвестных

системы (3.3), принято называть определителем этой системы . Заметим, что

определители и получаются из определителя системы посредством замены

его первого или соответственно второго столбца свободными членами.

Могут представиться два случая: 1) определитель системы отличен от

нуля; 2) этот определитель равен нулю.

Рассмотрим сначала случай 0. Из уравнений (3.7) мы сразу же получаем

формулы для неизвестных, называемые формулами Крамера :

Полученные формулы Крамера (3.8) дают решение системы (3.7) и

потому доказывают единственность решения исходной системы (3.3). В самом

деле, система (3.7) является следствием системы (3.3), поэтому всякое

решение системы (3.3) (в случае, если оно существует!) должно являться

решением и системы (3.7). Итак, пока доказано, что если у исходной системы

(3.3) существует при 0 решение, то это решение однозначно определяется

формулами Крамера (3.8).

Легко убедиться и в существовании решения, т. е. в том. что при 0 два

числа и. определяемые формулами Крамера (3.8). будучи поставлены на

место неизвестных в уравнения (3.3), обращают эти уравнения в тождества.

(Предоставляем читателю самому расписать выражения для определителей,

и, и убедиться в справедливости указанных тождеств.)

Мы приходим к следующему выводу: если определитель системы (3.3)

отличен от нуля, то существует, и притом единственное решение этой

системы, определяемое формулами Крамера (3.8).

Рассмотрим теперь случай, когда определитель системы равен нулю .

Могут представиться два подслучая : а) хотя бы один из определителей или,

отличен от нуля; б) оба определителя и равны нулю. (если определитель и

один из двух определителей и равны нулю, то и другой из указанных двух

определителей равен нулю. В самом деле, пусть, например = 0 = 0, т.е. / = /

и / = /. Тогда из этих пропорций получим, что /= /, т. е. = 0).

В подслучае а) оказывается невозможным хотя бы одно из равенств

(3.7), т. е. система (3.7) не имеет решений, а поэтому не имеет решений и

исходная система (3.3) (следствием которой является система (3.7)).

В подслучае б) исходная система (3.3) имеет бесчисленное множество

решений. В самом деле, из равенств === 0 и из утверждения в конце разд. 1.1

заключаем, что второе уравнение системы (3.3) является следствием первого

и его можно отбросить. Но одно уравнение с двумя неизвестными

имеет бесконечно много решений (хотя бы один из коэффициентов, или

отличен от нуля, и стоящее при нем неизвестное может быть определено из

уравнения (3.9) через произвольно заданное значение другого неизвестного).

Таким образом, если определитель системы (3.3) равен нулю, то

система (3.3) либо вовсе не имеет решений (в случае, если хотя бы один из

определителей или отличен от нуля), либо имеет бесчисленное множество

решений (в случае, когда == 0). В последнем случае два уравнения (3.3)

можно заменить одним и при решении его одно неизвестное задавать

произвольно.

Замечание . В случае, когда свободные члены и равны нулю, линейная

система (3.3) называется однородной . Отметим, что однородная система

всегда имеет так называемое тривиальное решение: = 0, = 0 (эти два числа

обращают оба однородных уравнения в тождества).

Если определитель однородной системы отличен от нуля, то эта

система имеет только тривиальное решение. Если же = 0, то однородная

система имеет бесчисленное множество решений (поскольку для

однородной системы возможность отсутствия решений исключена). Таким

образом, однородная система имеет нетривиальное решение в том и только

в том случае, когда определитель ее равен нулю.

1.3. Определители третьего порядка

Рассмотрим квадратную матрицу, состоящую из девяти элементов

Определителем третьего порядка , соответствующим матрице (3.10), называется число, равное:

и обозначаемое символом

Итак, по определению

Как и в случае определителя второго порядка, элементы матрицы (3.10) будем

называть элементами самого определителя . Кроме того, договоримся

называть диагональ, образованную элементами, и, главной , а диагональ,

образованную элементами, и - побочной .

Для запоминания конструкции слагаемых, входящих в выражение для

определителя (3.11), укажем следующее правило, не требующее большого

напряжения внимания и памяти. Для этого к матрице, из которой составлен

определитель, допишем справа еще раз первый, а затем второй столбец. В

полученной при этом матрице

сплошной чертой соединены три тройки членов, получаемые параллельным

переносом главной диагонали и отвечающие трем слагаемым, входящим в

выражение (3.11) со знаком «плюс»; пунктирной же чертой соединены три

другие тройки членов, получаемые параллельным переносом побочной

диагонали и отвечающие трем слагаемым, входящим в выражение (3.11) со

знаком «минус».

1.4. Свойства определителей

Свойство 1 . Величина определителя не изменится, если строки и

столбцы этого определителя поменять ролями, т.е.

Для доказательства этого свойства достаточно расписать определители,

стоящие в левой и правой частях (3.13), по указанному в разд. 1.3 правилу и

убедиться в равенстве полученных при этом членов.

Свойство 1 устанавливает полную равноправность строк и столбцов. Поэтому

все дальнейшие свойства определителя можно формулировать и для строк, и

для столбцов, а доказывать - или только для строк, или только для столбцов.

Свойство 2 . Перестановка двух строк (или двух столбцов)

определителя равносильна умножению его на число -1.

Доказательство также получается из правила, указанного в предыдущем

Свойство 3. Если определитель имеет две одинаковые строки (или два

одинаковых столбца), то он равен нулю .

Действительно, при перестановке двух одинаковых строк, с одной

стороны, определитель не изменится, а с другой стороны, в силу свойства 2

он изменит знак на противоположный. Таким образом, = -, т.е. 2 = 0 или = 0.

Свойство 4. Умножение всех элементов некоторой строки (или

некоторого столбца) определителя на число равносильно умножению

определителя на это число.

Иными словами, общий множитель всех элементов некоторой строки

(или некоторого столбца) определителя можно выносить за знак этого

определителя.

Например,

Для доказательства этого свойства достаточно заметить, что

определитель выражается в виде суммы (3.12), каждый член которой

содержит один и только один, элемент из каждой строки и один и только

один элемент из каждого столбца.

Свойство 5. Если все элементы некоторой строки (или некоторого

столбца) определителя равны нулю, то и сам определитель равен нулю.

Это свойство вытекает из предыдущего (при = 0).

Свойство 6. Если элементы двух строк (или двух столбцов)

определителя пропорциональны, то определитель равен нулю.

В самом деле, в силу свойства 4 множитель пропорциональности можно

вынести за знак определителя, после чего остается определитель с двумя

одинаковыми строками, равный нулю согласно свойству 3.

Свойство 7. Если каждый элемент п-й строки (или п-го столбца)

определителя представляет собой сумму двух слагаемых, то определитель

может быть представлен в виде суммы двух определителей, первый из

которых имеет в п-й строке (или в п-м столбце) первые из упомянутых

слагаемых и те же элементы, что и исходный определитель, в остальных

строках (столбцах), а второй определитель имеет в п-й строке (в п-м

столбце) вторые из упомянутых слагаемых и те же элементы, что и

исходный определитель, в остальных строках (столбцах).

Например,

Для доказательства этого свойства снова достаточно заметить, что

определитель выражается в виде суммы слагаемых, каждое из которых

содержит один и только один элемент из каждой строки и один и только один

элемент из каждого столбца.

Свойство 8. Если к элементам некоторой строки (или некоторого

столбца) определителя прибавить соответствующие элементы другой

строки (другого столбца), умноженные на произвольный множитель, то

величина определителя не изменится .

Действительно, полученный в результате указанного прибавления

определитель можно (в силу свойства 7) разбить на сумму двух

определителей, первый из которых совпадает с исходным, а второй равен

нулю вследствие пропорциональности элементов двух строк (или столбцов) и

свойства 6.

1.5. Алгебраические дополнения и миноры

Соберем в выражении (3.12) для определителя члены, содержащие

какой-нибудь один элемент этого определителя, и вынесем указанный элемент

за скобки; величина, остающаяся при этом в скобках, называется

алгебраическим дополнением указанного элемента.

Алгебраическое дополнение данного элемента мы будем обозначать

прописной латинской буквой того же наименования, что и данный элемент, и

снабжать тем же номером, который имеет данный элемент. Например,

алгебраическое дополнение элемента будем обозначать через алгебраическое

дополнение элемента - через и т. д.

Непосредственно из выражения для определителя (3.12) и из того, что

каждое слагаемое в правой части (3.12) содержит один и только один элемент

из каждой строки (из каждого столбца), вытекают следующие равенства:

Эти равенства выражают следующее свойство определителя:

определитель равен сумме произведений элементов какой-либо строки

(какого-либо столбца) на соответствующие алгебраические дополнения

элементов этой строки (этого столбца).

Равенства (3.14) принято называть разложением определителя по

элементам соответственно первой, второй или третьей строки, а равенства

(3.15) - разложением определителя по элементам соответственно первого,

второго или третьего столбца.

Введем теперь важное понятие минора данного элемента определителя

Минором данного элемента определителя n-го порядка (в нашем случае n = 3)

называется определитель (n-1)-го порядка, получаемый из данного

определителя путем вычеркивания той строки и того столбца, на пересечении

которых стоит данный элемент.

Алгебраическое дополнение любого элемента определителя равняется

минору этого элемента, взятому со таком «плюс», если сумма номеров

строки и столбца, на пересечении которых стоит данный элемент, есть

число четное, и со знаком «минус» - в противном случае.

Таким образом, соответствующие алгебраическое дополнение и минор

могут отличаться только знаком.

Следующая таблица дает наглядное представление о том, каким знаком

связаны соответствующие алгебраическое дополнение и минор:

Установленное правило позволяет в формулах (3.14) и (3.15) разложения

определителя по элементам строк и столбцов всюду вместо алгебраических

дополнений писать соответствующие миноры (с нужным знаком).

Так, например, первая из формул (3.14), дающая разложение

определителя по элементам первой строки, принимает вид

В заключение установим следующее фундаментальное свойство

определителя.

Свойство 9. Сумма произведений элементов какого-либо столбца

определителя на соответствующие алгебраические дополнения элементов

этого {другого) столбца равна величине этого определителя (равна нулю).

Конечно, аналогичное свойство справедливо и в применении к строкам

определителя. Случай, когда алгебраические дополнения и элементы

отвечают одному и тому же столбцу, уже рассмотрен выше. Остается доказать,

что сумма произведений элементов какого-либо столбца на соответствующие

алгебраические дополнения элементов другого столбца равна нулю.

Докажем, например, что сумма произведений элементов первого или

третьего столбца равна нулю.

Будем исходить из третьей формулы (3.15), дающей разложение

определителя по элементам третьего столбца:

Так как алгебраические дополнения, и элементов третьего столбца не

зависят от самих элементов, и этого столбца, то в равенстве (3.17) числа, и

можно заменить произвольными числами, и, сохраняя при этом в левой

части (3.17) первые два столбца определителя, а в правой части - величины,

и алгебраических дополнений.

Таким образом, при любых , и справедливо равенство:

Беря теперь в равенстве (3.18) в качестве, и сначала элементы, и

первого столбца, а затем элементы, и второго столбца и учитывая, что

определитель с двумя совпадающими столбцами в силу свойства 3 равен

нулю, мы придем к следующим равенствам:

Тем самым доказано, что сумма произведений элементов первого или

второго столбца на соответствующие алгебраические дополнения элементов

третьего столбца равна нулю: Аналогично доказываются равенства:

и соответствующие равенства, относящиеся не к столбцам, а к строкам:

2. Системы линейных уравнений с тремя неизвестными 2.1. Системы трех линейных уравнений с тремя неизвестными с

определителем, отличным от нуля.

В качестве приложения изложенной выше теории рассмотрим систему

трех линейных уравнений с тремя неизвестными:

(коэффициенты, , и свободные члены, считаются заданными).

Тройка чисел, называется решением системы (3.19), если подстановка этих

чисел на место, в систему (3.19) обращает все три уравнения (3.19) в

тождества.

Фундаментальную роль в дальнейшем будут играть следующие четыре

определителя:

Определитель принято называть определителем системы (3.19) (он

составлен из коэффициентов при неизвестных). Определители, и

получаются из определителя системы посредством замены свободными

членами элементов соответственно первого, второго и третьего столбцов.

Для исключения из системы (3.19) неизвестных и умножим уравнения

(3.19) соответственно на алгебраические дополнения, элементов первого

столбца определителя системы, и после этого сложим полученные при этом

уравнения. В результате получим:

Учитывая, что сумма произведений элементов данного столбца

определителя на соответствующие алгебраические дополнения элементов

этого (другого) столбца равна определителю (нулю) (см. свойство 9),

0, ++= 0.

Кроме того, посредством разложения определителя по элементам первого столбца получается формула:

С помощью формул (3.21) и (3.22) равенство (3.20) перепишется в

следующем (не содержащем неизвестных и) виде:

Совершенно аналогично выводятся из системы (3.19) равенства = и

Таким образом, мы установили, что система уравнений = , = , =

является следствием исходной системы (3.19).

В дальнейшем мы отдельно рассмотрим два случая:

1) когда определитель системы отличен от нуля ,

2) когда этот определитель равен нулю .

Итак, пусть 0. Тогда из системы (3.23) мы сразу получаем формулы для неизвестных, называемые формулами Крамера :

Полученные нами формулы Крамера дают решение системы (3.23) и

потому доказывают единственность решения исходной системы (3.19), ибо

система (3.23) является следствием системы (3.19), и всякое решение системы

(3.19) обязано быть решением и системы (3.23).

Итак, мы доказали, что если у исходной системы (3.19) существует при

0 решение, то это решение однозначно определяется формулами Крамера

Чтобы доказать, что решение в самом деле существует, мы должны

подставить в исходную систему (3.19) на место х, у и z их значения,

определяемые формулами Крамера (3.24), и убедиться в том, что все три

уравнения (3.19) обращаются при этом в тождества. Убедимся, например, что

первое уравнение (3.19) обращается в тождество при подстановке значений х,

у и z, определяемых формулами Крамера (3.24). Учитывая, что

получим, подставив в левую часть первого из уравнений (2.19) значения, и,

определяемые формулами Крамера:

Группируя внутри фигурной скобки члены относительно A, А2 и Л3,

получим, что:

В силу свойства 9 в последнем равенстве обе квадратные скобки равны

нулю, а круглая скобка равна определителю. Таким образом, мы получим ++

И обращение в тождество первого уравнения системы (3.19) установлено.

Аналогично устанавливается обращение в тождество второго и третьего

уравнений (3.19).

Мы приходим к следующему выводу: если определитель системы (3.19)

отличен от нуля, то существует, и притом единственное, решение этой

системы, определяемое формулами Крамера (3.24).

2.2. Однородная система двух линейных уравнений с тремя неизвестными

В этом и в разделе мы разовьем аппарат, необходимый для рассмотрения неоднородной системы (3.19) с определителем, равным нулю. Сначала рассмотрим однородную систему двух линейных уравнений с тремя неизвестными:

Если все три определителя второго порядка, которые можно

составить из матрицы

равны нулю , то в силу утверждения из разд. 1.1 коэффициенты первого из

уравнений (3.25) пропорциональны соответствующим коэффициентам

второго из этих уравнений. Стало быть, в этом случае второе уравнение (3.25)

является следствием первого, и его можно отбросить. Но одно уравнение с

тремя неизвестными ++= 0, естественно, имеет бесчисленное множество

решений (двум неизвестным можно предписывать произвольные значения, а

третье неизвестное определять из уравнения).

Рассмотрим теперь систему (3.25) для случая, когда хотя бы один из

определителей второго порядка, составленных из матрицы (3.26), отличен

от нуля. Не ограничивая общности, будем считать, что отличен от нуля

определитель

0 Тогда мы можем переписать систему (3.25) в виде

и утверждать, что для каждого z существует единственное решение этой

системы, определяемое формулами Крамера (см. разд. 1.2, формулы (3.8)):

третьей строки определителя:

В силу результатов разд. 1.5 о связи алгебраических дополнений и

миноров можно записать

Основываясь на (3.29), мы можем переписать формулы (3.28) в виде

Для того чтобы получить решение в виде, симметричном

относительно всех неизвестных х, у, и z, положим (отметим, что в силу (3.27)

определитель отличен от нуля). Поскольку z может принимать любые

значения, то и новая переменная t может принимать любые значения .

Мы приходим к выводу, что в случае, когда определитель (3.27) отличен от нуля, однородная система (3.25) имеет бесчисленное множество решений, определяемых формулами

в которых t принимает какие угодно значения, а алгебраические

дополнения, и определяются формулами (3.29).

2.3. Однородная система трех линейных уравнений с тремя неизвестными

Рассмотрим теперь однородную систему трех уравнений с тремя

неизвестными:

Очевидно, что эта система всегда имеет так называемое тривиальное

решение: х = 0, у = 0, z = 0.

В случае, когда определитель системы, это тривиальное решение

является единственным (в силу разд. 2.1).

Докажем, что в случае, когда определитель равен нулю, однородная

система (3.32) имеет бесчисленное множество решений.

Если все определители второго порядка, которые можно составить из

равны нулю, то в силу утверждения из разд. 1.1 соответствующие

коэффициенты всех трех уравнений (3.32) пропорциональны. Но тогда второе

и третье уравнения (3.32) являются следствиями первого и могут быть

отброшены, а одно уравнение ++= 0, как уже отмечалось в разд. 2.2, имеет

бесчисленное множество решений.

Остается рассмотреть случай, когда хотя бы один минор матрицы (3.33)

отличен от нуля. Так как порядок следования уравнений и неизвестных

находится в нашем распоряжении, то, не ограничивая общности, мы можем

разд. 2.2, система первых двух уравнений (3.32) имеет бесчисленное

множество решений, определяемых формулами (3.31) (при любом t).

Остается доказать, что х, у, z, определяемые формулами (3.31) (при

любом t, обращают в тождество и третье уравнение (3.32). Подставляя в

левую часть третьего уравнения (3.32) х, у и z, определяемые формулами

(3.31), получим

Мы воспользовались тем, что в силу свойства 9 выражение в круглых

скобках равно определителю системы (3.32). Но определитель по условию

равен нулю, и поэтому при любом t мы получим ++= 0.

Итак, доказано, что однородная система (3.32) с определителем А.

равным нулю, имеет бесчисленное множество решений . Если отличен от нуля

минор (3.27), то эти решения определяются формулами (3.31) при

произвольно взятом t.

Полученный результат можно сформулировать еще и так: однородная

система (3.32) имеет нетривиальное решение в том и только в том случае,

когда определитель ее равен нулю .

2.4. Неоднородная система трех линейных уравнений с тремя

неизвестными с определителем, равным нулю.

Теперь мы располагаем аппаратом для рассмотрения неоднородной

системы (3.19) с определителем, равным нулю. Могут представиться два

случая: а) хотя бы один из определителей, или - отличен от нуля; б) все три

определителя, и равны нулю.

В случае а) оказывается невозможным хотя бы одно из равенств (3.23),

т. е. система (3.23) не имеет решений, а поэтому не имеет решений и исходная

система (3.19) (следствием которой является система (3.23)).

Переходим к рассмотрению случая б), когда все четыре определителя , ,

и равны нулю. Начнем с примера, показывающего, что и в этом случае

система может не иметь ни одного решения. Рассмотрим систему:

Ясно, что эта система не имеет решений. В самом деле, если бы

решение, существовало, то из первых двух уравнений мы получили бы, а

отсюда, умножая первое равенство на 2, получили бы, что 2 = 3. Далее,

очевидно, что все четыре определителя , , и равны нулю. Действительно,

определитель системы

имеет три одинаковых столбца , определители, и получаются путем замены

одного из этих столбцов свободными членами и, стало быть, имеют по два

одинаковых столбца. В силу свойства 3 все эти определители равны нулю.

Докажем теперь, что если система (3.19) с определителем, равным

нулю, имеет хотя бы одно решение, то она имеет бесчисленное множество

различных решений.

Предположим, что указанная система имеет решение, . Тогда

справедливы тождества

Вычитая почленно из уравнений (3.19) тождества (3.34), получим

систему уравнений

эквивалентную системе (3.19). Но система (3.35) является однородной

системой трех линейных уравнений относительно трех неизвестных, и с

определителем, равным нулю. Согласно разд. 2.3 последняя система (а стало

быть, и система (3.19)) имеет бесчисленное множество решений. Например, в

случае, когда отличен от нуля минор (3.27), мы с помощью формул (3.31)

получим следующее бесконечное множество решений системы (3.19):

(t принимает любые значения).

Сформулированное утверждение доказано, и мы можем сделать

следующее заключение: если = = = = 0, то неоднородная система уравнений

(3.19) либо совсем не имеет решений, либо имеет их бесконечное множество.

3. Понятие об определителях любого порядка и о линейных

системах с любым числом неизвестных Установленное нами свойство разложения определителя третьего

порядка до элементам любой (например, первой) строки может быть

положено в основу последовательного введения по индукции определителя

четвертого, пятого и всех последующих порядков.

Предположим, что нами уже введено понятие определителя порядка

(n-1), и рассмотрим произвольную квадратную матрицу состоящую из

элементов

Назовем минором любого элемента матрицы (3.36) уже введенный нами

определитель порядка (n-1), отвечающий матрице (3.36), у которой удалены i-

я строка и j-й столбец. Договоримся обозначать минор элемента символом.

Например, минор любого элемента первой строки матрицы (3.36)

является следующим определителем порядка (n-1):

Назовем определителем порядка n, отвечающим матрице (3.36), число,

равное сумме

и обозначаемое символом

= Заметим, что при n = 3 разложение (3.37) совпадает с разложением

(3.16) определителя третьего порядка по первой строке.

Рассмотрим теперь неоднородную систему n уравнений с n неизвестными:

Определитель порядка n, составленный из коэффициентов при

неизвестных системы (3.39) и совпадающий с определителем из равенства

(3.38), называется определителем этой системы При любом j, равном 1, 2, ...,

n, обозначим символом определитель порядка n, полученный из определителя

системы путем замены его j-го столбца столбцом свободных членов, ..., .

В полной аналогии со случаем n = 3 оказывается справедлив

следующий результат: если определитель неоднородной системы (3.39)

отличен от нуля, то эта система имеет единственное решение,

определяемое формулами Крамера :

хотя бы один из определителей, ..., отличен от нуля, то система (3.39) не

имеет решений .

В случае же, если n > 2 и все определители, ..., равны нулю, система

(3.39) может также не иметь решений, но если она имеет хотя бы одно

решение, то она имеет их бесчисленное множество.

4. Отыскание решения линейной системы методом Гаусса Рассмотрим неоднородную систему (3.39), в которой мы теперь для

сокращения записи переобозначим свободные члены, ..., используя для них

обозначение при i = 1, 2 ..., n. Изложим один из самых простых методов

решения этой системы, заключающийся в последовательном исключении

неизвестных и называемый методом Гаусса .

Выберем из коэффициентов при неизвестных коэффициент, отличный

от нуля, и назовем его ведущим. Не ограничивая общности, будем считать,

что таким коэффициентом является (иначе мы могли бы поменять порядок

следования неизвестных и уравнений).

Поделив все члены первою уравнения (3.39) на, получим первое приведенное уравнение

в котором при j = 1, 2, ..., (n+1).

Напомним, что, и, в частности, .

Для исключения неизвестного вычтем из i-го уравнения системы (3.39)

(i = 2, 3 ..., n)

умноженное на приведенное уравнение (3.40).

В результате получим для любого i = 2, 3, ..., n уравнение

в котором

при j = 2, 3, ..., (n+1).

Таким образом, мы получаем первую укороченную систему:

коэффициенты которой определяются по формулам (3.41).

В системе (3.42) находим отличный от нуля ведущий коэффициент.

Пусть это будет. Тогда, поделив первое уравнение (3.42) на этот

коэффициент, мы получим второе приведенное уравнение и, исключив с

помощью этого уравнения по описанной выше схеме неизвестное, придем ко

второй укороченной системе, не содержащей и.

Продолжая рассуждения по этой схеме, называемой прямым ходом

метода Гаусса , мы либо завершим ее реализацию, дойдя до линейного

уравнения, содержащего только одно неизвестное, либо не сможем завершить

ее реализацию (вследствие того, что исходная система (3.39) не имеет

решений). В случае, если исходная система (3.39) имеет решения, мы получим

цепочку приведенных уравнений

из которой обратным xодом метода Гаусса последовательно находятся

неизвестные

Подчеркнем, что все операции при обратном ходе метода Гаусса (1.43)

выполняются без деления,

В качестве примера рассмотрим неоднородную систему трех уравнений

с тремя неизвестными

Конечно, можно убедиться в том, что определитель системы (3.44)

отличен от нуля, и найти, и по формулам Крамера, но мы применим метод

Поделив первое уравнение системы (3.44) на 2, получим первое

приведенное уравнение:

Вычитая из второго уравнения системы (3.44) приведенное уравнение

(3.45), умноженное на 3, и вычитая из третьего уравнения системы (3.44)

приведенное уравнение (3.45), умноженное на 4, мы получим укороченную

систему двух уравнений с двумя неизвестными:

Поделив первое уравнение (3.46) на, получим второе приведенное

уравнение:

Вычитая из второго уравнения (3.46) приведенное уравнение (3.47),

умноженное на 8, получим уравнение:

которое после сокращения на дает = 3.

Подставляя это значение во второе приведенное уравнение (3.47), получим,

что = -2. Наконец, подставляя найденные значения = -2 и = 3 в первое

приведенное уравнение (3.45), получим, что = 1.

ЛИТЕРАТУРА 1. Ильин В.А., Куркина А.В. – «Высшая математика», М.:ТК Велби, изд-во Проспект,

Метод Крамера основан на использовании определителей в решении систем линейных уравнений. Это значительно ускоряет процесс решения.

Метод Крамера может быть использован в решении системы стольких линейных уравнений, сколько в каждом уравнении неизвестных. Если определитель системы не равен нулю, то метод Крамера может быть использован в решении, если же равен нулю, то не может. Кроме того, метод Крамера может быть использован в решении систем линейных уравнений, имеющих единственное решение.

Определение . Определитель, составленный из коэффициентов при неизвестных, называется определителем системы и обозначается (дельта).

Определители

получаются путём замены коэффициентов при соответствующих неизвестных свободными членами:

;

.

Теорема Крамера . Если определитель системы отличен от нуля, то система линейных уравнений имеет одно единственное решение, причём неизвестное равно отношению определителей. В знаменателе – определитель системы, а в числителе – определитель, полученный из определителя системы путём замены коэффициентов при этом неизвестном свободными членами. Эта теорема имеет место для системы линейных уравнений любого порядка.

Пример 1. Решить систему линейных уравнений:

Согласно теореме Крамера имеем:

Итак, решение системы (2):

онлайн-калькулятором , решающим методом Крамера.

Три случая при решении систем линейных уравнений

Как явствует из теоремы Крамера , при решении системы линейных уравнений могут встретиться три случая:

Первый случай: система линейных уравнений имеет единственное решение

(система совместна и определённа)

Второй случай: система линейных уравнений имеет бесчисленное множество решений

(система совместна и неопределённа)

** ,

т.е. коэффициенты при неизвестных и свободные члены пропорциональны.

Третий случай: система линейных уравнений решений не имеет

(система несовместна)

Итак, система m линейных уравнений с n переменными называется несовместной , если у неё нет ни одного решения, и совместной , если она имеет хотя бы одно решение. Совместная система уравнений, имеющая только одно решение, называется определённой , а более одного – неопределённой .

Примеры решения систем линейных уравнений методом Крамера

Пусть дана система

.

На основании теоремы Крамера

………….
,

где
-

определитель системы. Остальные определители получим, заменяя столбец с коэффициентами соответствующей переменной (неизвестного) свободными членами:

Пример 2.

.

Следовательно, система является определённой. Для нахождения её решения вычисляем определители

По формулам Крамера находим:



Итак, (1; 0; -1) – единственное решение системы.

Для проверки решений систем уравнений 3 Х 3 и 4 Х 4 можно воспользоваться онлайн-калькулятором , решающим методом Крамера.

Если в системе линейных уравнений в одном или нескольких уравнениях отсутствуют какие-либо переменные, то в определителе соответствующие им элементы равны нулю! Таков следующий пример.

Пример 3. Решить систему линейных уравнений методом Крамера:

.

Решение. Находим определитель системы:

Посмотрите внимательно на систему уравнений и на определитель системы и повторите ответ на вопрос, в каких случаях один или несколько элементов определителя равны нулю. Итак, определитель не равен нулю, следовательно, система является определённой. Для нахождения её решения вычисляем определители при неизвестных

По формулам Крамера находим:

Итак, решение системы - (2; -1; 1).

Для проверки решений систем уравнений 3 Х 3 и 4 Х 4 можно воспользоваться онлайн-калькулятором , решающим методом Крамера.

К началу страницы

Продолжаем решать системы методом Крамера вместе

Как уже говорилось, если определитель системы равен нулю, а определители при неизвестных не равны нулю, система несовместна, то есть решений не имеет. Проиллюстрируем следующим примером.

Пример 6. Решить систему линейных уравнений методом Крамера:

Решение. Находим определитель системы:

Определитель системы равен нулю, следовательно, система линейных уравнений либо несовместна и определённа, либо несовместна, то есть не имеет решений. Для уточнения вычисляем определители при неизвестных

Определители при неизвестных не равны нулю, следовательно, система несовместна, то есть не имеет решений.

Для проверки решений систем уравнений 3 Х 3 и 4 Х 4 можно воспользоваться онлайн-калькулятором , решающим методом Крамера.

В задачах на системы линейных уравнений встречаются и такие, где кроме букв, обозначающих переменные, есть ещё и другие буквы. Эти буквы обозначают некоторое число, чаще всего действительное. На практике к таким уравнениям и системам уравнений приводят задачи на поиск общих свойств каких-либо явлений и предметов. То есть, изобрели вы какой-либо новый материал или устройство, а для описания его свойств, общих независимо от величины или количества экземпляра, нужно решить систему линейных уравнений, где вместо некоторых коэффициентов при переменных - буквы. За примерами далеко ходить не надо.

Следующий пример - на аналогичную задачу, только увеличивается количество уравнений, переменных, и букв, обозначающих некоторое действительное число.

Пример 8. Решить систему линейных уравнений методом Крамера:

Решение. Находим определитель системы:

Находим определители при неизвестных

В ходе решения задач по высшей математике очень часто возникает необходимость вычислить определитель матрицы . Определитель матрицы фигурирует в линейной алгебре, аналитической геометрии, математическом анализе и других разделах высшей математики. Таким образом, без навыка решения определителей просто не обойтись. Также для самопроверки Вы можете бесплатно скачать калькулятор определителей , он сам по себе не научит решать определители, но очень удобен, поскольку всегда выгодно заранее знать правильный ответ!

Я не буду давать строгое математическое определение определителя, и, вообще, буду стараться минимизировать математическую терминологию, большинству читателей легче от этого не станет. Задача данной статьи – научить Вас решать определители второго, третьего и четвертого порядка. Весь материал изложен в простой и доступной форме, и даже полный (пустой) чайник в высшей математике после внимательного изучения материала сможет правильно решать определители.

На практике чаще всего можно встретить определитель второго порядка, например: , и определитель третьего порядка, например: .

Определитель четвертого порядка тоже не антиквариат, и к нему мы подойдём в конце урока.

Надеюсь, всем понятно следующее: Числа внутри определителя живут сами по себе, и ни о каком вычитании речи не идет! Менять местами числа нельзя!

(Как частность, можно осуществлять парные перестановки строк или столбцов определителя со сменой его знака, но часто в этом нет никакой необходимости – см. следующий урок Свойства определителя и понижение его порядка)

Таким образом, если дан какой-либо определитель, то ничего внутри него не трогаем!

Обозначения : Если дана матрица , то ее определитель обозначают . Также очень часто определитель обозначают латинской буквой или греческой .

1) Что значит решить (найти, раскрыть) определитель? Вычислить определитель – это значит НАЙТИ ЧИСЛО. Знаки вопроса в вышерассмотренных примерах – это совершенно обыкновенные числа.

2) Теперь осталось разобраться в том, КАК найти это число? Для этого нужно применить определенные правила, формулы и алгоритмы, о чём сейчас и пойдет речь.

Начнем с определителя «два» на «два» :

ЭТО НУЖНО ЗАПОМНИТЬ, по крайне мере на время изучения высшей математики в ВУЗе.

Сразу рассмотрим пример:

Готово. Самое главное, НЕ ЗАПУТАТЬСЯ В ЗНАКАХ.

Определитель матрицы «три на три» можно раскрыть 8 способами, 2 из них простые и 6 - нормальные.

Начнем с двух простых способов

Аналогично определителю «два на два», определитель «три на три» можно раскрыть с помощью формулы:

Формула длинная и допустить ошибку по невнимательности проще простого. Как избежать досадных промахов? Для этого придуман второй способ вычисления определителя, который фактически совпадает с первым. Называется он способом Саррюса или способом «параллельных полосок».
Суть состоит в том, что справа от определителя приписывают первый и второй столбец и аккуратно карандашом проводят линии:


Множители, находящиеся на «красных» диагоналях входят в формулу со знаком «плюс».
Множители, находящиеся на «синих» диагоналях входят в формулу со знаком минус:

Пример:

Сравните два решения. Нетрудно заметить, что это ОДНО И ТО ЖЕ, просто во втором случае немного переставлены множители формулы, и, самое главное, вероятность допустить ошибку значительно меньше.

Теперь рассмотрим шесть нормальных способов для вычисления определителя

Почему нормальных? Потому что в подавляющем большинстве случаев определители требуется раскрывать именно так.

Как Вы заметили, у определителя «три на три» три столбца и три строки.
Решить определитель можно, раскрыв его по любой строке или по любому столбцу .
Таким образом, получается 6 способов, при этом во всех случаях используется однотипный алгоритм.

Определитель матрицы равен сумме произведений элементов строки (столбца) на соответствующие алгебраические дополнения. Страшно? Все намного проще, будем использовать ненаучный, но понятный подход, доступный даже для человека, далекого от математики.

В следующем примере будем раскрывать определитель по первой строке .
Для этого нам понадобится матрица знаков: . Легко заметить, что знаки расположены в шахматном порядке.

Внимание! Матрица знаков – это мое собственное изобретение. Данное понятие не научное, его не нужно использовать в чистовом оформлении заданий, оно лишь помогает Вам понять алгоритм вычисления определителя.

Сначала я приведу полное решение. Снова берем наш подопытный определитель и проводим вычисления:

И главный вопрос: КАК из определителя «три на три» получить вот это вот:
?

Итак, определитель «три на три» сводится к решению трёх маленьких определителей, или как их еще называют, МИНОРОВ . Термин рекомендую запомнить, тем более, он запоминающийся: минор – маленький.

Коль скоро выбран способ разложения определителя по первой строке , очевидно, что всё вращается вокруг неё:

Элементы обычно рассматривают слева направо (или сверху вниз, если был бы выбран столбец)

Поехали, сначала разбираемся с первым элементом строки, то есть с единицей:

1) Из матрицы знаков выписываем соответствующий знак:

2) Затем записываем сам элемент:

3) МЫСЛЕННО вычеркиваем строку и столбец, в котором стоит первый элемент:

Оставшиеся четыре числа и образуют определитель «два на два», который называется МИНОРОМ данного элемента (единицы).

Переходим ко второму элементу строки.

4) Из матрицы знаков выписываем соответствующий знак:

5) Затем записываем второй элемент:

6) МЫСЛЕННО вычеркиваем строку и столбец, в котором стоит второй элемент:

Ну и третий элемент первой строки. Никакой оригинальности:

7) Из матрицы знаков выписываем соответствующий знак:

8) Записываем третий элемент:

9) МЫСЛЕННО вычеркиваем строку и столбец, в котором стоит третий элемент:

Оставшиеся четыре числа записываем в маленький определитель.

Остальные действия не представляют трудностей, поскольку определители «два на два» мы считать уже умеем. НЕ ПУТАЕМСЯ В ЗНАКАХ!

Аналогично определитель можно разложить по любой строке или по любому столбцу. Естественно, во всех шести случаях ответ получается одинаковым.

Определитель «четыре на четыре» можно вычислить, используя этот же алгоритм.
При этом матрица знаков у нас увеличится:

В следующем примере я раскрыл определитель по четвертому столбцу :

А как это получилось, попробуйте разобраться самостоятельно. Дополнительная информация будет позже. Если кто захочет прорешать определитель до конца, правильный ответ: 18. Для тренировки лучше раскрыть определитель по какому-нибудь другому столбцу или другой строке.

Потренироваться, раскрыть, провести расчёты – это очень хорошо и полезно. Но сколько времени вы потратите на большой определитель? Нельзя ли как-нибудь быстрее и надёжнее? Предлагаю ознакомиться с эффективными методами вычисления определителей на втором уроке – Свойства определителя. Понижение порядка определителя .

БУДЬТЕ ВНИМАТЕЛЬНЫ!