Линейные уравнения с параметром
Рассмотрим линейные уравнения с параметром вида: $$p(a)x-q(a)=0,$$ где \(p(a)\) и \(q(a)\)- выражения, которые зависят от параметра. Для того, чтобы решить такое уравнение, нужно найти все \(x\) при всех значениях параметра \(a\). Приведем наше уравнение к виду: $$p(a)x=q(a),$$ Отсюда единственное решение: \(x=\frac \) при \(p(a)≠0.\) Если же \(p(a)=0\) и \(q(a)=0\), то решением данного уравнения является любое число. И последний случай, когда \(p(a)=0\),а \(q(a)≠0\), то уравнение не имеет решений. Замечу, что по некоторым уравнениям сразу невозможно определить, являются ли они линейными. Выполнив некоторые преобразования, вдруг обнаружим, что в уравнении отсутствуют члены с \(x\) в степени большей, чем 1. Если изначально у нас и были старшие степени, то теперь они сократились. Мы провели анализ линейного уравнения в общем виде, теперь разберем несколько примеров: Решить уравнение \(ax-5a=7x-3\) при всех возможных \(a\). Перенесем все одночлены с \(x\) влево, а оставшиеся члены – вправо. И вынесем \(x\) за скобку, как общий множитель: $$x(a-7)=5a-3;$$ Первый случай, когда \((a-7)≠0\). Тогда мы можем поделить все уравнение на \(a-7\) и выразить: $$x=\frac<5a-3> Найдите все \(a\), при которых корнем уравнения $$ax+5a-2(3x+2)=-5x+a^2$$ будет любое число. Раскроем скобки и перенесем все члены, содержащие \(x\), влево, а остальные – вправо. $$ax-6x+5x=-5a+4+a^2$$ Приведем подобные: $$ax-x=a^2-5a+4$$ И вынесем за скобку \(x\) и разложим квадратный многочлен на множители: $$x(a-1)=a^2-5a+4$$ $$x(a-1)=(a-1)(a-4)$$ Первый случай: \((a-1)=0\),т.е. \(a=1\) $$x*0=(a-1)(a-4)$$ $$x*0=0.$$ Решением уравнения будет любое число. Из ОДЗ видно, что \(5a+x≠0\) и \(x-5a≠0,\) таким образом, \(x≠±5a.\) Приведем уравнение к общему знаменателю \(x^2-25a^2\) и умножим на него все уравнение: $$x^2-5ax-x^2-10ax-25a^2=-100a^2$$ $$-15ax=-75a^2$$ $$ax=5a^2.$$ После преобразований получили линейное уравнение. Первый случай: \(a=0.\) Получаем уравнение \(0*x=0.\) Решениями этого уравнения будет любое число, кроме \(x=0\) (ОДЗ \(x≠±5a\)). Ответ: При \(a=0\) решениями уравнения будут все действительные числа, кроме \(x=0.\) Если \(a≠0,\) то решений нет. Разделы: Математика Изучение уравнений в среднем звене начинается с введения решения линейных уравнений и уравнений, сводящихся к линейным. Равенство двух функций, рассматриваемых в общей области определения, называется уравнением. Переменные, входящие в уравнение, обозначаются латинскими буквами x, y,z, t … Уравнение с одной переменной х в общем, виде записывается так f(x)= g(x). Всякое значение переменной, при котором выражения f(x) и g(x) принимают равные числовые значения, называется корнем уравнения. Решить уравнение – это, значит, найти все его корни или доказать, что их нет. Например, уравнение 3+x=7 имеет единственный корень 4, так как при этом и только при этом значении переменной 3+x=7 верное равенство. Уравнение (x-1)(x-2)=0 имеет 2 корня 1 и 2. Уравнение x 2 +1=0 не имеет действительных корней, так как сумма двух положительных чисел не равняется 0. Для того, чтобы решить любое уравнение с одной переменной, учащийся должен знать: во-первых, правила, формулы или алгоритмы решения уравнений данного вида и, во-вторых, правила выполнения тождественных и равносильных преобразований, с помощью которых данное уравнение можно привести к простейшим. Таким образом, решение каждого уравнения складывается из двух основных частей: Если вторая часть является алгоритмической, то первая часть — в значительной степени — эвристической, что и представляет наибольшую трудность для учащихся. В процессе решения уравнения его стараются заменить более простым, поэтому важно знать с помощью каких преобразований это возможно. Здесь необходимо в доступной для ребенка форме дать понятие равносильности. Уравнения, имеющие одни и теже корни, называются равносильными. Равносильными считаются и уравнения, каждое из которых не имеет корней. Например, уравнения x+2=5 и x+5=8 равносильны, так как каждое из них имеет единственный корень — число 3.Равносильны и уравнения x 2 +1=0 и 2x 2 +5=0 — ни одно из них не имеет корней. Уравнения х-5=1 и х 2 =36 не равносильны, так как первое имеет только один корень х=6, тогда как второе имеет два корня 6 и –6. К равносильным преобразованиям относятся: 1) Если к обеим частям уравнения прибавить одно и тоже число или одно и тоже целое алгебраическое выражение, содержащее неизвестное, то новое уравнение будет равносильно данному. 2) Если обе части уравнения умножить или разделить на одно и тоже отличное от нуля число, то получится уравнение, равносильное данному. Например, уравнение равносильно уравнению x 2 – 1 = 6x 3) Если в уравнении произвести раскрытие скобок и привести подобные слагаемые, то получится уравнения, равносильно данному. Обучение решения уравнений начинается с простейших линейных уравнений и уравнений сводящихся к ним. Дается определение линейного уравнения и рассматриваются случаи, когда оно имеет одно решение; не имеет решений и имеет бесконечное множество решений. Линейным уравнением с одной переменной х называют уравнение вида ах = b, где а и b — действительные числа, а — называют коэффициентом при переменной, b — свободным членом. Для линейного уравнения ах = b могут представиться при случае: Многие уравнения в результате преобразований сводятся к линейным. Так в 7 классе можно применить следующие уравнения: 1) Это уравнение сводиться к линейному уравнению. Умножением обеих частей на 12 (наименьшее общее краткое знаменателей 3, 4, 6, 12), получим: 8 + 3x + 2 – 2x = 5x –12, 8 + 2 + 12 = 5x – 3x + 2x, 2) Покажем, что уравнение 2 (х + 1) – 1 = 3 — (1 — 2х) не имеет корней. Упростим обе части уравнения: 2х + 2 – 1 = 3 – 1 + 2х, Это уравнение не имеет корней, т.к. левая часть 0 х равна 0 при любом х, а значит не равна 1. 3) Покажем, что уравнение 3(1 – x) + 2 = 5 – 3x имеет бесконечное множество корней. При прохождении темы “линейные уравнения с двумя переменными” можно предложить учащимся графический способ решения уравнения. Данный метод основан на пользовании графиков функций, входящих в уравнение. Суть метода: найти абсциссы точек пересечения графиков функций, стоящих в левой и правой частях уравнения. Основывается на выполнение следующих действий: 1) Преобразовать исходное уравнение к виду f(x) = g(x), где f(x) и g(x) функции, графики, которых можно построить. Преимущество данного метода заключается в том, что он позволяет легко определить число корней уравнения. Недостаток в том, что корни в общем случае определяются приближенно. Следующим этапом в изучении линейных уравнений, являются уравнения с модулями, причем некоторые решения выполняются несколькими способами. Решение уравнений, содержащих знак модуля и уравнений с параметрами можно назвать деятельностью, близкой к исследовательской. Это обусловлено тем, что выбор метода решения, процесс решения, запись ответа предполагают определенный уровень сформированности умений наблюдать, сравнивать, анализировать, выдвигать и проверять гипотезу, обобщать полученные результаты. Особой интерес представляют уравнения, содержащие знак модуля. По определению модуля числа a, имеем: Число –a может быть отрицательным при a>0; -a положительным при a -1, тогда , Видим, что число 0 принадлежит промежутку. Значит, является корнем. Таким образом, уравнение имеет два корня: 0 и -4. На простых примерах рассмотрим алгоритм решения уравнений с параметрами: область допустимых значений, область определения, общие решения, контрольные значения параметров, типы частных уравнений. Способы их нахождения будут устанавливаться в каждом виде уравнений отдельно. На базе введенных понятий определим общую схему решения всякого уравнения F(a;x)=0 с параметром а (для случая двух параметров схема аналогична): Рассмотрим несколько примеров. 2х – 3 = + 4 m + 1, Умножим обе части уравнения на 3, получим 6х — m•х + 12m + 12, , 6 – m ? 0, m ? 6. Уравнение 2х – 3 + m (х/3 + 4) + 1 имеет множество решений, заданных формулой при всех значениях m, кроме 6. 2. , при m 2, x 1, n 0. mx – n = 2x – 2 + 2n + 3xn, mx – 2x – 3xn = — 2 + 2n +n, mx – 2x – 3xn = 3n – 2, x (m – 2 – 3n) = 3n – 2, при m 2, x 1, n 0. Рассмотрим случай, где a = 0, тогда m = 3n +2, при n 0 n = . m = 3 • + 2, x(4 – 2 – 3 ) = 3 • — 2, x – любое число, кроме x = 1. б) 3n – 2 0 0 • x = b. В этом случае уравнение не имеет решений. 2) a 0 m – 2 – 3n 0 m 2 + 3n. x = , при x ? 1, 1, 3n – 2 m – 2 – 3n, 3n + 3n 2 – 2 + m, 6n m (n ) В этом случае уравнение решений не имеет. Значит, при n = и m = 4, x – любое число, кроме 1; при n = 0, m = 6n (n ), m = 3n + 2 (n ), m = 2 уравнение решений не имеет. Для всех остальных значения параметров x = . Ответ: 1. n = , m = 4 – x ? R\. 2. n = 0, m = 6n (n ), m = 3n + 2 (n ), m = 2 – решений нет. 3. n 0, m 6n, m 3n + 2, m 2 – x = . В дальнейшем предлагается рассмотреть решение задач методом составления линейных уравнений. Это сложный процесс, где надо уметь думать, догадываться, хорошо знать фактически материал. В процессе решения каждой задачи надо четко размечать четыре этапа: Теперь рассмотрим задачи, при решении которых применяются линейные уравнения. 1. Сплав меди и цинка содержит меди на 640 г. Больше, чем цинка. После того, как из сплава выделили 6/7 содержащейся в нем меди и 60% цинка, масса сплава оказалась равной 200 г. Какова была масса сплава первоначально? Пусть в сплаве было х г. цинка, тогда меди (640 + х) г. после того, как выделили 6/7 меди и 60% цинка, осталось 1/7 меди и 40% цинка, т.е. 0,4 части. Зная, что масса сплава оказалась равной 200 г., составим уравнение. 1/7 (х + 640) + 0,4•х = 200, х + 640 + 2,8•х =1400, Значит, цинка было 200 г., а меди 840 г. (200 + 640 = 840). 1) 200 + 840 = 1040 (г.) – масса сплава. Ответ: первоначальная масса сплава 1040 г. 2. Сколько литров 60% серной кислоты нужно прибавить к 10 л 30% кислоты, чтобы получить 40% раствор? Пусть число литров 60% кислоты, которое прибавим х л, тогда раствора чистой кислоты будет л. А в 10 л 30% раствора чистой кислоты будет л. Зная, что в полученных (10 + х) смеси будет чистой кислоты л, составим уравнение. +=, 60х + 300 = 40х + 400, 60х – 40х = 400 – 300, Значит, нужно прибавить 5 л 60% кислоты. При изучении темы “Решение линейных уравнений” рекомендуется некоторая историческая справка. Задачи на решение уравнений первой степени встречаются еще в вавилонских клинописных текстах. В них же есть некоторые задачи, приводящие к квадратным и даже кубическим уравнениям (последние, по-видимому, решались с помощью подбора корней). Древнегреческие математики нашли геометрическую форму решения квадратного уравнения. В геометрической же форме арабский математик Омар Хайям (конец XI – начало XII века н. э.) исследовал кубическое уравнение, хотя и не нашел общей формулы для его решения. Решение кубического уравнения было найдено в начале XVI века в Италии. После того, как Сципиан дель Ферро решил один частный вид таких уравнений в 1535 году, итальянец Тарталья нашел общую формулу. Он доказал, что корни уравнения x 3 + px + q = 0 имеют вид x =. Это выражение обычно называют формулой Кардано, по имени ученого, узнавшего ее от Тартальи и опубликовавшего в 1545 году в своей книге “Великое искусство алгебраических правил”. Ученик Кардано – молодой математик Феррари решил общее уравнение четвертой степени. После этого на протяжении двух с половиной столетий продолжались поиски формулы для решения уравнений пятой степени. В 1823 году замечательный норвежский математик Нильс Хендрик Абель (1802-1829) доказал, что такой формулы не существует. Точнее говоря, он доказал, что корни общего уравнения пятой степени нельзя выразить через его коэффициенты с помощью арифметических действий и операций извлечения корня. Глубокое исследование вопроса об условиях разрешимости уравнений в радикалах провел французский математик Эварист Галуа (1811-1832), погибший на дуэли в возрасте 21 года. Некоторые проблемы теории Галуа решил советский алгебраист И.Т.Шафаревич. Наряду с поисками формулы для решения уравнения пятой степени велись и другие исследования в области теории алгебраических уравнений. Виета установил связь между коэффициентами уравнений и его корнями. Он доказал, что если x1,…,xn – корни уравнения x n + a1x n-1 +…+an=0, то имеют место формулы: Литература: Оглавление II. Линейные уравнения с параметрами уравнения приводимые к линейным. 4 III. Примеры простейших линейных уравнений с параметром. 6 IV. Линейные уравнения с параметром, имеющие стандартный канонический вид 9 V. Уравнения, приводимые к линейным уравнениям с параметром. 111 I. Введение Уравнения и неравенства с параметрами являются традиционно наиболее трудными задачами курса математики. Чаще всего они встречаются в заданиях повышенной сложности, а также ученики довольно часто сталкиваются с такими заданиями на ОГЭ и ЕГЭ. В прошлом году только 13,4 % девятиклассников смогли выполнить задание 23 части С. На следующий год нам тоже предстоит сдавать ОГЭ, а данная тема вызывает наибольшее затруднение. Именно поэтому мы выбрали эту тему. Цель Изучение решения линейных уравнений с параметрами. Задачи 1.Познакомиться с понятием параметра. 2.Изучить общий принцип и метод решения линейных уравнений с параметрами. 3.Рассмотреть различные виды уравнений с параметрами. 4.Научиться решать уравнения с параметрами. Актуальность Тема «Решение и исследование уравнений с параметрами» присутствует в материалах ОГЭ и Единого государственного экзамена. Данная тема является одной из самых трудных в курсе алгебры.. Совершенно очевидно, что к «встрече» с такими задачами надо специально готовиться. Предмет исследования:линейные уравнения с параметром. Объект исследования:алгоритм решения линейных уравнений с параметрами. II. Линейные уравнения с параметрами уравнения приводимые к линейным Параметр (от греческого “parametron” – отмеривающий) – величина, значения которой служат для различения элементов некоторого множества между собой. С использованием параметров проводятся исследования многих систем и процессов реальной жизни. В частности, в физике в качестве параметров могут выступать температура, время и др. В математике параметры вводятся для обозначения некоторой совокупности объектов. Так, уравнение + = с параметрами а, b и с определяет совокупность всех окружностей; уравнение + = 1 – всех единичных окружностей; уравнение + = – совокупность концентрических окружностей с центром в начале координат. Рассмотрим с точки зрения алгебры, как определяется уравнение с параметром. Определение.Уравнение вида Аx=В , где А и В зависят от параметра, то есть А=А(а), В=В(а) называется линейным уравнением с параметром а. Замечание. Уравнение, которое с помощью тождественных преобразований сводится к уравнению Аx=В, также называется линейным. Более примитивно линейное уравнение с параметром определяется как уравнение, в запись которого, кроме неизвестных, входят числа, обозначенные буквами. В отношении уравнений с параметром чаще всего встречаются две постановки задачи: 1) Для каждого значения параметра найти все решения заданного уравнения; 2) Найти все значения параметра, при каждом из которых решения урав- нения удовлетворяют заданным требованиям. В качестве примера рассмотрим уравнение 1) Пусть , тогда уравнение примет вид Решим его: 2) Пусть , тогда уравнение примет вид , решением которого является любое действительное значение . 3) Пусть , тогда уравнение примет вид . Решив его, получим, что . В этом случае уравнение не имеет решения. Следовательно, сам факт существования решения зависит от значения параметра . Определение. Исследовать и решить уравнение с параметром это значит : — найти все системы значений параметров, при которых данное уравнение имеет решение; — найти все решения для каждой найденной системы значений параметров, т.е. для неизвестного и параметра должны быть указаны свои области допустимых значений. http://urok.1sept.ru/articles/410415 http://poisk-ru.ru/s20957t12.html
Ответ: При \(a=7\) \(x∈∅;\)
при \(a≠7\) \(x=\frac<5a-3>
Второй случай: \((a-1)≠0\), т.е. \(a≠1\) $$x=\frac<(a-1)(a-4)>
Ответ: \(a=1.\)Методика введения решения линейных уравнений и уравнений, сводящихся к линейным
2) Построить графики функций f(x) и g(x)
3) Определить точки пересечения построенных графиков.
4) Определить абсциссы найденных точек. Они и дадут множество решений исходного уравнения.
5) Записать ответ.1. 2х – 3 = m+1, где m – неизвестный параметр. 6х – 9 = m•х + 12m +3, Вынесем общий множитель за скобки, получим х•(6-m) = 12(m+1), так как стоит в знаменателе дроби. Ответ: , при m 6. II. Линейные уравнения с параметрами уравнения приводимые к линейным