Решение уравнения неравенств с модулями метод интервалов

Решение уравнений с модулем методом интервалов

Уравнения с несколькими модулями в одной части

Чем больше модулей, тем больше приходиться их раскрывать и тем больше получается различных уравнений. Когда модулей один или два — это не сложно. Сложность возникает когда модулей больше двух. Человек может забыть рассмотреть какой-то из случаев, и получится что уравнение решено не полностью.

Давайте решим следующее уравнение:

У данного уравнения два модуля в левой части. Оно решается путем раскрытия модулей. Не будем комментировать решение, а сразу приведём его:

Такой вид уравнения удобнее решать методом интервалов (или более точно — методом промежутков). Суть этого метода в том, чтобы разбить координатную прямую на несколько промежутков, а затем решить уравнение на каждом из этих промежутков. Модули исходного уравнения на каждом промежутке будут раскрываться по разному.

Решим уравнение |x − 5| − |x| = 1 методом интервалов.

Для начала нарисуем координатную прямую и обозначим её как x

Если координатная прямая содержит все числа, которые существуют в природе, то логично что она содержит и корни нашего уравнения.

Теперь надо разбить координатную прямую на промежутки. Для этого сначала нужно найти на ней те точки, на которых модули нашего уравнения будут менять свой порядок раскрытия. То есть, найти точки перехода для модулей |x − 5| и |x| .

Чтобы найти точки перехода, нужно выяснить при каких значениях x подмодульные выражения равны нулю. Узнать это можно приравняв к нулю подмодульные выражения обоих модулей, и решить обычные линейные уравнения:

Для модуля |x − 5| точкой перехода будет 5 . Для модуля |x| точкой перехода будет 0 .

Теперь отметим точки перехода на координатной прямой. Мéньшие числа нужно отмечать левее, большие числа правее:

Проведем дуги от точек перехода:

С помощью неравенств подпишем каждый промежуток. Получится три промежутка: от минус бесконечности до нуля, от нуля до пяти, и от пяти до плюс бесконечности. То есть: x x значение 0 не включено в данный промежуток. Но зато это значение включено во второй промежуток 0 ≤ x .

Во втором же промежутке 0 ≤ x значение 5 не включено в данный промежуток, но зато оно включено в третий промежуток x ≥ 5 .

Проще говоря, каждый промежуток включает в себя левый конец, и не включает правый. Сделано это специально, чтобы не допустить потерь значений переменной x. Описать с помощью неравенств нужно все значения на координатной прямой, не допуская их потерь.

Включение левого конца в рассматриваемый промежуток и исключение его из правого это лишь общепринятое правило. На самом деле концы рассматриваемого промежутка можно включать в любой из соседствующих промежутков. Например, значение 0 можно было включить в первый промежуток. Тогда он принял бы вид x ≤ 0 , а второй промежуток принял бы вид 0 , потому что ноль уже был включен в первый промежуток.

Но лучше всего исходить из ситуации, потому что в каких-то случаях левый конец промежутка целесообразнее исключить из рассматриваемого промежутка и включить его в правый конец соседнего промежутка. Об этом мы поговорим позже.

Теперь выясним как будут вести себя модули |x − 5| и |x| на каждом из этих промежутков. От этого будет зависеть то, как они будут раскрываться.

Начнем с первого промежутка x x , то при любом значении x на данном промежутке подмодульное выражение x − 5 станет отрицательным, а значит модуль |x − 5| на промежутке x −(x − 5) + x = 1 , которое получилось после раскрытия модулей на промежутке x

Это уравнение решений не имеет. Значит на промежутке x исходное уравнение не имеет корней. Проще говоря, корень уравнения не является числом меньшим нуля.

Следующий промежуток, на котором нужно решить уравнение это промежуток 0 ≤ x .

Если x больше или равно нулю, но меньше пяти, то подмодульное выражение x − 5, станет отрицательным, а значит модуль |x − 5| на промежутке 0 ≤ x будет раскрываться со знаком минус. Второй модуль |x| на промежутке 0 ≤ x будет раскрываться с плюсом.

В результате после раскрытия модулей на промежутке 0 ≤ x уравнение с модулем |x − 5| − |x| = 1 примет вид −(x − 5) − x = 1

Решим это уравнение:

Получили корень 2. Чтобы проверить действительно ли это число является корнем исходного уравнения, нужно посмотреть принадлежит ли это число рассматриваемому промежутку 0 ≤ x . Принадлежит? Да. Значит число 2 является корнем уравнения |x − 5| − |x| = 1 . Проверка также показывает это:

Следующий промежуток, который нужно рассмотреть это промежуток x ≥ 5 .

Если x больше или равно пяти, то модуль |x − 5| на промежутке x ≥ 5 будет раскрываться со знаком плюс. Второй модуль |x| на промежутке x ≥ 5 тоже будет раскрываться с плюсом.

В результате после раскрытия модулей на промежутке x ≥ 5 уравнение с модулем |x − 5| − |x| = 1 примет вид x − 5 − x = 1 .

Решим это уравнение:

Это уравнение не имеет решений. Значит на промежутке x ≥ 5 исходное уравнение корней не имеет. Проще говоря, корень уравнения не является числом, бóльшим либо равным пяти.

В итоге корнем уравнения является число 2, которое мы нашли решив исходное уравнение на промежутке 0 ≤ x

Пример 2. Решить уравнение |x − 3| + |x + 2| = 7

Решение

Шаг 1. Находим точки перехода для модулей |x − 3| и |x + 2|

Шаг 2. Отметим на координатной прямой найденные точки перехода и выделим получившиеся промежутки:

Шаг 3. Решим исходное уравнение на каждом промежутке. Для этого посмóтрим как будут раскрываться модули |x − 3| и |x + 2| на этих промежутках.

На промежутке x модуль |x − 3| будет раскрываться с минусом. Можно проверить это, подставив в данный модуль любое число из промежутка x . Например, числа −4 или −9

Следующий модуль |x + 2| на промежутке x тоже будет раскрываться с минусом. Убедимся в этом подставив любые два числа из промежутка x в подмодульное выражение. Например, числа −6 и −8

Значит после раскрытия модулей на промежутке x исходное уравнение |x − 3| + |x + 2| = 7 принимает следующий вид:

Обязательно нужно проверить входит ли найденный корень −3 в рассматриваемый промежуток x x найденный корень −3 и проверить верное ли оно. В данном случае неравенство −3 верно, значит корень −3 входит в промежуток x и соответственно является корнем исходного уравнения.

На следующем промежутке −2 ≤ x x ≥ 3 исходное уравнение |x − 3| + |x + 2| = 7 принимает следующий вид:

Решим это уравнение:

Этот корень входит в рассматриваемый промежуток x ≥ 3, значит является корнем исходного уравнения. Проверка также показывает это:

Ответ: −3 и 4.

Пример 3. Решить уравнение |2x − 3| + |2x + 7| = 16

Решение

Найдём точки перехода для модулей |2x − 3| и |2x + 7|

Отметим точки перехода на координатной прямой. Меньшие числа нужно отмечать левее, большие правее:

Решим исходное уравнение |2x − 3| + |2x + 7| = 16 на промежутке . Оба модуля на этом промежутке будут раскрываться с минусом:

Корень −5 принадлежит промежутку , значит является корнем исходного уравнения.

Теперь решим исходное уравнение на промежутке . Модуль |2x − 3| на этом промежутке раскрывается с минусом, а модуль |2x + 7| — с плюсом:

Видим, что на промежутке исходное уравнение не имеет решений (корней).

Теперь решим исходное уравнение на промежутке . Оба модуля на данном промежутке раскрываются с плюсом:

Корень 3 принадлежит промежутку , значит является корнем исходного уравнения.

Ответ: −5 и 3 .

Пример 4. Решить уравнение |x − 2| + 3x = |x − 5| − 18

Решение

Найдём точки перехода для модулей |x − 2| и |x − 5|

Отметим точки перехода на координатной прямой:

Решим исходное уравнение на промежутке x . Модули |x − 2| и |x − 5| на этом промежутке раскрываются с минусом:

Число −5 принадлежит промежутку x , значит является корнем исходного уравнения.

Решим исходное уравнение на промежутке 2 ≤ x . Модуль |x − 2| на этом промежутке раскрывается с плюсом, а модуль |x − 5| — с минусом:

Число не принадлежит промежутку 2 ≤ x , значит не является корнем исходного уравнения.

Решим исходное уравнение на промежутке x ≥ 5 . Модули |x − 2| и |x − 5| на этом промежутке будут раскрываться с плюсом:

Число −7 не принадлежит промежутку x ≥ 5 , значит не является корнем исходного уравнения.

Ответ: −5

Пример 5. Решить уравнение |x| + |x − 7| + 2|x − 4| = 2

Решение

Найдём точки перехода для модулей |x|, |x − 7| и |x − 4|

Отметим точки перехода на координатной прямой:

Решим исходное уравнение на промежутке x . Все три модуля: |x|, |x − 7| и |x − 4| на этом промежутке раскрываются с минусом:

Число не принадлежит промежутку x , значит не является корнем исходного уравнения.

Решим теперь исходное уравнение на промежутке 0 ≤ x |x| на этом промежутке раскрывается с плюсом, а модули |x − 7| и |x − 4| — с минусом:

Число не принадлежит промежутку 0 ≤ x , значит не является корнем исходного уравнения.

Решим теперь исходное уравнение на промежутке 4 ≤ x . Модуль |x| на этом промежутке раскрывается с плюсом; модуль |x − 7| — с минусом; модуль |x − 4| — с плюсом:

Число не принадлежит промежутку 4 ≤ x , значит не является корнем исходного уравнения.

Решим исходное уравнение на промежутке x ≥ 7 . Все три модуля: |x|, |x − 7| и |x − 4| на этом промежутке раскрываются с плюсом:

Число не принадлежит промежутку x ≥ 7 , значит не является корнем исходного уравнения.

Решив исходное уравнение на каждом промежутке, мы не нашли корней, удовлетворяющих этому уравнению. Значит данное уравнение не имеет корней.

В ответе можно написать словами, что корней нет (или решений нет), либо указать символ пустого множества. Этот символ будет указывать, что множество корней уравнения |x| + |x − 7| + 2|x − 4| = 2 пусто.

Ответ: ø.

Пример 6. Решить уравнение

Решение

Найдём точки перехода для модулей и

Если методом интервалов нужно решить уравнение с модулем, который в свою очередь содержит внутри себя другой модуль, то точки перехода надо искать для случаев: когда внутренний модуль раскрывается с плюсом и когда он раскрывается с минусом. Точки перехода будут меняться в зависимости от этих случаев. Давайте посмотрим как это происходит.

Если у модуля внутренний модуль раскроется с плюсом, то есть если 2x − 1 ≥ 0 (что равносильно ), то исходное уравнение примет вид |2x − 1 − 5| + x = |6 − x| . Здесь и далее надо учесть, что внутренний модуль будет раскрываться с плюсом при тех значениях x, которые будут больше либо равны . Отметим эту точку на координатной прямой.

Теперь найдем точки перехода. Поскольку исходное уравнение приняло вид |2x − 1 − 5| + x = |6 − x| , то точки перехода надо найти для модулей |2x − 1 − 5| и |6 − x| .

Для модуля |2x − 1 − 5| точкой перехода будет число 3 , а для модуля |6 − x| — число 6 . Отметим эти числа на той же координатной прямой где мы отметили точку

Сейчас нас интересуют только те значения x , которые удовлетворяют условию , потому что только при этом условии внутренний модуль исходного уравнения раскрывается с плюсом. Поэтому рассматривать промежуток мы не будем. Рассмотреть нужно те промежутки где x удовлетворяет условию

Первый промежуток на котором мы будем решать уравнение это . На нем модуль |2x − 1 − 5| раскрывается с минусом, а модуль |6 − x| с плюсом:

Получили тождество — равенство верное при любом значении x . В данном случае решением исходного уравнения является любое число из промежутка . Любое число из этого промежутка также удовлетворяют условию

Теперь решим исходное уравнение на промежутке 3 ≤ x . Оба модуля на этом промежутке раскрываются с плюсом. Тогда:

Корень 3 принадлежит рассматриваемому промежутку. Также этот корень удовлетворяет условию , согласно которому внутренний модуль исходного уравнения раскрывается с плюсом.

Теперь решим исходное уравнение на промежутке x ≥ 6 . На этом промежутке модуль |2x − 1 − 5| раскрывается с плюсом, а модуль |6 − x| с минусом. Тогда:

Корень 0 не удовлетворяет условию x ≥ 6 , значит на данном промежутке исходное уравнение корней не имеет.

Итак, если внутренний модуль уравнения раскрывается с плюсом, то решениями уравнения являются: промежуток , а также число 3. Запишем эти решения одним промежутком:

Теперь решим исходное уравнение для случая когда внутренний модуль раскрывается с минусом. То есть когда 2x − 1 (что равносильно неравенству ). В этом случае исходное уравнение примет вид:

Отметим точку на координатной прямой.

Нас будут интересовать те значения x которые располагаются слева от . Это те значения при которых внутренний модуль исходного уравнения раскрывается с минусом.

Найдем точки перехода для модулей |−2x + 1 − 5| и |6 − x| . Для первого модуля это число −2, для второго модуля — число 6

Рассматривать будем только те промежутки, которые располагаются слева от . Только при них внутренний модуль исходного уравнения раскрывается с минусом

Решим уравнение на промежутке x . На этом промежутке оба модуля раскрываются с плюсом. Тогда:

Это уравнение решений не имеет. Значит на промежутке x исходное уравнение не имеет корней.

Решим теперь уравнение на промежутке . Замечаем, что при подстановке левого конца этого промежутка (числа −2) в модуль |−2x + 1 − 5| данный модуль раскрывается с плюсом, а при остальных значениях промежутка модуль |−2x + 1 − 5| раскрывается с минусом.

Поэтому число −2 разумнее включить в промежуток x , который мы уже рассмотрели. На промежутке x модуль раскрывался с плюсом, и при включении числа −2 в данный промежуток, он также будет раскрываться с плюсом.

На промежутке модуль |−2x + 1 − 5| раскрывается с минусом, а модуль |6 − x| с плюсом. Тогда:

Получится корень который не удовлетворяет условию . Несмотря на это число является корнем исходного уравнения, потому что мы получили его когда решали уравнение для случая 2x − 1 ≥ 0 .

Задания для самостоятельного решения

Примечание: Решения, не удовлетворяющие исходному уравнению, подчёркнуты красным.

Уравнения с модулем

Эта статья посвящена приёмам решения различных уравнений и неравенств, содержащих
переменную под знаком модуля.

Если на экзамене вам попадётся уравнение или неравенство с модулем, его можно решить,
вообще не зная никаких специальных методов и пользуясь только определением модуля. Правда,
занять это может часа полтора драгоценного экзаменационного времени.

Поэтому мы и хотим рассказать вам о приёмах, упрощающих решение таких задач.

Прежде всего вспомним, что

Рассмотрим различные типы уравнений с модулем. (К неравенствам перейдём позже.)

Слева модуль, справа число

Это самый простой случай. Решим уравнение

Есть только два числа, модули которых равны четырём. Это 4 и −4. Следовательно, уравнение
равносильно совокупности двух простых:

Второе уравнение не имеет решений. Решения первого: x = 0 и x = 5.

Переменная как под модулем, так и вне модуля

Здесь приходится раскрывать модуль по определению. . . или соображать!

Уравнение распадается на два случая, в зависимости от знака выражения под модулем.
Другими словами, оно равносильно совокупности двух систем:

Решение первой системы: . У второй системы решений нет.
Ответ: 1.

Первый случай: x ≥ 3. Снимаем модуль:

Число , будучи отрицательным, не удовлетворяет условию x ≥ 3 и потому не является корнем исходного уравнения.

Выясним, удовлетворяет ли данному условию число . Для этого составим разность и определим её знак:

Значит, больше трёх и потому является корнем исходного уравнения

Стало быть, годятся лишь и .

Ответ:

Квадратные уравнения с заменой |x| = t

Поскольку , удобно сделать замену |x| = t. Получаем:

Модуль равен модулю

Речь идёт об уравнениях вида |A| = |B|. Это — подарок судьбы. Никаких раскрытий модуля по определению! Всё просто:

Например, рассмотрим уравнение: . Оно равносильно следующей совокупности:

Остаётся решить каждое из уравнений совокупности и записать ответ.

Два или несколько модулей

Не будем возиться с каждым модулем по отдельности и раскрывать его по определению — слишком много получится вариантов. Существует более рациональный способ — метод интервалов.

Выражения под модулями обращаются в нуль в точках x = 1, x = 2 и x = 3. Эти точки делят числовую прямую на четыре промежутка (интервала). Отметим на числовой прямой эти точки и расставим знаки для каждого из выражений под модулями на полученных интервалах. (Порядок следования знаков совпадает с порядком следования соответствующих модулей в уравнении.)

Таким образом, нам нужно рассмотреть четыре случая — когда x находится в каждом из интервалов.

Случай 1: x ≥ 3. Все модули снимаются «с плюсом»:

Полученное значение x = 5 удовлетворяет условию x ≥ 3 и потому является корнем исходного уравнения.

Случай 2: 2 ≤ x ≤ 3. Последний модуль теперь снимается «с минусом»:

Полученное значение x также годится — оно принадлежит рассматриваемому промежутку.

Случай 3: 1 ≤ x ≤ 2. Второй и третий модули снимаются «с минусом»:

Мы получили верное числовое равенство при любом x из рассматриваемого промежутка [1; 2] служат решениями данного уравнения.

Случай 4: x ≤ 1 ≤ 1. Второй и третий модули снимаются «с минусом»:

Ничего нового. Мы и так знаем, что x = 1 является решением.

Модуль в модуле

Начинаем с раскрытия внутреннего модуля.

1) x ≤ 3. Получаем:

Выражение под модулем обращается в нуль при . Данная точка принадлежит рассматриваемому
промежутку. Поэтому приходится разбирать два подслучая.

1.1) Получаем в этом случае:

Это значение x не годится, так как не принадлежит рассматриваемому промежутку.

1.2) . Тогда:

Это значение x также не годится.

Итак, при x ≤ 3 решений нет. Переходим ко второму случаю.

Здесь нам повезло: выражение x + 2 положительно в рассматриваемом промежутке! Поэтому никаких подслучаев уже не будет: модуль снимается «с плюсом»:

Это значение x находится в рассматриваемом промежутке и потому является корнем исходного уравнения.

Так решаются все задачи данного типа — раскрываем вложенные модули по очереди, начиная с внутреннего.

Читайте также о том, как решать неравенства с модулем.

Методы решения уравнений и неравенств с модулем

Методы решения уравнений и неравенств с модулем

Цели. Целью моей работы является классификация методов решения уравнений и неравенств, содержащих переменную под знаком модуля (абсолютной величины). Данное исследование возникло из необходимости обобщить все знания по этой теме для проникающего повторения при подготовке к Единому Государственному Экзамену в 10 – 11 классах. В результате исследования мне удалось выделить три основных метода, которые являются универсальными для решения уравнений (неравенств) своего типа, а так же, были выявлены частные случаи этих методов, упрощающие общую схему решения.

Считаю, что данная работа будет полезна ученикам 11-х классов.

Типы уравнений (неравенств) и методы их решения:

I. Простейшие – уравнения и неравенства вида

|f(x)| = a, |f(x)| a, где а – любое число.

При решении простейших уравнений и неравенств исходим из определения модуля, как расстояния от нуля до числа, выраженного в единичных отрезках.

1. Рассмотрим уравнения вида | f(x)| = a:

Решение неравенства – множество значений f(х) «между» числами а и – а:

двойное неравенство — a а ():

б). Если а = 0, то |f(x)| > 0. Тогда , т. к. |f(x)| 0.

(|f(x)|0. Решение: (см. выше)).

|f(x)| > a Решение неравенства: множество значений х «за» числами а и – а.

1.| x+2| = 3

2.

Ответ: x = 3, x = -1.

3., тогда или

.

Ответ: (-∞;1 ).

4. | x2 +5x | ≥ 6,

Ответ: (-∞;-6][-3;-2] [1;+ ∞).

|f(x)| = f(x) f(x) ≥ 0 Решение уравнения – решение неравенства. |f(x)| = — f(x) f(x) ≤ 0. |f(x)|=|g(x)|

1.

x = 1, x =3.

2.| x2 – 1| = (x – 1)(x + 1),

Ответ: (-∞; — 1] [1;+ ∞).

II. По определению модуля.

Если в уравнении или неравенстве один модуль и функция (|f(x)| * g(x)), то решаем по определению модуля:

|f(x)|=

Для этого нужно рассмотреть два случая, раскрывая модуль, в зависимости от знака подмодульного выражения Изменения происходят только в части, содержащей модуль.

1. 2|x +1|>x+4,

Ответ:

2.

Ответ: x = 1, x = —

Данное равенство возможно, только если . Тогда:

Только для уравнений, в которых g(x) проще f(x).

1.

Ответ: x = 1, x = 6.

III. Метод интервалов

А) В случае, когда в уравнении или неравенстве сумма (разность) нескольких модулей.

1.

1.Приведем подмодульные выражения к виду ax + b, где a > 0, по свойству . .

2.Найдем нули модулей: х = — 1, х = 4.

3.Отметим нули модулей на числовом луче и выделим числовые промежутки.

4.Заполним таблицу и расставим знаки, используя свойство линейной функции y = kx + b при k>0 (возрастающая функция, при переходе через ноль знак меняется с « — » на « + »).

5. Решим уравнения (неравенства) на каждом из участков, раскрывая модуль с учетом знака подмодульного выражения.

1. x 5.

Объединяем решения всех случаев, тогда x(-

Ответ: (-

2.Существуют уравнения этого типа (в тестах!), условие которых позволяет сократить количество рассматриваемых случаев, но для этого надо внимательно исследовать подмодульные выражения.

данное равенство возможно только, если , т. е. когда , .

Значит, и

Тогда рассматриваем только один случай:

Ответ:

Так как обе части уравнения (неравенства) — неотрицательные числа, то можно возвести обе части в квадрат. Тогда получим:

f2(x) * g2(x) или f2(x) — g2(x) * 0 – это разность квадратов, можно разложить на множители.

(Очень эффективно, когда функции сложно заданы!)

| x2 — 3x + 2| ≥ | x2 + 3x + 2|,

(x2 — 3x +x2 + 3x + 2) 2 ≥ 0,

(x2 — 3x + 2 — x2 — 3x – 2)∙(x2 — 3x + 2 + x2 + 3x + 2) ≥ 0,

— 6x∙(2×2 + 4) ≥ 0, т. к. 2×2 + 4 > 0, то получим:

Б). Произведение или частное сравнивается с нулем.

x∙

1.Найдем нули всех множителей: х =0, х = — 1.

2.Учтем, что ноль модуля не является знакоменяющей точкой, т. к. («лепесток»).

3.Расставим в промежутках знаки, чередуя их, и в лепестках тоже, начиная с самого правого (рис. 4).

4.Выберем промежутки соответственно знаку неравенства: «больше» — c « + »,

Ответ: <- 1>.

Нули числителя: x=0 (●).

Нули знаменателя: x=1, «лепесток» (○).

Ответ: .

Проделанная мной работа позволила мне привести в систему мои знания по этой теме, что необходимо каждому старшекласснику для успешной сдачи Единого Государственного Экзамена. Кроме того, я открыла для себя новые схемы решения уравнений и неравенств с модулями, которые значительно облегчают процесс решения и позволяют сократить время, требуемое для выполнения задания. Расширила знания по работе с компьютерной программой Microsoft Word, выходящие за рамки простого набора текста, что необходимо каждому современному человеку.