Уравнения и неравенства
Библиотечка
физико-математической школы
Выпуск 5
PEKЛAMA: 500 РАДИОСПЕКТАКЛЕЙ НА SD 64GB — ГДЕ.
BAШA ПОМОЩЬ ПРОЕКТУ: ЗАНЕСТИ КОПЕЕЧКУ — КУДА.
ОГЛАВЛЕНИЕ Глава I. Введение Глава II. Уравнения 23 Глава III. Неравенства 64 ПРЕДИСЛОВИЕ § 1. Числа Основные понятия Советы Алгебраические уравнения и неравенства, Методическое пособие по математике для подготовительных курсов, Петрович А.Ю., 2008Алгебраические уравнения и неравенства, Методическое пособие по математике для подготовительных курсов, Петрович А.Ю., 2008. По материалам занятий, проводимых на подготовительных курсах в (Московском физико-техническом институте (МФТИ),приведены на доступном уровне основные методы решения алгебраических уравнений и неравенств. Большинство разобранных примеров и задач для самостоятельного решения предлагались на письменных вступительных экзаменах в МФТИ. Для абитуриентов, слушателей подготовительных курсов, старшеклассников. § 1. Целые алгебраические уравнения §2. Рациональные уравнения §3. Рациональные неравенства Скачать djvu Учебное пособие «Уравнения и неравенства с параметрами»Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах. Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение Самарской области средняя общеобразовательная школа № 2 им. В. Маскина ж.-д. ст. Клявлино муниципального района Клявлинский « Уравнения и неравенства с параметрами» для учащихся 10 –11 классов данное пособие является приложением к программе элективного курса «Уравнения и неравенства с параметрами», которая прошла внешнюю экспертизу (научно-методическим экспертным советом министерства образования и науки Самарской области от 19 декабря 2008 года бала рекомендована к использованию в образовательных учреждениях Самарской области) Авторыучитель математики МОУ Клявлинской средней общеобразовательной школы № 2 им. В.Маскина Клявлинского района Самарской области Ромаданова Ирина Владимировна учитель математики МОУ Клявлинской средней общеобразовательной школы № 2 им. В.Маскина Клявлинского района Самарской области Сербаева Ирина Алексеевна Линейные уравнения и неравенства с параметрами……………..4-7 Квадратные уравнения и неравенства с параметрами……………7-9 Дробно- рациональные уравнения с параметрами……………..10-11 Иррациональные уравнения и неравенства с параметрами……11-13 Тригонометрические уравнения и неравенства с параметрами.14-15 Показательные уравнения и неравенства с параметрами………16-17 Логарифмические уравнения и неравенства с параметрами…. 16-18 Задания для самостоятельной работы…………………………. 21-28 Уравнения и неравенства с параметрами. Если в уравнении или неравенстве некоторые коэффициенты заданы не конкретными числовыми значениями, а обозначены буквами, то они называются параметрами, а само уравнение или неравенство параметрическим. Для того, чтобы решить уравнение или неравенство с параметрами необходимо: Выделить особое значение — это то значение параметра, в котором или при переходе через которое меняется решение уравнения или неравенства. Определить допустимые значения – это значения параметра, при которых уравнение или неравенство имеет смысл. Решить уравнение или неравенство с параметрами означает: 1) определить, при каких значениях параметров существуют решения; 2) для каждой допустимой системы значений параметров найти соответствующее множество решений. Решить уравнение с параметром можно следующими методами: аналитическим или графическим. Аналитический метод предполагает задачу исследования уравнения рассмотрением нескольких случаев, ни один из которых нельзя упустить. Решение уравнения и неравенства с параметрами каждого вида аналитическим методом предполагает подробный анализ ситуации и последовательное исследование, в ходе которого возникает необходимость «аккуратного обращения» с параметром. Графический метод предполагает построение графика уравнения, по которому можно определить, как влияет соответственно, на решение уравнения изменение параметра. График подчас позволяет аналитически сформулировать необходимые и достаточные условия для решения поставленной задач. Графический метод решения особенно эффективен тогда, когда нужно установить, сколько корней имеет уравнение в зависимости от параметра и обладает несомненным преимуществом увидеть это наглядно. § 1. Линейные уравнения и неравенства.Линейное уравнение а x = b , записанное в общем виде, можно рассматривать как уравнение с параметрами, где x – неизвестное, a , b – параметры. Для этого уравнения особым или контрольным значением параметра является то, при котором обращается в нуль коэффициент при неизвестном. При решении линейного уравнения с параметром рассматриваются случаи, когда параметр равен своему особому значению и отличен от него. Особым значением параметра a является значение а = 0. Если а ¹ 0, то при любой паре параметров а и b оно имеет единственное решение х=. Если а = 0, то уравнение принимает вид : 0х= b . В этом случае значение b = 0 является особым значением параметра b . При b ¹ 0 уравнение решений не имеет. При b = 0 уравнение примет вид: 0х = 0. Решением данного уравнения является любое действительное число. Неравенства вида ах > b и ax b ( а ≠ 0) называются линейными неравенствами. Множество решений неравенства ах > b – промежуток (; +), если a > 0 , и (-;) , если а . Аналогично для неравенства ах b множество решений – промежуток (-;), если a > 0, и (; +), если а Пример 1. Решить уравнение ах = 5 Решение : Это линейное уравнение . Если а = 0, то уравнение 0 × х = 5 решения не имеет. Если а ¹ 0, х = — решение уравнения. Ответ: при а ¹ 0, х= при а = 0 решения нет. Пример 2. Решить уравнение ах – 6 = 2а – 3х. Решение: Это линейное уравнение, ах – 6 = 2а – 3х (1)ах + 3х = 2а +6Переписав уравнение в виде (а+3)х = 2(а+3), рассмотрим два случая: Если а= -3, то любое действительное число х является корнем уравнения (1). Если же а ¹ -3, уравнение (1) имеет единственный корень х = 2. Ответ: При а = -3, х R ; при а ¹ -3, х = 2. Пример 3. При каких значениях параметра а среди корней уравнения 2ах – 4х – а 2 + 4а – 4 = 0 есть корни больше 1 ? Решение: Решим уравнение 2ах – 4х – а 2 + 4а – 4 = 0 – линейное уравнение 2(а — 2) х = а 2 – 4а +4 2(а — 2) х = (а – 2) 2 При а = 2 решением уравнения 0х = 0 будет любое число, в том числе и большее 1. При а ¹ 2 х =. По условию х > 1, то есть >1, а > 4. Ответ: При а <2>U (4;∞). Пример 4. Для каждого значения параметра а найти количество корней уравнения ах=8. Решение. ах = 8 – линейное уравнение. а =, y = a – семейство горизонтальных прямых; y = — графиком является гипербола. Построим графики этих функций. Ответ: Если а =0, то уравнение решений не имеет. Если а ≠ 0, то уравнение имеет одно решение. Пример 5. С помощью графиков выяснить, сколько корней имеет уравнение: y = ах – 1 – графиком является прямая, проходящая через точку (0;-1). Построим графики этих функций. Ответ:При|а|>1— один корень при | а|≤1 – уравнение корней не имеет. Решение : ах + 4 > 2х + а 2 (а – 2) х > а 2 – 4. Рассмотрим три случая. а=2 . Неравенство 0 х > 0 решений не имеет. а > 2. (а – 2) х > ( а – 2)(а + 2) х > а + 2 а (а – 2) х > ( а – 2)(а + 2) х а + 2 Ответ. х > а + 2 при а > 2; х при а при а=2 решений нет. § 2. Квадратные уравнения и неравенства Для решения квадратных уравнений с параметром можно использовать стандартные способы решения на применение следующих формул: 1 ) дискриминанта квадратного уравнения: D = b ² — 4 ac , (²- ас) 2) формул корней квадратного уравнения: х 1 =, х 2 =, (х 1,2 = ) Квадратными называются неравенства вида Множество решений неравенства (3) получается объединением множеств решений неравенства (1) и уравнения , a х 2 + b х + с=0. Аналогично находится множество решений неравенства (4). Если дискриминант квадратного трехчлена a х 2 + b х + с меньше нуля, то при а >0 трехчлен положителен при всех х R . Если квадратный трехчлен имеет корни (х 1 2 ), то при а > 0 он положителен на множестве (-; х 2 )( х 2; +) и отрицателен на интервале (х 1 ; х 2 ). Если а 1 ; х 2 ) и отрицателен при всех х (-; х 1 )( х 2; +). Пример 1. Решить уравнение ах² — 2 (а – 1)х – 4 = 0. Это квадратное уравнение Решение: Особое значение а = 0. При а = 0 получим линейное уравнение 2х – 4 = 0. Оно имеет единственный корень х = 2. При а ≠ 0. Найдем дискриминант. Если а = -1, то D = 0 – один корень. Найдем корень, подставив вместо а = -1. -х² + 4х – 4= 0, то есть х² -4х + 4 = 0, находим, что х=2. Если а ≠ — 1 , то D >0 . По формуле корней получим: х=; х 1 =2, х 2 = —. Ответ: При а=0 и а= -1 уравнение имеет один корень х = 2; при а ≠ 0 и а ≠ — 1 уравнение имеет два корня х 1 =2, х 2 =-. Пример 2. Найдите количество корней данного уравнения х²-2х-8-а=0 в зависимости от значений параметра а. Решение. Перепишем данное уравнение в виде х²-2х-8=а y = х²-2х-8— графиком является парабола; y =а— семейство горизонтальных прямых. Построим графики функций. Ответ: При а -9, уравнение имеет два решения. Пример 3. При каких а неравенство (а – 3) х 2 – 2ах + 3а – 6 >0 выполняется для всех значений х ? Решение. Квадратный трехчлен положителен при всех значениях х, если , откуда следует, что a > 6 . § 3. Дробно- рациональные уравнения с параметром, сводящиеся к линейным Процесс решения дробных уравнений выполняется по обычной схеме: дробное заменяется целым путем умножения обеих частей уравнения на общий знаменатель левой и правой его частей. После чего решается целое уравнение, исключая посторонние корни, то есть числа, которые обращают знаменатель в нуль. В случае уравнений с параметром эта задача более сложная. Здесь, чтобы «исключить» посторонние корни, требуется найти значение параметра, обращающее общий знаменатель в нуль, то есть решить соответствующие уравнения относительно параметра. Пример 1. Решить уравнение = 0 Это дробно- рациональное уравнение Решение: Д.З: х +2 ≠ 0 , х ≠ -2 При а = -2 корней нет. Пример 2 . Решить уравнение— = (1) Это дробно- рациональное уравнение Решение: Значение а = 0 является особым. При а = 0 уравнение теряет смысл и, следовательно, не имеет корней. Если а ≠ 0, то после преобразований уравнение примет вид: х² + 2 (1-а) х + а² — 2а – 3 = 0 (2) – квадратное уравнение. Найдем дискриминант = (1 – а)² — (а² — 2а – 3)= 4, находим корни уравнения х 1 = а + 1, х 2 = а — 3. При переходе от уравнения (1) к уравнению (2) расширилась область определения уравнения (1), что могло привести к появлению посторонних корней. Поэтому, необходима проверка. П р о в е р к а. Исключим из найденных значений х такие, при которыхх 1+1=0, х 1+2=0, х2+1=0, х2+2=0.Если х 1+2=0, то есть (а+1)+2=0, то а = — 3. Таким образом, при а = — 3, х1 — посторонний корень уравнения. (1). Если х2+1=0, то есть (а – 3) + 1= 0, то а = 2. Таким образом, при а = 2 х2 — посторонний корень уравнения (1). Если х2+2=0, то есть (а – 3) + 2 = 0, то а=1. Таким образом, при а = 1, х2 — посторонний корень уравнения (1). В соответствии с этим при а = — 3 получаем х = — 3 – 3 = -6; при а = — 2 х = -2 – 3= — 5; при а = 1 х =1 + 1= 2; при а = 2 х=2+1 = 3. Можно записать ответ. Ответ: 1) если а= -3, то х= -6; 2) если а= -2, то х= -5; 3) если а= 0, то корней нет; 4) если а= 1, то х= 2; 5) если а=2, то х=3; 6) если а ≠ -3, а ≠ -2, а ≠ 0, а≠ 1, а ≠ 2, то х1 = а + 1, х2 = а-3. §4. Иррациональные уравнения и неравенстваУравнения и неравенства, в которых переменная содержится под знаком корня, называется иррациональным. Решение иррациональных уравнений сводится к переходу от иррационального к рациональному уравнению путем возведения в степень обеих частей уравнения или замены переменной. При возведении обеих частей уравнения в четную степень возможно появление посторонних корней. Поэтому при использовании указанного метода следует проверить все найденные корни подстановкой в исходное уравнение, учитывая при этом изменения значений параметра. Уравнение вида = g ( x ) равносильно системе Неравенство f ( x ) ≥ 0 следует из уравнения f ( x ) = g 2 ( x ). При решении иррациональных неравенств будем использовать следующие равносильные преобразования: ≤ g(x) ≥g(x) Пример 1. Решите уравнение = х + 1 (3) Это иррациональное уравнение Решение: По определению арифметического корня уравнение (3) равносильно системе . При а = 2 первое уравнение системы имеет вид 0 х = 5, то есть не имеет решений. При а≠ 2 х=. Выясним, при каких значениях а найденное значение х удовлетворяет неравенству х ≥ -1: ≥ — 1, ≥ 0, откуда а ≤ или а > 2. Ответ: При а≤, а > 2 х= , при уравнение решений не имеет. Пример 2. Решить уравнение = а (приложение 4) Решение. y = y = а – семейство горизонтальных прямых. Построим графики функций. Пример 3 . Решим неравенство (а+1) Решение. О.Д.З. х ≤ 2. Если а+1 ≤0, то неравенство выполняется при всех допустимых значениях х. Если же а+1>0, то (а+1) откуда х (2- 2 Ответ. х (- ;2 при а ( —;-1, х (2- 2 при а ( -1;+). § 5. Тригонометрические уравнения и неравенства. Приведем формулы решений простейших тригонометрических уравнений: Sinx = a x= (-1) n arcsin a+πn, n Z, ≤1, (1) Cos x = a x = ±arccos a + 2 πn, , n Z, ≤1. (2) Если >1, то уравнения (1) и (2) решений не имеют . tg x = a x= arctg a + πn, n Z, aR ctg x = a x = arcctg a + πn, n Z, aR Для каждого стандартного неравенства укажем множество решений: 1. sin x > a arcsin a + 2 πn Z, при a xR ; при a ≥ 1, решений нет. при а≤-1, решений нет; при а >1, xR 3. cos x > a — arccos a + 2 πn x arccos a + 2 πn , n Z , при а xR ; при a ≥ 1 , решений нет. при а≤-1 , решений нет ; при a > 1, x R 5. tg x > a, arctg a + πnZ Пример1. Найти а, при которых данное уравнение имеет решение: Cos 2 x + 2(a-2)cosx + a 2 – 4a – 5 =0. Решение. Запишем уравнение в виде Уравнение cosx = 5- а имеет решения при условии -1≤ 5- а ≤1 4≤ а ≤ 6, а уравнение cosx = — а-1 при условии -1≤ -1- а ≤ 1 -2 ≤ а ≤0. Ответ. а -2; 0 4; 6 Пример 2. При каких b найдется а такое, что неравенство + b > 0 выполняется при всех х ≠ πn , n Z . Решение. Положим а = 0. Неравенство выполняется при b >0. Покажем теперь, что ни одно b ≤0 не удовлетворяет условиям задачи. Действительно, достаточно положить х = π /2, если а π /2 при а ≥0. § 6. Показательные уравнения и неравенства 1. Уравнение h ( x ) f ( x ) = h ( x ) g ( x ) при h ( x ) > 0 равносильно совокупности двух систем и 2. В частном случае ( h ( x )= a ) уравнение а f ( x ) = а g ( x ) при а > 0, равносильно совокупности двух систем и 3. Уравнение а f ( x ) = b , где а > 0, a ≠1, b >0, равносильно уравнению f ( x )= log a b . Случай а =1 рассматриваем отдельно. Решение простейших показательных неравенств основано на свойстве степени. Неравенство вида f ( a x ) > 0 при помощи замены переменной t = a x сводится к решению системы неравенств а затем к решению соответствующих простейших показательных неравенств. При решении нестрого неравенства необходимо к множеству решений строгого неравенства присоединить корни соответствующего уравнения. Как и при решении уравнений во всех примерах, содержащих выражение а f ( x ) , предполагаем а > 0. Случай а = 1 рассматриваем отдельно. Пример 1 . При каких а уравнение 8 х = имеет только положительные корни? Решение. По свойству показательной функции с основанием, большим единицы, имеем х>0 8 х >1 >1 >0, откуда a (1,5;4). Ответ. a (1,5;4). Решение. Рассмотрим три случая: 1. а . Так как левая часть неравенства положительна, а правая отрицательна, то неравенство выполняется для любых х R . 3. а > 0 . a 2 ∙2 x > a 2 x > x > — log 2 a Ответ. х R при а > 0; решений нет при a =0; х (- log 2 a ; +) при а> 0 . § 7. Логарифмические уравнения и неравенства Приведем некоторые эквивалентности, используемые при решении логарифмических уравнений и неравенств. В частности, если а >0, а ≠1, то log a g (x)= log a h(x) 2. Уравнение log a g (x)=b g (x)= a b ( а >0, a ≠ 1, g(x) >0). 3. Неравенство log f ( x ) g ( x ) ≤ log f ( x ) h ( x ) равносильно совокупности двух систем: и Если а, b – числа, а >0, а ≠1, то log a f (x) ≤ b log a f (x) > b Пример 1. Решите уравнение Решение. Найдем ОДЗ: х > 0, х ≠ а 4 , a > 0, а ≠ 1. Преобразуем уравнение log х – 2 = 4 – log a x log х + log a x – 6 = 0, откуда log a x = — 3 х = а -3 и log a x = 2 х = а 2 . Условие х = а 4 а – 3 = а 4 или а 2 = а 4 не выполняется на ОДЗ. Ответ: х = а -3 , х = а 2 при а ( 0; 1) (1; ). Пример 2. Найдите наибольшее значение а, при котором уравнение 2 log — + a = 0 имеет решения. Решение. Выполним замену = t и получим квадратное уравнение 2 t 2 – t + a = 0. Решая, найдем D = 1-8 a . Рассмотрим D ≥0, 1-8 а ≥0 а ≤. При а = квадратное уравнение имеет корень t = >0. Ответ. а = Пример 3 . Решить неравенство log ( x 2 – 2 x + a ) > — 3 Решение. Решим систему неравенств Корни квадратных трехчленов х 1,2 = 1 ± и х 3,4 = 1 ±. Критические значения параметра : а = 1 и а = 9. Пусть Х1 и Х2 – множества решений первого и второго неравенств, тогда Х 1 Х 2 = Х – решение исходного неравенства. При 0 a 1 = (- ;1 — )( 1 + ; +), при а > 1 Х 1 = (-;+). При 0 a 2 = (1 —; 1 +), при а ≥9 Х 2 – решений нет. Рассмотрим три случая: 1. 0 a ≤1 Х = (1 —;1 — )(1 + ;1 +). 3. a ≥ 9 Х – решений нет. Высокий уровень С1, С2 Пример 1. Найдите все значения р, при которых уравнение р ∙ ctg 2 x + 2 sinx + p = 3 имеет хотя бы один корень. Решение. Преобразуем уравнение р ∙ ( — 1) + 2 sinx + p = 3, sinx = t , t , t 0. — p + 2 t + p = 3, + 2 t = 3, 3 -2t = , 3t 2 – 2t 3 = p . Пусть f ( y ) = 3 t 2 – 2 t 3 . Найдем множество значений функции f ( x ) на . у / = 6 t – 6 t 2 , 6 t — 6 t 2 = 0, t 1 =0, t 2 = 1. f (-1) = 5, f (1) = 1. При t , E ( f ) = , При t , E ( f ) = , то есть при t , E ( f ) = . Чтобы уравнение 3 t 2 – 2 t 3 = p ( следовательно, и данное) имело хотя бы один корень необходимо и достаточно p E ( f ), то есть p . Ответ. . При каких значениях параметра а уравнение log (4 x 2 – 4 a + a 2 +7) = 2 имеет ровно один корень? Решение. Преобразуем уравнение в равносильное данному: 4 x 2 – 4 a + a 2 +7 = (х 2 + 2) 2 . Отметим, что если некоторое число х является корнем полученного уравнения, то число – х также является корнем этого уравнения. По условию это не выполнимо, поэтому единственным корнем является число 0. 4∙ 0 2 — 4 a + a 2 +7 = (0 2 + 2) 2 , 1) a 1 = 1. Тогда уравнение имеет вид: log (4 x 2 +4) =2. Решаем его 4 x 2 + 4 = (х 2 + 2) 2 , 4 x 2 + 4 = х 4 + 4 x 2 + 4, х 4 = 0, х = 0 – единственный корень. 2) a 2 = 3. Уравнение имеет вид: log (4 x 2 +4) =2 х = 0 – единственный корень. Высокий уровень С4, С5 Пример 3. Найдите все значения р, при которых уравнение х 2 – ( р + 3)х + 1= 0 имеет целые корни и эти корни являются решениями неравенства: х 3 – 7рх 2 + 2х 2 – 14 рх — 3х +21 р ≤ 0. Решение. Пусть х 1, х 2 – целые корни уравнения х 2 – ( р + 3)х + 1= 0. Тогда по формуле Виета справедливы равенства х 1 + х 2 = р + 3, х 1 ∙ х 2 = 1. Произведение двух целых чисел х 1 , х 2 может равняться единице только в двух случаях: х 1 = х 2 = 1 или х 1 = х 2 = — 1. Если х 1 = х 2 = 1, то р + 3 = 1+1 = 2 р = — 1; если х 1 = х 2 = — 1, то р + 3 = — 1 – 1 = — 2 р = — 5. Проверим являются ли корни уравнения х 2 – ( р + 3)х + 1= 0 в описанных случаях решениями данного неравенства. Для случая р = — 1, х 1 = х 2 = 1 имеем 1 3 – 7 ∙ (- 1) ∙ 1 2 +2∙ 1 2 – 14 ∙ ( — 1) ∙ 1 – 3 ∙ 1 + 21 ∙ ( — 1) = 0 ≤ 0 – верно; для случая р = — 5, х1 = х2 = — 1 имеем ( — 1) 3 – 7 ∙ ( — 5) ∙ ( -1) 2 + 2 ∙ (-1) 2 – 14 ∙ ( -5) × ( — 1) – 3 ∙ ( — 1) + 21∙ ( -5 ) = — 136 ≤ 0 – верно. Итак, условию задачи удовлетворяют только р = — 1 и р = — 5. Пример 4. Найдите все положительные значения параметра а, при которых число 1 принадлежит области определения функции у = ( а — а ). Решение. у = ( а — а ). Область определения данной функции составляют все значения х, для которых а — а ≥ 0. Если значения х = 1 принадлежит области определения, то должно выполняться неравенство а— а ≥ 0, а≥ а (1) Таким образом, необходимо найти все а > 0, удовлетворяющие неравенству (1). 1) а = 1 удовлетворяет неравенству (1). 2) При а > 1 неравенство (1) равносильно неравенству 2 + 5а ≥ а 2 +6, а 2 — 5а + 4 ≤ 0. Решение этого неравенства: 1≤ а ≤ 4. Учитывая условие а >1, получим 1 а 2 — 5а + 4 ≥ 0. Его решение а ≤ 1; а ≥ 4 с учетом условия 0 источники: http://obuchalka.org/2013032870411/algebraicheskie-uravneniya-i-neravenstva-metodicheskoe-posobie-po-matematike-dlya-podgotovitelnih-kursov-petrovich-a-u-2008.html http://infourok.ru/uchebnoe_posobie_uravneniya_i_neravenstva_s_parametrami-415388.htm |