Уравнения сводящиеся к квадратным при решении задач

Уравнения, сводящиеся к квадратным уравнениям:
трехчленные уравнения и уравнения
вида
(ax + b)(ax + b + c)(ax +
+ b
+ 2c)(ax + b + 3c) = d , левая часть которых равна произведению четырёх последовательных членов арифметической прогрессии

Существует ряд уравнений, которые удается решить при помощи сведения их к квадратным уравнениям.

К таким уравнениям, в частности, относятся уравнения следующих типов:

Трёхчленные уравнения
Уравнения 4-ой степени, левая часть которых равна произведению четырёх последовательных членов арифметической прогрессии
Возвратные (симметричные) уравнения 3-ей степени
Возвратные (симметричные) уравнения 4-ой степени
Обобщенные возвратные уравнения 4-ой степени

Замечание . Уравнения, носящие название «Биквадратные уравнения» , относятся к типу «Трехчленные уравнения» .

Трехчленные уравнения

Трёхчленными уравнениями называют уравнения вида

a f 2 (x)+ b f (x) + c = 0,(1)

а также уравнения вида

(2)

где a, b, c – заданные числа, а f (x) – некоторая функция.

Для того, чтобы решить трехчленное уравнения вида (1), обозначим

y = f (x),(3)

тогда уравнение (1) станет квадратным уравнением относительно переменной y :

ay 2 + by + c = 0 .(4)

Затем найдем корни уравнения (4), а после этого, подставив каждый из найденных корней в равенство (3), решим полученное уравнение относительно x .

Для того, чтобы решить трехчленное уравнение вида (2), сначала введем обозначение (3), а затем умножим полученное уравнение на знаменатель. В результате уравнение (2) примет вид (4), а схема решения уравнения (4) уже описана выше.

Покажем, как это осуществляется на примерах.

Пример 1 . Решить уравнение

(x 2 – 2x) 2 –
– 2(x 2 – 2x) – 3 = 0 .
(5)

Решение . Если обозначить

y = x 2 – 2x ,(6)

то уравнение (5) превратится в квадратное уравнение

y 2 – 2y – 3 = 0 .(7)

В первом случае из равенства (6) получаем:

Во втором случае из равенства (6) получаем:

Пример 2 . Решить уравнение

(8)

Решение . Если обозначить

,(9)

то уравнение (8) превратится в квадратное уравнение

которое эквивалентно уравнению

2y 2 – 3 y – 2 = 0 .(10)

В первом случае из равенства (9) получаем уравнение:

Во втором случае из равенства (9) получаем:

Ответ :

Пример 3 . Решить уравнение

Решение . Если обозначить

(12)

то уравнение (11) превратится в квадратное уравнение

которое эквивалентно уравнению

y 2 – 5y – 6 = 0 .(13)

В первом случае из равенства (12) получаем уравнение:

Во втором случае из равенства (12) получаем:

Ответ :

Пример 4 . Решить биквадратное уравнение

x 4 – x 2 – 12 = 0 .(14)

Решение . Если обозначить

y = x 2 ,(15)

то уравнение (14) превратится в квадратное уравнение

y 2 – y – 12 = 0 .(16)

В первом случае из равенства (15) получаем уравнение:

которое решений не имеет.

Во втором случае из равенства (15) получаем:

Пример 5 . Решить уравнение

Решение . Если обозначить

y = x 2 – 3x,(18)

уравнение (17) превращается в уравнение

которое при умножении на y принимает вид

y 2 + 2y – 8 = 0 .(19)

В первом случае из равенства (18) получаем квадратное уравнение:

которое решений не имеет.

Во втором случае из равенства (18) получаем:

Ответ :

Пример 6 . Решить уравнение

Решение . Если обозначить

,(21)

уравнение (20) превращается в уравнение

которое при умножении на y принимает вид

3y 2 – 2y – 1 = 0 .(22)

В первом случае из равенства (21) получаем уравнение

Во втором случае из равенства (21) получаем:

Уравнения 4-ой степени, левая часть которых равна произведению четырёх последовательных членов арифметической прогрессии

(ax + b)(ax + b +
+ c
)(ax +
+ b
+ 2c)(ax +
+ b
+ 3c) = d ,
(23)

где a, b, c, d – заданные числа, и заметим, что левая часть этого уравнения представляет собой произведение четырёх последовательных членов арифметической прогрессии, первый член которой равен ax+b , а разность равна c .

Схема решения уравнений вида (23) заключается в следующем.

y = ax + b.(24)

Тогда уравнение (23) примет вид:

y (y + c)(y +
+ 2c)(y + 3c) = d .
(25)

Перегруппируем сомножители в левой части уравнения (25) следующим образом:

[y (y + 3c)][(y +
+ c
)(y + 2c)] = d .
(26)

Если раскрыть круглые скобки внутри каждой квадратной скобки из левой части уравнения (26), то получим:

[y 2 + 3cy][y 2 +
+ 3cy + 2c 2 ] = d .
(27)

Если теперь в уравнении (27) обозначить

z = y 2 + 3cy ,(28)

то уравнение (27) станеи квадратным уравнением

z 2 + 2c 2 zd = 0 .(29)

Для того, чтобы найти корни уравнения (23), остаётся решить уравнение (29), затем для каждого корня уравнения (29) решить уравнение (28) относительно y , а затем в каждом из полученных случаев решить уравнение (24) относительно x .

Пример 7 . Решить уравнение

(2x + 3)(2x + 5)(2x +
+
7)(2x + 9) = 384 .
(30)

Решение .Если обозначить

y = 2x + 3,(31)

уравнение (30) превращается в уравнение

y (y + 2)(y +
+
4)(y + 6) = 384 .
(32)

Перегруппируем сомножители в левой части уравнения (32):

[y (y + 6)][(y +
+ 2)(y + 4)] = 384 .
(33)

Если раскрыть круглые скобки внутри каждой квадратной скобки из левой части уравнения (33), то уравнение (33) примет вид:

[y 2 + 6y][y 2 +
+ 6y + 8] = 384 .
(34)

Если теперь обозначить

z = y 2 + 6y ,(35)

то уравнение (34) станет квадратным уравнением

z 2 + 8 z – 384 = 0 .(36)

В первом случае из равенства (35) получаем уравнение:

которое корней не имеет.

Во втором случае из равенства (35) получаем:

В первом из этих случаев, из равенства (31) получаем:

Во втором случае из равенства (31) получаем:

Ответ :

Решение задач с помощью квадратных уравнений

Алгоритм решения текстовых задач с помощью квадратных уравнений

Шаг 1. Проанализировать условие задачи, обозначить одно из неизвестных буквой (переменной). Если это удобно, обозначить все неизвестные разными буквами и выбрать «основную» переменную.

Шаг 2. Выразить другие неизвестные через основную переменную.

Шаг 3. Записать уравнение.

Шаг 4. Решить полученное уравнение.

Шаг 5. Истолковать результат в соответствии с условием задачи.

Найдите периметр прямоугольника, длина которого на 5 см больше ширины, а площадь равна 165 см2.

Шаг 1. Пусть x – ширина прямоугольника (в см).

Шаг 2. Тогда его длина (x+5), и площадь: S = x(x+5)

Шаг 3. По условию получаем уравнение: x(x+5) = 165

$$ x^2+5x-165 = 0 \Rightarrow (x+16)(x-11) = 0 \Rightarrow \left[ \begin x_1 = -16 \\ x_2 = 11 \end \right. $$

Шаг 5. Для ширины прямоугольника выбираем положительный корень x = 11.

Тогда длина x+5 = 16. Периметр: P = 2(11+16) = 54 (см).

Примеры

Пример 1. Найдите два числа, если их сумма равна 36, а произведение 315.

Пусть $x_1$ и $x_2$ — искомые числа.

Известно, что $x_1+x_2 = 36, x_1 x_2 = 315$.

По теореме Виета данные два числа являются корнями уравнения

$$ x^2+bx+c = 0, b = -(x_1+x_2 ) = -36, c = x_1 x_2 = 315$$

$$ D = 36^2-4 \cdot 315 = 1296-1260 = 36 = 6^2 $$

$$ x = \frac<36 \pm 6> <2>= \left[ \begin x_1 = 15 \\ x_2 = 21 \end \right. $$

Пример 2. Найдите два числа, если их разность равна 9, а произведение 162.

Пусть x и y — искомые числа. Пусть $x \gt y$.

По условию $x-y = 9 \Rightarrow y = x-9. $

Произведение xy = x(x-9) = 162

$$ D = 9^2-4 \cdot (-162) = 81+648 = 729 = 27^2 $$

$$ x = \frac<9 \pm 27> <2>= \left[ \begin x_1 = -9 \\ x_2 = 18 \end \right. $$

Получаем две пары чисел: $ \left[ \begin <\left\< \begin x_1 = -9 \\ y_1=-9-9=-18 \end \right.> \\ <\left\< \begin x_2 = 18 \\ y_2 = 18-9=9 \end \right.> \end \right. $

Ответ: -9 и-18; или 18 и 9

Пример 3. Задача из «Арифметики» Магницкого (1703 год)

Найдите число, зная, что прибавив к его квадрату 108, получим число в 24 раза больше данного.

Пусть x — искомое число.

По условию $x^2+108 = 24x$

$$ x^2-24x+108 = 0 \Rightarrow (x-6)(x-18) = 0 \Rightarrow \left[ \begin x_1 = 6 \\ x_2 = 18 \end \right. $$

Пример 4. Найдите три последовательных целых числа, сумма квадратов которых равна 590.

Пусть n-1,n,n+1 — данные три числа.

$$ 3n^2 = 588 \Rightarrow n^2 = 196 \Rightarrow n = \pm \sqrt <196>= \pm 13 $$

Получаем две последовательности: -14,-13,-12 или 12,13,14

Ответ: -14,-13,-12 или 12,13,14

Пример 5. Из пункта А в пункт В, расстояние между которыми 700 км, выехал автобус. Из-за непогоды водитель уменьшил обычную скорость на 10 км/ч, и автобус ехал на 1 час 40 минут дольше. Сколько часов автобус обычно тратит на дорогу?

Методы решения квадратных уравнений и уравнений, к ним сводящихся

Разделы: Математика

Планируя урок, мы рассматриваем его как целостную совокупность ориентированных на достижение определенной цели взаимодействующих управленческих функций, выполняемых одновременно или в некоторой последовательности. К этим управленческим функциям относятся:

планирование, то есть определение целей и средств их достижения;
организация, то есть создание и совершенствование взаимодействия между управляемой и управляющей системами для выполнения планов;
контроль, то есть сбор информации о процессе выполнения намеченных планов;
регулирование, то есть корректировка планов и процесса их реализации;
анализ, то есть изучение и оценка процесса результатов выполнения планов.

Этот вопрос можно решить при помощи организации уроков “по вертикали”, то есть уроков, на которых работают подгруппы разных классов, что позволяет старшим детям обратиться к ранее изученному материалу на другом качественном уровне, а младшим школьникам в диалоге со старшими товарищами систематизировать изученный материал и обобщить способы действия с ним. Варианты таких уроков:

– “Признаки равенства треугольников” в 7-м классе и “Признаки подобия треугольников” в 8-м классе;
– “Площади” в 8-й классе и “Площадь поверхности многогранников” в 11-й классе;
– “Формулы сокращенного умножения” в 7-м классе и “Действия с алгебраическими дробями” в 8-м классе; и т. д.

Одним из таких уроков является урок по теме “Методы решения квадратных уравнений и уравнений, к ним сводящимся”, который проводится по окончании изучения темы “Квадратные уравнения” в 8-м классе и в теме “Повторение” в 11-м классе. Уравнения и неравенства – наиболее распространенные типы задач, решаемых учащимися в школе. По сложившейся традиции эти задачи всегда предлагаются и на школьных выпускных экзаменах и на вступительных экзаменах в вузы. В связи с тем, что изменяется форма проведения экзаменов в виде тестов, возникает еще одна проблема: надо научить учащихся быстро находить правильный ответ.

Цель урока: Использовать квадратное уравнение как модель, описывающую различные зависимости между величинами.

научить учащихся использовать данную модель для планирования своей работы;
анализировать математическую модель с точки зрения поиска рациональных методов решения;
формировать целостное представление о применении данной математической модели;
показать применение данной математической модели в других темах математики.

Данному уроку предшествовал урок зачет, когда учащиеся 8-го класса отвечали на заранее определенные вопросы учащимся 11-го класса, работая в парах:

1. Какие уравнения называются квадратными?

2. Какое квадратное уравнение называется полным, неполным?

3. Какое уравнение называется приведенным, не приведенным?

4. Является ли квадратным каждое из следующих уравнений:

5. Решите уравнения:
а) 3х 2 –21=0 б) 0,5х 2 –2=0 в) 5х 2 –8х=0

6. Может ли уравнение вида ах 2 +с=0 не иметь действительных корней?

7. Может ли неполное квадратное уравнение быть приведенным?

8. Какое выражение называется дискриминантом?

9. Напишите формулы для нахождения корней квадратного уравнения.

10. Решите квадратные уравнения:
а) 3х 2 –5х+2=0 б) 3m 2 x 2 –mx–4=0 в) (m+n)y 2 –2my+m–n=0

11.Решите относительно z уравнение: (a–z):(1–az)=(1–bz):(b–z)

12. Как по дискриминанту определить, сколько и каких корней имеет квадратное уравнение?

13.Как читается теорема Виета?

14. Как читается обратная теорема Виета?

15. Как, не решая уравнения, определить знаки его корней?

16. Каков порядок составления квадратных уравнений по известным его корням?

17. Один из корней уравнения х 2 – 6х – q = 0 больше другого на 2. Найдите q.

18. Определите знаки корней, не решая уравнений:

a) 4х 2 –11х+7=0 б) Зх 2 – 8х + 6 =0 в) 9х 2 – 6х + 1 = 0 г) х 2 + 2х – 15 = 0

19. Найдите корни уравнений, воспользовавшись теоремой Виета:

а) х 2 – х – 6 = 0 б) z 2 +2az–8a 2 =0

20. При каком условии сумма корней уравнения х 2 + рх + q = 0 равна их произведению?

21. Что называют квадратным трехчленом?

22. Как разложить квадратный трехчлен на множители?

23. Разложите на множители трехчлены: 2х 2 + 5х – 3; х 2 – х – 56.

24. Какие уравнения называются биквадратными?

Второй этап работы – урокобобщение, когда при той же парной работе материал темы был систематизирован в схемах и таблицах, которые далее прилагаются к материалам. Эти таблицы определяют основное содержание структуры всей темы, в них включены формулы рационального счета, не пользующиеся широкой известностью, но часто спасающие учащихся на вступительных экзаменах в вузы от громоздких вычислений и экономящих время на решение более сложных задач.

Третий этап – повторительно-обобщающий урок, где реализуется работа с моделью квадратного уравнения.

Рассмотрим реализацию основных направлений учебно-управленческих умений на предлагаемом уроке:

Планирование осуществлялось через:

справочник, где материал систематизирован в схемах и таблицах, которые определяют основное содержание структуры всей темы;
работу с одной моделью;
использование модели для планирования своей работы;
формирование целостного представления о применении данной модели.

Организация осуществлялась при помощи:

работы в парах;
четкой постановки целей.

1. Обобщить и повторить методы решения квадратных уравнений и уравнений, сводящихся к ним.

2. Увидеть использование этих методов при решении уравнений в других темах алгебры старших классов.

Для 11-го класса:

1. Повторить рациональные методы решения квадратных уравнений и уравнений, сводящимся к ним, для подготовки к тестированию по алгебре и началам анализа.
2. Разделить обязанности при работе над уравнением.

решения восьмиклассников проверяют старшеклассники, а одиннадцатиклассники рассказывают, как они решают незнакомые для восьмиклассников уравнения (взаимоконтроль);
проверка решения группы (пары) всеми учащимися.

через систему жетонов;
безнаказанность ошибочного решения;
поощрение верных идей по поиску рациональных способов решения, по поиску ошибки.

анализ модели с точки зрения поиска рациональных способов решений;
подведение итогов урока: Что узнали восьмиклассники? Что узнали одиннадцатиклассники? Что дала работа в парах?

На уроке учащиеся работают парами восьмиклассник — одиннадцатиклассник, задачей которых является быстро и правильно отвечать на поставленные вопросы и зарабатывать баллы, из которых в конце урока складывается их совместная оценка.

Какие виды квадратных уравнений вам известны?

Учащиеся перечисляют известные им виды уравнений и получают задание: заполнить таблицу, распределив уравнения по видам.

Уравнение

Полное

Неполное

Приведенное

7х 2 +9х+2=0

y 2 –3у–4=0

ax 2 –1=0

x 2 – 5? x? =0

m 2 + –5=0

6x 2 +x=0

x 2 –3x–5–=0

5m 2 +2(–1)m+7=0

8x 2 –0,75=0,53

x 2 :3=3

2p 2 –3? p? –2=0

Таблицу заполняют учащиеся 8-го класса, а учащиеся 11-го класса производят контроль. У доски одна пара выполняет такую же работу, затем класс проверяет правильность заполнения таблицы.

II. Занятие проводится в форме аукциона. Товаром на аукционе являются уравнения. Каждая пара, согласовав свое решение, может купить лот, стоимость которого от 1 до 5 баллов. Тот, кто дает максимальную цену, рассказывает решение уравнения, зарабатывая стоимость лота. В случае ошибочного решения часть баллов снимается.

Предлагается устно решить уравнение х 2 – 8х – 20 = 0. Учитель предлагает купить лот, не показывая вида уравнения. Кто из учащихся первым дает большее количество баллов, тот становится покупателем. К доске выходит пара. восьмиклассник подробно объясняет решение уравнения, а одиннадцатиклассник следит за решением, и если есть замечания, то дополняет.

Выставляется на продажу задание: Определяя, имеет ли квадратное уравнение 2х 2 + 5х – 7 = 0 корни, учащиеся дали два решения:

1). Так как а = 2, b = 5, с= 7, D= 81, D > 0, значит, уравнение имеет два корня.
2). Так как а > 0, с 0.Уравнение имеет два корня.

Кто решил верно?

К доске выходит пара, которая купила этот лот. Восьмиклассник комментирует решение, выбирает рациональный способ. Одиннадцатиклассник следит за ответом, помогает, поправляет.

Продается «кот в мешке».

На продажу выставляются 3 уравнения, которые надо решить рациональным способом, но лот предлагается купить, не видя уравнений.

1). 1999у 2 –1997у–2=0

Ученик должен решить его так:

Т.к. 1999 + (–1997) + (–2) = 0, то у1 = 1, у2 = с/а, т.е. у2 = –2/1999.

2). 67х 2 –106х–173=0

Ученик должен решить его так:

3). 2z 2 –11z + 12 = 0

Ученик должен рассуждать так: 2z 2 –11z+12=0, z 2 – 11z + 24 = 0. По теореме, обратной теореме Виета т1 = 8, т2 = 3. Корни искомого уравнения будут равны: z1=8/2 =4 и z2=3/2=1,5

Разыгрываются два уравнения, которые предлагаются решить всем письменно рациональными способами. Каждое уравнение продается отдельно.

1. (х+5) 4 + 8(х+5) 2 –9=0

2. (4/49)у 2 + 9 + (12/7)у = 0

Две пары учащихся решают у доски эти уравнения.

Выставляется на продажу три уравнения. Каждая пара покупает одно из следующих уравнений, которое она должна решить

1. 2001sin 2 x – 2000sinx – 1 = 0

2.

3.

Каждое уравнение, кроме того, решается на доске парами, причем первую часть решения выполняет старшеклассник, рассказывая восьмикласснику о своих действиях, а квадратное уравнение решает восьмиклассник, одиннадцатиклассник же выполняет роль контролера.

Подводя итог урока, выясняется, что нового узнали восьмиклассники, а что одиннадцатиклассники? Что дала работа в парах? Домашнее же задание дает возможность еще раз проанализировать работу на уроке, придумав уравнения по данной теме.

Еще в “Великой дидактике” Яном Амосом Коменским было заявлено, что альфой и омегой школы должно быть изыскание способа, при котором учащие меньше бы учили, а учащиеся больше бы учились. Реализация программы общеучебных умений является движением к новой парадигме познавательной компетентности, переходом школы от декларации “учись учиться” к реальному освоению учениками целостной системы методов познания.

Таблица для распознавания знаков корней


источники:

http://reshator.com/sprav/algebra/8-klass/reshenie-zadach-s-pomoshchyu-kvadratnyh-uravnenij/

http://urok.1sept.ru/articles/103974