1
(Навчальний посібник)
Рекомендовано до використання в освітньому процесі на засіданні методичного об’єднання вчителів математики, фізики та інформатики (Протокол №3 від 14.01.2020)
Автор: Олійник В.О. – вчитель математики Полонської загальноосвітньої школи І-ІІІ ступенів №3
Рецензент:
В роботі дано визначення рівняння з параметрами. Висвітлено алгоритм розв’язування лінійних та квадратних рівнянь з параметрами. Розглянуто різні випадки розміщення коренів в квадратному рівнянні з параметрами. Описано на прикладах графічний спосіб розв’язування рівнянь, що містить параметр.
Такі задачі найбільш відображають рівень математичного та логічного мислення, формують початкові навички дослідницької діяльності та математичну культуру.
Ця тема досить актуальна, тому що задачі такого типу зустрічаються в завданнях високого рівня на уроках алгебри, олімпіадних завданнях з математики, у завданнях для державної підсумкової атестації та ЗНО з математики.
Матеріали даної роботи можуть бути використані на уроках математики, у проведені спецкурсів, факультативів, у написанні курсових та дипломних робіт з математики.
ЗМІСТ |
|
Вступ |
4 |
РОЗДІЛ 1. Найпростіші рівняння з параметрами |
5 |
1.1. Означення рівняння з параметрами |
5 |
1.2. Лінійні рівняння з параметрами |
6 |
РОЗДІЛ 2. Квадратні рівняння з параметрами |
8 |
2.1. Алгоритм розв’язування квадратних рівнянь з параметрами |
8 |
2.2. Дослідження значення коренів квадратного рівняння |
9 |
2.3. Співвідношення між коренями квадратного тричлена |
12 |
2.4. Розміщення коренів квадратного тричлена відносно чисел |
13 |
2.5. Розміщення коренів квадратного тричлена відносно інтервала |
16 |
РОЗДІЛ 3. Графічне розв’язування рівнянь з параметрами |
20 |
Висновки |
23 |
Використана література |
24 |
ВСТУП
Однією із складних тем шкільного курсу математики є розв’язування задач з параметрами. Потрібно вміти не тільки вміти розв’язувати рівняння за певним алгоритмом, але й вміти дослідити їхні розв’язки. Саме розв’язування задач з параметрами значною мірою розвиває абстрактне мислення , спонукає до пошукової діяльності, формує навички аналізу – важливі для математичного розвитку особистості, якості, що застосовуються під час розв’язування задач з фізики, інформатики, економіки тощо.
Шкільною програмою не передбачено достатньо часу для набуття навичок розв’язування таких задач.
Саме такі задачі найбільш відображають рівень математичного та логічного мислення, формують початкові навички дослідницької діяльності та математичну культуру.
РОЗДІЛ 1
Найпростіші рівняння з параметрами
Для розв’язування задач у техніці і математиці досить часто доводиться складати і розв’язувати рівняння. При цьому, нерідко, в ці рівняння, крім невідомих величин, входять також деякі інші змінні величини, що мають назву параметри.
Параметр як фіксоване, але невідоме число, має ніби двоїсту природу. По-перше, передбачувана визначеність дає можливість «спілкуватися» з параметром як з числом, а по-друге – ступінь свободи спілкування обмежується його невизначеністю.
Так, ділення на вираз, що містить параметр, добування коренів парного степеня з подібних виразів вимагають попередніх досліджень. Як правило, результати цих досліджень впливають і на їх розв’язування, і на відповідь.
Рівнянням з параметрами називаємо рівняння виду ( х, а1 , а2 , … аn ) = =0 , де х – шукане невідоме , а1 , а2 , … аn – змінні параметри.
Значення шуканого невідомого х залежить від значення параметрів.
Значення параметрів а1 , а2 , … аn при яких вираз ( х, а1 , а2 , … аn ) має зміст при деяких значеннях х, називаються допустимими. Множину всіх допустимих систем значень параметрів рівняння ( х, а1 , а2 , … аn ) = 0 називають областю змінних параметрів цього рівняння.
Для кожної допустимої системи значень параметрів рівняння ( х, а1 , а2 , … аn ) = 0 має певну множину розв’язків. Розв’язати рівняння з параметрами означає знайти всі розв’язки цього рівняння для кожної допустимої системи значень параметрів.
Щоб розв’язати рівняння ( х, а1 , а2 , … аn ) = 0 з невідомим х і параметрами а1 , а2 , … аn , треба:
х = g (, а1 , а2 , … аn ) від параметрів;
Рівняння виду ax+b=0, де х – невідоме, a,b – параметри називають лінійним рівнянням з параметрами.
Дослідимо його:
якщо a ≠ 0, то рівняння має єдиний розв’язок: х=- ;
якщо a = 0, b=0, то рівняння має вигляд: 0 × х = 0, звідки х – будь-яке число;
якщо a = 0, b≠0, то рівняння має вигляд: 0 × х = - b, що неможливо. Рівняння не має розв’язків.
Приклад 1. Розв’язати рівняння а2х=а(х+2)-2.
Розв’язання:
а2х=а(х+2)-2; а2х=ах+2а -2 а2х-ах=2а -2; ах(а-1)=2(а-1);
а) якщо а=1, то маємо 0 × х = 0, х – будь-яке число;
б) якщо а≠1, то маємо х= :
в) якщо а=0,то маємо 0 × х=2, рівняння коренів немає;
г) якщо а≠0, то х =.
Відповідь: якщо а=1, х – будь-яке число;
якщо а≠1 і а≠0, то маємо х=;
якщо а=0, то рівняння коренів немає.
Приклад 2. Знайти всі цілі корені рівняння ах = а + 5х, які кратні 3
(а – будь-яке ціле число, що не дорівнює 5).
Розв’язання:
х (а – 5) = а
Оскільки а ≠ 5 , то х = . За умовою корені повинні бути кратні 3 , тобто =3k, а = 3k (а – 5), a= , де k є Z.
Відповідь: х = для a=
Приклад 3. Визначити , для яких значень параметра а рівняння ( х-1)(а-2)=1 матиме розв’язок, що належить інтервалу (1;2)
Розв’язання:
Для а ≠ 2 маємо х – 1 = ; х = 1 + ; х = .
За умовою 1 < < 2 , тому перейдемо до системи:
a >3.
Відповідь: х = для a >3.
Приклад 4. Розв’язати рівняння .
Розв’язання:
Допустимі значення параметрів а≠0, b≠0 , тоді x(a+b)=abc.
Відповідь: якщо a = - b, с=0, то x – будь-яке число;
якщо a = - b, с≠0, то немає коренів;
якщо a ≠ - b, то .
РОЗДІЛ 2
Квадратні рівняння з параметрами
Рівняння виду ax2+bx+c=0, де х – шукане невідоме, a, b, c, - параметри, a≠0, називається квадратним рівнянням з параметрами. Якщо a = 0, то рівняння перетворюється на лінійне і набирає вигляду: bx+c=0. Якщо a≠0, то для рівняння ax2+bx+c=0 має D=b2 – 4ac. Якщо
Приклад 1. Розв’язати рівняння: 3( 2а – 1) x2-2(а + 1) x + 1= 0.
Розв’язання:
D = 4(а + 1)2 - 12(2а – 1) = 4(а2 - 4а + 4) = 4(а - 2)2 , D ≥ 0.
9х2-6х+1=0; (3х - 1)2 =0; .
Відповідь: якщо а= , а=2 , то ;
якщо а≠, а≠2 , то x1=, x2=.
Приклад 2. Розв’язати рівняння: ( а 2 + а – 2) x2 + 2(а 2- 1) x + а 2= 0.
Розв’язання:
а) а = -2, то маємо рівняння 6х + 4 = 0; х = -
б) а = 1, то 0 • х + 1 = 0, 0 • х = - 1
Рівняння не має розв’язків.
= (а 2- 1) - а 2(а 2+а-2)= а 4- 2 а 2+1- а 4- а 3+2 а 2=1- а 3
а) D>0, 1- а 3>0, а 3<1, а<1, то рівняння має два розв’язки:
б) D=0, 1- а 3=0, а 3=1, а=1, то рівняння маємо таке рівняння:
0•х2+0•х+ а 2=0, де х є Ø.
в ) D<0, 1- а 3<0, а>1, то рівняння не має розв’язків.
Відповідь: якщо а≥1, то розв’язків немає;
якщо а=-2, то х=-
якщо а<1, а ≠-2, то .
2.2. Дослідження значення коренів квадратного рівняння
При розв’язуванні квадратних рівнянь з параметром, в яких потрібно дослідити значення коренів, необхідно знати такі теореми:
Теорема 1. Для того, щоб корені квадратного тричлена були дійсними і мали однакові знаки, необхідно і достатньо виконання таких умов:
При цьому обидва корені будуть додатними, якщо додатково виконується умова
х1+х2=->0, тобто
Обидва корені будуть від’ємними, якщо х1+х2=-<0, тобто
Теорема 2. Для того, щоб корені квадратного тричлена були дійсними і мали різні знаки, необхідно і достатньо виконання таких умов:
При цьому додатний корінь більший за модулем, якщо х1+х2=->0, тобто
Від’ємний корінь більший за модулем, якщо
Приклад 1. Знайти всі значення а, для яких корені рівняння
(а – 1)х2+2ах+а+3=0 додатні.
Розв’язання.
Для того, щоб рівняння мало додатні корені, мають виконуватися умови:
Система несумісна, отже ні для яких значень а корені додатними не будуть.
Відповідь: Додатних значень а не має.
Приклад 2. Для яких значень а рівняння (а+5)х2+(2а-3)х+а-10=0
має два від’ємні корені?
Розв’язання
З умови задачі випливає, що а≠-5. Знайдемо дискримінант.
Д=(2а-3)2-4(а+5)(а-10)=4а2-12а+9-4(а2-5а-50)=4а2-12а+9-4а2+20а+200=8а+209.
Для того, щоб рівняння мало від’ємні корені, необхідно, щоб виконувалися умови:
Отже, а є [ - 5) U (10; + ∞)
Відповідь: а є [ - 5) U (10; + ∞)
\
2.3. Співвідношення між коренями квадратного рівняння з параметрами
Завдання на співвідношення між коренями квадратного рівняння з параметрами зручно розв’язувати не виписуючи значення коренів через дискримінант, а використовуючи обернену теорему Вієта, яка «працює» лише у випадку, коли корені квадратного рівняння дійсно існують, тобто коли дискримінант невід’ємний.
Якщо Д>0, то за теоремою Вієта:
При необхідності можна скористатись співвідношенням
Приклад 1. Не розв’язуючи рівняння х2- (2а +1)х+а2+2=0 , знайти для якого значення а один з його коренів у 2 рази більший за другий.
Розв’язання:
Знайдемо дискримінант: D=(2а +1)2 - 4 а2 – 8= 4а2 + 4а +1 - 4 а2 – 8= 4а -7.
Рівняння матиме два корені, якщо D>0, тобто 4а -7>0 , а > .
За умовою х1 = 2 х2 . За теоремою, оберненою до теореми Вієта, маємо:
Отже, ;
8 + 8а+2-9-18 =0 ; - 8а+16 = 0 ; (а-4)2=0 ; а=4.
Відповідь : а=4.
Приклад 2. При якому значенні параметра m сума квадратів коренів рівняння х 2+ (2 - m)х – m-3 =0 найменша?
Розв’язання:
При умові D=(2 - m)2+4(m+3)≥0 маємо:
Тоді х12+ х22= ()2-2= (m-2)2+2(m+3)= m2 - 4m + 4 + 2m + 6 = = m2 - 2m+10= (m-1)2+9 , приймає найменше значення при m = 1.
При m = 1 корені існують , бо D=(2-1)2 + 4(1+3)= 17 >0.
Відповідь: m = 1.
Приклад 3 Знайти таке значення с, для якого корені рівняння х 2- 2+с=0 задовільняють умову
Розв’язання:
Знайдемо дискримінант: D=4-4с.
Рівняння має 2 корені , якщо D>0; 4-4с>0, тобто с<1.
За теоремою, оберненою до теореми Вієта:
За умовою задачі корені рівняння повинні задовольняти умову ; 7() -4=47; -11=33; =-3.
Тоді =2-(-3)=5 , а підставивши значення у друге рівняння системи, одержимо: с=(-3)×5= -15.
Відповідь: с = -15.
2.4. Розміщення коренів квадратного тричлена відносно числа
Теорема 1. Для того, щоб обидва корені квадратного тричлена були менші за число М (М є R) ( тобто лежали на числовій прямій лівіше , ніж М ) необхідно і достатньо виконання таких умов:
для а>0 , а для а0
які можна записати у вигляді однієї системи:
Теорема 2. Для того, щоб обидва корені квадратного тричлена були більшими за число М ( тобто лежали правіше, ніж М ), необхідно і достатньо виконання таких умов:
для а>0 а для а0
які можна записати у вигляді однієї системи:
Теорема 3. Для того, щоб один з коренів квадратного тричлена був менший за число М, а другий більший за М ( тобто М лежить між коренями) , необхідно і достатньо виконання таких двох умов:
для а>0 а для а0
які виконуються також і тоді , коли .
Приклад 1. При яких значеннях один з коренів рівняння (а2+а+1)х2+(2а-3)х-а2-5=0 менший за 1 , а другий більший за 1 ?
Розв’язання:
За умовою задачі 1 лежить між коренями рівняння, тому виконується така умова: (а2+а+1) f (1)<0, оскільки а2+а+1>0 при a є R, то а2+а+1+2а-3- а2-5<0, 3а-7<0, а < .
Відповідь: при а є ( -∞; 2 ).
Приклад 2. Для яких значень k корені рівняння х2 +(2k – 4)x+2k – 1=0, більші за 1.
Розв’язання:
Більший коефіцієнт рівняння додатний. Тому для того, щоб корені рівняння були більші за 1, треба , щоб виконувалися умови:
Система несумісна, тому значень при яких корені рівняння були більші за 1 не існує.
Відповідь: таких значень немає.
2.5. Розміщення коренів квадратного тричлена відносно інтервалу
Теорема 1. Для того , щоб обидва корені квадратного тричлена були більшими за число М, але меншими , ніж число N (M<N) ( тобто лежали між числа М і N, необхідно і достатньо виконання таких умов:
для а>0 , а для а0
які можна записати також у вигляді однієї системи :
Теорема 2. Для того , щоб тільки більший корінь квадратного тричлена лежав між числами М і N (M<N) , необхідно і достатньо виконання таких двох умов:
для а>0 , а для а0
які можна записати також у вигляді однієї системи:
Теорема 3. Для того, щоб тільки менший корінь квадратного тричлена лежав між М і N (M<N), необхідно і достатньо виконання таких двох умов:
для а>0 для а<0
які можна записати також у вигляді однієї системи:
Теорема 4. Для того , щоб один з коренів квадратного тричлена був менший за М , а другий більший за (M<N) ( тобто відрізок MN повністю знаходився між коренями), необхідно і достатньо виконання таких двох умов:
для а>0 а для а0
які можна записати також у вигляді однієї системи:
Теорема 5. Між двома коренями одного тричлена f(x) знаходиться тільки один корінь другого тричлена g(x) тоді і тільки тоді, коли g(x1)• g(x2)<0, де x1 і x2 корені f(x).
Приклад 1. При яких а корені рівняння 2х2-(2а – 5)х + а – 3 = 0 розташовані між числами 0 і 1 ?
Розв’язання:
f(x) = 2x2 – (2a-5)x + a -3.
a є ( 3; 4 ).
Відповідь: a є ( 3; 4 ).
Приклад 2. При яких значеннях а один із коренів квадратного рівняння
Розв’язання:
f(x) = ax2 – (3a-2)x + a -2. За умовою задачі a ≠ 0. Тоді маємо:
; a є ( 0; ).
Відповідь: a є ( 0; ).
Приклад 3. При яких значеннях a корені і рівняння
задовольняють умову ?
Розв’язання:
Нехай f(x) = . Оскільки то вітки параболи f(x) напрямлені вгору. Складемо і розв’яжемо таку систему нерівностей:
Відповідь: a >-4
РОЗДІЛ 3
Графічне розв’язування рівнянь з параметрами
Із шкільного курсу математики, нам відомо, що графічний спосіб, зазвичай, не дає можливість точно знайти корені рівнянь, але за допомогою графічної інтерпретації можна визначити найраціональніший спосіб знаходження кількості коренів рівнянь.
Поєднання графічного та аналітичного способів дасть змогу отримати правильний результат.
Розв’язувати рівняння з параметрами графічним способом зручно за таким алгоритмом:
Приклад 1. Скільки коренів має рівняння |x-2|=a залежно від параметра?
В системі координат (х; у) будуємо графік функцій у=|x-2| та у=a.
З побудови бачимо:
Приклад 2. Скільки коренів має рівняння ||x|-2|=a залежно від параметра а?
Будуємо графіки функцій у=||x|-2| та у=a.
З побудови видно:
Приклад 3. Скільки коренів має рівняння |х2-3|x|-4|=a залежно від параметра а?
Будуємо графіки функції
у=|х2-3|x|-4| та у=а у системі координат (х;у).
З побудови бачимо
Приклад 4. Розв’язати рівняння (х+1)|x-1|-a=0.
Нагадаємо, що корені рівняння - це абсциси точок перетину графіків функцій у=f(x) і y=φ(x). Тому будуємо графіки функцій у=(х+1)|x-1| і у=a.
Перший графік будуємо методом інтервалів, а другий графік – це пряма, паралельна осі абсцис. Перша функція має вигляд у=1-х2 для х<1 і
у= х2-1 для х≥1.
Проведемо дослідження за графіком:
а<0, тоді пряма у=а перетне графік функцій у=1-х2 в одній точці. Знайдемо абсцису цієї точки: 1-х2=а, х2=1-а, х=-;
а=0, точок перетину дві: х1=-1; х2=1;
0<а<1, точок перетину три: 1-х2=а,
х1=-; х2=; х2-1=а, х3=;
а=1, тоді х1=0, х2==;
а>1, тоді х2-1=а, х=.
Відповідь.
х=-, якщо а є (-∞;0);
х1,2=±1, якщо а=0;
х1,2=±, х3=, якщо 0<а<1;
х1=0, х2=, якщо а=1;
х=, якщо а є (1;+∞).
Приклад 5. Для яких значень параметра а рівняння (а+2х-х2)(а+|x-1|-1)=0 має рівно три розв’язки?
Розв’язання :
Дане рівняння рівносильне сукупності двох рівнянь: х2-2х =а, і 1- |x-1| = a
Побудуємо графіки функцій y=х2-2х та y=-|x-1|+1
З малюнка бачимо, що початкове рівняння має рівно три розв’язки, коли а= -1 (х=-1, х=1, х=3) або а= 1
(, х=1, , де , та корені рівняння х2-2х =1)
Відповідь: а= -1, а= 1.
ВИСНОВОК
Теоретичне вивчення явищ, процесів, застосування інформаційних технологій приводять до розгляду загальних випадків існування залежностей між змінними, тобто до рівнянь, що містять параметри.
Отже, у даному посібнику я розглянула лінійні та квадратні рівняння з параметрами. Визначила, що параметр - це стала величина, але на даний момент є невідомою. Кожен тип рівнянь з параметрами має свій алгоритм розв’язування. Основними методами розв’язування є:
Метою написання даного посібника було поглибити знання і уміння по розв’язуванню рівнянь з параметрами, в яких використовується алгоритм розв’язування квадратного рівняння та властивості квадратичної функції.
Такі задачі найбільш відображають рівень математичного та логічного мислення, формують початкові навички дослідницької діяльності та математичну культуру.
Посібник буде корисним для учнів 8-11 класів загальноосвітніх шкіл, ліцеїв та гімназій як для ознайомлення так і для застосування набутих знань. Учням знання по цій темі допоможуть скласти зовнішнє незалежне оцінювання з математики.
ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА