Математика EN

Экзамены · ЕНТ, математика

Уравнения

Линейные, квадратные, дробные, с модулем, показательные и логарифмические.

Как решать

Линейные уравнения

Линейное уравнение — такое, где неизвестное стоит только в первой степени: $3x + 5 = x - 7$. У него один корень, и находится он за несколько ходов.

По шагам

  1. Раскройте скобки, если они есть.
  2. Перенесите слагаемые с $x$ влево, а числа вправо. Переходя через знак «=», слагаемое меняет знак: $3x + 5 = x - 7$ превращается в $3x - x = -7 - 5$.
  3. Приведите подобные: $2x = -12$.
  4. Разделите обе части на число перед $x$: $x = -6$.
  5. Проверьте подстановкой: слева $3 \cdot (-6) + 5 = -13$, справа $-6 - 7 = -13$. Сошлось.
Число перед $x$, его называют коэффициентом. Делить на него можно, только если $a \ne 0$. Всё, что осталось справа после переноса и приведения подобных. Если $x$ сократился и вышло неверное равенство вроде $0 = 5$, корней нет. Если вышло $0 = 0$, подходит любое число.

Где ошибаются

  • Переносят слагаемое в другую часть и забывают сменить у него знак.
  • Теряют минус при делении: из $-2x = 8$ получается $x = -4$, а не $4$.
  • Раскрывают скобку с минусом перед ней и меняют знак только у первого слагаемого. Правильно: $-(x - 3) = -x + 3$.

Пример

Квадратные уравнения

Квадратное уравнение записывают так: $ax^2 + bx + c = 0$, где $a \ne 0$. Корней у него не больше двух, а сколько их на самом деле, подсказывает одно число — дискриминант.

По шагам

  1. Перенесите всё в левую часть, чтобы справа остался ноль. Выпишите коэффициенты $a$, $b$, $c$ вместе с их знаками.
  2. Если $c = 0$, вынесите $x$ за скобку: $x(ax + b) = 0$, корни $0$ и $-\frac{b}{a}$. Если $b = 0$, выразите $x^2$ и извлеките корень.
  3. Иначе посчитайте дискриминант $D = b^2 - 4ac$.
  4. При $D > 0$ корней два, при $D = 0$ один, при $D < 0$ действительных корней нет.
  5. Проверьте по теореме Виета: сумма корней равна $-\frac{b}{a}$, произведение $\frac{c}{a}$.
Коэффициент при $x$ со своим знаком. В уравнении $x^2 - 5x + 6 = 0$ это $b = -5$, а $-b = 5$. Дискриминант: он и решает, сколько будет корней. Коэффициент при $x^2$. Пример: $x^2 - 5x + 6 = 0$, $D = 25 - 24 = 1$, $x = \frac{5 \pm 1}{2}$, то есть $x = 2$ и $x = 3$.

Где ошибаются

  • Берут $b$ без знака: в $x^2 - 5x + 6$ коэффициент $b = -5$, и $b^2 = 25$.
  • Считают дискриминант, пока справа ещё не ноль. Сначала всё переносят в одну часть.
  • Делят обе части на $x$ и теряют корень $x = 0$. Вместо деления выносите $x$ за скобку.

Пример

Дробные уравнения

В дробном уравнении неизвестное стоит в знаменателе: $\frac{x^2 - 1}{x - 1} = 0$. На ноль делить нельзя, и с этого правила начинается всё решение.

По шагам

  1. Выпишите, при каких $x$ знаменатели обращаются в ноль. Эти значения запрещены; всё, что осталось, называют областью допустимых значений (ОДЗ).
  2. Перенесите всё в одну часть и приведите к общему знаменателю, чтобы получилась одна дробь.
  3. Дробь равна нулю, когда её числитель равен нулю. Решите уравнение «числитель $= 0$».
  4. Выбросьте корни, запрещённые на первом шаге.
Числитель: его приравниваем к нулю. Знаменатель: он не должен обращаться в ноль, поэтому такие корни отбрасываем. Пример: в $\frac{x^2 - 1}{x - 1} = 0$ числитель даёт $x = 1$ и $x = -1$, но при $x = 1$ знаменатель равен нулю. Ответ: $x = -1$.

Где ошибаются

  • Забывают выбросить корень, при котором знаменатель равен нулю. Это самая частая ошибка.
  • Сокращают дробь на выражение с $x$ и не помнят, что это выражение не могло быть нулём.
  • При приведении к общему знаменателю домножают на множитель не все слагаемые.

Пример

Уравнения с модулем

Модуль $|a|$ — это расстояние от числа $a$ до нуля, поэтому он никогда не бывает отрицательным: $|3| = 3$, $|-3| = 3$. Уравнение с модулем почти всегда распадается на два обычных уравнения.

По шагам

  1. Если справа отрицательное число, корней нет: модуль не бывает отрицательным.
  2. Уравнение $|f(x)| = c$ при $c > 0$ распадается на два: $f(x) = c$ и $f(x) = -c$. Решите оба.
  3. Уравнение $|f(x)| = |g(x)|$ тоже даёт два: $f(x) = g(x)$ и $f(x) = -g(x)$.
  4. Соберите в ответ корни обоих уравнений.
Выражение под модулем. Число справа. Формула работает при $c \ge 0$; при отрицательном $c$ корней нет. Пример: $|2x - 1| = 5$. Уравнение $2x - 1 = 5$ даёт $x = 3$, а $2x - 1 = -5$ даёт $x = -2$. Ответ: $-2$ и $3$.

Где ошибаются

  • Решают только $f(x) = c$ и теряют второй корень.
  • Ищут корни, когда справа отрицательное число, хотя их там нет.
  • В уравнении $|x - 3| = |x + 1|$ забывают, что оба выражения могут быть противоположными: отсюда второе уравнение $x - 3 = -(x + 1)$.

Пример

Показательные уравнения

В показательном уравнении неизвестное стоит в показателе степени: $2^{x + 1} = 8$. Главный приём — записать обе части как степени одного и того же числа.

По шагам

  1. Представьте обе части как степени одного основания: $8 = 2^3$, $\frac{1}{9} = 3^{-2}$, $\sqrt{5} = 5^{1/2}$.
  2. Если основания равны, равны и показатели: $2^{x + 1} = 2^3$ значит $x + 1 = 3$.
  3. Решите получившееся уравнение: здесь $x = 2$.
  4. Если одним основанием не обойтись, как в $2^x = 5$, ответ записывают логарифмом: $x = \log_2 5$.
Основание: одно и то же положительное число, не равное $1$. Показатель слева. Показатель справа. Функция $a^x$ принимает каждое своё значение ровно один раз, поэтому из равенства степеней следует равенство показателей. Пример: $\left(\frac{1}{3}\right)^{x} = 9$. Здесь $\frac{1}{3} = 3^{-1}$ и $9 = 3^2$, значит $3^{-x} = 3^2$ и $x = -2$.

Где ошибаются

  • Приравнивают показатели, когда основания разные: $2^x = 3^x$ так не решить.
  • Ошибаются со знаком у дроби: $\frac{1}{8} = 2^{-3}$, а не $2^3$.
  • Путают правила степеней: $(a^m)^n = a^{mn}$, а $a^m \cdot a^n = a^{m + n}$.

Пример

Логарифмические уравнения

Логарифм $\log_a b$ отвечает на вопрос: в какую степень нужно возвести $a$, чтобы получить $b$. Например, $\log_2 8 = 3$, потому что $2^3 = 8$. Логарифмическое уравнение почти всегда решается этим определением.

По шагам

  1. Запишите ОДЗ: под логарифмом должно стоять положительное число, а основание должно быть положительным и не равным $1$.
  2. Если уравнение имеет вид $\log_a f(x) = c$, по определению $f(x) = a^c$.
  3. Если вид $\log_a f(x) = \log_a g(x)$, приравняйте аргументы: $f(x) = g(x)$.
  4. Решите получившееся уравнение и проверьте каждый корень по ОДЗ.
Основание: $a > 0$ и $a \ne 1$. Аргумент, число под логарифмом. Он всегда положительный. Показатель, в который нужно возвести основание. Пример: $\log_2(x - 1) = 3$, значит $x - 1 = 2^3 = 8$ и $x = 9$. Проверка ОДЗ: $9 - 1 = 8 > 0$.

Где ошибаются

  • Не проверяют ОДЗ и оставляют корень, при котором под логарифмом оказывается отрицательное число или ноль.
  • Путают, что во что возводить: $\log_3 x = 2$ даёт $x = 3^2 = 9$, а не $x = 2^3$.
  • Теряются при отрицательной правой части: $\log_3 x = -2$ даёт $x = 3^{-2} = \frac{1}{9}$. Корень есть, просто дробный.

Пример

Главы курса