Квадратное уравнение. Полное, неполное квадратное уравнение. Исследование корней квадратного уравнения в зависимости от знака дискриминанта.

Квадратное уравнение. Полное, неполное квадратное уравнение. Исследование корней квадратного уравнения в зависимости от знака дискриминанта.

Квадратным уравнением называется уравнение вида

,

где

x - переменная,

a,b,c - постоянные (числовые) коэффициенты.

В общем случае решение квадратных уравнений сводится к нахождению дискриминанта:

 

Формула дискриминанта:

.

О корнях квадратного уравнения можно судить по знаку дискриминанта (D):

• D>0 - уравнение имеет 2 различных вещественных корня
• D=0 - уравнение имеет 2 совпадающих вещественных корня
• D<0 - уравнение имеет 2 мнимых корня (для непродвинутых пользователей - корней не имеет)

В общем случае корни уравнения равны:

.

Очевидно, в случае с нулевым дискриминантом, оба корня равны

.

Если коэффициент при х четный, то имеет смысл вычислять не дискриминант, а четверть дискриминанта:

В таком случае корни уравнения вычисляются по формуле:

Теорема Виета.

Приведенным квадратным уравнением называется уравнение вида

,

то есть квадратное уравнение с единичным коэффициентом при старшем члене.

В этом случае целесообразно применять теорему Виета, которая позволяет получить относительно корней уравнения следующую систему уравнений:

.

ax² + bx = 0, a≠0, b≠0

Пусть неполное квадратное уравнение имеет вид , где a ≠ 0; b≠ 0. В левой части этого уравнения естьобщий множитель .

1. Вынесем общий множитель за скобки.

Мы получим . Произведение равно нулю, если хотя бы один из множителей равен нулю. Поэтому получаем или . Таким образом, данное уравнение эквивалентно двум уравнениям:

2. Решаем получившуюся систему уравнений.

Решив эту систему, мы получим и . Следовательно, данное квадратное уравнение имеет два корня и .

 

Существование корней квадратного уравнения

Для того чтобы квадратное уравнение ах ² + bх + с = 0 имело корни необходимо и достаточно чтобы дискриминант уравнения был больше или равен нулю. Как правило, в случае необходимости доказать, что заданное квадратное уравнение имеет решение, начинают с вычисления его дискриминанта, с тем чтобы затем доказать его неотрицательность. Но существуют способы, которые основываются на очевидных графических соображениях. Так, если а > 0, то для доказательства того, что уравнение ах ² + bx + с = 0 имеет два решения, достаточно указать одну точку х ₀, в которой f(x ₀ ) = ах ₀² + bx ₀ + c < 0. Чаще всего в качестве х ₀ берут 0 (даёт достаточное условие с < 0), 1 (условие а + b + с < 0) или – 1 (условие а – b + c < 0).

 

Основные свойства функций.

1) Область определения функции и область значений функции.

Область определения функции - это множество всех допустимых действительных значений аргумента x (переменной x), при которых функция y = f(x) определена.
Область значений функции - это множество всех действительных значений y, которые принимает функция.

В элементарной математике изучаются функции только на множестве действительных чисел.

2) Нули функции.

Значения х, при которых y=0, называется нулями функции. Это абсциссы точек пересечения графика функции с осью Ох.

3) Промежутки знакопостоянства функции.

Промежутки знакопостоянства функции – такие промежутки значений x, на которых значения функции y либо только положительные, либо только отрицательные, называются промежутками знакопостоянства функции.

 

 

4) Монотонность функции.

Возрастающая функция (в некотором промежутке) - функция, у которой большему значению аргумента из этого промежутка соответствует большее значение функции.

Убывающая функция (в некотором промежутке) - функция, у которой большему значению аргумента из этого промежутка соответствует меньшее значение функции.

 

5) Четность (нечетность) функции.

Четная функция - функция, у которой область определения симметрична относительно начала координат и для любого х из области определения выполняется равенство f(-x) = f(x). График четной функции симметричен относительно оси ординат.

Нечетная функция - функция, у которой область определения симметрична относительно начала координат и для любого х из области определения справедливо равенство f(-x) = - f(x). График нечетной функции симметричен относительно начала координат.

Четная функция обладает следующими свойствами:
1) Область определения симметрична относительно точки (0; 0), то есть если точка a принадлежит области определения, то точка -a также принадлежит области определения.
2) Для любого значения x, принадлежащего области определения, выполняется равенство f(-x)=f(x)
3) График четной функции симметричен относительно оси Оу.

Нечетная функция обладает следующими свойствами:
1) Область определения симметрична относительно точки (0; 0).
2) для любого значения x, принадлежащего области определения, выполняется равенство f(-x)=-f(x)
3) График нечетной функции симметричен относительно начала координат (0; 0).

Не всякая функция является четной или нечетной. Функции общего вида не являются ни четными, ни нечетными.

 

6) Ограниченная и неограниченная функции.

Функция называется ограниченной, если существует такое положительное число M, что |f(x)| ≤ M для всех значений x. Если такого числа не существует, то функция - неограниченная.

 

7) Периодическость функции.

Функция f(x) - периодическая, если существует такое отличное от нуля число T, что для любого x из области определения функции имеет место: f(x+T) = f(x). Такое наименьшее число называется периодом функции. Все тригонометрические функции являются периодическими. (Тригонометрические формулы).

Функция f называется периодической, если существует такое число, что при любом x из области определения выполняется равенство f(x)=f(x-T)=f(x+T). T - это период функции.

Всякая периодическая функция имеет бесконечное множество периодов. На практике обычно рассматривают наименьший положительный период.

Значения периодической функции через промежуток, равный периоду, повторяются. Это используют при построении графиков.

 

 

Свойства степеней

Основные свойства степеней с целым показателем:

a^m *aⁿ = a^(m+n);

a^m: aⁿ = a^(m-n) (при a не равном нулю);

(a^m)ⁿ = a^(m*n);

(a*b)ⁿ = aⁿ *bⁿ;

(a/b)ⁿ = (aⁿ)/(bⁿ) (при b не равном нулю);

a¹ = a;

a⁰ = 1 (при a не равном нулю);

Эти свойства будут справедливы для любых чисел a, b и любых целых чисел m и n. Стоит отметить также следующее свойство:

Если m>n, то a^m > aⁿ, при a>1 и a^m

Можно обобщить понятие степени числа на случаи, когда в качестве показателя степени выступают рациональные числа. При этом хотелось бы, чтобы выполнялись все выше перечисленные свойства или хотя бы часть из них.

Например, при выполнении свойства (a^m)ⁿ = a^(m*n) выполнялось бы следующее равенство:

(a^(m/n))ⁿ = a^m.

Это равенство означает, что число a^(m/n) должно являться корнем n-ой степени из числа a^m.

Степенью некоторого числа a (большего нуля) с рациональным показателем r = (m/n), где m – некоторое целое число, n – некоторое натурально число большее единицы, называется число n√(a^m). Исходя из определения: a^(m/n) = n√(a^m).

Для всех положительных r будет определена степень числа нуль. По определению 0^r = 0. Отметим также, что при любом целом, любых натуральных m и n, и положительном а верно следующее равенство: a^(m/n) = a^((mk)/(nk)).

Например: 134^(3/4) = 134^(6/8) = 134^(9/12).

Из определения степени с рациональным показателем напрямую следует тот факт, что для любого положительного а и любого рационального r число a^r будет положительным.

Свойства степеней.

Для любых целых чисел m и p:

1. 
2. 
3. 
4. 
5. 
6. 

.

Свойства 1 - 5 справедливы , не равных 0; свойство 6 - указанных

Рис. II.1.

При n=2 получаем функцию y = х², ее свойства:

Функция у —х². Перечислим свойства функции у = х².

Область определения функции — вся числовая прямая.

у = х²— четная функция (f(— х) = (— x)² = x² = f (х)).

На промежутке [0; + οο) функция возрастает.

В самом деле, если , то , а это и означает возрастание функции.

4) На промежутке (- ; 0] функция убывает.

В самом доле, если ,то — х₁ > — х₂ > 0, а потому

(-х₁)²> (- х₂)², т. е. , а это и означает убывание функции.

Графиком функции y=х² является парабола. Этот график изображен на рисунке II.2.

Рис. II.2.

При n = 3 полу­чаем функцию у = х³, ее свойства:

Область определения функции — вся числовая прямая.

y = х³ — нечетная функция (f (- х) = (- x)² = - х³ = - f (x)).

3) Функция y = x³ возрастает на всей числовой прямой. График функции y = x³ изображен на рисунке. Он на­зывается кубической параболой.

График (кубическая парабола) изображен на рисунке II.3.

Рис. II.3.

Пусть n— произвольное четное натуральное число, большее двух:

n = 4, 6, 8,.... В этом случае функция у = хⁿ обладает теми же свойствами, что и функция у = х². График такой функ­ции напоминает параболу у = х², только ветви графика при |n| >1 тем круче идут вверх, чем больше n, а при тем «теснее прижимаются» к оси х, чем больше n.

Пусть n — произвольное нечетное число, большее трех: n = = 5, 7, 9,.... В этом случае функция у = хⁿ обладает теми же свойствами, что и функция у = х³. График такой функции на­поминает кубическую параболу (только ветви графика тем круче идут вверх, вниз, чем больше n. Отметим также, что на промежутке (0; 1) график степенной функции у = хⁿ тем медленнее отдаляется от оси х с ростом х, чем больше n.

Степенная функция с целым отрицательным показа­телем. Рассмотрим функцию у = х^-n, где n — натуральное чис­ло. При n = 1 получаем у = х^-n или у = Свойства этой функции:

График (гипербола) изоб­ражен на рисунке II.4.

Рис. II.4.

график функции у = . Пусть n — четное число, например п = 2. Перечислим не­которые свойства функции у = х^-2, т. е. функции y = .

Функция определена при всех х 0.

y = четная функция.

y = убывает на (0; +оо) и возрастает на (—оо;0).

Теми же свойствами обладают любые функции вида y = х^-n при четном n, большем двух.

График функции у = изображен на рисунке. Ана­логичный вид имеет график функции , если n = 4, 6,....

Функции вида , , обладают теми же свойствами, как и функция .

Степенная функция с положительным дробным показа­телем. Рассмотрим функцию у = х^r, где r — положительная несократимая дробь. Перечислим некоторые свойства этой функции.

Область определения — луч [0; + оо).

Рис. II.5.

На рисунке II.5. изображен график функции Он заключен между графиками функций у = х² и у = х³, заданных на промежутке [0; + оо).

Подобный вид имеет график любой функции вида у = х^r, где .

На том же рисунке изображен график функции . Подоб­ный вид имеет график любой степенной функции у = х^r, где .

Степенная функция с отрицательным дробным пока­зателем. Рассмотрим функцию у = х^-r, где r — положительная несократимая дробь. Перечислим свойства этой функции.

Область определения — промежуток (0; + оо).

Рис. II.6.

Свойства логарифмов

Пусть Тогда:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

9)

10)

11) Тогда и только тогда, когда

12) тогда и только тогда, когда

13) тогда и только тогда, когда

Определение

Выражение с учетом того, что называется - основным логарифмическим тождеством.

Натуральный логарифм — это логарифм по основанию e. Обозначается lnx.

Переход к новому основанию

, частности, если c = b, то , и тогда:

ЛОГАРИФМИРОВАНИЕ.

ГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ.

Многие уравнения, содержащие переменную не только под знаком логарифма или в показателе степени, удобно решать графически.

Графически решением уравнения являются абсциссы точек пересечения графиков функций, заданных в уравнении.

МЕТОД ПОДБОРА.

Радианная мера угла.

Центральный угол, опирающийся на дугу, длина которой равна радиусу окружности, называется углом в 1 радиан.

Градусная мера угла в 1 радиан равна:

Так как дуга длиной π R (полуокружность), стягивает центральный угол в 180 °, то дуга длиной R, стягивает угол в π раз меньший, т.е.

И наоборот

Так как π = 3,14, то 1 рад = 57,3°

Если угол содержит a радиан, то его градусная мера равна

И наоборот

Обычно при обозначении меры угла в радианах наименование «рад» опускают.

Например, 360° = 2π рад, пишут 360° = 2π

В таблице указаны наиболее часто встречающиеся углы в градусной и радианной мере.

Градусы

Радианы

π/12

π/6

π/4

π/3

5π/12

π/2

2π/3

3π/4

5π/6

π

3π/2

2π

 

 

Косинус

Косинусом числа а называется абсцисса точки, изображающей это число на числовой окружности. Косинусом угла в а радиан называется косинус числа а.

Косинус - функция числа. Ее область определения - множество всех чисел, так как у любого числа можно найти ординату изображающей его точки.

Область значений косинуса - отрезок от -1 до 1, так как любое число этого отрезка на оси абсцисс является проекцией какой-либо точки окружности, но никакая точка вне этого отрезка не является проекцией какой-либо из этих точек.

Период косинуса равен . Ведь через каждые положение точки, изображающей число, в точности повторяется.

Знак косинуса:

1. косинус равен нулю при , где n - любое целое число;

2. косинус положителен при , где n - любое целое число;

3. косинус отрицателен при , где n - любое целое число.

Косинус - функция четная. Во-первых, область определения этой функции есть множество всех чисел, а значит, симметрична относительно начала отсчета. А во-вторых, если отложить от начала два противоположных числа: x и -x, то их абсциссы - косинусы - окажутся равными. То есть

для любого x.

1. Косинус возрастает на отрезках , где n - любое целое число.

2. Косинус убывает на отрезках , где n - любое целое число.

при ;

при .

Тангенс

Тангенсом числа называется отношение синуса этого числа к косинусу этого числа: .

Тангенсом угла в а радиан называется тангенс числа а.

Тангенс - функция числа. Ее область определения - множество всех чисел, у которых косинус не равен нулю, так как никаких других ограничений в определении тангенса нет. И так как косинус равен нулю при , то , где .

Область значений тангенса - множество всех действительных чисел.

Период тангенса равен . Ведь если взять любые два допустимые значения x (не равные ), отличающиеся друг от друга на , и провести через них прямую, то эта прямая пройдет через начало координат и пересечет линию тангенсов в некоторой точке t. Вот и получится, что , то есть число является периодом тангенса.

Знак тангенса: тангенс - отношение синуса к косинусу. Значит, он

1. равен нулю, когда синус равен нулю, то есть при , где n - любое целое число.

2. положителен, когда синус и косинус имеют одинаковые знаки. Это бывает только в первой и в третьей четвертях, то есть при , где а - любое целое число.

3. отрицателен, когда синус и косинус имеют разные знаки. Это бывает только во второй и в четвертой четвертях, то есть при , где а - любое целое число.

Тангенс - функция нечетная. Во-первых, область определения этой функции симметрична относительно начала отсчета. А во-вторых, . В силу нечетности синуса и четности косинуса, числитель полученной дроби равен , а ее знаменатель равен , а значит, сама эта дробь равна .

Вот и получилось, что .

Значит, тангенс возрастает на каждом участке своей области определения, то есть на всех интервалах вида , где а - любое целое число.

Котангенс

Котангенсом числа называется отношение косинуса этого числа к синусу этого числа: . Котангенсом угла в а радиан называется котангенс числа а. Котангенс - функция числа. Ее область определения - множество всех чисел, у которых синус не равен нулю, так как никаких других ограничений в определении котангенса нет. И так как синус равен нулю при , то , где

Область значений котангенса - множество всех действительных чисел.

Период котангенса равен . Ведь если взять любые два допустимые значения x (не равные ), отличающиеся друг от друга на , и провести через них прямую, то эта прямая пройдет через начало координат и пересечет линию котангенсов в некоторой точке t. Вот и получится, что , то есть, что число является периодом котангенса.

Знак котангенса: котангенс - отношение косинуса к синусу. Значит, он

1. равен нулю, когда косинус равен нулю, то есть при .

2. положителен, когда синус и косинус имеют одинаковые знаки. Это бывает только в первой и в третьей четвертях, то есть при .

3. отрицателен, когда синус и косинус имеют разные знаки. Это бывает только во второй и в четвертой четвертях, то есть при .

Котангенс - функция нечетная. Во-первых, область определения этой функции симметрична относительно начала отсчета. А во-вторых, .

В силу нечетности синуса и четности косинуса, числитель полученной дроби равен , а ее знаменатель равен , а значит, сама эта дробь равна .

Вот и получилось, что . Котангенс убывает на каждом участке своей области определения, то есть на всех интервалах вида .

Квадратное уравнение. Полное, неполное квадратное уравнение. Исследование корней квадратного уравнения в зависимости от знака дискриминанта.

Квадратным уравнением называется уравнение вида

,

где

x - переменная,

a,b,c - постоянные (числовые) коэффициенты.

В общем случае решение квадратных уравнений сводится к нахождению дискриминанта:

 

Формула дискриминанта:

.

О корнях квадратного уравнения можно судить по знаку дискриминанта (D):

• D>0 - уравнение имеет 2 различных вещественных корня
• D=0 - уравнение имеет 2 совпадающих вещественных корня
• D<0 - уравнение имеет 2 мнимых корня (для непродвинутых пользователей - корней не имеет)

В общем случае корни уравнения равны:

.

Очевидно, в случае с нулевым дискриминантом, оба корня равны

.

Если коэффициент при х четный, то имеет смысл вычислять не дискриминант, а четверть дискриминанта:

В таком случае корни уравнения вычисляются по формуле:

Теорема Виета.

Приведенным квадратным уравнением называется уравнение вида

,

то есть квадратное уравнение с единичным коэффициентом при старшем члене.

В этом случае целесообразно применять теорему Виета, которая позволяет получить относительно корней уравнения следующую систему уравнений:

.

ax² + bx = 0, a≠0, b≠0

Пусть неполное квадратное уравнение имеет вид , где a ≠ 0; b≠ 0. В левой части этого уравнения естьобщий множитель .

1. Вынесем общий множитель за скобки.

Мы получим . Произведение равно нулю, если хотя бы один из множителей равен нулю. Поэтому получаем или . Таким образом, данное уравнение эквивалентно двум уравнениям:

2. Решаем получившуюся систему уравнений.

Решив эту систему, мы получим и . Следовательно, данное квадратное уравнение имеет два корня и .