Matematyka dla liceum/Zaczynamy/Rozwiązywanie równań i nierówności

Z testwiki
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania


Równania

Pewnie pamiętasz, czym jest równanie. Równanie jest to większe wyrażenie składające się z mniejszych wyrażeń połączonych znakiem równości. Najprostsze równanie wygląda mniej więcej tak:

Szablon:Math

Lewa strona równania często jest oznaczana przez Szablon:Math, a prawa przez Szablon:Math.

W równaniu z reguły występują jakieś niewiadome oznaczone najczęściej małymi literami.

Przykładami równania mogą być:

  • x=1,
  • t+2=3,
  • x+2y=7,
  • z2−5=−1,
  • a2+b2=c2.

Gdy zadanie zawiera polecenie „rozwiąż równanie”, oznacza to, że musimy znaleźć taką liczbę, która podstawiona do równania zamiast pewnej zmiennej (czyli niewiadomej) Szablon:Math, Szablon:Math, czy np. Szablon:Math spełni je, tzn. po lewej i po prawej stronie będziemy mieli te same wartości.

Dla równania x=1 jego rozwiązaniem będzie Szablon:Math równy Szablon:Math, co wydaje się zresztą oczywiste. Gdy zamiast Szablon:Math podstawimy Szablon:Math otrzymamy:

1=1,

rzeczywiście obydwie strony równania są sobie równe.

Rozwiązaniem tego równania nie będzie np. x=3. Dlaczego? Podstawmy zamiast Szablon:Math liczbę Szablon:Math:

3=1,

widać, że coś nie pasuje! Przecież trzy nigdy nie będzie równe jeden: jeśli mamy jedno jajko, to nie zrobimy jajecznicy z trzech jaj.

A następny przykład, t+2=3? Ktoś spostrzegawczy mógłby od razu zauważyć, że gdy zamiast Szablon:Math damy Szablon:Math, otrzymamy:

1+2=3
3=3

zatem t=1 będzie rozwiązaniem tego równania.

Podobnie dla równania z2−5=−1 rozwiązaniem będzie z=2 lub z=−2, ponieważ:

22−5=−1
−1=−1
(−2)2−5=−1
4−5=−1 i jest wszystko się zgadza.

Rozwiązaniem nie będzie z=3, ponieważ:

32−5=−1
4=−1 i teraz nic nie pasuje.

Tak naprawdę powinniśmy unikać zapisu typu 4=−1, bo znak równości powinna oznaczać spełnioną równość, a tu przecież ona nie zachodzi. Możemy co najwyżej zapisać 4≠−1 (Szablon:Math nie jest równe Szablon:Math). W takim razie jak to ładniej zapisać?

Zacznijmy od początku. Mamy równanie z2−5=−1 i chcemy pokazać, że z=3 nie jest rozwiązaniem. Rozbijamy to równanie na dwie części, na wyrażenie po lewej i wyrażenie po prawej, co zapisujemy następująco:

L=z2−5,
P=−1.

Jeśli z=3, to:

L=32−5=4,

ale

4≠−1,

a więc:

L≠P.

Równanie nie jest spełnione, zatem z=3 nie jest rozwiązaniem tego równania.

Gdyby zaszła równość L=P, to równanie zostałoby spełnione przez z=3, a zatem Szablon:Math byłoby rozwiązaniem tego równania.

Nie powinniśmy jednak rozwiązywać równań w tak „brutalny” sposób (tzw. metoda brute force). Zdarza się, że równania mają często więcej niż jedno rozwiązanie, a strzelając, możemy po prostu niektóre pominąć.

Przekształcanie równań

Aby ładnie [1], a przede wszystkim poprawnie rozwiązać równanie, powinniśmy je upraszczać przekształcając je krok po kroku do prostszych, ale mu równoważnych równań.

W jaki sposób należy przekształcać równanie? Skorzystamy z faktu, że rozwiązania równania nie ulegną zmianie, gdy:

  1. dodamy (lub odejmiemy) z obu stron równania pewną wartość,
  2. wymnożymy (lub podzielimy) obie strony równania przez dowolną stałą różną od zera.

Gdy mamy równanie, np. x+5=7, to liczbę Szablon:Math możemy przenieść na prawą stronę równania zmieniając znak na przeciwny, otrzymujemy:

x=7−5, czyli
x=2

i doszliśmy do rozwiązania. Zauważmy, że przeniesienie Szablon:Math na przeciwną stronę równania jest równoważne dodaniu do obydwu stron równania Szablon:Math, dlatego też podczas tej operacji należy zmienić znak na przeciwny:

x+5−5=7−5
x=7−5.

Zapamiętajmy, że przenosząc pewną liczbę z jednej strony na drugą musimy zmienić znak na przeciwny. Zobaczmy na trzy kolejne przykłady:

  • jeśli 2x+5=6, to 2x=6−5,
  • jeśli 3x=x+2, to 3x−x=2,
  • jeśli x2−2=3+x, to x2−2−x=3.

Jeśli równanie chcemy wymnożyć lub podzielić przez pewną liczbę, wówczas najlepiej o tym poinformować wstawiając „/⋅ ...” lub „/: ...”, na przykład:

  • x2=3  /⋅ 2 - obustronnie mnożymy przez Szablon:Math
  • 3x=6  /: 3 - obustronnie dzielimy przez Szablon:Math
  • 34x=2  /⋅ 43 - obustronnie mnożymy przez 43.

To koniec teorii. Przejdźmy do praktyki. Rozwiążmy cztery prościutkie równania:

  • 2x+3=5 (1)
  • −x+2=0 (2)
  • 100x−12=0 (3)
  • 7x+22=6 (4)

Idziemy po kolei. Zacznijmy od (1):

2x+3=5  /− 3
2x=5−3=2  /: 2 - obustronnie dzielimy przez 2
x=1, które jest poszukiwanym rozwiązaniem.

Przejdźmy do drugiego przykładu:

−x+2=0
−x=−2  /⋅ (−1)
x=2

Teraz zrobimy (3):

100x−12=0
100x=12  /: 100
x=1200

Pozostał ostatni przykład:

7x+22=6  /⋅ 2
7x+2=12
7x=10  /: 7
x=107=137

I to już wszystko na temat równań. Przejdźmy teraz do nierówności.

Nierówność liniowa z jedną niewiadomą

Mamy do rozwiązania następujące problemy:

Jednak na początek trochę teorii.

Nierówności przekształcamy w prawie taki sam sposób jak równania, z jednym wyjątkiem: jeśli obustronnie mnożymy (lub dzielimy) przez liczbę ujemną, musimy zmienić znak na przeciwny, na przykład:

dla x2<2 będziemy mieli:
x2<2 /⋅ 2
x<2⋅2 (nie zmieniamy znaku na przeciwny, Szablon:Math nie jest ujemne)
ale dla x−2≤2 będzie:
x−2≤2 /⋅ (−2) (musimy zmienić znak na przeciwny, Szablon:Math jest ujemne)
x≥2⋅(−2)

Przejdźmy do rzeczy, czyli rozwiążmy powyższe przykłady.

Zaczniemy od (1):

2x>3
2x>3  /: 2
x>112

Rozwiążmy teraz nierówność (2):

5x−2<2
5x<2+2=4  /:5
x<45

Teraz możemy przejść do kolejnego przykładu (3):

−2x+4≥−3x+5
−2x+3x≥5−4
x≥1

I został ostatni przykład (4):

−12x+3≥5
−12x≥5−3
−12x≥2  /⋅ −2
x≤−4

Przypisy


  1. ↑ zdaniem niektórych


Szablon:Nawigacja