что такое равносильность уравнений
Равносильность уравнений
Урок 28. Алгебра 11 класc
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Равносильность уравнений»
• обобщить сведения о равносильности уравнений;
• повторить основные теоремы равносильности;
• рассмотреть причины потери и появления посторонних корней при решении уравнений.
В процессе изучения математики, начиная с младших классов, мы постоянно сталкиваемся с уравнениями с одной или двумя переменными, с неравенствами, с системами уравнений или неравенств. На сегодняшнем уроке мы постараемся обобщить все, что мы знаем об уравнениях.
Начнем с определения.
Два уравнения с одной переменной f(x) = g(x) и p(x) = h(x) называют равносильными, если множества их корней совпадают.
Другими словами, два уравнения называют равносильными, если они имеют одинаковые корни или если оба уравнения не имеют корней.
Дадим еще одно определение.
Если каждый корень уравнения f(x) = g(x) является в то же время корнем уравнения p(x) = h(x), то уравнение p(x) = h(x) называют следствием уравнения f(x) = g(x).
Очевидно, что справедливо следующее утверждение: два уравнения равносильны тогда и только тогда, когда каждое из них является следствием другого.
Таким образом, общую схему можно описать так. Исходное уравнение преобразовывается в более простое уравнение, полученное уравнение преобразовывается в еще более простое уравнение и так происходит до тех пор, пока не получится довольное простое уравнение, корни которого и находят.
Естественно возникает вопрос, а будут ли корни решенного простого уравнения корнями нашего исходного уравнения? Если все преобразования были равносильными, то есть все полученные уравнения равносильные, тогда да. Если же некоторые преобразования были равносильными, а в некоторых мы не уверены, но точно знаем, что переходили с их помощью к уравнениям-следствиям, то однозначного ответа на вопрос мы не получим.
Для того, чтобы на данный вопрос ответить точно, нужно все найденные корни проверить, подставив их в исходное уравнение. Если найденный корень последнего уравнения не удовлетворяет исходному уравнению, то его называют посторонним корнем и в ответ его включать не надо.
Как правило, решение уравнения осуществляется в три этапа.
1. Технический. На этом этапе осуществляется преобразование по схеме, которую мы описали выше.
2. Анализ решения. На этом этапе, анализируя проведенные преобразования, отвечают на вопрос, все ли они были равносильными.
3. Проверка. Если анализ, проведенный на втором этапе, показывает, что некоторые преобразования могли привести к уравнению-следствию, то обязательно проверка всех найденных корней их подстановкой в исходное уравнение.
Давайте теперь определимся: как же узнать, является ли переход от одного уравнения к другому равносильным преобразованием?
Попробуем вспомнить все теоремы, в которых уравнение заменяется равносильным уравнением. Эти теоремы были доказаны нами ранее, поэтому мы просто напомним их.
Теорема 1. Если какой-либо компонент уравнения перенести из одной части уравнения в другую с противоположным знаком, то получится уравнение, равносильное данному.
Теорема 2. Если обе части уравнения возвести в одну и ту же нечетную степень, то получится уравнение, равносильное данному.
Теперь давайте вспомним, что областью определения уравнения эф от икс равно жэ от икс или областью допустимых значений переменной (ОДЗ) называют множество тех значений переменной икс, при которых одновременно имеют смысл выражения f(x) и g(x).
Теорема 4. Если обе части уравнения f(x) = g(x) умножить на одно и тоже выражение h(x, которое: имеет смысл всюду в области определения (в области допустимых значений) уравнения f(x) = g(x); нигде в этой области не обращается в ноль, то получится уравнение f(x)h(x) = g(x)h(x), равносильное данному.
Следствием этой теоремы будет известный факт о том, что если обе части уравнения умножить или разделить на одно и то же отличное от нуля число, то получится уравнение, равносильно данному.
Теперь давайте вспомним, какие преобразования переводят уравнение в уравнение-следствие.
Если в процессе решения, мы воспользуемся последними теоремами, но не будем проверять выполнение необходимых условий, то получится уравнение-следствие.
Второй корень является посторонним для уравнения:
А появился он потому, что мы умножили обе части уравнения на одно и то же выражение, нарушив при этом условие теоремы 4.
В этой теореме содержится требование: выражение, на которое мы умножаем обе части уравнения, нигде не должно обращаться в ноль. А в нашем случае, выражение x – 2 обращается в ноль при x = 2, которое и оказалось посторонним корнем.
Теперь давайте обе части исходного уравнения возведем в квадрат. Получим:
Посторонний корень появился потому, что мы возвели обе части уравнения в одну и ту же четную степень, нарушив при этом условие теоремы пять. В этой теореме содержится требование: обе части уравнения должны быть неотрицательны. Про выражение x – 5 мы не можем этого утверждать.
Потенцируя, получим уравнение
Но этот корень является посторонним для исходного уравнения, поскольку оба выражения под знаками логарифмов принимают отрицательные значения.
А появился этот корень потому, что при потенцировании, мы нарушили условие шестой теоремы. В этой теореме содержится требование: выражения под знаками логарифмов должны быть положительными, о выражениях 2x – 4 и 3x – 5 этого утверждать мы не можем, так как они при одних значениях x положительны, при других – они отрицательны.
В нашем примере переход от логарифмического уравнения к уравнению 2x – 4 = 3x – 5 привел к расширению области определения уравнения.
Область определения логарифмического уравнения задается системой неравенств
решением которого будет промежуток
Областью определения уравнения 2x – 4 = 3x – 5 является множество всех действительных чисел. То есть у области определения логарифмического уравнения добавился луч от минус бесконечности до двух. В этом промежутке и находится корень уравнения x = 1.
Давайте попробуем сформулировать возможные причины расширения области определения уравнения:
1. Освобождение в процессе решения уравнения от знаменателей, содержащих переменную величину.
2. Освобождение в процессе решения уравнения от знаков корней четной степени.
3. Освобождение в процессе решения уравнения от знаков логарифмов.
Итак при решении уравнения обязательна проверка всех найденных корней, если:
1. Произошло расширение области определения уравнения.
2. Осуществлялось возведение обеих частей уравнения в одну и ту же четную степень.
3. Выполнялось умножение обеих частей уравнения на одно и то же выражение с переменной (имеющее смысл во всей области определения уравнения).
В рассмотренном примере, при проверке корней у нас были небольшие и несложные вычисления, а как же быть в случаях, когда проверка корней сопровождается значительными вычислительными трудностями? Существует несколько так называемых обходных путей проверки.
Например, при проверке корней в примере, мы не высчитывали значение левой части уравнения, а просто прикидывали чему равно получившееся выражение. Такая прикидка – один из обходных путей проверки.
Но этот корень можно было проверить и другим способом. Мы могли его проверить не по исходному уравнению, а по полученному в процессе преобразований уравнению-следствию.
Как правило, самый легкий путь проверки – по области определения исходного уравнения.
Каждый раз, при решении уравнений, явно выделять три этапа мы не будем. Но мысленно мы всегда такое разбиение будем делать.
Рассмотрим еще один пример.
Мы рассмотрели варианты, когда уравнение в процессе преобразований приобретает новые корни, но бывают случаи, когда уравнение теряет корни. Укажем причины потери корней при решении уравнений:
Можно сделать вывод, что применяя при решении уравнения какую-либо формулу, надо следить за тем, чтобы ОДЗ переменной для правой и левой частей формулы были одинаковыми.
Алгебра. 7 класс
Конспект урока
Равносильность уравнений и систем уравнений
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:
Уравнение, левой и правой частями которого являются числа или многочлены степени не выше первой относительно х и у, называются линейными уравнением с двумя неизвестными х и у.
Члены многочленов, находящиеся в левой и правой частях линейного уравнения, называют членами этого уравнения.
Два уравнения называют равносильными, если любое решение первого уравнения является решением второго, а любое решение второго является решением первого.
Равносильны два уравнения, каждое из которых не имеет решения.
Две системы уравнений называют равносильными, если любое решение первой системы является решением второй системы и любое решение второй системы является решением первой системы.
Равносильны две системы, если каждая из них не имеет решений.
Теоретический материал для самостоятельного изучения.
Уравнение, левой и правой частями которого являются числа или многочлены степени не выше первой относительно х и у, называются линейными уравнением с двумя неизвестными х и у.
Члены многочленов, находящиеся в левой и правой частях линейного уравнения, называют членами этого уравнения.
Два уравнения называют равносильными, если любое решение первого уравнения является решением второго, а любое решение второго является решением первого.
Равносильны такие два уравнения, каждое из которых не имеет решения.
1) Если обе части уравнения умножить или разделить на одно и то же число, не равное нулю, то получим уравнение, равносильное исходному.
2) Если перенести с противоположным знаком член уравнения из одной части в другую, то получим уравнение, равносильное исходному.
3) Если в левой и правой частях линейного уравнения привести подобные члены, то получится уравнение, равносильное исходному:
Доказательство этих утверждений проводится так же, как для линейного уравнения с одним неизвестным.
Две системы уравнений называют равносильными, если любое решение первой системы является решением второй системы и любое решение второй системы является решением первой системы. Равносильны также две системы, если каждая из них не имеет решений.
Очевидно, что если одно из уравнений системы заменить другим, равносильным ему уравнением, то полученная система будет равносильна исходной.
Перенеся свободные члены уравнений этой системы в их правые части, получим следующую равносильную систему:
Пример 2. Решите систему уравнений:
Решим системы способом подстановки.
Пример 3. Решите систему уравнений
Пример 4. Решите систему уравнений
Разбор решения заданий тренировочного модуля.
№1. Тип задания: единичный выбор.
Какие два уравнения называются равносильными?
Два уравнения называют равносильными, если любое решение первого уравнения является решением второго, а любое решение второго является решением первого.
Два уравнения называют равносильными, если любое решение первого уравнения не является решением второго, а любое решение второго не является решением первого.
Два уравнения называют равносильными, если любое решение первого уравнения является продолжением решения второго, и является единственно верным.
Два уравнения называют равносильными, если любое решение первого уравнения является решением второго, а любое решение второго является решением первого.
№2. Тип задания: Восстановление последовательности элементов горизонтальное / вертикальное.
Что такое равносильность уравнений
Ключевые слова: уравнение с одной переменной, равносильность уравнений, знак равносильности, правила преобразования
Уравнением с одной переменной x называется выражение f ( x ) = g ( x ), содержащее переменную величину x и знак равенства.
Число a называется корнем (или решением) уравнения f ( x ) = g ( x ), если при подстановке этого числа в уравнение получается верное числовое равенство.
Уравнения f ( x ) = g ( x ) и f1 ( x ) = g1 ( x ) называются равносильными , если любой корень первого уравнения является корнем второго уравнения и наоборот, или если оба эти уравнения не имеют решений.
Проще говоря, уравнения равносильны, если они имеют одно и то же множество корней.
Ясно, что уравнение f1 ( x ) = g1 ( x ) может оказаться проще уравнения f ( x ) = g ( x ), а так как оно имеет те же корни, что и исходное уравнение f ( x ) = g ( x ), то его и нужно решать.
Правила преобразования уравнений.
Правило 4. Каждое решение уравнения f ( x ) · g ( x ) = 0 является решением, по крайней мере, одного из уравнений: f ( x ) = 0 или g ( x ) = 0.
Из этих четырех правил следует, что с помощью стандартных приемов и методов решения уравнений, а именно:
Равносильные уравнения, преобразование уравнений
Некоторые преобразования позволяют нам перейти от решаемого уравнения к равносильным, а также к уравнениям-следствиям, благодаря чему упрощается решение первоначального уравнения. В данном материале мы расскажем, что из себя представляют эти уравнения, сформулируем основные определения, проиллюстрируем их наглядными примерами и поясним, как именно осуществляется вычисление корней исходного уравнения по корням уравнения-следствия или равносильного уравнения.
Понятие равносильных уравнений
Равносильными называются такие уравнения, имеющие одни и те же корни, или же те, в которых корней нет.
Определения такого типа часто встречаются в различных учебниках. Приведем несколько примеров.
Уравнения с одинаковыми корнями считаются равносильными. Также ими считаются два уравнения, одинаково не имеющие корней.
Когда мы говорим о совпадающем множестве корней, то имеем в виду, что если определенное число будет корнем одного уравнения, то оно подойдет в качестве решения и другому уравнению. Ни одно из уравнений, являющихся равносильными, не может иметь такого корня, который не подходит для другого.
Приведем несколько примеров таких уравнений.
Для наглядности рассмотрим несколько примеров неравносильных уравнений.
Определения, данные выше, подойдут и для уравнений с несколькими переменными, однако в том случае, когда мы говорим о двух, трех и более корнях, более уместно выражение «решение уравнения». Таким образом, подытожим: равносильные уравнения – это те уравнения, у которых одни и те же решения или их совсем нет.
Понятие уравнений-следствий
Процитируем несколько примеров определений уравнений-следствий, взятых из учебных пособий.
Следствием уравнения f ( x ) = g ( x ) будет уравнение p ( x ) = h ( x ) при условии, что каждый корень первого уравнения будет в то же время корнем второго.
Равносильные уравнения. Равносильные преобразования уравнений
Равносильными называют уравнения, имеющие одни и те же корни. Равносильными считаются также уравнения, каждое из которых не имеет корней.
Основные равносильные преобразования уравнений:
Умножение или деление обеих частей уравнения на одно число или выражение не равное нулю.
Применение всех формул и свойств, которые есть в математике.
Равносильные уравнения и уравнения следствия
Равносильные преобразования уравнений можно назвать «правильными» или «безошибочными» преобразованиями, потому что, сделав их, вы не нарушите математических законов. Почему тогда математики так их и не назвали: «правильные преобразования уравнений»? Потому что есть еще «полу-правильные» преобразования уравнений. В них уравнение при преобразовании приобретает дополнительные корни по ходу решения, но лишние корни мы при записи ответа не учитываем. Строгие математики их называют уравнениями следствиями:
Если каждый корень первого уравнения является корнем второго уравнения, но при этом у второго также есть корни не подходящие первому, то второе уравнение является следствием второго.
Пример (ОГЭ). Решите уравнение \(x^2-2x+\sqrt<2-x>=\sqrt<2-x>+3\)
Перенесем оба слагаемых из правой части в левую.
Взаимно уничтожим подобные слагаемые. Это и есть «полу-правильное преобразование», так как после него у уравнения становится два корня вместо изначального одного.
Сверяем корни с ОДЗ и исключаем неподходящие.
\(↑\) не подходит под ОДЗ
Пример. В каких пунктах применялись равносильные преобразования, а в каких был переход к уравнению следствию? Укажите какие виды равносильных преобразований применялись.
В пункте a) применялось равносильное преобразование 1.
В пункте b) перешли к уравнению следствию, так как \(\sqrt
В пункте с) тоже перешли к уравнению следствию, из-за того что умножили на знаменатель;
В пункте d) применялось равносильное преобразование: «Извлечения корня нечетной степени из обеих частей уравнения»;
В пункте e) умножили обе части уравнения на \(2\) т.е. равносильно преобразовали;
В пункте f) перешли от вида \(a^