2.5-bo'lim: Kvadrat tenglamalar - I qism
Ushbu bo'limni davom ettirishdan oldin shuni ta'kidlash kerakki, kvadrat tenglamalarni yechish mavzusi ikki bo'limda yoritiladi. Bu internetdagi materialni ko'rayotganlar manfaati uchun qilingan. Bu uzoq mavzu va sahifani yuklash vaqtini minimal darajaga tushirish uchun material ikki qismga bo'lingan.
Shunday qilib, biz endi kvadrat tenglamalarni yechamiz. Birinchidan, standart shakl kvadrat tenglamaning
\[a{x^2} + bx + c = 0\hspace{0.25in}a \ne 0\]Bu erda yagona talab - tenglamada \({x^2}\) mavjudligi. Biz \(a \ne 0\) ni talab qilish orqali ushbu atama tenglamada bo'lishini kafolatlaymiz. Shuni yodda tutingki, \(b\) va/yoki \(c\) nolga teng bo'lsa yaxshi bo'ladi.
Kvadrat tenglamalarni yechishning ko'plab usullari mavjud. Keyingi ikki bo'lim davomida ulardan to'rttasini ko'rib chiqamiz. Birinchi ikkita usul har doim ham ishlamaydi, lekin ular ishlaganda ulardan foydalanish biroz soddaroqdir. Ushbu bo'lim ushbu ikki usulni o'z ichiga oladi. Oxirgi ikkita usul har doim ishlaydi, lekin ko'pincha to'g'ri bo'lishi uchun biroz ko'proq harakat yoki e'tibor talab etiladi. Ushbu usullarni keyingi bo'limda ko'rib chiqamiz.
Shunday qilib, keling, boshlaylik.
Faktoring orqali hal qilish
Sarlavhadan ko'rinib turibdiki, biz bu erda kvadrat tenglamalarni ularni faktorlarga ajratish orqali yechamiz. Buning uchun bizga quyidagi fakt kerak bo'ladi.
\[{\mbox{If }}ab = 0{\mbox{ then either }}a = 0{\mbox{ and/or }}b = 0\]Bu fakt deyiladi nol omil xususiyati or nol omil printsipi. Gap shundaki, agar ikkita atamaning ko'paytmasi nolga teng bo'lsa, boshlash uchun atamalardan kamida bittasi nolga teng bo'lishi kerak.
E'tibor bering, bu fakt FAQAT mahsulot nolga teng bo'lsa ishlaydi. Quyidagi mahsulotni ko'rib chiqing.
\[ab = 6\]Bunday holda, \(a\) yoki \(b\) 6 bo'lishiga ishonish uchun hech qanday sabab yo'q. Masalan, bizda \(a = 2\) va \(b = 3\) bo'lishi mumkin. Shunday ekan, bu haqiqatni suiiste'mol qilmang!
Kvadrat tenglamani faktoring yordamida yechish uchun avval barcha hadlarni tenglamaning bir tomoniga ko‘chirishimiz kerak. Buni qilish ikki maqsadga xizmat qiladi. Birinchidan, u kvadratiklarni faktorlarga ajratilishi mumkin bo'lgan shaklga qo'yadi. Ikkinchidan, va, ehtimol, eng muhimi, nol omil xususiyatidan foydalanish uchun biz tenglamaning bir tomonida nolga ega bo'lishimiz KERAK. Agar tenglamaning bir tomonida nol bo'lmasa, biz nol omil xususiyatidan foydalana olmaymiz.
Keling, bir nechta misollarni ko'rib chiqaylik. E'tibor bering, siz faktoringni shu nuqtada amalga oshirishingiz mumkin deb taxmin qilinadi va shuning uchun biz faktoring haqida hech qanday ma'lumot bermaymiz. Agar sizga faktoringni ko'rib chiqish kerak bo'lsa, siz orqaga qaytib, uni ko'rib chiqishingiz kerak Faktoring oldingi bobning bo'limi.
- \({x^2} - x = 12\)
- \({x^2} + 40 = - 14x\)
- \({y^2} + 12y + 36 = 0\)
- \(4{m^2} - 1 = 0\)
- \(3{x^2} = 2x + 8\)
- \(10{z^2} + 19z + 6 = 0\)
- \(5{x^2} = 2x\)
Munozarani ko'rsatish
Endi, yuqorida aytib o'tilganidek, biz faktoring jarayoniga hech qanday tafsilot kiritmaymiz, shuning uchun bu erda faktoringni amalga oshirishingiz mumkinligiga ishonch hosil qiling.
a \({x^2} - x = 12\) Yechim
Birinchidan, tenglama tomonida hamma narsani oling va keyin omil.
\[\begin{align*}{x^2} - x - 12 & = 0\\ \left( {x - 4} \right)\left( {x + 3} \right) & = 0\end{align*}\]Endi bu nuqtada biz nolga teng bo'lgan ikkita haddan iborat mahsulotga ega bo'ldik. Bu shuni anglatadiki, quyidagilardan kamida bittasi to'g'ri bo'lishi kerak.
\[\begin{align*}x - 4 & = 0 & \hspace{0.25in}{\mbox{OR}}\hspace{0.25in} & & x + 3 & = 0\\ x & = 4&\hspace{0.25in}{\mbox{OR}}\hspace{0.25in} & & x & = - 3\end{align*}\]E'tibor bering, ularning har biri echilishi oson bo'lgan chiziqli tenglamadir. Bu bizga shuni aytadiki, bizda \(x = 4\) va \(x = - 3\) tenglamasining ikkita yechimi bor. Chiziqli tenglamalarda bo'lgani kabi, biz har doim yechimni tenglamaga qayta ulash orqali yechimlarimizni tekshirishimiz mumkin. Biz \(x = - 3\) ni tekshiramiz va ikkinchisini tekshirishni sizga qoldiramiz.
\[\begin{align*}{\left( { - 3} \right)^2} - \left( { - 3} \right) & \mathop = \limits^? 12\\ 9 + 3 & \mathop = \limits^? 12\\ 12 & = 12\,\,\,\,{\mbox{OK}}\end{align*}\]Demak, bu aslida yechim edi.
b \({x^2} + 40 = - 14x\) Yechim
Birinchisida bo'lgani kabi, biz avval hamma narsani teng belgi tomonida olamiz, keyin esa faktor.
\[\begin{align*}{x^2} + 40 + 14x & = 0\\ \left( {x + 4} \right)\left( {x + 10} \right) & = 0\end{align*}\]Endi biz yana bir bor nolga teng bo'lgan ikkita haddan iborat mahsulotga egamiz, shuning uchun biz ulardan biri yoki ikkalasi ham nolga teng bo'lishi kerakligini bilamiz. Shunday qilib, texnik jihatdan biz har birini nolga tenglashtirishimiz va hal qilishimiz kerak. Biroq, buni odatda boshimizda qilish juda oson va shuning uchun bundan buyon biz buni boshimizda qilamiz.
Bu tenglamaning yechimlari,
\[x = - 4\hspace{0.25in}{\mbox{AND}}\hspace{0.25in}x = - 10\]Joyni tejash uchun biz bu yerda boshqa yechimlarni tekshirmaymiz, lekin xato qilmasligimiz uchun buni qilish kerak.
c \({y^2} + 12y + 36 = 0\) Yechim
Bunday holda, bizda bir tomonda nol bor va shuning uchun tenglamaga hech qanday manipulyatsiya qilishning hojati yo'q, biz qilishimiz kerak bo'lgan yagona narsa omil. Bundan tashqari, biz hozir tenglamada \(y\) borligidan hayajonlanmang. Biz har doim \(x\) bilan ishlamaymiz, shuning uchun ularni doimo ko'rishni kutmang.
Shunday qilib, keling, ushbu tenglamani koeffitsientga olaylik.
\[\begin{align*}{y^2} + 12y + 36 & = 0\\ {\left( {y + 6} \right)^2} & = 0\\ \left( {y + 6} \right)\left( {y + 6} \right) & = 0\end{align*}\]Bu holda biz mukammal kvadratga ega bo'lamiz. Bizda nol omil xususiyatini qo'llash haqiqatan ham borligini ko'rsatish uchun kvadratni ajratdik. Biroq, biz odatda buni qilmaymiz. Biz odatda to'g'ridan-to'g'ri kvadrat qismdan javobga o'tamiz.
Bu holda tenglamaning yechimi:
\[y = - 6\]Biz hozirgacha erishgan ikkita yechimdan farqli o'laroq, bu erda faqat bitta qiymatga egamiz. Biz bu yechimni tez-tez a deb ataymiz qo'sh ildiz yoki borligini ayting ko'pligi 2 chunki u kvadrat bo'lgan atamadan kelgan.
d \(4{m^2} - 1 = 0\) Yechim
Har doimgidek, birinchi navbatda tenglamani ko'paytiramiz.
\[\begin{align*}4{m^2} - 1 & = 0\\ \left( {2m - 1} \right)\left( {2m + 1} \right) & = 0\end{align*}\]Endi nol omil xususiyatini qo'llang. Nol omil xususiyati bizga shuni aytadi:
\[\begin{align*}2m - 1 & = 0 & \hspace{0.25in}{\mbox{OR}}\hspace{0.25in} & & 2m + 1 & = 0\\ 2m & = 1 & \hspace{0.25in}{\mbox{OR}}\hspace{0.25in} & & m & = - 1\\ m & = \frac{1}{2} & \hspace{0.25in}{\mbox{OR}}\hspace{0.25in} & & m & = - \frac{1}{2}\end{align*}\]Shunga qaramay, biz ularni odatda boshimizda hal qilamiz, lekin biz kamida bittasini to'liq batafsil bajarishimiz kerak edi. Demak, tenglamaning ikkita yechimi bor.
\[m = \frac{1}{2}\hspace{0.25in}{\mbox{AND}}\hspace{0.25in}m = - \frac{1}{2}\]e \(3{x^2} = 2x + 8\) Yechim
Endi biz bularning bir nechtasini bajarganimizdan so'ng, keyingi ikkita muammo uchun unchalik batafsil ma'lumot bermaymiz. Mana bu tenglama uchun ish.
\[\begin{align*}3{x^2} - 2x - 8 & = 0\\ \left( {3x + 4} \right)\left( {x - 2} \right) & = 0\hspace{0.25in} \Rightarrow \hspace{0.25in}x = - \frac{4}{3}\,\,\,\,\,\text{va}\,\,\,\,\,x = 2\end{align*}\]f \(10{z^2} + 19z + 6 = 0\) Yechim
Shunga qaramay, buning uchun nol omil xususiyatidan foydalaning.
\[\begin{align*}10{z^2} + 19z + 6 & = 0\\ \left( {5z + 2} \right)\left( {2z + 3} \right) & = 0\hspace{0.25in} \Rightarrow \hspace{0.25in} z = - \frac{2}{5}\,\,\,\,\,{\mbox{and }}z = - \frac{3}{2}\end{align*}\]g \(5{x^2} = 2x\) Yechim
Bu har doim talabalar uchun muammo tug'diradi, garchi bu juda yomon emas.
Birinchi navbatda. \(x\) NI IKKI TOMONDAN BEKOR QILMANG!!!! Yomon bo'lishi mumkinligi haqida fikringiz bormi? Bu. Agar siz \(x\)-ni ikkala tomondan bekor qilsangiz, siz yechimni o'tkazib yuborasiz, shuning uchun buni qilmang. Esda tutingki, biz bu erda faktoring orqali hal qilamiz, shuning uchun avval hamma narsani teng belgisining bir tomoniga olaylik.
\[5{x^2} - 2x = 0\]Endi e'tibor bering, faktoring uchun biz qila oladigan narsa hamma narsadan \(x\) ni faktor qilishdir. Buni qilish,
\[x\left( {5x - 2} \right) = 0\]Birinchi omildan biz \(x = 0\) ni, ikkinchisidan esa \(x = \frac{2}{5}\) ni olamiz. Bu tenglamaning ikkita yechimi. E'tibor bering, agar biz \(x\)-ni birinchi bosqichda bekor qilganimizda, javob sifatida \(x = 0\)-ni olmagan bo'lardik!
Keling, bu erda muammoning boshqa turini ko'rib chiqaylik. Biz ulardan ba'zilarini orqada ko'rdik Chiziqli tenglamalarni yechish bo'lim va ular kvadrat tenglamalar bilan ham sodir bo'lishi mumkinligi sababli, biz oldinga borishimiz va ularni bu erda ham bajarishimiz mumkinligiga ishonch hosil qilishimiz kerak.
- \(\displaystyle \frac{1}{{x + 1}} = 1 - \frac{5}{{2x - 4}}\)
- \(\displaystyle x + 3 + \frac{3}{{x - 1}} = \frac{{4 - x}}{{x - 1}}\)
Munozarani ko'rsatish
To'g'ri, xuddi chiziqli tenglamalarda bo'lgani kabi, biz bu erda qilishimiz kerak bo'lgan birinchi narsa LCD-ga ko'paytirish orqali maxrajlarni tozalashdir. Eslatib o'tamiz, biz \(x\) ning nolga bo'linishini ta'minlaydigan qiymat(lar)ni ham qayd etishimiz kerak, shunda biz ular yechimga kiritilmaganiga ishonch hosil qilishimiz mumkin.
a \(\displaystyle \frac{1}{{x + 1}} = 1 - \frac{5}{{2x - 4}}\) Yechim
Ushbu muammo uchun LCD displey \(\left( {x + 1} \right)\left( {2x - 4} \right)\) va biz nolga bo'linmasligimiz uchun \(x = - 1\) va \(x = 2\) dan qochishimiz kerak. Mana bu tenglama uchun ish.
\[\begin{align*}\left( {x + 1} \right)\left( {2x - 4} \right)\left( {\frac{1}{{x + 1}}} \right) & = \left( {x + 1} \right)\left( {2x - 4} \right)\left( {1 - \frac{5}{{2x - 4}}} \right)\\ 2x - 4 & = \left( {x + 1} \right)\left( {2x - 4} \right) - 5\left( {x + 1} \right)\\ 2x - 4 & = 2{x^2} - 2x - 4 - 5x - 5\\ 0 & = 2{x^2} - 9x - 5\\ 0 & = \left( {2x + 1} \right)\left( {x - 5} \right)\end{align*}\]Shunday qilib, bu tenglamaning ikkita yechimi ko'rinadi:
\[x = - \frac{1}{2}\,\,\,\,\,\,\,{\mbox{and }}x = 5\]E'tibor bering, bularning hech biri biz oldini olishimiz kerak bo'lgan \(x\) qiymatlari emas va shuning uchun ikkalasi ham yechimdir.
b \(\displaystyle x + 3 + \frac{3}{{x - 1}} = \frac{{4 - x}}{{x - 1}}\) Yechim
Bu holda LCD displey \(x - 1\) va biz nolga bo'linmaslik uchun \(x = 1\) dan qochishimiz kerak. Mana bu muammo uchun ish.
\[\begin{align*}\left( {x - 1} \right)\left( {x + 3 + \frac{3}{{x - 1}}} \right) & = \left( {\frac{{4 - x}}{{x - 1}}} \right)\left( {x - 1} \right)\\ \left( {x - 1} \right)\left( {x + 3} \right) + 3 & = 4 - x\\ {x^2} + 2x - 3 + 3 & = 4 - x\\ {x^2} + 3x - 4 & = 0\\ \left( {x - 1} \right)\left( {x + 4} \right) & = 0\end{align*}\]Demak, biz faktorlarga ajratgan va yechgan kvadratik ikkita yechimga ega: \(x = 1\) va \(x = - 4\). Biroq, LCD displeyni topganimizda, biz \(x = 1\) dan qochishimiz kerakligini ham ko'rdik, shuning uchun biz nolga bo'linmadik. Demak, bu tenglama bitta yechimga ega,
\[x = - 4\]Keyingi mavzuga o'tishdan oldin faktoringning ushbu g'oyasi darajasi ikkidan katta bo'lgan tenglamalarni echishda ham qo'llanilishi mumkinligiga e'tibor qaratishimiz kerak. Quyidagi misolni ko'rib chiqing.
Yechim
Qilish kerak bo'lgan birinchi narsa - bu tenglamani iloji boricha ko'proq faktor qilish. Bunday holda, bu birinchi navbatda eng katta umumiy omilni ajratib ko'rsatishni anglatadi. Mana bu tenglamaning faktorlangan shakli.
\[\begin{align*}5x\left( {{x^2} - x - 2} \right) & = 0\\ 5x\left( {x - 2} \right)\left( {x + 1} \right) & = 0\end{align*}\]Endi nol omil xususiyati bu erda saqlanib qoladi. Bu holda bizda nolga teng bo'lgan uchta haddan iborat mahsulot mavjud. Ushbu mahsulot nolga teng bo'lishining yagona yo'li, agar shartlardan biri nolga teng bo'lsa. Bu shuni anglatadiki,
\[\begin{align*}5x & = 0\hspace{0.25in} \Rightarrow & x & = 0\\ x - 2 & = 0\hspace{0.25in} \Rightarrow & x & = 2\\ x + 1 & = 0\hspace{0.25in} \Rightarrow & x & = - 1\end{align*}\]Demak, bu tenglamaning uchta yechimi bor.
Shunday qilib, agar polinomni faktorlar qilishimiz mumkin bo'lsa, biz buni har doim hal qilish usuli sifatida ishlatishimiz mumkin. Muammo shundaki, faktoringni amalga oshirish ba'zan oson emas.
Kvadrat ildiz xususiyati
Kvadratlarni yechishning ikkinchi usuli biz ko'rib chiqamiz kvadrat ildiz xususiyati,
\[{\mbox{If }}{p^2} = d{\mbox{ then }}p = \pm \sqrt d \]Bu erda (potentsial) yangi belgi bor, agar siz uni hali ko'rmagan bo'lsangiz, avval uni aniqlashimiz kerak. "\( \pm \)" belgisi quyidagicha o'qiladi: "ortiqcha yoki minus" va bu bizga aniq aytadi. Bu belgi stenografiya bo'lib, bizda haqiqatan ham ikkita raqam borligini bildiradi. Ulardan biri \(p = \sqrt d \), ikkinchisi esa \(p = - \sqrt d \). Ushbu belgiga o'rganing, chunki u keyingi ikki bo'limda tez-tez qo'llaniladi, chunki biz qolgan yechim usullarini muhokama qilamiz. Ushbu bobning boshqa bo'limlarida va hatto boshqa boblarda ham paydo bo'ladi.
Bu foydalanish uchun juda oddiy xususiyat, ammo uni biz duch kelishi mumkin bo'lgan tenglamalarning faqat kichik bir qismida ishlatish mumkin. Keling, ushbu mulkning ba'zi misollarini ko'rib chiqaylik.
- \({x^2} - 100 = 0\)
- \(25{y^2} - 3 = 0\)
- \(4{z^2} + 49 = 0\)
- \({\left( {2t - 9} \right)^2} = 5\)
- \({\left( {3x + 10} \right)^2} + 81 = 0\)
Munozarani ko'rsatish
Bu muammolar uchun haqiqatan ham unchalik ko'p narsa yo'q. Kvadrat ildiz xususiyatidan foydalanish uchun biz qilishimiz kerak bo'lgan narsa chap tomondagi kvadrat miqdorini o'z-o'zidan 1 koeffitsienti va boshqa tomondagi raqamni olishdir. Bu bajarilgandan so'ng biz kvadrat ildiz xususiyatidan foydalanishimiz mumkin.
a \({x^2} - 100 = 0\) Yechim
Bu juda oddiy masala, shuning uchun bu tenglama uchun ish.
\[{x^2} = 100\hspace{0.25in}x = \pm \sqrt {100} = \pm 10\]Demak, bu tenglamaning ikkita yechimi bor, \(x = \pm 10\). Esda tutingki, bu erda haqiqatan ham ikkita echim bor, \(x = - 10\) va \(x = 10\).
b \(25{y^2} - 3 = 0\) Yechim
To'g'ri, bu va oldingisi o'rtasidagi asosiy farq - kvadrat termin oldidagi 25. Kvadrat ildiz xususiyati u erda bir koeffitsientni xohlaydi. Biroq, bu bilan kurashish juda oson; biz faqat ikkala tomonni 25 ga bo'lamiz. Mana bu tenglama uchun ish.
\[\begin{align*}25{y^2} & = 3\\ {y^2} & = \frac{3}{{25}}\hspace{0.25in} \Rightarrow \hspace{0.25in}y = \pm \sqrt {\frac{3}{{25}}} = \pm \frac{{\sqrt 3 }}{5}\end{align*}\]Bunday holda, echimlar biroz chalkash, ammo ularning ko'pchiligi shunday qiladi, bu haqda tashvishlanmang. Shuni ham yodda tutingki, biz 25 ning kvadrat ildizi nima ekanligini bilganimiz uchun biz oldinga o'tdik va ko'rsatilgandek kasrning kvadrat ildizini yuqoriga ajratdik. Yana shuni esda tutingki, bu erda haqiqatan ham ikkita yechim bor, biri ijobiy va biri salbiy.
c \(4{z^2} + 49 = 0\) Yechim
Bu oldingi qism bilan deyarli bir xil bo'lib, biz misol oxirida ko'rib chiqamiz. Mana bu tenglama uchun ish.
\[\begin{align*}4{z^2} & = - 49\\ {z^2} & = - \frac{{49}}{4}\hspace{0.25in} \Rightarrow \hspace{0.25in}z = \pm \sqrt { - \frac{{49}}{4}} = \pm \,i\,\sqrt {\frac{{49}}{4}} = \pm \frac{7}{2}i\end{align*}\]Shunday qilib, bu tenglamaning ikkita yechimi mavjud: \(z = \pm \frac{7}{2}i\). E'tibor bering, ular murakkab echimlardir. Bu ko'plab kvadrat tenglamalarning yechimi bilan sodir bo'ladi, shuning uchun ular bilan shug'ullanishingiz mumkinligiga ishonch hosil qiling.
d \({\left( {2t - 9} \right)^2} = 5\) Yechim
Bu oldingi qismlardan farqli ko'rinadi, ammo u xuddi shunday ishlaydi. Kvadrat ildiz xususiyatidan istalgan vaqtda foydalanish mumkin nimadir kvadrat songa teng. Bu bizda bor narsa. Albatta, asosiy farq shundaki, kvadratga aylantirilgan narsa bitta o'zgaruvchi emas, balki boshqa narsadir. Shunday qilib, bu tenglama uchun kvadrat ildiz xususiyatining qo'llanilishi.
\[2t - 9 = \pm \sqrt 5 \]Endi biz faqat \(t\) ni hal qilishimiz kerak va tenglamadagi "ortiqcha yoki minus" ga qaramay, u har qanday chiziqli tenglamani echganimiz kabi ishlaydi. Biz ikkala tomonga 9 qo'shamiz va keyin 2 ga bo'lamiz.
\[\begin{align*}2t & = 9 \pm \sqrt 5 \\ t & = \frac{1}{2}\left( {9 \pm \sqrt 5 } \right) = \frac{9}{2} \pm \frac{{\sqrt 5 }}{2}\end{align*}\]E'tibor bering, biz oxirgi javob uchun qavs orqali kasrni ko'paytirdik. Biz buni odatda ushbu muammolarda qilamiz. Bundan tashqari, agar sizdan so'ralmasa, ularni o'nli kasrlarga aylantirmang. Bu javoblar uchun standart shakl. Shu bilan birga, biz ularni o'nli kasrlarga o'tkazishimiz kerak, shunda siz buni qila olasiz. Bu erda ikkita yechimning o'nlik qiymatlari.
\[t = \frac{9}{2} + \frac{{\sqrt 5 }}{2} = 5.61803\hspace{0.25in}\text{va}\hspace{0.25in}t = \frac{9}{2} - \frac{{\sqrt 5 }}{2} = 3.38197\]e \({\left( {3x + 10} \right)^2} + 81 = 0\) Yechim
Ushbu yakuniy qismda biz ishning tafsilotlarini ko'p kiritmaymiz.
\[\begin{align*}{\left( {3x + 10} \right)^2} & = - 81\\ 3x + 10 & = \pm \,9\,i\\ 3x & = - 10 \pm \,9\,i\\ x & = - \frac{{10}}{3} \pm 3\,i\end{align*}\]Shunday qilib, biz yana ikkita murakkab echimga ega bo'ldik va shuni bilamizki, oldingi ikkala qismda biz "ortiqcha yoki minus" qismini oxirgi qo'yamiz. Odatda ular shunday yoziladi.
Ushbu bo'limning boshida aytib o'tilganidek, biz ushbu mavzuni Internetda ko'ruvchilar manfaati uchun ikki bo'limga ajratamiz. Kvadrat tenglamalarni yechishning keyingi ikkita usuli, kvadrat va kvadrat formulani to'ldirish keyingi bobda keltirilgan.