Тема 5

Линейные, квадратные и дробно-рациональные уравнения

Что проверяют по спецификации:

Линейные уравненияКвадратные уравнения, дискриминантТеорема ВиетаДробно-рациональные уравнения

Суть за минуту

Линейное уравнение ax=bax=b имеет один корень при a≠0a\ne0. Квадратное ax2+bx+c=0ax^2+bx+c=0 решается через дискриминант или теорему Виета. Дробно-рациональное уравнение сводят к целому, умножив на общий знаменатель, но корни, обращающие знаменатель в ноль, отбрасывают.

Объясняем просто

Уравнение — это «весы в равновесии». Что бы мы ни делали с одной чашей, то же самое делаем с другой. Цель — оставить xx одного на одной стороне.

Линейное уравнение за 3 шага

3x+7=223x+7=22: 1) убираем 7 с обеих сторон: 3x=153x=15; 2) делим обе стороны на 3: x=5x=5; 3) проверка: 3⋅5+7=223\cdot5+7=22 ✓.

Почему у квадратного уравнения бывает 0, 1 или 2 корня

График y=ax2+bx+cy=ax^2+bx+c — парабола. Корни — точки, где она пересекает ось OxOx. Парабола может пересечь ось дважды, коснуться (один корень) или пройти мимо (корней нет). Это и показывает знак DD.

Теорема Виета — угадываем корни

Для x2−7x+12=0x^2-7x+12=0 ищем два числа: произведение 12, сумма 7. Это 3 и 4. Работает, когда a=1a=1 и корни целые.

Модуль — это расстояние

∣x∣=3|x|=3 значит «xx на расстоянии 3 от нуля» — это x=3x=3 или x=−3x=-3. ∣x−2∣=5|x-2|=5: расстояние от xx до 2 равно 5 → x=7x=7 или x=−3x=-3.

∣x∣=−1|x|=-1 — решений нет: расстояние не бывает отрицательным.

Главные формулы

D=b2−4acD=b^2-4ac
Дискриминант
x1,2=−b±D2ax_{1,2}=\dfrac{-b\pm\sqrt D}{2a}
Корни при D≥0D\ge0
x1+x2=−ba,x1x2=cax_1+x_2=-\dfrac ba,\qquad x_1x_2=\dfrac ca
Теорема Виета
x2+px+q=0: x1+x2=−p, x1x2=qx^2+px+q=0:\ x_1+x_2=-p,\ x_1x_2=q
Приведённое уравнение

Понятия и термины

D>0D>0
Два различных корня
D=0D=0
Один корень (два совпадающих)
D<0D<0
Действительных корней нет
Посторонний корень
Корень, полученный при преобразованиях, но не удовлетворяющий исходному уравнению

Разбор темы

Неполные квадратные уравнения

ax2+bx=0⇒x(ax+b)=0ax^2+bx=0\Rightarrow x(ax+b)=0: x=0x=0 или x=−bax=-\frac ba.

ax2+c=0⇒x2=−caax^2+c=0\Rightarrow x^2=-\frac ca: корни есть, только если −ca≥0-\frac ca\ge0.

Дробно-рациональные уравнения

1) Найдите ОДЗ: знаменатели ≠0\ne0. 2) Умножьте на общий знаменатель. 3) Решите целое уравнение. 4) Отбросьте корни вне ОДЗ.

Уравнения с модулем 8 класс

∣f(x)∣=a|f(x)|=a: при a<0a<0 решений нет; при a≥0a\ge0: f(x)=af(x)=a или f(x)=−af(x)=-a.

∣f(x)∣=g(x)|f(x)|=g(x): решаем f=gf=g и f=−gf=-g, затем оставляем корни, где g(x)≥0g(x)\ge0.

Уравнения вида ax2+b∣x∣+c=0ax^2+b|x|+c=0 решают заменой t=∣x∣≥0t=|x|\ge0 (так как x2=∣x∣2x^2=|x|^2).

Биквадратные уравнения и замена 8 класс

ax4+bx2+c=0ax^4+bx^2+c=0: замена t=x2≥0t=x^2\ge0 даёт квадратное уравнение. Отрицательные tt отбрасываем, из положительных x=±tx=\pm\sqrt t.

Замена работает и для (x2+x)2−8(x2+x)+12=0(x^2+x)^2-8(x^2+x)+12=0: t=x2+xt=x^2+x.

Уравнения с параметром 8–9 класс

Квадратное уравнение имеет два корня при D>0D>0, один — при D=0D=0, не имеет — при D<0D<0. Если старший коэффициент содержит параметр, отдельно рассмотрите случай, когда он равен 0 (уравнение становится линейным).

Комплексные числа 11 класс

ii — число, для которого i2=−1i^2=-1. Комплексное число z=a+biz=a+bi; модуль ∣z∣=a2+b2|z|=\sqrt{a^2+b^2}; сопряжённое zˉ=a−bi\bar z=a-bi.

При D<0D<0 квадратное уравнение имеет комплексные корни: x2+4=0⇒x=±2ix^2+4=0\Rightarrow x=\pm2i; x2−2x+5=0⇒x=1±2ix^2-2x+5=0\Rightarrow x=1\pm2i.

Степени ii повторяются через 4: i, −1, −i, 1i,\ -1,\ -i,\ 1.

Текстовые задачи на уравнения 6–8 класс

Алгоритм: 1) обозначьте неизвестное через xx (лучше то, о чём спрашивают); 2) выразите через xx остальные величины; 3) составьте уравнение из условия «равенства»; 4) решите и проверьте смысл (время и длина не отрицательны).

Примеры задач с решением

Задача 1Решите 2x2+3x−2=02x^2+3x-2=0.
  1. D=9+16=25D=9+16=25.
  2. x=−3±54x=\dfrac{-3\pm5}{4}: x1=12x_1=\dfrac12, x2=−2x_2=-2.
Ответ −2; 12-2;\ \frac12
Задача 2Решите 3x−1−2x+1=1\dfrac{3}{x-1}-\dfrac{2}{x+1}=1.
  1. ОДЗ: x≠±1x\ne\pm1. Умножаем на (x−1)(x+1)(x-1)(x+1): 3(x+1)−2(x−1)=x2−13(x+1)-2(x-1)=x^2-1.
  2. x+5=x2−1⇒x2−x−6=0x+5=x^2-1\Rightarrow x^2-x-6=0, x1=3x_1=3, x2=−2x_2=-2.
  3. Оба корня входят в ОДЗ.
Ответ −2; 3-2;\ 3
Задача 3Один корень уравнения x2+px+12=0x^2+px+12=0 равен 3. Найдите другой корень и pp.
  1. По Виету x1x2=12⇒x2=4x_1x_2=12\Rightarrow x_2=4.
  2. x1+x2=−p⇒p=−7x_1+x_2=-p\Rightarrow p=-7.
Ответ x2=4, p=−7x_2=4,\ p=-7
Задача 4Решите ∣2x−3∣=7|2x-3|=7.
  1. 2x−3=7⇒x=52x-3=7\Rightarrow x=5.
  2. 2x−3=−7⇒x=−22x-3=-7\Rightarrow x=-2.
Ответ −2; 5-2;\ 5
Задача 5Решите x4−5x2+4=0x^4-5x^2+4=0.
  1. t=x2t=x^2: t2−5t+4=0t^2-5t+4=0, t=1t=1 или t=4t=4.
  2. x=±1x=\pm1, x=±2x=\pm2.
Ответ ±1; ±2\pm1;\ \pm2

Сложные задачи: шаг за шагом

Задача 1Решите x2−5∣x∣+6=0x^2-5|x|+6=0.

Идея: x2=∣x∣2x^2=|x|^2, поэтому замена t=∣x∣t=|x| даёт обычное квадратное уравнение.

  1. Замена
    t=∣x∣≥0t=|x|\ge0: t2−5t+6=0t^2-5t+6=0.
  2. Решаем относительно tt
    По Виету t=2t=2 или t=3t=3 — оба неотрицательны.
  3. Возвращаемся к xx
    ∣x∣=2⇒x=±2|x|=2\Rightarrow x=\pm2; ∣x∣=3⇒x=±3|x|=3\Rightarrow x=\pm3.
Ответ ±2; ±3\pm2;\ \pm3
Задача 2При каких aa уравнение x2−2ax+a+6=0x^2-2ax+a+6=0 имеет два различных корня?

Идея: Два различных корня ⇔ D>0D>0.

  1. Дискриминант
    D=(2a)2−4(a+6)=4a2−4a−24D=(2a)^2-4(a+6)=4a^2-4a-24.
  2. Условие D>0D>0
    4a2−4a−24>0 ⇔ a2−a−6>04a^2-4a-24>0\ \Leftrightarrow\ a^2-a-6>0.
  3. Корни и знаки
    a2−a−6=0a^2-a-6=0: a=−2a=-2, a=3a=3. Парабола ветвями вверх положительна вне корней.
Ответ a<−2a<-2 или a>3a>3
Задача 3Решите (x2+3x)2−2(x2+3x)−8=0(x^2+3x)^2-2(x^2+3x)-8=0.

Идея: Повторяющееся выражение заменяем одной буквой.

  1. Замена t=x2+3xt=x^2+3x
    t2−2t−8=0⇒t=4t^2-2t-8=0\Rightarrow t=4 или t=−2t=-2.
  2. x2+3x=4x^2+3x=4
    x2+3x−4=0x^2+3x-4=0: x=1x=1, x=−4x=-4.
  3. x2+3x=−2x^2+3x=-2
    x2+3x+2=0x^2+3x+2=0: x=−1x=-1, x=−2x=-2.
Ответ −4; −2; −1; 1-4;\ -2;\ -1;\ 1
Задача 4Моторная лодка прошла 36 км по течению и 36 км против течения за 5 ч. Скорость течения 3 км/ч. Найдите собственную скорость лодки.

Идея: Время = расстояние / скорость; по течению скорость v+3v+3, против — v−3v-3.

  1. Обозначение
    vv км/ч — собственная скорость, v>3v>3.
  2. Уравнение по времени
    36v+3+36v−3=5\dfrac{36}{v+3}+\dfrac{36}{v-3}=5.
  3. Приводим к квадратному
    36(v−3)+36(v+3)=5(v2−9)⇒72v=5v2−45⇒5v2−72v−45=036(v-3)+36(v+3)=5(v^2-9)\Rightarrow72v=5v^2-45\Rightarrow5v^2-72v-45=0.
  4. Решаем
    D=5184+900=6084=782D=5184+900=6084=78^2, v=72+7810=15v=\dfrac{72+78}{10}=15 (второй корень −0,6-0{,}6 не подходит).
Ответ 15 км/ч

Частые ловушки на ЕНТ

  • В дробно-рациональных уравнениях обязательно проверяйте ОДЗ.
  • Теорема Виета для ax2+bx+cax^2+bx+c: сумма −ba-\frac ba, а не −b-b.
  • Не делите обе части на выражение с переменной — потеряете корень x=0x=0.
  • В уравнении ∣f∣=g|f|=g обязательно проверьте g≥0g\ge0.
  • После замены t=x2t=x^2 отрицательные значения tt отбрасываются.

Запомнить

DD решает всё: больше нуля — два корня, ноль — один, меньше — нет.

Проверь себя

1. Корни x2−9=0x^2-9=0:
  1. 3
  2. ±3\pm3
  3. 9
  4. ±9\pm9
Показать ответ

±3\pm3 x2=9x^2=9.

2. Сумма корней 2x2−8x+3=02x^2-8x+3=0:
  1. 8
  2. −4-4
  3. 4
  4. 32\frac32
Показать ответ

4 −−82=4-\frac{-8}{2}=4.

3. Сколько корней у x2+2x+5=0x^2+2x+5=0?
  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. бесконечно много
Показать ответ

0 D=4−20<0D=4-20<0.

4. Решения ∣x+1∣=−2|x+1|=-2:
  1. 11
  2. −3-3
  3. 11 и −3-3
  4. нет решений
Показать ответ

нет решений Модуль не бывает отрицательным.

5. i2=i^2=
  1. 1
  2. −1-1
  3. ii
  4. 0
Показать ответ

−1-1 По определению.

Связанные темы

Узнай свой уровень: бесплатная диагностика ЕНТ