Уравнения

Уравнения, часть $С$

Схема решения сложных уравнений:

1. Перед решением уравнения надо для него записать область допустимых значений (ОДЗ).
2. Решить уравнение.
3. Выбрать из полученных корней уравнения то, которые удовлетворяют ОДЗ.

ОДЗ различных выражений (под выражением будем понимать буквенно - числовую запись):

1. Выражение, стоящее в знаменателе, не должно равняться нулю.

${f(x)}/{g(x)}; g(x)≠0$

2. Подкоренное выражение, должно быть не отрицательным.

$√{g(x)}; g(x) ≥ 0$.

3. Подкоренное выражение, стоящее в знаменателе, должно быть положительным.

${f(x)}/{√{g(x)}}; g(x) > 0$

4. У логарифма: подлогарифмическое выражение должно быть положительным; основание должно быть положительным; основание не может равняться единице.

$log_{f(x)}g(x)\table\{\ g(x) > 0;\ f(x) > 0;\ f(x)≠1;$

Логарифмические уравнения

1. Для любых действительных чисел $m$ и $n$ справедливы равенства:

$log_{а}b^m=mlog_{a}b;$

$log_{a^m}b={1}/{m}log_{a}b.$

$log_{a^n}b^m={m}/{n}log_{a}b$

2. Логарифм произведения равен сумме логарифмов по тому же основанию от каждого множителя.

$log_a(bc)=log_{a}b+log_{a}c$

3. Логарифм частного равен разности логарифмов от числителя и знаменателя  по тему же основанию

$log_{a}{b}/{c}=log_{a}b-log_{a}c$

4. При умножении двух логарифмов можно поменять местами их основания

$log_{a}b∙log_{c}d=log_{c}b∙log_{a}d$, если $a, b, c$ и $d > 0, a≠1, b≠1.$

5. $c^(log_{a}b)=b^{log_{a}b}$, где $а, b, c > 0, a≠1$

6. Формула перехода к новому основанию

$log_{a}b={log_{c}b}/{log_{c}a}$

7. В частности, если необходимо поменять местами основание и подлогарифмическое выражение

$log_{a}b={1}/{log_{b}a}$

Можно выделить несколько основных видов логарифмических уравнений:

- Простейшие логарифмические уравнения: $log_{a}x=b$. Решение данного вида уравнений следует из определения логарифма, т.е. $x=a^b$ и $х > 0$

- Уравнения вида: $log_{a}f(x)=log_{a}g(x)$.  Т.к. основания одинаковые, то приравниваем подлогарифмические выражения и учитываем ОДЗ:

$\table\{\ f(x)=g(x);\ f(x)>0;\ g(x) > 0, а > 0, а≠1;$

• Метод замены переменной.

В данном методе надо:

1. Записать ОДЗ уравнения.
2. По свойствам логарифмов добиться того, чтобы в уравнении получились одинаковые логарифмы.
3. Заменить $log_{a}f(x)$ на любую переменную.
4. Решить уравнение относительно новой переменной.
5. Вернутся в п.3, подставить вместо переменной значение и получить простейшее уравнение вида: $log_{a}x=b$
6. Решить простейшее уравнение.
7. После нахождения корней логарифмического уравнения необходимо поставить их в п.1 и проверить условие ОДЗ.

• Уравнения вида $log_{a^2}x+log_{a}x+c=0$. Такие уравнения решаются способом введения новой переменной и переходом к обычному квадратному уравнению. После того, как корни уравнения будут найдены, надо отобрать их с учетом ОДЗ.

Дробно рациональные уравнения

• Если дробь равна нулю, то числитель равен нулю, а знаменатель не равен нулю.
• Если хотя бы в одной части рационального уравнения содержится дробь, то уравнение называется дробно-рациональным.

Чтобы решить дробно рациональное уравнение, необходимо:

1. Найти значения переменной, при которых уравнение не имеет смысл (ОДЗ)
2. Найти общий знаменатель дробей, входящих в уравнение;
3. Умножить обе части уравнения на общий знаменатель;
4. Решить получившееся целое уравнение;
5. Исключить из его корней те, которые не удовлетворяют условию ОДЗ.

• Если в уравнении участвуют две дроби и числители их равные выражения, то знаменатели можно приравнять друг к другу и решить полученное уравнение, не обращая внимание на числители. НО учитывая ОДЗ всего первоначального уравнения.

Показательные уравнения

Показательными называют такие уравнения, в которых неизвестное содержится в показателе степени.

$a^x=b$

При решении показательных уравнений используются свойства степеней, вспомним некоторые из них:

1. При умножении степеней с одинаковыми основаниями основание остается прежним, а показатели складываются.

$a^n·a^m=a^{n+m}$

2. При делении степеней с одинаковыми основаниями основание остается прежним, а показатели вычитаются

$a^n:a^m=a^{n-m}$

3. При возведении степени в степень основание остается прежним, а показатели перемножаются

$(a^n)^m=a^{n∙m}$

4. При возведении в степень произведения в эту степень возводится каждый множитель

$(a·b)^n=a^n·b^n$

5. При возведении в степень дроби в эту степень возводиться числитель и знаменатель

$({a}/{b})^n={a^n}/{b^n}$

6. При возведении любого основания в нулевой показатель степени результат равен единице

$a^0=1$

7. Основание в любом отрицательном показателе степени можно представить в виде основания в таком же положительном показателе степени, изменив положение основания относительно черты дроби

$a^{-n}={1}/{a^n}$

${a^{-n}}/{b^{-k}}={b^k}/{a^n}$

8. Радикал (корень) можно представить в виде степени с дробным показателем

$√^n{a^k}=a^{{k}/{n}}$

Виды показательных уравнений:

1. Простые показательные уравнения:

а) Вида $a^{f(x)}=a^{g(x)}$, где $а >0, a≠1, x$ - неизвестное. Для решения таких уравнений воспользуемся свойством степеней: степени с одинаковым основанием ($а >0, a≠1$) равны только тогда, когда равны их показатели.

$f(x)=g(x)$

b) Уравнение вида $a^{f(x)}=b, b>0$

Для решения таких уравнений надо обе части прологарифмировать по основанию $a$, получается

$log_{a}a^{f(x)}=log_{a}b$

$f(x)=log_{a}b$

2. Метод уравнивания оснований.

3. Метод разложения на множители и замены переменной.

• Для данного метода во всем уравнении по свойству степеней надо преобразовать степени к одному виду $a^{f(x)}$.
• Сделать замену переменной $a^{f(x)}=t, t > 0$.
• Получаем рациональное уравнение, которое необходимо решить путем разложения на множители выражения.
• Делаем обратные замену с учетом того, что $t > 0$. Получаем простейшее показательное уравнение $a^{f(x)}=t$, решаем его и результат записываем в ответ.

4. Метод преобразования в квадратное уравнение

• Имеем уравнение вида $А·a^{2f(x)}+В·a^{f(x)}+С=0$, где $А, В$ и $С$ - коэффициенты.
• Делаем замену $a^{f(x)}=t, t > 0$.
• Получается квадратное уравнение вида $A·t^2+B·t+С=0$. Решаем полученное уравнение.
• Делаем обратную замену с учетом того, что $t > 0$. Получаем простейшее показательное уравнение $a^{f(x)}=t$, решаем его и результат записываем в ответ.

Способы разложения на множители:

• Вынесение общего множителя за скобки.

Чтобы разложить многочлен на множители путем вынесения за скобки общего множителя надо:

1. Определить общий множитель.
2. Разделить на него данный многочлен.
3. Записать произведение общего множителя и полученного частного (заключив это частное в скобки).

Применение формул сокращенного умножения

1. Квадрат суммы  раскладывается на квадрат первого числа плюс удвоенное произведение первого числа на второе число и плюс квадрат второго числа.

$(a+b)^2=a^2+2ab+b^2$

2. Квадрат разности раскладывается на квадрат первого числа минус  удвоенное произведение первого числа на второе и плюс квадрат второго числа.

$(a-b)^2=a^2-2ab+b^2$

3. Разность квадратов раскладывается на произведение разности чисел и их сумму.

$a^2-b^2=(a+b)(a-b)$

4. Куб суммы равен кубу первого числа  плюс утроенное произведение квадрата первого  на второе число плюс утроенное произведение первого на квадрат второго числа плюс куб второго числа.

$(a+b)^3=a^3+3a^2b+3ab^2+b^3$

5. Куб разности  равен кубу первого числа  минус  утроенное произведение квадрата первого  на второе число плюс утроенное произведение первого на квадрат второго числа и минус  куб второго числа.

$(a-b)^3=a^3-3a^2b+3ab^2-b^3$

6. Сумма кубов равна произведению суммы чисел на неполный квадрат разности.

$a^3+b^3=(a+b)(a^2-ab+b^2)$

7. Разность кубов равна произведению разности  чисел на неполный квадрат суммы.

$a^3-b^3=(a-b)(a^2+ab+b^2)$

Метод группировки

Методом группировки удобно пользоваться, когда на множители необходимо разложить многочлен с четным количеством слагаемых. В данном способе необходимо собрать слагаемые по группам и вынести из каждой группы общий множитель за скобку. У нескольких групп после вынесения в скобках должны получиться одинаковые  выражения, далее эту скобку как общий множитель выносим вперед и умножаем на скобку полученного частного.

С помощью формулы квадратного трехчлена.

Если имеется квадратный трехчлен вида $ax^2+bx+c$, то его можно разложить по формуле

$ax^2+bx+c=a(x-x_1)(x-x_2)$, где $x_1$ и $x_2$ - корни квадратного трехчлена