Что такое рациональное уравнение
Решение целых и дробно рациональных уравнений
Давайте познакомимся с рациональными и дробными рациональными уравнениями, дадим их определение, приведем примеры, а также разберем наиболее распространенные типы задач.
Рациональное уравнение: определение и примеры
Знакомство с рациональными выражениями начинается в 8 классе школы. В это время на уроках алгебры учащиеся все чаще начинают встречать задания с уравнениями, которые содержат рациональные выражения в своих записях. Давайте освежим в памяти, что это такое.
Рациональное уравнение – это такое уравнение, в обеих частях которого содержатся рациональные выражения.
В различных пособиях можно встретить еще одну формулировку.
Рациональное уравнение – это такое уравнение, запись левой части которого содержит рациональное выражение, а правая – нуль.
Определения, которые мы привели для рациональных уравнений, являются равнозначными, так как говорят об одно и том же. Подтверждает правильность наших слов тот факт, что для любых рациональных выражений P и Q уравнения P = Q и P − Q = 0 будут равносильными выражениями.
А теперь обратимся к примерам.
Рациональные уравнения точно также, как и уравнения других видов, могут содержать любое количество переменных от 1 до нескольких. Для начала мы рассмотрим простые примеры, в которых уравнения будут содержать только одну переменную. А затем начнем постепенно усложнять задачу.
Рациональные уравнения делятся на две большие группы: целые и дробные. Посмотрим, какие уравнения будут относиться к каждой из групп.
Рациональное уравнение будет являться целым в том случае, если в записи левой и правой его частей содержатся целые рациональные выражения.
Рациональное уравнение будет являться дробным в том случае, если одна или обе его части содержат дробь.
Дробно рациональные уравнения в обязательном порядке содержат деление на переменную или же переменная имеется в знаменателе. В записи целых уравнений такого деления нет.
К числу целых рациональных уравнений можно отнести линейные и квадратные уравнения.
Решение целых уравнений
Решение таких уравнений обычно сводится к преобразованию их в равносильные алгебраические уравнения. Достичь этого можно путем проведения равносильных преобразований уравнений в соответствии со следующим алгоритмом:
Решение
Теперь проведем преобразование выражения, которое находится в левой части в многочлен стандартного вида и произведем необходимые действия с этим многочленом:
3 · ( x + 1 ) · ( x − 3 ) − x · ( 2 · x − 1 ) + 3 = ( 3 · x + 3 ) · ( x − 3 ) − 2 · x 2 + x + 3 = = 3 · x 2 − 9 · x + 3 · x − 9 − 2 · x 2 + x + 3 = x 2 − 5 · x − 6
Давайте разберем, что значит «степень целого уравнения». С этим термином мы будем часто встречаться в тех случаях, когда нам надо будет представить целое уравнение в виде алгебраического. Дадим определение понятию.
Степень целого уравнения – это степень алгебраического уравнения, равносильного исходному целому уравнению.
Если посмотреть на уравнения из примера, приведенного выше, можно установить: степень данного целого уравнения вторая.
Если бы наш курс ограничивался решением уравнений второй степени, то рассмотрение темы на этом можно было бы закончить. Но все не так просто. Решение уравнений третьей степени сопряжено с трудностями. А для уравнений выше четвертой степени и вовсе не существует общих формул корней. В связи с этим решение целых уравнений третьей, четвертой и других степеней требует от нас применения целого ряда других приемов и методов.
Чаще прочих используется подход к решению целых рациональных уравнений, который основан на методе разложения на множители. Алгоритм действий в этом случае следующий:
Решение
Точно также мы можем использовать метод введения новой переменной. Этот метод позволяет нам переходить к равносильным уравнениям со степенями ниже, чем были степени в исходном целом уравнении.
Решение
Целые уравнения высоких степеней попадаются в задачах достаточно часто. Пугаться их не нужно. Нужно быть готовым применить нестандартный метод их решения, в том числе и ряд искусственных преобразований.
Решение дробно рациональных уравнений
Если это условие выполняется, то найденный корень является корнем исходного уравнения. Если нет, то корень не является решением задачи.
Решение
Условие выполняется. Это значит, что x = 2 3 является корнем исходного уравнения.
Решение
Ответ: x = 1 ± 2 3
Решение
Проведем проверку полученных корней. Определить ОДЗ в данном случае нам сложно, так как для этого придется провести решение алгебраического уравнения пятой степени. Проще будет проверить условие, по которому знаменатель дроби, которая находится в левой части уравнения, не должен обращаться в нуль.
По очереди подставим корни на место переменной х в выражение x 5 − 15 · x 4 + 57 · x 3 − 13 · x 2 + 26 · x + 112 и вычислим его значение:
1 2 5 − 15 · 1 2 4 + 57 · 1 2 3 − 13 · 1 2 2 + 26 · 1 2 + 112 = = 1 32 − 15 16 + 57 8 − 13 4 + 13 + 112 = 122 + 1 32 ≠ 0 ;
6 5 − 15 · 6 4 + 57 · 6 3 − 13 · 6 2 + 26 · 6 + 112 = 448 ≠ 0 ;
7 5 − 15 · 7 4 + 57 · 7 3 − 13 · 7 2 + 26 · 7 + 112 = 0 ;
( − 2 ) 5 − 15 · ( − 2 ) 4 + 57 · ( − 2 ) 3 − 13 · ( − 2 ) 2 + 26 · ( − 2 ) + 112 = − 720 ≠ 0 ;
Решение
Разберем отдельно случаи, когда в числителе дробного рационального уравнения вида p ( x ) q ( x ) = 0 находится число. В таких случаях, если в числителе находится число, отличное от нуля, то уравнение не будет иметь корней. Если это число будет равно нулю, то корнем уравнения будет любое число из ОДЗ.
Решение
Данное уравнение не будет иметь корней, так как в числителе дроби из левой части уравнения находится отличное от нуля число. Это значит, что ни при каких значениях x значение приведенной в условии задачи дроби не будет равняться нулю.
Ответ: нет корней.
Решение
Чтобы облегчить вам работу по изучению темы, мы обобщили всю информацию в алгритм решения дробного рационального уравнения вида r ( x ) = s ( x ) :
Визуально цепочка действий будет выглядеть следующим образом:
Решение
Для этого нам придется привести рациональные дроби к общему знаменателю и упростить выражение:
Нам осталось выполнить проверку любым из методов. Рассмотрим их оба.
Решение
Мы имеем дело с дробным рациональным уравнением. Следовательно, будем действовать по алгоритму.
Ответ: нет корней.
Если мы не включили в алгоритм другие равносильные преобразования, то это вовсе не значит, что ими нельзя пользоваться. Алгоритм универсален, но он создан для того, чтобы помогать, а не ограничивать.
Решение
Проще всего будет решить приведенное дробное рациональное уравнение согласно алгоритму. Но есть и другой путь. Рассмотрим его.
Проведем проверку для того, чтобы установить, являются ли найденные корни корнями исходного уравнения.
Решение целых и дробно рациональных уравнений
Продолжаем разговор про решение уравнений. В этой статье мы подробно остановимся на рациональных уравнениях и принципах решения рациональных уравнений с одной переменной. Сначала разберемся, уравнения какого вида называются рациональными, дадим определение целых рациональных и дробных рациональных уравнений, приведем примеры. Дальше получим алгоритмы решения рациональных уравнений, и, конечно же, рассмотрим решения характерных примеров со всеми необходимыми пояснениями.
Навигация по странице.
Что такое рациональные уравнения?
В начале 8 класса на уроках алгебры начинается всестороннее изучение рациональных выражений. А вскоре, естественно, начинают встречаться уравнения, содержащие рациональные выражения в своих записях. Такие уравнения назвали рациональными. Сформулируем озвученную информацию в виде определения рациональных уравнений.
Иногда встречается определение в немного другой формулировке:
Рациональными уравнениями называют уравнения, в левой части которого находится рациональное выражение, а в правой – нуль.
Здесь стоит заметить, что по сути оба приведенных определения эквивалентны, так как для любых рациональных выражений P и Q уравнения P=Q и P−Q=0 являются равносильными уравнениями.
Из показанных примеров видно, что рациональные уравнения, как, впрочем, и уравнения других видов, могут быть как с одной переменной, так и с двумя, тремя и т.д. переменными. В следующих пунктах мы будем говорить о решении рациональных уравнений с одной переменной. Решение уравнений с двумя переменными и их большим числом заслуживают отдельного внимания.
Помимо деления рациональных уравнений по количеству неизвестных переменных, их еще разделяют на целые и дробные. Дадим соответствующие определения.
Рациональное уравнение называют целым, если и левая, и правая его части являются целыми рациональными выражениями.
Если хотя бы одна из частей рационального уравнения является дробным выражением, то такое уравнение называется дробно рациональным (или дробным рациональным).
Понятно, что целые уравнения не содержат деления на переменную, напротив, дробные рациональные уравнения обязательно содержат деление на переменную (или переменную в знаменателе). Так 3·x+2=0 и (x+y)·(3·x 2 −1)+x=−y+0,5 – это целые рациональные уравнения, обе их части являются целыми выражениями. А и x:(5·x 3 +y 2 )=3:(x−1):5 – примеры дробных рациональных уравнений.
Завершая этот пункт, обратим внимание на то, что известные к этому моменту линейные уравнения и квадратные уравнения являются целыми рациональными уравнениями.
Решение целых уравнений
Здесь еще нужно заметить, что с представлением целого уравнения в виде алгебраического уравнения связан термин «степень целого уравнения». Дадим соответствующее определение:
Степенью целого уравнения называют степень равносильного ему алгебраического уравнения.
Согласно этому определению целое уравнение из предыдущего примера имеет вторую степень.
На этом можно бы было закончить с решением целых рациональных уравнений, если бы ни одно но…. Как известно, решение алгебраических уравнений степени выше второй сопряжено со значительными сложностями, а для уравнений степени выше четвертой вообще не существует общих формул корней. Поэтому для решения целых уравнений третьей, четвертой и более высоких степеней часто приходится прибегать к другим методам решения.
Приведенный алгоритм решения целого уравнения через разложение на множители требует детального разъяснения на примере.
Для решения целых рациональных уравнений также бывает полезен метод введения новой переменной. В некоторых случаях он позволяет переходить к уравнениям, степень которых ниже, чем степень исходного целого уравнения.
Сведение данного целого рационального уравнения к алгебраическому уравнению является, мягко говоря, не очень хорошей идеей, так как в этом случае мы придем к необходимости решения уравнения четвертой степени, не имеющего рациональных корней. Поэтому, придется поискать другой способ решения.
Вообще, когда мы имеем дело с целыми уравнениями высоких степеней, всегда надо быть готовым к поиску нестандартного метода или искусственного приема для их решения.
Решение дробно рациональных уравнений
Разберем пример применения озвученного алгоритма при решении дробного рационального уравнения.
Для примера решим дробное рациональное уравнение по этому алгоритму.
Рассмотрим решение двух примеров для иллюстрации оговоренных нюансов.
Так как в числителе дроби, находящейся в левой части уравнения, отличное от нуля число, то ни при каких x значение этой дроби не может равняться нулю. Следовательно, данное уравнение не имеет корней.
Таким образом, дробно рациональное уравнение имеет бесконечно много решений, которыми являются любые числа, кроме нуля и минус пяти.
Для большей наглядности покажем всю цепочку решения дробных рациональных уравнений:
.
Давайте рассмотрим решения нескольких примеров с подробным пояснением хода решения, чтобы прояснить приведенный блок информации.
Остается проверить, не является ли найденное число −1/2 посторонним корнем исходного уравнения. Для этого можно сделать проверку или найти ОДЗ переменной x исходного уравнения. Продемонстрируем оба подхода.
Теперь покажем, как последний пункт алгоритма выполняется через ОДЗ. Областью допустимых значений исходного уравнения является множество всех чисел, кроме −1 и 0 (при x=−1 и x=0 обращаются в нуль знаменатели дробей). Найденный на предыдущем шаге корень x=−1/2 принадлежит ОДЗ, следовательно, x=−1/2 является корнем исходного уравнения.
Рассмотрим еще пример.
Нам требуется решить дробно рациональное уравнение, пройдем все шаги алгоритма.
Его корень очевиден – это нуль.
В заключение добавим, что совсем не обязательно слепо придерживаться приведенного алгоритма решения дробных рациональных уравнений, хотя он и является универсальным. Просто иногда другие равносильные преобразования уравнений позволяют прийти к результату быстрее и проще.
Но можно поступить и иначе, например, так.
Проверка показывает, что оба найденных корня являются корнями исходного дробного рационального уравнения.
Общая информация
Рациональным уравнением называется равенство с одним или несколькими неизвестными, в правой и левой частях которого содержатся только рациональные выражения. Очень важно уметь определять тип, поскольку от этого зависит правильность нахождения корней и методика решения.
Определение можно немного упростить. Рациональным называется выражение, состоящее из некоторых числовых значений и неизвестной, операций вычитания, сложения, умножения, деления, а также возведения в степень с целым (натуральным) показателем. Уравнение рационального типа — равенство двух выражений, состоящих из переменных рационального типа (r (x) = 0). Они бывают двух видов: целые и дробные.
Математики выделяют еще одну группу рациональных уравнений с параметрами, которые необходимо найти или они даются при решении задачи. Параметр — некоторое ограничение, влияющее на поиск корней.
Основные виды
Рациональные уравнения бывают линейными, квадратными, кубическими и биквадратными. Для каждого вида существуют определенные методики решения. Последние строятся на алгоритмах, позволяющих оптимизировать процесс нахождения корней.
Уравнения могут объединяться в системы. Чтобы ее решить, нужно найти все ее корни, удовлетворяющие ее элементам (выражениям). Отличаются равенства между собой только показателем степени. Например, у линейного последняя соответствует единице, у квадратного — 2, кубического — 3 и биквадратным — 4. Если в выражении с неизвестным присутствует дробная часть, всегда проверяется знаменатель на равенство нулю, поскольку такое значение превращает тождество в неопределенность. Числитель проверять нет необходимости. Выбор алгоритма решения рационального уравнения зависит от типа выражения.
Линейные и квадратные
Линейное выражение с неизвестными можно записать следующим образом: a1 * y1 + a2 * y2 +. + an * yn + c = 0. Например, 5х + 4 = 8 является линейным. Решается оно с помощью простого алгоритма:
Квадратные уравнения — тождества вида az 2 + bz + c = 0. Они бывают полными (присутствуют все коэффициенты) и неполными. В последних какой-либо из параметров равен нулю. В зависимости от методики нахождения его корней, выбирается нужный алгоритм. Основные способы решения:
Следующим способом является графический метод решения. Для его реализации необходимо построить параболу, а затем найти точки пересечения с осью абсцисс (корни). Использование дополнительного программного обеспечения (онлайн-калькуляторов) для автоматизации вычислений экономит много времени. Его рекомендуется применять для проверки.
Кубические тождества
Выражение вида а * z 3 + b * z 2 + с * z + d = 0 (а > 0), содержащее одну неизвестную, называется кубическим уравнением. Его метод решения зависит от вида. В алгебре выделяют 4 класса:
а * z 3 + b * z 2 + с * z + d = 0.
Чтобы решить второй тип задания, нужно выполнить некоторые математические преобразования: az 3 + bz 2 + bz + a = a (z 3 + 1) + b (z 2 + z) = a (z + 1)(z 2 — z + 1) + bz (z + 1) = (z + 1)(az 2 + z (b — a) + a) = 0. В результате этой операции произошло понижение степени. Далее нужно решить 2 равенства с неизвестными.
В третьем классе нужно просто вынести неизвестную (общий множитель) за скобку, а затем решить линейное и квадратное уравнения. Кроме того, этот тип тождеств решается также при помощи графического метода или замены переменной. Четвертый класс решается только с помощью построения графика (графическое представление — кубическая парабола) или заменой неизвестной.
В первом случае нужно построить кривую, которая называется кубической параболой. После этого следует найти точки пересечения графика с осью абсцисс. Метод замены — введение нового параметра, приводящего к равносильному упрощенному выражению. Сведение к квадратному многочлену осуществляется по такому алгоритму:
Последний пункт также можно выполнить в автоматизированном режиме, поскольку это займет меньше времени. Методика позволяет избавиться от высшей степени и свести выражение к квадратному многочлену.
Биквадратные уравнения
Когда биквадратный многочлен с неизвестными представлен в виде az 4 + bz 3 + cz 2 + dz + e = 0, нужно решать при помощи формулы Кардана. Математики рекомендуют воспользоваться алгоритмом:
Математическое ожидание — область, принимающая среднее значение при определенных условиях. Если уравнение имеет другой вид, корни следует искать с помощью математического ожидания Кардана. Однако его следует править в зависимости от коэффициентов исходного тождества. Можно также построить график функции, но эта методика довольно сложная.
Для этого специалисты рекомендуют пользоваться сторонними сервисами, одним из которых является «yotx.ru». Он позволяет строить разные графики. Особенностью веб-приложения является его гибкая настройка, а также табличные данные зависимости значения функции от ее аргумента, которыми можно воспользоваться. Полученный график можно распечатать, сохранить на жестком диске, получить в виде ссылки и html-кода для сайта или урока.
Пример решения
Уравнение является рациональным. Оно состоит из двух выражений: числителя и знаменателя. Первый следует приравнять к нулю, поскольку при делении на любое выражение будет получено нулевое значение. Однако не все так просто — нужно обязательно проверить знаменатель. Следует найти корень или корни, при которых он обращается в ноль, превращая все тождество в пустое множество или неопределенность. Чтобы найти корни числителя, нужно воспользоваться алгоритмом:
Простейшие рациональные уравнения. Примеры
\(\dfrac
Замечание. Если ответ состоит из конечного набора чисел, то их можно записывать через точку с запятой в фигурных скобках, как показано в предыдущих примерах.
Задачи, в которых требуется решить рациональные уравнения, в ЕГЭ по математике встречаются каждый год, поэтому при подготовке к прохождению аттестационного испытания выпускникам непременно стоит самостоятельно повторить теорию по данной теме. Уметь справляться с такими заданиями обязательно должны выпускники, сдающие как базовый, так и профильный уровень экзамена. Усвоив теорию и разобравшись с практическими упражнениями по теме «Рациональные уравнения», учащиеся смогут решать задачи с любым количеством действий и рассчитывать на получение конкурентных баллов по итогам сдачи ЕГЭ.
Как подготовиться к экзамену вместе с образовательным порталом «Школково»?
Иногда найти источник, в котором полноценно представлена базовая теория для решения математических задач, оказывается достаточно сложно. Учебника может просто не оказаться под рукой. А найти необходимые формулы иногда бывает достаточно сложно даже в Интернете.
Образовательный портал «Школково» избавит вас от необходимости поиска нужного материала и поможет качественного подготовиться к прохождению аттестационного испытания.
Всю необходимую теорию по теме «Рациональные уравнения» наши специалисты подготовили и изложили в максимально доступной форме. Изучив представленную информацию, учащиеся смогут восполнить пробелы в знаниях.
Для успешной подготовки к ЕГЭ выпускникам необходимо не только освежить в памяти базовый теоретический материал по теме «Рациональные уравнения», но попрактиковаться в выполнении заданий на конкретных примерах. Большая подборка задач представлена в разделе «Каталог».
Для каждого упражнения на сайте наши специалисты прописали алгоритм решения и указали правильный ответ. Учащиеся могут практиковаться в решении задач различной степени сложности в зависимости от уровня подготовки. Перечень заданий в соответствующем разделе постоянно дополняется и обновляется.
Изучить теоретический материал и отточить навыки решения задач по теме «Рациональные уравнения», подобных тем, которые включены в тесты ЕГЭ, можно в режиме онлайн. В случае необходимости любое из представленных заданий можно добавить в раздел «Избранное». Еще раз повторив базовую теорию по теме «Рациональные уравнения», старшеклассник сможет в дальнейшем вернуться к задаче, чтобы обсудить ход ее решения с преподавателем на уроке алгебры.
Дробно-рациональные уравнения
Что такое дробно-рациональные уравнения
Дробно-рациональными уравнениями называют такие выражения, которые представляется возможным записать, как:
при P ( x ) и Q ( x ) в виде выражений, содержащих переменную.
Таким образом, дробно-рациональные уравнения обязательно содержат как минимум одну дробь с переменной в знаменателе с любым модулем.
1 2 x + x x + 1 = 1 2
Уравнения, которые не являются дробно-рациональными:
Как решаются дробно-рациональные уравнения
В процессе решения дробно-рациональных уравнений обязательным действием является определение области допустимых значений. Найденные корни следует проверить на допустимость, чтобы исключить посторонние решения.
Алгоритм действий при стандартном способе решения:
Разберем предложенный алгоритм на практическом примере. Предположим, что имеется дробно-рациональное уравнение, которое требуется решить:
Начать следует с области допустимых значений:
Воспользуемся правилом сокращенного умножения:
В результате общим знаменателем дробей является:
Выполним умножение каждого из членов выражения на общий знаменатель:
После сокращения избавимся от скобок и приведем подобные слагаемые:
Осталось решить квадратное уравнение:
Согласно ОДЗ, первый корень является лишним, так как не удовлетворяет условию, по которому корень не равен 2. Тогда в ответе можно записать:
Примеры задач с ответами для 9 класса
Требуется решить дробно-рациональное уравнение:
Определим область допустимых значений:
Квадратный трехчлен x 2 + 7 x + 10 следует разложить на множители, руководствуясь формулой:
Сократим дроби, избавимся от скобок, приведем подобные слагаемые:
Потребуется решить квадратное уравнение:
Первый корень не удовлетворяет условиям ОДЗ, поэтому в ответ нужно записать только второй корень.
Дано дробно-рациональное уравнение, корни которого требуется найти:
В первую очередь следует переместить все слагаемые влево и привести дроби к минимальному единому знаменателю:
Заметим, что получилось нулевое значение для дроби. Известно, что дробь может равняться нулю, если в числителе нуль, а знаменатель не равен нулю. На основании этого можно составить систему:
Следует определить такие значения для переменной, при которых в дроби знаменатель будет обращаться в нуль. Такие значения необходимо удалить из ОДЗ:
Далее можно определить значения для переменных, которые при подстановке в уравнение обращают числитель в нуль:
Получилось квадратное уравнение, которое можно решить:
Сравнив корни с условиями области допустимых значений, можно сделать вывод, что оба корня являются решениями данного уравнения.
Нужно решить дробно-рациональное уравнение:
На первом шаге следует перенести все слагаемые в одну сторону и привести дроби к минимальному единому знаменателю:
Перечисленные значения переменной обращают знаменатель в нуль. По этой причине их необходимо удалить из области допустимых значений.
Корни квадратного уравнения:
Заметим, что второй корень не соответствует ОДЗ. Таким образом, в ответе остается только первый корень.
Найти корни уравнения:
Согласно стандартному алгоритму решения дробно-рациональных уравнений, выполним перенос всех слагаемых в одну сторону. Далее необходимо привести к дроби к наименьшему общему знаменателю:
Такое значение переменной, при котором знаменатель становится равным нулю, нужно исключить из области допустимых значений:
Заметим, что это частный случай линейного уравнения, которое обладает бесконечным множеством корней. При подстановке какого-либо числа на место переменной х в любом случае числовое равенство будет справедливым. Единственным недопустимым значением для х в данном задании является число 3, которое не входит в ОДЗ.
Ответ: х — любое число, за исключением 3.
Требуется вычислить корни дробно-рационального уравнения:
На первом этапе необходимо выполнить перенос всех слагаемых влево, привести дроби к минимальному единому знаменателю:
Данные значения переменной х являются недопустимыми, так как в этом случае теряется смысл дроби в связи с тем, что знаменатель принимает нулевое значение.
Заметим, что 2 не входит в область допустимых значений. В связи с этим, можно заключить, что у уравнения отсутствуют корни.
Ответ: корни отсутствуют
Нужно найти корни уравнения:
Начнем с определения ОДЗ:
При умножении обеих частей уравнения на единый знаменатель всех дробей и сокращении аналогичных выражений, которые записаны в числителе и знаменателе, получим:
Прибегая к арифметическим преобразованиям, можно записать уравнение в упрощенной форме:
Второе значение не соответствует области допустимых значений.