УРАВНЕНИЯ
Уравнением называется математическое соотношение, выражающее равенство двух алгебраических выражений. Если равенство справедливо для любых допустимых значений входящих в него неизвестных, то оно называется тождеством; например, соотношение вида (x - 1)2 = (x - 1)(x - 1) выполняется при всех значениях переменной x. Для обозначения тождества часто вместо обычного знака равенства = пишут знак є, который читается "тождественно равно". Тождества используются в алгебре при записи разложения многочленов на множители (как в приведенном выше примере). Встречаются они и в тригонометрии в таких соотношениях, как sin2x + cos2x = 1, а в общем случае выражают формальное отношение между двумя на первый взгляд различными математическими выражениями. Если уравнение, содержащее переменную x, выполняется только при определенных, а не при всех значениях x, как в случае тождества, то может оказаться полезным определить те значения x, при которых это уравнение справедливо. Такие значения x называются корнями или решениями уравнения. Например, число 5 является корнем уравнения 2x + 7= 17. Уравнения служат мощным средством решения практических задач. Точный язык математики позволяет просто выразить факты и соотношения, которые, будучи изложенными обычным языком, могут показаться запутанными и сложными. Неизвестные величины, обозначаемые в задаче символами, например x, можно найти, сформулировав задачу на математическом языке в виде уравнений. Методы решения уравнений составляют в основном предмет того раздела математики, который называется теорией уравнений.
ТИПЫ УРАВНЕНИЙ
Алгебраические уравнения.
Уравнения вида fn = 0, где fn - многочлен от одной или нескольких переменных, называются алгебраическими уравнениями. Многочленом называется выражение вида fn = a0 xiyj... vk + a1 xlym... vn + ј + asxpyq... vr, где x, y, ..., v - переменные, а i, j, ..., r - показатели степеней (целые неотрицательные числа). Многочлен от одной переменной записывается так: f(x) = a0xn + a1xn - 1 + ... + an - 1x + an или, в частном случае, 3x4 - x3 + 2x2 + 4x - 1.
Алгебраическим уравнением с одним неизвестным называется любое уравнение вида f(x) = 0. Если a0 № 0, то n называется степенью уравнения. Например, 2x + 3 = 0 - уравнение первой степени; уравнения первой степени называются линейными, так как график функции y = ax + b имеет вид прямой. Уравнения второй степени называются квадратными, а уравнения третьей степени - кубическими. Аналогичные названия имеют и уравнения более высоких степеней.
Трансцендентные уравнения.
Уравнения, содержащие трансцендентные функции, такие, как логарифмическая, показательная или тригонометрическая функция, называются трансцендентными. Примером могут служить следующие уравнения:
Где lg - логарифм по основанию 10.
Дифференциальные уравнения.
Так называются уравнения, содержащие одну или несколько функций и их производные или дифференциалы. Дифференциальные уравнения оказались исключительно ценным средством точной формулировки законов природы.
Интегральные уравнения.
Уравнения, содержащие неизвестную функцию под знаком интеграла, например, f (s) = тK (s, t) f (t) dt, где f (s) и K(s,t) заданы, а f (t) требуется найти.
Диофантовы уравнения.
Диофантовым уравнением называется алгебраическое уравнение с двумя или более неизвестными с целыми коэффициентами, решение которого ищется в целых или рациональных числах. Например, уравнение 3x - 5y = 1 имеет решение x = 7, y = 4; вообще же его решениями служат целые числа вида x = 7 + 5n, y = 4 + 3n.
РЕШЕНИЕ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ
Для всех перечисленных выше типов уравнений общих методов решения не существует. И все же во многих случаях, особенно для алгебраических уравнений определенного типа, имеется достаточно полная теория их решения.
Линейные уравнения.
Эти простые уравнения решаются путем их сведения к эквивалентному уравнению, из которого непосредственно видно значение неизвестного. Например, уравнение x + 2 = 7 можно свести к эквивалентному уравнению x = 5 вычитанием числа 2 из правой и левой частей. Шаги, совершаемые при сведении простого уравнения, например, x + 2 = 7, к эквивалентному, основаны на использовании четырех аксиом. 1. Если равные величины увеличить на одно и то же число, то результаты будут равны. 2. Если из равных величин вычесть одно и то же число, то результаты будут равны. 3. Если равные величины умножить на одно и то же число, то результаты будут равны. 4. Если равные величины разделить на одно и то же число, то результаты будут равны. Например, чтобы решить уравнение 2x + 5 = 15, мы воспользуемся аксиомой 2 и вычтем число 5 из правой и левой частей, в результате чего получим эквивалентное уравнение 2x = 10. Затем мы воспользуемся аксиомой 4 и разделим обе части полученного уравнения на 2, в результате чего исходное уравнение сведется к виду x = 5, что и является искомым решением.
Квадратные уравнения.
Решения общего квадратного уравнения ax2 + bx + c = 0 можно получить с помощью формулы
Таким образом, существуют два решения, которые в частном случае могут совпадать.
Другие алгебраические уравнения.
Явные формулы, аналогичные формуле для решения квадратного уравнения, можно выписать только для уравнений третьей и четвертой степеней. Но и эти формулы сложны и далеко не всегда помогают легко находит корни. Что же касается уравнений пятой степени или выше, то для них, как доказал Н.Абель в 1824, нельзя указать общую формулу, которая выражала бы корни уравнения через его коэффициенты при помощи радикалов. В отдельных частных случаях уравнения высших степеней удается легко решить, факторизуя их левую часть, т.е. разлагая ее на множители. Например, уравнение x3 + 1 = 0 можно записать в факторизованном виде (x + 1)(x2 - x + 1) = 0. Решения мы находим, полагая каждый из множителей равным нулю:
Таким образом, корни равны x = -1,
Системы линейных уравнений.
Два линейных уравнения с двумя неизвестными можно записать в виде
Решение такой системы находится с помощью определителей
Оно имеет смысл, если
>
>>">
Если m = n и матрица (aij) невырожденна, то решение единственно и может быть найдено по правилу Крамера:
где Aji - алгебраическое дополнение элемента aij в матрице (aij). В более общем плане существуют следующие теоремы. Пусть r - ранг матрицы (aij), s - ранг окаймленной матрицы (aij; bi), которая получается из aij присоединением столбца из чисел bi. Тогда: (1) если r = s, то существует n - r линейно независимых решений; (2) если r
См. также
АЛГЕБРА .
Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .
Уравнение равенство вида или, где f и g функции (в общем случае векторные) одного или нескольких аргументов, а также задача по нахождению таких значений аргументов, при которых это равенство достигается. На возможные значения аргументов могут… … Википедия
уравнения - решать дифференциальные уравнения решение … Глагольной сочетаемости непредметных имён
Уравнения Эйлера Лагранжа (в физике также уравнения Лагранжа Эйлера или уравнения Лагранжа) являются основными формулами вариационного исчисления, c помощью которых ищутся стационарные точки и экстремумы функционалов. В частности, эти… … Википедия
Механика сплошных сред Сплошная среда Классическая меха … Википедия
- (англ. RANS (Reynolds averaged Navier Stokes)) уравнения Навье Стокса (уравнения движения вязкой жидкости) осредненные по Рейнольдсу. Используются для описания турбулентных течений. Метод осреднения Рейнольдса заключается в замене случайно… … Википедия
Уравнения Эйлера Лагранжа являются основными формулами вариационного исчисления, c помощью которых ищутся экстремумы функционалов. В частности, эти уравнения широко используются в задачах оптимизации, и, совместно с принципом действия,… … Википедия
Уравнения Прока обобщение уравнений Максвелла, призванное описывать массивные частицы со спином 1. Уравнения Прока обычно записываются в виде, где антисимметричный тензор электромагнитного поля … Википедия
Уравнение - это два выражения, соединенные знаком равенства; в эти выражения входят одна или несколько переменных, называемых неизвестными. Решить уравнение - значит найти все значения неизвестных, при которых оно обращается в верное равенство, или установить, что таких значений нет.
В школьном курсе, как правило, рассматривают уравнения, в которых неизвестные принимают числовые значения. Числовое значение неизвестного, удовлетворяющее уравнению с одним неизвестным, называется корнем или решением этого уравнения. Набор чисел, удовлетворяющих уравнению с несколькими неизвестными, называется его решением.
В математике рассматривают также уравнения, в которых неизвестными являются целые числа (диофантовы уравнения), векторы (векторные уравнения), функции (дифференциальные, интегральные, функциональные уравнения) и объекты другой природы. Вместе с уравнением указывают его область определения (множество допустимых значений неизвестных); если это не сделано, то предполагается, что это - естественная общая область определения выражений, стоящих в левой и правой частях уравнения.
Уравнение - одно из важнейших понятий математики. В большинстве практических и научных задач, где какую‑то величину нельзя непосредственно измерить или вычислить по готовой формуле, удается составить соотношение (или несколько соотношений), которым оно удовлетворяет. Так получают уравнение (или систему уравнений) для определения неизвестной величины.
Развитие методов решения уравнений, начиная с зарождения математики как науки, долгое время было основным предметом изучения алгебры. Привычная нам буквенная запись уравнений окончательно сложилась в XVI в.; традиция обозначать неизвестные последними буквами латинского алфавита $x,y,z,…,$ а известные величины (параметры) - первыми $a,b,c,…$ идет от французского ученого Р. Декарта.
Обычный путь алгебраического (чаще говорят, аналитического) решения уравнения состоит в том, что с помощью преобразований его сводят к более простым уравнениям. Если все решения одного уравнения являются решениями другого, то второе уравнение называется следствием первого. Если каждое из двух уравнений - следствие другого (т. е. множества их решений совпадают), то такие уравнения называются равносильными. Применяя к обеим частям уравнения одно и то же преобразование, мы приходим к следствию этого уравнения. Если же это преобразование обратимо, то получается уравнение, равносильное данному. (Например, умножая обе части уравнения на одно и то же число, мы получаем следствие данного уравнения. Если это число отлично от нуля, то выполненное преобразование обратимо, так что полученное уравнение равносильно исходному).
Решая уравнение с одним неизвестным, мы пытаемся прийти к простейшим уравнениям, для решения которых есть готовые формулы. Это линейные уравнения, квадратные уравнения, уравнения вида $φ(x)=c$, где $c$ - число, а $φ$ - одна из основных элементарных функций: степенная $\varphi (x)={{x}^{n}}$, показательная $\varphi (x)={{a}^{x}}$, логарифмическая $\varphi (x)={{\log }_{a}}x$, тригонометрические $\varphi (x)=\sin x$, $\varphi (x)=\cos x$, $\varphi (x)=\mathrm{tg}\, x$.
Заметим, что запись общего решения уравнения $φ(x)=c$ требует введения функции $ψ$, обратной к функции $φ$. Если $\varphi (x)={{x}^{n}}$, то $\psi (c)=\sqrt[n]{c}$; если $\varphi (x)={{a}^{x}}$, то $\psi (c)={{\log }_{a}}c$; если $\varphi (x)=\sin x$ и $−π/2≤x≤π/2$, то $\psi (c)=\arcsin x$.
Как же сводятся уравнения к простейшим? Для конкретного типа уравнений (алгебраических, тригонометрических, иррациональных, показательных, логарифмических и т.п.) разработаны частные приемы решения. Из общих методов решения уравнений остановимся на трех, которые встречаются чаще всего.
Если левую часть уравнения $f(x)=0$ удается разложить на множители: $f(x)={{f}_{1}}(x)\cdot \ldots \cdot {{f}_{m}}(x),$ то оно распадается на уравнения ${{f}_{1}}(x)=0,$ ${{f}_{2}}(x)=0 …,$ ${{f}_{1}}(x)=0,$ объединение множеств их решений дает множество решений данного уравнения. Например, уравнение ${{x}^{3}}-7x+6=0$ можно решить так: $({{x}^{3}}-x)-(6x-6)=0,$ $x(x-1)(x+1)-6(x-1)=0,$ $(x-1)({{x}^{2}}+x-6)=0.$ Решая уравнения $x−1=0$ и ${{x}^{2}}+x-6=0,$ находим все корни данного уравнения: $1, 2$ и $−3.$ Этот метод принято называть методом разложения на множители.
Часто удается упростить уравнение, принимая в качестве новой неизвестной некоторую функцию от старой неизвестной. Например, уравнение $\sin x+\cos x=\sin 2x$ можно свести к квадратному уравнению, положив $y=\sin x+\cos x.$ Тогда $\sin 2x={{y}^{2}}-1,$ и мы приходим к уравнению ${{y}^{2}}-y-1=0.$
Иногда удается решить уравнение, анализируя функциональные свойства его левой и правой частей.
Например, так как левая часть уравнения ${{2}^{x}}+{{3}^{x}}=5$ возрастает, а правая - постоянна, то это уравнение не может иметь более одного корня. Единственный корень $x=1$ легко угадывается.
Решая уравнение ${{\sin }^{3}}x+{{\cos }^{5}}x=\sqrt{2},$ заметим, что при всех $x$ выполняются неравенства ${{\sin }^{3}}x\le {{\sin }^{2}}x,$ $co{{s}^{5}}x\le {{\cos }^{2}}x,$ откуда $si{{n}^{3}}x+{{\cos }^{5}}x\le$ ${{\sin }^{2}}x+{{\cos }^{2}}x=1,$ а так как $\sqrt{2}>1,$ то данное уравнение не имеет корней.
Уравнение. Рис. 1.
Уравнение. Рис. 2.
До сих пор мы разбирали приемы решения уравнений, позволяющие найти корень уравнения как число или комбинацию известных функций от параметров. Однако далеко не все уравнения, возникающие на практике, можно решить подобным образом. Например, в начале XIX в. было доказано, что не существует общей формулы для решения алгебраических уравнений начиная с пятой степени. Да и в тех случаях, когда уравнение удается решить, формула для корней может быть чересчур громоздкой. Поэтому в математике разработаны различные методы приближенного решения уравнений. Простейший из них основан на том, что если функция $f(x)$ непрерывна во всех точках отрезка $$ и принимает на его концах значения разных знаков, то уравнение $f(x)=0$ имеет на этом отрезке корень.
Приближенное решение уравнений тесно связано с построением графиков функций.
Например, построив график функции $y={{x}^{3}}+x,$ мы можем заключить, что уравнение ${{x}^{3}}+x=1$ имеет один корень и этот корень лежит на отрезке $$, более точно - на отрезке $$, еще более точно - на отрезке $$ (рис. 1). Эта информация практически более полезна, чем точная формула Кардано, выражающая этот корень:
$\sqrt{\frac{1}{2}+\sqrt{\frac{1}{4}+\frac{1}{27}}}+\sqrt{\frac{1}{2}-\sqrt{\frac{1}{4}+\frac{1}{27}}}$
(все равно извлекать радикалы можно лишь приближенно). Для отыскания корней с любой степенью точности» существуют «быстрые» алгоритмы, основанные на методе последовательных приближений (см. Приближенные вычисления).
С помощью графика особенно удобно проводить исследование уравнений; например, по графику $y={{x}^{3}}-x$ (рис. 2) мы сразу видим, что уравнение ${{x}^{3}}-x=c$ имеет три корня при $\left| c \right| 2/\sqrt{3}.$
Иллюстрация графического метода нахождения корней уравнения
Решение уравнения - задача по нахождению таких значений аргументов, при которых это равенство достигается. На возможные значения аргументов могут быть наложены дополнительные условия (целочисленности, вещественности и т. д.).
При подстановке другого корня получается неправильное утверждение:
.Таким образом, второй корень нужно отбросить, как посторонний.
Различают алгебраические , параметрические , трансцендентные , функциональные , дифференциальные и другие виды уравнений.
Некоторые классы уравнений имеют аналитические решения, которые удобны тем, что не только дают точное значение корня, а позволяют записать решение в виде формулы, в которую могут входить параметры. Аналитические выражения позволяют не только вычислить корни, а провести анализ их существования и их количества в зависимости от значений параметров, что часто бывает даже важнее для практического применения, чем конкретные значения корней.
К уравнениям, для которых известны аналитические решения, относятся алгебраические уравнения, не выше четвёртой степени: линейное уравнение , квадратное уравнение , кубическое уравнение и уравнение четвёртой степени . Алгебраические уравнения высших степеней в общем случае аналитического решения не имеют, хотя некоторые из них можно свести к уравнениям низших степеней.
Уравнение, в которые входят трансцендентные функции называются трансцендентными. Среди них аналитические решения известны для некоторых тригонометрических уравнений, поскольку нули тригонометрических функций хорошо известны.
В общем случае, когда аналитического решения найти не удается, применяют численные методы . Численные методы не дают точного решения, а только позволяют сузить интервал , в котором лежит корень, до определенного заранее заданного значения.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :Антонимы :
УРАВНЕНИЕ - (1) математическая запись задачи о разыскании таких значений аргументов (см. (2)), при которых значения двух данных (см.) равны. Аргументы, от которых зависят эти функции, называют неизвестными, а значения неизвестных, при которых значения… … Большая политехническая энциклопедия
УРАВНЕНИЕ - УРАВНЕНИЕ, уравнения, ср. 1. Действие по гл. уравнять уравнивать и состояние по гл. уравняться уравниваться. Уравнение в правах. Уравнение времени (перевод истинного солнечного времени в среднее солнечное время, принятое в общежитии и в науке;… … Толковый словарь Ушакова
УРАВНЕНИЕ - (equation) Требование того, чтобы математическое выражение принимало определенное значение. Например, квадратное уравнение записывается в виде: ах2+bх+с=0. Решением является такие значения х, при котором данное уравнение становится тождеством. В… … Экономический словарь
УРАВНЕНИЕ - математическая запись задачи о разыскании значений аргументов, при которых значения двух данных функций равны. Аргументы, от которых зависят эти функции, называются неизвестными, а значения неизвестных, при которых значения функций равны,… … Большой Энциклопедический словарь
УРАВНЕНИЕ - УРАВНЕНИЕ, два выражения, соединенные знаком равенства; в эти выражения входят одна или несколько переменных, называемых неизвестными. Решить уравнение значит найти все значения неизвестных, при которых оно обращается в тождество, или установить … Современная энциклопедия
Учебник: Математика: Учеб. для 5 кл. общеобразоват. учреждений / Н.Я.Виленкин, В.И.Жохов, А.С.Чесноков, С.И.Шварцбурд. – М.: Мнемозина, 1997 и последующие.
Цели урока:
Подготовка к уроку:
а) карточки с вопросами к зачету (для каждого ученика):
б) лист самопроверки (один на группу):
в) оценочный лист (один на группу):
Фамилия, имя |
оценка |
||||||||||
ХОД УРОКА
I. Проверка домашней работы (фронтально).
– Что называется уравнением?
– Что значит решить уравнение?
– Что называется корнем уравнения?
Проговорить решение домашних уравнений (№ 395):
| Уравнение | Образец устного ответа |
| а) 395 + x
= 864, x = 864 – 395, x = 469. Ответ: 469 |
395 + x
= 864. Чтобы найти неизвестное
слагаемое, |
| в) 300 – y
= 206, y = 300 – 206, y = 94. Ответ: 94 |
300 – y
= 206. Чтобы найти неизвестное
вычитаемое, |
| д) 166 = m – 34, m = 166 + 34, m = 200. Ответ: 200 |
166 = m
– 34. Чтобы найти неизвестное
уменьшаемое, |
II. Работа в группах
Каждый ученик в группе решает уравнение индивидуально. На теоретические вопросы один ученик в группе отвечает учителю, второй – ученику, который уже ответил, третий – второму и т.д. Во время ответа заполняется “оценочный лист”. Если ученик отвечает правило без учебника, то напротив его фамилии в оценочном листе проставляется “+”, если отвечает с помощью учебника, то “”. При ответе ученика проверяющий, который нетвердо знает правило, пользуется листом самопроверки. Решение уравнений проверяет учитель, и общая оценка выставляется после того, как проверены все задания.
Критерии оценки:
III. Итог урока: оценки каждому ученику.
IV. Домашнее задание: № 396.
