Рассмотрите два способа решения уравнения sqrt(x+1) + sqrt(2x-3) = 5: подстановка и возведение в квадрат поэтапно. Проанализируйте, в каких шагах оба метода могут дать посторонние корни, как их правильно отсеивать и приведите общее правило проверки допустимости решений для подобных радикальных уравнений
Рассмотрим уравнение sqrtx+1x+1x+1 + sqrt2x−32x-32x−3 = 5 и проанализируем два «шаблона» решения и места, где могут появиться посторонние корни.
1) Начнём с области допустимых значений. Радикалы требуют x+1 ≥ 0 ⇒ x ≥ −1, 2x−3 ≥ 0 ⇒ x ≥ 3/2. Итак, из начала работы имеем глобальную область: x ≥ 3/2.
2) Метод «подстановка» Пусть a = sqrtx+1x+1x+1 ≥ 0, b = sqrt2x−32x−32x−3 ≥ 0. Тогда a+b = 5, причём a^2 = x+1, b^2 = 2x−3, т.е. b = sqrt2a2−52a^2−52a2−5приэтомвыражениеподкорнемдолжнобыть≥0при этом выражение под корнем должно быть ≥0приэтомвыражениеподкорнемдолжнобыть≥0. Из a+b=5 получаем b = 5−a. Но поскольку b ≥ 0, необходимо дополнительно требовать 5−a ≥ 0 ⇒ a ≤ 5. Далее возводим в квадрат: b^2 = 5−a5−a5−a^2 ⇒ 2a^2−5 = 25 −10a + a^2 ⇒ a^2 +10a −30 = 0. Решения: a = −5 ± √55. Из них допустимо только a = −5 + √55 ≈ 2.416 второеотрицательновторое отрицательновтороеотрицательно. Тогда x = a^2 −1 = −5+√55−5+√55−5+√55^2 −1 = 79 − 10√55 ≈ 4.838. Последний шаг — подстановка этого x в исходное уравнение: sqrtx+1x+1x+1+sqrt2x−32x−32x−3 = 5 проверяетсяпроверяетсяпроверяется, значит это корректное решение.
Где могли появиться посторонние корни в этом методе?
При переходе b = 5−a → b^2 = 5−a5−a5−a^2 мы потеряли условие знака b ≥ 0. Если бы мы не наложили условие 5−a ≥ 0, то получили бы дополнительный корень a = −5 − √55 отответаквадратичногоот ответа квадратичногоотответаквадратичного, который даёт b = 5−a > 0, но он не соответствует определению a = sqrt........., т.к. a было неотрицательно. Поэтому важно сохранять и проверять знаковые ограничения после подстановки.
Заметим: левая часть ≥ 0, значит обязательно 27−3x27 − 3x27−3x/2 ≥ 0 ⇒ x ≤ 9. С учётом предыдущего ограничения получаем 3/2 ≤ x ≤ 9.
Теперь возводим в квадрат ещё раз: x+1x+1x+12x−32x−32x−3 = (27−3x)/2(27 − 3x)/2(27−3x)/2^2. Решая это, получаем два корня: x = 79 ± 10√55 ≈ 4.838 и ≈ 153.162. Но из ограничения x ≤ 9 остаётся только x ≈ 4.838 = 79 − 10√55. Подстановка в исходное уравнение подтверждает, что он действительно работает; второй корень отсекается условием x ≤ 9 иприподстановкеневыполняетсяисходноеуравнениеи при подстановке не выполняется исходное уравнениеиприподстановкеневыполняетсяисходноеуравнение.
Где появились посторонние корни в этом методе?
При каждом возведении в квадрат теряется информация о знаке: уравнение f = g влечёт f^2 = g^2, но обратное не обязательно. Поэтому после возведения в квадрат появляются решения, при которых исходно могли выполняться f = −g. Чтобы не принимать такие решения, нужно: после каждого шага, где вы получили равенство вида sqrt......... = выражение, контролировать знак правой части онадолжнабыть≥0она должна быть ≥0онадолжнабыть≥0;в конце проверять все кандидаты в исходном уравнении.
4) Общее правило проверки допустимости решений для радикальных уравнений
Сначала составьте область допустимых значений всеподкоренныевыражения≥0идругиеочевидныеограничениявсе подкоренные выражения ≥ 0 и другие очевидные ограничениявсеподкоренныевыражения≥0идругиеочевидныеограничения.Если можно — изолируйте один радикал на одной стороне и только затем возводите в квадрат этоснижаетчислонеожиданныхвариантовэто снижает число неожиданных вариантовэтоснижаетчислонеожиданныхвариантов.После каждого возведения в квадрат: проверьте дополнительные логические условия например,еслиполучилиsqrt(...)=R,тоR≥0например, если получили sqrt(...) = R, то R ≥ 0например,еслиполучилиsqrt(...)=R,тоR≥0;запишите промежуточную область допустимых значений, которая может сузиться.По завершении решения обязательно подставьте все найденные кандидаты в исходное уравнение — только это гарантирует, что корень не посторонний.Учтите: возведение в квадрат никогда не даёт «новую истинную информацию» о знаках — оно может только добавить лишние решения, поэтому проверка на исходном уравнении обязательна.
Краткое резюме для нашего примера: оба метода приводят к одному истинному решению x = 79 − 10√55. Посторонний корень 79+10√5579 + 10√5579+10√55 появляется после квадрирования и отсекается требованием неотрицательности правой части или проверкой в исходном уравнении.
Рассмотрим уравнение
sqrtx+1x+1x+1 + sqrt2x−32x-32x−3 = 5
и проанализируем два «шаблона» решения и места, где могут появиться посторонние корни.
1) Начнём с области допустимых значений.
Радикалы требуют
x+1 ≥ 0 ⇒ x ≥ −1,
2x−3 ≥ 0 ⇒ x ≥ 3/2.
Итак, из начала работы имеем глобальную область: x ≥ 3/2.
2) Метод «подстановка»
Пусть a = sqrtx+1x+1x+1 ≥ 0, b = sqrt2x−32x−32x−3 ≥ 0. Тогда a+b = 5, причём a^2 = x+1, b^2 = 2x−3, т.е. b = sqrt2a2−52a^2−52a2−5 приэтомвыражениеподкорнемдолжнобыть≥0при этом выражение под корнем должно быть ≥0приэтомвыражениеподкорнемдолжнобыть≥0.
Из a+b=5 получаем b = 5−a. Но поскольку b ≥ 0, необходимо дополнительно требовать 5−a ≥ 0 ⇒ a ≤ 5. Далее возводим в квадрат:
b^2 = 5−a5−a5−a^2 ⇒ 2a^2−5 = 25 −10a + a^2 ⇒ a^2 +10a −30 = 0.
Решения: a = −5 ± √55. Из них допустимо только a = −5 + √55 ≈ 2.416 второеотрицательновторое отрицательновтороеотрицательно. Тогда
x = a^2 −1 = −5+√55−5+√55−5+√55^2 −1 = 79 − 10√55 ≈ 4.838.
Последний шаг — подстановка этого x в исходное уравнение: sqrtx+1x+1x+1+sqrt2x−32x−32x−3 = 5 проверяетсяпроверяетсяпроверяется, значит это корректное решение.
Где могли появиться посторонние корни в этом методе?
При переходе b = 5−a → b^2 = 5−a5−a5−a^2 мы потеряли условие знака b ≥ 0. Если бы мы не наложили условие 5−a ≥ 0, то получили бы дополнительный корень a = −5 − √55 отответаквадратичногоот ответа квадратичногоотответаквадратичного, который даёт b = 5−a > 0, но он не соответствует определению a = sqrt........., т.к. a было неотрицательно. Поэтому важно сохранять и проверять знаковые ограничения после подстановки.3) Метод «поэтапного возведения в квадрат»
Начнём напрямую:
sqrtx+1x+1x+1+sqrt2x−32x−32x−3=5.
Возводим в квадрат:
x+1 + 2x−3 + 2 sqrt(x+1)(2x−3)(x+1)(2x−3)(x+1)(2x−3) = 25
⇒ 3x −2 + 2 sqrt(x+1)(2x−3)(x+1)(2x−3)(x+1)(2x−3) = 25
⇒ 2 sqrt(x+1)(2x−3)(x+1)(2x−3)(x+1)(2x−3) = 27 − 3x
⇒ sqrt(x+1)(2x−3)(x+1)(2x−3)(x+1)(2x−3) = 27−3x27 − 3x27−3x/2.
Заметим: левая часть ≥ 0, значит обязательно 27−3x27 − 3x27−3x/2 ≥ 0 ⇒ x ≤ 9. С учётом предыдущего ограничения получаем 3/2 ≤ x ≤ 9.
Теперь возводим в квадрат ещё раз:
x+1x+1x+12x−32x−32x−3 = (27−3x)/2(27 − 3x)/2(27−3x)/2^2.
Решая это, получаем два корня: x = 79 ± 10√55 ≈ 4.838 и ≈ 153.162. Но из ограничения x ≤ 9 остаётся только x ≈ 4.838 = 79 − 10√55. Подстановка в исходное уравнение подтверждает, что он действительно работает; второй корень отсекается условием x ≤ 9 иприподстановкеневыполняетсяисходноеуравнениеи при подстановке не выполняется исходное уравнениеиприподстановкеневыполняетсяисходноеуравнение.
Где появились посторонние корни в этом методе?
При каждом возведении в квадрат теряется информация о знаке: уравнение f = g влечёт f^2 = g^2, но обратное не обязательно. Поэтому после возведения в квадрат появляются решения, при которых исходно могли выполняться f = −g. Чтобы не принимать такие решения, нужно:после каждого шага, где вы получили равенство вида sqrt......... = выражение, контролировать знак правой части онадолжнабыть≥0она должна быть ≥0онадолжнабыть≥0;в конце проверять все кандидаты в исходном уравнении.
4) Общее правило проверки допустимости решений для радикальных уравнений
Сначала составьте область допустимых значений всеподкоренныевыражения≥0идругиеочевидныеограничениявсе подкоренные выражения ≥ 0 и другие очевидные ограничениявсеподкоренныевыражения≥0идругиеочевидныеограничения.Если можно — изолируйте один радикал на одной стороне и только затем возводите в квадрат этоснижаетчислонеожиданныхвариантовэто снижает число неожиданных вариантовэтоснижаетчислонеожиданныхвариантов.После каждого возведения в квадрат:проверьте дополнительные логические условия например,еслиполучилиsqrt(...)=R,тоR≥0например, если получили sqrt(...) = R, то R ≥ 0например,еслиполучилиsqrt(...)=R,тоR≥0;запишите промежуточную область допустимых значений, которая может сузиться.По завершении решения обязательно подставьте все найденные кандидаты в исходное уравнение — только это гарантирует, что корень не посторонний.Учтите: возведение в квадрат никогда не даёт «новую истинную информацию» о знаках — оно может только добавить лишние решения, поэтому проверка на исходном уравнении обязательна.
Краткое резюме для нашего примера: оба метода приводят к одному истинному решению x = 79 − 10√55. Посторонний корень 79+10√5579 + 10√5579+10√55 появляется после квадрирования и отсекается требованием неотрицательности правой части или проверкой в исходном уравнении.