Решите уравнение |x - 1| + |2x + 3| = 7 и объясните, почему простой приём возведения в квадрат может привести к потере решений или появлению посторонних
Решение. Точки разбиения: x=1x=1x=1 и x=−32x=-\tfrac32x=−23. Рассмотрим три интервала. 1) x≤−32x\le -\tfrac32x≤−23. Тогда ∣x−1∣=1−x, ∣2x+3∣=−2x−3|x-1|=1-x,\ |2x+3|=-2x-3∣x−1∣=1−x,∣2x+3∣=−2x−3. Получаем 1−x−2x−3=−3x−2=7 ⟹ x=−3,
1-x-2x-3=-3x-2=7\implies x=-3, 1−x−2x−3=−3x−2=7⟹x=−3,
и x=−3x=-3x=−3 удовлетворяет условию x≤−32x\le -\tfrac32x≤−23. 2) −32<x≤1-\tfrac32<x\le 1−23<x≤1. Тогда ∣x−1∣=1−x, ∣2x+3∣=2x+3|x-1|=1-x,\ |2x+3|=2x+3∣x−1∣=1−x,∣2x+3∣=2x+3. Получаем 1−x+2x+3=x+4=7 ⟹ x=3,
1-x+2x+3=x+4=7\implies x=3, 1−x+2x+3=x+4=7⟹x=3,
но x=3∉(−32,1]x=3\notin(-\tfrac32,1]x=3∈/(−23,1], значит решений в этом интервале нет. 3) x>1x>1x>1. Тогда ∣x−1∣=x−1, ∣2x+3∣=2x+3|x-1|=x-1,\ |2x+3|=2x+3∣x−1∣=x−1,∣2x+3∣=2x+3. Получаем x−1+2x+3=3x+2=7 ⟹ x=53,
x-1+2x+3=3x+2=7\implies x=\tfrac{5}{3}, x−1+2x+3=3x+2=7⟹x=35,
и 53>1\tfrac{5}{3}>135>1, значит это решение годится. Итог: решения x=−3\displaystyle x=-3x=−3 и x=53\displaystyle x=\frac{5}{3}x=35. Почему возведение в квадрат опасно. В общем случае из A=BA=BA=B следует A2=B2A^2=B^2A2=B2, но обратное неверно: A2=B2A^2=B^2A2=B2 допускает и случай A=−BA=-BA=−B. При работе с модулем при возведении в квадрат при разложении появляется член 2∣a∣∣b∣2|a||b|2∣a∣∣b∣; если по невнимательности заменить его на 2ab2ab2ab, вы тем самым предполагаете, что ab≥0ab\ge0ab≥0 (т.е. числа имеют один знак). Это может привести к появлению посторонних решений или к потере тех, для которых знак другой. Поэтому после любых алгебраических преобразований с возведением в квадрат нужно проверять все полученные корни в исходном уравнении. Простой контрпример общего рода: x=−2\sqrt{x}=-2x=−2 при возведении в квадрат даст x=4x=4x=4, но в исходном уравнении нет решений.
1) x≤−32x\le -\tfrac32x≤−23 . Тогда ∣x−1∣=1−x, ∣2x+3∣=−2x−3|x-1|=1-x,\ |2x+3|=-2x-3∣x−1∣=1−x, ∣2x+3∣=−2x−3. Получаем
1−x−2x−3=−3x−2=7 ⟹ x=−3, 1-x-2x-3=-3x-2=7\implies x=-3,
1−x−2x−3=−3x−2=7⟹x=−3, и x=−3x=-3x=−3 удовлетворяет условию x≤−32x\le -\tfrac32x≤−23 .
2) −32<x≤1-\tfrac32<x\le 1−23 <x≤1. Тогда ∣x−1∣=1−x, ∣2x+3∣=2x+3|x-1|=1-x,\ |2x+3|=2x+3∣x−1∣=1−x, ∣2x+3∣=2x+3. Получаем
1−x+2x+3=x+4=7 ⟹ x=3, 1-x+2x+3=x+4=7\implies x=3,
1−x+2x+3=x+4=7⟹x=3, но x=3∉(−32,1]x=3\notin(-\tfrac32,1]x=3∈/(−23 ,1], значит решений в этом интервале нет.
3) x>1x>1x>1. Тогда ∣x−1∣=x−1, ∣2x+3∣=2x+3|x-1|=x-1,\ |2x+3|=2x+3∣x−1∣=x−1, ∣2x+3∣=2x+3. Получаем
x−1+2x+3=3x+2=7 ⟹ x=53, x-1+2x+3=3x+2=7\implies x=\tfrac{5}{3},
x−1+2x+3=3x+2=7⟹x=35 , и 53>1\tfrac{5}{3}>135 >1, значит это решение годится.
Итог: решения x=−3\displaystyle x=-3x=−3 и x=53\displaystyle x=\frac{5}{3}x=35 .
Почему возведение в квадрат опасно. В общем случае из A=BA=BA=B следует A2=B2A^2=B^2A2=B2, но обратное неверно: A2=B2A^2=B^2A2=B2 допускает и случай A=−BA=-BA=−B. При работе с модулем при возведении в квадрат при разложении появляется член 2∣a∣∣b∣2|a||b|2∣a∣∣b∣; если по невнимательности заменить его на 2ab2ab2ab, вы тем самым предполагаете, что ab≥0ab\ge0ab≥0 (т.е. числа имеют один знак). Это может привести к появлению посторонних решений или к потере тех, для которых знак другой. Поэтому после любых алгебраических преобразований с возведением в квадрат нужно проверять все полученные корни в исходном уравнении. Простой контрпример общего рода: x=−2\sqrt{x}=-2x =−2 при возведении в квадрат даст x=4x=4x=4, но в исходном уравнении нет решений.