Применение свойства ограниченности функций к решению уравнений и. Факультативное занятие «Применение свойства ограниченности функций

Применение свойств функций к решению уравнений и неравенств Работа посвящена одному из нестандартных методов решения уравнений и неравенств основанному на свойстве ограниченности функций, входящих в уравнение (неравенство). Предлагаемые мной задачи можно рассматривать на уроках, отведенных для подготовки учащихся к ЕГЭ (три-четыре урока), или использовать по одной – две задачи на уроке, также данный материал можно использовать на факультативном занятии (или на занятии элективного курса).

Применение свойства ограниченности при нахождение наибольшего и наименьшего значения функции, при нахождении области значений функции. 1.Укажите область значений функции: 2. Укажите область значений функции: 3.Укажите область значений функции: 4. Укажите наименьшее значение функции: у = 5.Укажите наименьшее значение функции: 6.Укажите область значений функции:. 7.Укажите наибольшее значение функции: на промежутке . 8.Найдите наибольшее значение функции:

Ограниченность функции. Функция называется ограниченной снизу, если все значения функции не меньше некоторого числа а, т.е. f(х) а. Функция называется ограниченной сверху, если все значения функции не больше некоторого числа А, т.е. f(х)А. Если функция ограничена и снизу и сверху, то она называется ограниченной. у у у у х х хх m M m M

Найти множество значений функции: Решение. Используя основное тригонометрическое тождество и формулу косинуса двойного угла, получаем, что Пусть t=sinx, -1 Тогда решение сводится к нахождению множества значений функции у= на отрезке [-1;1]. Графиком функции является парабола, ветви которой направлены вверх, вершина параболы (-1;-1), следовательно, на отрезке [-1;1] функция возрастает. Поэтому свое наименьшее значение принимает при t=-1,у=-1, а наибольшее значение при t=1, у=3. Ответ:E(y)=[-1;3]. =

Найти наибольшее и наименьшее значение функции на промежутке . Решение. Функция y принимает наибольшее значение, если знаменатель дроби принимает наименьшее значение. Рассмотрим знаменатель. Функции возрастающие, следовательно, их сумма – функция возрастающая, значит своё наименьшее значение она принимает на левом конце отрезка, при x=1, т.е. наименьшее значение равно 5. Следовательно, наибольшее значение исходной функции на равно 8. Ответ: 8.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВОЙСТВА ОГРАНИЧЕННОСТИ ФУНКЦИИ ДЛЯ НАХОЖДЕНИЯ ЕЁ НАИБОЛЬШЕГО ЗНАЧЕНИЯ Данная функция принимает наибольшее значение тогда и только тогда, когда наибольшее значение принимает функция, стоящая в показателе степени: Укажите наибольшее целое значение функции Преобразуем её: Так как то наибольшее значение функции равно 4. Следовательно, наибольшее значение исходной функции равно Ответ: Решение.

Применение свойства ограниченности функций к решению уравнений и неравенств МЕТОД МАЖОРАНТ (МЕТОД ОЦЕНКИ) Основная идея метода мажорант состоит в следующем: Пусть мы имеем уравнение f(x)=g(x) и существует такое число М, что для любого х из области определения f(x) и g(x) имеем f(x) M и g(x) M. Тогда уравнение f(x)=g(x) равносильно системе

Решить уравнения

Решить уравнение Решение: Решение: Оценим обе части уравнения. При всех значениях х верны неравенства Следовательно, данное уравнение равносильно системе: При х = 0 второе уравнение обращается в верное равенство, значит, х = 0 корень уравнения. Ответ: х = 0.

Решить уравнение. Решение. Рассмотрим функцию. Найдём координаты вершины параболы. x 0 = 7, y 0 = 25. ветви направлены вверх, следовательно наименьшее значение функции равно 25. Так как f(x) 25, то. Очевидно, 1. Значит исходное уравнение имеет корни при условии, что второе слагаемое равно 1, а первое равно 0. x-7=0, x=7 При x=7 второе слагаемое равно 1. Таким образом x=7 корень уравнения.

Решить уравнение Решение. Корень уравнения легко угадать – это x = 1. Но доказать его единственность из соображений монотонности не удается, потому что ни левая, ни правая части уравнения не являются монотонными функциями. Здесь используется другая идея. Преобразуем уравнение: Наибольшее значение правой части полученного уравнения равно 1 и принимается в точке x = 1. Выражение под логарифмом равно при x > 0. Поэтому левая часть достигает при x = 1 своего наименьшего значения, которое также равно 1. Вывод: равенство выполняется тогда и только тогда, когда обе части одновременно равны 1, т. е. при x = 1. 0. Поэтому левая часть достигает при x = 1 своего наименьшего значения, которое также равно 1. Вывод: равенство выполняется тогда и только тогда, когда обе части одновременно равны 1, т. е. при x = 1.">

Проверим справедливость первого равенства, подставив эти корни. При Решите уравнение Решение. Для решения уравнения оценим его части: Поэтому равенство возможно только при условии: Сначала решим второе уравнение: Корни этого уравнения и получаем: (верное равенство). Итак, данное уравнение имеет единственный корень х = 0. Ответ: 0. При х = -1 имеем: (не верное равенство). cos() [-1;1] cos 2 () . сумма единицы и неотрицательного числа.

Решить уравнение. Решение. (сумма двух взаимно обратных чисел). Следовательно, функция Принимает в силу непрерывности все значения из промежутка . Оценим функцию. График – парабола, ветви вверх, наименьшее значение равно 3. значит h(y) принимает наибольшее, равное 3. следовательно исходное уравнение равносильно системе.

(так как:). Решить уравнение Так как -то левая часть уравнения Для правой части (в силу неравенства для суммы двух взаимно обратных чисел) выполнено Поэтому уравнение имеет решения, если и только если одновременно выполнены два условия Решая последнюю систему, получаем принимает значение от 0,5 до 2 Ответ: Решение. Оценим обе части уравнения.

Найдите все значения параметра а при каждом из которых неравенство имеет решение. Оценим обе части неравенства. Для этого преобразуем правую часть неравенства, выделив полный квадрат Квадратичная функция принимает наименьшее значение в вершине, оно равно 4 и достигается при, то есть при а=-6/7. Множество значений левой части неравенства составляет промежуток, следовательно, наибольшее значение равно 4. Значит, неравенство выполняется в случае равенства обоих частей, и только в том случае если а=-6/7. Ответ: а=-6/7..

Найти все значения параметра а, при каждом из которых уравнение имеет решения. Найдите эти решения. Решение. Перепишем уравнение в виде При всех значениях х выражение, поэтому. При всех значениях х выражение и. Поэтому. Следовательно, левая часть уравнения не меньше 4, а правая часть – не больше 4. Получаем систему Ответ: х=5/7 при а=-4/9.

Найдите все значения параметра Р при которых уравнение не имеет корней. Используя формулу косинуса двойного угла, преобразуем выражение Уравнение не будет иметь корни, если Р не будет принадлежать области значений левой части уравнения. Рассмотрим функцию f(x)=, оценим её. Так как Поэтому Функция f(x) непрерывна и принимает все свои значения: sinx=0, f(x)=-9, а если sinx=1, то f(x)=17,т.е. E(f)=[-9;17].Исключаем этот отрезок из числовой прямой и получаем ответ. Ответ:

Подготовил и провел учитель математики

МКОУ «СОШ №1» г. Поворино

Воронежской области

Карташова С. А.

2014г.

Тема урока: «Решение уравнений нестандартными методами, используя свойства функций»

Форма урока – лекция с последующим закреплением. Рассчитан на 2 урока

(Слайд №1)

Цели урока:

Повторить и обобщить знания по теме: «Свойства функций»

Научить применять функциональный метод решения уравнений

Развивать логическое мышление, наблюдательность

Воспитывать активность, творческую инициативу.

(слайд№2)

Оборудование: интерактивная доска, компьютер с презентацией.

План урока:

Организационный момент.

Мотивация учебной деятельности (сообщение темы, целей урока).

Актуализация опорных знаний (повторение свойств основных функций).

Изучение нового материала (функциональный метод решения уравнений).

Закрепление знаний (решение упражнений).

Подведение итогов. Оценки.

Ход урока.

Учитель:

Для решения большинства уравнений, встречающихся на экзаменах, достаточно владеть школьным курсом математики, но при этом необходимо уметь решать не только с помощью стандартных приемов, предназначенных для вполне определенных типов уравнений, но и «нестандартными» методами, о которых мы и поговорим сегодня на уроке. Одним из таких методов решения уравнений является функциональный, основанный на использовании свойств функций. В отличие от графического метода, знание свойств функций позволяет находить точные корни уравнения, при этом не требуется построения графиков функций. Использование свойств функций способствует рационализации решения уравнений.

(слайд№3)

Ответим на вопросы:

Что называется уравнением?

Что называется корнем уравнения?

Что значит решить уравнение?

Что называется функцией?

Что называется областью определения функции?

Что называется областью значений функции?

(слайд №4)

Рассмотрим (слайд №5)

ПРИМЕР 1. Решите уравнение:

Решение: ОДЗ:

Ответ: решений нет.

(слайд №6)

ПРИМЕР 2. Решите уравнение:

Решение: ОДЗ:

ОДЗ состоит из одной точки х=1. Остается проверить, является ли х=1 корнем уравнения. Подставив, видим, что х=1 – корень уравнения.

Ответ: х=1.

Учитель:

Иногда оказывается достаточным рассмотреть не всю область определения функции, а лишь ее подмножество, на котором функция принимает значения, удовлетворяющие некоторым условиям (например, только неотрицательные значения)

(слайд № 7 )

ПРИМЕР 3.

Решение. Найдем пересечение областей определения функций в правой и левой частях уравнения:

D 1

Ограничим множество D , учитывая, что левая часть уравнения неотрицательна, и, значит, такой же должна быть правая частью Для этого нужно рассмотреть пересечение множества D с множеством решений неравенства , то есть с множеством . Следовательно, достаточно рассмотреть уравнение на множестве .

Подстановкой убеждаемся, что оба элемента служат решением уравнения.

Ответ: -3; 2.

(слайд № 8 )

ПРИМЕР 4.

Решение.

С учетом того, что корнем уравнения является х=4.

Ответ: 4.

Учитель:

Перейдем к решению уравнений с использованием понятия области значений функции.

(слайд №9-№10)

(слайд №11)

ПРИМЕР 1.

Решение. Так как , то уравнение не имеет решения.

Ответ: нет решений.

ПРИМЕР 2.

Решение. ОДЗ:

Ответ: нет решений.

Учитель:

Если функция f ( x ) на промежутке Х ограничена сверху, а функция g ( x ) ограничена снизу, то уравнение f ( x ) = g ( x ) равносильно системе

(слайд №12)

ПРИМЕР 3.

Решение. По определению,

Равенство достигается, если

Решим первое уравнение системы:

arccos (x-1) =π, x-1 = -1, x=0.

При х=0 второе уравнение обращается в верное числовое равенство.

Следовательно, решением системы и данного уравнения является х=0.

Ответ: 0.

(слайд №13-14)

ПРИМЕР 4.

Решение.

Найдем максимум этой функции на промежутке (2;4) с помощью производной.

= 0,

g’ + -

g 2 3 4 x

Max

g(3)=2. Имеем

Тогда данное уравнение равносильно системе

Решив первое уравнение системы, получим х=3, проверкой, подставив во второе уравнение убедимся, что х=3 – решение системы и данного уравнения.

Ответ: 3.

(слайд №15)

Учитель:

Этот метод часто встречается на ЕГЭ по математике. Данный метод заключается в том, что одна часть уравнения ограничена сверху неким числом М, а другая часть уравнения ограничена снизу этим же числом М. Число М принято называть мажорантой , а этот метод - методом мажорант . В методе мажорант, как вы уже догадались надо хорошо понимать, что такое функция, уметь исследовать свойства функций.

(слайд №16)

Упражнения для закрепления, выработка умений и навыков.

Класс делится на 2 группы по вариантам.

1 вариант.

Докажите, что уравнение не имеет корней.

Решить уравнения: Ответ:2,6.

Ответ: 2.

Учитель:

Мы сегодня рассмотрели нестандартный метод решения уравнений, используя свойства функций, который применим и для решений неравенств, но об этом мы поговорим на нескольких последующих занятиях.

Подведение итогов, оценки.

(слайд №17)

Домашнее задание:

Факультативное занятие «Применение свойства ограниченности функций»

Материал, связанный с уравнениями и неравенствами составляет значительную часть школьного курса математики, но временные рамки урока не позволяют рассмотреть все вопросы.

Кроме того, обязательным минимумом содержания обучения математике, заданным государственным стандартом для основной школы, определен учебный материал для обязательного рассмотрения, но не для обязательного усвоения (например, нестандартные методы решения уравнений и неравенств, методы решения уравнений и неравенств с параметром и т. д.).

Ввиду важности и обширности материала, связанного с понятиями уравнений и неравенств, их изучение в современной методике математики организовано в содержательно-методическую линию – линию уравнений и неравенств. Существует три основных направления развертывания данной линии в школьном курсе математики.

Прикладная направленность линии уравнений и неравенств раскрывается главным образом при изучении алгебраического метода решения текстовых задач. Уравнения и неравенства являются основной частью математических средств, используемых при решении текстовых задач.

Теоретико-математическая направленность раскрывается в двух аспектах: в изучении наиболее важных классов уравнений, неравенств и их систем, и в изучении обобщенных понятий и методов относящихся к линии в целом.

Линия уравнений и неравенств также тесно связана с функциональной линией. С одной стороны – применение методов, разрабатываемых в линии уравнений и неравенств, к исследованию функции. С другой стороны, функциональная линия оказывает существенное влияние как на содержание линии уравнений и неравенств, так и на стиль ее изучения. В частности, функциональные представления служат основой привлечения графической наглядности к решению и исследованию уравнений, неравенств.

В курсе алгебры, изучаемом нами под редакцией Мордковича, функционально-графическая линия выбрана приоритетной. Весь материал строится по жесткой схеме:функция-уравнения-преобразования.

В ЕГЭ достаточно часто встречаются задания, решаемые с помощью применения свойств функций. Поэтому целесообразно этот материал вынести на курсы по выбору. Но все-таки я предпочитаю некоторые такие задания рассматривать на уроках, начиная с 9 класса .

Применение свойств функций при решении уравнений и неравенств

Использование свойства ограниченности.

Использование области определения функции.

Использование монотонности функций при решении уравнений и неравенств.

Использование понятия области изменения функции.

- Использование свойств четности или нечетности и периодичности функций.

СЛАЙД 2.

Мое выступление появящено лишь одному из нестандартных методов решения уравнений и неравенств основанному на свойстве ограниченности функций, входящих в уравнение (неравенство). Предлагаемые мной задачи можно рассматривать на уроках, отведенных для подготовки учащихся к ЕГЭ (три-четыре урока), или использовать по одной – две задачи на уроке, также данный материал можно использовать на факультативном занятии (или на занятии элективного курса).

Уже в 9 классе при изучении свойства ограниченности обращаю внимание на важность этого свойства и возможность его использования при

Нахождение наименьшего и наибольшего значения функции;

Нахождении множества значений функции.

СЛАЙД3.

Рассматриваются решения некоторых заданий. Предварительно следует повторить основные определени. СЛАЙД 4.

На СЛАЙДАХ 5-9 рассматриваются задания на нахождение наименьшего или наибольшего значений функции.

СЛАЙД 10.

Применение свойства ограниченности функций к решению уравнений и неравенств.

1. МЕТОД МАЖОРАНТ (МЕТОД ОЦЕНКИ)

Основная идея метода мажорант состоит в следующем:

Пусть мы имеем уравнение и существует такое число М , что для любого х из области определения https://pandia.ru/text/78/376/images/image003_26.gif" width="160" height="23">. Тогда уравнение равносильно системе https://pandia.ru/text/78/376/images/image005_16.gif" width="96" height="35 src=">.

Решение. Оценим обе части уравнения .

При всех значениях х верны неравенства https://pandia.ru/text/78/376/images/image007_10.gif" width="188" height="59 src=">.

Полученная система не имеет решений, так как https://pandia.ru/text/78/376/images/image009_6.gif" width="20" height="20">

Пример 1.2 ..gif" width="157" height="20">.gif" width="75" height="51 src=">.

Решением первого уравнения системы являются значения https://pandia.ru/text/78/376/images/image014_3.gif" width="201" height="48 src=">.

Следовательно, решение системы.

Ответ: .

Пример 1.3. Решить неравенство https://pandia.ru/text/78/376/images/image016_0.gif" width="56" height="19">.gif" width="84" height="21">.gif" width="156 height=61" height="61">.

Обратная замена: х + 1 = 0 .

Ответ: - 1.

Пример 1.4. Найти все значения параметра а , при каждом из которых уравнение имеет решения. Найдите эти решения.

Решение.

Перепишем уравнение в виде . При всех значениях х выражение поэтому https://pandia.ru/text/78/376/images/image026_0.gif" width="87" height="19 src="> и ..gif" width="405" height="91">

Ответ: https://pandia.ru/text/78/376/images/image031_0.gif" width="51" height="41 src=">

2. «ВСТРЕЧА НА КРАЮ»

Разновидностью метода мажорант являются задачи («встреча на краю ») в которых множества значений левой и правой частей уравнения или неравенства имеют единственную общую точку, являющуюся наибольшим значением для одной части и наименьшим для другой.

Как начинать решать такие задачи? Прежде всего – привести заданные уравнения или неравенства к более простому виду: путем разложения на множители, избавлением от модулей, логарифмов и т. д. Затем необходимо ещё раз внимательно прочитать задание, попробовать нарисовать графический образ функций входящих в задачу.

Пример 2.1. Решить уравнение .

Решение . Корень уравнения легко угадать – это x = 1. Но доказать его единственность из соображений монотонности не удается, потому что ни левая, ни правая части уравнения не являются монотонными функциями. Здесь используется другая идея..gif" width="191" height="51">. Наибольшее значение правой части полученного уравнения равно 1 и принимается в точке x = 1..gif" width="185" height="52 src=">). Поэтому левая часть достигает при x = 1 своего наименьшего значения, которое также равно 1. Вывод: равенство выполняется тогда и только тогда, когда обе части одновременно равны 1, т. е. при x = 1.

Пример 2.2. Решить уравнение .

1 способ.

Решение: Заметим, что левая часть уравнения не превосходит единицы, в то время как правая часть не меньше единицы. Следовательно, исходное уравнение имеет решение, только если обе его части равны единицы. Это возможно только при .

Ответ: .

2 способ. Данное уравнение можно решить графически. Для этого построим в одной системе координат графики правой и левой частей уравнения, т. е график функции и график функции https://pandia.ru/text/78/376/images/image008_7.gif" width="37" height="19">.

Ответ: .

Пример 2. 3. Решить уравнение https://pandia.ru/text/78/376/images/image042_0.gif" width="301" height="35 src=">

то данное уравнение выполняется только в том случае, если выполняется система . Первое уравнение системы имеет единственный корень х = 1, но этот корень не удовлетворяет второму уравнению. Поэтому система решений не имеет.

Ответ : Æ

Пример 2. 4. Решить уравнение https://pandia.ru/text/78/376/images/image045_0.gif" width="105" height="21">, то левая часть уравнения принимает значение от до 2..gif" width="137" height="53">..gif" width="217" height="24"> имеет решение.

Решение.

Оценим обе части неравенства. Для этого преобразуем правую часть неравенства, выделив полный квадрат ..gif" width="71" height="19">.gif" width="121" height="24 src=">.gif" width="51" height="41">(то есть происходит «встреча на краю»).

Ответ :

Пример 2.6. Найдите все значения параметра а при которых уравнение

Раздел I. Математика и физика

УДК 372.8 ББК 74.262.21

Н.Е. Ляхова, А.И. Гришина, И.В. Яковенко

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОГРАНИЧЕННОСТИ ФУНКЦИЙ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ МАТЕМАТИКИ

Аннотация. В статье представлена методика изучения метода решения «нестандартных» уравнений элементарной математики с использованием ограниченности функций.

Ключевые слова: решение уравнений, использование ограниченности функции.

N.E. Lyakhova, A.I Grishina, I.V. Yakovenko

USE OF LIMITATION OF FUNCTIONS IN THE SCHOOL COURSE OF MATHEMATICS

Abstract. The paper presents a methodology for studying the method for solving the "nonstandard" equations of elementary mathematics with limited functions. Key words: solution of equations, using a limited function.

Ограниченность функций позволяет решать многие нестандартные уравнения и неравенства, одновременно содержащие разнообразные функции, что не позволяет применить к ним стандартные методы решения задачи определенного типа. На использовании ограниченности функций построены такие методы решения уравнений и неравенств, как метод мини-максов и его следствия. Название метода - метод мини-максов - возможно, спорное, но оно позволяет быстро вспомнить суть метода и служит для ученика опорным знаком. Отметим, что изучение этого метода полезно для выпускника школы как с точки зрения расширения его возможностей по решению «нестандартных» задач, так и с точки зрения формирования навыков исследования функции (в особенности методами элементарной математики). И то и другое важно для подготовки выпускника к ЕГЭ по математике, так как контрольно - измерительные материалы традиционно содержат подобные задания, в то время как в школьных учебниках они представлены явно недостаточно либо не представлены совсем.

Суть метода мини-максов заключается в следующем утверждении.

Утверждение 1. Если на области определения X уравнения

а функция

то данное уравнение равносильно системе

f (*) = а g(*) = а "

Действительно, при указанных условиях равенство

возможно тогда и только тогда, когда функции f (*) и g (*) при одном и том же значении * принимают значение а. При этом число а будет являться для функций f (*) и g (*) соответственно наибольшим и наименьшим значениями на множестве X. Заметим, что в случае, если хотя бы одна из функций f (*) или g (*) на множестве X не принимает значение а, то уравнение

не имеет корней. Но в этом случае система также не имеет решений и, следовательно, равносильность уравнения и системы не нарушается. Поэтому при получении необходимых оценок нет необходимости устанавливать, что а является на множестве X наибольшим значением функции f(*) и наименьшим значением функции g(*) .

Используя утверждение 1 и свойства числовых неравенств, нетрудно доказать еще два утверждения, которые являются следствиями метода мини-максов.

Утверждение 2. Пусть множество X - пересечение областей определения функций f (х) и g (х), и на этом множестве имеют место неравенства

тогда неравенство

f (х) + g (х) > а + Ь,

равносильно уравнению

f (х) + g (х) = а + Ь, которое, в свою очередь, равносильно системе:

/ (х) = а, ё (х) = Ь.

Утверждение 3. Пусть множество X - пересечение областей определения функций f (х) и ё (х), и на этом множестве имеют место неравенства

0 < f (х) < а

ё (х) < Ь, где а > 0 , Ь > 0

тогда неравенство

f (х) ё (х) > а Ь

будет равносильно уравнению

f (х) ё (х) = а Ь, которое, в свою очередь, равносильно системе

/ (х) = а, ё(х) = Ь.

Как видно из формулировок утверждений, для реализации метода мини-максов (или его следствий) необходимо производить оценки функций, входящих в уравнения или неравенства. Фактически оценка функций является основным действием при реализации метода. Поэтому и обучение методу необходимо построить на выработке навыков оценки различных функций. На наш взгляд наиболее актуальными для школьников будут следующие приемы такой оценки.

1. Простейший прием - оценка функции вида f (х) = А ± а(х), где а(х) - некоторая неотрицательная функция.

5. Оценка сложной функции.

Остановимся подробнее на каждом приеме, проиллюстрируем его на примерах и приведем набор тренировочных упражнений для выработки навыков решения уравнений с использованием этого приема.

1. Простейший прием оценки функции. Пусть а(х) - некоторая неотрицательная функция, тогда:

Если f (х) = А + а(х), то f (х) > А;

Если f (х) = А - а(х), то f (х) < А.

Первый прием мы назвали простейшим, так как оценка в этом случае практически очевидна при условии, что ученику известен набор неотрицательных функций: 24х, х2", х~2", ха (гдеаеЩ-), |х|, |х| -х, arccosх, агс^х, ах и др. Кроме того, неотрицательные значения будут принимать сложные функции, являющиеся результатом композиции функций, если последняя функция композиции неотрицательна. Таким образом, список неотрицательных функций можно

обобщить: 2^и(х) , (ы(х))2" , (м(х))-2я,агеео8и(х), агссгёи(х), |и(х)|, |и(х) -и(х) , а"(х), (и(х))а (гдеае к).

Приведем примеры на использование метода мини-максов, при решении которых применяется рассмотренный прием оценки.

Пример 1. Решить уравнение 2 + |х(х -1)| = 2 - ^(х -1)(х + 2) . Решение. Функции

/ (х) = |х(х -1)|, Я (х) = 7 (х -1)(х + 2)

неотрицательны. Следовательно, имеет место следующая оценка левой и правой частей уравнения

2 + | х(х -1)| > 2,

2-у/(х-1)(х + 2) < 2 "

Тогда, согласно утверждению 1, исходное уравнение равносильно системе

Тогда:

Если функция f (u) возрастает на отрезке то имеет место неравенство

f (a) < f (u(x)) < f (b);

Если функция f (u) убывает на отрезке , то имеет место неравенство

f (b) < f (u(x)) < f (a) .

Пример 7. Решить уравнение log2 (x2 - 6x+11) = cos((x - 3) sin x).

Решение. Выделяя полный квадрат в квадратном трехчлене, стоящем под знаком логарифма, получим уравнение

log2 (2+(x - 3)2) = cos((x - 3) sin x). Оценим функции, стоящие в левой и правой частях этого уравнения.

f (x) = log2 (2+(x - 3)2) > 1. Действительно, 2 + (x - 3)2 > 2, функция log2 u возрастает, следовательно,

log2 (2+(x - 3)2) > log2 2 = 1. Функция u2 -монотонновозрастаетна ; б) f (х) ≥ g (x) в том и только в том случае, когда х ϵ [х 0 ; +∞). Наглядный смысл этого утверждения очевиден Утверждение 3. Если функция у = f (х) монотонно возрастает на всей числовой прямой, функция у = g (x) монотонно убывает на всей числовой прямой и f (х 0) = g (x 0), то справедливы следующие утвер­ждения:

Решить неравенство Решение. Функция f (х) = монотонно возрастает на всей числовой прямой, а функция g (x) = монотонно убывает на всей области определения. Поэтому неравен­ство f (х) > g (x) выполняется, если х > 2. Добавим область определения неравенства. Таким образом, получим систему Ответ: (2; 5).

Утверждение 4. Если функция у = f (х) монотонно возрастает, то уравнения f (х)=х и f (f (х))=х имеют одно и то же множество кор­ней, независимо от количество вложений. Следствие. Если n - натуральное число, а функция у = f (х) моно­тонно возрастает, то уравнения f (х)=х и n раз имеют одно и то же множество корней.

Решить уравнение. Ответ: Решение. П ри x ≥1 правая часть уравнения не меньше 1, а левая часть меньше 1. Следовательно, если уравнение имеет корни, то любой из них меньше 1. При x ≤0 правая часть уравнения неположительная, а левая часть положитель­на, в силу того что. Таким образом, любой корень данного уравнения принадлежит интервалу (0; 1) Умножив обе части данного уравнения на х, и разделив на x числитель и знаменатель левой части, получим

Откуда = . Обозначив через t , где t 0, получим уравнение = t . Рассмотрим возрастающую на своей области определения функцию f (t)= 1+ . Полученное уравнение можно записать в виде f (f (f (f (t))))= t , и по следствию утверждения 4 оно имеет то же множество решений, что и уравнение f (t)= t , т.е. уравнение 1 + = t , откуда. Единственным положительным корнем этого квадратного относительно уравнение является. Значит, откуда, т.е. , или. Ответ:

Утверждение 1. Если max f (x) = с и min g (x) = с, то уравнение f (x)= g (x) имеет то же множество решений, что и система Ограниченность Максимальное значение левой части равно 1 и минимальное значение правой части 1 , значит, решение уравнения сводиться к системе уравнений: , из второго уравнения находим возможный претендент x=0 , и убеждаемся, что он является решением и первого уравнения. Ответ: x=1 .

Решить уравнение Решение. Так как sin3x≤1 и cos4x≤1, левая часть данного уравнения не превосходит 7. Равной 7 она может быть в том и только том случае, если откуда где k , n ϵ Z . Остается установить, существуют ли такие целые k и n , при которых последняя система имеет решения. Ответ: Z

В задачах с неизвестными x и параметром a под областью определения понимают множество всех упорядоченных пар чисел (x ; a) , каждая из которых такова, что после подстановки соответствующих значений x и a во все входящие в задачу соотношения они будут определены. Пример 1. При каждом значение параметра a решите неравенство Решение. Найдем область определения этого неравенства. Из которых видно, что система Не имеет решений. Значит, область определения неравенства не содержит никаких пар чисел x и a , а поэтому неравенство не имеет решений. Область определения Ответ:

Инвариантность, т.е. неизменность уравнения или неравенства относительно замены переменной каким-либо алгебраическим выражением от этой переменной. Простейшим примером инвариантности является четность: если – четная функция, то уравнение инвариантно относительно замены x и – x , поскольку = 0. Инвариантность

Найти корни уравнения. Решение. Заметим, что пара инварианта относительно замене. Заменив в равенстве, получим. Умножив обе части данного равенства на 2 и вычтя из полученного равенства почленно равенство, находим 3 , откуда. Теперь осталось решить уравнение, откуда Корнями уравнения являются числа. Ответ: .

Найти все значения a , для каждого из которых уравнение имеет более трех различных решений. Решение задач с параметром Свойство монотонности

|x|= положительно X= |x|= Для существования двух корней числитель должен быть положителен. Поэтому При корни первого и второго уравнения совпадают, что не отвечает требованию условия: наличие более трех корней. Ответ: .

Найти все значения a , при каждом из которых уравнение имеет два корня. Преобразуем уравнение к виду И рассмотрим функцию f(x)= определенную и непрерывную на всей числовой прямой. График этой функции представляет собой ломаную, состоящую из отрезков прямых и лучей, каждое звено которой является частью прямой вида y= kt+l . f(x)= При любом раскрытие модуля первого выражения k не превосходит 8, поэтому возрастание и убывание функции f(x) будет зависеть от раскрытия второго модуля. При x f(x) будет убывать, а при x возрастать. То есть, при x=3 функция будет принимать наибольшее значение. Для того чтобы уравнение имело два корня, необходимо, чтобы f(3) Свойство монотонности

f(3)=12- |9-| 3+a || | 9-| 3+a || 9- | 3+a | - | 3+a | | 3+a | | 3+a | 3+a a Ответ: a

Найти все значения параметра а, при каждом из кото­рых для любого действительного значения х выполнено неравенство Перепишем неравенство в виде, введем новую переменную t = и рассмотрим функцию f (t) = , опреде­ленную и непрерывную на всей числовой прямой. График этой функ­ции представляет собой ломаную, состоящую из отрезков прямых и лучей, каждое звено которой является частью прямой вида, где к

Так как, то t ϵ [-1; 1]. В силу монотонного убывания функции у = f (t) достаточно проверить левый край данного отрезка. З. А истинным является Значит, что возможно, только если числа и и v одного знака либо какое-нибудь из них равно нулю. , = () () 0. Разложив квадрат­ные трехчлены на множители, получим неравенство (, из которого находим, что а ϵ (-∞; -1] U {2} U [ 4; +∞). Ответ: (-∞; - 1] U {2} U }