Квадратное уравнение или уравнение второй степени с одним неизвестным - это уравнение, которое после преобразований может быть приведено к следующему виду:

ax 2 + bx + c = 0 - квадратное уравнение

где x - это неизвестное, а a , b и c - коэффициенты уравнения. В квадратных уравнениях a называется первым коэффициентом (a ≠ 0), b называется вторым коэффициентом, а c называется известным или свободным членом.

Уравнение:

ax 2 + bx + c = 0

называется полным квадратным уравнением. Если один из коэффициентов b или c равен нулю, или нулю равны оба эти коэффициента, то уравнение представляют в виде неполного квадратного уравнения .

Приведённое квадратное уравнение

Полное квадратное уравнение можно привести к более удобному виду, разделив все его члены на a , то есть на первый коэффициент:

Уравнение x 2 + px + q = 0 называется приведённым квадратным уравнением. Следовательно, любое квадратное уравнение, в котором первый коэффициент равен 1, можно назвать приведённым.

Например, уравнение:

x 2 + 10x - 5 = 0

является приведённым, а уравнение:

3x 2 + 9x - 12 = 0

можно заменить приведённым уравнением, разделив все его члены на -3:

x 2 - 3x + 4 = 0

Решение квадратных уравнений

Чтобы решить квадратное уравнение, надо привести его к одному из следующих видов:

ax 2 + bx + c = 0

ax 2 + 2kx + c = 0

x 2 + px + q = 0

Для каждого вида уравнения есть своя формула нахождения корней:

Обратите внимание на уравнение:

ax 2 + 2kx + c = 0

это преобразованное уравнение ax 2 + bx + c = 0, в котором коэффициент b - четный, что позволяет его заменить на вид 2k . Поэтому формулу нахождения корней для этого уравнения можно упростить, подставив в неё 2k вместо b :

Пример 1. Решить уравнение:

3x 2 + 7x + 2 = 0

Так как в уравнении второй коэффициент не является чётным числом, а первый коэффициент не равен единице, то искать корни будем по самой первой формуле, называемой общей формулой нахождения корней квадратного уравнения. Сначала

a = 3, b = 7, c = 2

Теперь, для нахождения корней уравнения, просто подставим значения коэффициентов в формулу:

x 1 =	-2	= -	1	, x 2 =	-12	= -2
	6		3		6

Ответ: -	1	, -2.
	3

Пример 2:

x 2 - 4x - 60 = 0

Определим, чему равны коэффициенты:

a = 1, b = -4, c = -60

Так как в уравнении второй коэффициент - чётное число, то будем использовать формулу для квадратных уравнений с чётным вторым коэффициентом:

x 1 = 2 + 8 = 10, x 2 = 2 - 8 = -6

Ответ: 10, -6.

Пример 3.

y 2 + 11y = y - 25

Приведём уравнение к общему виду:

y 2 + 11y = y - 25

y 2 + 11y - y + 25 = 0

y 2 + 10y + 25 = 0

Определим, чему равны коэффициенты:

a = 1, p = 10, q = 25

Так как первый коэффициент равен 1, то будем искать корни по формуле для приведённых уравнений с чётным вторым коэффициентом:

Ответ: -5.

Пример 4.

x 2 - 7x + 6 = 0

Определим, чему равны коэффициенты:

a = 1, p = -7, q = 6

Так как первый коэффициент равен 1, то будем искать корни по формуле для приведённых уравнений с нечётным вторым коэффициентом:

x 1 = (7 + 5) : 2 = 6, x 2 = (7 - 5) : 2 = 1

Есть несколько классов уравнений, которые решаются приведением их к квадратным уравнениям. Одним из таких уравнений являются биквадратные уравнения.

Биквадратные уравнения

Биквадратные уравнения - это уравнения вида a*x^4 + b*x^2 + c = 0, где a не равно 0.

Биквадратные уравнения решаются с помощью подстановки x^2 =t. После такой подстановки, получим квадратное уравнении относительно t. a*t^2+b*t+c=0. Решаем полученное уравнение, имеем в общем случае t1 и t2. Если на этом этапе получился отрицательный корень, его можно исключить из решения, так как мы брали t=x^2, а квадрат любого числа есть число положительное.

Возвращаясь к исходным переменным, имеем x^2 =t1, x^2=t2.

х1,2 = ±√(t1), x3,4=±√(t2).

Разберем небольшой пример:

9*x^4+5*x^2 - 4 = 0.

Введем замену t=x^2. Тогда исходное уравнение примет следующий вид:

9*t^2+5*t-4=0.

Решаем это квадратное уравнение любым из известных способов, находим:

t1=4/9, t2=-1.

Корень -1 не подходит, так как уравнение x^2 = -1 не имеет смысла.

Остается второй корень 4/9. Переходя к исходным переменным имеем следующее уравнение:

x^2 = 4/9.

x1=-2/3, x2=2/3.

Это и будет решением уравнения.

Ответ: x1=-2/3, x2=2/3.

Еще один из видов уравнений, приводимых к квадратным, являются дробные рациональные уравнения. Рациональные уравнения - это уравнения у которых левая и правые части являются рациональными выражениями. Если в рациональном уравнении левая или правая части будут являться дробными выражениями, то такое рациональное уравнение называется дробным.

Схема решения дробного рационального уравнения

Общая схема решения дробного рационального уравнения.

1. Найти общий знаменатель всех дробей, которые входят в уравнение.

2. Умножить обе части уравнения на общий знаменатель.

3. Решить полученное целое уравнение.

4. Произвести проверку корней, и исключить те из них, которые обращают в нуль общий знаменатель.

Рассмотрим пример:

Решить дробное рациональное уравнение: (x-3)/(x-5) + 1/x = (x+5)/(x*(x-5)).

Будем придерживаться общей схемы. Найдем сначала общий знаменатель всех дробей.

Получим x*(x-5).

Умножим каждую дробь на общий знаменатель и запишем полученное целое уравнение.

x*(x+3) + (x-5) = (x+5);

Упростим полученное уравнение. Получим,

x^2+3*x + x-5 - x - 5 =0;

x^2+3*x-10=0;

Получили простое приведенное квадратное уравнение. Решаем его любым из известных способов, получаем корни x=-2 и x=5. Теперь производим проверку полученных решений. Подставляем числа -2 и 5 в общий знаменатель.

При х=-2 общий знаменатель x*(x-5) не обращается в нуль, -2*(-2-5)=14. Значит число -2 буде являться корнем исходного дробного рационального уравнения.

При х=5 общий знаменатель x*(x-5) становится равным нулю. Следовательно, это число не является корнем исходного дробного рационального уравнения, так как там будет деление на нуль.

Ответ: х=-2.

Общая теория решения задач при помощи уравнений

Перед тем, как перейти к конкретным видам задач приведем сначала общую теорию для разрешения различных задач с помощью уравнений. Прежде всего к уравнениям сводят задачи в таких дисциплинах как экономика, геометрия, физика и многих других. Общий порядок для решения задач при помощи уравнений заключается в следующем:

• Все искомые нами величины из условия задачи, а также какие либо вспомогательные обозначаются удобными для нас переменными. Чаще всего этими переменными выступают последние буквы латинского алфавита.
• Используя данные в задачи числовые значения, а также словесные соотношения составляется одно или несколько уравнений (в зависимости от условия задачи).
• Разрешают полученное уравнение или их систему и выкидывают «не логичные» решения. К примеру, если надо найти площадь, то отрицательное число, очевидно, будет посторонним корнем.
• Получаем окончательный ответ.

Пример задачи в алгебре

Здесь мы приведем пример задачи, сводящейся к квадратному уравнению без опоры на какую-либо конкретную область.

Пример 1

Найдите два таких иррациональных числа при сложении квадратов которых будет получаться пятерка, а при их обычном сложении друг с другом тройка.

Обозначим эти числа буквами $x$ и $y$. По условию задачи довольно легко составить два уравнения $x^2+y^2=5$ и $x+y=3$. Видим, что одно из них является квадратным. Для нахождения решения нужно решить систему:

$\cases{x^2+y^2=5,\\x+y=3.}$

Вначале выражаем из второго $x$

Подставляя в первое и производим элементарные преобразования

$(3-y)^2 +y^2=5$

$9-6y+y^2+y^2=5$

Мы перешли к решению квадратного уравнения. Сделаем это с помощью формул. Найдем дискриминант:

Первый корень

$y=\frac{3+\sqrt{17}}{2}$

Второй корень

$y=\frac{3-\sqrt{17}}{2}$

Найдем вторую переменную.

Для первого корня:

$x=3-\frac{3+\sqrt{17}}{2}=\frac{3-\sqrt{17}}{2}$

Для второго корня:

$x=3-\frac{3-\sqrt{17}}{2}=\frac{3+\sqrt{17}}{2}$

Так как последовательность чисел нам не важна получаем одну пару чисел.

Ответ: $\frac{3-\sqrt{17}}{2}$ и $\frac{3+\sqrt{17}}{2}$.

Пример задачи в физике

Рассмотрим пример задачи, приводящейся к решению квадратного уравнения в физике.

Пример 2

Вертолет, летящий равномерно в безветренную погоду имеет скорость $250$ км/ч. Ему необходимо со своей базы долететь до места пожара, которое находится в $70$ км от нее и вернуться обратно. В это время ветер дул в сторону базы, замедляя движение вертолета к лесу. Из-за чего обратно до базы он добирался на 1 час раньше. Найдите скорость ветра.

Обозначим скорость ветра через $v$. Тогда мы получим, что в сторону леса вертолет будет лететь с реальной скоростью, равной $250-v$, а обратно его реальная скорость будет составлять $250+v$. Посчитаем время на путь туда и на путь обратно.

$t_1=\frac{70}{250-v}$

$t_2=\frac{70}{250+v}$

Так как обратно до базы вертолет добирался на $1$ час раньше, будем иметь

$\frac{70}{250-v}-\frac{70}{250+v}=1$

Приведем левую часть к общему знаменателю, применим правило пропорции и произведем элементарные преобразования:

$\frac{17500+70v-17500+70v}{(250-v)(250+v)}=1$

$140v=62500-v^2$

$v^2+140v-62500=0$

Получили квадратное уравнение, для решения данной задачи. Решим его.

Будем решать его с помощью дискриминанта:

$D=19600+250000=269600≈519^2$

Уравнение имеет два корня:

$v=\frac{-140-519}{2}=-329.5$ и $v=\frac{-140+519}{2}=189.5$

Так как мы искали скорость (которая не может быть отрицательна), очевидно, что первый корень лишний.

Ответ: $189.5$

Пример задачи в геометрии

Рассмотрим пример задачи, приводящейся к решению квадратного уравнения в геометрии.

Пример 3

Найдите площадь прямоугольного треугольника, который удовлетворяет следующим условиям: его гипотенуза равняется $25$, а катеты по длине относятся как $4$ к $3$.

Для того, чтобы найти искомую площадь нам нужно найти катеты. Отметим одну часть катета через $x$. Тогда выражая через эту переменную катеты получим что их длины равняются $4x$ и $3x$. Таким образом, из теоремы Пифагора мы можем составить следующее квадратное уравнение:

$(4x)^2+(3x)^2=625$

(корень $x=-5$ можно не рассматривать, так как катет не может быть отрицателен)

Получили, что катеты равны $20$ и $15$ соответственно, то ест площадь

$S=\frac{1}{2}\cdot 20\cdot 15=150$

Есть несколько классов уравнений, которые решаются приведением их к квадратным уравнениям. Одним из таких уравнений являются биквадратные уравнения.

Биквадратные уравнения

Биквадратные уравнения - это уравнения вида a*x^4 + b*x^2 + c = 0, где a не равно 0.

Биквадратные уравнения решаются с помощью подстановки x^2 =t. После такой подстановки, получим квадратное уравнении относительно t. a*t^2+b*t+c=0. Решаем полученное уравнение, имеем в общем случае t1 и t2. Если на этом этапе получился отрицательный корень, его можно исключить из решения, так как мы брали t=x^2, а квадрат любого числа есть число положительное.

Возвращаясь к исходным переменным, имеем x^2 =t1, x^2=t2.

х1,2 = ±√(t1), x3,4=±√(t2).

Разберем небольшой пример:

9*x^4+5*x^2 - 4 = 0.

Введем замену t=x^2. Тогда исходное уравнение примет следующий вид:

Решаем это квадратное уравнение любым из известных способов, находим:

Корень -1 не подходит, так как уравнение x^2 = -1 не имеет смысла.

Остается второй корень 4/9. Переходя к исходным переменным имеем следующее уравнение:

x1=-2/3, x2=2/3.

Это и будет решением уравнения.

Ответ: x1=-2/3, x2=2/3.

Еще один из видов уравнений, приводимых к квадратным, являются дробные рациональные уравнения. Рациональные уравнения - это уравнения у которых левая и правые части являются рациональными выражениями. Если в рациональном уравнении левая или правая части будут являться дробными выражениями, то такое рациональное уравнение называется дробным.

Схема решения дробного рационального уравнения

1. Найти общий знаменатель всех дробей, которые входят в уравнение.

2. Умножить обе части уравнения на общий знаменатель.

3. Решить полученное целое уравнение.

4. Произвести проверку корней, и исключить те из них, которые обращают в нуль общий знаменатель.

Рассмотрим пример:

Решить дробное рациональное уравнение: (x-3)/(x-5) + 1/x = (x+5)/(x*(x-5)).

Будем придерживаться общей схемы. Найдем сначала общий знаменатель всех дробей.

Получим x*(x-5).

Умножим каждую дробь на общий знаменатель и запишем полученное целое уравнение.

x*(x+3) + (x-5) = (x+5);

Упростим полученное уравнение. Получим,

x^2+3*x + x-5 - x - 5 =0;

Получили простое приведенное квадратное уравнение. Решаем его любым из известных способов, получаем корни x=-2 и x=5. Теперь производим проверку полученных решений. Подставляем числа -2 и 5 в общий знаменатель.

При х=-2 общий знаменатель x*(x-5) не обращается в нуль, -2*(-2-5)=14. Значит число -2 буде являться корнем исходного дробного рационального уравнения.

МУНИЦИПАЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ТУМАНОВСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА МОСКАЛЕНСКОГО МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА ОМСКОЙ ОБЛАСТИ

Тема урока: УРАВНЕНИЯ ПРИВОДИМЫЕ К КВАДРАТНЫМ

Разработала учитель математики, физики Тумановской СОШ БИРИХ ТАТЬЯНА ВИКТОРОВНА

2008 год

Цель урока : 1) рассмотреть способы решения уравнений, приводимых к квадратным; научить решать такие уравнения. 2) развивать речь и мышление учащихся, внимательность, логическое мышление. 3) привить интерес к математике,

Тип урока: Урок изучения нового материала

План урока: 1. организационный этап
2. устная работа
3. практическая работа
4. подведение итогов урока

ХОД УРОКА
Сегодня на уроке мы с вами познакомимся с темой «Уравнения приводимые к квадратным». Каждый ученик должен уметь верно и рационально решать уравнения, научиться применять различные способы при решении приведенных квадратных уравнений.
1. Устная работа 1. Какие из чисел: -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3 являются корнями уравнения: а) х 3 – х = 0; б) у 3 – 9у = 0; в) у 3 + 4у = 0 ? - Сколько решений может иметь уравнение третьей степени? - Какой способ вы использовали при решении данных уравнений? 2. Проверьте решение уравнения: х 3 - 3х 2 + 4х – 12 = 0 х 2 (х - 3) + 4 (х - 3) = 0 (х - 3) (х 2 + 4) = 0 (х - 3) (х - 2) (х + 2) = 0 Ответ: х = 3, х = -2, х = 2 Учащиеся объясняют допущенную ошибку. Я подвожу итог устной работы. Итак, вы смогли решить три предложенных уравнения устно, найти ошибку, допущенную при решении четвертого уравнения. При устном решении уравнений были использованы следующие два способа: вынесение общего множителя за знак скобки и разложение на множители. Теперь попробуем применить эти способы при выполнении письменной работы.
2. Практическая работа 1. Один ученик решает на доске уравнение 25х 3 – 50х 2 – х + 2 = 0 При решении он обращает особое внимание на смену знаков во второй скобке. Проговаривает все решение и находит корни уравнения. 2. Уравнение х 3 – х 2 – 4(х - 1) 2 = 0 предлагаю решить более сильным учащимся. При проверке решения обращаю особое внимание учащихся на наиболее важные моменты. 3. Работа на доске. Решить уравнение (х 2 + 2х) 2 – 2(х 2 + 2х) – 3 = 0 При решении этого уравнения учащиеся выясняют, что необходимо использовать «новый» способ – введение новой переменной. Обозначим через переменную у = х 2 + 2х и подставим в данное уравнение. у 2 – 2у – 3 = 0. Решим квадратное уравнение относительно переменной у. Затем находим значение переменной х. 4 . Рассмотрим уравнение (х 2 – х + 1) (х 2 – х - 7) = 65. Давайте ответим на вопросы: - какой степени данное уравнение? - какой способ решения наиболее рационально использовать для его решения? - какую новую переменную следует ввести? (х 2 – х + 1) (х 2 – х - 7) = 65 Обозначим у = х 2 – х (у + 1) (у – 7) = 65 Далее класс решает уравнение самостоятельно. Решения уравнения проверяем у доски. 5. Для сильных учащихся предлагаю решить уравнение х 6 – 3х 4 – х 2 – 3 = 0 Ответ: -1, 1 6. Уравнение (2х 2 + 7х - 8) (2х 2 + 7х - 3) – 6 = 0 класс предлагает решить следующим образом: наиболее сильные учащиеся – решают самостоятельно; для остальных решает один из учеников на доске. Решаем: 2х 2 + 7х = у (у - 8) (у - 3) – 6 = 0 Находим: у1 = 2, у2 = 9 Подставим в наше уравнение и найдем значения х, для этого решим уравнения: 2х 2 + 7х = 2 2х 2 + 7х = 9 В результате решения двух уравнений находим четыре значения х, которые являются корнями данного уравнения. 7. В конце урока предлагаю устно решить уравнение х 6 – 1 = 0. При решении необходимо применить формулу разности квадратов, легко находим корни. (х 3) 2 – 1 = 0 (х 3 - 1) (х 3 + 1) = 0 Ответ: -1, 1.
3. Подведение итога урока Еще раз обращаю внимание учащихся на способы, которые были использованы при решении уравнений, приводимых к квадратным. Работа учащихся на уроке оценивается, оценки комментирую и указываю на допущенные ошибки. Записываем домашнее задание. Как правило, урок проходит в быстром темпе, работоспособность учащихся – высокая. Большое всем спасибо за хорошую работу.