- Что такое рациональные уравнения: определение и виды
- Основные приемы решения рациональных уравнений
- Преобразования для упрощения формы уравнения
- Примеры решения простейших рациональных уравнений
Что такое рациональные уравнения: определение и виды
Рациональным называют уравнение, обе части которого содержат рациональные выражения.
По-другому, алгебраическое рациональное уравнение представляет собой такое уравнение, левую часть которого записывают в виде рационального выражения, а правую с нулем.
Данные термины равнозначны. В подтверждении можно записать выражения P и Q с равносильными уравнениями P=Q и P−Q=0.
В рациональных уравнениях может быть разное число переменных от одного и более. Самыми простыми считаются математические выражения с одной переменной. В математике рассматривают два вида рациональных уравнений:
- целые;
- дробные.
Целое рациональное уравнение – это уравнение, обе части которого содержат целые рациональные выражения.
Дробное рациональное уравнение представляет собой запись, в которой одна или обе части содержат дробь.
В случае дробного рационального уравнения линейное выражение обязательно включает деление на переменную, либо переменную в знаменателе. Подобная запись не характерна для уравнений целого типа.
Основные приемы решения рациональных уравнений
Исходя из вида рационального уравнения, применяют определенный порядок действий для его решения. Когда требуется найти ответ к задаче с целым рациональным уравнением, следует воспользоваться универсальным методом:
- В первую очередь определяют минимальный общий знаменатель в рамках всего равенства.
- Второй шаг – расчет множителей, на которые перемножают все компоненты выражения.
- Далее требуется полученное равенство привести к общему знаменателю.
- По итогам манипуляций необходимо найти корни целого рационального уравнения.
Когда необходимо решить дробное рациональное уравнение, то следует воспользоваться аналогичным алгоритмом действий, но с небольшими дополнениями. Разница в способах заключается в том, что после четвертого шага, который состоит в поиске предполагаемых корней, при неравносильных преобразованиях необходимо выполнить проверку корней путем их подстановки в формулу.
Важно учитывать тот факт, что обладать нулевым значением может только числитель дроби. Корни, которые приводят знаменатель к нулевому значению, носят названия посторонних.
Встречаются дробные рациональные уравнения в достаточно сложной форме. Такие выражения необходимо упростить и решить путем частичной замены уравнения новой переменной.
Преобразования для упрощения формы уравнения
Решение рациональных уравнений достаточно просто найти, если воспользоваться некоторыми преобразованиями. Подобные манипуляции могут быть следующего типа:
- равносильные или тождественные;
- неравносильные.
Равносильными преобразованиями называют манипуляции, приводящие к выражению нового вида, содержащему корни первоначального.
Равносильные преобразования первоначального уравнения, не требующие проверок:
- умножение или деление этого выражения на конкретное число, не равное нулю;
- перенос компонентов равенства из правой части в левую и наоборот.
Неравносильные преобразования – действия с уравнением или системой, в результате которых образуются посторонние корни.
Неравносильными преобразованиями являются следующие манипуляции:
- возведение в квадрат всех частей выражения;
- исключение знаменателей, которые содержат переменную.
Если рациональное уравнение решено путем неравносильных преобразований, то полученные корни требуется проверить с помощью подстановки в первоначальное выражение. Это связано с вероятностью образования посторонних корней при неравносильных преобразованиях.
Пусть f ( x ) и g ( x ) – некоторые функции, зависящие от переменной x .
Дробно рациональное уравнение – это уравнение вида f ( x ) g ( x ) = 0 .
Для того, чтобы решить дробно рациональное уравнение, надо вспомнить, что такое ОДЗ и когда оно возникает.
ОДЗ – область допустимых значений переменной.
В выражении вида f ( x ) g ( x ) = 0
ОДЗ: g ( x ) ≠ 0 (знаменатель дроби не может быть равен нулю).
Алгоритм решения дробно рационального уравнения:
- Привести выражение к виду f ( x ) g ( x ) = 0 .
- Выписать ОДЗ: g ( x ) ≠ 0.
- Приравнять числитель дроби к нулю f ( x ) = 0 и найти корни.
- Указать в ответе корни из числителя, исключив те корни, которые попали в ОДЗ.
Пример решения дробного рационального уравнения:
Решить дробно рациональное уравнение x 2 − 4 2 − x = 1.
Решение:
Будем действовать в соответствии с алгоритмом.
- Привести выражение к виду f ( x ) g ( x ) = 0 .
Переносим единичку в левую часть, записываем к ней дополнительный множитель, чтобы привести оба слагаемых к одному общему знаменателю:
x 2 − 4 2 − x − 1 2 − x = 0
x 2 − 4 2 − x − 2 − x 2 − x = 0
x 2 − 4 − ( 2 − x ) 2 − x = 0
x 2 − 4 − 2 + x 2 − x = 0
x 2 + x − 6 2 − x = 0
Первый шаг алгоритма выполнен успешно.
Обводим в рамочку ОДЗ, не забываем про него: x ≠ 2
- Приравнять числитель дроби к нулю f ( x ) = 0 и найти корни:
x 2 + x − 6 = 0 – Квадратное уравнение. Решаем через дискриминант.
a = 1, b = 1, c = − 6
D = b 2 − 4 a c = 1 2 − 4 ⋅ 1 ⋅ ( − 6 ) = 1 + 24 = 25
D > 0 – будет два различных корня.
x 1,2 = − b ± D 2 a = − 1 ± 25 2 ⋅ 1 = − 1 ± 5 2 = [ − 1 + 5 2 = 4 2 = 2 − 1 − 5 2 = − 6 2 = − 3
- Указать в ответе корни из числителя, исключив те корни, которые попали в ОДЗ.
Корни, полученные на предыдущем шаге:
Значит, в ответ идет только один корень, x = − 3.
Задания для самостоятельного решения
№1. Решите уравнение: 3 x − 19 = 19 x − 3 .
Если корней несколько, запишите их через точку с запятой в порядке возрастания.
Решение:
3 x − 19 = 19 x − 3
[ x − 19 ≠ 0 x − 3 ≠ 0 ⇒ [ x ≠ 19 x ≠ 3
Приводим обе дроби к общему знаменателю, записываем дополнительные множители к числителям:
3 ( x − 3 ) x − 19 − 19 ( x − 19 ) x − 3 = 0
3 ( x − 3 ) − 19 ( x − 19 ) ( x − 19 ) ( x − 3 ) = 0
В соответствии с алгоритмом, приравниваем числитель к нулю:
3 x − 9 − 19 x + 361 = 0
x = − 352 − 16 = − 352 16 = 22
Полученный корень не входит в ОДЗ, так что смело можем его включать в ответ.
№2. Решите уравнение x − 4 x − 6 = 2.
Решение:
Можно решать эту задачу способом, который использовался при решении задачи №8. Но сейчас мы используем еще один способ решения таких уравнений.
Представим число 2 в виде дроби со знаменателем 1 .
Воспользуемся основным свойством пропорции :
произведение крайних членов равно произведению средних (правило «креста»):
a b = c d ⇒ a ⋅ d = b ⋅ c
x − 4 x − 6 = 2 1 ⇒ ( x − 4 ) ⋅ 1 = ( x − 6 ) ⋅ 2
Полученный корень не входит в ОДЗ, так что смело можем его включать в ответ.
Разделы: Математика
Класс: 8
Цели урока:
- формирование понятия дробных рационального уравнения;
- рассмотреть различные способы решения дробных рациональных уравнений;
- рассмотреть алгоритм решения дробных рациональных уравнений, включающий условие равенства дроби нулю;
- обучить решению дробных рациональных уравнений по алгоритму;
- проверка уровня усвоения темы путем проведения тестовой работы.
- развитие умения правильно оперировать полученными знаниями, логически мыслить;
- развитие интеллектуальных умений и мыслительных операций — анализ, синтез, сравнение и обобщение;
- развитие инициативы, умения принимать решения, не останавливаться на достигнутом;
- развитие критического мышления;
- развитие навыков исследовательской работы.
- воспитание познавательного интереса к предмету;
- воспитание самостоятельности при решении учебных задач;
- воспитание воли и упорства для достижения конечных результатов.
Тип урока: урок – объяснение нового материала.
Ход урока
1. Организационный момент.
Здравствуйте, ребята! На доске написаны уравнения посмотрите на них внимательно. Все ли из этих уравнений вы сможете решить? Какие нет и почему?
Уравнения, в которых левая и правя часть, являются дробно-рациональными выражениями, называются дробные рациональные уравнения. Как вы думаете, что мы будем изучать сегодня на уроке? Сформулируйте тему урока. Итак, открываем тетради и записываем тему урока «Решение дробных рациональных уравнений».
2. Актуализация знаний. Фронтальный опрос, устная работа с классом.
А сейчас мы повторим основной теоретический материл, который понадобиться нам для изучения новой темы. Ответьте, пожалуйста, на следующие вопросы:
- Что такое уравнение? (Равенство с переменной или переменными.)
- Как называется уравнение №1? (Линейное.) Способ решения линейных уравнений. (Все с неизвестным перенести в левую часть уравнения, все числа — в правую. Привести подобные слагаемые. Найти неизвестный множитель).
- Как называется уравнение №3? (Квадратное.) Способы решения квадратных уравнений. (Выделение полного квадрата, по формулам, используя теорему Виета и ее следствия.)
- Что такое пропорция? (Равенство двух отношений.) Основное свойство пропорции. (Если пропорция верна, то произведение ее крайних членов равно произведению средних членов.)
- Какие свойства используются при решении уравнений? (1. Если в уравнении перенести слагаемое из одной части в другую, изменив его знак, то получится уравнение, равносильное данному. 2. Если обе части уравнения умножить или разделить на одно и то же отличное от нуля число, то получится уравнение, равносильное данному.)
- Когда дробь равна нулю? (Дробь равна нулю, когда числитель равен нулю, а знаменатель не равен нулю.)
3. Объяснение нового материала.
Решить в тетрадях и на доске уравнение №2.
Какое дробно-рациональное уравнение можно попробовать решить, используя основное свойство пропорции? (№5).
х 2 -4х-2х+8 = х 2 +3х+2х+6
х 2 -6х-х 2 -5х = 6-8
Решить в тетрадях и на доске уравнение №4.
Какое дробно-рациональное уравнение можно попробовать решить, умножая обе части уравнения на знаменатель? (№6).
Теперь попытайтесь решить уравнение №7 одним из способов.
Рациональное уравнение – это уравнение вида $f(x)=g(x)$, где $f(x)$ и $g(x)$ — рациональные выражения.
Рациональные выражения — это целые и дробные выражения, соединённые между собой знаками арифметических действий: деления, умножения, сложения или вычитания, возведения в целую степень и знаками последовательности этих выражений.
$<2>/
$3x+√x=7$ — иррациональное уравнение (содержит корень)
Если хотя бы в одной части рационального уравнения содержится дробь, то уравнение называется дробно рациональным.
Чтобы решить дробно рациональное уравнение, необходимо:
- Найти значения переменной, при которых уравнение не имеет смысл (ОДЗ);
- Найти общий знаменатель дробей, входящих в уравнение;
- Умножить обе части уравнения на общий знаменатель;
- Решить получившееся целое уравнение;
- Исключить из его корней те, которые обращают в ноль общий знаменатель.
Решить уравнение: $4x+1-<3>/
1. находим значения переменной, при которых уравнение не имеет смысл (ОДЗ)
2. находим общий знаменатель дробей и умножаем на него обе части уравнения
3. решаем полученное уравнение
Решим вторым устным способом, т.к. $а+с=b$
4. исключаем те корни, при которых общий знаменатель равен нулю
В первом пункте получилось, что при $x = 0$ уравнение не имеет смысл, среди корней уравнения нуля нет, значит, оба корня нам подходят.
При решении уравнения с двумя дробями, можно использовать основное свойство пропорции.
Находим значения переменной, при которых уравнение не имеет смысл (ОДЗ)
Воспользуемся основным свойством пропорции
Раскроем скобки и соберем все слагаемые в левой стороне
Решим данное квадратное уравнение первым устным способом, т.к. $a+b+c=0$
В первом пункте получилось, что при x = 0 уравнение не имеет смысл, среди корней уравнения нуля нет, значит, оба корня нам подходят.
(bullet) Рациональное уравнение — это уравнение, представимое в виде [dfrac
=0] где (P(x), Q(x)) — многочлены (сумма “иксов” в различных степенях, умноженных на различные числа).
Выражение в левой части уравнения называется рациональным выражением.
ОДЗ (область допустимых значений) рационального уравнения – это все значения (x) , при которых знаменатель НЕ обращается в нуль, то есть (Q(x)ne 0) .
(bullet) Например, уравнения [dfrac
В первом уравнении ОДЗ – это все (x) , такие что (xne 3) (пишут (xin (-infty;3)cup(3;+infty)) ); во втором уравнении – это все (x) , такие что (xne -1; xne 1) (пишут (xin (-infty;-1)cup(-1;1)cup(1;+infty)) ); а в третьем уравнении никаких ограничений на ОДЗ нет, то есть ОДЗ – это все (x) (пишут (xinmathbb
1) Произведение двух множителей равно нулю тогда и только тогда, когда один из них равен нулю, а другой при этом не теряет смысла, следовательно, уравнение (f(x)cdot g(x)=0) равносильно системе [begin
1) Решите уравнение (x+1=dfrac 2x) . Найдем ОДЗ данного уравнения – это (xne 0) (так как (x) находится в знаменателе).
Значит, ОДЗ можно записать так: (xin (-infty;0)cup(0;+infty)) .
Перенесем все слагаемые в одну часть и приведем к общему знаменателю: [dfrac<(x+1)cdot x>x-dfrac 2x=0quadLeftrightarrowquad dfrac
2) Решите уравнение (left(dfrac4x — 2right)cdot (x^2-x)=0) . Найдем ОДЗ данного уравнения. Видим, что единственное значение (x) , при котором левая часть не имеет смысла – это (x=0) . Значит, ОДЗ можно записать так: (xin (-infty;0)cup(0;+infty)) .
Таким образом, данное уравнение равносильно системе:
[begin
Таким образом, решением данного уравнения являются (xin <1;2>) .
3) Решите уравнение [dfrac
Перенесем все слагаемые в левую часть и приведем к общему знаменателю:
(dfrac
(Leftrightarrow quad begin
Замечание. Если ответ состоит из конечного набора чисел, то их можно записывать через точку с запятой в фигурных скобках, как показано в предыдущих примерах.
Задачи, в которых требуется решить рациональные уравнения, в ЕГЭ по математике встречаются каждый год, поэтому при подготовке к прохождению аттестационного испытания выпускникам непременно стоит самостоятельно повторить теорию по данной теме. Уметь справляться с такими заданиями обязательно должны выпускники, сдающие как базовый, так и профильный уровень экзамена. Усвоив теорию и разобравшись с практическими упражнениями по теме «Рациональные уравнения», учащиеся смогут решать задачи с любым количеством действий и рассчитывать на получение конкурентных баллов по итогам сдачи ЕГЭ.
Как подготовиться к экзамену вместе с образовательным порталом «Школково»?
Иногда найти источник, в котором полноценно представлена базовая теория для решения математических задач, оказывается достаточно сложно. Учебника может просто не оказаться под рукой. А найти необходимые формулы иногда бывает достаточно сложно даже в Интернете.
Образовательный портал «Школково» избавит вас от необходимости поиска нужного материала и поможет качественного подготовиться к прохождению аттестационного испытания.
Всю необходимую теорию по теме «Рациональные уравнения» наши специалисты подготовили и изложили в максимально доступной форме. Изучив представленную информацию, учащиеся смогут восполнить пробелы в знаниях.
Для успешной подготовки к ЕГЭ выпускникам необходимо не только освежить в памяти базовый теоретический материал по теме «Рациональные уравнения», но попрактиковаться в выполнении заданий на конкретных примерах. Большая подборка задач представлена в разделе «Каталог».
Для каждого упражнения на сайте наши специалисты прописали алгоритм решения и указали правильный ответ. Учащиеся могут практиковаться в решении задач различной степени сложности в зависимости от уровня подготовки. Перечень заданий в соответствующем разделе постоянно дополняется и обновляется.
Изучить теоретический материал и отточить навыки решения задач по теме «Рациональные уравнения», подобных тем, которые включены в тесты ЕГЭ, можно в режиме онлайн. В случае необходимости любое из представленных заданий можно добавить в раздел «Избранное». Еще раз повторив базовую теорию по теме «Рациональные уравнения», старшеклассник сможет в дальнейшем вернуться к задаче, чтобы обсудить ход ее решения с преподавателем на уроке алгебры.
Тема: Решение задач с помощью дробных рациональных уравнений
Содержание модуля (краткое изложение модуля):
Рассмотрим задачу №1.
При совместной работе двух программистов программа была написана за 6 ч. Сколько времени потребовалось бы каждому программисту отдельно для написания программы, если первому программисту для этого требуется на 5 часов больше, чем второму?
Составим таблицу с данными по основным величинам: производительность (скорость работы), время и работа.
Производительность | Время | Работа | |
Программист 1 | 1/(x + 5) | х + 5 ч. | 1 |
Программист 2 | 1/x | х ч. | 1 |
Совместная работа | 1/6 | 6 ч. | 1 |
Запишем уравнение, отражающее производительность при совместной работе двух программистов
1/(x + 5) + 1/x = 1/6
По смыслу задачи х ≠ 0 и х ≠ 5. Умножим обе части уравнения на наименьший общий знаменатель дробей 6х(х + 5)
(1 • 6x(x + 5))/(x + 5) + (1 • 6x(x + 5))/x = (1 • 6x(x + 5))/6
После преобразований, решим уравнение
6x + 6(x + 5) = x(x + 5)
6x + 6x + 30 = x 2 + 5x
x 2 — 7x — 30 = 0
x1 = 10; x2 = -3
Значение –3 не подходит по смыслу задачи, значит, второй программист напишет программу за 10 часов, а первый потратит на 5 часов больше, то есть 15 часов. t1 = 15ч; t2 = 10ч.
Рассмотрим задачу №2.
В лимонад добавили 150 граммов воды. В результате концентрация сахара в лимонаде уменьшилась на 3%. Определим первоначальную массу лимонада, если известно, что в нём содержалось 65 граммов сахара.
Основные величины задачи: масса лимонада, масса сахара и концентрация сахара. Составим таблицу
Масса лимонада | Масса сахара | Концентрация сахара | |
Лимонад | х г | 65 г | 65/x • 100% |
Лимонад с добавлением воды | х + 150 г | 65 г | 65/(x + 150) • 100% |
Запишем уравнение
65/x • 100% — 65/(x + 150) • 100% = 3%
По смыслу задачи х ≠ 0 и х ≠ –150. Умножим обе части уравнения на наименьший общий знаменатель дробей х(х + 150)
(65 • x(x + 150))/x • 100% — (65 • x(x + 150))/(x + 150) • 100% = 3% • x(x + 150)
После преобразований, решим уравнение
6500(x + 150) — 6500x = 3x(x + 150)
6500x + 6500 • 150 — 6500x = 3x 2 + 450x
3x 2 + 450x — 6500 • 150 = 0
x 2 + 150x — 6500 • 50 = 0
x1 = 500; x2 = -650
Значение –650 не подходит по смыслу задачи, значит, первоначальная масса лимонада 500 граммов.
Алгебра. 8 класс: учеб. для общеобразоват. организаций / [Ю. Н. Макарычев, Н. Г. Миндюк, К. И. Нешков, С. Б. Суворова]; под ред. С. А. Теляковского. – 6-е изд. – М.: Просвещение, 2017.
Восстановите порядок действий при решении дробного рационального уравнения.
В алгебре все рациональные уравнения содержат рациональные выражения. Прежде чем дать определение, нужно выделить понятие рационального выражения.
Это не что иное, как запись, состоящая из переменного значения х и чисел, представленная с помощью арифметических действий: сложения, умножения, вычитания, деления, а также возведения в степень с натуральным показателем.
- Что такое рациональные уравнения
- Алгоритм решения рациональных уравнений
- Основные алгебраические формулы
- Преобразования, упрощающие решение рациональных уравнений
- Примеры решений уравнений с дробями
- Методы решения
- Пример решения с разложением на множители
Что такое рациональные уравнения
Математики дают двоякое объяснение рациональному уравнению:
- Если обе части уравнения представляют собой рациональные выражения, такое уравнение является рациональным.
- Уравнение, в левой части которого рациональное выражение, а в правой стоит ноль, являются рациональным.
Например, алгебраическая запись следующего вида является рациональным уравнением:
2x − 12x 2 yz 3 = 0.
Алгоритм решения рациональных уравнений
Чтобы решить уравнение из рассматриваемой темы, нужно сделать следующие шаги:
- Для начала потребуется все члены уравнения переместить в одну часть.
- Определить общий знаменатель.
- Следующим шагом определяются множители, на которые умножаются члены равенства и выполняется преобразование этой части уравнения к алгебраической дроби.
- Решается уравнение вида p(x) = 0.
- Для каждого найденного корня уравнения p(x) = 0 делается проверочное действие. Если выполняется условие q(x) ≠ 0, то это значение является корнем заданного уравнения. В противном случае значение признается посторонним корнем. Оно не включается в ответ.
Рациональные уравнения являются краеугольным камнем всего курса алгебры. Человеку, научившемуся работать с подобными выражениями, умеющему упрощать, раскладывать на множители, под силу решение любой задачи, ведь преобразование выражений — это одна из составляющих частей решения серьёзного уравнения или неравенства.
Основные алгебраические формулы
Для решения квадратных уравнений есть формулы и правила сокращённого умножения, которые начинают изучать уже в средних классах общеобразовательных школ:
- a 2 −b 2 =(a−b)(a+b) — разность квадратов.
- (a+b) 2 =a 2 +2ab+b 2 — квадрат суммы.
- (a−b) 2 =a 2 −2ab+b 2 — квадрат разности.
- a 3 +b 3 =(a+b)(a2−ab+b2) — сумма кубов.
- a 3 −b 3 =(a−b)(a 2 +ab+b 2 ) — разность кубов.
Преобразования, упрощающие решение рациональных уравнений
Преобразования равносильны, если получается новое уравнение, причем корни будут такими же, как в изначальном выражении.
Деление или умножение уравнения на любое, отличное от нуля число, является равносильным преобразованием. Перенос параметров уравнения через знак равенства в ту или иную часть — тоже тождественное преобразование.
Примеры решений уравнений с дробями
Алгоритм решения следующий: все части приводятся к общему знаменателю. Но после того, как найдены корни при использовании неравносильных преобразований, они проверяются методом подстановки в уравнение.
Приведем дробь к такому виду:
С учетом всего этого получится выражение:
Методы решения
Наиболее часто используемые способы для решения уравнений со степенями:
- метод замены переменной;
- разложение на множители.
Биквадратные уравнения типа ax 4 + bx 2 + c = 0 решаются методом замены множителя: x 2 = y.
Системы линейных уравнений также решаются методом замены.
К примеру, требуется решить систему линейных уравнений:
Принцип решения сводится к тому, что надо избавиться от лишней переменной:
Далее уравнение решается просто.
Пример решения с разложением на множители
Любые сложные вычисления нужно выполнять по действиям. Так проще избавиться от ненужных ошибок.
Алгоритм решения такой: вначале выполняется действие, заключённое в скобках, затем выполняется то, что записано во второй скобке и так далее. В конце все части объединяются, и находится результат.
Для самостоятельной работы при решении рациональных уравнений можно использовать онлайн-калькулятор. Он помогает лучше усвоить некоторые методы решения и быстрее справиться с заданиями.