Функционально графический метод решения уравнений и неравенств. Тема: "Показательная функция

Тема: "Показательная функция. Функционально-графические методы решений уравнений, неравенств, систем"

Цель : рассмотреть задачи ЗНО с применением функционально- графических методов на примере показательной функции у = а х, а>0, а1

Задачи урока:

повторить свойство монотонности и ограниченности показательной функции;

повторить алгоритм построения графиков функции с помощью преобразований;

находить множество значений и множество определений функции по виду формулы и с помощью графика;

решать показательные уравнения, неравенства и системы с помощью графиков и свойств функции.

работа с графиками функций, содержащими модуль;

рассмотреть графики сложной функции и их область значений;

Ход урока:

1. Вступительное слово учителя. Мотивация изучения данной темы

Слайд 1 Показательная функция. “Функционально - графические методы решения уравнений и неравенств”

Функционально - графический метод основан на использовании графических иллюстраций, применении свойств функции и позволяет решать многие задачи математики.

Слайд 2-3 Цели и задачи урока.

Сегодня мы рассмотрим задачи ЗНО разных уровней сложности с применением функционально- графических методов на примере показательной функции у = а х, а>о,а1. С помощью графической программы выполним иллюстрации к задачам.

Слайд 4 Почему так важно знать свойства показательной функции?.

По закону показательной функции размножалось бы все живое на Земле, если бы для этого имелись благоприятные условия, т.е. не было естественных врагов и было вдоволь пищи. Доказательство тому – распространение в Австралии кроликов, которых там не было раньше. Достаточно было выпустить пару особей, как через некоторое время их потомство стало национальным бедствием.

В природе, технике и экономике встречаются многочисленные процессы, в ходе которых значение величины меняется в одно и то же число раз, т.е. по закону показательной функции. Эти процессы называются процессами органического роста или органического затухания .

Например, рост бактерий в идеальных условиях соответствует процессу органического роста; радиоактивный распад веществ – процессу органического затухания.

Законам органического роста подчиняется рост вклада в Сберегательном банке, восстановление гемоглобина в крови у донора или раненого, потерявшего много крови.

Приведите свои примеры

Применение в реальной жизни (доза принятия лекарств).

Сообщение о дозе принятия лекарств :

Каждому известно, что таблетки, рекомендуемые врачом для лечения, нужно принимать несколько раз в день, иначе они будут неэффективны. Необходимость повторного введения лекарства для поддержания постоянной его концентрации в крови вызвана происходящим в организме разрушением лекарства. На рисунке показано, как в большинстве случаев изменяется концентрация лекарственных препаратов в крови человека или животного после одноразового введения.Слайд5.

Уменьшение концентрации лекарства может быть аппроксимировано экспонентой, показатель которой содержит время. Очевидно, что скорость разрушения лекарства в организме должна быть пропорциональна интенсивности метаболических процессов.

Известен один трагический случай, который произошел из-за незнания этой зависимости. С научной точки зрения очень интересным для психиатров и нейрофизиологов является препарат ЛСД, вызывающий у нормальных людей своеобразные галлюцинации. Одни исследователи решили изучить реакцию слона на этот препарат. Для этого они взяли количество ЛСД, приводящее в ярость кошек, и умножили его на столько, во сколько раз масса слона больше массы кошки, считая, что доза вводимого препарата должна быть прямо пропорциональна массе животного. Введение такой дозы ЛСД слону привело через 5 минут к его гибели, из чего авторы заключили, что слоны обладают повышенной чувствительностью к этому препарату. Появившаяся позднее в печати рецензия на эту работу назвала ее «слоноподобной ошибкой» авторов эксперимента.

2. Актуализация знаний учащихся.

Что значит изучить функцию? (сформулировать определение, описать свойства, построить график)

Какая функция называется показательной? Приведите пример.

Какие основные свойства показательной функции вы знаете?

Область значения (ограниченность)

область определения

монотонность(условие возрастания убывания)

Слайд 6 . Укажите множество значений функции(по готовому чертежу)

Слайд 7. Назовите условие возрастания убывания функции и соотнесите формулу функции с ее графиком

Слайд 8. По готовому чертежу опишите алгоритм построения графиков функции

Слайд а) у=3 x + 2

б) у=3 x-2 – 2

3.Диагностическая самостоятельная работа (с использованием ПК).

Класс делится на две группы. Основная часть класса выполняют тестовые задания. Сильные учащиеся выполняют более сложные задания.

Самостоятельная работа в программе Power point (для основной части

Самостоятельная работа(для сильной части класса)

Слайд9. Запишите алгоритм построения графика функции, назовите ее область определения, область значения, промежутки возрастания, убывания.

Слайд 10. Соотнесите формулу функции с ее графиком

Учащиеся проверяют свои ответы, не исправляя ошибки, самомтоятельные работы сдают учителю

Слайды 11-21 . Проверка теста для основной части

4. Изучение новой темы. Применение функционально-графического метода для решения уравнений,неравенств, систем, определения области значений сложной функции

Слайды 22-23. Функционально графический способ решения уравнений

Чтобы решить уравнение вида f(x)=g(x) функционально-графическим методом нужно:

Построить графики функций у=f(x) и y=g(x) в одной системе координат.

Определить координаты точки пересечения графиков данных функций.

Записать ответ.

РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЙ

Слайд24-25.

Есть ли корень у уравнения и если есть, то положительный он или отрицательный

СЛАЙД 26

5. Выполнение практической работы.

РЕШЕНИЕ УРАВНЕИЙ. СЛАЙДЫ 27-30

Это уравнение возможно решить графическим способом. Учащимся предлагается выполнить задание, а затем ответить на вопрос: “Обязательно ли для решения этого уравнения строить графики функций?”. Ответ: “Функция возрастает на всей области определения, а функция - убывает. Следовательно, графики таких функций имеют не более одной точки пересечения, а значит, уравнение имеет не более одного корня. Подбором находим, что ”.

Решить уравнение 3 x = (х-1) 2 + 3

Решение: применяем функциональный метод решения уравнений:

т.к. данная система имеет единственное решение, то методом подбора находим х=1

РЕШЕНИЕ НЕРАВЕНСТВ. Слайды 31-33

Графические методы дают возможность решать неравенства, содержащие разные функции. Для этого после построения графиков функций, стоящих в левой и правой части неравенства и определения абсциссы точки пересечения графиков, необходимо определить промежуток на котором все точки одного из графиков лежат выше(ниже0 точек второго.

Решить неравенство:

а) сos x 1 + 3 x

Решение:

Ответ: ( ; )

Решить графически неравенство.

(График показательной функции лежит выше функции, записанной в правой части уравнения).

Ответ: х>2. О

.
Oтвет: х>0.

Показательная функция содержит знак модуля в показателе степени.слайд 34-35

Повторим определение модуля.

(запись на доске)

Сделать записи в тетради:

1).

2).

Графическая иллюстрация представлена на слайде.Объяснить, как построены графики.

Е(у)=(0;1]

Для решения этого уравнения нужно вспомнить свойство ограниченности показательной функции. Функция принимает значения > 1, а – 1 < > 1, поэтому равенство возможно только в том случае, если обе части уравнения одновременно равны 1. Значит, Решая эту систему, находим, что х = 0.

.Нахождение области значений сложной функции. Слайды 36-37.

Используя умение строить график квадратичной функции, определите последовательно координаты вершины параболы, найдите область значений.

, - вершина параболы.

Вопрос: определите характер монотонности функции.

Показательная функция у = 16 t возрастает, так как 16>1 .

При наименьшем значении показателя функции

График иллюстрирует наш вывод.

Идея графического метода решения уравнения проста. Нужно построить графики функций, содержащихся в обеих частях уравнения и найти абсциссы точек пересечения. Но строить графики некоторых функций сложно. Не всегда есть необходимость прибегать к построению графиков Такие уравнения можно решать методом подбора корня, используя свойства монотонности и ограниченности функций. Это позволяет довольно быстро решать задания, предлагаемые при сдаче ЕГЭ.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное общеобразовательное учреждение

« Гимназия № 24»

Функционально – графический метод

Решения уравнений.

Подготовила учитель

Данилина Ольга Сергеевна.

Магадан 2007

« Функционально – графический метод решения уравнений»

Цель урока: сформировать умения решать уравнения определенного типа функционально – графическим методом, с использованием свойств ограниченности и монотонности функций

Структура урока:

Вступительное слово учителя, ознакомление с темой урока, постановка цели

Актуализация ранее полученных знаний, необходимых для освоения темы урока

Презентация ведущими, заключающая в себе изложение нового материала с образцами решения различных типов уравнений

Работа по группам, с целью первичного закрепления изученного

Проведения игры по образцу игры: «Что? Где? Когда?»

Подведение итогов урока.

Во вступительном слове учитель делится своим опытом знакомства с новым методом. говорит о необходимости его освоения, его значимости, о возможности приобретения навыков более рационального решения равнений
Актуализация знаний:: возрастание и убывание функций, примеры, свойства монотонности и ограниченности функций.
Презентация новой темы с использованием слайдов с изложении ем теоретического материала с образцами решений уравнений.(см. приложение).
Работа по группам: Каждой группе раздаются карточки с заданиями, образцы решения и оформления заданий. Ведущие урок ученики – консультанты контролируют ход выполнения заданий, при необходимости приходят на помощь. При своей работе, работающие в группах могут использовать компьютеры, которые настроены на специальную программу, позволяющую выстраивать графики функций, Благодаря этому, в затруднительных ситуациях компьютер можно использовать как средство подсказки или как возможность наглядно продемонстрировать верность выполненного решения и правильность выбранного метода.
Защита представителем группы выполненных заданий, с использованием мультимедийной доски, на которой демонстрируется решение уравнений графическим методом в подтверждении верности выполненного задания. РА
Проведение игры. Для каждой группы с экрана мониторов звучит вопрос, заранее записанный разными учителями школы, дается минута на обсуждение по истечении которой ребята должны дать свой обоснованный ответ. После этого с вновь включенного экрана вариант своего ответа представляет учитель, ранее задававший вопрос Таким многократным повторением рассуждений по вновь изученной теме, тем более произносимыми грамотно различными людьми, достигаются наиболее выгодные условия для усвоения новой темы.(см. прилож.)
Подведение итогов: Выявление лучшей «пятерки знатоков, лучшего игрока.

Вопросы к классу;

Чему вы научились на сегодняшнем уроке

Какие уравнения можно решать методом подбора

Какие свойства функций при этом используются.

Вопросы к участникам игры:

Уважаемые знатоки, за одну минуту найдите корень этого уравнения и докажите, что он единственный.

Ответ: Сумма двух возрастающих функций, есть возрастающая функция. у =- монотонно возрастает, следовательно уравнение имеет один корень, т.к. график этой функции пересекается с прямой у=3 один раз. При х=1, мы получим верное равенство. Ответ: х=1

Уважаемые знатоки, через одну минуту назовите функции, которые содержатся в обеих частях неравенства и найдите корень данного уравнения.

Ответ:у =- показательная функция, возрастающая на множестве действительных чисел. у=6 - х - линейная функция, она монотонно убывает на множестве действительных чисел. Значит графики функций пересекаются в одной точке, уравнение имеет один корень. При х=2, получим верное равенство. Ответ: х=2

3. Уважаемые знатоки, вы ухе знаете, что уравнение имеет единственный корень х=3. Через одну минуту, ответьте, при каких значениях х, выполняется неравенство.

Ответ: неравенство выполняется при х Є , т.к. на данном интервале график функции у=, расположен ниже графика функции у =

4. Уважаемые знатоки, у многих вызывает затруднения решение уравнение. За одну минуту найдите корень этого уравнения и докажите, что он единственный.

Ответ: корень уравнения х=-3 является единственным, т.к.в левой части уравнения содержится убывающая функция, а в правой возрастающая, значит графики функций пересекаются в одной точке и уравнение имеет единственный корень.

5. Уважаемые знатоки, у меня к вам непростой вопрос. Вы легко найдете корень уравнения. Докажите, что он единственный. Ответ:х=1 – единственный корень.

Функционально – графический метод решения уравнений.

________________________________________________________________________

Цель урока: Научиться решать уравнения методом подстановки, используя свойства монотонности и ограниченности функций.

_________________________________________________________________________

Справочный материал

Функция называется возрастающей (убывающей) на множестве X, если на этом множестве при увеличении (уменьшении) аргумента значение функции увеличивается (уменьшается).

Пример 1:

являются возрастающими функциями

Пример 2:

являются убывающими функциями

Справочный материал

2. Сумма двух возрастающих функций, есть возрастающая функция.

Пример:

3. Сумма двух убывающих функций, есть убывающая функция.

Цель: рассмотреть задачи ЗНО с применением функционально- графических методов на примере показательной функции у = а х, а>0, а1

Задачи урока:

повторить свойство монотонности и ограниченности показательной функции;
повторить алгоритм построения графиков функции с помощью преобразований;
находить множество значений и множество определений функции по виду формулы и с помощью графика;
решать показательные уравнения, неравенства и системы с помощью графиков и свойств функции.
работа с графиками функций, содержащими модуль;
рассмотреть графики сложной функции и их область значений;

Ход урока:

1. Вступительное слово учителя. Мотивация изучения данной темы

Слайд 1 Показательная функция. “Функционально - графические методы решения уравнений и неравенств”

Слайд 2 Задачи на урок

Слайд 3 Почему так важно знать свойства показательной функции?.

По закону показательной функции размножалось бы все живое на Земле, если бы для этого имелись благоприятные условия, т.е. не было естественных врагов и было вдоволь пищи. Доказательство тому – распространение в Австралии кроликов, которых там не было раньше. Достаточно было выпустить пару особей, как через некоторое время их потомство стало национальным бедствием.
В природе, технике и экономике встречаются многочисленные процессы, в ходе которых значение величины меняется в одно и то же число раз, т.е. по закону показательной функции. Эти процессы называются процессами органического роста или органического затухания .
Например, рост бактерий в идеальных условиях соответствует процессу органического роста; радиоактивный распад веществ – процессу органического затухания.
Законам органического роста подчиняется рост вклада в Сберегательном банке, восстановление гемоглобина в крови у донора или раненого, потерявшего много крови.
Приведите свои примеры
Применение в реальной жизни (доза принятия лекарств).

Сообщение о дозе принятия лекарств :

2. Актуализация знаний учащихся.

Что значит изучить функцию? (сформулировать определение, описать свойства, построить график)
Какая функция называется показательной? Приведите пример.
Какие основные свойства показательной функции вы знаете?
Область значения (ограниченность)
область определения
монотонность(условие возрастания убывания)
Слайд 5 . Укажите множество значений функции(по готовому чертежу)

Слайд 6. Назовите условие возрастания убывания функции и соотнесите формулу функции с ее графиком

Слайд 7. По готовому чертежу опишите алгоритм построения графиков функции

Слайд а) у=3 x + 2

б) у=3 x-2 – 2

3.Диагностическая самостоятельная работа (с использованием ПК).

Самостоятельная работа в программе Power point (для основной части класса по типу тестовых заданий из ЗНО с закрытой формой ответа)
1. Какая из показательных функций возрастающая?
2. Найти область определения функции.
3. Найти область значений функции.
4. График функции получается из графика показательной функции параллельным переносом вдоль оси… на.. единиц …
5. По готовому чертежу определите область определения и область значения функции
6. Определите при каком значении а показательная функция проходит через точку.
7. На каком рисунке изображен график показательной функции с основанием больше единицы.
8. Соотнесите график функции с формулой.
9. Графическое решение какого неравенства приведено на рисунке.
10. решите графически неравенство(по готовому чертежу)
Самостоятельная работа(для сильной части класса)

Слайд 8. Запишите алгоритм построения графика функции, назовите ее область определения, область значения, промежутки возрастания, убывания.

Слайд 9. Соотнесите формулу функции с ее графиком

)

Учащиеся проверяют свои ответы, не исправляя ошибки, самомтоятельные работы сдают учителю

Слайд 10 . Ответы к тестовым заданиям

1) Г 2) Б 3) В 4) А

5) Г 6) В 7) Б 8) 1-Г 2-А 3-В 4- Б

9) А 10)(2;+)

Слайд 11 (проверка задания 8)

На рисунке изображены графики показательных функций. Соотнесите график функции с формулой.

Слайд 12. Функционально графический способ решения уравнений

Чтобы решить уравнение вида f(x)=g(x) функционально-графическим методом нужно:

Построить графики функций у=f(x) и y=g(x) в одной системе координат.

Определить координаты точки пересечения графиков данных функций.

Записать ответ.

ЗАДАНИЕ №1 РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЙ

Слайд13.

Есть ли корень у уравнения и если есть, то положительный он или отрицательный

6 х =1/6

(4/3) х = 4

СЛАЙД 14

5. Выполнение практической работы.

Слайд 15.

Решить уравнение:

3 x = (х-1) 2 + 3

Слайд 16. .Решение: применяем функциональный метод решения уравнений:

т.к. данная система имеет единственное решение, то методом подбора находим х=1

ЗАДАНИЕ № 2 РЕШЕНИЕ НЕРАВЕНСТВ

Решить неравенство:

Слайд 17.

а) сos x 1 + 3 x

Слайд 1 8. Решение:

Ответ: ( ; )

Решить графически неравенство.

Слайд19.

(График показательной функции лежит выше функции, записанной в правой части уравнения).

Ответ: х>2. О

.
Oтвет: х>0.

ЗАДАНИЕ №3 Показательная функция содержит знак модуля в показателе степени.

Повторим определение модуля.

(запись на доске)

Слайд 20.

Сделать записи в тетради:

1).

2).

Графическая иллюстрация представлена на слайде.Объяснить, как построены графики.

Слайд 21.

Для решения этого уравнения нужно вспомнить свойство ограниченности показательной функции. Функция принимает значения > 1, а – 1 > 1, поэтому равенство возможно только в том случае, если обе части уравнения одновременно равны 1. Значит, Решая эту систему, находим, что х = 0.

ЗАДАНИЕ 4.Нахождение области значений сложной функции.

Слайд 22.

Слайд 23.

, - вершина параболы.

Вопрос: определите характер монотонности функции.

Показательная функция у = 16 t возрастает, так как 16>1 .

Разделы: Математика

Класс: 11

Систематизировать, обобщить, расширить знания, умения учащихся, связанные с применением функционально-графического метода решения уравнений
Отработка навыков решения уравнений функционально-графическим методом.
Формирование логического мышления, умения самостоятельно и нестандартно мыслить.
Развивать коммуникативные навыки в процессе групповой работы.
Осуществлять продуктивное взаимодействие в группе для достижения максимального общего результата.
Отработка умений слушать товарища. Анализировать его ответ и задавать воросы.

Для проведения этого урока в классе организовались группы ребят, которые получила вспомнить определённый метод решения уравнений, подобрать 5-8 уравнений, решить их и подготовить презентацию.

Оборудование: Компьютер, проектор. Презентация .

В презентацию учителя были вставлены презентации ребят, но у них разный фон.

Ход урока

Сегодня на уроке мы вспомним функционально - графический метод решения уравнений, рассмотрим когда он применяется, какие трудности могут возникнуть при решении и будем выбирать методы решения уравнений.

Вспомним основные методы решения уравнений .(слайд № 2)

Первая группа разбирает графический метод.

Вторая группа рассказывает о методе мажорант.

Метод мажорант - метод нахождения ограниченности функции.

Мажорирование - нахождение точек ограничения функции. М - мажоранта.

Если имеем f(x) = g(x) и известно ОДЗ, и если

.№1 Решите уравнение:

х = 4 - решение уравнения.

№2 Решить уравнение

Решение: Оценим правую и левую части уравнения:

а) , так как , а ;

б) , так как .

Оценка частей уравнения показывает, что левая часть не меньше, а правая не больше двух при любых допустимых значениях переменной x. Следовательно, данное уравнение равносильно системе

Первое уравнение системы имеет только один корень х=-2. Подставляя это значение во второе уравнение, получаем верное числовое равенство:

Ответ: х=-2.

Третья группа объясняет использование теоремы об единственности корня.

Если одна из функций(F(x)) убывает, а другая (G(x))возрастает на некоторой области определения, то уравнение F(x)=G(x) имеет не более одного решения.

№1 Решить уравнение

Решение: область определения данного уравнения x>0. Исследуем на монотонность функции . Первая из них - убывающая (так как это - логарифмическая функция с основанием больше нуля, но меньше единицы), а вторая - возрастающая (это линейная функция с положительным коэффициентом при х). Подбором легко находится корень уравнения х=3, который является единственным решением данного уравнения.

Ответ: х=3.

Учитель напоминает. где ещё используется монотонность функции при решении уравнений.

А) - От уравнения вида h(f(x))=h(g(x)) переходим к уравнению вида f(x)=g(x)

При монотонности функции

№5 sin (4x+?/6) = sin 3x

НЕВЕРНО!(функция периодическая). И тут же проговариваем правильный ответ.

НЕВЕРНО!(четная степень) И тут же проговариваем правильный ответ:

Б) Метод использования функциональных уравнений.

Теорема. Если функция y = f(x) - возрастающая (или убывающая) функция на области допустимых значений уравнения f(g(x)) = f(h(x)), то уравнения f(g(x)) = f(h(x)) и g(x)=f(x) равносильны.

№1 Решить уравнение:

Рассмотрим функциональное уравнение f(2x+1) = f(-x), где f(x) = f()

Найдите производную

Определите её знак.

Т.к. производная всегда положительная, то функция возрастающая на всей числовой прямой, то мы переходим к уравнению

Решите уравнение. Х 6 - |13 + 12х| 3 = 27соs х 2 - 27соs(13 + 12x).

1) уравнение приводится к виду

х6 - 27соs x2 = |13 + 12x|3 - 27соs(13 + 12x),

f(x2) = f(13 + 12x),

где f(t) = |t|3-27соst;

2)Функция f - четная и при t > 0 имеет следующую производную

f"(t)= поэтому f"(t)> 0 при всех

Следовательно, функция f возрастает на положительной полуоси, а значит, каждое свое значение она принимает ровно в двух симметричных относительно нуля точках Данное уравнение равносильно

следующей совокупности:

Ответ: -1, 13, -6+?/23.

Задания для решения на уроке. Ответ

Рефлексия.

1. Что нового узнали?

2. С каким методом лучше справляетесь?

Дом задание: Подобрать по 2 уравнения на каждый метод и их решить.

В стандартном курсе школьной математике свойства функций применяются в основном для построения их графиков. Функциональный метод решения уравнений применяют тогда и только тогда, когда уравнение F(x) = G(x) в результате преобразований или замены переменных не может быть приведено к тому или иному стандартному уравнению, имеющему определенный алгоритм решения.

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.

В работе рассмотрены следующие свойства функции: область определения функции; область значений функции; свойства монотонности функции; свойства выпуклости функции; свойства четности и нечетности функции.

Цель работы: провести некоторую классификацию нестандартных уравнений по использованию общих свойств функций, описать суть каждого свойства, дать рекомендации по его использованию, указания к применению.

Вся работа сопровождается решением конкретных задач, предлагавшихся на ЕГЭ различных лет.

Глава 1. Использование понятия области определения функции.

Введем несколько ключевых определений.

Областью определения функции y = f(x) называется множество значений переменной х, при которых функция имеет смысл.

Пусть дано уравнение f(x) = g(x), где f(x) и g(x)- элементарные функции, определенные на множествах D1, D2. Тогда областью D допустимых значений уравнения будет множество, состоящее из тех значений х, которые принадлежат обоим множествам, то есть D = D1∩ D2. Ясно, что когда множество D пустое (D= ∅), то уравнение решений не имеет. (Приложение № 1).

1. arcsin (x+2) +2x- x2 = x-2.

ОДЗ:-1 =0⇔-3

Ответ: решений нет.

2. (х2-4х+3 +1)log5х5 + 1х(8х-2х2-6 + 1) = 0.

ОДЗ: х2-4х+3>=0,х>0,8х-2х2-6>=0⇔х∈(-infinity;1∪ 3;infinity),х>01

Проверка: х = 1.

(1-4+3 +1)log515 + (8-2-6 + 1) = 0,

0 = 0 - верно.

х = 3. (9-12+3+1)log535 +13(24-18-6+1) = 0, log535 +13 = 0 - неверно.

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

1. x+27-x(x-9 +1) = 1.

ОДЗ: x-9>=0, x>=9.

При x>=9 x+2>0, 7-x 0, таким образом, произведение трех сомножителей, стоящих в левой части уравнения отрицательно, а правая часть уравнения положительна, значит, уравнение решений не имеет.

Ответ: ∅.

2. 3-x2+ x+2 = x-2.

ОДЗ: 3-x2>=0,x+2>=0,⇔ 3-x(3+x)>=0,x>=-2,⇔ -3=-2,⇔

На множестве допустимых значений левая часть уравнения - положительна, а правая - отрицательна, значит, уравнение решений не имеет.

Ответ: решений нет.

Глава 2. Использование понятия области значений функции.

Областью значений функции y = f(x) называется множество значений переменной y при допустимых значениях переменной x.

Функция y = f(x) называют ограниченной снизу (соответственно сверху) на множестве Х, если существует такое число М, что на Х выполняется неравенство fx>=М (соответственно fx

Функция y = f(x) называется ограниченной на данном промежутке (содержащемся в области ее определения), если существует такое число М >0, что при всех значениях аргумента, принадлежащих данному промежутку, имеет место неравенство f(x)

Пусть дано уравнение f(x) = g(x), где g(x) - элементарные функции, определенные на множествах D1, D2. Обозначим область изменения этих функций соответственно E1 и E2. Если х1 является решением уравнения, то будет выполняться числовое равенство f(x1) = g(x1), где f(x1) значение функции f(x) при х = х1, а g(x1) - значение функции g(x) при х = х1. Значит, если уравнение имеет решение, то области значений функций f(x) и g(x) имеют общие элементы (Е1∩Е2 !=∅). Если же таких общих элементов множества Е1 и Е2 не содержат, то уравнение решений не имеет.

Для оценки выражений используются базовые неравенства. (Приложение №2).

Пусть дано уравнение f(x) = g(x). Если f(x)>=0 и g(x)

1. x2+2xsinxy+1=0.

Решение. В левой части есть единица, значит, можно воспользоваться основным тригонометрическим тождеством: x2+ 2xsinxy+ sin2xy+cos2xy=0.

Сумма первых трех членов представляет собой полный квадрат:

(x+sinxy)2+cos2xy =0.

Следовательно, в левой части сумма квадратов, она равна нулю тогда, когда одновременно равны нулю выражения, стоящие в квадратах. Запишем систему: cosxy=0,x+sinxy=0.

Если cosxy=0, то sinxy= +-1, поэтому эта система равносильна совокупности двух систем: x+1=0,cosxy=0 или x-1=0,cosxy=0.

Их решениями являются пары чисел х=1, у = PI 2 + PIm, m∈Z, и x=-1, y = = PI 2 + PIm, m∈Z.

Ответ: х=1, у = PI 2 + PIm, m∈Z, и x=-1, y = = PI 2 + PIm, m∈Z.

Если на промежутке Х наибольшее значение одной из функций y = f(x), y = g(x) равно А и наименьшее значение другой функции тоже равно А, то уравнение f(x) = g(x) равносильно на промежутке Х системе уравнений fx=А,gx=А.

1. Найдите все значения a, при которых имеет решение уравнение

2cos222x-x2=a+3sin(22x-x2+1).

После замены t= 22x-x2 приходим к уравнению cos(2t+PI3)=a-12.

Функция t=2mвозрастает, значит, она достигает своего наибольшего значения при наибольшем значении m. Но m=2х - х имеет наибольшее значение, равное 1. Тогда tнаиб = 22·1-1=2. Таким образом, множеством значений функции t= 22x-x2является промежуток (0;2, а функции cos(2t+PI3)- промежуток -1;0,5). Следовательно, исходное уравнение имеет решение для тех и только тех значений a, которые удовлетворяют неравенствам -1Ответ: -12. Решить уравнение (log23)x+a+2 = (log94)x2+a2-6a-5.

Воспользовавшись очевидными неравенствами

Ответ: x= - 5+32, если a=1+32 и x=-5+32, если a= 1-32.

Можно подробнее рассмотреть и другие уравнения. (Приложение №3).

Глава 3. Использование свойства монотонности функции.

Функцию y = f(x) называют возрастающей (соответственно убывающей) на множестве Х, если на этом множестве при увеличении аргумента увеличиваются (соответственно уменьшаются) значения функции.

Иными словами, функция y = f(x) возрастает на множестве Х, если из х1∈Х, х2∈Х и х1Она убывает на этом множестве, если из х1∈Х, х2∈Х и х1 f(x2).

Функцию y = f(x) называют нестрого возрастающей (соответственно нестрого убывающей) на Х, если из х1∈Х, х2∈Х и х1=f(x2)).

Функции, возрастающие и убывающие на Х, называют монотонными на Х, а функции, нестрого возрастающие или нестрого убывающие на Х, называют нестрого монотонными на Х.

Для доказательства монотонности функций используются следующие утверждения:

1. Если функция f возрастает на множестве Х, то для любого числа С функция f+С тоже возрастает на Х.

2. Если функция f возрастает на множестве Х и С > 0, то функция Сf тоже возрастает на Х.

3. Если функция f возрастает на множестве Х, то функция - f убывает на этом множестве.

4. Если функция f возрастает на множестве Х и сохраняет знак на множестве Х, то функция 1f убывает на этом множестве.

5. Если функции f и g возрастают на множестве Х, то их сумма f+g тоже возрастает на этом множестве.

6. Если функции f и g возрастают и неотрицательны на множестве Х, то их произведение fg тоже возрастает на Х.

7. Если функция f возрастает и неотрицательна на множестве Х и n - натуральное число, то функция fn тоже возрастает на Х.

8. Если обе функции f(x) и g(x) возрастающие или обе убывающие, то функция h(x) = f(g(x)) - возрастающая функция. Если одна из функций возрастающая. А другая убывающая, то h(x) = f(g(x)) - убывающая функция.

Сформулируем теоремы об уравнениях.

Теорема 1.

Если функция f(x) монотонна на промежутке Х, то уравнение f(x) = С имеет на промежутке Х не более одного корня.

Теорема 2.

Если функция f(x) монотонна на промежутке Х, то уравнение f(g(x)) = f(h(x)) равносильно на промежутке Х уравнению g(x) = h(x).

Теорема 3.

Если функция f(x) возрастает на промежутке Х, а g(x) убывает на промежутке Х, то уравнение g(x) = f(x) имеет на промежутке Х не более одного корня.

Теорема 4.

Если функция f(x) возрастает на промежутке Х, то уравнение f(f(x)) = x равносильно на промежутке Х уравнению f(x) = х.

1. Найдите все значения a, при которых имеет ровно три корня уравнение

4-x-alog3(x2-2x+3)+2-x2+2xlog13(2x-a+2)=0.

Решение. Преобразуем данное уравнение к виду

2x2-2xlog3(x2-2x+3)= 22x-a-1log3(2x-a+2).

Если положить u = x2-2x, v=2x-a-1, то придем к уравнению

2ulog3(u+3)= 2vlog3(v+3).

Функция f (t) = 2tlog3(t+3) монотонно возрастает при t >-2, поэтому от последнего уравнения можно перейти к равносильному u = v, x2-2x = 2x-a-1⇔(x-1)2=2x-a.

Это уравнение, как видно из рисунка, имеет ровно три корня в следующих случаях:

1. Вершина графика функции у = 2x-a располагается в вершине параболы у = (x-1)2, что соответствует a = 1;

2. Левый луч графика у = 2x-a касается параболы, а правый пересекает ее в двух точках; это возможно при a=12;

3. Правый луч касается, а левый - пересекает параболу, что имеет место при a=32.

Поясним второй случай. Уравнение левого луча у = 2a-2x, его угловой коэффициент равен -2. Следовательно, угловой коэффициент касательной к параболе равен

2(х -1) = -2 ⇒ х = 0 и точка касания имеет координаты (0; 1). Из условия принадлежности этой точки лучу находим a=12.

Третий случай можно рассмотреть аналогично или привлечь соображения симметрии.

Ответ: 0,5; 1;1,5.

Можно рассмотреть подробнее и другие уравнения. (Приложение №4).

Глава 4. Использование свойств выпуклости.

Пусть функция f(x) определена на промежутке Х она называется строго выпуклой вниз (вверх) на Х, если для любых u и v из Х, u!=v и 0

Геометрически это означает, что любая точка хорды ВС (то есть отрезка с концами в точках B(u;f(u)) и C(v;f(v)), отличная от точек В и С, лежит выше (ниже) точки А графика функции f(x), соответствующей тому же значению аргумента. (Приложение №5).

Функции строго выпуклые вверх и вниз называются строго выпуклыми.

Справедливы следующие утверждения.

Теорема 1.

Пусть функция f(x) является строго выпуклой вниз на промежутке Х, u ,v ∈X, u

Из теоремы 1 вытекает следующее утверждение.

Теорема 2.

Если функция f(x) является строго выпуклой на промежутке Х, функции u = u(x), v = v(x), u1=u1(x), v1 = v1(x) такие, что при всех х из ОДЗ уравнения f(u)+f(v) = f(u1) + f(v1) (1) их значения u(x), v(x), u1(x), v1(x) содержатся в Х и выполнено условие u+v = u1 +v1, то уравнение f(u)+f(v) = f(u1) + f(v1) (2) на ОДЗ равносильно совокупности уравнений u (x) = u1(x), u(x) = v1(x) (3).

1. 41-sin4x+41-cos4x=412.

Решение. Если положим fx= 41-x2, u=cos2x, v=sin2x, u1=v1=12, то данное уравнение запишется в виде (1). Поскольку f"x= -x24(1-x2)3, f""x=-2+x244(1-x2)7, то функция fx является строго выпуклой вверх на сегменте -1;1. Очевидно, что выполнены остальные условия теоремы 2 и, следовательно, уравнение равносильно уравнению cos2x = 0,5, х = PI4 +PIk2, где k∈Z.

Ответ: х = PI4 +PIk2, где k∈Z.

Теорема 3.

Пусть функция fx является строго выпуклой на промежутке Х и u,v, λv+(1-λ)u∈X. Тогда равенство f (λv+(1-λ)u) = λf(v)+(1-λ)f(u) (4) справедливо в том и только и том случае, если либо u=v, либо λ=0, либо λ=1.

Примеры: sin2xcos3x+cos2xsin3x∙1+sin2xcos3x+cos2xsin3x= sin2xcos3x1+cos3x+cos2xsin3x1+sin3x.

Уравнение имеет вид (4), если fx=x1+x= x+x2, u=sin3x, v= cos3x, λ=sin2x.

Очевидно, что функция fx является строго выпуклой вниз на R. Следовательно, по теореме 3 исходное уравнение равносильно совокупности уравнений sinx=0, sin2x=1, cos3x=sin3x.

Отсюда получаем, что его решениями будут PIk2, PI12+PIn3, где k,n∈Z.

Ответ: PIk2, PI12+PIn3, где k,n∈Z.

Использование свойств выпуклости применяется при решении и более сложных уравнений. (Приложение № 6).

Глава 5. Использование свойств четности или нечетности функций.

Функция fx называется четной, если для любого значения х, взятого из области определения функции, значение - х также принадлежит области определения и выполняется равенство f-x= fx. Функция fx называется нечетной, если для любого значения х, взятого из области определения функции, значение - х также принадлежит области определения и выполняется равенство f-x=- fx.

Из определения следует, что области определения четной и нечетной функций симметричны относительно нуля (необходимое условие).

Для любых двух симметричных значений аргумента из области определения четная функция принимает равные числовые значения, а нечетная - равные по абсолютной величине, но противоположного знака.

Теорема 1.

Сумма, разность, произведение и частное двух четных функций являются четными функциями.

Теорема 2.

Произведение и частное двух нечетных функций представляют собой четные функции.

Пусть имеем уравнение F(x)=0, где F(x) - четная или нечетная функция.

Чтобы решить уравнение F(x) = 0, где F(x) - четная или нечетная функция, достаточно найти положительные (или отрицательные) корни, симметричные полученным, и для нечетной функции корнем будет х = 0, если это значение входит в область определения F(x). Для четной функции значение х = 0 проверяется непосредственной подстановкой в уравнение.

В обеих частях уравнения имеем четные функции. Поэтому достаточно найти решения для x>=0. Так как x=0 не является корнем уравнения, рассмотрим два промежутка: (0;2, 2;infinity.

а) На промежутке (0;2 имеем:

8x= 2x+2-x+2, 23x=24, x= 43.

b) На промежутке 2;infinity имеем:

8x= 2x+2+x-2,23x=22x, x=0.

Но так как х = 0 не является корнем уравнения, то для х>0 данное уравнение имеет корень x= 43. Тогда x=- 43 также является корнем уравнения.

Ответ: 43; - 43.

Автор полагает, что работа может быть использована учителями и учащимися общеобразовательных типов на факультативных занятиях, при подготовке к математическим олимпиадам, сдаче ЕГЭ, вступительным экзаменам в технические учебные заведения.

Портал для школьника. Самоподготовка

Тема: "Показательная функция. Функционально-графические методы решений уравнений, неравенств, систем"

Скачать:

Предварительный просмотр:

СХОЖИЕ СТАТЬИ