Квадратные уравнения и их решение

Изучаем квадратные уравнения.

С началом изучения систематического курса алгебры основное внимание уделяется способам решения квадратных уравнений, которые становятся специальным объектом изучения. Для изучения данной темы по программе для общеобразовательных учреждений отводится 26 часов. Основная цель - выработать умения решать квадратные уравнения и решать задачи, сводящиеся к ним.

Умение решать квадратные уравнения служит базой для решения других типов уравнений и их систем (дробных рациональных, иррациональных, высших степеней).

Для того чтобы решить любое квадратное уравнение, учащиеся должны знать:

· формулу нахождения дискриминанта;

· формулу нахождения корней квадратного уравнения;

· алгоритмы решения уравнений данного вида.

В результате изучения данной темы учащиеся должны уметь:

· решать неполные квадратные уравнения;

· решать полные квадратные уравнения;

· решать приведенные квадратные уравнения;

· находить ошибки в решенных уравнениях и исправлять их;

· делать проверку.

Решение каждого уравнения складывается из двух основных частей:

· преобразования данного уравнения к простейшим;

· решения уравнений по известным правилам, формулам или алгоритмам.

Обучение решению уравнений начинается с простейших их видов, и программа обусловливает постепенное накопление как их видов, так и "фонда" тождественных и равносильных преобразований, с помощью которых можно привести произвольное уравнение к простейшим. В этом направлении следует строить и процесс формирования обобщенных приемов решения уравнений в школьном курсе алгебры. В курсе математики старших классов учащиеся сталкиваются с новыми классами уравнений, систем или с углубленным изучением уже известных классов. Однако это мало влияет на уже сформированную систему знаний, умений и навыков; они дополняют ее новым фактическим содержанием.

Обобщение способов деятельности учащихся при решении квадратных уравнений происходит постепенно. Можно выделить следующие этапы при изучении темы "Квадратные уравнения":

I этап - "Решение неполных квадратных уравнений".

II этап - "Решение полных квадратных уравнений".

III этап - "Решение приведенных квадратных уравнений".

Рассмотрим пристально первые два этапа.

На первом этапе рассматриваются неполные квадратные уравнения. Так как сначала математики научились решать неполные квадратные уравнения, поскольку для этого не пришлось, как говорится, ничего изобретать. Это уравнения вида: ах²= 0, ах² + с = 0, где а ≠ 0 и с≠ 0, ах² + bх = 0, где а ≠ 0 и

b ≠ 0. Рассмотрим решение несколько таких уравнений:

1. Если ах² = 0. Уравнения такого вида решаются по алгоритму:

1) найти х²;

2) найти х.

Например, 5х² = 0. Разделив обе части уравнения на 5 получается:

х² = 0, откуда х = 0.

2. Если ах² + с = 0, с ≠ 0 Уравнения данного вида решаются по алгоритму:

1) перенести слагаемые в правую часть;

2) найти все числа, квадраты которых равны числу с.

Например, х^{2 -} 5 = 0, Это уравнение равносильно уравнению х² = 5. Следовательно, надо найти все числа, квадраты которых равны числу 5. Таких чисел только два √5 и -√5 . Таким образом, уравнение х^{2 -} 5 = 0 имеет два действительных корня: x₁ =√5, x₂ = -√5 и других действительных корней не имеет.

3. Если ах² + bх = 0, b ≠ 0. Уравнения такого вида решаются по алгоритму:

1) вынести общий множитель за скобки;

2) найти x₁, x₂.

Например, х^{2 -} 3х = 0. Перепишем уравнение х^{2 -} 3х = 0 в виде

х (х - 3) = 0. Это уравнение имеет, очевидно, корни x₁ = 0, x₂ = 3. Других корней оно не имеет, ибо если в него подставить вместо х любое число, отличное от нуля и 3, то в левой части уравнения х (х - 3) = 0 получится число, не равное нулю.

Итак, данные примеры показывают, как решаются неполные квадратные уравнения:

1) если уравнение имеет вид ах² = 0, то оно имеет один корень х = 0;

2) если уравнение имеет вид ах² + bх = 0, то используется метод разложения на множители: х (ах +b) = 0; значит, либо х = 0, либо

ах + b = 0. В итоге получается два корня: x₁ = 0; x₂ = -в/а; ;

3) если уравнение имеет вид ах² + с = 0, то его преобразуют к виду

ах² = - с и далее х². = -с/а В случае, когда - с/а < 0, уравнение

х² = - с/а не имеет действительных корней (значит, не имеет корней и исходное уравнение ах² + с = 0). В случае, когда - с/а > 0, т.е. - с/а = m, где m>0, уравнение х² = m имеет два корня х1= ,

х2= - , в этом случае допускается более короткая запись

= Таким образом, неполное квадратное уравнение может иметь два корня, один корень, ни одного корня.

На втором этапе осуществляется переход к решению полного квадратного уравнения. Это уравнения вида ах² + bx + c = 0, где a,b,c - заданные числа, а ≠ 0, х - неизвестное.

Любое полное квадратное уравнение можно преобразовать к виду , для того, чтобы определять число корней квадратного уравнения и находить эти корни. Дискриминант уравнения равен: D = p² - 4q. Рассматриваются следующие случаи решения полных квадратных уравнений: D < 0, D = 0, D > 0.

1. Если D < 0, то квадратное уравнение ах² + bx + c = 0, где а ≠ 0 не имеет действительных корней. Например, 2х² + 4х + 7 = 0.

Решение: здесь а = 2, b = 4, с = 7. D = b^{2 -} 4ас = 4² - = 16 - 56 = - 40. Так как D < 0, то данное квадратное уравнение не имеет действительных корней.

2. Если D = 0, то квадратное уравнение ах² + bx + c = 0, где а ≠ 0, имеет два равных корня, которые находятся по формуле .

Например, 4х - 20х + 25 = 0. Решение: а = 4, b = - 20, с = 25. D = b^{2 -} 4ас = (-20) ² - = 400 - 400 = 0. Так как D = 0, то данное уравнение имеет два равных корня, которые находятся по формуле . Значит,

3. Если D > 0, то квадратное уравнение ах² + bx + c = 0, где а ≠ 0 имеет два корня, которые находятся по формулам: (1)

Например, 3х² + 8х - 11 = 0. Решение: а = 3, b = 8, с = - 11. D = b^{2 -} 4ас = 8² - (-11) = 64 + 132 = 196. Так как D > 0, то данное квадратное уравнение имеет два корня. Эти корни находятся по формулам:

Составляется алгоритм решения уравнения вида ах² + bx + c = 0.

1. Вычислить дискриминант D по формуле D = b^{2 -} 4ас.

2. Если D < 0, то квадратное уравнение ах² + bx + c = 0 не имеет корней.

3. Если D = 0, то квадратное уравнение имеет два равных корня, который находятся по формуле

4. Если D > 0, то квадратное уравнение ах² + bx + c = 0 имеет два корня:

. (2)

Это алгоритм универсален, он применим как к неполным, так и к полным квадратным уравнениям. Однако неполные квадратные уравнения обычно по этому алгоритму не решают.

Итак, можно сделать вывод, что квадратные уравнения можно решать подробно, используя сформулированное выше правило; можно - записать сразу формулу (2) и с ее помощью делать необходимые выводы.

В целом можно сказать, что освоение темы "Квадратные уравнения" поднимает учащихся на качественно новую ступень овладения содержанием школьной математики.