Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 50
|
ПЛАН Введение Глава 1. §1. Теоретические основы решения уравнений с параметрами. §2. Основные виды уравнений с параметрами. Глава 2. §1. Разработка факультативных занятий по теме. Заключение. ВВЕДЕНИЕ Главной целью факультативных занятий по математике являются расширение и углубление знаний, развитие интереса учащихся к предмету, развитие их математических способностей. Процесс обучения строится как совместная исследовательская деятельность учащихся. Большую роль в развитии математического мышления учащихся на факультативных занятиях играет изучение темы "Уравнения с параметрами". Вместе с тем изучение этой темы в школьной программе не уделено достаточного внимания. Интерес к теме объясняется тем, что уравнения с параметрами предлагаются как на школьных выпускных экзаменах, так и на вступительных экзаменах в вузы. Целью курсовой работы является ознакомление учащихся с теоретическими основами решения уравнений с параметрами, основными их видами и рекомендациями к решению. ГЛАВА 1 §1. Теоретические основы решения уравнений с параметрами. Рассмотрим уравнение F
(х, у, ..., z; α,β, ..., γ
) =
0 (F
) с неизвестными х, у, ..., z
и с параметрами α,β, ..., γ
;при всякой допустимой системе значений параметров α0
,β0
, ..., γ0
уравнение (F) обращается в уравнение F(х, у, ..., z; α0
,β0
, ..., γ0
)
=
0(F0
) с неизвестными х, у,...,
z, не содержащее параметров. Уравнение (Fo
) имеет некоторое вполне определенное множество (быть, может, пустое) решений. Аналогично рассматриваются системы уравнений, содержащих параметры. Допустимыми системами значений параметров считаются системы, допустимые для каждого уравнения в отдельности. Определение.
Решить уравнение (или систему), содержащее параметры, это значит, для каждой допустимой системы значений параметров найти множество всех решений данного уравнения (системы).
Понятие эквивалентности применительно к уравнению, содержащим параметры, устанавливается следующим образом. Определение.
Два уравнения (системы)
F(х, у, ..., z; α,β, ..., γ) =
0 (F
), Ф (х, у, ..., z; α,β, ..., γ)
=
0 (Ф
) с неизвестным х, у,..., z и с параметрами α,β, ..., γ называются эквивалентными, если для обоих уравнений (систем) множество допустимых систем значений параметров одно и то же и при всякой допустимой системе значений, параметров оба уравнения (системы уравнений) эквивалентны. Итак, эквивалентные уравнения при всякой допустимой системе значений параметров имеют одно и то же множество решений.
Преобразование уравнения, изменяющее множество допустимых систем значений параметров, приводит к уравнению, не эквивалентному данному уравнению. Предположим, что каждое из неизвестных, содержащихся в уравнении F(x, у,,z; α,β, ..., γ)
=0 (F
) задано в виде некоторой функции от параметров: х = х(α,β, ..., γ
); у = у(α,β, ..., γ);….
z=
z (α,β, ..., γ). (Х)
Говорят, что система функций (Х
), заданных совместно, удовлетворяет уравнению (F
), если при подстановке этих функций вместо неизвестных х, у,...,
z в уравнение (F) левая его часть обращается в нуль тождественно при всех допустимых значениях параметров: F
(
x
(α,β, ..., γ),
y(
α,β, ..., γ),…,
z (α,β, ..., γ
)
≡0. При всякой допустимой системе численных значений параметров α = α0
,β=β0
, ..., γ= γ0
соответствующие значения функций (Х
) образуют решение уравнения F(х, у, ..., z; α0
,β0
, ..., γ0
) =
0 §2. Основные виды уравнений с параметрами . Линейные и квадратные уравнения. Линейное уравнение, записанное в общем виде, можно рассматривать как уравнение с параметрами : ах
= b
, где х
– неизвестное, а,
b
– параметры. Для этого уравнения особым или контрольным значением параметра является то, при котором обращается в нуль коэффициент при неизвестном. При решении линейного уравнения с параметром рассматриваются случаи, когда параметр равен своему особому значению и отличен от него. Особым значением параметра а является значение а
= 0. 1. Если а
≠ 0 , то при любой паре параметров а и b оно имеет единственное решение х
= 2. Если а
= 0, то уравнение принимает вид: 0 х
= b
. В этом случае значение b
= 0 является особым значением параметра b
. 2.1. При b
≠ 0 уравнение решений не имеет. 2.2. При b
= 0 уравнение примет вид : 0 х
= 0. Решением данного уравнения является любое действительное число. П р и м е р . Решим уравнение 2а(а —
2) х=а —
2. (2) Р е ш е н и е. Здесь контрольными будут те значения параметра, при которых коэффициент при х
обращается в 0.
Такими значениями являются а=0
и а=2.
При этих значениях а
невозможно деление обеих частей уравнения на коэффициент при х.
В то же время при значениях параметра а≠0, а≠2
это деление возможно. Таким образом, целесообразно множество всех действительных значений параметра разбить на подмножества A1
={0}, А2
={2} и Аз= {а
≠0, а
≠2} и решить уравнение (2) на каждом из этих подмножеств, т. е. решить уравнение (2) как семейство уравнений, получающихся из него при следующих значениях параметра: 1) а=
0 ;
2) а=
2 ;
3) а≠0, а≠2 Рассмотрим эти случаи. 1) При а=
0уравнение (2) принимает вид 0 х
= — 2. Это уравнение не имеет корней. 2) При а=
2уравнение (2) принимает вид 0 х
=0. Корнем этого уравнения является любое действительное число. 3) При а≠0, а≠2 из уравнения (2) получаем, х= откуда х= 0 т в е т: 1) если а=
0,
то корней нет; 2) если а=
2,
то х
— любое действительное число; 3) если а
≠0, а
≠2 , то х
= П р и ме р . Решим уравнение (а
— 1) х
2
+2 (2а
+1) х
+(4а
+3) =0; (3) Р е ш е н и е. В данном случае контрольным является значение a
=1. Дело в том, что при a
=1 уравнение (3) является линейным, а при а≠
1 оно квадратное (в этом и состоит качественное изменение уравнения). Значит, целесообразно рассмотреть уравнение (3) как семейство уравнений, получающихся из него при следующих значениях параметра: 1) а
=l; 2) а
≠1. Рассмотрим эти случаи. 1) При a
=1 уравнение (3) примет вид бх
+7=0. Из этого уравнения находим х= - 2) Из множества значений параметра а≠
1 выделим те значения, при которых дискриминант уравнения (3) обращается в 0. Дело в том, что если дискриминант D=0
при а=ао
,
то при переходе значения D
через точку ао
дискриминант может изменить знак (например, при а<ао
D< 0, а при а>ао
D>0). Вместе с этим при переходе через точку ао
меняется и число действительных корней квадратного уравнения (в нашем примере при а<ао
корней нет, так как D< 0, а при а>ао
D>0 уравнение имеет два корня). Значит, можно говорить о качественном изменении уравнения. Поэтому значения параметра, при которых обращается в 0 дискриминант квадратного уравнения, также относят к контрольным значениям. Составим дискриминант уравнения (3): Из уравнения a
≠ 1 Таким образом, осталось решить уравнение (3) в случае, когда а
< Если а
< { a
≥ Ответ: 1) если а
< a
≠ 1 Дробно-рациональные уравнения с параметрами, сводящиеся к линейным. Процесс решения дробных уравнений протекает по обычной схеме: дробное уравнение заменяется целым путем умножения обеих частей уравнения на общий знаменатель левой и правой его частей. После чего учащиеся решают известным им способом целое уравнение, исключая посторонние корни, т. е. числа, которые обращают общий знаменатель в нуль. В случае уравнений с параметрами эта задача более сложная. Здесь, чтобы исключить посторонние корни, требуется находить значение параметра, обращающее общий знаменатель в нуль, т. е. решать соответствующие уравнения относительно параметра. П р и м ер . Решим уравнение Р е ш е н и е. Значение а=0
является контрольным. При a
=0 уравнение (4) теряет смысл и, следовательно, не имеет корней. Если а≠0,
то после преобразований уравнение (4) примет вид: х
2
+2 (1 — а
) х
+а
2
— 2а —
3=
0.
(5) Найдем дискриминант уравнения (5) Находим корни уравнения (5): х
1
=а
+ 1, х
2
= а
— 3.
При переходе от уравнения (4) к уравнению (5) расширилась область определения уравнения (4), что могло привести к появлению посторонних корней. Поэтому необходима проверка. П р о в е р к а. Исключим из найденных значений х такие, при которых х
1
+1=0, х
1
+2=0, х
2
+1=0, х
2
+2=0. Если х
1
+1=0, т. е. (а
+1)+1=0, то а= —
2. Таким образом, при а= — 2 х
1
— посторонний корень уравнения (4). Если х
1
+2=0, т. е. (а
+1)+2=0, то а= —
3.
Таким образом, при а= —
3 x
1
— посторонний корень уравнения (4). Если х
2
+1 =0, т. е. (а
— 3)+1=0, то а=
2.
Таким образом, при а=
2 х
2
— посторонний корень уравнения (4)'. Если х
2
+2=0, т. е. (а
— 3)+2=0, то а
=1. Таким образом, при а=
1 х
2
— посторонний корень уравнения (4). Для облегчения выписывания ответа сведем полученные результаты на рисунке .
х
1,2
х
1,2
х
1,2
х
1,2
х
1,2
х
1,2
-3 -2 0 1 2 а
В соответствии с этой иллюстрацией при а= — 3
получаем х
= — 3 — 3= — 6; при a
= — 2 х
= — 2 — 3= — 5; при a
=1 х
= 1+1=2; при a=2 х
=2+1=3. Итак, можно записать От в ет: 1) если a
= — 3,
то х
= — 6; 2) если a
= — 2, то х
= — 5; 3) если a
=0, то корней нет; 4) если a
= l, то х
=2; 5) если а=2,
то х
=3; 6) если а
≠ -3 ; а
≠ -2 ; а
≠ 0 ; то х
1
= а
+ 1, а
≠ 1 ; х
2
= а
– 3. а
≠ 2, Иррациональные уравнения с параметрами. Существует несколько способов решения иррациональных уравнений с параметрами. Познакомимся с ними, разобрав следующий пример. П р и м ер . Решить уравнение х
- Решение: Возведем в квадрат обе части иррационального уравнения с последующей проверкой полученных решений. Перепишем исходное уравнение в виде:
При возведении в квадрат обеих частей исходного уравнения и проведения тождественных преобразований получим: 2 х
2
– 2х
+ (1 - а
) = 0, D
= 2а
– 1. Особое значение : а
= 0,5. Отсюда : 1) при а
> 0,5 х
1,2
= 0,5 ( 1 ± 2) при а
= 0,5 х
= 0,5 ; 3) при а
<0,5 уравнение не имеет решений. Проверка: 1) при подстановке х
= 0,5 в уравнение (7), равносильное исходному, получим неверное равенство. Значит, х
= 0,5 не является решением (7) и уравнения (6). 2) при подстановке х1
= 0,5 ( 1 ±
-0,5 ( 1 + Так как левая часть равенства отрицательна, то х1
не удовлетворяет исходному уравнению. 3) Подставим х
2
в уравнение (7): Проведя равносильные преобразования, получим: Если Имеем истинное равенство при условии, что Это условие выполняется, если а ≥1. Так как равенство истинно при а ≥1, а х2
может быть корнем уравнения (6) при а > 0,5, следовательно, х2
– корень уравнения при а ≥1. Тригонометрические уравнения. Большинство тригонометрических уравнений с параметрами сводится к решению простейших тригонометрических уравнений трех типов. При решении таких уравнений необходимо учитывать ограниченность тригонометрических функций у = sinx и y = cosx. Рассмотрим примеры. Пример .
Решить уравнение: cos Решение:
Так как Е
(соst
)=[-1; 1], то имеем два случая. 1.
При |a
| > 0,5 уравнение не имеет решений. 2.
При |a
| ≤0,5 имеем: а
)
б)
Ответ: если |a
| > 0,5, решений нет; если |a
| ≤0,5 , х
= 1+(2π
n
+аrссоs2а
)2
при n
= 0, 1, 2,... и х
=1+(2πn
-arccos2a
)2
при n Пример .
Решить уравнение: tgax
2
= Решение:
. ах
2
= Если коэффициент при неизвестном зависит от параметра, то появляется особое значение параметра. В данном случае: 1.
Если а
=0, то уравнение не имеет решений. 2.
Если а
Уравнение имеет решение, если и а
выполняется это условие: откуда n
≥ Итак, уравнение имеет решение х = ±
1) а
> 0 и n
= 1,2,3,… или 2) а
< 0 и n Ответ: при а
= 0 решений нет; при а
> 0 и n
= 1,2,3,… или а
< 0 и n Пример. Решите уравнение: а
sinbx
= 1 Решение: Особое значение параметра а
: а
= 0. 1. При а
= 0 решений нет. 2. При а 2.1. Если 2.2. Если 2.2.1. Если b
= 0, то решений нет. 2.2.2. Если b Ответ: при а
= 0 или при а Показательные уравнения с параметрами. Многие показательные уравнения с параметрами сводятся к элементарным показательным уравнениям вида а
f (
x)
= bφ(х
)
(*), где а
> 0, b
> 0. Область допустимых значений такого уравнения находится как пересечение областей допустимых значений функций f(
x)
и φ (х).
Для решения уравнения (*) нужно рассмотреть следующие случаи: 1) При а
= b
= 1 решением уравнения (*) является область его допустимых значений D
. 2) При а
= 1, b
≠ 1 решением уравнения (*) служит решение уравнения φ(х)
= 0 на области допустимых значений D
. 3) При а
≠ 1, b
= 1 решение уравнения (*) находится как решение уравнения f(х)
= 0 на области D
. 4) При а
= b
(а
> 0, а
≠ 1, b
>0, b
≠ 1) уравнение (*) равносильно уравнению f(х)
= φ(х)
на области D
. 5) При а
≠ b
(а
> 0, а
≠ 1, b
>0, b
≠ 1) уравнение (*) тождественно уравнению logc
a
f(
x)
= logc
b
φ(
x)
(c
> 0, c
≠ 1) на области D
. Пример. Решите уравнение: а
х
+ 1
= b
3 – х
Решение. ОДЗ уравнения: х
1) При а
≤ 0, b
≤ 0 уравнение не имеет смысла. 2) При а
= b
= 1, х
3) При а
= 1, b
≠ 1 имеем: b
3 – х
= 1 или 3 – х
= 0 4) При а
≠ 1, b
= 1 получим: а
х
+ 1
= 1 или х
+ 1 = 0 5) При а
= b
(а
> 0, а
≠ 1, b
>0, b
≠ 1) имеем: х
+ 1 =3 – х
6) При а
≠ b
(а
> 0, а
≠ 1, b
>0, b
≠ 1) прологарифмируем исходное уравнение по основанию а,
получим: Ответ: при а
≤ 0, b
≤ 0 уравнение не имеет смысла; при а
= b
= 1, х
при а
= 1, b
≠ 1 х
= 3. при а
≠ 1, b
= 1 х
= -1 при а
= b
(а
> 0, а
≠ 1, b
>0, b
≠ 1) х
= 1 при а
≠ b
(а
> 0, а
≠ 1, b
>0, b
≠ 1) Логарифмические уравнения с параметром. Решение логарифмических уравнений с параметрами сводится к нахождению корней элементарного логарифмического уравнения. Важным моментом решения уравнений такого типа является проверка принадлежности найденных корней ОДЗ исходного уравнения. Пример. Решите уравнение 2 – log Решение. ОДЗ: х >
1, а
> 0, а
≠ 1. Осуществим на ОДЗ цепочку равносильных преобразований исходного уравнения: logа
а
2
+ log logа
( а
2
(х
2
- 1)) = logа
(( а
2
(х
2
- 1) = (х
- 1) а
2
(х
- 1) (х
+ 1) = (х
- 1) Так как х
≠ -1 и х
≠ 1, сократим обе части уравнения на (х
- 1) а
2
Возведем обе части полученного уравнения в квадрат: а
4
(х
+ 1) = х
– 1 Так как а
≠ -1 и а
≠ 1, то Для того чтобы значения х
являлось решением уравнения, должно выполняться условие х
> 1, то есть Выясним, при каких значениях параметра а
это неравенство истинно:
Так как а
> 0, то полученная дробь положительна, если 1 – а
4
> 0, то есть при а
< 1. Итак, при 0 < a
< 1, x
> 1, значит при 0 < a
< 1 х
является корнем исходного уравнения. Ответ: при а
≤ 0, а
= 1 уравнение не имеет смысла; при а
> 1 решений нет; при 0 < a
< 1 ГЛАВА 2 §1. Разработка факультативных занятий по теме. В общеобразовательных классах данная тема не берется в явном виде. Она рассматривается в заданиях более сложного характера. Например, при изучении темы "Квадратные уравнения", можно встретить следующие задания: 1) При каком р
уравнение х
2
– 2х
+ 1 = р
имеет один корень ? 2) При каких значениях параметра р
сумма корней квадратного уравнения х
2
+ ( р
2
+ 4р
– 5 ) х
– р
= 0 равна нулю ? В классах с углубленным изучением математики уравнения с параметрами целенаправленно начинают изучать с 8 класса. Именно в этот период вводится понятие "параметр". Основная задача – научить учащихся решать уравнения с одним параметром. Ученики должны уяснить, что уравнения с параметром – это семейство уравнений, определяемых параметром. Отсюда и вытекает способ решения: в зависимости от структуры уравнения выделяются подмножества множества допустимых значений параметра и для каждого такого подмножества находится соответствующее множество корней уравнения. Нужно обратить внимание на запись ответа. В нем должно быть указано для каждого значения параметра (или множества его значений), сколько корней имеет это уравнение и какого вида. На факультативных занятиях следует разобрать следующие виды задач: 1) на разрешимость: определить параметры, при которых задача имеет хотя бы одно решение или не имеет решений вовсе. 2) на разрешимость на множестве: определить все параметры, при которых задача имеет m решений на множестве М или не имеет решений на множестве М. 3) на исследование: для каждого параметра найти все решения заданной задачи. Разработка факультативных занятий приведена в приложении. Структура следующая: Занятие№1. Решение линейных и квадратных уравнений с параметрами. Занятие№2. Решение линейных и квадратных уравнений с параметрами. Занятие№3. Решение дробно-рациональных и иррациональных уравнений с параметрами. Занятие№4. Тест Занятие№5. Решение тригонометрических уравнений с параметрами. Занятие№6. Решение тригонометрических уравнений с параметрами. Занятие№7. Решение показательных и логарифмических уравнений с параметрами. Занятие№8. Тест Занятие№1 Занятие№2 Занятие №3 Занятие № 4. Вариант I. а) при k=-2 корней нет; при k б) при k в) при k=-2 корней нет; при k а) при а=2 х б) при а=2 х в) при а=2 х а) b<1 ; б) b>1 ; в) b=1 а) а=25 ; б) а=0 и а= 0,04 ; в) а=0,04. а) k=-5, k= -2 ; б) k=5 ; в) k=5, k= 2 . а)при b б)при b в)при b= а) а≥ 3 ; б) а=4 ; в) а≥ 0 а) –0,25≤а≤ 0 ; б) –0,25<а≤ 0 ; в) –0,25<а< 0 а) с Вариант II. а) при а=-2 корней нет; при а б) при а в) при а а) при а=-9 х б) при а=9 х в) при а= -9 х а) b<3 ; б) b<2 ; в) b>3 а) k=49, k= 1 ; б) k=1 ; в) k=49 . а) а а)при а б) при а в) при а а) а≥ 2/3 ; б) а≥ 2/3 √6 ; в) а≤ 2/3 √6 а) а≥ 0 ; б) ни при каких ; в) а≥ 1 а) с Занятие №5-6 Занятие №7 Занятие №8. Вариант I. а) при b
б) приb
в)b
а) a
а) a
а) при а
≤ 0 х
б) при а
> 0 х
в) при а
= 1 х
а) 2; б) 1 ; в) -1. а) при а
≤ 1 х
= 0,5( 2+ б) при а
> 100 реш. нет; при 1<a
<100 х
= 0,5( 2+ при а
≤ 1 не имеет смысла . в) при а
> 100 реш.нет ; при 1<a
<100 х
= 0,5( 2+ при а
≤ 1 не имеет смысла . 7. Найдите все значения параметра, для которых данное уравнение имеет только один корень 1+ log2
(ax
) = 2 log2
(1 - x
) а) а
> 0, а
= 2 ; б) а
> 0, а
= - 2 ; в) а
< 0, а
= - 2 . а) а
; Вариант II. а) при |b
| ≤ 1 х
= б) при |b
| ≤ 1 и b
=0 х
= в)при |b
| > 1 х
= а) a
а) a
а) при а
≤ 0 х
б) при а
= 1 х
в) при а
> 0х
а) -2,5; 2,5 ; б) 2; 2,5 ; в) –2,5. а) х
= а
+ 1000, х
= а
+ 3
√10 ; б) х
= а
- 3
√10 , х
= а
–1000 ; в) х
= а
- 3
√10 , х
= а
+ 1000 . 7. Найдите все значения параметра, для которых данное уравнение имеет только один корень а) 4 ; б) -
4 ; в) - 2 . а) -1 ; а
; б) 1 ; - а
; в ) 1 ; а
Заключение. При решении приведенных выше задач с параметрами происходит повторение и, как следствие, более глубокое прочное усвоение программных вопросов. Ученики расширяют свой математический кругозор, тренируют мышцы интеллекта, при этом происходит развитие математического, логического мышления, умения анализировать, сравнивать и обобщать. Решение задач с параметрами на факультативных занятиях это помощь при подготовке к экзаменам. Происходит формирование таких качеств личности, как трудолюбие, целеустремленность, усидчивость, сила воли и точность. Литература. | |||||