Równania i nierówności wymierne: teoria i zadania maturalne
Równania z niewiadomą w mianowniku: dziedzina, warunek „licznik zero, mianownik nie”, a na rozszerzeniu ogólne równania i nierówności wymierne oraz zadania tekstowe (prędkość, czas, praca).
Teoria
Zawsze zaczynamy od dziedziny
Mianownik nie może być zerem. Wyznacz liczby wykluczone przed rozwiązywaniem: na końcu odrzucisz rozwiązania spoza dziedziny.
Równanie typu W(x)V(x)=0
W(x)V(x)=0⟺V(x)=0∧W(x)=0.
Ułamek jest zerem, gdy licznik jest zerem (a mianownik nie).
Równanie z podstawy
x2−9(x−1)(x+3)=0. Dziedzina: x2−9=0⇒x=±3. Licznik: x=1 lub x=−3. Ale −3∈/D, więc jedynym rozwiązaniem jest x=1.
Ogólne równania wymierneR
Przenieś wszystko na jedną stronę i sprowadź do wspólnego mianownika, albo pomnóż obie strony przez wspólny mianownik (wolno, bo w dziedzinie jest on różny od zera). Np. x+x6=5 dla x=0: x2+6=5x⇒x2−5x+6=0⇒x∈{2,3}.
Nierówności wymierneR
Nie mnożymy nierówności przez mianownik zawierający x: jego znak jest nieznany! Postępujemy tak:
Dziedzina.
Wszystko na jedną stronę, wspólny mianownik: W(x)V(x)≷0.
Zamiana: WV>0⟺V⋅W>0 (bo iloraz i iloczyn mają ten sam znak).
Rozwiązanie nierówności wielomianowej (wężyk) z wyłączeniem pierwiastków mianownika.
Np. x−2x+1≤2⇒x−2x+1−2(x−2)≤0⇒x−2−x+5≤0⇒x−2x−5≥0⇒(x−5)(x−2)≥0∧x=2, czyli x∈(−∞,2)∪⟨5,+∞).
Mnożenie „na krzyż” w nierównościach
x1≥x−21: pomnożenie na krzyż daje fałszywy wynik. Poprawnie: x1−x−21≥0⇒x(x−2)−2≥0⇒x(x−2)<0⇒x∈(0,2).
Zadania tekstowe: ruch i praca
prędkość, droga, czas: v=ts, t=vs,
wydajność pracy: jeśli całą pracę wykonuje się w t godzin, to w godzinę wykonuje się t1 pracy.
Na maturze
Podstawa: równania postaci W(x)V(x)=0 (pułapka: rozwiązanie spoza dziedziny). Rozszerzenie: nierówności wymierne, równania z parametrem, zadania tekstowe prowadzące do równań wymiernych.
Iloraz i iloczyn mają ten sam znak: zamieniamy nierówność wymierną na wielomianową (dziedzina!).
Droga, prędkość, czas
s=v⋅t,t=vs
Podstawa zadań „o ruchu”: czasy przy różnych prędkościach dają równanie wymierne.
Wydajność pracy
t11+t21=t1
Dwie osoby wykonujące pracę w czasie t1 i t2 razem robią ją w czasie t.
Przykłady rozwiązane krok po kroku
Przykład 1
Rozwiąż równanie x2−9(x−1)(x+3)=0.
Dziedzina:x2−9=0⇒x=3 i x=−3. Licznik równy zero:(x−1)(x+3)=0⇒x=1 lub x=−3. Sprawdzenie dziedziny:−3∈/D: odrzucamy.
Lewa strona to x−3x−1 z „dziurą” w x=−3 (poza dziedziną), więc jej wykres przecina oś x tylko w x=1.
x=1
Przykład 2
Rowerzysta pokonał trasę długości 60 km. Gdyby jechał ze średnią prędkością o 5 km/h większą, przejechałby ją w czasie o 1 godzinę krótszym. Oblicz średnią prędkość rowerzysty.
Niech v>0: prędkość (km/h). Czas: v60, przy większej prędkości v+560.
D:x=0. Mnożymy przez x: x2+6=5x⇒x2−5x+6=0⇒(x−2)(x−3)=0.
x∈{2,3}
Zadanie 8 (1 pkt)
Zbiorem rozwiązań nierówności x+1x−3<0 jest
(−∞,−1)∪(3,+∞)
(−1,3⟩
(−1,3)
(−∞,3)
Odpowiedź: C
Rozwiązanie
(x−3)(x+1)<0⟺x∈(−1,3); x=−1 i tak wyklucza dziedzina.
Odpowiedź C
Zadanie 9 (2 pkt)
Rozwiąż nierówność x+32x−1≥1.
Odpowiedź: x∈(−∞,−3)∪⟨4,+∞)
Rozwiązanie
D:x=−3. x+32x−1−(x+3)≥0⇒x+3x−4≥0⇒(x−4)(x+3)≥0∧x=−3. Parabola ramionami w górę, pierwiastki −3 i 4: na zewnątrz, −3 wykluczone.
x∈(−∞,−3)∪⟨4,+∞)
Zadanie 10 (3 pkt)
Rozwiąż nierówność x1≥x−21.
Odpowiedź: x∈(0,2)
Rozwiązanie
D:x=0,x=2.
x1−x−21≥0⇒x(x−2)−2≥0.
Licznik −2<0, więc ułamek jest nieujemny ⟺ mianownik ujemny: x(x−2)<0⟺x∈(0,2). (Równości =0 nie ma, bo licznik =0.)
x∈(0,2)
Zadanie 11 (3 pkt)
Dwie koparki, pracując razem, wykonują wykop w ciągu 6 godzin. Pierwsza koparka, pracując sama, wykonałaby go o 5 godzin szybciej niż druga pracująca sama. W ciągu ilu godzin każda z koparek wykonałaby wykop, pracując sama?