![]() |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
|
О Пример 2. Найдем значение: а) 3/8; б) ~\[^-
а) 3/8 = 2, так как 23 = 8 и 2>0;
^ \[ъ\ 3 / 3\4 81 3 ^ А
б> Vi6=T- так (.ТУ =16 и т>0- •
При четных п функция f(x) = xn четна. Отсюда следует, что если а>0, то уравнение хп = а, кроме корня хх ==ija, имеет также корень х2=—уа. Если а—0, то корень один: * = 0; если а<0, то это уравнение корней не имеет, поскольку четная степень любого числа неотрицательна.
Итак, при четном п существуют два корня п-й степени из любого положительного числа а; корень п-й степени из числа 0 равен нулю; корней четной степени из отрицательных чисел не существует.
О Пример 3. Уравнение л:4 = 81 имеет два корня: это числа
3 и —3. Таким образом, существуют два корня четвертой степени из 81. При этом — это неотрицательное число, т. е. V8l = 3, а —3=—V8T.
Пр и мер 4. Положительным корнем уравнения х4=3 является число V3- Это число (так же, впрочем, как и число —\J3) иррационально. Его десятичные знаки можно вычислить последовательно:
1<УЗ<2, так как 14<3<24;
1,3<V5<1,4, так как 1»34 < 3 < 1,44 и т. д.
(убедитесь, что \/3= 1,31607...). ф
При нечетных значениях п функция f(x)==xfl возрастает на всей числовой прямой; ее область значений — множество всех действительных чисел. Применяя теорему о корне, находим, что уравнение хп — а имеет один корень при любом а и, в частности, при а<0. Этот корень для любого значения а (в том числе и а отрицательного) обозначают %/а.
Итак, при нечетном п существует корень п-й степени из любого числа а и притом только один.
Для корней нечетной степени справедливо равенство
*\1—а= — л/а.
В самом деле,
(—=(— 1)п-(Я/а)я= -1 •<*=
т. е. число —л/а есть корень п-й степени из —а. Но такой корень при нечетном п единственный. Следовательно, V—а~
— —л/а.
Равенство V—а = — л/а (при нечетном п) позволяет выразить корень нечетной степени из отрицательного числа через арифметический корень той же степени. Например, У—71 = — УТ\, V—27 = —У27 = —3.
Замечание 1. Для любого действительного х
пг~п\ UI, если п четно;
" Ч х, если п нечетно.
(Докажите это свойство самостоятельно.)
Замечание 2. Удобно считать, что корень первой степени из числа а равен а. Как вы уже знаете, корень второй степени из числа называют квадратным корнем, а показатель 2 корня при записи опускают (например, корень квадратный из 7 обозначают просто л/7). Корень третьей степени называют кубическим корнем.
О Пример 5. Решим уравнение: а) х5= — И; б) хь — 7.
а) По определению корня n-й степени число х — корень пятой степени из —11. Показатель корня — нечетное число 5, поэтому такой корень существует и притом только один: это V=ni. Итак, *=-VTT.
б) По определению корня п-й степени решением уравнения хъ = 7 является число SJ7. Так как 8 — число четное, —yf также является решением данного уравнения. Итак, xi=y7t л;2=—^7. Ответ можно записать так: х= ± V7. •
1. Основные свойства корней. Напомним известные вам свойства арифметических корней п-й степени.
Для любого натурального п, целого k и любых неотрицательных чисел а и b выполнены равенства:
1°. J\[ab=1\la-1\[b.
2°- Vf=| (ьфо)-
з°. (л>о).
4°. \[а = п\[а* (к > 0).
5°. Vo*=(Va)* (если то а¥=0).
Докажем свойство 1°. По определению *\[аЬ — это такое неотрицательное число, n-я степень которого равна ab. Число tyja-yb неотрицательно. Поэтому достаточно проверить справедливость равенства (!\[a'!\[b)n = ab, которое вытекает из свойств степени с натуральным показателем и определения корня п-й степени: (Va-V6)rtHVa)4V&)rt=a6-
Аналогично доказываются следующие три свойства:
^>П п Ж"- ^ fl •
^ Vvfc/ m *>'
ЦЩ>о и (л/^)"‘=((лАШ
Va^O и (Varfe=((Va)")* = ^-
Докажем теперь свойство 5°. Заметим, что n-я степень числа i^jaf равна ак:
![]() |
По определению арифметического корня (Va)*=V^ (так как
(Va)*^0).
Приведем примеры применения свойств 1° — 5° к решению задач на преобразование числовых выражений, содержащих корни.
О Пример 6. Преобразуем выражения: а) б) д/б-^г '»
в) VW; г) 2Vl28; дУ Д/Т283-
a) V8*V4=V^4=V32 = 2 (свойство 1°); б> (св°йс™° 2°);
B) VV^=IV7 (свойство 3°);
г) 2-\/l28 = 2J\/27—\/2 (свойство 4°);
д) применяя свойство 5°, находим У1283 = (У128)3 = 23 = 8. ф Докажем следующее свойство арифметического корня:
6°. Для любых чисел а и Ь, таких, что О^асЬ, выполняется
неравенство Уа<У&.
Проведем доказательство методом от противного. Допустим,
что °\[а^л]Ь. Тогда по свойству степеней с натуральным показателем (Уа)"т. е. а^Ь. Это противоречит условию a<Cb.
О Пр и м е р 7. Сравним числа д/2 и УЗ.
Представим У2 и УЗ в виде корней с одним и тем же показателем: У2 = 1У¥= 1У32, а УЗ = 1У33= 1У27 (свойство 4°). Из неравенства 32 >27 по свойству 6° следует, что ‘У32>*1У27, и, значит, У2>Уз.
Пр и мер 8. Решим неравенство х6>»20.
Это неравенство равносильно неравенству х6— 20>0. Так как функция f(x) = x6 — 20 непрерывна, можно воспользоваться методом интервалов. Уравнение х6 — 20 = 0 имеет два корня: У20 и —V20. Эти числа разбивают числовую прямую на три промежутка. Решение данного неравенства — объединение двух из них:
(-оо; -V20) и (V20; оо). ф
Упражнения
Проверьте справедливость равенств (381—382).
381. а) -\/Тб = 2; б) У^7=-1; в) >УТ024 = 2; г) У-243=-3.
382. а) !УГ= 1; б) Уб4 = 2; в) У~343=— 7; г) ‘Уб=0.
Вычислите (383—384).
383. а) У—27; б) УвТ; в) У-32; г) Уб4.
384. а) д/l; б) в) г) \J1L.
Решите уравнения (385—388).
385. а) х3-|-4 = 0; б) лс6 = 5; в) лс3 = 4; г) л:4= 10.
386. а) л;10—15 = 0; б) л:7+128 = 0; в) л:6 —64 = 0; г) г’ = 3.
387. а) 16л;4— 1 =0; б) 0,01л:3 + 10=0; в) 0,02л:6 — 1,28 = 0;
г) 12-|—4-*2 = 0.
4 4
388. a) У*= — 0,6; б) \[х=3\ в) л/х=5; г) л]х= — 1.
Найдите значение числового выражения (3,89—394).
389. а) (—УТТ)4; б) (2 \f=2f\ в) (У7)3; г) (-ф)6.
390. a) V16-625; б) V32-243; в) У8-343; г) 4/0,0001 • 16.
391. а) VI60-625; б) V24*9; в) V48-27; г) У^Ь45.
392. a) V9-V9; б) в) ^27-^9; г)
м, „ а, „ &т.. „ т
^ а> У I-VWH./I -У^;У~зЛ- б>
V 5 / 24? 3 / 717* ч 4 /71 ГГ. V5
В) V 1024 V 27 * "V 8*2 ^8о *
395. Найдите первые два десятичных знака (после запятой) числа:
a) V2; б) V5; В) т/7; г) V3.
Пользуясь таблицами или калькулятором, найдите приближенное значение корня с точностью до 0,01 (396—397).
396. a) V10.17; б) в) УГЗДГ; г) ЦП.
397. a) V*37; б) VlO; в) г) ^Дз.
Сравните числа (398—401).
398. a) Щ2 и 0; б) 'Щ* и *д; в) УП8и1;г) УбЯлЦОд.
399. a) -1-V2 и б) и *V043; в) У2 и V3;
г) lV08 и 1.
400. а) л/0^3 и V^05; б) V4 и У8; в) V7 и V40; г) л/5 и V500-
401. а) У—0,4 и б) и в) \[^2 и ^4;
г) и V=3.
402. Вынесите множитель за знак корня (а>0, 6> 0): a) V64a86“; б) V—128а7; в) Уба12Ь6\ г) V^4^-
403. Внесите множитель под знак корня (а>0, Ь>0):
а) —Ьт/З; б) ab~\l^—\ в) а\р\ г) —ab У— 4.
а
При каких значениях а верно равенство (404—405)?
404. a) -yfa2=—a; б) Уа? = а\ в) Уав=\а\\ г) \[аА = а.
405. а) У<?= — а; б) Уа^ = ~а\ в) \[а4—\а\; г) УсГ^а.
Представьте выражение в виде дроби, знаменатель которой не содержит знака корня (406—407).
406 а) 3 • к\. в\ 1. г\ Ув+1
* ' л/7—л/5 ’ ' а+л/2 ’ л/5 + л^’ л/б-1 '
407. а); б); в) -i—; г).
У2 2 -\/х xSfi 3
Приведите числовое выражение к виду a V6, где а — рациональное число, а b — натуральное (408—409).
ч 2. 6 ч з.. ю
\f4 ’ У27^2Ь ’ В Vl2 V®
409. a) 'V255; б) \Jв) г) л/^-
410. Решите уравнение с помощью подстановки t=\[x или t=^Jx: a) Vx —5Vjc + 6=0; б) ->[х-\-л[х = 2\ в) л/х — 3V* + 2 = 0;
г) У*— 5V* = 6.
Решите неравенства (411—412).
411. а) *4<3; б) *“>7; в) *10>2; г) х3<5.
412. а) У*<—7; б) в) V*>2; г) 3.
Упростите выражения (413—414).
413. а) Уа5» где а<0; б) \[а?у где а>0;
в) Va5; г) -д/а5, где а^0.
414. a) Уо3—Уа5, где а<0; б) V^T+2V^7» гДе а^0;
в) V^-V2\ где я^0; г) Уа^+ЗУя*, гДе
415. Найдите значение выражения:
а) -Ую+л/ТЗ-У10-'\/73; б) У^+.У*^ +л/Г7;
V4-V17
в) V9-V65-V9+V65; г) V3—>/5-V3+V5.
416. Представьте выражение в виде дроби, знаменатель которой не содержит радикала:
1 2 v 2 ч За
а) б) —гтг; в) т^гг;dr» г)
V2 — V3 ’ a-Vfe ’ V& + V7 ’ Va2-V^+W ’
32. Иррациональные уравнения
Уравнения, в которых под знаком корня содержится переменная, называют иррациональными. Таково, например, уравнение
V*-2 = 0.
0 Пример 1. Решим уравнение д/х2 — 5 = 2.
Возведем обе части этого уравнения в квадрат и получим х2 — 5=4, откуда следует, что х2=9, т. е. х=3 или х—~3.
Проверим, что полученные числа являются решениями уравнения. Действительно, при подстановке их в данное уравнение получаются верные равенства
д/3^5 = 2 и д/(—3)^—5 = 2.
Следовательно, х = 3 и х =—3 — решения данного уравнения.
Пример 2. Решим уравнение д/х=х — 2.
Возведя в квадрат обе части уравнения, получим х=х2 — 4л:+ 4. После преобразований приходим к квадратному уравнению х2 —
— 5*+ 4 = 0, корни которого х= 1 и х = 4. Проверим, являются ли найденные числа решениями данного уравнения. При подстановке в него числа 4 получаем верное равенство д/4 = 4 — 2, т. е. 4 — решение данного уравнения. При подстановке же числа 1 получаем в правой части —1, а в левой части число 1. Следовательно,
1 не является решением уравнения; говорят, что это посторонний корень, полученный в результате принятого способа решения. Ответ: х — 4. ф
Мы видим, что при решении иррациональных уравнений полученные решения требуют проверки, потому, например, что неверное равенство при возпедении в квадрат может дать верное равенство. В самом деле, неверное равенство 1 = — 1 при возведении в квадрат дает верное равенство 12 = (—I)2.
О Пример 3. Решим уравнение д/х2— 2=д/х.
Возведем обе части этого уравнения в квадрат: х2 — 2 = х, откуда получаем уравнение х2—х —2 = 0, корни которого х=—-1 и х = 2. Сразу ясно, что число —1 не является корнем данного уравнения, так как обе части его не определены при х— — 1. При подстановке в уравнение числа 2 получаем верное равенство -yj22 — 2= д/2. Следовательно, решением данного уравнения является только число 2.
Пример 4. Решим уравнение д/х— 6 = д/4 — х.
Возводя в квадрат обе части этого уравнения, получаем х —6 = 4— х, 2х =10, х = 5. Подстановкой убеждаемся, что число 5 не является корнем данного уравнения. Поэтому уравнение не имеет решений, ф
Иногда удобнее решать иррациональные уравнения, используя равносильные переходы.
О Пример 5. Решим уравнение д/х— 2 = х— 8.
По определению д/х —2 — это такое неотрицательное число, квадрат которого равен подкоренному выражению. Другими словами, уравнение д/х — 2 = х — 8 равносильно системе
{ х — 2 = (х — 8)2,
1 х — 8>0.
Решая первое уравнение системы, равносильное уравнению х2 —
— 17л:+ 66 = 0, получим корни 11 и 6, но условие х — 8^0 выполняется только для jc=11. Поэтому данное уравнение имеет один
корень х—11.
Пример 6. Решим уравнение х— 1 —Цх1—х— 1.
В отличие от рассмотренных ранее примеров данное иррациональное уравнение содержит не квадратный корень, а корень третьей степени. Поэтому для того, чтобы «избавиться от радикала», надо возвести обе части уравнения не в квадрат, а в куб: (л:—1)3 = л:2 — х—1. После преобразований получаем:
л:3 — Зл:2-[-Зл: — 1 =х2—х — 1, л:3 — 4л:2 + 4х = 0, х (х2 — 4л:4-4) = 0, л: (л: — 2)2 = 0.
Итак, Х\ =0, х2 = 2.
Пример 7. Решим систему уравнений
JVh-^=4,
I х-\-у = 28.
Положив и = \[х и v=%Jy, приходим к системе
Г u + v = 4,
\ и +v3 = 28.
Разложим левую часть второго уравнения на множители: u?-{-v3 = (u-\-v)(u2 — uv-\-v2) — и подставим в него из первого уравнения u-\-v = 4. Тогда получим систему, равносильную второй:
I u + v = 4,
1 и2 — uv-\-v2 = 7.
Подставляя во второе уравнение значение v, найденное из первого (v = 4 — и), приходим к уравнению
и2 — и (4 — м)+(4 — и)2 = 7, т. е. и2 — 4ы + 3=0.
Полученное квадратное уравнение имеет два корня: wi = l и «2 = 3. Соответствующие значения v таковы: v\ = 3 и и2 = 1. Переходя к переменным хну, получаем: $Jx = ui, т. е. х\ = и]=\, y\ = v3\ = 27, x2 = ul = 27, y2 = vl = \. От в е т:.(1; 27), (27; 1).ф
Упражнения
Решите уравнения (417—420).
417. а) Ул:4+19 = 10; б) Vл:2 — 28 = 2;
в) V61 — л:2 = 5; г) У*-9=-3.
418. a) ^Jx-\-1 =х — 5; б) *+л/2л: + 3 = 6;
в) У2л— 1 =х — 2; г) 3+У3л-И=л.
419. а) -\j2x-j -1 =Ул2 —2л + 4; б) -\Jx--yJx2 —х — 3;
в) Ул-|-2 = У2л— 3; г) д/9 — х1 =л]х-\-9
420. а) л=Ул 3 + *2 — 6 лг+ 8; б) х—2=\/х2—8;
в) х=Ух3— л2 — 8л +20; г) л +1 =Ул3 + 2л2+*-
421. Решите систему уравнений:
а) [\[х + 2Му=\, б) {4 Ул —д/*/ = 2 д/ 2, ^3\[х—Цу==\0;^2 У* + 3 У*/= 8 д/ 2;
в) | 2 V^+V^=7, г) | д/х+3 д/^=5д/5,
I 4 У£- 3 V^=6; 1 5 д£- 2 д^==д/5.
Решите уравнения (422—425).
|
33. Степень с рациональным показателем
Вам уже знакомо понятие степени числа с целым показателем. Выражение ап определено для всех а и п, кроме случая а=0 при п^.0. Напомним свойства таких степеней.
Для любых чисел а, b и любых целых чисел тип справедливы равенства:
am-an = am+n; am:an = am~n (, афО );
(am)n = amn\
(abr=a?-b\(jr)'[ЬФ0); a}=a\ a° = l (аф0)ш Отметим также следующее свойство:
Если т>я, то ат>а" при 1 и ат <ап при 0<а<1. В этом пункте мы обобщим понятие степени числа, придав
5 1
смысл выражениям типа 20,3, 8 [20], 4 2 и т. д. Естественно при этом дать определение так, чтобы степени с рациональными показателями обладали теми же свойствами (или хотя бы их частью), что и степени с целым показателем. Тогда, в частности,
т
п-я степень числа ап должна быть равна ат. Действительно, если свойство
[aP)q = apq
выполняется, то
т
(ап)п = ап'П = ат.
Последнее равенство означает (по определению корня п-й
т
степени), что число а п должно быть корнем /2-й степени из числа ат.
Определение. Степенью числа а > 0 с рациональным показателем, г==~> гДе m — целое число, ал — натуральное (я > 1), называется число
Итак, по определению
m
аГ=^. (1)
Степень числа 0 определена только для положительных показателей; по определению 0Г = 0 для любого г>0.
О Пример 1.По определению степени с рациональным показателем
Воспользовавшись определением степени с рациональным показателем и свойствами корней, имеем 83 =^8 = 2, 81 4 =\/вР==
=(УвТ)3 = З3 = 27, 128 7 =VT28^=(Vl28)_2 = 2“2=-j- Ф
Замечание 1. Из определения степени с рациональным показателем сразу следует, что для любого положительного а и любого рационального г число аг положительно.
Замечание 2. Любое рациональное число допускает различные записи его в виде дроби, поскольку ~=^ для любого натурального k. Значение аг также не зависит от формы записи рационального числа г. В самом деле, из свойств корней следует,
mk т
что ank=nlSlaM=a\faFi ==а п.
Замечание 3. При а<0 рациональная степень числа а не определяется, и это не случайно. Если бы мы сочли верной
формулу (1) и для а< О, то, например, значение (— 8)3 равня-
___________________________________________________________________________________________________________________________ I 2
лось бы у —8, т. е. —2. Но, с другой стороны, —, и поэтому
1 —
должно выполняться равенство —2=(— 8)3 =(— 8)6 =У(— 8)2— =fy85=2.
Покажем теперь, что при сформулированном выше определении степени с рациональным показателем сохраняются основные свойства степеней, верные для любых показателей (разница заключается в том, что приводимые далее свойства верны только для положительных оснований).
Для любых рациональных чисел г и s и любых положительных а и b справедливы равенства:
1 °. ar-as=ar+s.
2°. аг:а? =ar~s.
3°. (ar)s=ars.
4°. ( ab)r = ar-br.
s°(f)'=£•
Для доказательства этих свойств надо воспользоваться определением степени с рациональным показателем и доказанными в п. 32 свойствами корней. Докажем, например, свойства 1°, 3°,
и 4°. Пусть ^=-— и s==~"> гд>е п и Я — натуральные числа, a m и
р — целые. Тогда
mq-\-np
d-as = %[d n• n<\Jamq+np=a nq =ar+s\
(ab)r=У(аЬ)т = =*{/сГ • = ar-br.
Свойства 2° и 5° доказываются аналогично (проведите соответствующие рассуждения самостоятельно)., 3
О Пример 3. Найдем значение выражения 4:5 4.
-L _ 1 J. А 3. 1 1 I 3
V40*24:5 4 4 -54 = 24 + 4 -5Т + Т =2'-51 = 10.
Пример 4. Преобразуем выражения:
I I
a* —h* J’2 и2-1
а) ------ —; б) 0 ~Ь
1 I a0’8 + a0,4fe0,7 + fe1'4 "
a4 +fc4
2^ 1 1 liii
а) ^~Ь~2 _(flT)2-(fcT)2 (a7-ft7)(aT+ft4) Т jlТ *11 11 11 и и
а4 +64 а4 +64 а4 +/?4
„1.2 1,2,1,0.4,3 /»,0,7чЗ
б) —Ть.______ ^ (а г—(ft) г^д0-4 /)0-7 fi
а0’8 + a°Ab0J+bм (а0-4)2 + a0'4fc°-7+(ft0-7)2
Отметим следующие два свойства степеней с рациональными показателями:
6°. Пусть г — рациональное число и 0<а<6. Тогда
аг<ЪГ при г>0, ar~>br при г С 0.
7°. Для любых рациональных чисел г и s из неравенства r>s следует, что
ar > as при а > 1, ат < а5 при 0 < а < 1.
Докажем свойство 6°. Если г>0, то г можно записать в виде г~~' гДе m И п — натуральные числа. Из неравенства 0<а<Ь
и свойств степени с целым показателем следует, что am<bm. По свойству корней (свойство 6°, п. 32) из этого неравенства получаем V^<V^\ т-е- °г<ьг.
В случае г< 0 проводится аналогичное рассуждение.
Для доказательства свойства 7° приведем сначала рациональные числа г и s к общему знаменателю: г=— и s=-^~, где п —
п п
натуральное число, a m и р — целые. Из неравенства r>s сле- 212
дует, что m>p. Если а> 1, то ап =t\[a> 1 и по свойству степени
j_ 2.
с цел ым показателем (а п)т > (а п)р.
lm I р
Остается заметить, что (ап)т = ап=аг и (an)p = an=as.
Случай 0<а<1 разбирается аналогично.
О Пример 5. Сравним числа ^8 и 23
Запишем ^8 в виде степени с рациональным показателем: А — А
д/8 = 25. По свойству 7° получаем 23>25, так как
и О
Пример 6. Сравним числа 2300 и З200.
Запишем эти числа в виде степеней с одинаковым показателем:
230° _^23)100 — 8100' 3200 = (32)|00 = 9100 Так как 8<9, по свойству 6° получаем:
8100<9100, т. е. 2300 < 3200. в
Упражнения
428. Представьте в виде корня из числа выражение:
а) З1-2; б) 5 3; в) 41-25; г) б‘
429. Представьте выражение в виде степени с рациональным показателем:
а) б) в) г) М¥.
Найдите значение числового выражения (430—431).
430. а) 243”; б) (££) \ в) 16\ г) (g)\
1 1 з
431. а) 82:(86 *92); б) VT00-(^)3 -(-g-);
в) 8^:81-; г) (l §)"М. (4 §) '
Разложите на множители (432—433).
1! 1 1 1
432. а) (ах)3 +(ш/)3; б) а-а2; в) З + З2; г) (Зл:)2-(5л:)'
1111 11
433. а) х3у3 -х3 -у3 +1; б) с2+с4;
1 1111
в) 4 — 43; г) а + 62+а2-}-а2Ь2.
Упростите выражения (434—435).
434. а) ■ Г*,; б) -т*-8
2 I
а2—Ь2 z3+2z3+4
I
*2 ~4 - Г\ _________________________________________________________ Q + fc
в/» / 2 I 1
X— 16
а 3 —а 3 6 3 + ft 3
435. а) -/-Ч-т- Х’У', +Х'!>2; б) --1.^±L +2а?
х4 + х2у4 х2 +у2 а + а2+1 а2—1
/ 1, 1 \ а3 —fc3
[ -1 1 _| 1 1 I' а* + аЬ + Ь2 \ а+а262 а — а2Ь2 /
Г) —£+1
хУх + х + У* х2 —д/х
436. Сравните числа: i5
a) Wh 3Т; б)0,4-2-' и (|-) ';
Дата публикования: 2015-01-10; Прочитано: 2164 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!