Оглавление:
Графический подход (метод координат)
Основное достоинство графического подхода к решению задачи — это, как уже отмечалось выше, его высокая наглядность, а естественное ограничение в применении этого метода состоит в сложности построения графиков входящих в уравнение или неравенство функций. Часто с помощью графического подхода оценивают количество решений в задаче. Найденные «на глазок» при помощи построения графиков решения подлежат обязательной проверке. Если графически решается уравнение или неравенство с одним неизвестным, то, как правило, в одной системе координат строятся графики функций, расположенных слева и справа от знака равенства (неравенства), и затем с помощью этих графиков ищется решение.
Пример №363.
Решить уравнение
Решение:
Перепишем уравнение в виде и решим его графическим способом.
![Графический подход метод координат при решении уравнений и неравенств с примерами решения](https://lfirmal.com/wp-content/uploads/2020/03/image-8275.png)
Построим в одной системе координат графики функций и
, расположенных в левой и правой частях уравнения. На рисунке правые концы отрезков прямых линий на графике функции
считаются «выколотыми». Хорошо видно, что графики пересекаются в трёх точках, абсциссы которых удовлетворяют ограничениям:
,
,
. Один корень
находится сразу, а другие два пока что лишь локализованы, и требуется найти их точные значения. Чтобы найти корень
, отметим, что на интервале —
, которому принадлежит этот корень, целая часть
Подставляя это значение в уравнение, получим
откуда легко теперь находим корень
Аналогично на промежутке
которому принадлежит корень
,
Подставляя в уравнение, получаем
откуда определяем
Ответ:
В следующем примере не требуется вводить вспомогательную систему координат — она задана по условию задачи. Это так называемый тип задач «на построение ГМТ» (чаще практикуется на устных экзаменах по математике).
Пример №364.
Построить на плоскости геометрическое место точек
, при которых у уравнения
![Графический подход метод координат при решении уравнений и неравенств с примерами решения](https://lfirmal.com/wp-content/uploads/2020/03/image-8295.png)
а) нет решений; б) ровно одно решение.
Решение:
а) Если , то уравнение квадратное, и соответственно оно не имеет решений тогда только тогда, когда его дискриминант
На плоскости
это неравенство задает открытый круг (граница — окружность — ему не принадлежит) с центром в точке
и радиусом 2. Если же
то уравнение становится линейным
и не имеет решений при
. На плоскости
это даёт точку
— начало координат. Объединяя открытый круг и точку, получим ГМТ (см. рис. а)).
б) При квадратное уравнение имеет ровно одно решение тогда и только тогда, когда
; это уравнение задаёт на плоскости
окружность с центром в точке
и радиусом 2. Учитывая условие
, выкалываем на этой окружности точку
. Если же
, то линейное уравнение
имеет единственное решение при
. Это задаёт на плоскости вертикальную прямую, совпадающую с осью ординат. На этой прямой надо выколоть точку
.
![Графический подход метод координат при решении уравнений и неравенств с примерами решения](https://lfirmal.com/wp-content/uploads/2020/03/image-8305.png)
В итоге получаем следующую фигуру, состоящую из объединения указанных окружности и прямой (с выколотой точкой начала координат). Задача решена.
Графический подход часто оказывается удобен и при решении уравнений (неравенств, систем) с двумя неизвестными ,
, а также тогда, когда в задаче имеются неизвестная
и параметр
. В первом случае вводится система координат
с осями, на которых откладываются значения неизвестных
,
. Во втором случае также вводится вспомогательная система координат, но на осях уже откладываются значения неизвестной
и параметра
. В обоих случаях решение видно наглядно в виде некоторого геометрического места точек координатной плоскости.
Пример №365.
При каких значениях параметра модуль разности корней уравнения
принимает наибольшее значение?
Решение:
Решим задачу с помощью метода координат. Вначале, выделяя полные квадраты как по , так и по
, перепишем уравнение в виде
![Графический подход метод координат при решении уравнений и неравенств с примерами решения](https://lfirmal.com/wp-content/uploads/2020/03/image-8316.png)
![Графический подход метод координат при решении уравнений и неравенств с примерами решения](https://lfirmal.com/wp-content/uploads/2020/03/image-8317.png)
Введём систему координат, в которой на оси абсцисс будем откладывать значения переменной , а на оси ординат — значения параметра
. В такой системе координат уравнение задаёт окружность единичного радиуса с центром в точке
. По рисунку видно, что, какое бы значение
в пределах от 1 до 3 мы ни зафиксировали, уравнение имеет корни
, расположенные на оси абсцисс. Очевидно, что расстояние между этими корнями максимально и равно диаметру окружности при
(соответствует центру окружности).
Пример №366.
При каком значении система
![Графический подход метод координат при решении уравнений и неравенств с примерами решения](https://lfirmal.com/wp-content/uploads/2020/03/image-8321.png)
имеет единственное решение?
Решение:
Приведём систему к виду
![Графический подход метод координат при решении уравнений и неравенств с примерами решения](https://lfirmal.com/wp-content/uploads/2020/03/image-8322.png)
1 у < а — х,
и рассмотрим графическую интерпретацию неравенств системы на плоскости . Первое неравенство задаёт на координатной плоскости замкнутый круг с центром в точке
и радиусом
. Второе, линейное, неравенство определяет полуплоскость, состоящую из точек плоскости, лежащих не выше прямой
(граница полуплоскости).
![Графический подход метод координат при решении уравнений и неравенств с примерами решения](https://lfirmal.com/wp-content/uploads/2020/03/image-8330.png)
Уравнение задаёт семейство параллельных прямых, зависящих от параметра
. Система неравенств имеет единственное решение тогда и только тогда, когда окружность
касается прямой
так, как это изображено на рисунке. В этом случае система уравнений
![Графический подход метод координат при решении уравнений и неравенств с примерами решения](https://lfirmal.com/wp-content/uploads/2020/03/image-8331.png)
должна иметь единственное решение. Подставляя в первое уравнение вместо выражение
, приходим к квадратному уравнению
![Графический подход метод координат при решении уравнений и неравенств с примерами решения](https://lfirmal.com/wp-content/uploads/2020/03/image-8333.png)
которое также должно иметь единственное решение. Это выполняется лишь в случае, когда его дискриминант равен нулю:
![Графический подход метод координат при решении уравнений и неравенств с примерами решения](https://lfirmal.com/wp-content/uploads/2020/03/image-8334.png)
При этом значение не удовлетворяет условиям задачи (круг будет лежать в полуплоскости). Ответ: при
.
Пример №367.
При каких значениях уравнение
имеет единственное решение?
Решение:
График функции в левой части уравнения
![Графический подход метод координат при решении уравнений и неравенств с примерами решения](https://lfirmal.com/wp-content/uploads/2020/03/image-8340.png)
задаёт нижнюю полуокружность с центром в начале координат и радиусом 4 (сделайте чертёж самостоятельно), а график правой части — семейство прямых, пересекающих ось ординат в точке
под углом
. Эти графики имеют ровно одну общую точку
прямая
либо касается снизу полуокружности (в этом случае её уравнение будет
(докажите), либо лежит между прямыми
и
(может совпадать с последней). Таким образом,
или
В следующем примере графический подход используется для нахождения области допустимых значений неизвестных.
Пример №368.
Найти все целочисленные пары , удовлетворяющие уравнению
Решение:
Найдём ОДЗ уравнения:
![Графический подход метод координат при решении уравнений и неравенств с примерами решения](https://lfirmal.com/wp-content/uploads/2020/03/image-9669.png)
Данные три неравенства задают на координатной плоскости треугольник, внутрь которого попадают только четыре точки с целочисленными координатами:
![Графический подход метод координат при решении уравнений и неравенств с примерами решения](https://lfirmal.com/wp-content/uploads/2020/03/image-9671.png)
Проверкой оставляем
Пример №369.
Определить, под каким углом видно из начала координат (т.е. внутри какого угла с вершиной в точке помещается) множество, заданное на координатной плоскости неравенством
![Графический подход метод координат при решении уравнений и неравенств с примерами решения](https://lfirmal.com/wp-content/uploads/2020/03/image-9700.png)
Решение:
Обозначим множество, заданное в условии неравенством, через . Заметим, что прямая
не пересекает множество
, так как неравенство
не выполняется ни при каких
.
Выясним, при каких у прямой
есть общие точки с
, т.е. когда имеет решения система
![Графический подход метод координат при решении уравнений и неравенств с примерами решения](https://lfirmal.com/wp-content/uploads/2020/03/image-9712.png)
Подставляя вместо выражение
в неравенство системы, получим
![Графический подход метод координат при решении уравнений и неравенств с примерами решения](https://lfirmal.com/wp-content/uploads/2020/03/image-9714.png)
Это квадратное неравенство имеет решения тогда и только тогда, когда его дискриминант положителен:
![Графический подход метод координат при решении уравнений и неравенств с примерами решения](https://lfirmal.com/wp-content/uploads/2020/03/image-9715.png)
Решением последнего неравенства является интервал . При этом в
четверти координатной плоскости нет точек
, так как при
,
левая часть неравенства не может быть отрицательна. Следовательно, множество
расположено в
четверти, и угол, под которым это множество видно из начала координат, равен
Эта лекция взята со страницы, где размещён подробный курс лекций по предмету математика:
Эти страницы возможно вам будут полезны: