Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

+_Algebra10_Nelin_profil

.pdf
Скачиваний:
47
Добавлен:
14.02.2016
Размер:
4.55 Mб
Скачать

§ 9. Корінь n-го степеня та його властивості. Функція  y = n x  та її графік  181

12*. Винесіть множник за знак кореня:

 

1)

 

4 a4b14 ;

2) 7 a9b8 ;

3) 6 64a12b7 ;

 

4) 8 a17b9 .

13.

Внесіть множник під знак кореня (a > 0, b > 0):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

a3 7;

 

 

 

 

2) b4 ab;

3) ab7 5;

 

 

 

4) ab2 6

a

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14*. Внесіть множник під знак кореня:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

a4 7;

 

 

 

 

2) a3 7 ab;

3) ab6

2b

;

 

 

 

4) b8 −3b3 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15.

Спростіть вираз:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

 

8 a8 при a < 0;

2) 5 a5

при a < 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

 

4 a4 3 a3

при a > 0;

4) 7 a7 + 6 a6

при a < 0.

 

 

 

 

16*. Спростіть вираз:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

 

4 2ab3 i4 16a3b5 ;

2) 6 ab3c i 6 a5b4c i 6 b5c4 ;

 

 

 

 

 

3)

 

8 a6 5 a4 ;

 

 

4) 4 a3 3a5 2a2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

17.

Спростіть вираз:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

 

 

a b

 

 

 

3 ab;

 

 

 

 

2)

 

 

x y

 

x + 4 xy

;

 

 

 

3 a 3

b

 

 

 

 

 

 

 

 

4 x 4 y

4 x + 4 y

 

3*)

 

 

3 ab2 −26 ab5 + b

, де a > 0, b > 0, a b;

 

 

4*)

 

 

3 x 6 xy

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 a2b ab

 

 

 

 

 

 

 

3 y 6 xy

 

 

 

 

18°. Розв’яжіть рівняння:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) x3 = 7;

 

2) x6 = 3;

 

 

 

 

3) x5 = –5;

 

 

 

 

 

4) x8 = –13;

 

5) x4 = 16;

 

 

 

6) x3 = –64.

 

 

 

 

19. Побудуйте графік функції:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1°) y = 4 x;

2°) y = 5 x;

3°) y = 7 x;

 

 

 

4°) y = 6 x;

 

5)

y = 3

 

x

 

;

6) y = −3 x;

7) y = 4 x.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20. Розв’яжіть графічно рівняння:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

 

3 x =2−x;

 

2) x =6−x;

3) 3 x−2 =4−x;

 

4) x = x+2.

Перевірте підстановкою, що значення x дійсно є коренем рівняння.

21*. Доведіть, що рівняння, наведені в завданні 20, не мають ін их коренів, крім знайдених графічно.

182  Розділ 2. СТЕПЕНЕВА ФУНКЦІЯ

 

 

9.3. Обернена функція

 

 

 

Таблиця 20

1. Поняття оберненої функції

 

 

Якщо функція y = f (x) набуває кожного свого значення в єдиній точці її

області визначення, то можна задати функцію y = g (x), яка називається

оберненою до функції y = f (x):

 

 

для кожного a D (f),

 

якщо f (a) = b, то g (b) = a

E (f) = D (g); D (f) = E (g)

Функції f (x) і g (x) взаємно обернені

 

2. Властивості оберненої функції

 

 

1) Графіки прямої та оберненої

функцій

симетричні

відносно

прямої y = x

 

2) Якщо функція f (x) зростає (спа-

дає) на деякому проміжку, то вона

має обернену функцію на цьому

проміжку, яка зростає, якщо f (x)

зростає, і спадає, якщо f (x) спа-

дає

 

 

§ 9. Корінь n-го степеня та його властивості. Функція  y = n x  та її графік  183

Продовження табл. 20

3. Практичний спосіб знаходження формули функції,  оберненої до функції y = f (x)

 

Алгоритм

 

 

 

Приклад

 

 

 

 

1. З’ясувати, чи буде

функція

Знайдіть функцію, обернену до

y = f (x) оборотною на всій об-

функції y = 2x + 4.

 

ласті

визначення:

для цього

З рівності y = 2x + 4 можна

достатньо з’ясувати, чи має рів-

однозначно виразити x через y:

няння y = f (x) єдиний корінь

 

 

1

 

відносно змінної x.

 

 

 

x =

2 y−2.

 

Якщо ні, то виділити (якщо мож-

Ця формула

задає

обернену

ливо) проміжок, де існує оберне-

функцію, але в ній аргумент позна-

на функція (наприклад, це може

чено через y, а функцію — через x.

бути

проміжок,

де

функція

Позначимо в одержаній фор-

y = f (x) зростає або спадає).

мулі

аргумент через x,

а функ-

2.З рівності y = f (x) виразити x цію — через y.

через y.

 

1

3. В одержаній формулі ввести

Маємо функцію y =

2x−2, обер-

традиційні позначення — аргу-

нену до функції y = 2x + 4.

мент позначити через x, а функ-

 

 

цію — через y.

 

 

Пояснення й обґрунтування

1. Поняття оберненої функції. Відомо, що залежність ляху від часу для тіла, яке рухається рівномірно з постійною видкістю v0, виражається формулою S = v0t. З цієї формули можна знайти обернену залеж-

ність — часу від пройденого ляху t = S . Функцію t(S) = S називають

v0

v0

оберненою до функції S (t) = v0t. Зазначимо, що в розглянутому прикладі кожному значенню t (t l 0) відповідає єдине значення S і, навпаки, кожному значенню S (S l 0) відповідає єдине значення t.

Розглянемо процедуру одержання оберненої функції в загальному вигляді.

Нехай функція f (x) набуває кожного свого значення в єдиній точці її області визначення (така функція називається оборотною). Тоді для кожного числа у0 = b (з області значень функції f (x)) існує єдине значення х0 = a, таке, що f (a) = b. Розглянемо нову функцію g (x), яка кожному числу b з області значень функції f (x) ставить у відповідність число a, тобто g (b) = a для кожного b з області значень функції f (x).

Уцьому випадку функція g (x) називається оберненою до функції f (x),

афункція f (x) — оберненою до функції g (x).

184  Розділ 2. СТЕПЕНЕВА ФУНКЦІЯ

З означення оберненої функції випливає, що область значень прямої функції E (f) є областю визначення оберненої функції D (g), а область визначення прямої функції D (f) є областю значень оберненої функції E (g).

Отже,

E (f) = D (g), D (f) = E (g).

2.Властивості оберненої функції

Властивість 1. Графіки прямої і оберненої функцій симетричні відносно прямої у = х.

Ураховуючи наведену вище процедуру побудови функції, оберне-

ної до функції у = f (x), маємо: якщо f (a) = b, то за означенням

 

 

графіка функції точка M з координатами

 

 

(a; b) належить графіку функції y = f (x).

 

 

Аналогічно, оскільки g (b) = a, то точка M1

 

 

з координатами (b; a) належить графіку

 

 

функції y = g (x). Точки M (a; b) і M1 (b; a)

 

 

розміщені на координатній площині симе-

 

 

трично відносно прямої y = x (рис. 84).

 

 

Дійсно, пряма y = x є віссю симетрії сис-

 

 

теми координат. Отже, при симетрії від-

 

 

 

 

носно прямої y = x вісь Оx відображається

 

Рис. 84

на вісь Оy, а вісь Оy — на вісь Оx. Тоді

 

(наприклад, при a > 0 і b > 0) прямокут-

 

 

ник OAMD із сторонами OA = a і OD = b на осях координат відобра-

жається на прямокутник OA1M1D1 із сторонами на осях координат,

у якого OA1 = OA = a і OD1 = OD = b. Таким чином, при симетрії від-

носно прямої y = x точка M (a; b) відображається в точку M1 (b; a)

(а точка M1 — у точку M). Отже, при симетрії відносно прямої y = x

будь-яка точка M (a; b), що належить графіку функції y = f (x), має

відповідну точку M1 (b; a), яка належить графіку функції y = g (x), а будь-яка точка M1 (b; a), що належить графіку функції y = g (x), має відповідну точку M (a; b), яка належить графіку функції y = f (x). Отримуємо, що графіки взаємно обернених функцій симетричні відносно прямої y = x.

Властивість 2. Якщо функція f (x) зростає (спадає) на деякому проміжку, то вона має обернену функцію на цьому проміжку, яка зростає, якщо f (x) зростає, і спадає, якщо f (x) спадає.

Дійсно, якщо функція f (x) зростає (спадає) на деякому проміжку, то за властивістю зростаючої (спадної) функції кожного свого значення вона набуває в єдиній точці з цього проміжку (див. приклад 6 до пункту 2.1), отже, вона має обернену функцію g (x) на цьому про-

§ 9. Корінь n-го степеня та його властивості. Функція  y = n x  та її графік  185

міжку. Обґрунтувати, що функція g (x) зростає, якщо f (x) зростає, можна методом від супротивного.

Нехай числа а1 і а2 входять до області визначення функції f (x) і

 

 

а2 > а1.

(1)

Позначимо

f (а1) = b1,

f (а2) = b2. Якщо функція f

(x) зростає, то

f (а2) > f (а1), тобто b2

> b1. За означенням оберненої функції g (x)

числа b1 і b2

входять до її області визначення і

 

 

g (b1) = а1, g (b2) = а2.

(2)

Якщо припустити, що функція g (x) не є зростаючою, то з нерівності b2 > b1 не може випливати нерівність g (b2) > g (b1) (інак е функція g (x) буде зростаючою), отже, може виконуватися тільки нерівність g (b2) m g (b1). Але тоді за формулами (2) одержуємо a2 m a1, що суперечить умові (1). Отже, на е припущення неправильне, і функція g (x) зростає, якщо f (x) зростає.

Аналогічно обґрунтовується, що у випадку, коли функція f (x) спадає, обернена до неї функція g (x) теж спадає.

3. Практичний спосіб знаходження формули функції, оберненої до функції y = f (x). З означення оберненої функції випливає, що для отримання оберненої залежності необхідно знати, як значення x виражається через значення y. Це можна зробити, розв’язав и рівняння y = f (x) відносно змінної x. Якщо задана функція оборотна, то рівняння матиме єдиний розв’язок для всіх y з області значень функції f (x), і ми одержимо формулу x = g (y), яка задає обернену функцію. Але в цій формулі аргумент позначено через y, а функцію — через x. Якщо поміняти позначення на традиційні, то одержимо запис функції, оберненої до функції y = f (x).

Ці міркування разом із відповідним алгоритмом наведено в таблиці 20 і зреалізовано в наступних прикладах.

Приклади розв’язування завдань

Приклад 1. Знайдіть функцію, обернену до функції y = x1−1.

Розв’язання

Область визначення: х 1. Тоді з рівності y = x1−1 маємо

ху – у = 1, ху = у + 1, x = yy+1.

Позначаємо аргумент через x, а функцію — через y і одержуємо функцію

y = xx+1, обернену до заданої.

 

Коментар

На

всій області визначення

(х 1)

задана функція оборотна,

оскільки з рівняння y = x1−1 можна

однозначно виразити x через y (у 0 на області значень заданої функції).

Одержана формула x =

y +1

задає

y

 

 

186 

Розділ 2. СТЕПЕНЕВА ФУНКЦІЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

обернену функцію, але в ній аргумент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

позначено через y, а функцію — че-

 

 

 

 

 

рез x. Змінюючи позначення на

 

 

 

 

 

традиційні, одержуємо кінцевий ре-

 

 

 

 

 

зультат.

 

 

 

Знайдіть функцію, обернену до функції y = х2.

 

Приклад 2.

 

 

Розв’язання

 

Коментар

 

 

 

 

З рівності y = х2 при y l 0

Область значень заданої функ-

 

одержуємо x = ± y. Тоді при y > 0

ції: y l 0. Але при y > 0 з рівності

 

y = x2 не можна однозначно вирази-

 

одному значенню y відповідають два

 

ти x через y. Наприклад, при y = 4

 

значення x. Отже, на всій

області

 

одержуємо x = ±2. Через це ми не

 

визначення x (–∞; +∞)

функція

 

можемо значенню y = 4 поставити

 

y = x2 не є оборотною, і для неї не-

 

можливо знайти обернену функцію.

у відповідність єдине число, щоб по-

 

будувати обернену функцію.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приклад 3.

Знайдіть функцію, обернену до функції y = х2 при x l 0.

 

Розв’язання

 

 

 

 

Коментар

 

З рівності y = х2

при y l 0

 

Множина значень заданої функ-

одержуємо

x = ± y.

Ураховуючи,

ції: y l 0. При x l 0 задана функція

y

= х2 зростає, отже, на

проміжку

що за умовою x l 0, маємо x =

y.

x

l 0 вона має обернену функцію.

 

Позначимо аргумент через

x,

 

Тому на цьому проміжку рівняння

а

функцію — через y

і

одержимо,

х2 = y ми зможемо однозначно роз-

що функцією, оберненою до функції

в’язати: при x l 0 маємо x = y.

y = х2, яка задана тільки при x l 0,

 

Ця

формула

задає

обернену

буде функція y = x.

 

 

 

 

 

 

 

функцію, але в ній аргумент позна-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

чено через y, а функцію — через x.

 

 

 

 

 

 

Замінюючи позначення на традицій-

 

 

 

 

 

 

ні, одержуємо кінцевий результат.

 

 

 

 

Зауваження. У прикладах 2 і 3 ми фак-

 

 

 

 

тично розглядаємо різні функції (вони мають

 

 

 

 

різні області визначення), хоча в обох випад-

 

 

 

 

ках ці функції задаються однією й тією самою

 

 

 

 

формулою. Як відомо, графіком функції y = х2

 

 

 

 

(приклад 2) є парабола, а графіком функції

 

 

 

 

y = х2 при x l 0 (приклад 3) є тільки права

 

Рис. 85

 

вітка цієї параболи (рис. 85).

 

 

§ 9. Корінь n-го степеня та його властивості. Функція  y = n x  та її графік  187

Запитання для контролю

1.За якої умови для заданої функції y = f (x) можна побудувати обернену функцію?

2.Поясніть побудову графіка оберненої функції на прикладі функції y = f (x), яка задана таблицею:

x

0

2

4

6

 

 

 

 

 

f (x)

1

3

5

7

 

 

 

 

 

Задайте обернену функцію y = g (x) за допомогою таблиці:

x

g(x)

3.Як розміщено графіки прямої і оберненої функцій, якщо їх побудовано в одній системі координат? Проілюструйте відповідну властивість графіків на прикладі.

4.Обґрунтуйте взаємне розміщення графіків прямої і оберненої функцій.

5.Чи існує функція, обернена до функції y = x2, де x m 0? Поясніть це,

спираючись на відповідні властивості оберненої функції. Якщо обернена функція існує, то задайте її формулою виду y = g (x).

Вправи

1.Запи іть формулу, яка задає функцію y = g (x), обернену до заданої. Укажіть область визначення і множину значень функції g (x):

1°) y = 3x – 6; 2°) y = 3x – 6; 3) y = 2

;

4) y = −1

; 5) y = x.

x

 

x

 

2.На одному рисунку побудуйте графік даної функції і функції, оберненої до даної:

1°) y = 2x;

2°) y = x – 2; 3) y = −x1; 4*) y =

 

1

; 5*) y = x+1.

x

−1

3.Знайдіть функцію, обернену до даної на заданому проміжку, і побудуйте на одному рисунку графік даної функції і функції, оберненої до неї:

1) y = 1 x2

при x l 0;

2) y = 1 x2

при x m 0;

4

 

4

 

3) y = (x – 2)2 при x l 2;

4) y = x2 2 при x m 0.

188  Розділ 2. СТЕПЕНЕВА ФУНКЦІЯ

§ 10 ІРРАЦІОНАЛЬНІ РІВНЯННЯ

10.1. Найпростіші способи розв’язування ірраціональних рівнянь

Таблиця 21

Поняття ірраціонального рівняння

Рівняння, у яких змінна міститься під знаком кореня, називають ірраці­ ональними. Для того щоб розв’язати задане ірраціональне рівняння, його найчасті е зводять до раціонального рівняння за допомогою деяких перетворень.

Розв’язування ірраціональних рівнянь

1. За допомогою піднесення обох частин рівняння до одного степеня

При піднесенні обох частин рівнян-

При піднесенні обох частин рівняння

ня до непарного степеня одержуємо

до парного степеня можуть з’явитися

рівняння, рівносильне заданому (на

сторонні корені, які відсіюють пере-

його ОДЗ)

віркою

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приклад 1

 

Приклад 2

 

 

 

Розв’яжіть рівняння 3 x−1 =2.

Розв’яжіть рівняння

2x+3 = x.

(3 x−1)3 =23,

( 2x+3)2 = x2,

 

 

 

х – 1 = 8,

х2 – 2х – 3 = 0, х

= –1, х

2

= 3.

х = 9.

Перевірка.

При

1

 

 

маємо:

х = –1

 

 

Відповідь: 9.

1 = −1 — неправильна

рівність,

 

отже, х = –1 — сторонній корінь.

 

При х = 3 маємо:

9 =3 — правиль-

 

на рівність,

отже,

х = 3 — корінь

 

заданого рівняння.

 

 

 

 

 

 

Відповідь: 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. За допомогою заміни змінних

 

 

 

 

 

Якщо до рівняння змінна входить в одному і тому самому вигляді, то зручно відповідний вираз із змінною позначити однією буквою (новою змінною)

Приклад 3

Розв’яжіть рівняння 3 x2 + 3 x =2.

Позначимо 3 x =t. Тоді 3 x2 =(3 x)2 =t2.

Одержуємо рівняння: t2 + t = 2, t2 + t – 2 = 0, t1 = 1, t2 = –2.

Виконуємо обернену заміну: 3 x =1, тоді х = 1 або 3 x = −2, звідси х = –8.

Відповідь: 1; –8.

§ 10. Ірраціональні рівняння  189

Пояснення й обґрунтування

Ірраціональними рівняннями називають такі рівняння, у яких змінна міститься під знаком кореня. Наприклад, x−2 =5, 3 x +x =2 — ірраціональні рівняння.

Найчасті е розв’язування ірраціональних рівнянь ґрунтується на зведенні заданого рівняння за допомогою деяких перетворень до раціонального рівняння. Як правило, цього досягають піднесенням обох частин ірраціонального рівняння до одного й того самого степеня (часто декілька разів).

Слід ураховувати, що

при піднесенні обох частин рівняння до непарного степеня завжди одержуємо рівняння, рівносильне заданому (на його ОДЗ).

Наприклад, рівняння

3 x+7 =3

(1)

рівносильне рівнянню

(3

x+7)3 =33,

(2)

тобто рівнянню х + 7 = 27.

Звідси х = 20.

 

Для того щоб обґрунтувати рівносильність рівнянь (1) і (2), достатньо звернути увагу на те, що рівності А = В і А3 = В3 можуть бути пра-

вильними

тільки одночасно, оскільки функція

 

 

у = t3 є зростаючою (на рисунку 86 наведено її

 

 

 

 

графік) і кожного свого значення набуває тіль-

 

 

ки при одному значенні аргументу t. Отже, усі

 

 

корені рівняння (1) (які перетворюють це рів-

 

 

няння на правильну рівність) будуть і коренями

 

 

рівняння (2), і навпаки, усі корені рівняння (2)

 

 

 

 

будуть коренями рівняння (1). А це й означає,

 

 

що рівняння (1) і (2) є рівносильними. Аналогіч-

 

 

но можна обґрунтувати рівносильність відповід-

 

 

них рівнянь і у випадку піднесення обох частин

 

 

 

 

рівняння до одного й того самого довільного не-

Рис. 86

парного степеня.

 

 

Якщо

для розв’язування ірраціонального

 

 

рівняння обидві частини піднести до парного степеня, то одержуємо рівняння-наслідок — коли всі корені пер ого рівняння будуть коренями другого, але друге рівняння може мати корені, що не задовольняють заданому рівнянню. Такі корені називають сторонніми для заданого рівняння. Щоб з’ясувати, чи є одержані числа коренями заданого рівнян-

ня, виконують перевірку цих розв’язків.

190  Розділ 2. СТЕПЕНЕВА ФУНКЦІЯ

Наприклад, для розв’язування рівняння

 

 

 

x =2−x

(3)

піднесемо обидві його частини до квадрата і одержимо рівняння

 

 

( x)2 =(2−x)2.

(4)

Ураховуючи, що

(

x)2 = x, маємо х = 4 – 4х + х2, тобто х2 – 5х +

+ 4 = 0. Звідси х1 = 1, х2

= 4.

 

Виконуємо перевірку. При х = 1 рівняння (3) перетворюється на

правильну рівність

1 =2−1, 1 = 1. Отже, х = 1 є коренем рівняння (3).

При х = 4 одержуємо неправильну рівність

4 =2−4; 2 –2. Отже,

х = 4 — сторонній корінь рівняння (3). Тобто до відповіді потрібно записати тільки х = 1.

Поява стороннього кореня пов’язана з тим, що рівність А2 = В2 можна одержати при піднесенні до квадрата обох частин рівності А = В або рівності А = –В. Отже, виконання рівності А2 = В2 ще не гарантує виконання рівності А = В. Ін ими словами, корені рівняння (4) не обов’язково є коренями рівняння (3) (проте кожен корінь рівняння (3) є коренем рівняння (4), оскільки при виконанні рівності А = В обов’язково виконується і рівність А2 = В2).

Приклади розв’язання завдань

Приклад 1. Розв’яжіть рівняння

Розв’язання

5x−1 =4− x+3,

( 5x−1)2 =(4− x+3)2, 5x−1=16−8 x+3 +x+3,

8 x+3 =20−4x; 2 x+3 =5−x, (2 x+3)2 =(5−x)2,

4(х + 3) = 25 – 10х + х2, х2 – 14х + 13 = 0, х1 = 1, х2 = 13.

Перевірка. х = 1 — корінь ( 4 + 4 =4,4 =4); х = 13 — сторонній корінь ( 16 + 64 ≠ 4).

Відповідь: 1.

x+3 + 5x−1 =4.

Коментар

Ізолюємо один корінь і піднесемо обидві частини рівняння до квадрата — таким чином ми позбудемося одного кореня.

Потім знову ізолюємо корінь і знову піднесемо обидві частини рівняння до квадрата — унаслідок одержимо квадратне рівняння.

Оскільки при піднесенні до квадрата можна одержати сторонні корені, то в кінці виконаємо перевірку отриманих розв’язків.