Уравнения с параметрами:графический метод решения. Графический метод в задачах с параметром. Продолжение решения задач

К задачам с параметром можно отнести, например, поиск решения линейных и квадратных уравнений в общем виде, исследование уравнения на количество имеющихся корней в зависимости от значения параметра.

Не приводя подробных определений, в качестве примеров рассмотрим следующие уравнения:

у = kx, где x, y – переменные, k – параметр;

у = kx + b, где x, y – переменные, k и b – параметр;

аx 2 + bх + с = 0, где x – переменные, а, b и с – параметр.

Решить уравнение (неравенство, систему) с параметром это значит, как правило, решить бесконечное множество уравнений (неравенств, систем).

Задачи с параметром можно условно разделить на два типа:

а) в условии сказано: решить уравнение (неравенство, систему) – это значит, для всех значений параметра найти все решения. Если хотя бы один случай остался неисследованным, признать такое решение удовлетворительным нельзя.

б) требуется указать возможные значения параметра, при которых уравнение (неравенство, система) обладает определенными свойствами. Например, имеет одно решение, не имеет решений, имеет решения, принадлежащие промежутку и т. д. В таких заданиях необходимо четко указать, при каком значении параметра требуемое условие выполняется.

Параметр, являясь неизвестным фиксированным числом, имеет как бы особую двойственность. В первую очередь, необходимо учитывать, что предполагаемая известность говорит о том, что параметр необходимо воспринимать как число. Во вторую очередь, свобода обращения с параметром ограничивается его неизвестностью. Так, например, операции деления на выражение, в котором присутствует параметр или извлечения корня четной степени из подобного выражения требуют предварительных исследований. Поэтому необходима аккуратность в обращении с параметром.

Например, чтобы сравнить два числа -6а и 3а, необходимо рассмотреть три случая:

1) -6a будет больше 3a, если а отрицательное число;

2) -6а = 3а в случае, когда а = 0;

3) -6а будет меньше, чем 3а, если а – число положительное 0.

Решение и будет являться ответом.

Пусть дано уравнение kx = b. Это уравнение – краткая запись бесконечного множества уравнений с одной переменной.

При решении таких уравнений могут быть случаи:

1. Пусть k – любое действительное число не равное нулю и b – любое число изR, тогда x = b/k.

2. Пусть k = 0 и b ≠ 0, исходное уравнение примет вид 0 · x = b. Очевидно, что у такого уравнения решений нет.

3. Пусть k и b числа, равные нулю, тогда имеем равенство 0 · x = 0. Его решение – любое действительное число.

Алгоритм решения такого типа уравнений:

1. Определить «контрольные» значения параметра.

2. Решить исходное уравнение относительно х при тех значениях параметра, которые были определены в первом пункте.

3. Решить исходное уравнение относительно х при значениях параметра, отличающихся от выбранных в первом пункте.

4. Записать ответ можно в следующем виде:

1) при … (значения параметра), уравнение имеет корни …;

2) при … (значения параметра), в уравнении корней нет.

Пример 1.

Решить уравнение с параметром |6 – x| = a.

Решение.

Легко видеть, что здесь a ≥ 0.

По правилу модуля 6 – x = ±a, выразим х:

Ответ: х = 6 ± a, где a ≥ 0.

Пример 2.

Решить уравнение a(х – 1) + 2(х – 1) = 0 относительно переменной х.

Решение.

Раскроем скобки: aх – а + 2х – 2 = 0

Запишем уравнение в стандартном виде: х(а + 2) = а + 2.

В случае, если выражение а + 2 не нуль, т. е. если а ≠ -2, имеем решение х = (а + 2) / (а + 2), т.е. х = 1.

В случае, если а + 2 равно нулю, т.е. а = -2, то имеем верное равенство 0 · x = 0, поэтому х – любое действительное число.

Ответ: х = 1 при а ≠ -2 и х € R при а = -2.

Пример 3.

Решить уравнение x/a + 1 = а + х относительно переменной х.

Решение.

Если а = 0, то преобразуем уравнение к виду а + х = а 2 + ах или (а – 1)х = -а(а – 1). Последнее уравнение при а = 1 имеет вид 0 · x = 0, следовательно, х – любое число.

Если а ≠ 1, то последнее уравнение примет вид х = -а.

Данное решение можно проиллюстрировать на координатной прямой (рис. 1)

Ответ: нет решений при а = 0; х – любое число при а = 1; х = -а при а ≠ 0 и а ≠ 1.

Графический метод

Рассмотрим еще один способ решения уравнений с параметром – графический. Этот метод применяется достаточно часто.

Пример 4.

Сколько корней в зависимости от параметра a имеет уравнение ||x| – 2| = a?

Решение.

Для решения графическим методом строим графики функций y = ||x| – 2| и y = a (рис. 2) .

На чертеже наглядно видны возможные случаи расположения прямой y = a и количество корней в каждом из них.

Ответ: корней у уравнения не будет, если а < 0; два корня будет в случае, если a > 2 и а = 0; три корня уравнение будет иметь в случае а = 2; четыре корня – при 0 < a < 2.

Пример 5.

При каком а уравнение 2|x| + |x – 1| = a имеет единственный корень?

Решение.

Изобразим графики функций y = 2|x| + |x – 1| и y = a. Для y = 2|x| + |x – 1|, раскрыв модули методом промежутков, получим:

{-3x + 1, при x < 0,

y = {x + 1, при 0 ≤ x ≤ 1,

{3x – 1, при x > 1.

На рисунке 3 хорошо видно, что единственный корень уравнение будет иметь только при а = 1.

Ответ: а = 1.

Пример 6.

Определить число решений уравнения |x + 1| + |x + 2| = a в зависимости от параметра а?

Решение.

График функции y = |x + 1| + |x + 2| будет представлять собой ломаную. Ее вершины будут располагаться в точках (-2; 1) и (-1; 1) (рисунок 4) .

Ответ: если параметр a будет меньше единицы, то корней у уравнения не будет; если а = 1, то решение уравнения является бесконечное множество чисел из отрезка [-2; -1]; если значения параметра а будут больше одного, то уравнение будет иметь два корня.

Остались вопросы? Не знаете, как решать уравнения с параметром?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь .
Первый урок – бесплатно!

сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Для того чтобы наиболее полно раскрыть возможности этого метода, будем рассматривать основные типы задач.

Образцы заданий при отработке знаний и умений при решении задач с параметрами графическим методом (координатная плоскость )

Задание 1.

При каких значениях a уравнение = имеет два корня?

Решение.

Переходим к равносильной системе:

Эта система на координатной плоскости (;) задаёт кривую. Ясно, что все точки этой дуги параболы (и только они) имеют координаты, удовлетворяющие исходному уравнению. Поэтому число решений уравнения при каждом фиксированном значении параметра , равно количеству точек пересечения кривой с горизонтальной прямой, соответствующей этому значению параметра.

Ответ: при.

Задание 2.

Найти все значения а, при которых система имеет единственное решение.

Решение.

Перепишем исходную систему в таком виде:

Все решения этой системы (пары вида) образуют область, показанную на рисунке штриховкой. Требование единственности решения данной системы на графический язык переводится так: горизонтальные прямые должны иметь с полученной областью только одну общую точку. Легко заметить, что лишь прямые и удовлетворяют выдвинутому требованию.

Только что разобранные две задачи позволяют дать более конкретные рекомендации по сравнению с приведёнными раннее:

попытаться выразить параметр через переменную, т. е получить равенства вида, затем

на плоскости строить график функции.

Задание 3.

При каких значениях а уравнение имеет ровно три корня?

Решение.

Имеем

График этой совокупности – объединение «уголка» и параболы. Очевидно, лишь прямая пересекает полученное объединение в трёх точках.

Замечание: Параметр обычно рассматривается как фиксированное, но неизвестное число. Между тем с формальной точки зрения параметр – это переменная, причём «равноправная» с другими, присутствующими в задаче. При таком взгляде на параметр формы задают функции не с одной, а с двумя переменными.

Задание 4.

Найти все значения параметра , при которых уравнение имеет одно решение.

Решение.

Дробь равна нулю тогда и только тогда, когда числитель дроби равен нулю, а знаменатель отличен от нуля.

Находим корни квадратного трёхчлена:

Ответ : и.

Задание 5.

При каких значениях параметра, а уравнение имеет единственное решение.

Решение.

Запишем систему, равносильную исходному уравнению

Отсюда получаем

Строим график и будем проводить прямые перпендикулярные оси а .

Первые два неравенства системы задают множество точек, показанное штриховкой, причём в это множество не входят гиперболы и.

Ответ : 2 < < или < или = .

Задание 6.

Найти все значения параметра а , при которых уравнение

имеет ровно два различных решения

Решение.

Рассмотрим совокупность двух систем

Если , то.

Если < , то.

Отсюда

или

Параболы и прямая имеют две общие точки: А (-2; - 2), В (-1; -1), причём, В – вершина первой параболы, D – вершина второй. Итак, график исходного уравнения показан на рисунке.

Должно быть ровно два различных решения. Это выполняется при или.

Ответ: или.

Задание 7.

Найдите множество всех чисел, для каждого из которых уравнение

имеет только два различных корня.

Решение.

Перепишем данное уравнение в виде

Корни уравнения, при условии, что.

Строим график данного уравнения. В данном случае график удобно строить, отнеся переменной ось ординат. Здесь ответ «считываем» вертикальными прямыми, получим, что данное уравнение имеет только два различных корня при = -1 или или.

Ответ: при = -1 или или.

Задание 8.

Для каких в множестве решений неравенства содержится промежуток.

Решение.

Запишем совокупность двух систем, равносильную исходному уравнению:

или

Поскольку в решение первой системы ни а не может входить отрезок, то необходимые исследования проведём для второй системы.

Имеем

Обозначим . Тогда второе неравенство системы принимает вид < - и на координатной плоскости задаёт множество, показанное на рисунке.

Тогда, отсюда.

Ответ : .

Задание 9.

Найти все неотрицательные числа, при которых существует единственное число, удовлетворяющее системе

Решение.

Имеем,

Первое уравнение на координатной плоскости задаёт семейство вертикальных прямых. Прямые и разбивают плоскости на четыре области. Некоторые из них являются решениями неравенства системы. Конкретно какие – можно установить, взяв из каждой области по пробной точке. Та область, точка которой удовлетворяет неравенству, является его решением (такой приём ассоциируется с методом интервалов при решении неравенств с одной переменной). Строим прямые

Например, берём точку и подставляем в Координаты точки удовлетворяют неравенству.

Итак, исходной системе удовлетворяют все точки (и только они), лежащие на лучах и выделенные на чертеже жирными линиями, (т. е. строим точки в заданной области).

Теперь надо найти единственное при фиксированном. Строим параллельные прямые, пересекающие ось. и находим где будет одна точка пересечения с прямой .

Находим по рисунку, что требование единственности решение достигается, если (при уже 2 точки),

где - ордината точки пересечения прямых и,

где – ордината точки пресечения прямых и.

Итак, получаем < .

Ответ: < .

Задание 10.

При каких значениях параметра, а система имеет решения?

Решение.

Разложим на множители левую часть неравенства системы, имеем

Строим прямые и. Показываем на рисунке штриховкой множество точек плоскости, удовлетворяющее неравенству системы.

Тогда абсциссы выделенных дуг гиперболы – решения исходной системы. M , P , N , Q – узловые точки. Найдём их абсциссы.

Для точек P , Q имеем

Остаётся записать ответ: или.

Ответ: или.

Задание 11.

Найти все значения, при которых любое решение неравенства по модулю не превосходит двух ().

Решение .

Перепишем данное неравенство в таком виде. Построим графики уравнений и =.

«Методом интервалов» устанавливаем, что решением исходного неравенства будут заштрихованные области.

Т.е. теперь, если при каком – то фиксированном значении прямая в пересечении с полученной областью даёт лишь точки, абсциссы которых удовлетворяют условию < 2, то – одно из искомых значений параметра.

Итак, мы видим, что.

Ответ: .

Задание 12.

При каких значениях параметра множество решений неравенства содержит не более четырёх целых значений?

Решение.

Преобразуем данное неравенство к виду. Это неравенство равносильно совокупности двух систем

или

Проведём прямые, где. Тогда значение, для которого прямая пересекает прямые не более чем в четырёх точках из отмеченного множества, будет искомым. Итак, мы видим, что или или.

Ответ: или или.

Задание 13.

При каких значениях параметра а имеет решения система

Решение.

Корни квадратного трёхчлена и.

Тогда

Строим прямые и.

Методом «интервалов» находим решение неравенства системы (заштрихованная область).

Значения и находим из системы

Значеня и – из системы.

Ответ:

Задание 14.

В зависимости от значений параметра а решить неравенство > .

Решение.

Перепишем данное неравенство в виде и рассмотрим функцию , которую, раскрывая модули, запишем так:

Непосредственно из рисунка получаем:

при решений нет;

при ;

при.

Ответ: при решений нет;

при ;

при.

Задание 15.

Найдите все значения параметра, при котором система неравенств

удовлетворяется лишь при одном.

Решение.

Перепишем данную систему в таком виде:

Построим область, задаваемую данной системой.

1) , – вершина параболы.

2) - прямая, проходящая через точки и.

Найдём значение:

= (не подходит по смыслу задачи),

Находим ординату:

Ответ: ,

Задание 16.

Найти все значения параметра а, при которых система неравенств

удовлетворяет лишь при одном х.

Решение .

Построим параболы и штриховкой покажем решение последней системы.

2) , .

Из рисунка видно, что условие задачи выполняется при или.

Ответ: или.

Задание 17.

При каких значениях уравнение имеет ровно три корня.

Решение.

Данное уравнение равносильно совокупности

График совокупности - объединение графиков параболы и уголка.

Ответ: при.

Задание 18.

При каких значениях уравнение имеет ровно три решения.

Решение.

Преобразуем левую часть данного уравнения. Получим квадратное уравнение относительно.

Получим уравнение

Которое равносильно совокупности

Находим ординату очки пересечения парабол:

Считываем нужную информацию с рисунка: данное уравнение имеет три решения при или

Ответ: при или

Задание 19.

В зависимости от параметра определить число корней уравнения

Решение .

Рассмотрим данное уравнение как квадратное относительно а.

,

.

Получаем совокупность

Ответ: : нет решений;

: одно решение;

: два решения;

или: три решения;

или: четыре решения.

Задание 20.

Сколько решений имеет система

Решение.

Ясно, что количество корней второго уравнения системы равно числу решений самой системы.

Имеем, .

Рассмотрев это уравнение как квадратное относительно, получаем совокупность.

Теперь обращение к координатной плоскости делает задачу простой. Координаты точек пересечения находим, решив уравнение

Вершины парабол и.

Ответ: : четыре решения;

: два решения;

: одно решение;

: нет решений.

Задание 21.

Найти все действительные значения параметра, для которых уравнение имеет только два различных корня. Запишите эти корни.

Решение .

Найдём корни квадратного трёхчлена, стоящего в скобках:

Считываем с рисунка нужную информацию. Итак, данное уравнение имеет два различных корня при (и) и при (и)

Ответ: при (и) и

при (и).

Задание 2 2 .

Решить систему неравенств:

Решение.

Все точки закрашенной области – решение системы. Разобьём построенную область на две части.

Если и, то нет решений.

Если, то абсциссы точек закрашенной области будут больше абсцисс точек прямой, но меньше абсцисс (большего корня уравнения) параболы.

Выразим через из уравнения прямой:

Найдём корни уравнения:

Тогда.

Если же, то.

Ответ: при и 1 нет решений;

при;

при.

Задание 23.

Решить систему неравенств

Решение.

– вершина параболы.

Вершина параболы.

Находим абсциссы точек пересечения парабол:

В уравнениях парабол выражаем через:

Записываем ответ:

если и, то нет решений;

если, то < ;

если, то.

Задание 24.

При каких значениях, а уравнение не имеет решений?

Решение.

Уравнение равносильно системе

Построим множество решений системы.

Найдем при котором и исключим его.

Итак, при нет решений;

при нет решений;

(замечание: при остальных а есть одно или два решения).

Ответ: ; .

Задание 25.

При каких действительных значениях параметра существует хотя бы одно, удовлетворяющее условиям:

Решение.

Решим графически «методом интервалов» неравенство в и построим график. Посмотрим, какая часть графика попадает в построенную область решения неравенства, и найдём соответствующие значения а .

Строим графики прямых и

Они разбивают координатную плоскость на 4 области.

«Методом интервалов» решим графически последнее неравенство.

Заштрихованная область является его решением. В эту область попадает часть графика параболы. На интервале; (по условию неравенство системы строгое) существуют, удовлетворяющие условиям данной системы.

Ответ:

Задание 26.

Найдите все значения параметра, при каждом из которых множество решений неравенства не содержит ни одного решения неравенства.

Решение.

Ответ: или.

Задание 27.

При каких значениях параметра, уравнение имеет единственное решение.

Решение.

Разложим на множители числитель дроби.

Данное уравнение равносильно системе:

Построим график совокупности в координатной плоскости.

или

– точка пересечения прямых и. График совокупности - объединение прямых.

«Выкалываем» точки графика с абсциссами,.

Очевидно, что только при или данное уравнение имеет единственное решение.

Ответ: или.

Задание 28.

При каких действительных значениях параметра система неравенств не имеет решений.

Решение.

Строим прямые. По рисунку определяем, что при (- абсцисса точки пересечения гиперболы и прямой) прямые не пересекают заштрихованную область.

Ответ: при.

Задание 29.

При каких значениях параметра а система имеет единственное решение.

Решение.

Перейдём к системе, равносильной данной.

В координатной плоскости построим графики парабол и Вершины парабол соответственно точки и.

Вычислим абсциссы точек пересечения парабол, решив уравнение

Заштрихованная область – решения системы неравенств. Прямые и

Ответ: при и.

Задание 30.

Решите неравенство:

Решение.

В зависимости от параметра найдём значение.

Неравенство будем решать «методом интервалов».

Построим параболы

: .

Вычислим координаты точки пересечения парабол:

1) Если, то нет решений.

2)Если, то в уравнении выразим через :

Таким образом, в области I имеем.

Если, то смотрим:

а) область II .

Выразим в уравнении через .

Меньший корень,

Больший корень.

Итак, в области II имеем.

б) область III : .

Ответ: при нет решений;

при

при, .

Литература:

Галицкий М. Л., Гольдман А. М., Звавич Л. И. Сборник задач по алгебре для 8 – 9 классов: Учебное пособие для учащихся школ и классов с углубленным изучением математики – 2-е изд. – М.: Просвещение, 1994.

П. И. Горнштейн, В. Б. Полонский, М. С. Якир. Задачи с параметрами. 3-е издание, дополненное и переработанное. – М.: Илекса, Харьков: Гимназия, 2003.

Фаддеев Д. К. Алгебра 6 – 8. – М.: Просвещение, 1983 (б – ка учителя математики).

А. Х. Шахмейстер. Уравнения и неравенства с параметрами. Под редакцией Б. Г. Зива. С – Петербург. Москва. 2004.

В. В. Амелькин, В. Л. Рабцевич. Задачи с параметрами Минск «Асар», 2002.

А. Х. Шахмейстер. Задачи с параметрами в ЕГЭ. Издательство Московского университета, ЧеРо на Неве МЦНМО.

1. Определение личностной мотивации учащихся. Для продолжения образования, для саморазвития и интеллектуального роста необходимо прилежно и осознанно учиться и заботиться о своем здоровье. 2. Выход на понятие «параметр». Параметр – величина, характеризующая основные свойства изменения системы или явления. (толковый словарь)

В уравнениях (неравенствах) коэффициенты при неизвестных или свободные члены заданные не конкретными числовыми значениями, а обозначенные буквами называются параметрами. Пример: Решить задачу с параметром – это значит, для каждого значения параметра найти значения x, удовлетворяющие условию этой задачи.

Х у х у a > 0 a 0, (2 корня) 0 a 0, (2 корня)"> 0 a 0, (2 корня)"> 0 a 0, (2 корня)" title="х у х у a > 0 a 0, (2 корня)"> title="х у х у a > 0 a 0, (2 корня)">

Х ууууу хох

2. при уравнение примет вид, и имеет корень х =0. 3. при находим корни уравнения по формуле Ответ: при корней нет; при один корень х =0. при два корня 1. левая часть уравнения неотрицательна при любом значении неизвестной х,. при решений нет. х у 0 у = а «СМОТРИ!» 1 способ (аналитический) 2 способ (графический)

У При каких значениях параметра а уравнение имеет одно решение? Запишем уравнение в виде: х Построим графики функций: Ответ: а =3 и подвижную прямую у = а. а

При каких значениях параметра а уравнение не имеет решений? х у Построим график По рисунку видим при и прямую у = а. решений нет. а Ответ:

(Графический способ решения задач с параметром) Задачу с параметром можно рассматривать как функцию f (x; a) =0 1. Строим графический образ 2. Пересекаем полученный график прямыми параллельными оси абсцисс 3. «Считываем» нужную информацию Схема решения: !!!

3 Ответ: 1 корень " title="Указать количество корней уравнения f(x)= а при всех значениях параметра а. 1 35-2 1 х а -5 3 1 корень, а3 Ответ: 1 корень " class="link_thumb"> 15 Указать количество корней уравнения f(x)= а при всех значениях параметра а х а корень, а3 Ответ: 1 корень при a 3 2 корня при а=-5, а=3 3 корня при 1 3 Ответ: 1 корень "> 3 Ответ: 1 корень при a 3 2 корня при а=-5, а=3 3 корня при 1 3 Ответ: 1 корень " title="Указать количество корней уравнения f(x)= а при всех значениях параметра а. 1 35-2 1 х а -5 3 1 корень, а3 Ответ: 1 корень "> title="Указать количество корней уравнения f(x)= а при всех значениях параметра а. 1 35-2 1 х а -5 3 1 корень, а3 Ответ: 1 корень ">

Х у у При каких значениях параметра а уравнение имеет два корня? х у х

1)При а = 3, вершина прямого угла; Найти сумму целых значений параметра а при которых уравнение имеет три корня. Исходное уравнение равносильно совокупности В ыражая параметр а, получаем: Из рисунка видно, что уравнение имеет три корня в 3 случаях х а а 1 = 3 а 2 = ? а 3 = ? Тогда а = = 5. Ответ. 8. 2) При x 4, а 2 = 5 а 3 а 3 4, а 2 = 5 а 3 а 3">

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ИНСТИТУТ РАЗВИТИЯ ОБРАЗОВАНИЯ

«Графические методы решения уравнений и неравенств с параметрами»

Выполнил

учитель математики

МОУ СОШ №62

Липецк 2008

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................... 3

х ;у ) 4

1.1. Параллельный перенос........................................................................... 5

1.2. Поворот................................................................................................... 9

1.3. Гомотетия. Сжатие к прямой................................................................ 13

1.4. Две прямые на плоскости..................................................................... 15

2. ГРАФИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ. КООРДИНАТНАЯ ПЛОСКОСТЬ (х ;а ) 17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................... 20

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК........................................................ 22

ВВЕДЕНИЕ

Проблемы, возникающие у школьников при решении нестандартных уравнений и неравенств, вызваны как относительной сложностью этих задач, так и тем, что в школе, как правило, основное внимание уделяется решению стандартных задач.

Многие школьники воспринимают параметр как «обычное» число. Действительно, в некоторых задачах параметр можно считать посто­янной величиной, но эта постоянная величина принимает неизвестные значения! Поэтому необходимо рассматривать задачу при всех возмож­ных значениях этой постоянной величины. В других задачах бывает удобно искусственно объявить параметром одну из неизвестных.

Иные школьники относятся к параметру как к неизвестной величине и, не смущаясь, могут выразить в ответе параметр через переменную х.

На выпускных и вступительных экзаменах встречаются, в осно­вном, два типа задач с параметрами. Вы сразу отличите их по формулировке. Первый: «Для каждого значения параметра найти все решения некоторого уравнения или неравенства». Второй: «Найти все значения параметра, при каждом из которых для данного уравнения или неравенства выполняются некоторые условия». Соответственно и ответы в задачах этих двух типов различаются по существу. В ответе к задаче первого типа перечисляются все возможные значения параметра и для каждого из этих значений записываются решения уравнения. В ответе к задаче второго типа указываются все значения параметра, при которых выполняются условия, указанные в задаче.

Решением уравнения с параметром для данного фиксированного зна­чения параметра называется такое значение неизвестной, при подста­новке которого в уравнение, последнее обращается в верное числовое ра­венство. Аналогично определяется решение неравенства с параметром. Решить уравнение (неравенство) с параметром - это значит для каждого допустимого значения параметра найти множество всех решений данного уравнения (не­равенства).

1. ГРАФИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ. КООРДИНАТНАЯ ПЛОСКОСТЬ (х ;у )

Наряду с основными аналитическими при­емами и методами решений задач с параметрами существуют способы обраще­ния к наглядно-графическим интерпретациям.

В зависимости от того какая роль параметру отводится в задаче (неравноправная или равноправная с переменной), можно соответственно выделить два основных графических приема: первый – построение графического образа на коорди­натной плоскости (х ; у), второй – на (х ; а).

На плоскости (х; у) функция у = f (х ; а) задает семейство кривых, зависящих от параметра а. Понятно, что каждое семейство f обладает определенными свойствами. Нас же в первую очередь будет интересовать, с помощью какого преобра­зования плоскости (параллельный перенос, поворот и т. д.) можно перейти от одной кривой семейства к какой-либо другой. Каждому из таких преобразований будет посвящен отдельный пункт. Как нам кажется, подобная классификация облегчает решающему поиск необходимого графического образа. Отметим, что при таком подходе идейная часть решения не зависит от того, какая фигура (прямая, окружность, парабола и т. п.) будет являться членом семейства кривых.

Разумеется, не всегда графический образ семейства у = f (х ; а) описывается простым преобразованием. Поэтому в подобных ситуациях полезно сосредоточить внимание не на том, как связаны кривые одного семейства, а на самих кривых. Иными словами можно выделить еще один тип задач, в которых идея решения прежде всего основана на свойствах конкретных геометрических фигур, а не семейства в целом. Какие же фигуры (точнее семейства этих фигур) нас будут интересовать в первую очередь? Это прямые и параболы. Такой выбор обусловлен особым (основным) положением линейной и квадратичной функций в школьной математике.

Говоря о графических методах, невозможно обойти одну проблему, «рожденную» практикой конкурсного экзамена. Мы имеем в виду вопрос о строгости, а следовательно, о законности решения, основанного на графических соображениях. Несомнен­но, с формальной точки зрения результат, снятый с «картинки», не подкрепленный аналитически, получен нестрого. Однако кем, когда и где определен уровень строгости, которого следует придерживаться старшекласснику? По нашему мнению, требования к уровню математической строгости для школьника должны определяться здравым смыслом. Мы понимаем степень субъек­тивности такой точки зрения. Более того, графический метод – всего лишь одно из средств наглядности. А наглядность может быть обманчивой..gif" width="232" height="28"> имеет единственное решение.

Решение. Для удобства обоз­начим lg b = а. Запишем урав­нение, равносильное исходному: https://pandia.ru/text/78/074/images/image004_56.gif" width="125" height="92">

Строим график функции с областью определе­ния и (рис. 1). Полученный график семейство прямых у = а должно пересекать только в одной точке. Из рисунка видно, что это требование выполняется лишь при а > 2, т. е. lg b > 2, b > 100.

Ответ. https://pandia.ru/text/78/074/images/image010_28.gif" width="15 height=16" height="16"> определить число решений уравнения .

Решение . Построим график функции 102" height="37" style="vertical-align:top">

Рассмотрим . Это прямая параллельна оси ОХ.

Ответ ..gif" width="41" height="20">, то 3 решения;

если , то 2 решения;

если , 4 решения.

Перейдем к новой серии задач..gif" width="107" height="27 src=">.

Решение. Построим прямую у = х +1 (рис. 3)..gif" width="92" height="57">

иметь одно решение, что равносильно для уравнения (х +1)2 = х + а иметь один корень..gif" width="44 height=47" height="47"> исходное неравенство решений не имеет. Заметим, что тот, кто знаком с произ­водной, может получить этот результат иначе.

Далее, смещая «полупараболу» влево, зафиксируем послед­ний момент, когда графики у = х + 1 и имеют две общие точки (положение III). Такое расположение обеспечива­ется требованием а = 1.

Ясно, что при отрезок [х 1; х 2], где х 1 и х 2 – абсциссы точек пересечения графиков, будет решением исходно­го неравенства..gif" width="68 height=47" height="47">, то

Когда «полупарабола» и прямая пересекаются только в одной точке (это соответствует случаю а > 1), то решением будет отрезок [-а ; х 2"], где х 2" – больший из корней х 1 и х 2 (положение IV).

Пример 4 ..gif" width="85" height="29 src=">.gif" width="75" height="20 src=">. Отсюда получаем .

Рассмотрим функции и . Среди них лишь одна задает семейство кривых. Теперь мы видим, что произведенная замена приносит несомненную пользу. Парал­лельно отметим, что в предыдущей задаче аналогичной заменой можно заставить двигаться не «полупараболу», а прямую. Обратимся к рис. 4. Очевидно, если абсцисса вершины «полупараболы» больше единицы, т. е. –3а > 1, , то уравнение корней не имеет..gif" width="89" height="29"> и име­ют разный характер моно­тонности.

Ответ. Если то уравнение имеет один корень; если https://pandia.ru/text/78/074/images/image039_10.gif" width="141" height="81 src=">

имеет решения.

Решение. Ясно, что прямые семейства https://pandia.ru/text/78/074/images/image041_12.gif" width="61" height="52">..jpg" width="259" height="155">

Значение k1 найдем, подставив в первое уравнение системы пару (0;0). Отсюда k 1 =-1/4. Значение k 2 получим, потребовав от системы

https://pandia.ru/text/78/074/images/image045_12.gif" width="151" height="47"> при k > 0 иметь один корень. Отсюда k2 = 1/4.

Ответ. .

Сделаем одно замечание. В некоторых примерах этого пункта нам придется решать стандартную задачу: для прямой семейства находить ее угловой коэффициент, соответствующий моменту касания с кривой. Покажем, как это сделать в общем виде при помощи производной.

Если (х0 ; y 0) = центр поворота, то координаты (х 1; у 1) точки касания с кривой у = f (х) можно найти, решив систему

Искомый угловой коэффициент k равен .

Пример 6 . При каких значениях параметра уравнение имеет единственное решение?

Решение ..gif" width="160" height="29 src=">..gif" width="237" height="33">, дуга АВ.

Все лучи проходящие между ОА и ОВ пересекают дугу АВ в одной точке, также в одной точке пересекают дугу АВ ОВ и ОМ (касательная)..gif" width="16" height="48 src=">. Угловой коэффициент касательной равен . Легко находится из системы

Итак, прямые семейства https://pandia.ru/text/78/074/images/image059_7.gif" width="139" height="52">.

Ответ . .

Пример 7 ..gif" width="160" height="25 src="> имеет решение?

Решение ..gif" width="61" height="24 src="> и убывает на . Точка - является точкой максимума.

Функция же - это семейство прямых, проходящих через точку https://pandia.ru/text/78/074/images/image062_7.gif" width="153" height="28"> является дуга АВ. Прямые , которые будут находиться между прямыми ОА и ОВ, удовлетворяют условию задачи..gif" width="17" height="47 src=">.

Ответ ..gif" width="15" height="20">решений нет.

1.3. Гомотетия. Сжатие к прямой.

Пример 8. Сколько решений имеет система

https://pandia.ru/text/78/074/images/image073_1.gif" width="41" height="20 src="> система решений не имеет. При фиксированном а > 0 графиком первого уравнения является квадрат с вершинами (а ; 0), (0;-а ), (-a ;0), (0;а). Таким образом, членами семейства являются гомотетичные квадраты (центр гомотетии – точка О(0; 0)).

Обратимся к рис. 8..gif" width="80" height="25"> каж­дая сторона квадрата име­ет две общие точки с ок­ружностью, а значит, сис­тема будет иметь восемь решений. При окружность окажется вписанной в квадрат, т. е. решений станет опять четыре. Очевидно при система решений не имеет.

Ответ. Если а < 1 или https://pandia.ru/text/78/074/images/image077_1.gif" width="56" height="25 src=">, то решений четыре; если , то решений восемь.

Пример 9 . Найти все значения параметра , при каждом из которых уравнение https://pandia.ru/text/78/074/images/image081_0.gif" width="181" height="29 src=">. Рассмотрим функцию ..jpg" width="195" height="162">

Число корней будет соответствовать числу 8 тогда, когда радиус полуокружности будет больше и меньше , то есть . Заметим, что есть .

Ответ . или .

1.4. Две прямые на плоскости

По существу, в основе идеи решения задач настоящего пункта лежит вопрос об исследовании взаимного расположения двух прямых: и . Несложно показать решение этой задачи в общем виде. Мы же обратимся непосредственно к конкретным характерным примерам, что, на наш взгляд, не нанесет ущерба общей стороне вопроса.

Пример 10. При каких a и b система

https://pandia.ru/text/78/074/images/image094_0.gif" width="160" height="25 src=">..gif" width="67" height="24 src=">, т..gif" width="116" height="55">

Неравенство системы задает полуплоскость с границей у = 2х – 1 (рис. 10). Легко сооб­разить, что полученная система имеет решение, если прямая ах + by = 5 пересекает границу полуплоскости или, будучи па­раллельной ей, лежит в полупло­скости у – 2х + 1 < 0.

Начнем со случая b = 0. Тогда, казалось бы, урав­нение ах + by = 5 задает верти­кальную прямую, которая оче­видно пересекает прямую у = 2х – 1. Однако это утверж­дение справедливо лишь при ..gif" width="43" height="20 src="> система имеет решения..gif" width="99" height="48">. В этом случае условие пересечения прямых достигается при , т. е. ..gif" width="52" height="48">.gif" width="41" height="20"> и , или и , или и https://pandia.ru/text/78/074/images/image109_0.gif" width="69" height="24 src=">.

− В координатной плоскости xOa строим график функции .

− Рассмотрим прямые и выделим те промежутки оси Oa, на которых эти прямые удовлетворяют следующим условиям: a) не пересекает график функции https://pandia.ru/text/78/074/images/image109_0.gif" width="69" height="24"> в одной точке, в) в двух точках, г) в трех точках и так далее.

− Если поставлена задача найти значения x, то выражаем x через a для каждого из найденных промежутков значения a в отдельности.

Взгляд на параметр как на равноправную переменную находит свое отражение в графических методах..jpg" width="242" height="182">

Ответ. а = 0 или а = 1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы надеемся, что разобранные задачи достаточно убедитель­но демонстрируют эффективность предложенных методов. Одна­ко, к сожалению, сфера применения этих методов ограничена трудностями, с которыми можно столкнуться при построении графического образа. А так ли это плохо? По-видимому, нет. Ведь при таком подходе в большой степени теряется главная дидактическая ценность задач с параметрами как модели миниатюрного исследования. Впрочем, приведенные соображения адресованы учителям, а для абитуриентов вполне приемлема формула: цель оправдывает средства. Более того возьмем на себя смелость сказать, что в немалом числе вузов составители конкурсных задач с параметрами идут по пути от картинки к условию.

В этих задачах обсуждались те возможности решения задач с пара­метром, которые открываются нам при изображении на листе бумаге графиков функций, входящих в левую и правую части уравнений или неравенств. В связи с тем, что параметр может принимать произ­вольные значения, один или оба из изображаемых графиков движутся определенным образом на плоскости. Можно говорить о том, что получается целое семейство графиков, соответствующих различным значениям параметра.

Решительно подчеркнем две детали.

Во-первых, речь не идет о «графическом» решении. Все значения, координаты, корни вычисляются строго, аналитически, как решения соответствующих уравнений, систем. Это же относится к случаям касания или пересечения графиков. Они определяются не на глазок, а с помощью дискриминантов, производных и других доступных Вам инструментов. Картинка лишь дает путь решения.

Во-вторых, даже если Вы не найдете никакого пути решения задачи, связанного изображенными графиками, Ваше представление о задаче значительно расширится, Вы получите информацию для самопроверки и шансы на успех значительно возрастут. Точно представляя себе, что происходит в задаче при различных значениях параметра, Вы, возможно, найдет правильный алгоритм решения.

Поэтому эти слова завершим настоятельным предло­жением: если в хоть мало-мальски сложной задаче встречаются функции, графики которых Вы рисовать умеете, обязательно сделайте это, не пожалеете.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Черкасов, : Справочник для старшеклассников и поступающих в вузы [Текст] / , . – М.: АСТ-ПРЕСС, 2001. – 576 с.

2. Горштейн, с параметрами [Текст]: 3-е издание, дополненное и переработанное / , . – М.: Илекса, Харьков: Гимназия, 1999. – 336 с.