Квадратные уравнения. Способы решения.
проект по алгебре (8 класс)

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

гимназия №19 им. Н.З. Поповичевой г. Липецка

УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОЕКТ

Квадратные уравнения

Способы решения

Выполнили: Александрова Анастасия

Черных Дарина

учащиеся 8а класса

Руководитель проекта: Алябьева Елена Анатольевна

учитель математики

Содержание

1. Введение........................................................................................................2
2. Классические способы решения квадратных уравнений………………..3

1. Решение квадратных уравнений по формулам.................................... .4
2. Графический способ решения квадратного уравнения……………….5

3. Разложение левой части уравнения на множители………………...…..6

4. Выделение квадрата двучлена……………………………..………….…6

2.5Теорема Виета………………………………………………………..……7

3. Нестандартные способы решения квадратных уравнений………………...8

1.  Геометрический способ решения квадратных уравнений …….…….....8
2. Использование свойств коэффициентов квадратного уравнения……….8

4. Выводы………………………………………………...…………...……….…10
5. Заключение………………………………………………………………….…12
6. Библиографический список..............................................................................13

1. Введение

        В прошлом году темой нашего исследования была «Геометрическая алгебра древних греков».  В процессе работы мы  изучили способ решения квадратных уравнений с использованием метода геометрической алгебры Древней Греции. Задача решения квадратных уравнений заинтересовала нас, и мы решили поподробнее разобраться в этом вопросе уже в этом году. Так и возникла идея нашего проекта.

        Актуальность темы «Квадратные уравнения» заключается в том, что она является одной из самых важных в математике. Уравнения – это язык алгебры, квадратные уравнения – это фундамент, на котором построено величественное здание алгебры. Они находят широкое применение в разных разделах математики и применяются в других науках. Поэтому каждый ученик должен уметь верно и рационально решать квадратные уравнения.

        В школьном курсе изучаются формулы корней квадратного уравнения, с помощью которых можно решать любые квадратные уравнения. Однако имеются и другие приемы решения квадратных уравнений, которые позволяют очень быстро и рационально решать квадратные уравнения. Это позволило нам выдвинуть гипотезу: существуют методы решения квадратных уравнений без  использования формул, изучаемых в школьном курсе алгебры.

Изученные способы решения квадратных уравнений будут применяться и при дальнейшем изучении математики, при решении уравнений, сводящихся к решению квадратных.

Цель проекта: изучить разнообразные  способы решения квадратных уравнений (в том числе и нестандартные) и создать сборник «Квадратные уравнения».

Задачи:

1. Обобщить и систематизировать имеющийся материал о квадратных уравнениях и способах их решения.
2. Изучить дополнительные литературу и источники информации.
3. Установить связь между коэффициентами и корнями квадратного уравнения и найти нестандартные приемы решения некоторых квадратных уравнений.
4. Систематизировать найденные способы решения квадратных уравнений.
5. Разработать дидактический материал.

2. Классические способы решения квадратных уравнений

В школе изучаются классические способы решения квадратных уравнений с использованием формул корней квадратных уравнений, теоремы Виета. Также  имеются и другие способы решения квадратных уравнений – графический, разложение квадратного трёхчлена на множители, выделение квадрата двучлена, которые также позволяют решать квадратные уравнения.  

Определение 1.

Квадратным уравнением называют уравнение вида ах2+ bх + с = 0, где коэффициенты, а, в, с- действительные числа, а ≠ 0.

Определение 2.         

Полное квадратное уравнение — это квадратное уравнение, в котором присутствуют все три слагаемых т.е. коэффициенты в и с отличны от нуля.

Неполное квадратное уравнение — это уравнение, в котором хотя бы один из коэффициентов в или/и с равен нулю.

Определение 3. 

Корнем квадратного уравнения ах2 + вх + с = 0 называют всякое значение переменной х, при котором квадратный трехчлен ах2 + вх + с обращается в нуль.

Определение 4.

Решить квадратное уравнение — значит найти все его корни или установить, что корней нет.  

Ниже мы рассмотрим классические способы решения квадратных уравнений.

1. . Решение квадратных уравнений по формулам

Умножим обе части уравнения ах2 +bх + с = 0, а ≠ 0 на 4а, тогда

4а2х2 + 4аbх + 4ас = 0,

((2ах)2 + 2ах • b + b2) - b2 + 4ac = 0,

(2ax + b) 2 = b2 - 4ac,

2ax + b = ± √ b2 - 4ac,

2ax = - b ± √ b2 - 4ac,

         (1)

1. Таким образом, в случае положительного дискриминанта, т.е. при b2 - 4ac>0, уравнение ах2 +bх + с = 0 имеет два различных корня.

2. Если дискриминант равен нулю, т.е. b2 - 4ac = 0, то уравнение имеет один корень.

3. Если дискриминант отрицателен, т.е. b2 - 4ac<0, уравнение ах2 +bх + с = 0 не имеет корней.

Формула (1) корней квадратного уравнения ах2 +bх + с = 0 позволяет найти корни любого квадратного уравнения (если они есть), в том числе приведенного и неполного.

Решение квадратного уравнения с помощью формул корней -  самый распространенный способ.  

2.  Графический метод решения квадратного уравнения

Используя знания о квадратичной и линейной функциях и их графиках, можно решить квадратное уравнение так называемым функционально-графическим методом. Причем некоторые квадратные уравнения можно решить различными способами, рассмотрим эти способы на примере  квадратного уравнения:=0

1способ.

Построим график функции , воспользовавшись алгоритмом.

1)Имеем:

Значит, вершиной параболы служит точка (1;-4)

2) для построения параболы возьмем несколько точек, симметричных         относительно оси параболы х=1, например,  точки  (-1;0) , (1;-4), (3;0),(0;-3), (2;-3) и проводим параболу.

Корнями уравнения   являются абсциссы  точек пересечения параболы с осью х:  

2 способ

Преобразуем уравнение к виду .

Построим в одной системе координат графики функций  и  .

Они пересекаются в двух точках A(-1;1) и B(3;9). Корнями уравнения служат абсциссы точек A и B,  значит,

3 способ

Преобразуем уравнение к виду.            

Построим в одной системе координат графики функций  и .  Они пересекаются в двух точках A(-1;-2) и

В (3;6). Корнями уравнения являются абсциссы точек  А и В, поэтому.

4 способ

Преобразуем уравнение к виду , затем  выделим квадрат двучлена . Построим в одной системе координат параболу и прямую .  Они пересекаются в точках  А(-1;4) и В(3;4).

Корнями уравнения служат абсциссы точек  А и В,                                        поэтому .

Графический способ решения квадратного уравнения — самый наглядный, но не всегда удобен  в использовании, ведь зачастую корни уравнения – числа  нецелые.

3.  Разложение левой части уравнения на множители

Для решения квадратного уравнения этим способом необходимо разложить левую часть уравнения на множители, затем каждый из множителей приравнять к нулю, а затем записать в ответ решение каждого из них.
Например, решим уравнение х2 - 6х + 8 =0.

Разложим левую часть на множители:

х2 - 6х + 8 = х2- 4x- 2x+ 8= x(x- 4)- 2(x- 4)= (x-2)(x-4).

Следовательно, уравнение можно переписать так:
(x-2)(x-4)= 0.

Произведение равно нулю, если, по крайней мере, один из его множителей равен нулю.

x-2=0 или x-4=0;
х = 2 или  х = 4.

Это означает, что числа 2 и 4 являются корнями уравнения х2 - 6х + 8 =0.

        Этот способ довольно простой и понятный. Минус заключается в том, что не всегда квадратный трёхчлен, стоящий в левой части квадратного уравнения можно разложить на множители.

4.  Выделение квадрата двучлена

        Сначала мы должны выделить квадрат двучлена из квадратного трёхчлена в левой части уравнения. Для этого прибавим и вычтем одно и тоже число, если это необходимо для образования квадрата двучлена.
Например: х2 - 6х + 8 =0;
х2 – 2·3x + 9 – 9 + 8= 0;
(x- 3)2 – 9 + 8 = 0;
(x- 3)2 – 1 = 0;
(x- 3)2 = 1;

x- 3 = 1   или x- 3 = -1;
x1 = 2;
x2 = 4.

Также как и предыдущий этот способ довольно простой, главное не ошибиться при выделении полного квадрата. А самое главное, что этот способ позволяет найти любые действительные корни уравнения.

5.  Теорема Виета

        Приведенным квадратным уравнением называется квадратное уравнение, старший коэффициент которого равен единице: .

Теорема Виета для приведённого квадратного уравнения: сумма корней приведенного квадратного уравнения равна второму коэффициенту, взятому с противоположным знаком, а произведение корней равно свободному члену.

По коэффициентам  p и  q можно определить знаки корней.

а) Если сводный член q приведенного уравнения  положителен (q> 0), то уравнение имеет  два одинаковых по знаку корня. Знак корней при этом зависит от знака второго коэффициента:

-если р <0, то оба корня положительные;

-если р> 0, то оба корня отрицательные.

б) Если свободный член q приведенного уравнения  отрицателен (q< 0), то уравнение имеет два различных по знаку корня, причем больший по модулю корень будет положителен, если p< 0 , или отрицателен, если p> 0 .

Чтобы квадратное уравнение привести к приведенному виду, нужно все его члены разделить на a, тогда

То есть по теореме Виета сумма корней квадратного уравнения равна -b/а, а их произведение с/а.

        Этот способ удобен в применении, если квадратное уравнение является приведенным, а корни – целые числа, однако поиск корней происходит с помощью подбора, что не всегда удобно. Также при помощи теоремы Виета можно решать задачи по нахождению коэффициентов уравнения, не решая его.

3. Нестандартные способы решения квадратных уравнений

3.1. Геометрический способ решения квадратных уравнений (геометрическая алгебра)

Чтобы решить уравнение х2 = а древние математики поступали так:

х2 – квадрат со стороной, равной х. Решить уравнение х2 = а – значит найти такой отрезок х, что площадь квадрата, построенного на этом отрезке, была бы равной а. При таком подходе  к решению  уравнение могло иметь только один положительный корень, а уравнение  х2 = 0 вообще не имело корней. В записи квадратных уравнений древние греки никогда в правой части уравнения не писали число 0, т. к. они считали, что 0 – ничто, а сумма величин не может быть равна «ничему». Поэтому, например, квадратное уравнение х2 + 8х – 48 = 0 древние греки записывали в виде: х2 + 8х = 48 .

Решим квадратное уравнение   x2+8x-48=0 данным способом.

                          Решение:

x2+8x=48

S= (x+4)2 , S1= x2 , S2=4x, S3 =16

S1+ 2S2= 48 (данное уравнение)

S1+ 2S2= S-S3 (по свойству площадей)

 x2+8x=(x+4)2-16=48;

(x+4)2 – 16=48

(x+4)2 = 48+16;

(x+4)2 = 64;

x+4=8;

  x=4.

Современное решение такого уравнения дало бы нам ещё один корень х= -12.

2. Использование свойств коэффициентов квадратного уравнения

1.  Если в квадратном уравнении  сумма всех коэффициентов равна 0, то один корень равен 1, а второй  с/а.

Пример:

2x2 -8x +6=0;  (2-8+6=0)

x1=1;

x2=3.

2. Если в квадратном уравнении  второй коэффициент b равен сумме двух других коэффициентов ( b=a+c), то один корень равен -1, а второй  - с/а.

Пример:

6x2 +8x +2=0;  ( 8=2+6)

x1= -1;

x2= -1/3.

3.   Если в квадратном уравнении второй коэффициент равен сумме квадрата первого коэффициента и 1, а свободный член равен первому коэффициенту, то первый корень равен -a, а второй  -1/а.

Пример:

6x2 +37x +6=0;  ( 37= 62+1; а=с=6)

x1= -6;

x2= -1/6.

4. Если в квадратном уравнении второй коэффициент равен числу, противоположному сумме квадрата первого коэффициента и 1, а свободный член равен первому коэффициенту, то первый корень равен a, а второй  1/а.

Пример:

6x2 -37x +6=0;  ( -37= -(62+1); а=с=6)

x1= 6;

x2= 1/6.

5. Если в квадратном уравнении второй коэффициент равен числу, противоположному разности квадрата первого коэффициента и 1, а свободный член равен числу, противоположному первому коэффициенту, то первый корень равен a, а второй  -1/а.

Пример:

6x2 -35x -6=0;  ( -35= -(62-1); а=-с=6)

x1= 6;

x2= -1/6.

4. Выводы

Во время написания работы мы изучили теорию по теме «Решение квадратных уравнений», нашли несколько способов их решения и научились применять на практике полученные знания.

        Способов решения квадратных уравнений очень много. Нужно отметить, что не все они удобны для решения, но каждый из них по-своему уникален. Некоторые способы решения помогают сэкономить время, что немаловажно при решении заданий на контрольных работах и экзаменах.

Решая квадратные уравнения, мы поняли, что существуют такие уравнения, для которых некоторые способы не применимы и только усложняют поставленную задачу. У каждого способа есть свои положительные стороны и недостатки, которые мы представили в таблице.

Таким образом, гипотеза о том, что существуют методы решения квадратных уравнений без  использования формул, изучаемых в школьном курсе алгебры, подтвердилась.

5. Заключение

В ходе написания работы мы познакомились с новой и интересной информацией о квадратных уравнениях, изучили  разные способы решения таких уравнений и применили их на практике.

        Работа над данным проектом была для нас интересна и полезна, так как во время написания проекта мы расширили свой кругозор, научились собирать нужную информацию, анализировать ее, делать выводы, усовершенствовали свои знания в математике.

Изучив несколько способов решения квадратных уравнений, мы считаем, что при решении квадратных уравнений важно  правильно выбрать рациональный способ решения и применить соответствующий алгоритм решения.

        Наш проект в этом году был большим шагом и основанием для проекта следующего года, в котором мы планируем создать сборник «Квадратные уравнения. Различные способы решения».

        Мы считаем, что с поставленной целью и задачами справились, нам удалось обобщить и систематизировать изученный материал по рассматриваемой  теме.

6. Библиографический список

1. http://www.seznaika.ru/matematika/uravneniya-neravenstva/

1. https://kopilkaurokov.ru/matematika/prochee/ 
   3.http://www.seznaika.ru/matematika/uravneniya-neravenstva
   4.https://ru.wikipedia.org/wiki/
   5. http://mirznanii.com/a/313879/10-sposobov-resheniya-kvadratnykh-uravneniy

6. Алгебра 8 класс: учебник для 8 кл. общеобразоват. учреждений Макарычев Ю. Н., Миндюк Н. Г., Нешков К. И., Суворова С. Б. под ред. С. А. Теляковского 15-е изд., дораб. М.: Просвещение, 2015
   7.https://sites.google.com/site/kvadratnyeuravenia/information/svojstva-koefficientov-kvadratnogo-uravnenia