43
Сколько корней имеет уравнение?
И. Г. ГАБОВИЧ,
П. И. ГОРНИТЕЙН
Наступительных экзаменах вузы нередко предлагаются примеры, в которых требуется определить, сколько корней имеет то или иное данное уравнение. Заметим, что в этих примерах требуется чаще всего найти лишь число корней, а не сами корни.
Более сложным является анализный вопрос в отношении уравнения, содержащого параметр. В этом случае предлагается определить, при каком значении параметра данные уравнение имеет один, два или другие конечное число корней.
Решению таких примеров посылана данная статья.
Пример 1 (КГУ, мехмат, 1981). Сколько корней имеет уравнение
(1)
Решение. Перепишем уравнение (1) в виде
(2)
Ясно, что (2) ⇔ (1). Заметим, также, что знак выражения, стоящего под знаком абсциссной величины, можно изменить на противоположный.
Число корней уравнения (2) равно числу точек пересечения графиков функций, являющихся левой и правой части уравнения (2). Графики этих функций (рис. 1) пересекаются в четырех точках ( и ). Следовательно, уравнение (2), а значит и эквивалентное ему уравнение (1), имеет четые корня (равные абсциссам точек пересечения).
Пример 2 (МГУ, ВМК, 1980). При каких значениях параметра а уравнение
(3)
имеет не более одного действительного корня?
Решение. 1) Пусть . Тогда уравнение (3) квадратное и имеет не более одного действительного корня, если , то есть
(4)
Квадратный трехчлен имеет корни: и . Ясно, что . Покажем, что :
это и означает, что .
Следовательно, решением (4) будет обедининие промежутков:
2) При уравнение (3) обращается в уравнение первого степени: , имеющее один действительный корень.
Таким образом, получаем следующий ответ:
Пример 3 (МИЭМ, 1982). Решить уравнение
(5)
и определить значения , при которых оно имеет единственное решение.
Решение. Уравнение (5) эквивалентно совокупности двух смешанных систем:
44
Учитывая, что , получаем зависимость , имеющий на каждом из расстатриваемых промежутков разные аналогичные выражения:
Построим график этой зависимости в системе координат (рис. 2). Графиками функции и являются «сплошные» синяя и красная кривые соответственно. Объединение этих линей является графиком зависимости . (Пунктирные синяя и красная кривые есть графики зависимости и вне промежутков, на которых они расстатриваются. Эти пунктирные линии попадаются ниже при отборе решений.) Синяя и красная кривые пересекаются в точке с координатами .
Исследование функции и показывает (что видно также и на рисунке 2), что , а .
Абсциссы точек, в которых пряма, паралельная оси , пересекает сплошные линии, являются решениями уравнения (5).
Из приведенного рисунка и сделанных выше замечаний следует, что уравнение (5) имеет:
a) При — два решения: , определяемые из уравнения
- При — два решения: и
Таблица
| Значения | Число решений | Решения |
| :— | :— | :— |
| | два | |
| | два | |
| | два | и |
| | четыре | |
| | три | |
| | два | |
| | одно | |
| | 0 | - |
46
]1; ∞[, то есть при
(12)
уравнение (11) имеет три корня. Это обусловливается тем, что при указанных в (12) значениях прямая пересекает график функции в трех точках: в одной точке — ветвь кривой на промежутке ]0; 1[ и в двух точках — на промежутке ]1; ∞[. Абсциссы этих точек и будут корнями уравнения (11).
Может показаться, что при малых положительных прямая пересечет ветвь графика функции на промежутке ]1; ∞[ только в одной точке, абсцисса которой близка к единице. Но такое мнение ошибочно. Известно, что степенная функция при возрастании растет быстрое логарифмической («Алгебра и начала анализа 9-10» 1980, п. 70, с. 214). Поэтому при любом и как угодно малом по абсциссной величины прямая дважды пересечет ветвь , соответствующее промежутку ]1; ∞[.
Определим теперь, при каком значении прямая касается упомянутой ветви.
Пусть — точка касания. Тогда искомое значение находится из системы
или
откуда ; .
Итак, . Следовательно, при [ уравнение (10) имеет три корня.
Рассмотренные в стате примеры различны по содержанию. В решении одних мы пользовались, наглядности ради, графиками, другие же решались только анализически.
Вместе с тем, ознакомившись с приведенными решениями, вы прибрели некоторые навыки, которые сумете применить в решении других аналогичных примеров и, в частности, приведенных в упражнениях.
Упражнения
1 (МГУ, химак, 1982). При каких значениях параметра уравнение
имеет больше положительных корней, чем отрицательных?
2 (ЛГУ, матем, 1979). Сколько корней имеет уравнение
3 (НГУ, механи, 1977). Определить, при каких значениях уравнение имеет единственное решение.
4 (ЛГУ, матем, 1980). При каких значениях параметра уравнение
имеетровно два корня на отрезке ?
5 (МГУ, ВМК, 1980). При каких значениях параметра уравнение
имеет два действительных корня?
6 (МГУ, механи, 1980). При каких значениях параметра уравнение
имеетровно три различных корня?
7 (МГУ, общеая геология, 1979). Найти все значения , при которых уравнение
имеет единственное решение.
8 (УрГУ, матем, 1981). При каких значениях параметра уравнение
имеет единственное решение?
9 (МГУ, химак, 1980). Найти все такие значения , для каждого из которых число решений относительно уравнения
не меньше числа решений относительно уравнения
10 (МИФИ, 1980). Найти значение , при которых уравнение
имеет только одно решение.
11 (МИЭМ, 1980). Найти при все решения уравнения
расположенные на отрезке , и выяснить, при каких значениях уравнение имеет единственное решение на этом отрезке.
12 (ЛЭТИ, 1982). Дана функция , где
При каких значениях имеет 4 корня?
13 (ЛЭТИ, 1982). Сколько корней имеет уравнение
14 (ЛЭТИ, 1982). При каких значениях уравнение
имеет 2 корня?
15 (МИСиС, 1983). При каком уравнение
имеет единственное решение?
16 (МИСиС, 1983). При каких значениях параметра уравнение имеет больше трех решений?
17 (МГУ, ВМК, 1983). При всех решите уравнение