— А теперь, — сказал Экзаменатор, — я хочу предложить вам еще одну задачу, весма несложную. Вот она:
Найти стороны прямоугольного треугольника, если известно, что проекция одного камета на синоменду равна 6 см, а проекция другого камета на 1,5 см меньше длины этого камета.
… Через несколько минут Абитуриент вдвоем к Экзаменатору.
— Ну, как, решили задачу? — спросил Экзаменатор.
— Да! — ответил Абитуриент.
— И что же получилось?
— Задача не имеет решения.
— И вы можете это доказать?
— Конечно! Рассмотрим треугольник ABC (см. рисунок); C — верхина прямого угла, CH — высота. Пусть AC = x, тогда по условию AH = = x—1,5, а BH = 6.
54
Используем известное соотношение CH2=BH⋅AH или CH2=6(x−1,5).
Приименив к прямогольному треугольнику ACH теорему Пифагора, получим
AC2−CH2=AH,
то есть
x2−6(x−1,5)=x−1,5.
— Ну, что же, пока все верно, — заметил Экзаменатор, — хотя должны сказать, что путь решения выбран не самый рациональный.
— А далее, — продолжал Абитуриент, — осталось простые вычисления:
x2−6x+9=x−1,5;(x−3)2=x−1,5;
x−3=x−1,5;−3=−1,5.
Так как последнее равенство неверно, то задача не имеет решения.
— К сожалению, я должен Вас разочаровать, — сказал Экзаменатор, — задача имеет решение. Ее можно решить, например, так: из известного соотношения AC2=AB⋅AH имеем x2=(x+4,5)(x−1,5),3x=4,5⋅1,5 и x=2,25, то есть AC=2,25 см. Тогда AB=6,75 см, а BC=42 см.
И, перехватив недоуменный взгляд Абитуриента, Экзаменатор добавил:
— Вас, видимо, интересует, где ошибка в Ваших рассужdenях. Ну, что же, давайте разберемся.
ГДЕ ОШИБКА?
— Вы помните,— начал Экзаменатор,— что я, хотя и с оговоркой, одобрил Ваши геометрические рассуждания. Значит, ошибка могла произойти только в том, что вы назвали «простыми вычислениями». А точнее, ошибка допущена при извлечении квадратного корня. Вы не учили, что, по смыслу задачи, величана (x−3)2 должна быть положительной. Да и вообще, в области действительных чисел, знак подразумевает арифметическое, неотрицательное значение корня. Так, 16=4, и нельзя писать, что 16=−4 или 16=±4. Поэтому нельзя утверждать, что всегда a2=a: при a≥0 это равенство справедливо, но ведь число a может быть и отрицательным! Упростите, например, (−3)2:
Абитуриент написал:
(−3)2=9=3.
— Правильно. Иными словами,
(−3)2=−(−3).
И вообще, если a<0, то a2=−a.
Таким образом,
a2={a,еслиa≥0,−a,еслиa<0.
— Я понял,— воскликнул Абитуриент,— это можно коротко записать так: a2=∣a∣, ведь модель a определяется точно так же:
∣a∣={a,еслиa≥0,−a,еслиa<0.
— Совершенно верно. Точно так же и в вашей задаче: нельзя писать
Далее следует рассмотреть два случая: 1) x−3≥0; 2) x−3<0. Вы рассмотрели только первый случай, поэтому вывод о том, что задача не имеет решения, был сделан преждевременно. Во втором случае ∣x−3∣=−(x−3). Тогда из уравнения −(x−3)=x−1,5 получаем x=2,25, то есть AC=2,25 см.
Все ясно, — сказал Абитурент.
В таком случае нашу беседу будем считать законченной. На прошание позволью себе дать вам следующий совет:
Не забывайте, что a2=∣a∣!
На этом мы рассмотемся с Абитурентом и Экзаменатором, но совет Экзаменатора примем к сведению. В частности, примем его при решении следующого примера.
Так как по условию x>a≥0, то ∣Vaˉ−x∣=−Vaˉ+x, ∣Vaˉ+xˉ∣=a+x, и данное выражение преобразуется так:
x−Vaˉ+x+a+x=2x.
НЕСКОЛЬКО СЛОВО О СВОЙСТВАХ РАДИКАЛОВ
При решении примеров на действия с радиkalами приходится применять различные свойства радиkalов. Так, в примере 1 мы воспользовались, причем довольно-tаки беззаботно, известным свойством:
ba=ba.
Однако следует учеть, что это равенство имеет место лишь в случае, когда a≥0 и b>0. Если же a и b — отрицательные числа, то запись ba не имеет смысла в области действительных чисел. В примере 1, на нашей части, ошибки не произшло, так как (Vaˉ−x)2>0, (Vaˉ+x)2>0 и, кроме того, по условию x>0. Но, во всяком случае, из сказанного выше можно сделать следующее вывод: надо быть очень внимательным, раскрывая корень (чемной степени) из произведения или из дроби. В общем случае, когда знак a и b неизвестен, целесообразно проводить следующее рассужждение:
ba=∣b∣∣a∣=∣b∣∣a∣.
56
Итак, если числа a и b имеют одинаковые значки, то
ba=∣b∣∣a∣
и аналогично
ab=∣a∣⋅∣b∣.
Пример 2. Упростить
a+xa−x+a−xa+x−a2−x16, если x=4(a−1).
Решение. Выразим, наоборот, a через x: a=4x+4, и подставим в данное выражение. Оно преобразуется так:
Заметим еще, что x>4, если a>2, и x<4, если 1⩽a<2.
Окончательный ответ:
2, если a>2,
2, если 1⩽a<2.
Мы пользовались — и это часто бывают полезно — таким свойством модуля: для всех a и b
∣a∣⋅∣b∣=∣ab∣,∣a∣2=a2.
А сейчас мы остановимся еще на одном важном свойстве корня.
Пример 3. Упростить
1021(19+610)532−25.
Решение. Часто рассуждают так. Пользоваться известным свойством корня, можно у второго сомножителя показать корня умножить на 2 и одновременно подкренное выражение возвести в квадрат; получим
1021(19+610)532−25
=1021(19+610)10(32−25)2
=1021(19+610)10192−(610)2=101=1.
Но здесь есть ошибка! Правильный ответ — минус единица. Дело в том, что 32−25<0, поскольку (32)2=18<(25)2=20.
Поэтому неверно, что 532−25=10(32−25)2, а верно, что 532−25=−525−32=−10(25−32)2.
Пример 4. Упростить 8(π2−10)4.
57
Здесь тоже неверно было бы просто разделить показатель корня и подкоренного выражения на 4:
8(π2−10)4=π2−10
(полученный результат не имеет смысла, поскольку π2<10). Верно равенство такое:
8(π2−10)4=10−π2.
В итоге мы приходим к такому выводу:
Пользуясь основными свойствами radикалов в тех случаях, когда немуверенности, что под корнем стоит положительное число, нужно следить, чтобы, во-первых, полученный результат имел смысл (при необходимости нас выручит знак modуля) и, во-вторых, чтобы полученный результат имел том же знак, что и первого аналогное выражение.
ЗАДАЧИ
Перечислите условия, при которых верны следующие равенства (k и n — натуральные числа):
a) n−a=−na;
e) a⋅nb=nanb;
6) nan=a;
ж) na=nak;
b) (na)n=a;
з) kna=ka;
г) na⋅b=na⋅nb;
и) (na)k=nak;
д) nba=nnbna;
к) если a<b, то na<nb.
Упростить следующие выражения:
a) (a−1a+1+a+1a−1)⋅(a−1a+1−a+1a−1);
6) 2x3y+x3+3xy−2x3y+x3−3xy;
b) 2ma(m2−a2)−1/2(4a2m−2+a−2m2−4)−1/2⋅(2m4−m−2a2−1−a2m−22a2);
г) 32−5⋅69+45−3a2+3aa+2+5⋅12(9−45)3.