изменить логин/пароль
Уу
кнопка элементов навигации
↑

Уравнения, сводящиеся к квадратным нестандартными заменами.

Вступление

Конечно, в этом разделе предполагается, что вы умеете решать квадратные уравнения.
Потому что здесь разбираются задания более сложные, и не хочется тратить слова на простые вещи. Правда, в большинстве случаев я даю ссылки на нужные формулы.
Для повторения методов решения квадратных уравнений посетите эту страничку.


Кроме уравнений, рассматриваемых ниже, есть уравнения других типов, которые тоже сводятся к квадратным тем или иным способом.
Подробнее о них рассказано здесь.

При появлении вопросов посмотрите полезные ссылки.


Во всех примерах я использую некую математическую символику.
Это символы конъюнкции ∧ , дизъюнкции ∨ , значки системы { и совокупности [ . Подробнее об этом смотрите здесь.

Примеры

Вспомогательные записи, типа ОДЗ, замен, каких-то пояснений, я буду выполнять на сером фоне.
Отдельно от основного течения примера.

Пример 1.

6 x4 + 7 x3 − 36 x2 − 7 x + 6 = 0

Это, так называемое, возвратное уравнение. Его коэффициенты симметричны относительно среднего слагаемого − 36 x2 .
Коэффициенты при x3 и x имеют разные знаки, но это нам не помешает выполнить некую специфическую замену.
Для начала поделим обе части уравнения на x2 . Это можно делать, так как x=0 - не корень уравнения.

6 x2 + 7 x − 36 − 7 x + 6 x2 = 0

теперь сгруппируем слагаемые с противоположными степенями в одну скобку

6 ( x2 + 1 x2 ) + 7 ( x − 1 x ) − 36 = 0

и выполним замену: x − 1 x = t
посмотрим, во что превратится первая скобка после такой замены:
x2 + 1 x2 = ( x − 1 x ) 2 + 2 = t2 + 2
замена оказалась удачной, и мы получаем квадратное уравнение:

6 ( t2 +2 ) + 7t − 36 = 0
6 t2 + 7t − 24 = 0 (a)

для быстрого подбора корней воспользуемся модификацией теоремы Виета
вспомогательное уравнение: t2 + 7t − 24 · 6 = 0
24 · 6 = 2·2·2·3·2·3 = 16 · 9
корни вспомогательного уравнения: −16 и 9
тогда корни уравнения   (a): − 16 6 = − 8 3 и 9 6 = 3 2

t = − 8 3 ∨ t = 3 2

возвращаемся к переменной x, обратно заменяем t= x − 1 x

x − 1 x = − 8 3 ∨ x − 1 x = 3 2

домножаем обе части первого уравнения на 3 x , а второго - на 2 x
мы помним, что x=0 не является корнем исходного уравнения

3 x2 + 8x − 3 = 0 ∨ 2 x2 − 3x − 2 = 0

в каждом случае применяем модификацию теоремы Виета
для уравнения (1) 3 x2 + 8x − 3 = 0
вспомогательное x2 + 8x − 9 = 0 ,   его корни −9 и 1,   тогда корни уравнения (1) − 9 3 = − 3 и 1 3
для уравнения (2) 2 x2 − 3x − 2 = 0
вспомогательное уравнение x2 − 3x − 4 = 0 имеет корни −1 и 4,   и корни уравнения (2) − 1 2 = − 1 2 и 4 2 = 2

x = − 3 ∨ x = 1 3 ∨ x = − 1 2 ∨ x = 2

Ответ: { −3 ; − 1 2 ; 1 3 ; 2 }

Пример 2.

x4 − x3 − 12 x2 − 4 x + 16 = 0

В этом уравнении нет такой симметрии коэффициентов, как в предыдущем.
Но, как мы увидим, тот же приём сработает из-за 42 = 16 .
Поделим обе части уравнения на x2 .
Поскольку x=0 - не корень уравнения, то потери решений не будет.

И далее, группируем слагаемые с противоположными степенями.

x2 − x − 12 − 4 x + 16 x2 = 0
( x2 + 16 x2 ) − ( x + 4 x ) − 12 = 0

сделаем замену: x + 4 x = t
при этом x2 + 16 x2 = ( x + 4 x ) 2 − 8 = t2 − 8

t2 −8 − t − 12 = 0
t2 − t − 20 = 0
t=−4 ∨ t=5
x + 4 x = −4 ∨ x + 4 x = 5

x=0 - не корень исходного уравнения, и мы можем домножить полученные уравнения на x

x2 + 4x + 4 = 0 ∨ x2 − 5x + 4 = 0
x=−2 ∨ x=1 ∨ x=4

Ответ: { −2 ; 1 ; 4 }

Пример 3.

( x+4 ) 2 ( x+10 ) ( x−2 ) +243 = 0

Раскрытие всех скобок даст нам уравнение четвёртой степени, с которым могут быть проблемы.
Попробуем раскрыть скобки частично, чтобы появилось что-то одинаковое, и мы бы его заменили.
При возведении в квадрат получится x2 + 8x + 16 , а после умножения двух других скобок будет x2 + 8x − 20 .
Появился одинаковый кусочек x2 + 8x .

( x2 + 8x + 16 ) ( x2 + 8x − 20 ) + 243 = 0

замена: x2 + 8x = t

(t+16) (t−20) + 243 =0
t2 − 4 t − 77 = 0
t = 11 ∨ t = − 7
x2 + 8x = 11 ∨ x2 + 8x = − 7
x2 + 8x − 11 = 0 ∨ x2 + 8x + 7 = 0

в первом уравнении используем упрощённую формулу с дискриминантом
корни второго подбираем по теореме Виета

x= −4± 27 ∨ x=−7 ∨ x=−1

Ответ: { −4± 27 ; − 7 ; − 1 }

Пример 4.

( x−6 ) ( x−2 ) ( x+1 ) ( x+3 ) = 40 x2

Задание похоже на предыдущее, но решается совсем по-другому.
Здесь нужно частично раскрыть скобки так, чтобы свободные члены (числа) в новых скобках стали одинаковыми.
Понятно, что надо перемножать первую скобку на третью. И две оставшиеся.
Тогда в каждом случае свободный член будет равен −6.

( x2 − 5x − 6 ) ( x2 + x − 6 ) = 40 x2

делим обе части уравнения на x2
поскольку 0 - не корень уравнения, то потери решений не будет

x2 − 5x − 6 x · x2 +x −6 x = 40
( x2 −6 x −5 ) ( x2 −6 x +1 ) = 40

замена: x2 −6 x = t

(t−5) (t+1) =40
t2 − 4 t − 45 = 0
t = 9 ∨ t = − 5
x2 −6 x = 9 ∨ x2 −6 x = − 5
x2 − 9x − 6 = 0 ∨ x2 + 5x − 6 = 0

в первом уравнении используем формулы с дискриминантом
корни второго подбираем по теореме Виета

x= 9± 105 2 ∨ x=−6 ∨ x=1

Ответ: { 9± 105 2 ; − 6 ; 1 }

Пример 5.

x2 1 − 2 x2 = 12 x2 + 7 x − 6

ОДЗ:
1 − 2 x2 ≠ 0
x2 ≠ 1 2
x≠ − 1 2 ∧ x≠ 1 2

Избавляться от знаменателя не хочется, так как получим уравнение четвёртой степени.
Вынесем справа из первого и третьего слагаемых 6 за скобку.

x2 1 − 2 x2 = 6 ( 2 x2 − 1 ) + 7 x

Теперь прямо напрашивается поделить обе части на x, чтобы исчезло слагаемое 7x.
Это возможно, так как 0 - не корень уравнения.
И заодно слева вынесем минус за скобку.

− x 2 x2 − 1 = 6 ( 2 x2 − 1 ) x + 7

и понятная замена: x 2 x2 − 1 = t

−t = 6 t + 7

домножаем обе части уравнения на t ≠ 0 по ОДЗ

t2 +7t +6 = 0
t = − 6 ∨ t = − 1
x 2 x2 − 1 = − 6 ∨ x 2 x2 − 1 = − 1

домножаем уравнения на знаменатели, не равные нулю, согласно ОДЗ

12 x2 +x −6 = 0 ∨ 2 x2 +x −1 = 0

в каждом случае применяем модификацию теоремы Виета
для уравнения (1) 12 x2 + x − 6 = 0
вспомогательное x2 + x − 72 = 0 ,   его корни −9 и 8,   тогда корни уравнения (1) − 9 12 = − 3 4 и 8 12 = 2 3
для уравнения (2) 2 x2 + x − 1 = 0
вспомогательное уравнение x2 + x − 2 = 0 имеет корни −2 и 1,   и корни уравнения (2) − 2 2 = − 1 и 1 2

x=− 3 4 ∨ x= 2 3 ∨ x=−1 ∨ x= 1 2

Ответ: { − 1 ; − 3 4 ; 1 2 ; 2 3 }

Пример 6.

4x x2 + x + 3 + 5x x2 − 5 x + 3 = − 3 2

ОДЗ:
x2 + x + 3 ≠ 0 ∧ x2 − 5 x + 3 ≠ 0
Первое требование выполнено, поскольку там D < 0 .
Второе пока решать не будем, но помним про него.
x2 − 5 x + 3 ≠ 0 (*)

Поделим числитель и знаменатель каждой дроби на x.
Это возможно, так как 0 - не корень уравнения.

4 x2 +3 x +1 + 5 x2 +3 x −5 = − 3 2

замена: x2 + 3 x = t

4 t+1 + 5 t−5 = − 3 2

t+1≠0 ⇔ x2 +x +3 ≠ 0 и оно выполнено
t−5≠0 ⇔ (*) это то, что осталось проверить
домножаем обе части уравнения на 2 (t+1) (t−5)

8 (t−5) + 10 (t+1) = −3 (t+1) (t−5)

3 t2 + 6t − 45 = 0
t2 + 2t − 15 = 0
t = − 5 ∨ t = 3

условие t−5≠0 ⇔ t≠5 выполнено

x2 + 3 x = − 5 ∨ x2 + 3 x = 3
x2 +5x +3 = 0 ∨ x2 −3x +3 = 0

для решения используем формулы с дискриминантом

x= −5± 13 2 ∨ x∈∅

Ответ: { −5± 13 2 }

Пример 7.

3 ( x+2 ) 2 + 2 ( x 2 −2x+4 ) 2 = 5 ( x 3 +8 )

Уравнение вида a u2 + buv + c v2 = 0 называется однородным уравнением второй степени относительно переменных u и v.
Оно может быть сведено к квадратному делением, например, на v2.

В примере 7 применим формулу суммы кубов x 3 +8 = ( x+2 ) ( x 2 −2x+4 ) .

3 ( x+2 ) 2 + 2 ( x 2 −2x+4 ) 2 = 5 ( x+2 ) ( x 2 −2x+4 )

Это - однородное уравнение относительно u=x+2 и v= x 2 −2x+4 .
Поделим его на v2 = ( x 2 −2x+4 ) 2 .
x 2 −2x+4 никогда не обращается в ноль, поскольку его дискриминант отрицателен (*)

3 ( x+2 ) 2 ( x 2 −2x+4 ) 2 + 2 = 5 ( x+2 ) x 2 −2x+4

замена: x+2 x 2 −2x+4 = t

3 t2 + 2 = 5 t
3 t2 − 5 t + 2 = 0 (1)

применим здесь модификацию теоремы Виета
вспомогательное уравнение t2 − 5 t + 6 = 0 ,   его корни 2 и 3
тогда корни уравнения (1) 2 3 и 3 3 = 1

t = 2 3 ∨ t = 1
x+2 x 2 −2x+4 = 2 3 ∨ x+2 x 2 −2x+4 = 1

по (*) домножаем уравнения на знаменатели и приводим к стандартному виду

2 x2 − 7x + 2 = 0 ∨ x2 − 3x + 2 = 0

в первом уравнении используем формулы с дискриминантом
корни второго подбираем по теореме Виета

x= 7± 33 4 ∨ x=1 ∨ x=2

Ответ: { 7± 33 4 ; 1 ; 2 }

Пример 8.

x2 + 16 x2 (x+4) 2 = 20

ОДЗ:
x ≠− 4

выделим слева квадрат разности

x2 − 2·x· 4x x+4 + 16 x2 (x+4) 2 − 8 x2 x+4 = 20

( x − 4x x+4 ) 2 − 8 x2 x+4 = 20
( x2 x+4 ) 2 − 8 x2 x+4 = 20

замена: x2 x+4 = t

t2 −8t −20 = 0
t = 10 ∨ t = − 2
x2 x+4 = 10 ∨ x2 x+4 = − 2

домножаем уравнения на x +4 , не равное нулю, согласно ОДЗ

x2 −10x −40 = 0 ∨ x2 +2x +8 = 0

в первом уравнении используем упрощённую формулу с дискриминантом
второе корней не имеет, поскольку его дискриминант отрицателен

x= 5± 65

Ответ: { 5± 65 }

Видеоурок

Уравнения, сводящиеся к квадратным нестандартными заменами закрыть видео Уравнения, сводящиеся к квадратным простейшими заменами

Полезные ссылки

Задания для самостоятельного решения


Для всех заданий есть ответы.

1. x4 + 7 x3 + 10 x2 − 7 x + 1 = 0 ответ { − 3± 13 2 ; − 2± 5 }
2. x4 − 7 x3 + 14 x2 − 7 x + 1 = 0 ответ { 3± 5 2 ; 2± 3 }
3. x4 − x3 − 8 x2 − 2 x + 4 = 0 ответ { −2 ; −1 ; 2± 2 }
4. ( x2 −3x ) ( x−1 ) ( x−2 ) = 24 ответ { −1 ; 4 }
5. x ( x+3 ) ( x+5 ) ( x+8 ) +56 = 0 ответ { − 4± 8 ; −7 ; −1 }
6. ( 2 x2 −3x +1 ) ( 2 x2 +5x +1 ) = 9 x2 ответ { − 3± 7 2 ; 1± 1 2 }
7. 2x+1 + 4x4 2x+1 = 5 x2 ответ { 1± 5 4 ; 1± 2 }
8. x2 − 10 x + 15 x2 − 6 x + 15 = 3 x x2 − 8 x + 15 ответ { 7± 34 }
9. 2 (x−1) 4 −5 ( x2 −3x +2 ) 2 +2 (x−2) 4 = 0 ответ { ± 2 ; 3± 2 }
10. x2 + 4 x2 (x−2) 2 = 45 ответ { 3 ; 6 ; − 5± 65 2 }
1. x4 + 7 x3 + 10 x2 − 7 x + 1 = 0
ответ { − 3± 13 2 ; − 2± 5 }
2. x4 − 7 x3 + 14 x2 − 7 x + 1 = 0
ответ { 3± 5 2 ; 2± 3 }
3. x4 − x3 − 8 x2 − 2 x + 4 = 0
ответ { −2 ; −1 ; 2± 2 }
4. ( x2 −3x ) ( x−1 ) ( x−2 ) = 24
ответ { −1 ; 4 }
5.
x ( x+3 ) ( x+5 ) ( x+8 ) +56 = 0
ответ { − 4± 8 ; −7 ; −1 }
6.
( 2 x2 −3x +1 ) ( 2 x2 +5x +1 ) = 9 x2
ответ { − 3± 7 2 ; 1± 1 2 }
7. 2x+1 + 4x4 2x+1 = 5 x2
ответ { 1± 5 4 ; 1± 2 }
8. x2 − 10 x + 15 x2 − 6 x + 15 = 3 x x2 − 8 x + 15
ответ { 7± 34 }
9.
2 (x−1) 4 −5 ( x2 −3x +2 ) 2 +2 (x−2) 4 = 0
ответ { ± 2 ; 3± 2 }
10. x2 + 4 x2 (x−2) 2 = 45
ответ { 3 ; 6 ; − 5± 65 2 }

Если у вас возникли сложности

При появлении трудностей по этой теме вы можете обратиться к репетитору.