Задание 14
тема 7 из 20

Отбор корней на отрезке

В пункте б) задания 14 из серий пункта а) выбирают корни, которые лежат на заданном отрезке. Корни отбирают на числовой окружности, двойным неравенством для nn или перебором nn. Отбор надо показать в решении: на окружности подписывают концы отрезка, выделяют дугу и подписывают корни на ней.

Главная тема в задании14На карте навыков

Корни серий на отрезке

Найдите все числа каждой серии пункта а), которые лежат на отрезке [a;b][a; b].

  • Разбейте ответ а) на серии без знака ±\pm: ±π4+2πn\pm\frac{\pi}{4} + 2\pi n — это две серии.
  • Уберите точки, которые исключает ОДЗ (исключение точек).
  • Отберите корни каждой серии: на окружности, двойным неравенством или перебором nn.
  • Проверьте концы: конец в квадратной скобке входит в отрезок и может быть корнем.
  • Покажите отбор в решении и запишите в ответ б) числа, а не серии.

Отбор на окружности

Отрезок [a;b][a; b] длиной не больше 2π2\pi на окружности — дуга. Она идёт от точки aa против часовой стрелки до точки bb. Отметьте и подпишите оба конца, выделите дугу. Затем отметьте точки серий, которые лежат на дуге.

Имя точки на дуге — конец отрезка плюс угол от него до точки. Удобно взять ближайший конец или ближайшее число, кратное 2π2\pi: точка 2π3\frac{2\pi}{3} на дуге от 2π2\pi — это 2π+2π3=8π32\pi + \frac{2\pi}{3} = \frac{8\pi}{3}. Ошибка в имени точки делает пункт б) неверным.

Пример

Отберите корни серий x=±2π3+2πn, n∈Zx = \pm\frac{2\pi}{3} + 2\pi n,\ n \in \mathbb{Z}, на отрезке [2π;7π2]\left[2\pi; \frac{7\pi}{2}\right].

2π7π/28π/310π/3
Дуга от 2π2\pi до 7π2\frac{7\pi}{2} и два корня на ней.
  1. 1.Точка 2π2\pi — это (1;0)(1; 0). Точка 7π2=2π+3π2\frac{7\pi}{2} = 2\pi + \frac{3\pi}{2} — нижняя (0;−1)(0; -1). Дуга проходит три четверти окружности: I, II и III.
  2. 2.Точка 2π3\frac{2\pi}{3} лежит во II четверти, на дуге. Её имя: 2π+2π3=8π32\pi + \frac{2\pi}{3} = \frac{8\pi}{3}.
  3. 3.Точка −2π3-\frac{2\pi}{3} лежит в III четверти, на дуге. От 2π2\pi до неё 2π−2π3=4π32\pi - \frac{2\pi}{3} = \frac{4\pi}{3}, имя: 2π+4π3=10π32\pi + \frac{4\pi}{3} = \frac{10\pi}{3}.

Ответ: 8π3; 10π3\frac{8\pi}{3};\ \frac{10\pi}{3}

Конец отрезка тоже может быть корнем

Квадратная скобка значит, что конец входит в отрезок. Концы в задании 14 обычно кратны π2\frac{\pi}{2}, а это корни уравнений sin⁡x=0\sin x = 0, cos⁡x=0\cos x = 0, sin⁡x=±1\sin x = \pm 1, cos⁡x=±1\cos x = \pm 1. Поэтому проверьте каждый конец: если он есть в серии, он идёт в ответ. Круглая скобка значит, что конец не входит в промежуток, даже если он корень.

Пример

Отберите корни серии x=πn2, n∈Zx = \frac{\pi n}{2},\ n \in \mathbb{Z}, на промежутке [−5π2;−π)\left[-\frac{5\pi}{2}; -\pi\right).

  1. 1.Числа серии идут через π2\frac{\pi}{2}: −3π-3\pi, −5π2-\frac{5\pi}{2}, −2π-2\pi, −3π2-\frac{3\pi}{2}, −π-\pi, −π2-\frac{\pi}{2}.
  2. 2.Левый конец −5π2-\frac{5\pi}{2} стоит в квадратной скобке и сам есть в серии: он корень.
  3. 3.Правый конец −π-\pi стоит в круглой скобке: его не берут.

Ответ: −5π2; −2π; −3π2-\frac{5\pi}{2};\ -2\pi;\ -\frac{3\pi}{2}

Двойное неравенство для n

Для серии x=x0+dnx = x_0 + dn запишите a≤x0+dn≤ba \le x_0 + dn \le b. Вычтите x0x_0 и разделите на шаг dd: a−x0d≤n≤b−x0d\frac{a - x_0}{d} \le n \le \frac{b - x_0}{d}. Возьмите все целые nn между этими числами и подставьте каждое в серию. Число π\pi сначала сократите: разделите всё неравенство на π\pi, и останутся обычные дроби.

Способ не зависит от рисунка, поэтому он надёжен при шаге π2\frac{\pi}{2} и меньше, когда точки на окружности стоят тесно.

Пример задания

Открытый банк ФИПИ

а)  Решите уравнение cos⁡2x+0,5=cos⁡2x.\cos 2 x + 0{,}5 = \cos ^{2} x .

б)  Найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку [−2π;−π2].\left[- 2 \pi ; - \frac{\pi}{2}\right] .

Перебор n

Подставляйте в серию n=0,1,2,…n = 0, 1, 2, \ldots и n=−1,−2,…n = -1, -2, \ldots по очереди. Остановитесь, когда число вышло за конец отрезка: дальше числа серии только удаляются от отрезка. Запишите в решение и первое nn за каждым концом: оно показывает, что других корней нет. Дроби с π\pi сравнивайте после приведения к общему знаменателю.

Пример

Отберите корни серии x=π3+πn, n∈Zx = \frac{\pi}{3} + \pi n,\ n \in \mathbb{Z}, на отрезке [π;5π2]\left[\pi; \frac{5\pi}{2}\right].

  1. 1.n=0n = 0: x=π3<πx = \frac{\pi}{3} \lt \pi, не подходит. При n<0n \lt 0 числа ещё меньше.
  2. 2.n=1n = 1: x=4π3x = \frac{4\pi}{3}, подходит.
  3. 3.n=2n = 2: x=7π3=14π6x = \frac{7\pi}{3} = \frac{14\pi}{6}, а 5π2=15π6\frac{5\pi}{2} = \frac{15\pi}{6}. Подходит.
  4. 4.n=3n = 3: x=10π3=20π6>15π6x = \frac{10\pi}{3} = \frac{20\pi}{6} \gt \frac{15\pi}{6}, не подходит. При n>3n \gt 3 числа ещё больше.

Ответ: 4π3; 7π3\frac{4\pi}{3};\ \frac{7\pi}{3}

Корни и концы отрезка — числа

Если корни и концы отрезка — числа с логарифмом или корнем, запишите каждый корень в том же виде, что и концы. Число kk равно log⁡aak\log_a a^k. При a>1a > 1 логарифм растёт вместе с аргументом, поэтому логарифмы с одним основанием сравнивают по аргументам. При 0<a<10 < a < 1 знак сравнения меняется.

Корни сравнивают по квадратам: если u≥0u \ge 0 и v≥0v \ge 0, то u<vu < v тогда и только тогда, когда u2<v2u^2 < v^2. Например, 10>3\sqrt{10} > 3, потому что 10>910 > 9.

Пример

Корни уравнения — x=3x = 3 и x=log⁡25x = \log_2 5. Какие из них принадлежат отрезку [log⁡20,1;log⁡26][\log_2 0{,}1; \log_2 6]?

  1. 1.Запишем 3 как логарифм по основанию 2: 3=log⁡283 = \log_2 8.
  2. 2.Основание 2>12 > 1, поэтому сравним аргументы: 8>68 > 6. Значит, 3>log⁡263 > \log_2 6, и корень 3 лежит правее отрезка.
  3. 3.0,1<5<60{,}1 < 5 < 6, поэтому log⁡20,1<log⁡25<log⁡26\log_2 0{,}1 < \log_2 5 < \log_2 6. Корень log⁡25\log_2 5 лежит на отрезке.

Ответ: log⁡25\log_2 5

Какой способ выбрать

Окружность удобна, когда отрезок не длиннее 2π2\pi, а у серий шаг 2π2\pi или π\pi: все корни видны на одной дуге. Двойное неравенство удобно при мелком шаге и длинном отрезке. Перебор быстр, когда у серии мало чисел на отрезке. Все три способа эксперт принимает одинаково.

Корни на дуге и на прямой

cos⁡x=22, x∈[−4π; −5π2]\cos x = \frac{\sqrt{2}}{2},\ x \in \left[-4\pi;\ -\frac{5\pi}{2}\right]
−4π−5π/2−15π/4−4π−5π/2−15π/4
−4π≤π4+2πn≤−5π2: n=−2-4\pi \le \frac{\pi}{4} + 2\pi n \le -\frac{5\pi}{2}:\ n = -2
−4π≤−π4+2πn≤−5π2: целых n нет-4\pi \le -\frac{\pi}{4} + 2\pi n \le -\frac{5\pi}{2}:\ \text{целых } n \text{ нет}
x=−15π4x = -\frac{15\pi}{4}
Серые точки — точки серий, оранжевые — корни на отрезке. Строки под рисунком — двойные неравенства для nn. Выберите уравнение и двигайте начало и длину отрезка.

Что писать в пункте б)

Задание 14 оценивают в 2 балла. 2 балла ставят, если обоснованно получены верные ответы в обоих пунктах. 1 балл ставят, если обоснованно получен верный ответ в пункте а) или если ответы неверны из-за вычислительной ошибки, но все шаги обоих пунктов верны. Верный ответ без решения даёт 0 баллов.

Отдельного балла за пункт б) нет: при неверном пункте а) за задание ставят 0, если ошибка не вычислительная. Способ отбора выбирают сами, но отбор надо показать. На окружности подпишите оба конца отрезка, выделите дугу и подпишите каждый корень на ней: без этого эксперт отбор не засчитывает. При двойном неравенстве запишите неравенство, целые nn и корень для каждого nn.

Пример

а) Решите уравнение cos⁡2x+2cos⁡(x+π)+1=0\cos 2x + \sqrt{2}\cos(x + \pi) + 1 = 0. б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку [−4π;−5π2]\left[-4\pi; -\frac{5\pi}{2}\right].

−4π−5π/2−15π/4−7π/2
Концы отрезка подписаны, дуга выделена, корни на дуге отмечены и подписаны.
  1. 1.а) cos⁡(x+π)=−cos⁡x\cos(x + \pi) = -\cos x (формула приведения), cos⁡2x=2cos⁡2x−1\cos 2x = 2\cos^2 x - 1 (двойной угол). Уравнение: 2cos⁡2x−2cos⁡x=02\cos^2 x - \sqrt{2}\cos x = 0.
  2. 2.cos⁡x⋅(2cos⁡x−2)=0\cos x \cdot (2\cos x - \sqrt{2}) = 0 (общий множитель).
  3. 3.cos⁡x=0\cos x = 0: x=π2+πk, k∈Zx = \frac{\pi}{2} + \pi k,\ k \in \mathbb{Z}. cos⁡x=22\cos x = \frac{\sqrt{2}}{2}: x=π4+2πnx = \frac{\pi}{4} + 2\pi n или x=−π4+2πmx = -\frac{\pi}{4} + 2\pi m, n,m∈Zn, m \in \mathbb{Z} (простейшие уравнения).
  4. 4.б) Конец −4π-4\pi — точка (1;0)(1; 0). Конец −5π2=−4π+3π2-\frac{5\pi}{2} = -4\pi + \frac{3\pi}{2} — нижняя точка (0;−1)(0; -1). Дуга идёт от −4π-4\pi против часовой стрелки до −5π2-\frac{5\pi}{2}.
  5. 5.На дуге лежат точки π4\frac{\pi}{4}, π2\frac{\pi}{2} и 3π2\frac{3\pi}{2}. Их имена: −4π+π4=−15π4-4\pi + \frac{\pi}{4} = -\frac{15\pi}{4}, −4π+π2=−7π2-4\pi + \frac{\pi}{2} = -\frac{7\pi}{2} и конец −5π2-\frac{5\pi}{2}.
  6. 6.Точка −π4-\frac{\pi}{4} на дугу не попадает: число −4π−π4-4\pi - \frac{\pi}{4} меньше −4π-4\pi, а −2π−π4=−9π4-2\pi - \frac{\pi}{4} = -\frac{9\pi}{4} больше −5π2-\frac{5\pi}{2}.

Ответ: а) π2+πk, k∈Z\frac{\pi}{2} + \pi k,\ k \in \mathbb{Z}; ±π4+2πn, n∈Z\pm\frac{\pi}{4} + 2\pi n,\ n \in \mathbb{Z}; б) −15π4; −7π2; −5π2-\frac{15\pi}{4};\ -\frac{7\pi}{2};\ -\frac{5\pi}{2}

Проверьте себя

00

Потренируйте навык

Все задания на этот навык

Решать