2 Wyrażenia algebraiczne
Sprawdzian 3
Grupa A
Zadanie 1
Wyznacz dziedzinę (niezbędne założenia) dla poniższego wyrażenia wymiernego, a następnie przedstaw je w postaci nieskracalnego ułamka:
$$\dfrac{2a+b}{a-3b} : \dfrac{4a^2+4ab+b^2}{3a-9b}$$
$$\dfrac{2a+b}{a-3b} : \dfrac{4a^2+4ab+b^2}{3a-9b}$$
Postać uproszczona: \(\dfrac{3}{2a+b}\)
Założenia: \(a \neq 3b\) oraz \(b \neq -2a\) (czyli \(2a + b \neq 0\))
Założenia: \(a \neq 3b\) oraz \(b \neq -2a\) (czyli \(2a + b \neq 0\))
Wskazówki:
- Założenia przy dzieleniu ułamków algebraicznych: Mianownik ułamka nigdy nie może być równy zero. Pamiętaj, że operacja dzielenia \(\frac{A}{B} : \frac{C}{D}\) sprowadza się do mnożenia przez odwrotność \(\frac{A}{B} \cdot \frac{D}{C}\). Z tego powodu z zera muszą być wykluczone mianowniki obu wyjściowych ułamków (\(B \neq 0\), \(D \neq 0\)) oraz licznik dzielnika (\(C \neq 0\)), który po odwróceniu staje się nowym mianownikiem.
- Uwaga na typowy błąd – nieuwzględnienie licznika dzielnika: Najczęstszym błędem uczniów jest wyznaczanie założeń wyłącznie dla widocznych na początku mianowników (\(a - 3b \neq 0\) oraz \(3a - 9b \neq 0\)) i zapomnienie o warunku dla wyrażenia \(4a^2 + 4ab + b^2 \neq 0\). Dzielenie przez zero w ułamku odwracanym jest niedozwolone.
- Uwaga na błąd w skracaniu: Kategorycznie nie wolno skracać pojedynczych składników w sumie (np. litery \(b\) z \(b^2\) lub \(a\) z \(4a^2\)). Skracać wolno wyłącznie całe czynniki po uprzednim doprowadzeniu licznika i mianownika do postaci iloczynowej (np. poprzez wyłączenie wspólnego czynnika przed nawias lub zastosowanie wzorów skróconego mnożenia).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Ustalenie założeń (dziedziny wyrażenia):
Dzielenie przez zero jest wykonalne tylko wtedy, gdy żaden z mianowników ani dzielnik nie przyjmują wartości \(0\). Zapisujemy trzy warunki: $$\begin{aligned} 1) \quad a - 3b &\neq 0 \iff a \neq 3b \\[8pt] 2) \quad 3a - 9b &\neq 0 \iff 3(a - 3b) \neq 0 \iff a \neq 3b \\[8pt] 3) \quad 4a^2 + 4ab + b^2 &\neq 0 \end{aligned}$$ Wyrażenie w trzecim warunku zwijamy za pomocą wzoru skróconego mnożenia na kwadrat sumy \((x + y)^2 = x^2 + 2xy + y^2\): $$\begin{aligned} 4a^2 + 4ab + b^2 &= (2a)^2 + 2 \cdot 2a \cdot b + b^2 \\[8pt] &= (2a + b)^2 \end{aligned}$$ Kwadrat wyrażenia jest różny od zera wtedy i tylko wtedy, gdy samo wyrażenie pod potęgą jest różne od zera: $$(2a + b)^2 \neq 0 \iff 2a + b \neq 0 \iff b \neq -2a$$ Łącząc powyższe warunki, otrzymujemy pełne założenia: $$a \neq 3b \quad \text{oraz} \quad 2a + b \neq 0 \quad (b \neq -2a)$$ -
Rozkład wyrażeń na czynniki i zamiana dzielenia na mnożenie:
Mianownik drugiego ułamka rozkładamy przez wyłączenie wspólnego czynnika liczbowego przed nawias: $$3a - 9b = 3(a - 3b)$$ Dzielenie ułamków algebraicznych zastępujemy mnożeniem przez odwrotność drugiego ułamka: $$\begin{aligned} \dfrac{2a+b}{a-3b} : \dfrac{4a^2+4ab+b^2}{3a-9b} &= \dfrac{2a+b}{a-3b} \cdot \dfrac{3a-9b}{4a^2+4ab+b^2} \\[8pt] &= \dfrac{2a+b}{a-3b} \cdot \dfrac{3(a-3b)}{(2a+b)^2} \end{aligned}$$ -
Redukcja (skrócenie) wspólnych czynników:
Zapisujemy iloczyn na jednej kresce ułamkowej i skracamy jednakowe czynniki w liczniku i mianowniku: $$\begin{aligned} \dfrac{(2a+b) \cdot 3(a-3b)}{(a-3b) \cdot (2a+b)^2} &= \dfrac{3 \cdot \cancel{(2a+b)}\,\cancel{(a-3b)}}{\cancel{(2a+b)}\,(2a+b)\,\cancel{(a-3b)}} \\[8pt] &= \dfrac{3}{2a+b} \end{aligned}$$
Odpowiedź:
Postać uproszczona: \(\dfrac{3}{2a+b}\)
Założenia: \(a \neq 3b\) oraz \(2a + b \neq 0\) (czyli \(b \neq -2a\))
Postać uproszczona: \(\dfrac{3}{2a+b}\)
Założenia: \(a \neq 3b\) oraz \(2a + b \neq 0\) (czyli \(b \neq -2a\))
Zadanie 2
Wyznacz wartość liczbową wyrażenia logarytmicznego:
$$\dfrac{\log_3 49}{\log_3 7} + 3\log_7 \dfrac{7}{2} + \log_7 8$$
$$5$$
Wskazówki:
- Iloraz dwóch logarytmów o tej samej podstawie \(\dfrac{\log_c b}{\log_c a}\) można zwinąć do postaci pojedynczego logarytmu na mocy wzoru na zamianę podstaw: \(\dfrac{\log_c b}{\log_c a} = \log_a b\), bądź przedstawić liczbę logarytmowaną w liczniku jako potęgę liczby z mianownika.
- Współczynnik liczbowy stojący przed logarytmem włączamy do wykładnika potęgi liczby logarytmowanej: \(k \log_a x = \log_a (x^k)\).
- Sumę logarytmów o jednakowych podstawach zamieniamy na logarytm iloczynu: \(\log_a x + \log_a y = \log_a (x \cdot y)\).
- Uwaga na kardynalne błędy:
- Kategorycznie nie wolno mylić ilorazu logarytmów z logarytmem różnicy: \(\dfrac{\log_3 49}{\log_3 7} \neq \log_3(49 - 7)\). Logarytm nie jest czynnikiem, którego symbol można „skrócić” jak ułamek zwykły do postaci \(\frac{49}{7}\).
- W wyrażeniu \(3\log_7 \dfrac{7}{2}\) liczba \(3\) nie mnoży ułamka wewnątrz nawiasu (błędem byłoby napisanie \(\log_7\left(3 \cdot \frac{7}{2}\right)\)), lecz podnosi cały ten ułamek do potęgi trzeciej.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Uproszczenie pierwszego składnika \(\dfrac{\log_3 49}{\log_3 7}\):
Zauważamy, że liczba \(49\) jest drugą potęgą liczby \(7\), czyli \(49 = 7^2\).
Sposób I (wykorzystanie własności potęgi w logarytmie):
Wyprowadzamy wykładnik przed znak logarytmu: $$\begin{aligned} \dfrac{\log_3 49}{\log_3 7} &= \dfrac{\log_3 (7^2)}{\log_3 7} \\[8pt] &= \dfrac{2 \cdot \log_3 7}{\log_3 7} \\[8pt] &= 2 \end{aligned}$$ Sposób II (wzór na zamianę podstawy logarytmu):
Stosujemy wzór \(\dfrac{\log_c b}{\log_c a} = \log_a b\): $$\dfrac{\log_3 49}{\log_3 7} = \log_7 49 = 2$$ ponieważ \(7^2 = 49\). -
Obliczenie sumy pozostałych składników \(3\log_7 \dfrac{7}{2} + \log_7 8\):
Również tę część możemy wyznaczyć dwoma sposobami.
Sposób I (działania na potęgach i iloczyn logarytmów):
Wciągamy liczbę \(3\) do wykładnika potęgi argumentu: $$3\log_7 \dfrac{7}{2} = \log_7 \left(\left(\dfrac{7}{2}\right)^3\right) = \log_7 \dfrac{343}{8}$$ Dodajemy kolejny składnik, stosując wzór na logarytm iloczynu: $$\begin{aligned} 3\log_7 \dfrac{7}{2} + \log_7 8 &= \log_7 \dfrac{343}{8} + \log_7 8 \\[8pt] &= \log_7 \left(\dfrac{343}{8} \cdot 8\right) \\[8pt] &= \log_7 343 \end{aligned}$$ Ponieważ \(7^3 = 343\), otrzymujemy: $$\log_7 343 = 3$$ Sposób II (rozbicie logarytmu ilorazu i potęgi liczby \(8\)):
Zapisujemy logarytm ilorazu jako różnicę logarytmów, a liczbę \(8\) jako \(2^3\): $$\begin{aligned} 3\log_7 \dfrac{7}{2} + \log_7 8 &= 3(\log_7 7 - \log_7 2) + \log_7 (2^3) \\[8pt] &= 3(1 - \log_7 2) + 3\log_7 2 \\[8pt] &= 3 - 3\log_7 2 + 3\log_7 2 \\[8pt] &= 3 \end{aligned}$$ -
Zsumowanie wyznaczonych wartości całego wyrażenia:
Wstawiamy otrzymane wyniki cząstkowe do wyjściowego równania: $$\begin{aligned} \dfrac{\log_3 49}{\log_3 7} + 3\log_7 \dfrac{7}{2} + \log_7 8 &= 2 + 3 \\[8pt] &= 5 \end{aligned}$$
Odpowiedź:
$$5$$
$$5$$
Zadanie 3
Wykaż, że dla każdej liczby rzeczywistej \(x\) spełniającej założenia \(x \neq -2\) oraz \(x \neq 2\) prawdziwa jest tożsamość algebraiczna:
$$\dfrac{x^2-2x}{(x+2)^2} : \left(\dfrac{x^2+4}{x^2-4} + \dfrac{x}{x+2} + \dfrac{x}{2-x}\right) = \dfrac{x}{x+2}$$
Tożsamość jest prawdziwa dla każdego \(x \in \mathbb{R} \setminus \{-2, 2\}\) (po uproszczeniu lewa strona wynosi \(L = \dfrac{x}{x+2} = P\)).
Wskazówki:
- Rozpocznij od uporządkowania sumy w nawiasie. Zauważ, że \(x^2 - 4 = (x-2)(x+2)\), a mianownik \(2-x\) różni się od \(x-2\) jedynie znakiem, więc \(\dfrac{x}{2-x} = -\dfrac{x}{x-2}\).
- Uwaga na typowy błąd: Skracanie ułamków jest dozwolone wyłącznie w postaci iloczynowej. Kategorycznie nie wolno skracać wyrazów będących składnikami sumy lub różnicy (np. skreślać \(x^2\) z licznika i mianownika w wyrażeniu \(\dfrac{x^2+4}{x^2-4}\)). Pamiętaj także o dokładnej zmianie znaków przy odejmowaniu całego licznika w nawiasie.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Sprowadzenie ułamków w nawiasie do wspólnego mianownika:
Oznaczmy wyrażenie w nawiasie jako \(W\): $$W = \dfrac{x^2+4}{x^2-4} + \dfrac{x}{x+2} + \dfrac{x}{2-x}$$ Rozkładamy mianownik pierwszego ułamka na czynniki ze wzoru na różnicę kwadratów: $$x^2-4 = (x-2)(x+2)$$ W trzecim ułamku wyciągamy minus z mianownika przed ułamek: $$\dfrac{x}{2-x} = \dfrac{x}{-(x-2)} = -\dfrac{x}{x-2}$$ Wspólnym mianownikiem dla wszystkich trzech składników jest iloczyn \((x-2)(x+2)\). Rozszerzamy ułamki: $$\begin{aligned} W &= \dfrac{x^2+4}{(x-2)(x+2)} + \dfrac{x(x-2)}{(x-2)(x+2)} - \dfrac{x(x+2)}{(x-2)(x+2)} \\[8pt] &= \dfrac{(x^2+4) + x(x-2) - x(x+2)}{(x-2)(x+2)} \end{aligned}$$ -
Redukcja wyrazów w liczniku i uproszczenie wyrażenia \(W\):
Wymnażamy wyrażenia w nawiasach w liczniku: $$\begin{aligned} (x^2+4) + x(x-2) - x(x+2) &= x^2 + 4 + x^2 - 2x - (x^2 + 2x) \\[8pt] &= x^2 + 4 + x^2 - 2x - x^2 - 2x \\[8pt] &= x^2 - 4x + 4 \end{aligned}$$ Zwijamy otrzymany trójmian za pomocą wzoru skróconego mnożenia na kwadrat różnicy \(a^2 - 2ab + b^2 = (a-b)^2\): $$x^2 - 4x + 4 = (x-2)^2$$ Podstawiamy zwinięty licznik i skracamy czynnik \((x-2)\): $$\begin{aligned} W &= \dfrac{(x-2)^2}{(x-2)(x+2)} \\[8pt] &= \dfrac{x-2}{x+2} \end{aligned}$$ -
Wykonanie dzielenia przez uproszczone wyrażenie \(W\) (lewa strona tożsamości):
W liczniku dzielnej \(\dfrac{x^2-2x}{(x+2)^2}\) wyłączamy wspólny czynnik \(x\) przed nawias: $$x^2-2x = x(x-2)$$ Dzielenie przez ułamek \(W\) zastępujemy mnożeniem przez jego odwrotność: $$\begin{aligned} L &= \dfrac{x(x-2)}{(x+2)^2} : \dfrac{x-2}{x+2} \\[8pt] &= \dfrac{x(x-2)}{(x+2)^2} \cdot \dfrac{x+2}{x-2} \\[8pt] &= \dfrac{x \cdot (x-2) \cdot (x+2)}{(x+2)^2 \cdot (x-2)} \end{aligned}$$ Skracamy wspólne czynniki \((x-2)\) oraz jeden z czynników \((x+2)\): $$L = \dfrac{x}{x+2}$$ -
Porównanie lewej i prawej strony tożsamości:
Prawa strona tożsamości dana w treści zadania to: $$P = \dfrac{x}{x+2}$$ Ponieważ dla każdego \(x \neq -2\) oraz \(x \neq 2\) zachodzi równość \(L = P\), tożsamość została udowodniona.
Odpowiedź:
Równość jest prawdziwa dla wszystkich \(x \neq -2\) i \(x \neq 2\), ponieważ lewa strona przekształca się do postaci prawej strony: \(L = \dfrac{x}{x+2} = P\).
Równość jest prawdziwa dla wszystkich \(x \neq -2\) i \(x \neq 2\), ponieważ lewa strona przekształca się do postaci prawej strony: \(L = \dfrac{x}{x+2} = P\).
Zadanie 4
Wyznacz resztę z dzielenia sumy kwadratów trzech liczb całkowitych \(a\), \(b\) oraz \(c\) przez \(4\), jeżeli wiadomo, że reszta z dzielenia liczby \(c\) przez \(4\) wynosi \(3\), reszta z dzielenia liczby \(b\) przez \(4\) jest równa \(2\), natomiast liczba \(a\) przy dzieleniu przez \(4\) daje resztę \(1\).
Reszta z dzielenia sumy kwadratów tych liczb przez \(4\) wynosi \(2\).
Wskazówki:
- Zastosuj postać ogólną liczby całkowitej wynikającą z twierdzenia o dzieleniu z resztą: jeżeli liczba całkowita \(x\) przy dzieleniu przez \(4\) daje resztę \(r\), to zapisujemy ją jako \(x = 4q + r\), gdzie \(q \in \mathbb{C}\) oraz \(r \in \{0, 1, 2, 3\}\).
- Czego kategorycznie nie wolno robić – ta sama litera dla ilorazów: Bezwzględnie zabronione jest zapisanie wszystkich trzech liczb z tą samą literą ilorazu, np. \(a = 4k + 1\), \(b = 4k + 2\), \(c = 4k + 3\). Taki zapis narzucałby fałszywe założenie, że wszystkie trzy liczby dają ten sam wynik z dzielenia i różnią się dokładnie o \(1\). Każda z liczb może być zupełnie inna, dlatego dla ilorazów należy użyć różnych zmiennych całkowitych (np. \(k, l, m\)).
- Czego kategorycznie nie wolno robić – gubienie podwojonego iloczynu: Podnosząc sumy do kwadratu, stosuj wzór skróconego mnożenia \((x + y)^2 = x^2 + 2xy + y^2\). Błędny zapis w stylu \((4k + 1)^2 = 16k^2 + 1\) to kardynalny błąd algebraiczny.
- Własność reszty: Reszta z dzielenia przez \(4\) musi być liczbą ze zbioru \(\{0, 1, 2, 3\}\). Jeśli ze zsumowania wyrazów wolnych otrzymasz liczbę większą bądź równą \(4\) (tutaj \(14\)), należy wydzielić z niej pełne czwórki: \(14 = 4 \cdot 3 + 2\).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Sposób I – Wykorzystanie algebraicznego zapisu liczb i wyłączenie wspólnego czynnika:
Z treści zadania wiemy, że liczby \(a, b, c\) dzielone przez \(4\) dają reszty odpowiednio \(1, 2, 3\). Zgodnie z definicją dzielenia z resztą zapisujemy je w postaci ogólnej: $$\begin{aligned} a &= 4k + 1 \\[8pt] b &= 4l + 2 \\[8pt] c &= 4m + 3 \end{aligned}$$ gdzie \(k, l, m\) to dowolne liczby całkowite (\(k, l, m \in \mathbb{C}\)).
Podnosimy każdą z liczb do kwadratu, stosując wzór skróconego mnożenia na kwadrat sumy: $$\begin{aligned} a^2 &= (4k + 1)^2 = 16k^2 + 8k + 1 \\[8pt] b^2 &= (4l + 2)^2 = 16l^2 + 16l + 4 \\[8pt] c^2 &= (4m + 3)^2 = 16m^2 + 24m + 9 \end{aligned}$$ Obliczamy sumę kwadratów tych liczb: $$\begin{aligned} a^2 + b^2 + c^2 &= (16k^2 + 8k + 1) + (16l^2 + 16l + 4) + (16m^2 + 24m + 9) \\[8pt] &= 16k^2 + 8k + 16l^2 + 16l + 16m^2 + 24m + (1 + 4 + 9) \\[8pt] &= 16k^2 + 8k + 16l^2 + 16l + 16m^2 + 24m + 14 \end{aligned}$$ Liczbę \(14\) przedstawiamy jako sumę wielokrotności liczby \(4\) oraz reszty: \(14 = 12 + 2 = 4 \cdot 3 + 2\): $$\begin{aligned} a^2 + b^2 + c^2 &= 16k^2 + 8k + 16l^2 + 16l + 16m^2 + 24m + 12 + 2 \\[8pt] &= 4(4k^2 + 2k + 4l^2 + 4l + 4m^2 + 6m + 3) + 2 \end{aligned}$$ Oznaczmy wyrażenie w nawiasie jako \(M = 4k^2 + 2k + 4l^2 + 4l + 4m^2 + 6m + 3\). Ponieważ liczby \(k, l, m\) są całkowite, to ich potęgi, iloczyny i sumy również są liczbami całkowitymi, zatem \(M \in \mathbb{C}\). Otrzymujemy: $$a^2 + b^2 + c^2 = 4M + 2, \quad \text{gdzie } M \in \mathbb{C}$$ Ponieważ \(0 \le 2 < 4\), liczba \(2\) jest szukaną resztą z dzielenia sumy kwadratów przez \(4\). -
Sposób II – Wykorzystanie arytmetyki reszt (własności reszt z działań):
Reszta z sumy liczb jest równa reszcie z sumy reszt jej składników, a reszta z kwadratu liczby jest równa reszcie z kwadratu jej reszty przy dzieleniu przez tę samą liczbę.
Wyznaczamy reszty z kwadratów poszczególnych liczb: $$\begin{aligned} r_{a^2} &= 1^2 = 1 \\[8pt] r_{b^2} &= 2^2 = 4 = 1 \cdot 4 + 0 \implies \text{reszta wynosi } 0 \\[8pt] r_{c^2} &= 3^2 = 9 = 2 \cdot 4 + 1 \implies \text{reszta wynosi } 1 \end{aligned}$$ Sumujemy wyznaczone reszty: $$r = r_{a^2} + r_{b^2} + r_{c^2} = 1 + 0 + 1 = 2$$ Otrzymana wartość spełnia warunek reszty z dzielenia przez \(4\) (\(0 \le 2 < 4\)), co potwierdza, że reszta z dzielenia sumy kwadratów przez \(4\) wynosi \(2\).
Odpowiedź:
Reszta z dzielenia sumy kwadratów liczb \(a, b, c\) przez \(4\) wynosi \(2\).
Reszta z dzielenia sumy kwadratów liczb \(a, b, c\) przez \(4\) wynosi \(2\).
Zadanie 5
Drogę powrotną tą samą trasą motocyklista przejechał w czasie 1 godziny. Wcześniej, jadąc z bazy do górskiego punktu widokowego, poruszał się ze stałą prędkością 60 km/h, co zajęło mu 1 godzinę i 30 minut. Ustal wartość średniej prędkości motocyklisty na całej trasie w obie strony.
\(v_{śr} = 72\text{ km/h}\)
Wskazówki:
- Prędkość średnia w fizyce jest zdefiniowana jako iloraz całkowitej przebytej drogi przez całkowity czas trwania ruchu: \(v_{śr} = \dfrac{s_c}{t_c}\).
- Czego kategorycznie nie wolno robić: Nie wolno obliczać prędkości średniej jako zwykłej średniej arytmetycznej prędkości z poszczególnych etapów, czyli \(\dfrac{v_1 + v_2}{2}\). Taki zabieg jest fundamentalnym błędem merytorycznym, ponieważ czas trwania każdego z etapów był inny (motocyklista dłużej jechał z prędkością mniejszą, a krócej z większą). Średnia arytmetyczna daje poprawny wynik wyłącznie wtedy, gdy czasy trwania obu etapów są identyczne (\(t_1 = t_2\)).
Dane i szukane:
Dane:
\(v_{m_1} = 60\text{ km/h}\)
\(t_1 = 1\text{ h } 30\text{ min} = 1{,}5\text{ h}\)
\(t_2 = 1\text{ h}\)
\(s_2 = s_1\)
Szukane:
\(v_{śr} = ?\)
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Rysunek pomocniczy i analiza etapów ruchu motocyklisty:
Ruch składa się z dwóch etapów odbywających się na tej samej trasie o długości \(s_1\). W pierwszym etapie motocyklista pokonuje drogę z bazy do punktu widokowego z prędkością \(v_{m_1} = 60\text{ km/h}\) w czasie \(t_1 = 1{,}5\text{ h}\). W drodze powrotnej przebywa ten sam dystans (\(s_2 = s_1\)) w krótszym czasie \(t_2 = 1\text{ h}\). -
Obliczenie długości trasy w jedną stronę oraz prędkości powrotnej:
W ruchu jednostajnym prostoliniowym droga jest iloczynem prędkości i czasu. Obliczamy długość trasy z bazy do punktu widokowego \(s_1\): $$\begin{aligned} s_1 &= v_{m_1} \cdot t_1 \\[8pt] &= 60\text{ km/h} \cdot 1{,}5\text{ h} \\[8pt] &= 90\text{ km} \end{aligned}$$ Ponieważ droga powrotna odbywała się tą samą trasą, jej długość wynosi: $$s_2 = s_1 = 90\text{ km}$$ Dla pełnego obrazu sytuacji możemy wyznaczyć prędkość motocyklisty w drodze powrotnej \(v_{m_2}\): $$\begin{aligned} v_{m_2} &= \dfrac{s_2}{t_2} \\[8pt] &= \dfrac{90\text{ km}}{1\text{ h}} \\[8pt] &= 90\text{ km/h} \end{aligned}$$ Wyjaśnienie pułapki średniej arytmetycznej: Średnia arytmetyczna z prędkości \(60\text{ km/h}\) i \(90\text{ km/h}\) wynosi \(\dfrac{60 + 90}{2} = 75\text{ km/h}\). Wynik ten nie jest poprawny, ponieważ motocyklista jechał z prędkością \(60\text{ km/h}\) aż przez 90 minut, a z prędkością \(90\text{ km/h}\) zaledwie przez 60 minut. Prędkość mniejsza miała większy wpływ na cały bilans czasowy. -
Wyznaczenie całkowitej drogi, łącznego czasu i prędkości średniej oraz interpretacja graficzna \(v(t)\):
Obliczamy całkowity dystans pokonany przez motocyklistę w obie strony: $$\begin{aligned} s_c &= s_1 + s_2 \\[8pt] &= 90\text{ km} + 90\text{ km} \\[8pt] &= 180\text{ km} \end{aligned}$$ Obliczamy łączny czas trwania obu etapów: $$\begin{aligned} t_c &= t_1 + t_2 \\[8pt] &= 1{,}5\text{ h} + 1\text{ h} \\[8pt] &= 2{,}5\text{ h} \end{aligned}$$ Stosujemy definicję prędkości średniej: $$\begin{aligned} v_{śr} &= \dfrac{s_c}{t_c} \\[8pt] &= \dfrac{180\text{ km}}{2{,}5\text{ h}} \\[8pt] &= \dfrac{180}{\frac{5}{2}} \\[8pt] &= 180 \cdot \dfrac{2}{5} \\[8pt] &= 72\text{ km/h} \end{aligned}$$ Poniższy wykres zależności prędkości od czasu \(v(t)\) przedstawia prędkości na poszczególnych etapach oraz poziom wyliczonej prędkości średniej \(v_{śr} = 72\text{ km/h}\) (czerwona linia przerywana):
Odpowiedź:
Średnia prędkość motocyklisty na całej trasie wynosiła \(72\text{ km/h}\).
Średnia prędkość motocyklisty na całej trasie wynosiła \(72\text{ km/h}\).
Zadanie 6
Rozstrzygnij, jaką wartość logiczną ma zdanie złożone \(q\):
$$\left( \sqrt{1\dfrac{7}{9}} < \left(\dfrac{2}{3}\right)^{-1} \right) \Rightarrow \left( 0,(6) \le \dfrac{2}{3} \;\wedge\; 9 \mid 4302 \right)$$
Zdanie \(q\) jest prawdziwe (wartość logiczna: 1).
Wskazówki:
- Etapowa weryfikacja zdań składowych: Złożone wyrażenie logiczne rozbijamy na prostsze elementy. Oceniamy kolejno wartość logiczną poprzednika implikacji, a następnie każdego ze składników koniunkcji w nawiasie po prawej stronie.
- Uwaga na zamianę ułamka okresowego: Kategorycznie nie wolno przybliżać ułamka okresowego \(0,(6)\) jako liczby skończonej \(0{,}6\) ani zapisywać go jako \(\dfrac{6}{10}\). W ułamkach okresowych o okresie jednocyfrowym mianownikiem jest 9, stąd \(0,(6) = \dfrac{6}{9} = \dfrac{2}{3}\).
- Interpretacja nierówności słabej (\(\le\)): Znak \(\le\) oznacza relację „mniejsze lub równe”. Jeśli zachodzi równość stron (\(\dfrac{2}{3} = \dfrac{2}{3}\)), to cała nierówność słaba \(\dfrac{2}{3} \le \dfrac{2}{3}\) jest w pełni prawdziwa.
- Tabela prawdy implikacji: Implikacja \(A \Rightarrow B\) jest fałszywa wyłącznie w sytuacji, gdy z prawdy wynika fałsz (\(1 \Rightarrow 0\)). W każdym innym przypadku implikacja przyjmuje wartość 1.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Wyznaczenie wartości logicznej poprzednika implikacji:
Rozpatrujemy pierwsze zdanie składowe \(p_1: \sqrt{1\dfrac{7}{9}} < \left(\dfrac{2}{3}\right)^{-1}\).
Przekształcamy lewą stronę nierówności, zamieniając liczbę mieszaną na ułamek niewłaściwy: $$\begin{aligned} \sqrt{1\dfrac{7}{9}} &= \sqrt{\dfrac{16}{9}} \\[8pt] &= \dfrac{\sqrt{16}}{\sqrt{9}} \\[8pt] &= \dfrac{4}{3} \end{aligned}$$ Obliczamy prawą stronę nierówności, stosując definicję potęgi o wykładniku ujemnym \(\left(\frac{a}{b}\right)^{-1} = \frac{b}{a}\): $$\left(\dfrac{2}{3}\right)^{-1} = \dfrac{3}{2}$$ Porównujemy obie wartości, sprowadzając ułamki do wspólnego mianownika 6: $$\dfrac{4}{3} = \dfrac{8}{6}, \quad \dfrac{3}{2} = \dfrac{9}{6}$$ Ponieważ \(\dfrac{8}{6} < \dfrac{9}{6}\), nierówność jest prawdziwa. Zatem: $$w(p_1) = 1$$ -
Wyznaczenie wartości logicznej pierwszego członu koniunkcji:
Rozpatrujemy zdanie \(p_2: 0,(6) \le \dfrac{2}{3}\).
Zamieniamy ułamek dziesiętny nieskończony okresowy \(0,(6)\) na ułamek zwykły metodą algebraiczną: $$\begin{aligned} x &= 0{,}666\dots \\[8pt] 10x &= 6{,}666\dots \end{aligned}$$ Odejmując pierwsze równanie od drugiego stronami: $$\begin{aligned} 9x &= 6 \\[8pt] x &= \dfrac{6}{9} = \dfrac{2}{3} \end{aligned}$$ Nierówność przyjmuje postać \(\dfrac{2}{3} \le \dfrac{2}{3}\). Ponieważ relacja \(\le\) dopuszcza równość obu stron, zdanie jest prawdziwe: $$w(p_2) = 1$$ -
Wyznaczenie wartości logicznej drugiego członu koniunkcji:
Rozpatrujemy zdanie \(p_3: 9 \mid 4302\).
Liczba jest podzielna przez 9 wtedy i tylko wtedy, gdy suma jej cyfr jest podzielna przez 9. Obliczamy sumę cyfr liczby 4302: $$S = 4 + 3 + 0 + 2 = 9$$ Liczba 9 jest podzielna przez 9 (\(9 : 9 = 1\)), zatem liczba 4302 dzieli się przez 9 bez reszty. Zdanie jest prawdziwe: $$w(p_3) = 1$$ -
Ocena wartości logicznej całego zdania złożonego:
Najpierw obliczamy wartość logiczną następnika implikacji, którym jest koniunkcja \((p_2 \wedge p_3)\): $$w(p_2 \wedge p_3) = 1 \wedge 1 = 1$$ Następnie oceniamy wartość logiczną całej implikacji \(p_1 \Rightarrow (p_2 \wedge p_3)\): $$w(q) = 1 \Rightarrow 1 = 1$$ Całe zdanie złożone \(q\) jest prawdziwe.
Odpowiedź:
Zdanie \(q\) jest prawdziwe (wartość logiczna: 1).
Zdanie \(q\) jest prawdziwe (wartość logiczna: 1).
Grupa B
Zadanie 1
Określ zbiór dopuszczalnych wartości zmiennych (konieczne założenia) i doprowadź poniższe wyrażenie algebraiczne do najprostszej postaci:
$$\dfrac{4x-y}{2x+y} : \dfrac{16x^2-8xy+y^2}{8x+4y}$$
$$\dfrac{4x-y}{2x+y} : \dfrac{16x^2-8xy+y^2}{8x+4y}$$
Postać uproszczona: \(\dfrac{4}{4x-y}\)
Założenia: \(y \neq -2x\) oraz \(y \neq 4x\) (czyli \(2x + y \neq 0\) i \(4x - y \neq 0\))
Założenia: \(y \neq -2x\) oraz \(y \neq 4x\) (czyli \(2x + y \neq 0\) i \(4x - y \neq 0\))
Zadanie 2
Oblicz dokładną wartość wyrażenia zawierającego logarytmy:
$$\dfrac{\log_7 125}{\log_7 5} + 2\log_5 \dfrac{5}{3} + \log_5 9$$
$$5$$
Zadanie 3
Uzasadnij, że dla każdej liczby rzeczywistej \(m\) różnej od \(-4\) oraz \(4\) zachodzi tożsamość:
$$\dfrac{m^2-4m}{(m+4)^2} : \left(\dfrac{m^2+16}{m^2-16} + \dfrac{m}{m+4} + \dfrac{m}{4-m}\right) = \dfrac{m}{m+4}$$
Tożsamość jest prawdziwa dla każdej liczby \(m \in \mathbb{R} \setminus \{-4, 4\}\) (lewa strona po wykonaniu działań sprowadza się do wyrażenia \(L = \dfrac{m}{m+4} = P\)).
Zadanie 4
Ustal, jaką resztę przy dzieleniu przez \(4\) daje suma kwadratów trzech liczb całkowitych \(k\), \(l\) oraz \(m\), jeżeli przy dzieleniu przez \(4\) liczba \(k\) daje resztę \(1\), natomiast każda z liczb \(l\) oraz \(m\) daje resztę \(3\).
Reszta z dzielenia sumy kwadratów tych liczb przez \(4\) wynosi \(3\).
Zadanie 5
Drogę powrotną tą samą trasą, z magazynu centralnego do punktu odbioru paczek, kurier na skuterze elektrycznym pokonał w czasie 1 godziny i 15 minut. Wcześniej, jadąc do magazynu, poruszał się ze stałą prędkością 40 km/h w czasie 45 minut. Oblicz wartość średniej prędkości kuriera na całym dystansie w obie strony.
\(v_{śr} = 30\text{ km/h}\)
Zadanie 6
Rozstrzygnij, jaką wartość logiczną ma zdanie złożone \(s\):
$$\left( 0,(27) = \dfrac{3}{11} \right) \Rightarrow \left( \sqrt[3]{2\dfrac{10}{27}} \ge 3^{-1} \;\wedge\; 4 \mid 5138 \right)$$
Zdanie \(s\) jest fałszywe (wartość logiczna: 0).
