1 Zbiory liczbowe. Liczby rzeczywiste
Sprawdzian 4
Grupa A
Zadanie 1
- Każda liczba o nieskończonym rozwinięciu dziesiętnym okresowym jest liczbą wymierną, co oznacza, że można ją zapisać w postaci ułamka zwykłego.
- Zastosuj metodę algebraiczną: oznacz liczbę jako \(x\), a następnie pomnóż obie strony równania przez \(100\) (ponieważ okres składa się z dwóch powtarzających się cyfr), aby przesunąć przecinek o pełen okres.
- Alternatywnie skorzystaj z reguły zamiany ułamka okresowego czystego: okres zapisujemy w liczniku, a w mianowniku wstawiamy tyle dziewiątek, ile cyfr ma okres.
-
Sposób I – Wyznaczenie wartości metodą algebraiczną:
Oznaczmy szukaną liczbę zmienną \(x\): $$x = 0,(27) = 0,272727\dots$$ Okres składa się z dwóch cyfr (\(2\) oraz \(7\)), dlatego mnożymy obie strony równania przez \(100\), aby przesunąć przecinek dziesiętny o dokładnie jeden pełen okres w prawo: $$100x = 27,272727\dots = 27,(27)$$ Odejmujemy pierwsze równanie od drugiego stronami, dzięki czemu część okresowa po przecinku całkowicie się redukuje: $$\begin{aligned} 100x - x &= 27,(27) - 0,(27) \\[8pt] 99x &= 27 \\[8pt] x &= \dfrac{27}{99} \end{aligned}$$ Doprowadzamy ułamek do najprostszej postaci, dzieląc licznik i mianownik przez ich największy wspólny dzielnik, czyli \(9\): $$x = \dfrac{27 : 9}{99 : 9} = \dfrac{3}{11}$$ -
Sposób II – Zastosowanie reguły ułamka okresowego czystego:
Jeżeli okres rozpoczyna się bezpośrednio po przecinku dziesiętnym, ułamek można zamienić natychmiastowo: liczbę z nawiasu zapisujemy w liczniku, a w mianowniku tworzymy liczbę złożoną z tylu dziewiątek, ile cyfr znajduje się w okresie: $$\begin{aligned} 0,(27) &= \dfrac{27}{99} \\[8pt] &= \dfrac{3}{11} \end{aligned}$$ -
Analiza wariantów odpowiedzi:
Ułamek \(\dfrac{27}{100} = 0,27\) jest ułamkiem dziesiętnym skończonym, co wyklucza odpowiedź A. Każdy ułamek okresowy jest liczbą wymierną, co wyklucza odpowiedź D. Prawidłowym wynikiem po skróceniu jest \(\dfrac{3}{11}\).
B. \(\dfrac{3}{11}\)
Zadanie 2
- Wyznacz najpierw iloczyn (część wspólną) zbiorów \(K \cap M\), wybierając liczby należące jednocześnie do obu tych przedziałów.
- Różnica zbiorów \(L \setminus (K \cap M)\) zawiera te elementy przedziału \(L\), które nie należą do wyznaczonej części wspólnej. Zwróć szczególną uwagę na to, czy końce usuwanego przedziału pozostają w zbiorze wynikowym.
- Spośród liczb naturalnych (\(0, 1, 2, 3, \dots\)) wchodzących w skład wyznaczonego zbioru wskaż wartość najmniejszą.
-
Wyznaczenie części wspólnej przedziałów \(K\) oraz \(M\):
Mamy dane przedziały \(K = \langle 0, 8)\) oraz \(M = (4, 11)\). Część wspólna (iloczyn) to zbiór liczb leżących jednocześnie w obu przedziałach: $$K \cap M = \langle 0, 8) \cap (4, 11) = (4, 8)$$ -
Wyznaczenie różnicy zbiorów \(L \setminus (K \cap M)\):
Od przedziału \(L = (2, 10\rangle\) odejmujemy zbiór \((4, 8)\): $$L \setminus (K \cap M) = (2, 10\rangle \setminus (4, 8)$$ Ponieważ ze zbioru \(L\) usuwamy wyłącznie liczby ostro większe od \(4\) i ostro mniejsze od \(8\):- Liczba \(4\) nie należy do odejmowanego zbioru \((4, 8)\), dlatego pozostaje w wyniku i domyka lewy przedział: \((2, 4\rangle\).
- Liczba \(8\) również nie należy do odejmowanego zbioru \((4, 8)\), dlatego pozostaje w wyniku i domyka prawy przedział: \(\langle 8, 10\rangle\).
-
Wskazanie najmniejszej liczby naturalnej na osi liczbowej:
Wypiszmy liczby naturalne należące do wyznaczonego zbioru: $$\{3, 4, 8, 9, 10\}$$ Liczba \(2\) nie należy do tego zbioru, ponieważ przedział przy dwójce jest otwarty (\(2 \notin (2, 4\rangle\)). Najmniejszą liczbą naturalną w tym zbiorze jest zatem \(3\).
Prawidłową odpowiedzią jest B (liczba \(3\)).
Zadanie 3
- Zwróć uwagę na punkt odniesienia (bazę procentową) – w pierwszym zdaniu podstawą obliczeń jest cena słuchawek dousznych, natomiast w pytaniu bazą staje się cena słuchawek nausznych.
- Zadanie można rozwiązać ogólnie za pomocą zmiennych algebraicznych lub przyjmując wygodną, konkretną wartość wyjściową, na przykład \(100\text{ zł}\).
- Różnicę cen zawsze dzielimy przez tę wartość, do której się odnosimy w pytaniu („tańszy od...”).
-
Sposób I – Wyznaczenie zależności algebraicznej na zmiennych:
Oznaczmy cenę słuchawek dousznych literą \(d\), a cenę słuchawek nausznych literą \(n\). Z treści zadania wiemy, że słuchawki nauszne są droższe o \(25\%\) od słuchawek dousznych: $$\begin{aligned} n &= d + 0{,}25 \cdot d \\[8pt] &= 1{,}25 \cdot d \end{aligned}$$ Różnica w cenie między oboma modelami wynosi: $$n - d = 1{,}25d - d = 0{,}25d$$ Pytanie dotyczy tego, o ile procent słuchawki douszne są tańsze od słuchawek nausznych. Bazą porównania (wielkością odniesienia w mianowniku) jest zatem cena słuchawek nausznych \(n\): $$\begin{aligned} p &= \dfrac{n - d}{n} \cdot 100\% \\[8pt] &= \dfrac{0{,}25d}{1{,}25d} \cdot 100\% \\[8pt] &= \dfrac{0{,}25}{1{,}25} \cdot 100\% \end{aligned}$$ Skracając ułamek przez \(0{,}25\): $$\begin{aligned} p &= \dfrac{1}{5} \cdot 100\% \\[8pt] &= 20\% \end{aligned}$$ -
Sposób II – Przyjęcie przykładowej ceny początkowej równej \(100\text{ zł}\):
Załóżmy, że słuchawki douszne kosztują dokładnie: $$d = 100\text{ zł}$$ Słuchawki nauszne są o \(25\%\) droższe, czyli ich koszt to: $$\begin{aligned} n &= 100\text{ zł} + 25\%\text{ ze } 100\text{ zł} \\[8pt] &= 100\text{ zł} + 25\text{ zł} = 125\text{ zł} \end{aligned}$$ Różnica kwotowa między oboma produktami wynosi: $$125\text{ zł} - 100\text{ zł} = 25\text{ zł}$$ Obliczamy, jaki procent ceny słuchawek nausznych (\(125\text{ zł}\)) stanowi ta różnica: $$\begin{aligned} p &= \dfrac{25\text{ zł}}{125\text{ zł}} \cdot 100\% \\[8pt] &= \dfrac{1}{5} \cdot 100\% \\[8pt] &= 20\% \end{aligned}$$
B. \(20\%\)
Zadanie 4
b) największą liczbę całkowitą należącą do różnicy zbiorów \(Q \setminus P\);
c) przykład liczby niewymiernej wchodzącej w skład różnicy zbiorów \(P \setminus Q\);
d) przykład liczby wymiernej należącej do iloczynu zbiorów \(P \cap Q\), której odwrotność również należy do tego iloczynu.
b) \(7\)
c) np. \(-\sqrt{2}\) (lub \(-\sqrt{3}\), \(-1 - \dfrac{\sqrt{2}}{2}\))
d) np. \(1\) (ponieważ \(\dfrac{1}{1} = 1\)) lub \(2\) (ponieważ \(\dfrac{1}{2} = 0{,}5\))
- Zaznacz oba przedziały na wspólnej osi liczbowej, stosując odmienne poziomy belek i kolory. Pamiętaj, że nierówność ostra (nawias okrągły) oznacza kółko otwarte (niezamalowane), a nierówność słaba (nawias trójkątny/ostrokątny) oznacza kółko domknięte (zamalowane).
- Suma zbiorów \(P \cup Q\) obejmuje wszystkie liczby należące do co najmniej jednego z tych przedziałów. W polskiej szkole średniej zbiór liczb naturalnych definiujemy jako \(\mathbb{N} = \{0, 1, 2, 3, \dots\}\).
- Różnica zbiorów \(Q \setminus P\) to zbiór tych liczb, które leżą w przedziale \(Q\), ale nie wchodzą w skład przedziału \(P\). Zwróć szczególną uwagę na prawy koniec przedziału \(P\) – skoro liczba \(4\frac{1}{2}\) należy do \(P\), to zostaje usunięta z różnicy, tworząc koniec otwarty.
- Różnica \(P \setminus Q\) to liczby należące do \(P\) i nienależące do \(Q\). Liczba niewymierna to liczba rzeczywista, której nie da się zapisać w postaci ułamka zwykłego dwóch liczb całkowitych (np. pierwiastki z liczb niebędących kwadratami).
- Iloczyn \(P \cap Q\) to część wspólna obu przedziałów. Liczba odwrotna do liczby \(x \ne 0\) to \(\dfrac{1}{x}\).
-
Graficzne przedstawienie przedziałów \(P\) i \(Q\) na osi liczbowej:
Na osi liczbowej obieramy stałą jednostkę (1 jednostka = 2 kratki siatki). Przedział \(P = \left(-3,\, 4\frac{1}{2}\right\rangle\) rozpoczyna się w punkcie \(-3\) kółkiem otwartym, a kończy w punkcie \(4\frac{1}{2}\) kółkiem zamalowanym. Przedział \(Q = \left\langle \frac{1}{2},\, 7\right\rangle\) rozpoczyna się w punkcie \(\frac{1}{2}\) kółkiem zamalowanym i kończy w punkcie \(7\) również kółkiem zamalowanym. -
Podpunkt a) Wyznaczenie najmniejszej liczby naturalnej ze zbioru \(P \cup Q\):
Suma przedziałów \(P \cup Q\) łączy wszystkie punkty pokryte przez co najmniej jeden z przedziałów: $$P \cup Q = \left(-3,\, 4\dfrac{1}{2}\right\rangle \cup \left\langle \dfrac{1}{2},\, 7\right\rangle = (-3,\, 7\rangle$$ Liczby naturalne należące do tego przedziału to: $$\mathbb{N} \cap (P \cup Q) = \{0,\, 1,\, 2,\, 3,\, 4,\, 5,\, 6,\, 7\}$$ Najmniejszą liczbą naturalną w tym zbiorze jest liczba \(0\).
(Uwaga dydaktyczna: gdyby w danym podręczniku przyjęto definicję liczb naturalnych bez zera, czyli \(\mathbb{N}_+ = \{1, 2, 3, \dots\}\), najmniejszą liczbą byłaby liczba \(1\)). -
Podpunkt b) Wyznaczenie największej liczby całkowitej ze zbioru \(Q \setminus P\):
Różnica zbiorów \(Q \setminus P\) zawiera elementy należące do \(Q\), które nie należą do \(P\): $$Q \setminus P = \left\langle \dfrac{1}{2},\, 7\right\rangle \setminus \left(-3,\, 4\dfrac{1}{2}\right\rangle = \left(4\dfrac{1}{2},\, 7\right\rangle$$ Zwróć uwagę, że punkt \(4\frac{1}{2}\) należy do przedziału \(P\), dlatego po odjęciu zbioru \(P\) lewy koniec różnicy staje się otwarty: \(\left(4\frac{1}{2},\, 7\right\rangle\).
Liczby całkowite leżące w tym przedziale to: $$\mathbb{C} \cap (Q \setminus P) = \{5,\, 6,\, 7\}$$ Największą liczbą całkowitą z tego zbioru jest liczba \(7\). -
Podpunkt c) Podanie przykładu liczby niewymiernej ze zbioru \(P \setminus Q\):
Różnica zbiorów \(P \setminus Q\) składa się z liczb należących do \(P\), z wyłączeniem liczb wchodzących w skład \(Q\): $$P \setminus Q = \left(-3,\, 4\dfrac{1}{2}\right\rangle \setminus \left\langle \dfrac{1}{2},\, 7\right\rangle = \left(-3,\, \dfrac{1}{2}\right)$$ Punkt \(\frac{1}{2}\) należy do przedziału \(Q\), więc po jego odjęciu prawy koniec różnicy jest otwarty: \(\left(-3,\, \frac{1}{2}\right)\).
Szukamy liczby niewymiernej leżącej w przedziale \(\left(-3,\, 0{,}5\right)\). Wybieramy na przykład: $$x = -\sqrt{2} \approx -1{,}4142\dots$$ Ponieważ \(-3 < -\sqrt{2} < 0{,}5\) oraz pierwiastek kwadratowy z liczby 2 jest liczbą niewymierną (\(-\sqrt{2} \notin \mathbb{Q}\)), liczba \(-\sqrt{2}\) spełnia wszystkie warunki zadania. -
Podpunkt d) Podanie liczby wymiernej z iloczynu \(P \cap Q\), której odwrotność też należy do \(P \cap Q\):
Część wspólna (iloczyn) obu przedziałów to zbiór punktów należących jednocześnie do \(P\) i do \(Q\): $$P \cap Q = \left(-3,\, 4\dfrac{1}{2}\right\rangle \cap \left\langle \dfrac{1}{2},\, 7\right\rangle = \left\langle \dfrac{1}{2},\, 4\dfrac{1}{2}\right\rangle = [0{,}5;\, 4{,}5]$$ Poszukujemy liczby wymiernej \(x \in \mathbb{Q}\) takiej, że: $$x \in [0{,}5;\, 4{,}5] \quad \text{oraz} \quad \dfrac{1}{x} \in [0{,}5;\, 4{,}5]$$ Przetestujmy proste liczby wymierne: $$\begin{aligned} \text{Dla } x &= 1 \in [0{,}5;\, 4{,}5]: \quad \dfrac{1}{x} = \dfrac{1}{1} = 1 \in [0{,}5;\, 4{,}5] \\[8pt] \text{Dla } x &= 2 \in [0{,}5;\, 4{,}5]: \quad \dfrac{1}{x} = \dfrac{1}{2} = 0{,}5 \in [0{,}5;\, 4{,}5] \\[8pt] \text{Dla } x &= \dfrac{1}{2} \in [0{,}5;\, 4{,}5]: \quad \dfrac{1}{x} = 2 \in [0{,}5;\, 4{,}5] \end{aligned}$$ Prawidłową odpowiedzią jest zatem dowolna z tych liczb, na przykład liczba \(1\) (lub \(2\), bądź \(\frac{1}{2}\)).
a) \(0\) (przyjmując standard szkolny \(\mathbb{N} = \{0, 1, 2, \dots\}\); w przypadku przyjęcia \(\mathbb{N}_+\) jest to liczba \(1\))
b) \(7\)
c) np. \(-\sqrt{2}\) (lub \(-\sqrt{3}\), \(-1 - \dfrac{\sqrt{2}}{2}\))
d) np. \(1\) (ponieważ \(\dfrac{1}{1} = 1\)) lub \(2\) (ponieważ \(\dfrac{1}{2} = 0{,}5\))
Zadanie 5
- Wyznacz dokładną liczbę lat, jaka upłynęła między 20 września 1939 roku a 20 września 2019 roku.
- Ustal, ile w tym okresie wystąpiło lat przestępnych (pamiętając, że rok 2000 dzieli się przez 400, więc był rokiem przestępnym, a dodatkowy dzień 29 lutego musi przypadać wewnątrz analizowanego przedziału).
- Zauważ, że rok zwykły (\(365\text{ dni}\)) przesuwa dzień tygodnia o \(1\) dzień do przodu (\(365 = 52 \cdot 7 + 1\)), natomiast rok przestępny (\(366\text{ dni}\)) przesuwa go o \(2\) dni do przodu (\(366 = 52 \cdot 7 + 2\)).
- Wyznacz całkowite przesunięcie dni, oblicz resztę z dzielenia tej liczby przez \(7\), a następnie cofnij się o wyznaczoną liczbę dni od piątku.
-
Wyznaczenie liczby lat oraz identyfikacja lat przestępnych:
Pomiędzy 20 września 1939 roku a 20 września 2019 roku upłynęło dokładnie: $$ 2019 - 1939 = 80\text{ lat} $$ W kalendarzu gregoriańskim rok jest przestępny, gdy dzieli się przez 4, z wyjątkiem lat zakończonych dwoma zerami, chyba że dzielą się przez 400. Jedynym rokiem wiekowym w tym przedziale jest rok \(2000\), który jako podzielny przez 400 był rokiem przestępnym.
Ponieważ analizę rozpoczynamy 20 września 1939 roku, pierwszym rokiem przestępnym, którego dzień 29 lutego mieści się w badanym okresie, jest rok \(1940\). Ostatnim rokiem przestępnym przed 20 września 2019 roku jest rok \(2016\). Wszystkie lata przestępne w tym okresie tworzą ciąg: $$ 1940, 1944, 1948, \dots, 2016 $$ Liczbę lat przestępnych \(l_p\) obliczamy ze wzoru: $$ \begin{aligned} l_p &= \dfrac{2016 - 1940}{4} + 1 \\[8pt] &= \dfrac{76}{4} + 1 \\[8pt] &= 19 + 1 = 20\text{ lat przestępnych} \end{aligned} $$ Liczba pozostałych lat zwykłych \(l_z\) wynosi zatem: $$ l_z = 80 - 20 = 60\text{ lat zwykłych} $$ -
Obliczenie całkowitego przesunięcia dni tygodnia:
Sposób I (Rozbicie na dni wnoszone przez lata zwykłe i przestępne):
Każdy rok zwykły ma \(365\) dni, co daje \(52\) pełne tygodnie oraz \(1\) dzień naddatku: $$ 365 = 52 \cdot 7 + 1 $$ Każdy rok przestępny ma \(366\) dni, co daje \(52\) pełne tygodnie oraz \(2\) dni naddatku: $$ 366 = 52 \cdot 7 + 2 $$ Łączna liczba dni przesunięcia wynosi: $$ \begin{aligned} D &= 60 \cdot 1 + 20 \cdot 2 \\[8pt] &= 60 + 40 \\[8pt] &= 100\text{ dni} \end{aligned} $$
Sposób II (Przesunięcie bazowe plus korekta na lata przestępne):
Możemy przyjąć, że każdy z 80 lat przesuwa dzień tygodnia o co najmniej 1 dzień. Następnie dodajemy po jednym dodatkowym dniu za każdy rok przestępny (dodatkowy 29 lutego): $$ \begin{aligned} D &= 80 \cdot 1 + 20 \\[8pt] &= 100\text{ dni} \end{aligned} $$ -
Analiza modularna i cofnięcie daty w kalendarzu:
Dzielimy całkowite przesunięcie \(100\text{ dni}\) przez liczbę dni w tygodniu (\(7\)), aby wyznaczyć liczbę pełnych cykli tygodniowych oraz resztę: $$ \begin{aligned} 100 : 7 &= 14\text{ r. } 2 \\[8pt] 100 &= 14 \cdot 7 + 2 \end{aligned} $$ Oznacza to, że po upływie 80 lat dzień tygodnia przesunął się o 14 pełnych tygodni i dodatkowo o \(2\) dni do przodu.
Skoro dzień 20 września 2019 roku był piątkiem, to aby wyznaczyć dzień tygodnia 80 lat wcześniej (20 września 1939 roku), musimy cofnąć się o \(2\) dni od piątku: $$ \begin{aligned} \text{piątek} - 1\text{ dzień} &= \text{czwartek} \\[8pt] \text{piątek} - 2\text{ dni} &= \text{środa} \end{aligned} $$
Dzień 20 września 1939 roku był środą.
Zadanie 6
Wyznacz wszystkie liczby rzeczywiste spełniające poniższe równania:
b) \(x = -5\) lub \(x = 3\)
c) \(x = 0\) lub \(x = 7\)
d) Równanie sprzeczne – brak rozwiązań (\(x \in \emptyset\))
e) \(x = 7\)
f) Równanie tożsamościowe – nieskończenie wiele rozwiązań (\(x \in \mathbb{R}\))
g) \(x = -6\)
h) \(x = -12\) lub \(x = 12\)
i) \(x = -7\)
- Postać iloczynowa: Gdy iloczyn wyrażeń jest równy zero, przyrównujemy każdy z czynników oddzielnie do zera (\(A \cdot B = 0 \iff A = 0\) lub \(B = 0\)). Nie ma wówczas potrzeby wymnażania nawiasów ani liczenia wyróżnika \(\Delta\).
- Uwaga na utratę rozwiązań: W równaniach typu \(x^2 = 7x\) kategorycznie nie wolno dzielić obu stron przez niewiadomą \(x\). Zamiast tego przenosimy wszystkie wyrazy na jedną stronę i wyłączamy \(x\) przed nawias, aby nie pominąć rozwiązania \(x = 0\).
- Dziedzina ułamków i pierwiastków: W równaniach wymiernych zawsze zastrzegamy, że mianownik nie może być zerem. Z kolei pod pierwiastkiem stopnia parzystego wyrażenie musi być nieujemne (\(\ge 0\)).
- Uwaga na fałszywe uproszczenia pierwiastków: Wyrażenie pod pierwiastkiem będące sumą (np. \(\sqrt{x^2 + 25}\)) nie podlega pierwiastkowaniu składnik po składniku! Pamiętaj, że \(\sqrt{a + b} \neq \sqrt{a} + \sqrt{b}\).
-
a) Rozwiązujemy równanie \(3x^2 = 48\):
Dzielimy obie strony równania przez \(3\): $$x^2 = 16$$ Szukamy liczb rzeczywistych, których kwadrat daje \(16\). Pamiętamy, że równanie kwadratowe w tej postaci posiada dwa rozwiązania o przeciwnych znakach: $$x = 4 \quad \text{lub} \quad x = -4$$Uwaga na typowy błąd: Częstym błędem jest podanie tylko rozwiązania dodatniego \(x = 4\). Zawsze należy pamiętać o rozwiązaniu ujemnym, ponieważ \((-4)^2 = 16\).
-
b) Rozwiązujemy równanie \((x - 3)(3x + 15) = 0\):
Równanie znajduje się w postaci iloczynowej. Iloczyn jest równy zero, gdy co najmniej jeden z czynników jest zerem: $$x - 3 = 0 \quad \text{lub} \quad 3x + 15 = 0$$ Rozwiązujemy oba powstałe równania liniowe: $$\begin{aligned} x - 3 &= 0 \\[8pt] x &= 3 \end{aligned}$$ oraz: $$\begin{aligned} 3x + 15 &= 0 \\[8pt] 3x &= -15 \\[8pt] x &= -5 \end{aligned}$$ Otrzymujemy dwa rozwiązania: \(x = 3\) oraz \(x = -5\).
Czego nie robić i dlaczego: Kategorycznie nie należy wymnażać nawiasów do postaci ogólnej \(3x^2 + 6x - 45 = 0\) i liczyć wyróżnika \(\Delta\). Jest to niepotrzebna strata czasu, która dodatkowo stwarza ryzyko błędów rachunkowych.
-
c) Rozwiązujemy równanie \(x^2 = 7x\):
Przenosimy wyraz \(7x\) na lewą stronę, aby po prawej stronie uzyskać zero: $$x^2 - 7x = 0$$ Wyłączamy wspólny czynnik \(x\) przed nawias: $$x(x - 7) = 0$$ Korzystamy z własności iloczynu zerowego: $$x = 0 \quad \text{lub} \quad x - 7 = 0 \implies x = 7$$ Rozwiązaniami są liczby: \(x = 0\) oraz \(x = 7\).
Czego KATEGORYCZNIE NIE WOLNO robić i dlaczego: Nie wolno dzielić obu stron wyjściowego równania przez \(x\) w celu otrzymania \(x = 7\). Dzielenie przez niewiadomą, która może przyjmować wartość \(0\), jest niedozwolone i prowadzi do bezpowrotnej utraty pierwiastka \(x = 0\).
-
d) Rozwiązujemy równanie \(3(2 - 4x) = 8 - 12x\):
Wymnażamy liczbę stojącą przed nawiasem przez każdy składnik wewnątrz nawiasu: $$6 - 12x = 8 - 12x$$ Dodajemy \(12x\) do obu stron równania: $$\begin{aligned} 6 - 12x + 12x &= 8 - 12x + 12x \\[8pt] 6 &= 8 \end{aligned}$$ Otrzymaliśmy równość liczbową sprzeczną (\(6 \neq 8\)). Równanie nie ma rozwiązań w zbiorze liczb rzeczywistych: $$x \in \emptyset$$Uwaga na typowy błąd: Sprzeczność liczbowa oznacza brak rozwiązań. Nie należy mylić jej z tożsamością (\(0 = 0\)).
-
e) Rozwiązujemy równanie \((x - 7)^2 = 0\):
Kwadrat dowolnego wyrażenia rzeczywistego jest równy zero wtedy i tylko wtedy, gdy samo to wyrażenie jest równe zero: $$\begin{aligned} x - 7 &= 0 \\[8pt] x &= 7 \end{aligned}$$ Równanie posiada jedno rozwiązanie podwójne: \(x = 7\).
Czego nie robić i dlaczego: Nie ma potrzeby rozpisywania wyrażenia wzorem skróconego mnożenia na \(x^2 - 14x + 49 = 0\). Rozpoznanie, że \(a^2 = 0 \iff a = 0\), pozwala rozwiązać równanie bezpośrednio.
-
f) Rozwiązujemy równanie \((2x - 5) \cdot 3 = \dfrac{12x + 8}{2} - 19\):
Wymnażamy lewą stronę oraz dzielimy każdy składnik licznika prawej strony przez mianownik: $$\begin{aligned} (2x - 5) \cdot 3 &= 6x - 15 \\[8pt] \dfrac{12x + 8}{2} - 19 &= (6x + 4) - 19 \\[8pt] &= 6x - 15 \end{aligned}$$ Zestawiamy obie strony równania: $$6x - 15 = 6x - 15$$ Odejmując \(6x\) i dodając \(15\) do obu stron, otrzymujemy: $$0 = 0$$ Otrzymana równość tożsamościowa oznacza, że równanie jest spełnione przez każdą liczbę rzeczywistą: $$x \in \mathbb{R}$$Czego nie robić i dlaczego: Przy dzieleniu ułamka \(\dfrac{12x + 8}{2}\) kategorycznie nie wolno skracać liczby \(2\) tylko z wyrazem \(12x\). Dzielnik \(2\) dotyczy całej sumy w liczniku. Ponadto wynik \(0 = 0\) nie oznacza, że \(x = 0\), lecz że każda liczba rzeczywista spełnia to równanie.
-
g) Rozwiązujemy równanie \(\dfrac{3x - 2}{x + 2} = 5\):
Ustalamy dziedzinę równania – mianownik nie może być równy zero: $$\begin{aligned} x + 2 &\neq 0 \\[8pt] x &\neq -2 \end{aligned}$$ Zatem dziedzina to \(D = \mathbb{R} \setminus \{-2\}\).
Mnożymy obie strony równania przez mianownik \((x + 2)\): $$3x - 2 = 5(x + 2)$$ Wymnażamy nawias po prawej stronie: $$3x - 2 = 5x + 10$$ Przenosimy wyrażenia z niewiadomą na lewą stronę, a liczby na prawą stronę: $$\begin{aligned} 3x - 5x &= 10 + 2 \\[8pt] -2x &= 12 \end{aligned}$$ Dzielimy obie strony przez \(-2\): $$x = -6$$ Sprawdzamy z dziedziną: \(-6 \neq -2\), więc \(x = -6 \in D\). Rozwiązaniem jest \(x = -6\).
Uwaga na typowy błąd: W równaniach wymiernych zawsze sprawdzaj zgodność otrzymanego wyniku z dziedziną. Gdyby wynikiem było \(-2\), musielibyśmy je odrzucić.
-
h) Rozwiązujemy równanie \(\sqrt{x^2 + 25} = 13\):
Ustalamy dziedzinę: ponieważ \(x^2 \ge 0\) dla każdego \(x \in \mathbb{R}\), to \(x^2 + 25 \ge 25 > 0\). Wyrażenie podpierwiastkowe jest zawsze dodatnie, więc \(D = \mathbb{R}\).
Ponieważ obie strony równania są nieujemne, podnosimy je obustronnie do kwadratu: $$\begin{aligned} \left(\sqrt{x^2 + 25}\right)^2 &= 13^2 \\[8pt] x^2 + 25 &= 169 \end{aligned}$$ Odejmujemy \(25\) od obu stron równania: $$\begin{aligned} x^2 &= 169 - 25 \\[8pt] x^2 &= 144 \end{aligned}$$ Wyznaczamy liczby, których kwadrat wynosi \(144\): $$x = 12 \quad \text{lub} \quad x = -12$$ Oba rozwiązania spełniają równanie.
Czego KATEGORYCZNIE NIE WOLNO robić i dlaczego: Kategorycznym błędem jest zapisanie \(\sqrt{x^2 + 25} = x + 5\). Pierwiastek sumy nie jest równy sumie pierwiastków (\(\sqrt{a + b} \neq \sqrt{a} + \sqrt{b}\)). Taki błędny krok prowadziłby do \(x + 5 = 13 \implies x = 8\), co po podstawieniu daje \(\sqrt{8^2 + 25} = \sqrt{89} \neq 13\).
-
i) Rozwiązujemy równanie \(5\sqrt{x + 7} = 0\):
Ustalamy dziedzinę równania – wyrażenie pod pierwiastkiem kwadratowym musi być nieujemne: $$\begin{aligned} x + 7 &\ge 0 \\[8pt] x &\ge -7 \end{aligned}$$ Zatem dziedzina to \(D = [-7, +\infty)\).
Dzielimy obie strony równania przez \(5\): $$\sqrt{x + 7} = 0$$ Pierwiastek kwadratowy jest równy zero wtedy i tylko wtedy, gdy liczba pod nim wynosi zero: $$\begin{aligned} x + 7 &= 0 \\[8pt] x &= -7 \end{aligned}$$ Sprawdzamy z dziedziną: \(-7 \ge -7\), zatem liczba \(-7 \in D\). Rozwiązaniem jest \(x = -7\).
a) \(x = -4\) lub \(x = 4\)
b) \(x = -5\) lub \(x = 3\)
c) \(x = 0\) lub \(x = 7\)
d) Równanie sprzeczne – brak rozwiązań (\(x \in \emptyset\))
e) \(x = 7\)
f) Równanie tożsamościowe – nieskończenie wiele rozwiązań (\(x \in \mathbb{R}\))
g) \(x = -6\)
h) \(x = -12\) lub \(x = 12\)
i) \(x = -7\)
Zadanie 7
- Każde dwie kolejne liczby parzyste różnią się od siebie dokładnie o \(2\). Oznaczając mniejszą liczbę przez \(n\), kolejną liczbę parzystą zapiszesz jako \(n + 2\).
- Zapisz iloczyn obu liczb w postaci wyrażenia algebraicznego z nawiasem i ułóż równanie, porównując ten iloczyn z kwadratem mniejszej liczby powiększonym o podaną w zadaniu różnicę.
- Po rozwinięciu nawiasów składniki kwadratowe ulegną redukcji, co sprowadzi zadanie do prostego równania liniowego z jedną niewiadomą.
-
Zapisanie zależności i rozwiązanie za pomocą zmiennej \(n\) (Sposób I):
Niech \(n\) oznacza mniejszą z poszukiwanych dodatnich liczb parzystych (\(n \in \mathbb{N}\)). Wówczas kolejna liczba parzysta jest równa \(n + 2\).
Iloczyn tych dwóch liczb wynosi: $$ n(n + 2) $$ Zgodnie z treścią zadania iloczyn ten jest o \(156\) większy od kwadratu liczby mniejszej (\(n^2\)), co zapisujemy w postaci równania: $$ n(n + 2) - n^2 = 156 $$ Wymnażamy wyrażenie w nawiasie: $$ \begin{aligned} n^2 + 2n - n^2 &= 156 \\[8pt] 2n &= 156 \end{aligned} $$ Dzielimy obie strony równania przez współczynnik \(2\): $$ \begin{aligned} n &= \dfrac{156}{2} \\[8pt] n &= 78 \end{aligned} $$ Obliczamy drugą, większą liczbę parzystą: $$ n + 2 = 78 + 2 = 80 $$ -
Zapis z wykorzystaniem ogólnej postaci liczb parzystych (Sposób II):
Każdą dodatnią liczbę naturalną parzystą można zapisać jako \(2k\), gdzie \(k \in \mathbb{N}^+\). Następna po niej liczba parzysta ma postać \(2k + 2\).
Zapisujemy równanie wynikające z treści zadania: $$ 2k(2k + 2) = (2k)^2 + 156 $$ Wykonujemy potęgowanie oraz mnożenie: $$ \begin{aligned} 4k^2 + 4k &= 4k^2 + 156 \\[8pt] 4k &= 156 \\[8pt] k &= \dfrac{156}{4} \\[8pt] k &= 39 \end{aligned} $$ Podstawiamy wartość \(k = 39\) do wyjściowych wzorów na liczby parzyste: $$ \begin{aligned} \text{mniejsza liczba: } & 2k = 2 \cdot 39 = 78 \\[8pt] \text{większa liczba: } & 2k + 2 = 78 + 2 = 80 \end{aligned} $$ -
Weryfikacja poprawności rozwiązania:
Sprawdzamy, czy wyznaczone liczby \(78\) i \(80\) spełniają warunki zadania: $$ \begin{aligned} 78^2 &= 6084 \\[8pt] 78 \cdot 80 &= 6240 \\[8pt] 6240 - 6084 &= 156 \end{aligned} $$ Otrzymana różnica jest zgodna z treścią zadania.
Poszukiwanymi liczbami są \(78\) oraz \(80\).
Grupa B
Zadanie 1
Zadanie 2
Zadanie 3
Zadanie 4
b) największą liczbę całkowitą wchodzącą w skład różnicy zbiorów \(L \setminus K\);
c) dowolną liczbę niewymierną będącą elementem różnicy zbiorów \(K \setminus L\);
d) przykładową liczbę wymierną należącą do iloczynu \(K \cap L\), której odwrotność również zawiera się w iloczynie \(K \cap L\).
b) \(6\)
c) np. \(-\sqrt{3}\) (lub \(-\sqrt{2}\), \(-\pi\))
d) np. \(1\) (odwrotność to \(1\)) lub \(2\) (odwrotność to \(0{,}5\))
Zadanie 5
Zadanie 6
b) \(x = -4 \quad\text{lub}\quad x = 3\)
c) \(x = 0 \quad\text{lub}\quad x = 8\)
d) równanie sprzeczne – brak rozwiązań (\(x \in \emptyset\))
e) \(x = 12\)
f) równanie tożsamościowe – zbiór wszystkich liczb rzeczywistych (\(x \in \mathbb{R}\))
g) \(x = 14\)
h) \(x = -9 \quad\text{lub}\quad x = 9\)
i) \(x = 3\)
