17.2 Dodawanie i odejmowanie ułamków algebraicznych
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (6 pkt)
Wykonaj działania. Podaj dziedzinę danego wyrażenia.
a) $$x - \frac{5 - 3x^2}{x + 2}$$b) $$\frac{3}{x + 2} + \frac{x + 4}{x^2 - 4}$$c) $$\frac{2}{x^2 - 3x} - \frac{1}{x^3 + x^2}$$
a) Dziedziną wyrażenia jest $D = \mathbb{R} \setminus \{-2\}$, a jego uproszczona forma to $\frac{4x^2 + 2x - 5}{x+2}$.
b) Dziedziną wyrażenia jest $D = \mathbb{R} \setminus \{-2, 2\}$, a jego uproszczona forma to $\frac{2(2x - 1)}{(x-2)(x+2)}$.
c) Dziedziną wyrażenia jest $D = \mathbb{R} \setminus \{-1, 0, 3\}$, a jego uproszczona forma to $\frac{2x^2 + x + 3}{x^2(x-3)(x+1)}$.
a) Obliczenie wyrażenia i dziedziny:
Dziedzina:
$x+2 \neq 0 \implies x \neq -2$
Zatem $D = \mathbb{R} \setminus \{-2\}$
Wykonujemy działania:\[x - \frac{5 - 3x^2}{x + 2} = \frac{x(x+2)}{x+2} - \frac{5 - 3x^2}{x + 2}\]\[= \frac{x^2 + 2x - (5 - 3x^2)}{x+2}\]\[= \frac{x^2 + 2x - 5 + 3x^2}{x+2}\]\[= \frac{4x^2 + 2x - 5}{x+2}\]
b) Obliczenie wyrażenia i dziedziny:
Dziedzina:
$x+2 \neq 0 \implies x \neq -2$
$x^2 - 4 \neq 0 \implies (x-2)(x+2) \neq 0 \implies x \neq 2 \text{ i } x \neq -2$
Zatem $D = \mathbb{R} \setminus \{-2, 2\}$
Wykonujemy działania:\[\frac{3}{x + 2} + \frac{x + 4}{x^2 - 4} = \frac{3}{x + 2} + \frac{x + 4}{(x-2)(x+2)}\]\[= \frac{3 \cdot (x-2)}{(x-2)(x+2)} + \frac{x + 4}{(x-2)(x+2)}\]\[= \frac{3x - 6 + x + 4}{(x-2)(x+2)}\]\[= \frac{4x - 2}{(x-2)(x+2)}\]\[= \frac{2(2x - 1)}{(x-2)(x+2)}\]
c) Obliczenie wyrażenia i dziedziny:
Dziedzina:
$x^2 - 3x \neq 0 \implies x(x-3) \neq 0 \implies x \neq 0 \text{ i } x \neq 3$
$x^3 + x^2 \neq 0 \implies x^2(x+1) \neq 0 \implies x \neq 0 \text{ i } x \neq -1$
Zatem $D = \mathbb{R} \setminus \{-1, 0, 3\}$
Wykonujemy działania:\[\frac{2}{x^2 - 3x} - \frac{1}{x^3 + x^2} = \frac{2}{x(x-3)} - \frac{1}{x^2(x+1)}\]\[= \frac{2 \cdot x(x+1)}{x^2(x-3)(x+1)} - \frac{1 \cdot (x-3)}{x^2(x-3)(x+1)}\]\[= \frac{2x^2 + 2x - (x-3)}{x^2(x-3)(x+1)}\]\[= \frac{2x^2 + 2x - x + 3}{x^2(x-3)(x+1)}\]\[= \frac{2x^2 + x + 3}{x^2(x-3)(x+1)}\]
Zadanie 2 (4 pkt)
Wykonaj działania. Podaj dziedzinę otrzymanego ułamka.
$$ \frac{x+2}{x^2-4x-12} - \frac{3x-2}{x-6} $$
Wynikiem działania jest wyrażenie $\frac{-3(x-1)}{x-6}$, a dziedzina otrzymanego ułamka to $D = \mathbb{R} \setminus \{-2, 6\}$.
1. Znalezienie dziedziny:
Mianowniki nie mogą być równe zero.
Pierwszy mianownik:\[
x^2 - 4x - 12 \neq 0
\]Zastosujemy metodę z deltą, aby znaleźć miejsca zerowe trójmianu:\[
\Delta = (-4)^2 - 4 \cdot 1 \cdot (-12) = 16 + 48 = 64, \quad \sqrt{\Delta} = 8
\]Pierwiastki:\[
x_{1,2} = \frac{4 \pm 8}{2} \Rightarrow x_1 = 6, \; x_2 = -2
\]Zatem:\[
x^2 - 4x - 12 = (x - 6)(x + 2)
\]Warunek:\[
x \neq 6 \quad \text{i} \quad x \neq -2
\]
Drugi mianownik:
$$x-6 \neq 0 \Rightarrow x \neq 6$$
Dziedzina wyrażenia to:
$$D = \mathbb{R} \setminus \{-2, 6\}$$
2. Sprowadzenie do wspólnego mianownika i wykonanie odejmowania:
Pierwszy mianownik to $x^2-4x-12 = (x-6)(x+2)$.
Wspólnym mianownikiem jest $(x-6)(x+2)$.
Przekształcamy drugie wyrażenie:\[ \frac{3x-2}{x-6} = \frac{(3x-2)(x+2)}{(x-6)(x+2)} \]Rozwijamy licznik:\[ (3x-2)(x+2) = 3x \cdot x + 3x \cdot 2 - 2 \cdot x - 2 \cdot 2 = 3x^2+6x-2x-4 = 3x^2+4x-4 \]Podstawiamy do wyrażenia:\[ \frac{x+2}{x^2-4x-12} - \frac{3x-2}{x-6} = \frac{x+2}{(x-6)(x+2)} - \frac{3x^2+4x-4}{(x-6)(x+2)} \]Wykonujemy odejmowanie:\[ = \frac{x+2 - (3x^2+4x-4)}{(x-6)(x+2)} \]Usuwamy nawiasy i zmieniamy znaki:\[ = \frac{x+2 - 3x^2 - 4x + 4}{(x-6)(x+2)} \]Porządkujemy licznik:\[ = \frac{-3x^2 - 3x + 6}{(x-6)(x+2)} \]
3. Uproszczenie licznika:
Wyłączamy $-3$ przed nawias:\[ -3x^2 - 3x + 6 = -3(x^2 + x - 2) \]Faktoryzujemy trójmian kwadratowy $x^2 + x - 2$ (można to zrobić "z głowy" lub za pomocą delty):\[ x^2 + x - 2 = (x+2)(x-1) \]Licznik staje się:\[ -3(x+2)(x-1) \]
4. Ostateczne uproszczenie wyrażenia:\[ \frac{-3(x+2)(x-1)}{(x-6)(x+2)} \]Ponieważ $x \neq -2$, możemy skrócić czynnik $(x+2)$ z licznika i mianownika:\[ = \frac{-3(x-1)}{x-6} \]
Zadanie 3 (3 pkt)
Wykonaj działania. Podaj dziedzinę otrzymanego ułamka.
$$\frac{10x-5}{2x^2+9x-5} - \frac{6}{x+5}$$
Wynikiem działania jest $\frac{-1}{x+5}$, a dziedzina otrzymanego ułamka to $x \in \mathbb{R} \setminus \{-5, \frac{1}{2}\}$
Rozkładamy mianownik pierwszego ułamka na czynniki.
Mianownik to $2x^2+9x-5$. Znajdujemy jego pierwiastki.\[ \Delta = b^2 - 4ac \]\[ \Delta = 9^2 - 4 \cdot 2 \cdot (-5) \]\[ \Delta = 81 + 40 \]\[ \Delta = 121 \]\[ \sqrt{\Delta} = \sqrt{121} = 11 \]Pierwiastki trójmianu kwadratowego:\[ x_1 = \frac{-b - \sqrt{\Delta}}{2a} = \frac{-9 - 11}{2 \cdot 2} = \frac{-20}{4} = -5 \]\[ x_2 = \frac{-b + \sqrt{\Delta}}{2a} = \frac{-9 + 11}{2 \cdot 2} = \frac{2}{4} = \frac{1}{2} \]Zatem mianownik można zapisać jako:\[ 2x^2+9x-5 = 2(x-(-5))(x-\frac{1}{2}) = 2(x+5)\left(x-\frac{1}{2}\right) = (x+5)(2x-1) \]Wyznaczamy dziedzinę wyrażenia. Mianowniki nie mogą być równe zero.\[ (x+5)(2x-1) \neq 0 \implies x+5 \neq 0 \quad \text{i} \quad 2x-1 \neq 0 \]\[ x \neq -5 \quad \text{i} \quad x \neq \frac{1}{2} \]\[ x+5 \neq 0 \implies x \neq -5 \]Zatem dziedzina wyrażenia początkowego to $D = \mathbb{R} \setminus \{-5, \frac{1}{2}\}$.
Wykonujemy odejmowanie ułamków, sprowadzając je do wspólnego mianownika, którym jest $(x+5)(2x-1)$.\[ \frac{10x-5}{2x^2+9x-5} - \frac{6}{x+5} \]\[ = \frac{10x-5}{(x+5)(2x-1)} - \frac{6 \cdot (2x-1)}{(x+5)(2x-1)} \]\[ = \frac{10x-5 - (6 \cdot 2x - 6 \cdot 1)}{(x+5)(2x-1)} \]\[ = \frac{10x-5 - (12x - 6)}{(x+5)(2x-1)} \]\[ = \frac{10x-5 - 12x + 6}{(x+5)(2x-1)} \]\[ = \frac{-2x+1}{(x+5)(2x-1)} \]Wyciągamy -1 przed nawias w liczniku:\[ = \frac{-(2x-1)}{(x+5)(2x-1)} \]Dla $x \neq \frac{1}{2}$ możemy skrócić wyrażenie $(2x-1)$:\[ = \frac{-1}{x+5} \]Dziedzina otrzymanego ułamka musi uwzględniać wszystkie założenia z początkowego wyrażenia, stąd $x \in \mathbb{R} \setminus \{-5, \frac{1}{2}\}$.
Zadanie 4 (4 pkt)
Wykonaj działania. Wynik przedstaw w postaci ułamka nieskracalnego i określ jego dziedzinę. $$ \frac{x^2+1}{3x^3-3} - \frac{1}{2x-2} $$
Wynikiem działania jest ułamek nieskracalny $ \frac{-x^2-3x-1}{6(x-1)(x^2+x+1)} $, a jego dziedziną jest zbiór $ D = \mathbb{R} \setminus \{1\} $.
1. Dziedzina wyrażenia:
Aby wyznaczyć dziedzinę, mianowniki muszą być różne od zera.
\[ 3x^3-3 \neq 0 \]\[ 3(x^3-1) \neq 0 \]\[ 3(x-1)(x^2+x+1) \neq 0 \]Zatem $x-1 \neq 0$, co oznacza $x \neq 1$ (ponieważ $x^2+x+1$ jest zawsze dodatnie).
Drugi mianownik:\[ 2x-2 \neq 0 \]\[ 2(x-1) \neq 0 \]Zatem $x-1 \neq 0$, co oznacza $x \neq 1$.
Dziedzina wyrażenia to $D = \mathbb{R} \setminus \{1\}$.
2. Sprowadzenie do wspólnego mianownika:
Faktoryzujemy mianowniki:\[ 3x^3-3 = 3(x-1)(x^2+x+1) \]\[ 2x-2 = 2(x-1) \]Wspólny mianownik to $6(x-1)(x^2+x+1)$.
Przekształcamy pierwszy ułamek:\[ \frac{x^2+1}{3x^3-3} = \frac{x^2+1}{3(x-1)(x^2+x+1)} = \frac{2 \cdot (x^2+1)}{2 \cdot 3(x-1)(x^2+x+1)} = \frac{2(x^2+1)}{6(x-1)(x^2+x+1)} \]Przekształcamy drugi ułamek:\[ \frac{1}{2x-2} = \frac{1}{2(x-1)} = \frac{3(x^2+x+1) \cdot 1}{3(x^2+x+1) \cdot 2(x-1)} = \frac{3(x^2+x+1)}{6(x-1)(x^2+x+1)} \]
3. Wykonanie odejmowania:\[ \frac{2(x^2+1)}{6(x-1)(x^2+x+1)} - \frac{3(x^2+x+1)}{6(x-1)(x^2+x+1)} \]\[ = \frac{2(x^2+1) - 3(x^2+x+1)}{6(x-1)(x^2+x+1)} \]Rozwijamy licznik:\[ 2x^2+2 - (3x^2+3x+3) \]\[ = 2x^2+2 - 3x^2-3x-3 \]\[ = -x^2-3x-1 \]
4. Uproszczenie wyrażenia:
Ostateczny ułamek nieskracalny to:\[ \frac{-x^2-3x-1}{6(x-1)(x^2+x+1)} \]Licznik $-x^2-3x-1$ ma wyróżnik $\Delta = (-3)^2 - 4 \cdot (-1) \cdot (-1) = 9-4=5$, więc nie posiada czynnika $(x-1)$ i ułamek jest nieskracalny.
Zadanie 5 (5 pkt)
Wykonaj działania. Podaj konieczne założenia.
$$\frac{10}{x^2+8x+16} - \frac{x-2}{x^3-12x+16}$$
Wynikiem działania jest wyrażenie $\frac{9x-24}{(x-2)(x+4)^2}$, przy założeniach $x \neq 2$ i $x \neq -4$.
Rozkładamy mianowniki na czynniki:
Mianownik pierwszego ułamka:\[ x^2+8x+16 = (x+4)^2 \]Mianownik drugiego ułamka:
Szukamy pierwiastków wielomianu $W(x) = x^3-12x+16$.
Metodą Hornera sprawdzamy po kolei wszystkie potencjalne pierwiastki wielomianu.
Zauważamy, że $W(2) = 2^3-12 \cdot 2+16 = 8-24+16 = 0$, więc $(x-2)$ jest czynnikiem.
Dzielimy wielomian przez $(x-2)$:\[ (x^3-12x+16) : (x-2) = x^2+2x-8 \]Rozkładamy $x^2+2x-8$ na czynniki:\[ x^2+2x-8 = (x+4)(x-2) \]Zatem drugi mianownik to:\[ x^3-12x+16 = (x-2)(x+4)(x-2) = (x-2)^2(x+4) \]Określamy założenia:
Mianowniki nie mogą być równe zero, więc:
$x+4 \neq 0 \implies x \neq -4$
$x-2 \neq 0 \implies x \neq 2$
Zapisujemy wyrażenie z rozłożonymi mianownikami:\[ \frac{10}{(x+4)^2} - \frac{x-2}{(x-2)^2(x+4)} \]Upraszczamy drugi ułamek (dla $x \neq 2$):\[ \frac{x-2}{(x-2)^2(x+4)} = \frac{1}{(x-2)(x+4)} \]Wspólny mianownik to $(x-2)(x+4)^2$. Sprowadzamy ułamki do wspólnego mianownika:\[ \frac{10}{(x+4)^2} = \frac{10 \cdot (x-2)}{(x+4)^2 \cdot (x-2)} = \frac{10(x-2)}{(x-2)(x+4)^2} \]\[ \frac{1}{(x-2)(x+4)} = \frac{1 \cdot (x+4)}{(x-2)(x+4) \cdot (x+4)} = \frac{x+4}{(x-2)(x+4)^2} \]Wykonujemy odejmowanie:\[ \frac{10(x-2)}{(x-2)(x+4)^2} - \frac{x+4}{(x-2)(x+4)^2} = \frac{10(x-2)-(x+4)}{(x-2)(x+4)^2} \]Rozwijamy licznik:\[ 10(x-2)-(x+4) = 10x-20-x-4 = 9x-24 \]Ostateczny wynik:\[ \frac{9x-24}{(x-2)(x+4)^2} \]
Grupa B
Zadanie 1 (6 pkt)
Wykonaj działania. Podaj dziedzinę danego wyrażenia.
a) $$x - \frac{1 - 4x^2}{x + 3}$$b) $$\frac{4}{x + 3} + \frac{x + 7}{x^2 - 9}$$c) $$\frac{5}{x^2 - 4x} - \frac{2}{x^3 + x^2}$$
a) Dziedziną wyrażenia jest $D = \mathbb{R} \setminus \{-3\}$, a jego uproszczona forma to $\frac{5x^2 + 3x - 1}{x+3}$.
b) Dziedziną wyrażenia jest $D = \mathbb{R} \setminus \{-3, 3\}$, a jego uproszczona forma to $\frac{5(x - 1)}{(x-3)(x+3)}$.
c) Dziedziną wyrażenia jest $D = \mathbb{R} \setminus \{-1, 0, 4\}$, a jego uproszczona forma to $\frac{5x^2 + 3x + 8}{x^2(x-4)(x+1)}$.
Zadanie 2 (4 pkt)
Wykonaj działania. Podaj dziedzinę otrzymanego ułamka.
$$ \frac{x-2}{x^2+5x-14} - \frac{2x+3}{x+7} $$
Wynikiem działania jest wyrażenie $\frac{-2(x+1)}{x+7}$, a dziedzina otrzymanego ułamka to $D = \mathbb{R} \setminus \{-7, 2\}$.
Zadanie 3 (3 pkt)
Wykonaj działania. Podaj dziedzinę otrzymanego ułamka.
$$\frac{8x-4}{2x^2+7x-4} - \frac{3}{x+4}$$
Wynikiem działania jest $\frac{1}{x+4}$, a dziedzina otrzymanego ułamka to $x \in \mathbb{R} \setminus \{-4, \frac{1}{2}\}$
Zadanie 4 (4 pkt)
Wykonaj działania. Wynik przedstaw w postaci ułamka nieskracalnego i określ jego dziedzinę. $$ \frac{x^2+1}{4x^3-4} - \frac{1}{5x-5} $$
Wynikiem działania jest ułamek nieskracalny $ \frac{x^2-4x+1}{20(x-1)(x^2+x+1)} $, a jego dziedziną jest zbiór $ D = \mathbb{R} \setminus \{1\} $.
Zadanie 5 (5 pkt)
Wykonaj działania. Podaj konieczne założenia.
$$\frac{8}{x^2+4x+4} - \frac{x-3}{x^3-4x^2-3x+18}$$
Wynikiem działania jest wyrażenie $\frac{7x-26}{(x-3)(x+2)^2}$, przy założeniach $x \neq 3$ i $x \neq -2$.
