17.5 Równania wymierne
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (3 pkt)
Rozwiąż równanie, pamiętając o koniecznych założeniach:
a) $$\frac{5}{x^2 + 6x + 9} = 0$$
b) $$\frac{(x - 4)(3x + 2)}{3x^2 - 12} = 0$$
c) $$\frac{1 - \frac{1}{9}x^2}{2x^2 - 10x - 28} = 0.$$
a) Równanie nie posiada rozwiązania.
b) Rozwiązaniami równania są $x = 4$ oraz $x = -\frac{2}{3}$.
c) Rozwiązaniami równania są $x = 3$ oraz $x = -3$.
a) Rozwiązanie równania:Zakładamy, że mianownik jest różny od zera:\[ x^2 + 6x + 9 \neq 0 \]\[ (x+3)^2 \neq 0 \]\[ x \neq -3 \]Licznik równania $\frac{5}{x^2 + 6x + 9} = 0$ wynosi $5$. Ponieważ $5 \neq 0$, równanie nie ma rozwiązania.
Finalna odpowiedź: Równanie nie posiada rozwiązania.
b) Rozwiązanie równania:Zakładamy, że mianownik jest różny od zera:\[ 3x^2 - 12 \neq 0 \]\[ 3(x^2 - 4) \neq 0 \]\[ 3(x-2)(x+2) \neq 0 \]Stąd $x \neq 2$ i $x \neq -2$. Licznik równania $\frac{(x - 4)(3x + 2)}{3x^2 - 12} = 0$ musi być równy zero:\[ (x - 4)(3x + 2) = 0 \]Co daje:\[ x - 4 = 0 \quad \text{lub} \quad 3x + 2 = 0 \]\[ x = 4 \quad \text{lub} \quad x = -\frac{2}{3} \]Sprawdzamy rozwiązania z założeniami. Dla $x = 4$: $4 \neq 2$ i $4 \neq -2$. Rozwiązanie jest poprawne. Dla $x = -\frac{2}{3}$: $-\frac{2}{3} \neq 2$ i $-\frac{2}{3} \neq -2$. Rozwiązanie jest poprawne.
Finalna odpowiedź: Rozwiązaniami równania są $x = 4$ oraz $x = -\frac{2}{3}$.
c) Rozwiązanie równania: Zakładamy, że mianownik jest różny od zera:\[ 2x^2 - 10x - 28 \neq 0 \]\[ 2(x^2 - 5x - 14) \neq 0 \]Obliczamy pierwiastki trójmianu $x^2 - 5x - 14 = 0$:\[ \Delta = (-5)^2 - 4 \cdot 1 \cdot (-14) = 25 + 56 = 81 \]\[ \sqrt{\Delta} = \sqrt{81} = 9 \]\[ x_1 = \frac{-(-5) - 9}{2 \cdot 1} = \frac{5 - 9}{2} = \frac{-4}{2} = -2 \]\[ x_2 = \frac{-(-5) + 9}{2 \cdot 1} = \frac{5 + 9}{2} = \frac{14}{2} = 7 \]Zatem założenia to $x \neq -2$ i $x \neq 7$.Licznik równania $\frac{1 - \frac{1}{9}x^2}{2x^2 - 10x - 28} = 0$ musi być równy zero:\[ 1 - \frac{1}{9}x^2 = 0 \]\[ \frac{1}{9}x^2 = 1 \]\[ x^2 = 9 \]\[ x = 3 \quad \text{lub} \quad x = -3 \]Sprawdzamy rozwiązania z założeniami. Dla $x = 3$: $3 \neq -2$ i $3 \neq 7$. Rozwiązanie jest poprawne. Dla $x = -3$: $-3 \neq -2$ i $-3 \neq 7$. Rozwiązanie jest poprawne.
Finalna odpowiedź: Rozwiązaniami równania są $x = 3$ oraz $x = -3$.
Zadanie 2 (3 pkt)
Rozwiąż równanie, pamiętając o koniecznych założeniach:
a) $$ \frac{x^3-5x^2+6x}{x(x-2)} = 0 $$
b) $$ \frac{x^3+3x^2-4x-12}{(2x+1)(x+3)} = 0 $$
c) $$ \frac{x^3+x^2+2x-4}{x^2+3x+7} = 0 $$
a) Rozwiązaniem równania jest $x = 3$.
b) Rozwiązaniami równania są $x = 2$ oraz $x = -2$.
c) Rozwiązaniem równania jest $x = 1$.
a) Założenia:\[ x(x-2) \neq 0 \]\[ x \neq 0 \quad \text{i} \quad x \neq 2 \]Licznik musi być równy zero:\[ x^3-5x^2+6x = 0 \]Wyłączamy $x$ przed nawias:\[ x(x^2-5x+6) = 0 \]Stąd $x = 0$ lub $x^2-5x+6 = 0$. Dla równania kwadratowego $x^2-5x+6 = 0$:\[ \Delta = (-5)^2 - 4 \cdot 1 \cdot 6 = 25 - 24 = 1 \]\[ \sqrt{\Delta} = 1 \]\[ x_1 = \frac{-(-5) - 1}{2 \cdot 1} = \frac{5 - 1}{2} = 2 \]\[ x_2 = \frac{-(-5) + 1}{2 \cdot 1} = \frac{5 + 1}{2} = 3 \]Potencjalne rozwiązania to $x=0$, $x=2$, $x=3$. Po weryfikacji z założeniami ($x \neq 0, x \neq 2$), jedynym poprawnym rozwiązaniem jest $x = 3$.
b) Założenia:\[ (2x+1)(x+3) \neq 0 \]\[ 2x+1 \neq 0 \Rightarrow x \neq -\frac{1}{2} \]\[ x+3 \neq 0 \Rightarrow x \neq -3 \]Licznik musi być równy zero:\[ x^3+3x^2-4x-12 = 0 \]Faktoryzujemy przez grupowanie:\[ x^2(x+3) - 4(x+3) = 0 \]\[ (x^2-4)(x+3) = 0 \]Stosujemy wzór na różnicę kwadratów:\[ (x-2)(x+2)(x+3) = 0 \]Stąd $x-2=0$ lub $x+2=0$ lub $x+3=0$. Potencjalne rozwiązania to $x=2$, $x=-2$, $x=-3$. Po weryfikacji z założeniami ($x \neq -\frac{1}{2}, x \neq -3$), poprawnymi rozwiązaniami są $x = 2$ oraz $x = -2$.
c) Założenia: Mianownik $x^2+3x+7 \neq 0$. Obliczamy wyróżnik:\[ \Delta = 3^2 - 4 \cdot 1 \cdot 7 = 9 - 28 = -19 \]Ponieważ $\Delta < 0$ i współczynnik $a=1 > 0$, mianownik jest zawsze dodatni, więc nigdy nie jest zerem. Nie ma ograniczeń na $x$. Licznik musi być równy zero:\[ x^3+x^2+2x-4 = 0 \]Sprawdzamy dzielniki wyrazu wolnego: Dla $x=1$:\[ 1^3+1^2+2 \cdot 1-4 = 1+1+2-4 = 0 \]Zatem $x=1$ jest pierwiastkiem. Dzielimy wielomian przez $(x-1)$:\[ (x-1)(x^2+2x+4) = 0 \]Stąd $x-1=0$ lub $x^2+2x+4=0$. Z pierwszego czynnika otrzymujemy $x = 1$. Dla drugiego czynnika $x^2+2x+4=0$, obliczono $\Delta = 2^2 - 4 \cdot 1 \cdot 4 = 4 - 16 = -12 < 0$, co oznacza brak rzeczywistych rozwiązań. Jedynym rzeczywistym rozwiązaniem jest $x = 1$.
Zadanie 3 (3 pkt)
Rozwiąż równanie, pamiętając o koniecznych założeniach:
a) $$\frac{x-1}{x+2} = \frac{x+3}{x-2}$$
b) $$\frac{2}{x-3} = 1 + \frac{5}{x}$$
c) $$x-3 = \frac{26}{x^2+3x+9}$$
a) Odpowiedzią jest $x = -\frac{1}{2}$.
b) Rozwiązaniami równania są $x_1 = -\sqrt{15}$ i $x_2 = \sqrt{15}$.
c) Rozwiązaniem równania jest $x = \sqrt[3]{53}$.
a) Obliczenie rozwiązań równania $\frac{x-1}{x+2} = \frac{x+3}{x-2}$:
Założenia:\[x+2 \neq 0 \implies x \neq -2\]\[x-2 \neq 0 \implies x \neq 2\]Przekształcamy równanie mnożąc na krzyż:\[(x-1)(x-2) = (x+3)(x+2)\]Rozwijamy obie strony:\[x^2 - 2x - x + 2 = x^2 + 2x + 3x + 6\]\[x^2 - 3x + 2 = x^2 + 5x + 6\]Odejmujemy $x^2$ z obu stron:\[-3x + 2 = 5x + 6\]Przenosimy $5x$ na lewą stronę, a $2$ na prawą:\[-3x - 5x = 6 - 2\]\[-8x = 4\]Dzielimy przez $-8$:\[x = \frac{4}{-8}\]\[x = -\frac{1}{2}\]Rozwiązanie spełnia założenia.
b) Obliczenie rozwiązań równania $\frac{2}{x-3} = 1 + \frac{5}{x}$:
Założenia:\[x-3 \neq 0 \implies x \neq 3\]\[x \neq 0\]Sprowadzamy prawą stronę do wspólnego mianownika:\[\frac{2}{x-3} = \frac{x}{x} + \frac{5}{x}\]\[\frac{2}{x-3} = \frac{x+5}{x}\]Mnożymy na krzyż:\[2x = (x+5)(x-3)\]Rozwijamy prawą stronę:\[2x = x^2 - 3x + 5x - 15\]\[2x = x^2 + 2x - 15\]Odejmujemy $2x$ z obu stron:\[0 = x^2 - 15\]Przenosimy $-15$ na lewą stronę:\[x^2 = 15\]Pierwiastkujemy obie strony:\[x = \pm \sqrt{15}\]Czyli:\[x_1 = -\sqrt{15}\]\[x_2 = \sqrt{15}\]Oba rozwiązania spełniają założenia.
c) Obliczenie rozwiązań równania $x-3 = \frac{26}{x^2+3x+9}$:
Założenia:\[x^2+3x+9 \neq 0\]Obliczamy wyróżnik dla mianownika:\[\Delta_{\text{mianownika}} = 3^2 - 4 \cdot 1 \cdot 9 = 9 - 36 = -27\]Ponieważ $\Delta_{\text{mianownika}} < 0$ i współczynnik przy $x^2$ jest dodatni ($1 > 0$), wyrażenie $x^2+3x+9$ jest zawsze dodatnie i nigdy nie jest równe zero. Zatem nie ma dodatkowych założeń co do $x$.
Mnożymy obie strony równania przez mianownik:\[(x-3)(x^2+3x+9) = 26\]Zauważamy, że lewa strona to wzór skróconego mnożenia na różnicę sześcianów $a^3-b^3=(a-b)(a^2+ab+b^2)$, gdzie $a=x$ i $b=3$:\[x^3 - 3^3 = 26\]\[x^3 - 27 = 26\]Dodajemy $27$ do obu stron:\[x^3 = 53\]Obliczamy pierwiastek sześcienny:\[x = \sqrt[3]{53}\]Rozwiązanie spełnia założenia.
Zadanie 4 (3 pkt)
Rozwiąż równanie, pamiętając o koniecznych założeniach:
a) $$\frac{4}{x-2} - \frac{3}{x+1} = \frac{7}{3}$$
b) $$\frac{3}{x-2} - \frac{2}{x+5} = \frac{7x+19}{x^2+3x-10}$$
c) $$(3x-2) \cdot x + 27 = \frac{18}{x}$$
a) Rozwiązaniami równania są $x_1 = \frac{5 - 3\sqrt{37}}{7}$ oraz $x_2 = \frac{5 + 3\sqrt{37}}{7}$.
b) Rozwiązaniem równania jest $x = 0$.
c) Rozwiązaniem równania jest $x = \frac{2}{3}$.
a) Rozwiązanie równania:
Dziedzina:
$x \neq 2$
$x \neq -1$
Równanie:\[ \frac{4}{x-2} - \frac{3}{x+1} = \frac{7}{3} \]Mnożymy obie strony przez wspólny mianownik $3(x-2)(x+1)$:\[ 3 \cdot 4(x+1) - 3 \cdot 3(x-2) = 7(x-2)(x+1) \]\[ 12(x+1) - 9(x-2) = 7(x^2 - x - 2) \]\[ 12x + 12 - 9x + 18 = 7x^2 - 7x - 14 \]\[ 3x + 30 = 7x^2 - 7x - 14 \]Przenosimy wszystkie wyrazy na jedną stronę:\[ 7x^2 - 10x - 44 = 0 \]Obliczamy wyróżnik trójmianu kwadratowego $\Delta$:\[ \Delta = b^2 - 4ac \]\[ \Delta = (-10)^2 - 4 \cdot 7 \cdot (-44) \]\[ \Delta = 100 + 1232 \]\[ \Delta = 1332 \]Obliczamy pierwiastki równania:\[ x_1 = \frac{-b - \sqrt{\Delta}}{2a} \]\[ x_2 = \frac{-b + \sqrt{\Delta}}{2a} \]\[ x_1 = \frac{10 - \sqrt{1332}}{2 \cdot 7} \]\[ x_2 = \frac{10 + \sqrt{1332}}{2 \cdot 7} \]\[ x_1 = \frac{10 - 6\sqrt{37}}{14} \]\[ x_2 = \frac{10 + 6\sqrt{37}}{14} \]\[ x_1 = \frac{5 - 3\sqrt{37}}{7} \]\[ x_2 = \frac{5 + 3\sqrt{37}}{7} \]Oba rozwiązania spełniają założenia dziedziny.
b) Rozwiązanie równania:
Dziedzina:
$x \neq 2$
$x \neq -5$
Równanie:\[ \frac{3}{x-2} - \frac{2}{x+5} = \frac{7x+19}{x^2+3x-10} \]Zauważamy, że $x^2+3x-10 = (x-2)(x+5)$. Mnożymy obie strony przez wspólny mianownik $(x-2)(x+5)$:\[ 3(x+5) - 2(x-2) = 7x+19 \]\[ 3x + 15 - 2x + 4 = 7x+19 \]\[ x + 19 = 7x+19 \]Przenosimy $x$ na jedną stronę, a stałe na drugą:\[ 19 - 19 = 7x - x \]\[ 0 = 6x \]\[ x = 0 \]Rozwiązanie spełnia założenia dziedziny.
c) Rozwiązanie równania:
Dziedzina:
$x \neq 0$
Równanie:\[ (3x-2)x + 27 = \frac{18}{x} \]Rozwijamy lewą stronę:\[ 3x^2 - 2x + 27 = \frac{18}{x} \]Mnożymy obie strony przez $x$:\[ 3x^3 - 2x^2 + 27x = 18 \]Przenosimy wszystkie wyrazy na jedną stronę:\[ 3x^3 - 2x^2 + 27x - 18 = 0 \]Faktoryzujemy przez grupowanie:\[ x^2(3x-2) + 9(3x-2) = 0 \]\[ (x^2+9)(3x-2) = 0 \]Równanie $x^2+9=0$ nie ma rozwiązań rzeczywistych, ponieważ $x^2 = -9$. Rozwiązujemy drugą część:\[ 3x-2 = 0 \]\[ 3x = 2 \]\[ x = \frac{2}{3} \]Rozwiązanie spełnia założenia dziedziny.
Zadanie 5 (3 pkt)
Rozwiąż równanie, pamiętając o koniecznych założeniach:
a) $$ x^2 - 9 + \frac{9}{x^2 - 9} + 10 = 0 $$
b) $$ x^2 + 2x = \frac{16}{x^2 + 2x} $$
c) $$ \frac{x^2 - 3}{4} + \frac{7}{x^2 - 3} = 4 $$
a) Rozwiązaniami równania są $x = -2\sqrt{2}$, $x = 0$ oraz $x = 2\sqrt{2}$.
b) Rozwiązaniami równania są $x = -1-\sqrt{5}$ oraz $x = -1+\sqrt{5}$.
c) Rozwiązaniami równania są $x = -\sqrt{17}$, $x = -\sqrt{5}$, $x = \sqrt{5}$ oraz $x = \sqrt{17}$.
a) Ustalenie założeń i podstawienie:Założenia: $x^2 - 9 \neq 0$, co oznacza $x \neq 3$ i $x \neq -3$. Wprowadzamy podstawienie $t = x^2 - 9$. Równanie przyjmuje postać:\[ t + \frac{9}{t} + 10 = 0 \]Mnożymy równanie przez $t$ (zakładamy $t \neq 0$, co jest spełnione przez założenia $x^2 - 9 \neq 0$):\[ t^2 + 9 + 10t = 0 \]Porządkujemy równanie kwadratowe:\[ t^2 + 10t + 9 = 0 \]Obliczamy wyróżnik $\Delta$:\[ \Delta = 10^2 - 4 \cdot 1 \cdot 9 = 100 - 36 = 64 \]Obliczamy wartości $t$:\[ t_1 = \frac{-10 - \sqrt{64}}{2 \cdot 1} = \frac{-10 - 8}{2} = \frac{-18}{2} = -9 \]\[ t_2 = \frac{-10 + \sqrt{64}}{2 \cdot 1} = \frac{-10 + 8}{2} = \frac{-2}{2} = -1 \]Wracamy do podstawienia $t = x^2 - 9$:Dla $t_1 = -9$:\[ x^2 - 9 = -9 \]\[ x^2 = 0 \]\[ x = 0 \]Dla $t_2 = -1$:\[ x^2 - 9 = -1 \]\[ x^2 = 8 \]\[ x = \sqrt{8} = 2\sqrt{2} \quad \text{lub} \quad x = -\sqrt{8} = -2\sqrt{2} \]Wszystkie rozwiązania spełniają założenia.
b) Ustalenie założeń i podstawienie: Założenia: $x^2 + 2x \neq 0$, co oznacza $x(x+2) \neq 0$, czyli $x \neq 0$ i $x \neq -2$. Wprowadzamy podstawienie $t = x^2 + 2x$. Równanie przyjmuje postać:\[ t = \frac{16}{t} \]Mnożymy równanie przez $t$ (zakładamy $t \neq 0$, co jest spełnione przez założenia $x^2 + 2x \neq 0$):\[ t^2 = 16 \]\[ t^2 - 16 = 0 \]Rozkładamy na czynniki:\[ (t-4)(t+4) = 0 \]Obliczamy wartości $t$:\[ t_1 = 4 \]\[ t_2 = -4 \]Wracamy do podstawienia $t = x^2 + 2x$:Dla $t_1 = 4$:\[ x^2 + 2x = 4 \]\[ x^2 + 2x - 4 = 0 \]Obliczamy wyróżnik $\Delta$:\[ \Delta = 2^2 - 4 \cdot 1 \cdot (-4) = 4 + 16 = 20 \]Obliczamy wartości $x$:\[ x_{1,2} = \frac{-2 \pm \sqrt{20}}{2 \cdot 1} = \frac{-2 \pm 2\sqrt{5}}{2} \]\[ x_1 = -1 + \sqrt{5} \]\[ x_2 = -1 - \sqrt{5} \]Dla $t_2 = -4$:\[ x^2 + 2x = -4 \]\[ x^2 + 2x + 4 = 0 \]Obliczamy wyróżnik $\Delta$:\[ \Delta = 2^2 - 4 \cdot 1 \cdot 4 = 4 - 16 = -12 \]Ponieważ $\Delta < 0$, brak jest rozwiązań rzeczywistych dla tego przypadku. Wszystkie znalezione rozwiązania ($x=-1+\sqrt{5}$ i $x=-1-\sqrt{5}$) spełniają założenia.
c) Ustalenie założeń i podstawienie: Założenia: $x^2 - 3 \neq 0$, co oznacza $x \neq \sqrt{3}$ i $x \neq -\sqrt{3}$. Wprowadzamy podstawienie $t = x^2 - 3$. Równanie przyjmuje postać:\[ \frac{t}{4} + \frac{7}{t} = 4 \]Mnożymy równanie przez $4t$ (zakładamy $t \neq 0$, co jest spełnione przez założenia $x^2 - 3 \neq 0$):\[ t^2 + 4 \cdot 7 = 4 \cdot 4t \]\[ t^2 + 28 = 16t \]Porządkujemy równanie kwadratowe:\[ t^2 - 16t + 28 = 0 \]Obliczamy wyróżnik $\Delta$:\[ \Delta = (-16)^2 - 4 \cdot 1 \cdot 28 = 256 - 112 = 144 \]Obliczamy wartości $t$:\[ t_{1,2} = \frac{-(-16) \pm \sqrt{144}}{2 \cdot 1} = \frac{16 \pm 12}{2} \]\[ t_1 = \frac{16 + 12}{2} = \frac{28}{2} = 14 \]\[ t_2 = \frac{16 - 12}{2} = \frac{4}{2} = 2 \]Wracamy do podstawienia $t = x^2 - 3$:Dla $t_1 = 14$:\[ x^2 - 3 = 14 \]\[ x^2 = 17 \]\[ x = \sqrt{17} \quad \text{lub} \quad x = -\sqrt{17} \]Dla $t_2 = 2$:\[ x^2 - 3 = 2 \]\[ x^2 = 5 \]\[ x = \sqrt{5} \quad \text{lub} \quad x = -\sqrt{5} \]Wszystkie rozwiązania spełniają założenia.
Grupa B
Zadanie 1 (3 pkt)
Rozwiąż równanie, pamiętając o koniecznych założeniach:
a) $$\frac{7}{x^2 - 4x + 4} = 0$$
b) $$\frac{(x + 5)(4x - 3)}{4x^2 - 36} = 0$$
c) $$\frac{1 - \frac{1}{16}x^2}{3x^2 - 12x - 15} = 0.$$
a) Równanie nie posiada rozwiązania.
b) Rozwiązaniami równania są $x = -5$ oraz $x = \frac{3}{4}$.
c) Rozwiązaniami równania są $x = 4$ oraz $x = -4$.
Zadanie 2 (3 pkt)
Rozwiąż równanie, pamiętając o koniecznych założeniach:
a) $$ \frac{x^3-6x^2+8x}{x(x-2)} = 0 $$
b) $$ \frac{x^3+5x^2-9x-45}{(3x-1)(x+5)} = 0 $$
c) $$ \frac{x^3+2x^2+x-4}{x^2+x+2} = 0 $$
a) Rozwiązaniem równania jest $x = 4$.
b) Rozwiązaniami równania są $x = 3$ oraz $x = -3$.
c) Rozwiązaniem równania jest $x = 1$.
Zadanie 3 (3 pkt)
Rozwiąż równanie, pamiętając o koniecznych założeniach:
a) $$\frac{x-2}{x+3} = \frac{x+1}{x-4}$$
b) $$\frac{4}{x-2} = 1 + \frac{3}{x}$$
c) $$x-4 = \frac{61}{x^2+4x+16}$$
a) Odpowiedzią jest $x = \frac{1}{2}$.
b) Rozwiązaniami równania są $x_1 = \frac{3 - \sqrt{33}}{2}$ i $x_2 = \frac{3 + \sqrt{33}}{2}$.
c) Rozwiązaniem równania jest $x = 5$.
Zadanie 4 (3 pkt)
Rozwiąż równanie, pamiętając o koniecznych założeniach:
a) $$\frac{5}{x-3} - \frac{4}{x+1} = \frac{9}{4}$$
b) $$\frac{4}{x-1} - \frac{3}{x+2} = \frac{x+11}{x^2+x-2}$$
c) $$(4x-1) \cdot x + 25 = \frac{25}{x}$$
a) Rozwiązaniami równania są $x_1 = \frac{11 - 4\sqrt{61}}{9}$ oraz $x_2 = \frac{11 + 4\sqrt{61}}{9}$.
b) Rozwiązaniem równania jest $x \in \mathbb{R} \setminus \{-2, 1\}$.
c) Rozwiązaniem równania jest $x = \frac{1}{4}$.
Zadanie 5 (3 pkt)
Rozwiąż równanie, pamiętając o koniecznych założeniach:
a) $$ x^2 - 1 + \frac{1}{x^2 - 1} + 2 = 0 $$
b) $$ x^2 + 6x = \frac{9}{x^2 + 6x} $$
c) $$ \frac{x^2 - 5}{2} + \frac{12}{x^2 - 5} = 5 $$
a) Rozwiązaniem równania jest $x = 0$.
b) Rozwiązaniami równania są $x = -3-2\sqrt{3}$, $x = -3+2\sqrt{3}$, $x = -3-\sqrt{6}$ oraz $x = -3+\sqrt{6}$.
c) Rozwiązaniami równania są $x = -\sqrt{11}$, $x = -3$, $x = 3$ oraz $x = \sqrt{11}$.
