Государственное образовательное учреждение Тверской областной институт усовершенствования учителей Учебно-методический центр ЭЛЕКТИВНЫЙ КУРС "РАСПОЛОЖЕНИЕ КОРНЕЙ КВАДРАТНОГО ТРЕХЧЛЕНА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПАРАМЕТРА" Выполнила: Потапенко М.С. учитель математики МОУ СОШ №29 г. Твери Руководитель: Долгинцева Л.В. гл. методист по математике УМЦ ТОИУУ Тверь, 2006 2 ПРОГРАММА ЭЛЕКТИВНОГО КУРСА "РАСПОЛОЖЕНИЕ КОРНЕЙ КВАДРАТНОГО ТРЕХЧЛЕНА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПАРАМЕТРА" ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Решение уравнений и неравенств с параметрами можно считать деятельностью, близкой по своему характеру обусловлено тем, что выбор метода к исследовательской. Это решения, запись ответа предполагают определенный уровень сформированности умений наблюдать, сравнивать, анализировать, выдвигать и проверять гипотезу, обобщать полученные результаты. Без сомнения, задачи с параметрами дают развивающий эффект, научный подход к решению задач. И в то же время наша программа не включает в себя этот важный раздел. С этим противоречием я и столкнулась, так как в наших школьных учебниках не содержится теоретического материала о решении заданий с параметрами, всего несколько упражнений, которые идут со звездочкой и не даются систематически. То есть, возникает противоречие между необходимостью увеличить объем информации, общеобразовательную программу и возможностью включаемый в ее усвоения каждым учеником. Кроме того, как и каждый учитель, я сталкиваюсь в своей работе с противоречием между необходимостью изучить материал и отсутствием мотивации учения школьниками. При изучении темы, которую я выбрала, мотивация у ребят есть: задачи встречаются очень часто на вступительных экзаменах в ВУЗы, ЕГЭ; их решения красивы и компактны. Среди всех задач с параметрами я выбрала задачи на расположение корней квадратного трехчлена в зависимости от параметра. 3 ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОГРАММЫ Программа может быть реализована в 9-11 классах на уроках повторения и при подготовке к экзамену, а также на факультативных занятиях. ЦЕЛЬ КУРСА 1. Создание целостного представления о теме "Расположение корней квадратного трехчлена". 2. Расширение спектра задач, посильных для учащихся. ЗАДАЧИ 1. Обобщение, систематизация и углубление знаний по темам "Квадратные уравнения" и "Задачи с параметрами". 2. Развитие математических способностей. 3. Подготовка к ЕГЭ, вступительным экзаменам. 4. Формирование у учащихся прочных и осознанных навыков, необходимых для дальнейшего решения задач. 5. Воспитывать способность понимать смысл поставленной задачи, анализировать, разрабатывать способ решения, проводить рассуждения, обоснования, доказательство своих действий, грамотно записывать решение и ответ. ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Изучение этого курса позволит: расширить и углубить знания раздела "Квадратные уравнения"; познакомить учащихся с новыми приемами решений заданий с параметром; дать возможность учащимся проверить свой уровень знаний и свои математические способности. СОДЕРЖАНИЕ 4 Данный курс является развитием системы ранее приобретенных знаний. Программа содержит 3 блока, связанных единой идеей. Можно использовать все блоки или любой из них. В I-м блоке углубляются и систематизируются ранее полученные знания. Во II-м блоке классифицируются задачи на расположение корней квадратного уравнения. Даются геометрические интерпретации ко всем типам задач и составляются схемы-алгоритмы решения, решаются все типы задач. III-й блок содержит задачи по данной теме из вступительных экзаменов и КИМов ЕГЭ. Первые два блока доступны практически всем ученикам, имеющим базовый уровень знаний. III-й блок рассчитан на ребят, проявивших интерес к изучению математики. Тематическое планирование Блок Наименование тем Кол-во часов Форма контроля Составление I Актуализация знаний 2 опорного конспекта II а) Классификация задач на расположение 1 корней квадратного уравнения; III опорного б) Геометрическая интерпретация; 1 в) Составление алгоритма решения; 1 г) Решение задач; 3 д) Самостоятельная работа. 1 Решение задач 4 Самоконтроль 1 Итого Составление 14ч. конспекта Семинар Исследовательская работа 5 I Блок Актуализация знаний Параметр - это конкретное число, которое может принимать любые допустимые значения. Решать пример с параметром означает дать ответ на бесконечно много примеров - ровно столько, сколько возможных значений параметра. В ответе нужно рассказать про все значения параметра, при каких значениях решений нет, при каких есть и какие именно. Задачи с параметром мы разбиваем на 2 группы: I – обычные уравнения, неравенства, системы. II – задачи, где нужно найти значения параметра, при котором выполняется какое-нибудь требование. Алгоритм решения простой. Решаем задачу, не обращая внимания на параметр, работая с ним, как с конкретным числом, до тех пор, пока он сам не заставит обратить на себя внимание! ПРИМЕРЫ 1. Линейным или квадратным является уравнение 5b(b – 2)x2 + (5b – 2)x – 16=0 относительно х при: а) в=1 б) в=2 в) в=0.4 г) в=0 2. Выясните вид уравнения 2ах(х – 1) + х(ах – 12)=3х2 + 8 относительно х при: а) а = –2 б) а = –6 в) а = 1 г) а=0 и решите для каждого случая отдельно. Уравнение вида mx2+px+q=0,где x – неизвестное, m,p,q – выражения, зависящие только от параметров и m≠0, называется квадратным уравнением относительно x. Допустимыми будем считать только те значения параметров, при которых m,p,q – действительны. ПРИМЕРЫ 1.Решить уравнение mx2 + 3mx – (m+2)=0 6 1)m=0 корней нет 2) m≠0 x12 =(-3m ± √9m2 + 4m(m + 2))/2m =(-3m ± √13m2 + 8m)/2m Ответ:1) -8/13<m<0 решений нет 2) m<–8/13, m>0 x12==(-3m ± √13m2 + 8m)/2m 2.Решить уравнение √с – 2 х2 – (с–1)х + √с - 2 = 0 О.О.У.: с ≥ 2 1) с=2 х=0 2) с>2 х1=(с–2)/ √с–2 х2=1/√с–2 3. Решить уравнение х/m(х + 1) – 2/(х +2) = (3-m2)/m(х+1)(х+2) Решение: 1) m≠0, х≠–1, х≠–2 х1= m+1, х2=m–3 Среди полученных корней могут быть и посторонние, а именно те, при которых (х+1)(х+2)=0 Чтобы выделить их, необходимо узнать, при каких значениях m полученные корни (или один из них)принимают значения х= –2 или х= –1 х1=m+1= –2 при m= –3 при этом х2= –6 х1=m+1= –1 при m= –2 при этом х2= –5 х2=m–2= –2 при m= 1 при этом х1= 2 х2=m–2= –1 при m= 2 при этом х1= 3 Ответ: 1) m≠ 0, m≠ –3, m≠ 1 m≠ ±2, х1= m+1 х2= m–3 2) m= –3, х = –6 m= –2, х = 5 m= 1, х = 2 7 m = 2, х = 3 3) m=0 уравнение не имеет смысла Упражнения для самостоятельной работы 1. (k – 5)х2 + 3kх – (k – 5)=0 Ответ: 1) k = 5 х = 0 2) k ≠ 5 х= (–3k ± √13k2 – 40k + 100)/2(k – 5) 2. (х + 2)/(a + 1) = (2х – a – 1)/ (х – 2) Ответ: 1) a = –1 нет корней 2) a = 3 х=6 3) a ≠ –1 a≠3 х1= a + 3 х2 = a – 1 II. Задачи на расположение корней зависимости от параметра квадратного трехчлена в могут быть разнообразные: найти значение параметра, при котором корни положительны, отрицательны, имеют разный знак, больше или меньше какого-либо числа, принадлежат данному отрезку или когда отрезок находится между корнями трехчлена. С первого взгляда, ребятам представляется естественным, найдя корни квадратичной функции (если они существуют), сопоставить их с заданной точкой (или точками). Но этот путь оправдан лишь в тех случаях, когда нам повезет – дискриминант окажется полным квадратом. Но это бывает редко. Увидев задачу, ребята быстро идут "напролом", записывая громоздкие корни, и зарываясь в иррациональные неравенства. Рациональный путь решения таких задач основан на геометрической интерпретации условия задачи. Мы как бы переводим условия задачи на 8 графический язык и находим аналитические соотношения, описывающие эту картинку. Поэтому ставлю своей целью добиться понимания учениками условия задач, записи аналитических соотношений. Считаю, что теоретический последующей материал можно подать блочно с его вариативной доработкой на основе учета учебных возможностей учащихся. Пусть дана квадратичная функция f (х) = ах2 + вх +с , где х1 и х2 корни трехчлена f (х) . Рассматриваются следующие задачи: 1. х1 и х2 строго меньше данного числа m f(m) х1 х2 х1 х0 х0 х2 m m f(m) а<0 D>0 х0 < m f(m) < 0 а>0 D>0 х0 < m f(m) > 0 2. Данное число находится между корнями квадратного трехчлена f(m) х2 х1 m х1 m х2 f(m) а<0 f(m) > 0 а>0 f(m) < 0 9 3. Оба корня больше некоторого числа m f(m) m х1 х2 х1 m х0 х0 х2 f(m) а<0 D>0 х0 > m f(m) < 0 D>0 х0 > m f(m) > 0 4. Оба корня лежат на интервале (m, n) f(m) f(n) m х1 х2 n х1 m х0 х0 х2 n f(n) f(m) а<0 D>0 х0 Є (m, n) f(m) < 0 f(n) < 0 а>0 D>0 х0 Є (m, n) f(m) > 0 f(n) > 0 5. Отрезок [m, n] целиком лежит между корнями х1 и х2 f(m) f(n) n m х2 х1 f(n) х2 х1 n f(m) m 10 а<0 f(m) > 0 f(m) > 0 а>0 f(m) < 0 f(m) < 0 Для закрепления теоретического материала рассматриваем задачи на применение данных утверждений. Задача 1. (из сборника задач по алгебре для 8-9 классов М.Л. Галицкого, А.М. Гольдмана, Л.И. Звавича) № 6.170 При каких значениях а уравнение х2 – (2а – 1)х +1 = 0 имеет два различных действительных положительных корня? 1). Для того, чтобы оба корня х1 и х2 были положительны, необходимо и достаточно чтобы f(0) х0 > 0 f(0) > 0 D>0 х0 0 х1 х2 (2а - 1)2 - 4 (1 - а) > 0 4а2 - 4а+1-4+4а > 0 4а2 – 3 > 0 (2а - 1)/2 > 0 2а – 1 > 0 а > 1/2 1- а > 0 а<1 а<1 4а2 - 3 > 0 4а2 - 3 = 0 11 а2 = 3/4 а 1,2 = + √3/2 Ответ: √3/2 < а < 1 Г. 6.171 При каких значениях а уравнение х2 - (2а + 4)х - 5 - 2 а = 0 имеет два различных действительных отрицательных числа? (т.е. условие можно сформулировать по-другому: когда оба корня уравнения меньше нуля). f(0) х0 х1 х2 0 (2а + 4)2 + 4 (5 + 2а) > 0 4а2 + 16а + 16 +20+ 8а > 0 (2а + 4)/2 < 0 а+2 < 0 -5а - 2а > 0 а < -2,5 х0 < 0 f(0) > 0 D>0 4а2 + 24а + 36 > 0 а2 + 6а + 9 > 0 (а+3)2 > 0 а < -2 а < -2 а < -2 а < -2,5 а < -2,5 а < -2,5 Ответ: а < -2,5, а ≠ -3 12 Г. 6.172 При каких значениях а уравнение х2 - (2а - 6)х +3а + 9 = 0 имеет корни разных знаков? (т.е. число 0 находится между корнями квадратного трехчлена) 0 х1 х2 Задача сводится к решению неравенства f (0) < 0 3а + 9 < 0 3а < -9 а < -3 Г. 6. 174 Найти все значения а, при которых корни уравнения х2 + (а+1)х – 2а(а-1) = 0 меньше 1. х1 х2 х0 < 1 f(1) > 0 D>0 1 (а + 1)2 + 8а (а - 1) > 0 а2 + 2а + 1 +8а2 - 8а > 0 -(а + 1)/2 < 1 (-а – 1 -2)/2 < 0 1 + а + 1 – 2а(а-1) > 0 2 + а – 2а2 +2а > 0 13 9а2 - 6а + 1 > 0 (3а – 1) 2 > 0 а ≠ 1/3 -(а - 3)/2 < 0 -а – 3 < 0 а >–3 -2а2 +3а +2 > 0 -1/2 < а < 2 -1/2 < а < 2 2а2 – 3а –2 < 0 2а2 – 3а –2 = 0 D= 9+16= 25 а1 = 2 а2=-1/2 Ответ: -1/2 < а < 2 Г. 6.175 Для каких значений m уравнение 4х2 - 2х + m = 0 имеет корни, заключенные между –1 и 1? -1 х1 х2 х0 Є[-1; 1] f(1) > 0 f(-1) > 0 D>0 1 6+m>0 m > -6 2+m>0 m > -2 4 – 16m > 0 m < 1/4 -1 < 1/4 < 1 Ответ: -2 < m < 1/4 14 ЗАДАЧА 1. При каких значениях а оба корня уравнения х2 – 6а +2 – 2а + 9а2 = 0 больше 3? Решение. Так как старший коэффициент положителен, то данному заданию соответствует следующая геометрическая интерпретация. х0 3 Оба корня трехчлена будут больше 3, тогда и только тогда, если х0 > 3 f(3) > 0 D≥0 х0=3а, D = 3ba2 – 4(2 – 2a +9a2) = 3ba2 – 8 + 8a – 3ba2 = 8a – 8 8a – 8 ≥ 0 a≥1 3a > 3 a>1 9 – 18a +2 – 2a + 9a2 > 0 9a2 – 20a +11 > 0 a>1 a<1 a > 11/9 a > 11/9 15 9a2 – 20a +11 = 0 D = 400 – 396 = 4 a1,2 = (20 ± 2)/18; a1=1, a2=11/9 + + 1 – 11/9 Ответ: a >11/9 ЗАДАЧА 2. При каких значениях а оба корня уравнения х2 –аx +2 = 0 лежат на интервале (0;3). Решение. Старший коэффициент положителен. Данной задаче соответствует следующая геометрическая интерпретация х0 0 х1 х2 3 Задача эквивалентна следующей системе: х0 Є(0; 3) f(0) > 0 f(3) > 0 D≥0 D = a2 – 8 ≥0 (а – 2√2)(а + 2√2) ≥0 + а – 2√2 х0 =а/2 + – а + 2√2 16 f(0)=2> 0 f(3)=9 – 3a +2= 11 – 3a > 0 Получаем: (а – 2√2)(а + 2√2) ≥0 0<а/2<3 11 – 3а >0 a ≤ - 2√2 a ≥ 2√2 0<а<6 a < 11/3 – 2√2 0 2√2 11/3 6 а Сравним 11/3>2√2<3 Ответ : 2√2 < а < 11/3 ЗАДАЧА 3. При каких значениях а один корень уравнения ах2 + x +1 = 0 больше 2, а другой корень меньше 2? Решение. Данная ситуация изображена на рисунке 2 х Условие задачи может выполняться тогда и только тогда когда аf(2) <0 17 f(2) = 4а + 2 + 1 = 4а +3 а (4а + 3) <0 а(4а + 3) =0 + а1=0, а2=-3/4 + – -3/4 0 -3/4 < а < 0 Ответ: -3/4 < а < 0 ЗАДАЧА 4. При каких значениях а оба корня квадратного трехчлена х2 + 2(р+1)х + 9р – 5 отрицательны? Решение. Оба корня отрицательны, если выполняется система неравенств: х1х2≥0 х1 + х2 < 0 D≥0 D = 4(a +1)2 – 4(9а – 5) = 4а2 + 8а + 4 – 36а + 20 = 4а2 – 28а + 24= = 4(а – 6)(а – 1) + + 1 – 6 а х1 +х2= - 2(р +1) х1х2= 9р – 5 Тогда решаем систему (р – 1)(р – 6) ≥0 (р – 1)(р – 6) ≥0 -2(р+1) < 0 р > -1 9р – 5 >0 р > 5/9 5/9 < р < 1, р ≥ 6 18 Ответ: 5/9 < р < 1, р ≥ 6 ЗАДАЧА 5. При каких значениях b уравнение bх2 + х + b3=0 имеет два положительных корня? Решение. 1 случай b=0 х=0 – 1 корень не удовлетворяет условию задачи 2 случай b≠0 х2 + 1/ b х + b2=0 (b≠0) 0 х Оба корня положительны, если выполняется система неравенств D ≥0 1/b2 – 4b2 ≥0 х1 + х2 > 0 b2 > 0 х1х2 > 0 1/b < 0 1/b2 – 4b2 = (1 - 4b4)/ b2 = (1 - 2b2) (1 + 2b2)/ b2 ≥0 + – √2/2≤ b ≤0 b≠ 0 b <0 -√2/2 (1 - 2b2)/ b2 ≥0 + 0 √2/2 – 19 -√2/2 ≤ b < 0 Ответ: -√2/2 ≤ b < 0 УПРАЖНЕНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ 1.При каких а один корень уравнения ах2+х+1=0 больше 2, а другой корень меньше 2? Ответ:-3/4<a<0 2.При каких значениях а квадратный трехчлен ах2-7х+4а принимает отрицательные значения для любых действительных значений х? Ответ: а<-1,75. 3.При каких значениях р корни уравнения 4х2-(3р+1)х-р-2=0 заключены в промежутке между -1 и 2 ? Ответ:-1,5<p<1 5/7 4.Найти все а, при которых квадратный трехчлен р(х)=(а2-1)х2+2(а1)х+1 положителен при всех х . Ответ: а>1 5. При каких а один из корней уравнения (а 2+а +1)х2+(2а-3)х+а-5=0 больше 1, а другой меньше 1? Ответ: -2-√11<a<-2+√11 6. При каких а оба корня уравнения х2 + 4aх + (1 - 2a + 4a2)=0 меньше 1? Ответ: а>1 III. ЗАДАЧА 1 При каких значениях а неравенство ах2 + (а+1)x – 3 < 0 выполняется при при всех х<2? 20 Решение. 1 случай а=0 х – 3 <0. Ясно, что неравенство выполняется при всех х<2 (и даже при х<3) 2 случай а>0, ветви направлены вверх. Если D≤0, то трехчлен принимает неотрицательные значения. Рассмотрим случай, когда D>0 ах2 + (а+1)x – 3 < 0 х2 = (а+1)х/а - 3/а < 0 х1 х2 х1х2=-3/а Значит один из корней х1< 0. Т.е. х1< 0 <2 Но f(х1)=0, т.е. неравенство f(х) < 0 не выполняется для х1< 2 3 случай а< 0 Если D< 0, то трехчлен отрицателен при всех х, а значит и при х< 2. Если D≥0, то парабола пересекает ось Ох и та ее часть, которая находится выше оси Ох должна быть правее точки 2. х1 х2 Следовательно должна выполняться система х0 ≥ 2 f(2) ≤ 2 D≥0 21 D=(а+1)2 + 12а = а2 + 2а + 1 + 12а = а2 +14а + 1 ≥0 а2 +14а + 1=0 D=196 – 4 = 192 а1,2 = (-14±√192)/2 = (-14± 8√3)/2 а1,2 = -7±4√3 + + -7 – 4√3 – -7 + 4√3 х0 = - (а+1)/2а ≥2 - (а+1)/2а – 2 ≥0 (-а – 1 – 4а)/2а ≥0 (-5а – 1)/2а ≥0 + – -1/5 – 0 а f(2)= 4а + 2а + 2 – 3 ≤ 0 6а – 1 ≤ 0 а≤ 1/6 a ≤ -7 – 4√3 a ≥ -7 + 4√3 -1/5≤а≤0 a ≤ 1/6 -7 - 4√3 -0,2 -7 + 4√3 0 1/6 а [-7 + 4√3; 0) Учитывая, что нам подошел случай а=0, получаем окончательный ответ [-7 + 4√3; 0] Ответ: -7 + 4√3≤ а ≤ 0 ЗАДАЧА 2. Найти все значения а, при которых уравнение (а+1)х2 – 2ах + а – 2 = 0 имеет два различных положительных корня. 22 1 случай а = -1 2х – 3 = 0 х=3/2 2 случай а ≠ -1, тогда уравнение квадратное и равносильно уравнению х2 – 2ах/(а+1) + (а–2)/(а+1) = 0 Уравнение имеет положительные корни тогда и только тогда, если D >0 х1 + х2 > 0 х1х2 > 0 D= (2а/(а+1))2 – 4(а – 1)/(а +1) = 4а2/(а+1)2 – 4(а – 2)/(а +1)= = (4а2 – 4(а – 2)(а + 1)/(а +1)2 = (4(а2 – (а2 – а – 2)))/(а + 1)2 = = 4(а2 – а2 + а +2)/(а+1)2 = 4(а + 2)/(а +1)2 >0 Если а +2 >0, а >-2, а≠1 х1х2=(а – 2)/(а +1) >0 + + – -1 2 а<-1, а>2 х1 + х2=2а/(а +1) >0 + + -1 – а<-1, а>0 а >-2, а≠1 а< -1, а > 2 а< -1, а > 0 0 23 -2 -1 0 а 2 -2<а<-1, а>2 Ответ: -2<а<-1, а>2 ЗАДАЧА 3. Найти все значения а, при которых уравнение х2 − 6х +а = 0 имеет два различных действительных корня, из которых только один принадлежит интервалу (1;7). Решение. Обозначим f(х) = х2 – 6х +а и заметим, что абсцисса вершины параболы х0=3, а корни х1 и х2 будут симметричны относительно точки х0=3. 3 х1 0 х2 7 х Поэтому, если х1<х2, то интервалу (1;7) должна принадлежать только точка х2 (если х1 Є (1;7), то х1Є (1;3) и тогда х2Є (3;5) и х2Є (1;7), т.е. оба корня уравнения лежат на интервале (1;7). Следовательно, х1<1 и поэтому f (1) ≤ 0, а f(7) >0, т.к. х2 < 7 Задача свелась к решению системы неравенств f(1) ≤ 0 -5 +а ≤ 0 f(7) > 0 7+а > 0 -7 < а ≤5 Ответ: -7 < а ≤5 24 ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ 1.При каких значениях параметра а уравнение ах2-4х+а=0 имеет: а) положительные корни б) отрицательные корни в)корень, равный 0 2.Найти d, при которых корни уравнения 2х2+dx+3d=0 меньше 1 3.При каких значениях а оба корня трехчлена х2 2(а-1)х +а2 +1 а) положительны б) отрицательны 4.При каких а оба корня уравнения х2 –6ах +2-2а+9а2=0 больше 3? 5.При каких а оба корня уравнения х2 –ах=2=0 лежат на интервале (0;3)? 6. При каких а один корень уравнения ах2 +х+1=0 больше 2, а другой меньше 2? 7. Найти а ,при которых оба корня уравнения х2+х+а=0 больше а? 8. При каких а оба корня уравнения ах2-(а+1)х+2=0 по модулю меньше 1? 9. При каких а один из корней уравнения (а2+а+1)х2 + (2а-3)х +а-5=0 больше 1 ,а другой меньше 1? 10. Существуют ли такие а, что корни уравнения х2+2х+а=0 различны и лежат между -1 и 1? 25 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. М.Л. Галицкий, А.М. Гольдман, Л.И.Звавич. Сборник задач по алгебре 8-9.Москва, 2000 2. Г.А. Ястребинецкий. Задачи с параметрами. Москва, 1986 3. П.И.Горнштейн, В.Б.Полонский, М.С.Якир. Задачи с параметрами. Киев, 1992 4. В.В.Ткачук. Математика-абитуриенту,т1.Москва, 1994 5. С.Л.Попцов. Как решать задачи с параметром. Тверь, 1999 6. Сборник задач по математике для поступающих во втузы. Под редакцией М.И. Сканави, Москва, 2003