§ 4. Иррациональные, показательные и логарифмические уравнения

70. Иррациональные уравнения.

Иррациональными называются уравнения, содержащие неизвестную величину под знаком корня. Таковы, например, уравнения

Во многих случаях, применяя однократно или многократно возведение в степень обеих частей уравнения, удается свести иррациональное уравнение к алгебраическому уравнению той или иной степени (являющемуся следствием исходного уравнения). Так как при возведении уравнения в степень могут появиться посторонние решения, то, решив алгебраическое уравнение, к которому мы привели данное иррациональное уравнение, следует найденные корни проверить подстановкой в исходное уравнение и сохранить лишь те, которые ему удовлетворяют, а остальные — посторонние — отбросить.

При решении иррациональных уравнений мы ограничиваемся только их действительными корнями; все корни четной степени в записи уравнений понимаются в арифметическом смысле.

Рассмотрим некоторые типичные примеры иррациональных уравнений.

А. У равнения, содержащие неизвестную под знаком квадратного корня. Если данное уравнение содержит только один квадратный корень, под знаком которого имеется неизвестная то следует этот корень уединить, т. е. поместить в одной части уравнения, а все другие члены перенести в другую часть. После возведения в квадрат обеих частей уравнения мы уже освободимся от иррациональности и получим алгебраическое уравнение для

Пример 1. Решить уравнение .

Решение. Уединяем корень в левой части уравнения;

Возводим полученное равенство в квадрат:

Находим корни этого уравнения:

Проверка показывает, что лишь удовлетворяет исходному уравнению.

Если в уравнение входит два и более корня, содержащих х, то возведение в квадрат приходится повторять несколько раз.

Пример 2. Решить следующие уравнения:

Решение, а) Возводим обе части уравнения в квадрат:

Уединяем корень:

Полученное уравнение снова возводим в квадрат:

После преобразований получаем для следующее квадратное уравнение:

решаем его:

Подстановкой в исходное уравнение убеждаемся в том, что есть его корень, а является для него посторонним корнем.

б) Пример можно решить тем же методом, каким был решен пример а). Однако, воспользовавшись тем, что правая часть данного уравнения не содержит неизвестной величины, поступим иначе. Умножим уравнение на выражение, сопряженное с его левой частью; получим

Справа стоит произведение суммы на разность, т. е. разность квадратов. Отсюда

или

В левой части данного уравнения стояла сумма квадратных корней; в левой части полученного теперь уравнения стоит разность тех же корней. Запишем данное и полученное уравнения:

Взяв сумму этих уравнений, получаем

или

Возведем в квадрат последнее уравнение и после упрощений получим

Отсюда находим . Проверкой убеждаемся в том, что корнем данного уравнения служит только число . Пример 3. Решить уравнение

Здесь уже под знаком радикала мы имеем квадратные трехчлены.

Решение. Умножаем уравнение на выражение, сопряженное с его левой частью:

отсюда

Вычтем последнее уравнение из данного:

Отсюда

или

Возводим это уравнение в квадрат:

Отсюда

Из последнего уравнения находим . Проверкой убеждаемся, что корнем данного уравнения служит только число х = 1.

Б. У равнения, содержащие корни третьей степени. Системы иррациональных уравнений. Ограничимся отдельными примерами таких уравнений и систем.

Пример 4. Решить уравнение

Решение. Покажем два способа решения уравнения (70.1). Первый способ. Возведем обе части данного уравнения в куб (см. формулу (20.8)):

(здесь мы заменили сумму кубических корней числом 4, пользуясь уравнением ).

Итак, имеем

или

т. е., после упрощений,

откуда Оба корня удовлетворяют исходному уравнению.

Второй способ. Положим

Уравнение (70.1) запишется в виде . Кроме того, видно что . От уравнения (70.1) мы перешли к системе

Разделив первое уравнение системы почленно на второе, найдем

и уже легко решим систему вида

Ее решения: .

Из равенства находим при и :

Рассмотрим теперь примеры решения систем уравнений с двумя неизвестными, из которых по крайней мере одно уравнение иррациональное.

Пример 5. Решить систему уравнений

Решение. Обозначим . Это позволит первое уравнение системы записать в виде

откуда . Взяв , найдем

Теперь из второго уравнения системы находим Из корней этого неполного квадратного уравнения берем только (корень отбрасываем; почему?). Отсюда .

Если взять то получим (читатель проведет все необходимые для этого выкладки самостоятельно). Итак, данная система имеет следующие решения: .

Пример 6. Решить систему уравнений

Решение. Возведя в квадрат первое уравнение, получим

С помощью второго уравнения системы найдем

Последнее уравнение является квадратным относительно Уху. Из него находим только положительное значение откуда , и данную систему тем самым сводим к системе

Решив эту систему, найдем, что пара чисел (1, 1) служит единственным решением и ее, и исходной системы.