Решение уравнений в древней греции доклад 7 класс

Обновлено: 18.05.2024

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

История квадратных уравнений

Необходимость решать уравнения не только первой степени, но и второй ещё в древности была вызвана потребностью решать задачи, связанные с нахождением площадей земельных участков, с развитием астрономии и самой математики. Квадратные уравнения умели решать около 2000 лет до н. э. вавилоняне. Правила решения этих уравнений, изложенные в вавилонских текстах, совпадает по существу с современными, но в этих текстах отсутствуют понятие отрицательного числа и общие методы решения квадратных уравнений.

Вот одна из задач знаменитого индийского математика XII в. Бхаскары.

«Обезьянок резвых стая

А двенадцать по лианам Всласть поевши, развлекалась

Стали прыгать, повисая

Их в квадрате часть восьмая

Сколько ж было обезьянок,

На поляне забавлялась

Решение Бхаскары свидетельствует о том, что автор знал о двузначности корней квадратных уравнений. Соответствующее задаче уравнение Бхаскара пишет под видом x2 - 64x = - 768 и, чтобы дополнить левую часть этого уравнения до квадрата, прибавляет к обеим частям 322, получая затем: x2 - б4х + 322 = -768 + 1024, (х - 32)2 = 256, х - 32= ±16, x1 = 16, x2 = 48.

Квадратные уравнения в Европе XVII века

Определение квадратного уравнения

Уравнение вида ax 2 + bx + c = 0, где a, b, c - числа, , называется квадратным.

Коэффициенты квадратного уравнения

Числа а, b, с – коэффициенты квадратногоуравнения.а – первый коэффициент (перед х²), а ≠ 0;b - второй коэффициент (перед х);с – свободный член (без х).

Какие из данных уравнений не являются квадратными?

1. 4х² + 4х + 1 = 0;2. 5х – 7 = 0;3. - х² - 5х – 1 = 0;4. 2/х² + 3х + 4 = 0;5. ¼ х² - 6х + 1 = 0;6. 2х² = 0;

7. 4х² + 1 = 0;8. х² - 1/х = 0;9. 2х² – х = 0;10. х² -16 = 0;11. 7х² + 5х = 0;12. -8х²= 0;13. 5х³ +6х -8= 0.

Знание истории науки , её связей с различными современными задачами очень важно, так как позволяет выяснить происхождение понятий, узнать развитие их с течением времени, познакомиться с различными нестандартными методами решения современных задач.

Вложение	Размер
proekt_geometrich_algebra_drevney_gretsii.docx	191.54 КБ
geometricheskaya_algebra_drevney_gretsii.pptx	1023.67 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

гимназия №19 им. Н.З. Поповичевой г. Липецка

Выполнила: Александрова Анастасия Ильинична,

Черных Дарина Алексеевна

учащиеся 7а класса

Руководитель проекта: Алябьева Елена Анатольевна

Актуальность темы. История математических идей интересна для всех, кто изучает математику. Знание истории науки , её связей с различными современными задачами очень важно, так как позволяет выяснить происхождение понятий, узнать развитие их с течением времени, познакомиться с различными нестандартными методами решения задач.

Гипотеза. Г еометрическая алгебра древних греков применима на уроках математики в современной школе и её можно использовать для доказательства теорем и решения задач.

Цель. И зучить возможность применения методов геометрической алгебры на уроках математики.

Изучить историю развития чисел и отношений между величинами в Древней Греции.
Познакомиться с основными положениями геометрической алгебры.
Рассмотреть способы решения некоторых современных задач методом геометрической алгебры.
Проанализировать область применения методов геометрической алгебры для современных задач математики.

Греческие математики, столь много внесшие в современную науку, занимались, в основном, геометрическими проблемами. При этом — как известно многие греческие ученые находились под влиянием философии Платона, считавшего геометрию наукой, которой достойны заниматься только представители умственной элиты греческого общества. В этих условиях, геометрия превратилась в своеобразную гимнастику ума, в искусство, а ее практическое применение считалось унизительным, являлось профанацией этого искусства.

По этой причине развитие арифметики и алгебры как дисциплин связанных с практическими нуждами, встречалось с серьезными препятствиями. Конечно, грекам приходилось заниматься вопросами этих дисциплин, но проблемам алгебры и арифметики в этом случае придавались геометрические формы. Что же побудило греков избрать геометрический путь развития математики?

“Все вещи суть числа”

Первой научной школой, предложившей свой вариант математического плана строения Вселенной, были пифагорейцы. Школа пифагорейцев существовала в Древней Греции около 585–500 годов до нашей эры и возглавлялась Пифагором Самосским. Пифагорейцы видели сущность явлений в числе и числовых отношениях.

Привычное нам понятие числа возникло в результате абстрагирования. Ранним пифагорейцам такая абстракция была чужда. Для них числа были точками или частицами, расположенными на плоскости (поверхности Земли). Рассматривая треугольные, квадратные и т.д. числа, называемые фигурными, пифагорейцы имели в виду наборы точек, камешков или других мелких предметов, расположенных в форме треугольников, квадратов и других фигур (рис.1, 2).

Рисунок 1. Треугольные числа: 1, 3, 6.

Рисунок 2. Квадратные числа: 1, 4, 9.

Однако примерно в V веке до н.э. были открыты так называемые “несоизмеримые отрезки” - такие отрезки, у которых отношение длин не выражается никаким отношением целых чисел (рациональным числом). Примером является диагональ квадрата единичной стороны (в те времена не было иррациональных чисел, и придуманы они будут гораздо позднее).

Это открытие потрясло основы пифагорейской философии. Получалось, что число не всемогуще, так как существуют отрезки, отношение которых не выражается отношением целых чисел (а других чисел пифагорейцы не знали).

Пифагорейцы предприняли интенсивные попытки выхода из этого тупика, и здесь, естественно, просматривалось два пути:

расширить понятие числа так, чтобы новыми числами стало возможным характеризовать отношение любых двух геометрических отрезков;
строить математику не на основе арифметики целых чисел и их отношений, а на основе геометрии, определив для геометрических величин все алгебраические операции.

Первый путь на столь ранней ступени развития математики представлял огромные трудности, которые, были окончательно преодолены лишь в конце XIX в. И пифагорейцы пошли по второму пути — по пути построения алгебры на основе геометрии. Не решаясь изменить свою трактовку числа, пифагорейцы перешли из области чисел в область геометрических величин, построив соответствующее исчисление. Для построения такого исчисления пифагорейская математика располагала всем необходимым. Нужно было только изменить взгляд на роль чертежей, превратив их из средства наглядности в основной элемент алгебры, и логически расположить весь имеющийся материал. Такой подход и зародил так называемую “Геометрическую алгебру”.

Итак, пифагорейцы пришли к мысли, что поскольку геометрические величины имеют более общую природу, чем числа, то в основу математики надо положить не арифметику, а геометрию. Переход к геометрической алгебре был настоящей революцией , которая на первых порах принесла богатые плоды.

1). Сумма a + b представлялась как отрезок длины (a + b).

2). Разность a – b – отрезок длины (a – b).

3). Произведение двух величин a ∙ b – прямоугольник со сторонами a и b, площадь которого равна a ∙ b .

4). Произведение прямоугольника и отрезка – прямоугольный параллелепипед, объем которого V=abc.

Операция деления при таком подходе оказывалась возможной только, если размерность делимого была выше размерности делителя: прямоугольник можно делить на отрезок, но отрезок на отрезок – нельзя.

2.3 Основные положения геометрической алгебры

Основные положения геометрической алгебры сводятся к следующему:
1) алгебраические переменные, как и произвольные числа, представляются отрезкам;
2) сумма чисел или алгебраических переменных представляется в виде отрезка, составленного из слагаемых (рис. 3);
3) произведение двух чисел или алгебраических переменных представляется в виде прямоугольника со сторонами, которые представляют собой отрезки, соответствующие сомножителям (рис. 4). Произведение трёх переменных a, b и c есть прямоугольный параллелепипед со сторонами, соответствующими сомножителям a, b и c (рис.5).

Рисунок 3. Сложение а и b.

Поскольку, греческая геометрия, как и в целом представления греков о природе и мироздании ограничивались тремя измерениями, произведение более чем трёх переменных в геометрической алгебре не рассматривались, как лишённые смысла.

Рисунок 4. Произведение чисел а и b есть площадь прямоугольника со сторонами а и b.

Рисунок 5. Произведение трёх чисел a, b и c есть объём параллелепипеда со сторонами a, b и c .

Вычисления, производимые в геометрической алгебре, носили пошаговый характер. Не рассматривались произведения прямоугольников или сложение прямоугольников с отрезками или параллелепипедами.

Геометрическая алгебра основывалась на античной планиметрии, представляя собой геометрию циркуля и линейки. Поэтому она была максимально приспособлена для исследования тождеств, обе части которых являлись квадратичными формами, и для решения квадратных уравнений. Геометрическая наглядность позволила легко обосновать свойства основных операций над числами: сложения и умножения. Например, переместительное свойство сложения легко следует из того факта, что длина составного отрезка, одна и та же с какой стороны на него не посмотри, то есть a + b = b + a.

Переместительное свойство умножения обосновывается так же наглядно, поворотом соответствующего прямоугольника, то есть a · b = b · a.

Сочетательное свойство сложения наглядно следует из того факта, что в каком порядке не прикладывай отрезки друг к другу, длина составного отрезка будет одинаковой, то есть ( a + b ) + с = a + ( b + c ).

Сочетательное свойство умножения наглядно следует из поворота прямоугольного параллелепипеда, то есть ( a · b ) · с = a · ( b · c ).

Распределительное свойство умножения относительно сложения также легко увидеть на чертеже:

Как видно из этих примеров, наглядность является серьёзным преимуществом геометрической алгебры. Но гораздо более важным преимуществом использования геометрических методов в алгебре явилось то, что обоснования и доказательства тождеств не зависят от того, являются ли используемые величины соизмеримыми или несоизмеримыми и независимы от конкретных величин. Методы геометрической алгебры позволили доказать многие алгебраические тождества. При этом общее доказательство было сделано впервые в истории.

1. (a + b)(a – b) = a 2 – b 2

AE = AD = a; BE = MD = b

AB = a + b; AM = a – b

S ABNM = AB·AM= (a + b)(a –b)

S ABNM = S AEGM + S EBNG

S AEGM =S AEFD – S MGFD = a 2 –ab

S EBNG =S EBCF –S GNCF = ab –b 2

S ABNM =a 2 –ab+ab–b 2 = a 2 –b 2

2. ( a + b ) 2 = a 2 + b 2 + 2 · a · b.

S=S 1 +S 2 +2S 3 => S=a 2 +2ab+b 2 =>

( a + b ) 2 = a 2 + b 2 + 2 · a · b.

Чтобы решить уравнение х 2 = а древние математики поступали так:

Пример1. Решить квадратное уравнение х 2 + 10х =39.

S= (x+5) 2 , S 1 = x 2 , S 2 =5x, S 3 =25

S 1 + 2S 2 = 39 (данное уравнение)

S 1 + 2S 2 = S-S 3 (по свойству площадей)

х 2 + 10х = (х+ 5) 2 – 25 = 39;

Современное решение такого уравнения дало бы нам ещё один корень х = -13.

Пример 2. Решить квадратное уравнение x 2 +8x-48=0

S= (x+4) 2 , S 1 = x 2 , S 2 =4x, S 3 =16

S 1 + 2S 2 = 48 (данное уравнение)

S 1 + 2S 2 = S-S 3 (по свойству площадей)

x 2 +8x=(x+4) 2 -16=48;

Современное решение такого уравнения дало бы нам ещё один корень х = -12.

– Наглядно и доступно иллюстрирует доказательство тождеств и решение уравнений

– Упрощает решение задач и делает его более простым для понимания

– Показывает связь между алгеброй и геометрией

– Все преобразования выполняются на множестве положительных чисел

– Невозможно решать уравнения 3-й и выше степени

– Отрицательные корни и ноль будут потеряны

Таким образом, гипотеза о том, что геометрическая алгебра древних греков применима на уроках математики в современной школе и её можно использовать для доказательства теорем и решения задач подтвердилась частично.

Работа над данным проектом была для нас интересна и полезна, так как во время написания проекта мы расширили свой кругозор, научились собирать нужную информацию, анализировать её, делать выводы, составлять и решать квадратные уравнения таким необычным способом.

Таким образом, мы реализовала все поставленные задачи и достигли цели проекта.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

Колобова Татьяна Евгеньевна, учащаяся 8 > класса Руководитель: Рыбакова Наталья Александровна г. Арзамас 2017

Математика – древний, важный и сложный компонент культуры человека. Она появилась из необходимости практической деятельности человека. Изучая историю математики, мы знакомимся с благородными идеями многих поколений. Мне приходиться делить время между политикой и уравнениями. Однако уравнения гораздо важнее. Политика существует только для данного момента, а уравнения будут существовать вечно. А. Эйнштейн

Математика древних греков удивляет в первую очередь богатством своего содержания Древняя Греция

Решение квадратных уравнений с помощью геометрии x 2 В древние времена, когда геометрия была более изучаема, чем алгебра, математики Древней Греции решали уравнение вот так: x² + 4x - 21 = 0 x² + 4x = 21, или x² + 4x +4=21+4 Решение: Выражения x² + 4x +4 и 21+4 геометрически представляют тот же самый квадрат, а исходное уравнение x² +4x –21 +4 –4 = 0 – одинаковые уравнения. Получается, что x + 2 = ±5, или х1 = 3 х2 = -7

Творчество математиков Индии значительно повлияло на развитие арифметики, алгебры и тригонометрии Индийские математики Брахмагупта Ариабхата Древняя Индия

Математики Индии в отличие от греческих математиков вывели более простую формулу решения квадратных уравнений. Она встречается в школьных учебниках. Но, не все индийские математики решали именно по этой формуле. Например, Бхаскара решал квадратные уравнения вот так: x2 - 44х + 484 = -684 + 1008, (х - 22)2 = 324, х - 22= ±18, x1 = 4, x2 = 40. Формула корней квадратного уравнения

Магавира при решении систем линейных уравнений использовал метод, который не отличается от метода уравнивания коэффициентов. Например: 6x -3y =3 5x +4y =22 1) НОК (3;4) =12, 6x -3y =3 *4 24x -12y =12 5x +4y =22 *3 15x +12y =66 2) + 24x -12y =12 15x +12y =66 39x =78 3) 6*2 -3y =3 x= 2 y=3 Ответ: x=2, y=3 Линейные уравнения

Самые заметные научные открытия китайских учёных: метод численного решения уравнений n -степени (метод Руффини – Горнера); теоретико-числовые задачи на системы сравнений первой степени с одним неизвестным (сравнения Гаусса); метод решения систем линейных уравнений (метод Гаусса); вычисление числа π (пи) Древний Китай

Пример: (y +4)2=y2 +202 Решение китайских учёных предположительно такое: (y +4)2=y2 +202 , y2+8y+16= y2 +400, 8y=384, y=48, Ответ: y=48 Решение уравнений

В ходе работы я узнала много нового и полезного из области математики. Познакомилась с биографией великих математиков. Узнала, каким методом решали уравнения древнегреческие, индийские и китайские математики. Составила и решила уравнения новыми для меня способами. Литература БерезкинаЭ. И. Математика древнего Китая. М.: Наука, 1980 Депман И.Я. История арифметики. - М.: Просвещение, 1965. - 415 с. Панов В. Ф. Математика древняя и юная/ Под ред. В. С. Зарубина. — 2-е изд. —М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. —648 с. Рыбников К.А. Возникновение и развитие математической науки. - М.: Изд-во "Просвещение", 1987. - 159 с. Стройк Д. Я. Краткий очерк истории математики. Пер. с нем.—5- изд., испр.— М.: Наука. Гл. ред. физ.мат. лит., 1990.— 256 с

подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
по всем предметам 1-11 классов

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Курс профессиональной переподготовки

Математика: теория и методика преподавания в образовательной организации

Сейчас обучается 682 человека из 75 регионов

Курс повышения квалификации

Методика обучения математике в основной и средней школе в условиях реализации ФГОС ОО

ЗП до 91 000 руб.
Гибкий график
Удаленная работа

Дистанционные курсы для педагогов

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

5 606 524 материала в базе

Самые массовые международные дистанционные

Школьные Инфоконкурсы 2022

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

15.04.2018 7844
PPTX 3.8 мбайт
63 скачивания
Рейтинг: 1 из 5
Оцените материал:

Настоящий материал опубликован пользователем Рыбакова Наталья Александровна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Автор материала

40%

Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
Для учеников 1-11 классов

Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов

Дистанционные курсы
для педагогов

663 курса от 690 рублей

Выбрать курс со скидкой

Выдаём документы
установленного образца!

Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки

Время чтения: 11 минут

Онлайн-тренинг: нейрогимнастика для успешной учёбы и комфортной жизни

Время чтения: 2 минуты

Минтруд предложил упростить направление маткапитала на образование

Время чтения: 1 минута

В Россию приехали 10 тысяч детей из Луганской и Донецкой Народных республик

Время чтения: 2 минуты

Каждый второй ребенок в школе подвергался психической агрессии

Время чтения: 3 минуты

Минпросвещения России подготовит учителей для обучения детей из Донбасса

Время чтения: 1 минута

Отчисленные за рубежом студенты смогут бесплатно учиться в России

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

К классическим операциям в математике относят решение элементарных выражений с несколькими неизвестными. Называют их линейные диофантовые уравнения. Разработанная теория древнегреческим учёным позволяет вычислять равенства без использования сложных формул. Метод базируется на рассуждениях и чётком понимании числовой теории, связанной в логическую конструкцию. В школе о нём рассказывают в восьмом классе. Его широко применяют на практике.

Основные понятия

Диофантовыми уравнениями принято называть линейные выражения вида: a1x1 + a2x2 + … + anxn = c. В этих равенствах икс обозначает искомое неизвестное, а коэффициенты a и c являются целыми числами. Греческий учёный предложил несколько способов решения таких уравнений:

полный перебор;
разложение на множители;
выражение одной переменной через другую с выделением целой части при решении системы;
поиск частного решения;
алгоритм Евклида;
геометрический метод.

Методы решения диофантовых уравнений позволяют найти целые или рациональные решения для алгебраических равенств или их систем. Но при этом число переменных в выражении не должно превышать двух. Как правило, такие уравнения имеют несколько решений, поэтому их другое популярное название — неопределённые.

Чтобы воспользоваться способами, предложенными математиком при рассмотрении задач, нужно попробовать проанализировать исходные данные и свести их к линейному равенству или системе уравнений. При этом коэффициенты, как стоящие возле неизвестных, так и свободные, должны быть целыми. Ответом же должно получиться тоже целое число, обычно натуральное.

Методы решения

Для начала следует рассмотреть однородное линейное уравнение вида: ax + by = 0. Это простой многочлен первой степени. Для него характерно то, что если для коэффициентов можно подобрать один делитель, то обе части возможно сократить на его величину не нарушив принципы записи. Наиболее простым способом определить этот делитель является метод разработанный великим математиком своего времени Евклидом.

Решение диофантовых уравнений по алгоритму Евклида заключается в нахождении общего делителя натуральных чисел с использованием деления с остатком. Для этого нужно взять большее число и просто разделить его на наименьшее. Затем полученный остаток нужно снова разделить на меньшее из чисел. Это действие необходимо повторять до тех пор, пока результатом операции не станет единица, то есть выполнится деление без остатка. Последнее полученное число и будет являться наибольшим общим делителем (НОД).

Существует три теоремы, которые используются при решении уравнений первой степени:

В случае, когда НОД равняется единице, выражение будет обязательно иметь хотя бы одну пару целого решения.
Если коэффициенты выражения больше единицы, и при этом свободный член нельзя нацело разделить на них, то корни равенства не имеют целого значения.
Когда коэффициенты равняются единице, все решения, состоящие из целых чисел, находятся с помощью формул: x = x0c + bt и y = y0c — at, где: х0, y0 — целые ответы, t — множество чисел.

Например, пусть есть равенство вида 54x + 37y = 1. Используя то, что a = 54, а b =37, можно записать: 54 — 37 *1 = 17. Теперь можно выполнить следующие вычисления:

37 — 17 * 2 = 3;
71 — 3 * 5 = 2;
3 — 2 * 1 = 1.

Далее нужно выразить значения коэффициентов через остаток:

3 — (17 — 3 * 5) = 1;
1 = 17 — 3 * 4;
1 = 17 — (37- 17 * 2) * 4;
1 = 17 — 37 * 4+17 * 8;
1 = 17 * 9 — 37 * 4;
1 = (54 — 37 * 1) * 9 — 37 * 4;
1 = 54 * 9 — 37 * 9 — 37 * 4;
1 = 54 * 9 — 37 * 13;
1 = 54х + 37у.

Исходя из приведённого следует, что x0 равняется девяти, а игрек нулевой — минус тринадцать. Таким образом, рассматриваемое уравнение будет иметь вид:

Этим же способом можно и определить, что целых решений в выражении быть не может, как, например, для равенства 17x + 36y = 7. В этом случае НОД не делится на два, поэтому и целых решений нет.

Способ подбора и разложения

Метод подбора используется для нахождения корней простых уравнений. Пожалуй, это самый простой способ, но вместе с тем и требующий повышенного внимания и большого количества операций. Его суть заключается в полном переборе всех допустимых значений переменных, входящих в равенство. Например, эта задача которая будет интересна и школьникам, только знакомящимся с уравнениями.

Пусть имеется зоопарк, в котором находятся птицы и млекопитающие. Всего у животных двадцать лап. Определить, какое количество может быть птиц, а какое — млекопитающих. Для нахождения ответа методом перебора следует принять число одних животных, равное x (пусть это будут четырёхпалые), а других — y (птицы). Таким образом, получится уравнение: 2x + 4 y = 20. Для простоты выражение можно упростить, сократив на два: x + 2y = 10.

Полученное выражение нужно преобразовать, разделив неизвестные знаком равно: x = 10 — 2y. Зная, что ответом могут быть только целые числа, вместо y нужно пробовать подставлять возможные варианты: 1 — 8; 2 — 6; 3 — 4; 4 — 2; 5 — 0. Это и есть все возможные ответы на поставленную задачу.

Разложение выражения на множители можно выполнять различными способами. Вот основные из них:

вынесение общего множителя: если каждый член многочлена можно разделить на одно и то же число, то его можно вынести за скобку;
использование формулы сокращённого умножения: оно выполняется по формуле: an — bn = (a-b) * (an-1 + an-2 * b +… a2bn-3 + abn-2 + bn-1);
применение свойства полного квадрата: это самый эффективный способ, заключающийся в вынесении полного квадрата за скобку с последующим использованием формул разности квадратов;
группировкой — в его основе лежит вынесение общего множителя таким образом, чтобы появилась возможность перегруппировки выражения, после которой получится значение, присутствующее во всех членах равенства.

Например, пусть имеется нелинейное уравнение вида: 8x4 + 32x2 = 8. Все его члены можно перенести в одну сторону, а равенство приравнять к нулю, при этом сократив каждый член на восемь: x4 + 4x2 — 1 = 0. Для преобразования такого выражения удобнее всего применить метод квадратов. Таким образом, уравнение можно расписать следующим образом: x4 + 2 * 2 * x2 + 4 — 4 — 1 = (x2 + 2)2 — 5 = (x2 + 2 — √5) * (x2 + 2 +√5).

Геометрический подход

Этот метод удобно применять для системы уравнений. Его принцип построен на изображении графиков уравнений и определения их точки пересечения. При этом координаты этой точки и будут являться корнями рассматриваемой системы.

Из этого утверждения можно сделать следующие выводы:

если графики уравнений представляют пересекающиеся прямые, то решением будет только одно число;
когда графики уравнений не имеют общих точек, то решения у системы уравнений нет;
в случае, когда графики совпадают, система будет иметь бесконечное множество корней.

Применять этот метод можно для уравнений, порядок которых не превышает единицы. В равенствах высшего порядка построить график обычно сложно. Например, дана система:

Из первого и второго равенства можно выразить одно неизвестное через другое, используя несколько произвольных чисел. Затем, подставляя их вместо неизвестного, можно построить график. Как только две прямые будут построены, можно будет определить, что точка их пересечения имеет координаты -2; 5. Эти значения и будут искомыми корнями.

Занимательная задача

На самом деле примеры диофантовых уравнений можно встретить в повседневной жизни. Например, при покупке чего-либо в магазине. На эту тему математики смогли придумать интересные задачи, обычно предлагающиеся ученикам на дополнительных занятиях.

Вот одна из них, появившаяся из реальной истории. Однажды математик пришёл в магазин приобрести свитер. Его цена составляла 19 рублей. У учёного же были с собой только купюры номиналом три рубля, а у кассира — пятирублёвки. Задача состоит в том, чтобы выяснить, сможет ли состояться сделка. Иными словами, необходимо найти, сколько нужно математику дать купюр, и какое их количество он получит от кассира.

Рассуждать нужно следующим образом. В задачи есть два неизвестных: количество трёхрублёвых и пятирублёвых купюр. Поэтому можно составить уравнение: 3x — 5y = 19. По сути, уравнение с двумя неизвестными может иметь бесчисленное число решений, но не всегда из них может найтись хотя бы одно целое положительное.

Итак, зная, что неизвестные должны быть целыми положительными числами, нужно выразить неизвестное с меньшим коэффициентом через остальные члены. Получится равенство: 3 x = 19 + 5 y. Левую и правую часть можно разделить на три, а после выполнить простейшие преобразования: x = (19 + 5y) / 3 = 6 + y + (1 + 2y) / 3. Учитывая, что неизвестные и свободный член это целые числа, выражение (1 + 2y) / 3 можно заменить буквой r, также являющимся каким-то целым числом.

Тогда уравнение можно переписать как x = 6 + y + t. Отсюда t = (1 + 2y) / 3 или y = t + (t — 1) / 2. Снова можно сделать вывод, что (t — 1) / 2 — какое-то целое число. Если заменить его на t1, выражение примет вид: y = t + t1.

Подставив t = 2t1 + l в равенство можно получить, что x = 8 + 5t1, а y = 1 + 3t1. Таким образом, решением уравнения будут полученные равенства. Исходя из того, что результат должен быть положительным, равенства можно переписать в неравенства вида:8 + 5t1> 0, 1 + 3t1 > 0. Отсюда определить диапазон, ограничивающий t1. Беря во внимание только плюсовую часть диапазона, можно сделать заключение, что возможные варианты решения лежать в пределе от нуля до плюс бесконечности.

Подставляя по очереди числа, можно определить значения x и y. Искомый ряд будет выглядеть следующим образом: 1 = 8, 13, 18, 23, …, n; 1 = 1, 4, 7, 10,…, m. То есть математик, дав восемь купюр, получит одну на сдачу, а если он отдаст 13 купюр, то продавец должен будет ему выдать четыре пятирублёвки. Этот ряд можно продолжать до бесконечности.

Использование онлайн-калькулятора

Существуют сайты, рассчитывающие линейные уравнения в автоматическом режиме. Они называются математическими онлайн-калькуляторами. Пользователю, желающему воспользоваться их услугами, нужно иметь лишь подключение к интернету и любой веб-браузер.

Свои услуги сервисы предоставляют бесплатно. При этом часто на их страницах содержится краткий теоретический материал, посвящённый решению диофантовых уравнений. Кроме того, пользователю предоставляется возможность ознакомиться с решением типовых примеров.

Из нескольких десятков таких сайтов на русском языке можно отметить следующие:

HostCiti;
PocketTeacher;
Upbyte;
Planetcalc;
Math24.

Все приведённые сайты имеют интуитивно понятный интерфейс и бесплатны. После того как пользователь введёт в предложенную форму нужные уравнения и запустит расчётчик, онлайн-сервисы не только выдадут ответ, но и выведут на экран пошаговое решение с объяснениями. Таким образом, эти сервисы помогают не только быстро и верно найти решение, но и дают возможность пользователю понять принципы вычисления, проверить самостоятельно выполненный расчёт.

Читайте также: