«Исследование квадратных уравнений» (стр. 1 )

«Исследование квадратных уравнений».

Автор: Куракин Андрей

ГБОУ школа 1375 11 класс

Научный руководитель: Гверцители Софио,

учитель математики

ГБОУ школа 1375 .

Москва - 2016

Оглавление

Введение. 2

Цель работы: 2

Основные этапы работы: 2

Из истории квадратных уравнений. 2

Численные методы решения нелинейных уравнений. 4

Этапы приближенного решения нелинейных уравнений. 5

1.3. Уточнение корней методом деления отрезка пополам. 9

Алгоритм приближенного вычисления корня методом половинного деления. 9

Метод хорд. 11

Метод касательных. 12

Комбинированный метод хорд и касательных. 13

Графический метод. 13

Метод половинного деления. 15

Уточнение корня уравнения методом половинного деления. 15

Разложение левой части уравнения на множители. 16

Решение квадратных уравнений по формуле. 17

Решение уравнений с использованием теоремы Виета. 17

Решение уравнений способом «переброски». 18

Свойства коэффициентов квадратного уравнения. 18

Графическое решение квадратного уравнения. 19

Решение квадратных уравнений с помощью циркуля и линейки. 20

Графический способ решения квадратных уравнений с помощью параболы неудобен. Если строить параболу по точкам, то требуется много времени, и при этом степень точности получаемых результатов невелика. 20

9. Решение квадратных уравнений с помощью номограммы. 21

Геометрический способ решения квадратных уравнений. 22

Решение квадратных уравнений с помощью полуокружности и ломаной. 22

Заключение. 24

Список литературы:. 25

Введение

Квадратные уравнения находят широкое применение при решении тригонометрических, показательных, логарифмических, иррациональных и трансцендентных уравнений и неравенств. Поэтому важность и актуальность изучения способов, методов решения квадратных уравнений несомненна. Также интересна история развития проблем решения квадратных уравнений и многообразие рациональных способов решений квадратных уравнений, которые не рассматриваются в школьном курсе математики. В связи с этим я задалась целью найти все известные и неизвестные школьникам способы решения квадратных уравнений

Цель работы:

o  изучить историю развития квадратных уравнений;

o  - рассмотреть все виды квадратных уравнений и описать способы их решения;

o  - подготовить пособие «Алгоритмы решения квадратных уравнений» для учащихся.

o  - по собранному материалу сделать электронное пособие «Квадратные уравнения»

На языке алгебры формальные модели записываются с помощью уравнений, точное решение которых основывается на поиске равносильных преобразований алгебраических выражений, позволяющих выразить переменную величину с помощью формулы.

Основные этапы работы:

o  изучить теоретический материал;

o  сравнить методы решения уравнений;

o  выбрать оптимальный метод решения;

o  написать программы решения уравнений.

o  разработать пособие для решения квадратных уравнений

Написанную программу планируется использовать на уроках математики в качестве учебного пособия.

Из истории квадратных уравнений

Древний Вавилон. Необходимость решать уравнения не только первой, но и второй степени еще в древности была вызвана потребностью решать задачи, связанные с нахождением площадей земельных участков и с земляными работами военного характера, а также с развитием астрономии и самой математики. Квадратные уравнения умели решать около 2000 лет до н. э. вавилоняне. Применяя современную алгебраическую запись, можно сказать, что в их клинописных текстах встречаются, полные квадратные уравнения:

Квадратные уравнения в «Арифметике» Диофанта.

В «Арифметике» Диофанта содержится систематизированный ряд задач, сопровождаемых объяснениями и решаемых при помощи составления уравнений разных степеней. При составлении уравнений Диофант для упрощения решения умело выбирает неизвестные. Решая задачу «Найти два числа, зная, что их сумма равна 20, а произведение - 96», Диофант рассуждает так: из условия задачи вытекает, что искомые числа не равны, так как если бы они были равны, то их произведение равнялось бы не 96, а 100. Таким образом, одно из них будет больше половины их суммы, т. е. 10 + х, другое же меньше, т. е. 10 - х. Разность между ними 2х.

(10 + х)(10 - х) = 96, 100 - х2 = 96, х2 - 4 = 0 , Отсюда х = 2. Одно из искомых чисел равно 12, другое 8. Решение х = -2 для Диофанта не существует, так как греческая математика знала только положительные числа.

Индия. Задачи на квадратные уравнения встречаются уже в астрономическом тракте «Ариабхаттиам», составленном в 499 г. индийским математиком и астрономом Ариабхаттой. Другой индийский ученный, Брахмагупта (VII в.), изложил общее правило решения квадратных уравнений, приведенных к единой канонической форме: ах2 + bх = с, а > 0. В данном уравнении коэффициенты, кроме а, могут быть и отрицательными.

Ал – Хорезми. В алгебраическом трактате ал - Хорезми дается классификация линейных и квадратных уравнений. Автор насчитывает 6 видов уравнений, выражая их следующим образом:

1) «Квадраты равны корнями», т. е. ах2 + с = bх.

2) «Квадраты равны числу», т. е. ах2 = с.

3) «Корни равны числу», т. е. ах = с.

4) «Квадраты и числа равны корням», т. е. ах2 + с = bх.

5) «Квадраты и корни равны числу», т. е. ах2 + bx = с.

6) «Корни и числа равны квадратам», т. е. bx + с = ах2.

Для ал - Хорезми, избегавшего употребления отрицательных чисел, члены каждого их этих уравнений слагаемые, а не вычитаемые. Решает задачу: «Квадрат и число 21 равны 10 корням. Найти корень» (подразумевается корень уравнения х2 + 21 = 10х), примерно так: раздели пополам число корней, получишь 5, умножишь 5 само на себя, от произведения отними 21, останется 4. Извлеки корень из 4, получишь 2. Отними 2 от5, получишь 3, это и корень. Или же прибавь 2 к 5, что даст 7, это есть корень.

Трактат ал - Хорезми является первой, дошедшей до нас книгой, в которой систематически изложена классификация квадратных уравнений и даны формулы их решения.

Квадратные уравнения в Европе XIII - XVII вв. Формулы решения квадратных уравнений по образцу ал - Хорезми в Европе были впервые изложены в « Книге абака», написанной в 1202 г. итальянским математиком Леонардо Фибоначчи. Автор разработал некоторые новые алгебраические примеры решения задач и первый в Европе подошел к введению отрицательных чисел. Его книга способствовала распространению алгебраических знаний в других странах Европы.

Общее правило решения квадратных уравнений, приведенных к единому каноническому виду: х2 + bx = с, при всевозможных комбинациях знаков коэффициентов b, с было сформулировано в Европе лишь в 1544 г. М. Штифелем.

Вывод формулы решения квадратного уравнения в общем виде имеется у Виета, однако Виет признавал только положительные корни. Итальянские математики Тарталья, Кардано, Бомбелли среди первых в XVI в. учитывают, кроме положительных, и отрицательные корни. Лишь в XVII в. благодаря труда Жирара, Декарта, Ньютона и других ученых способ решения квадратных уравнений принимает современный вид.

Теорема Виета. Теорема, выражающая связь между коэффициентами квадратного уравнения и его корнями, носящая имя Виета, была им сформулирована впервые в 1591 г. следующим образом: «Если B + D, умноженное на A - A2, равно BD, то A равно В и равно D». Чтобы понять Виета, следует вспомнить, что А, означало у него неизвестное (наше х), а В,D - коэффициенты при неизвестном. На языке современной алгебры вышеприведенная формулировка Виета означает: если имеет место (а + b)х - х2 = ab, т. е.

х2 - (а + b)х + аb = 0, то х1 = а, х2 = b.

Выражая зависимость между корнями и коэффициентами уравнений общими формулами, Виет установил единообразие в приемах решения уравнений. Однако Виет не признавал отрицательных чисел и поэтому при решении уравнений рассматривал лишь случаи, когда все корни положительны.

Численные методы решения нелинейных уравнений.

Пусть имеется уравнение вида f (x) = 0.

где f (x) - заданная алгебраическая или трансцендентная функция. (Функция называется алгебраической, если для получения её значения нужно выполнить арифметические операции и возведение в степень с рациональным показателем. Примеры трансцендентных функций - показательная, логарифмическая, тригонометрические, обратные тригонометрические.)

Решить уравнение - значит найти все его корни, то есть те значения x, которые обращают уравнение в тождество, или доказать, что корней нет.

Если алгебраическое или трансцендентное уравнение достаточно сложно, то довольно редко удается точно найти его корни. Кроме того, в некоторых случаях уравнение может содержать коэффициенты, известные лишь приблизительно, поэтому сама задача о точном нахождении корней теряет смысл. В таких случаях применяют численные (приближенные) методы решения.

Поставим задачу найти такое приближенное значение корня xпр, которое мало отличается от точного значения корня x*, так что выполняется неравенство │x* – xпр │< e , где e (эпсилон) – малая положительная величина – допустимая ошибка, которую мы можем заранее задать по своему усмотрению. Если корень найден с точностью e, то принято писать x* = xпр ± e.

Будем предполагать, что уравнение (1) имеет лишь изолированные корни, т. е. для каждого корня существует окрестность, не содержащая других корней этого уравнения.