Notatka z Lekcji Matematyki

Dział: Funkcja Kwadratowa — Lekcje 1.5 & 1.6

1.5. Równania kwadratowe (1)

Przykład 1

Naszczicuj wykres funkcji i odczytaj z niego miejsca zerowe tej funkcji [odcięte punktów, w których wykres przecina oś \(OX\), czyli wartości \(x\), dla których \(y = 0\)].

a) \(y = x^2 - 4x\)

Po przekształceniu do postaci kanonicznej [postać z widocznym wierzchołkiem paraboli \(y = a(x-p)^2 + q\)] mamy:

$$y = (x - 2)^2 - 4$$
Wykres y = (x-2)^2 - 4

Z wykresu można odczytać miejsca zerowe: \(x = 0\) i \(x = 4\).


b) \(y = x^2 + 2x - 2\)

Po przekształceniu do postaci kanonicznej mamy:

$$y = (x + 1)^2 - 3$$
Wykres y = (x+1)^2 - 3

Z wykresu można odczytać tylko przybliżone wartości miejsc zerowych [punkty przeciecia z osią \(OX\) nie leżą idealnie na kratkach]. Wyznaczenie ich dokładnych wartości wymaga rozwiązania równania \(x^2 + 2x - 2 = 0\) [przyrównania wzoru funkcji do zera].

Rozwiązania równania kwadratowego \(ax^2 + bx + c = 0\) (\(a \neq 0\)) to miejsca zerowe funkcji \(y = ax^2 + bx + c\) [wartości \(x\), dla których cały trójmian zeruje się].

Ćwiczenie 1

Na poniższych rysunkach przedstawiono możliwe położenia wykresu funkcji kwadratowej względem osi \(OX\). Ile rozwiązań może mieć równanie kwadratowe \(ax^2 + bx + c = 0\), gdzie \(a \neq 0\)?

Sześć położeń paraboli

Rozwiązanie krok po kroku:

  1. Co robimy i po co: Analizujemy liczbę punktów wspólnych paraboli z osią \(OX\) [miejsca zerowe odpowiadają rozwiązaniom równania].
  2. Komentarz słowny:
    • Gdy parabola przecina oś \(OX\) w dwóch punktach (pierwszy i czwarty wykres), równanie ma dwie wartości \(x\) spełniające warunek [dwa rozwiązania].
    • Gdy parabola styka się z osią \(OX\) swoim wierzchołkiem (drugi i piąty wykres), równanie ma dokładnie jedną wartość \(x\) spełniającą warunek [jedne rozwiązanie].
    • Gdy parabola leży w całości nad albo pod osią \(OX\) i nie dotyka jej (trzeci i szósty wykres), równanie nie posiada żadnej wartości \(x\) spełniającej warunek [brak rozwiązań].
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie kwadratowe może mieć dwa rozwiązania, jedno rozwiązanie lub nie mieć rozwiązań wcale (0 rozwiązań).

Rozwiązanie równania z niewiadomą \(x\) polega na wyznaczeniu wszystkich wartości \(x\), dla których to równanie jest spełnione [znalezieniu takich liczb, które po wstawieniu w miejsce \(x\) dają prawdę]. Zbiór tych \(x\) nazywamy zbiorem rozwiązań równania. Rozwiązania równania nazywane są również jego pierwiastkami [oficjalne określenie na wynik równania].

Przykład 2

Podaj zbiór rozwiązań równania \(4x^2 - 8x = 0\).

Dla dowolnych \(a, b \in \mathbb{R}\): \(a \cdot b = 0\) wtedy i tylko wtedy, gdy \(a = 0\) lub \(b = 0\) [iloczyn dwóch liczb daje zero tylko wtedy, gdy przynajmniej jedna z nich jest zerem].

Lewą stronę równania rozkładamy na czynniki [wyciągamy wspólny czynnik przed nawias]:

$$4x(x - 2) = 0$$

czyli \(x = 0\) lub \(x - 2 = 0\), zatem \(x = 0\) lub \(x = 2\).

Zbiorem rozwiązań równania jest zbiór \(\{0, 2\}\).

Ćwiczenie 2

Podaj zbiór rozwiązań równania.

a) \(3x^2 + 6x = 0\)

  1. Co robimy i po co: Wyciągamy wspólny czynnik \(3x\) przed nawias, aby zamienić sumę na iloczyn [postać iloczynowa pozwala łatwo znaleźć pierwiastki].
  2. Komentarz słowny:
    $$3x(x + 2) = 0$$
    Iloczyn wynosi zero, więc przyrównujemy każdy z czynników do zera:
    \(3x = 0 \implies x = 0\)
    lub
    \(x + 2 = 0 \implies x = -2\) (przenosimy \(2\) na prawą stronę ze zmianą znaku).
  3. Podsumowanie i wniosek: Zbiorem rozwiązań równania jest zbiór \(\{-2, 0\}\).

b) \(7x - 3x^2 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Wyciągamy przed nawias niewiadomą \(x\) [szukamy wspólnej części obu wyrazów].
  2. Komentarz słowny:
    $$x(7 - 3x) = 0$$
    Przyrównujemy czynniki do zera:
    \(x = 0\)
    lub
    \(7 - 3x = 0 \implies -3x = -7 \implies x = \frac{-7}{-3} = \frac{7}{3} = 2\frac{1}{3}\) [dzielimy obustronnie przez \(-3\)].
  3. Podsumowanie i wniosek: Zbiorem rozwiązań jest zbiór \(\left\{0, 2\frac{1}{3}\right\}\) (lub \(\left\{0, \frac{7}{3}\right\}\)).

c) \(2x^2 = 5x\)

  1. Co robimy i po co: Przenosimy wszystkie wyrazy na lewą stronę, aby po prawej otrzymać zero [podstawowy krok przy równaniach kwadratowych].
  2. Komentarz słowny:
    $$2x^2 - 5x = 0$$
    Wyciągamy \(x\) przed nawias:
    $$x(2x - 5) = 0$$
    Rozbijamy na dwa warunki:
    \(x = 0\)
    lub
    \(2x - 5 = 0 \implies 2x = 5 \implies x = \frac{5}{2} = 2\frac{1}{2}\).
  3. Podsumowanie i wniosek: Zbiorem rozwiązań równania jest zbiór \(\left\{0, 2\frac{1}{2}\right\}\).

d) \(8x = \frac{1}{2}x^2\)

  1. Co robimy i po co: Przenosimy wszystko na jedną stronę i porządkujemy równanie [zerujemy prawą stronę].
  2. Komentarz słowny:
    $$8x - \frac{1}{2}x^2 = 0$$
    Wyciągamy \(x\) przed nawias:
    $$x\left(8 - \frac{1}{2}x\right) = 0$$
    Przyrównujemy czynniki do zera:
    \(x = 0\)
    lub
    \(8 - \frac{1}{2}x = 0 \implies -\frac{1}{2}x = -8 \implies x = -8 \cdot (-2) = 16\) [mnożymy przez \(-2\), aby pozbyć się ułamka przy \(x\)].
  3. Podsumowanie i wniosek: Zbiorem rozwiązań jest zbiór \(\{0, 16\}\).

W niektórych przykładach przy rozkładzie trójmianu kwadratowego na czynniki liniowe możemy skorzystać ze wzorów skróconego mnożenia [gotowe wzory ułatwiające rozkład na nawiasy].

Przykład 3

Rozwiąż równanie \(4x^2 - 9 = 0\).

Korzystamy ze wzoru na różnicę kwadratów: \(4x^2 - 9 = (2x + 3)(2x - 3)\) [wzór \(a^2 - b^2 = (a-b)(a+b)\)].

$$(2x + 3)(2x - 3) = 0$$
$$2x + 3 = 0 \quad \text{lub} \quad 2x - 3 = 0$$
$$x = -\frac{3}{2} \quad \text{lub} \quad x = \frac{3}{2}$$

Rozwiązaniami równania są liczby \(-\frac{3}{2}\) i \(\frac{3}{2}\).

Ćwiczenie 3

Rozwiąż równanie.

a) \(16x^2 - 25 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Stosujemy wzór skróconego mnożenia na różnicę kwadratów \(a^2 - b^2 = (a-b)(a+b)\), gdzie \(a = 4x\), \(b = 5\).
  2. Komentarz słowny:
    $$(4x + 5)(4x - 5) = 0$$
    Przyrównujemy nawiasy do zera:
    \(4x + 5 = 0 \implies 4x = -5 \implies x = -\frac{5}{4} = -1\frac{1}{4}\)
    lub
    \(4x - 5 = 0 \implies 4x = 5 \implies x = \frac{5}{4} = 1\frac{1}{4}\).
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie posiada dwa rozwiązania: \(x = -1\frac{1}{4}\) oraz \(x = 1\frac{1}{4}\).

b) \(100x^2 - 9 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Rozkładamy lewą stronę ze wzoru na różnicę kwadratów (\(a = 10x\), \(b = 3\)).
  2. Komentarz słowny:
    $$(10x + 3)(10x - 3) = 0$$
    Rozbijamy na dwa równania liniowe:
    \(10x + 3 = 0 \implies 10x = -3 \implies x = -\frac{3}{10}\)
    lub
    \(10x - 3 = 0 \implies 10x = 3 \implies x = \frac{3}{10}\).
  3. Podsumowanie i wniosek: Rozwiązaniami równania są liczby \(x = -\frac{3}{10}\) oraz \(x = \frac{3}{10}\).

c) \(4x^2 - 121 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Używamy różnicy kwadratów dla \(a = 2x\) oraz \(b = 11\) (bo \(11^2 = 121\)).
  2. Komentarz słowny:
    $$(2x + 11)(2x - 11) = 0$$
    Wyznaczamy pierwiastki:
    \(2x + 11 = 0 \implies 2x = -11 \implies x = -\frac{11}{2} = -5\frac{1}{2}\)
    lub
    \(2x - 11 = 0 \implies 2x = 11 \implies x = \frac{11}{2} = 5\frac{1}{2}\).
  3. Podsumowanie i wniosek: Rozwiązaniami są \(x = -5\frac{1}{2}\) oraz \(x = 5\frac{1}{2}\).

d) \(\frac{9}{4}x^2 - 4 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Stosujemy różnicę kwadratów, zauważając że \(\frac{9}{4}x^2 = \left(\frac{3}{2}x\right)^2\) oraz \(4 = 2^2\).
  2. Komentarz słowny:
    $$\left(\frac{3}{2}x + 2\right)\left(\frac{3}{2}x - 2\right) = 0$$
    Przyrównujemy każdy czynniki do zera:
    \(\frac{3}{2}x + 2 = 0 \implies \frac{3}{2}x = -2 \implies x = -2 \cdot \frac{2}{3} = -\frac{4}{3} = -1\frac{1}{3}\) [mnożymy przez odwrotność ułamka]
    lub
    \(\frac{3}{2}x - 2 = 0 \implies \frac{3}{2}x = 2 \implies x = 2 \cdot \frac{2}{3} = \frac{4}{3} = 1\frac{1}{3}\).
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie ma dwa rozwiązania: \(x = -1\frac{1}{3}\) oraz \(x = 1\frac{1}{3}\).

Przykład 4

Rozwiąż równanie \(x^2 - 4x + 4 = 0\).

Korzystamy ze wzoru na kwadrat różnicy: \(x^2 - 4x + 4 = (x - 2)^2\) [wzór \((a-b)^2 = a^2 - 2ab + b^2\)].

$$(x - 2)^2 = 0, \quad \text{czyli} \quad x - 2 = 0$$

Zatem liczba \(2\) jest jedynym pierwiastkiem tego równania.

Ćwiczenie 4

Rozwiąż równanie.

a) \(x^2 + 8x + 16 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Zwijamy lewą stronę równania za pomocą wzoru skróconego mnożenia na kwadrat sumy \((a+b)^2 = a^2 + 2ab + b^2\), gdzie \(a = x\), \(b = 4\).
  2. Komentarz słowny:
    $$(x + 4)^2 = 0$$
    Kwadrat jakiejś liczby jest równy zero tylko wtedy, gdy ta liczba jest zerem:
    $$x + 4 = 0 \implies x = -4$$
  3. Podsumowanie i wniosek: Liczba \(-4\) jest jedynym rozwiązaniem (pierwiastkiem podwójnym) tego równania.

b) \(x^2 - x + \frac{1}{4} = 0\)

  1. Co robimy i po co: Zwijamy lewą stronę ze wzoru na kwadrat różnicy \((a-b)^2\), gdzie \(a = x\), \(b = \frac{1}{2}\) (bo \(2 \cdot x \cdot \frac{1}{2} = x\) oraz \(\left(\frac{1}{2}\right)^2 = \frac{1}{4}\)).
  2. Komentarz słowny:
    $$\left(x - \frac{1}{2}\right)^2 = 0$$
    Przyrównujemy wnętrze nawiasu do zera:
    $$x - \frac{1}{2} = 0 \implies x = \frac{1}{2}$$
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie ma jedno rozwiązanie \(x = \frac{1}{2}\).

c) \(4x^2 + 4x + 1 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Stosujemy wzór na kwadrat sumy dla \(a = 2x\) i \(b = 1\).
  2. Komentarz słowny:
    $$(2x + 1)^2 = 0$$
    Przyrównujemy wyrażenie w nawiasie do zera:
    $$2x + 1 = 0 \implies 2x = -1 \implies x = -\frac{1}{2}$$
  3. Podsumowanie i wniosek: Jedynym pierwiastkiem tego równania jest \(x = -\frac{1}{2}\).

d) \(4x^2 - 12x + 9 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Zwijamy wyrażenie ze wzoru na kwadrat różnicy dla \(a = 2x\) oraz \(b = 3\).
  2. Komentarz słowny:
    $$(2x - 3)^2 = 0$$
    Przyrównujemy do zera:
    $$2x - 3 = 0 \implies 2x = 3 \implies x = \frac{3}{2} = 1\frac{1}{2}$$
  3. Podsumowanie i wniosek: Jedynym rozwiązaniem równania jest \(x = 1\frac{1}{2}\).

e) \(\frac{1}{4}x^2 + \frac{1}{2} = x - \frac{1}{2}\)

  1. Co robimy i po co: Przenosimy wszystkie wyrazy na lewą stronę i porządkujemy równanie [zerujemy prawą stronę].
  2. Komentarz słowny:
    $$\frac{1}{4}x^2 - x + \frac{1}{2} + \frac{1}{2} = 0$$
    $$\frac{1}{4}x^2 - x + 1 = 0$$
    Zwijamy do kwadratu różnicy dla \(a = \frac{1}{2}x\) oraz \(b = 1\):
    $$\left(\frac{1}{2}x - 1\right)^2 = 0$$
    Przyrównujemy wnętrze nawiasu do zera:
    $$\frac{1}{2}x - 1 = 0 \implies \frac{1}{2}x = 1 \implies x = 2$$
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie ma jedno rozwiązanie \(x = 2\).

f) \(3x^2 + 9 = 2x^2 - 6x\)

  1. Co robimy i po co: Przenosimy wszystkie składniki na lewą stronę, wykonując redukcję wyrazów podobnych.
  2. Komentarz słowny:
    $$3x^2 - 2x^2 + 6x + 9 = 0$$
    $$x^2 + 6x + 9 = 0$$
    Zwijamy wzorem skróconego mnożenia na kwadrat sumy (\(a = x\), \(b = 3\)):
    $$(x + 3)^2 = 0$$
    $$x + 3 = 0 \implies x = -3$$
  3. Podsumowanie i wniosek: Jedynym pierwiastkiem równania jest \(x = -3\).

1.6. Równania kwadratowe (2)

Przykład 1

Rozwiąż równanie \(4x^2 + 20x + 25 = 0\).

Korzystamy ze wzoru \((a+b)^2 = a^2 + 2ab + b^2\):

$$(2x + 5)^2 = 0$$
$$2x + 5 = 0$$

Równanie ma jeden pierwiastek: \(x = -\frac{5}{2}\).

Czy wiesz, że...

Równania kwadratowe były rozwiązywane już przez starożytnych Babilończyków około 1800 r. p.n.e. Świadczą o tym zachowane gliniane tabliczki z pismem klinowym.

Ćwiczenie 1

Rozwiąż równanie.

a) \(9x^2 - 12x + 4 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Rozpoznajemy wzór skróconego mnożenia na kwadrat różnicy \((a-b)^2\), gdzie \(a = 3x\) oraz \(b = 2\) (sprawdzamy: \(2 \cdot 3x \cdot 2 = 12x\)).
  2. Komentarz słowny:
    $$(3x - 2)^2 = 0$$
    Przyrównujemy wyrażenie w nawiasie do zera:
    $$3x - 2 = 0 \implies 3x = 2 \implies x = \frac{2}{3}$$
  3. Podsumowanie i wniosek: Liczba \(x = \frac{2}{3}\) jest jedynym rozwiązaniem tego równania.

b) \(25x^2 + 40x + 16 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Stosujemy wzór na kwadrat sumy \((a+b)^2\), gdzie \(a = 5x\), \(b = 4\).
  2. Komentarz słowny:
    $$(5x + 4)^2 = 0$$
    Przyrównujemy do zera:
    $$5x + 4 = 0 \implies 5x = -4 \implies x = -\frac{4}{5}$$
  3. Podsumowanie i wniosek: Jedynym pierwiastkiem równania jest \(x = -\frac{4}{5}\).

c) \(4x^2 - 28x + 49 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Używamy wzoru na kwadrat różnicy dla \(a = 2x\) i \(b = 7\) (sprawdzamy: \(2 \cdot 2x \cdot 7 = 28x\)).
  2. Komentarz słowny:
    $$(2x - 7)^2 = 0$$
    Przyrównujemy do zera:
    $$2x - 7 = 0 \implies 2x = 7 \implies x = \frac{7}{2} = 3\frac{1}{2}$$
  3. Podsumowanie i wniosek: Jedynym rozwiązaniem równania jest \(x = 3\frac{1}{2}\).

Przykład 2

Rozwiąż równanie \(4x^2 - 20x + 27 = 0\).

Zauważ, że: \((2x - 5)^2 - 25 = 4x^2 - 20x\) [doprawianie do pełnego kwadratu].

$$(2x - 5)^2 - 25 + 27 = 0$$
$$(2x - 5)^2 = -2$$

Równanie to jest sprzeczne [brak rozwiązań], gdyż \((2x - 5)^2 \ge 0\) dla dowolnego \(x \in \mathbb{R}\) [kwadrat dowolnej liczby rzeczywistej nie może być liczbą ujemną].

[D] Ćwiczenie 2

Uzasadnij, że podane równanie jest sprzeczne.

a) \(x^2 - 2x + 2 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Dopełniamy lewą stronę do kwadratu [wyodrębniamy wzór skróconego mnożenia z pierwszych dwóch wyrazów], aby wykazać sprzeczność.
  2. Komentarz słowny:
    Zauważmy, że \(x^2 - 2x = (x - 1)^2 - 1\). Podstawiamy to do równania:
    $$(x - 1)^2 - 1 + 2 = 0$$
    $$(x - 1)^2 + 1 = 0 \implies (x - 1)^2 = -1$$
    Kwadrat liczby \((x - 1)^2\) jest zawsze nieujemny [wiemy, że podniesienie do kwadratu daje wynik \(\ge 0\)], a po prawej stronie mamy liczbę ujemną \(-1\).
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie \((x - 1)^2 = -1\) nie ma rozwiązań w zbiorze liczb rzeczywistych, czyli jest sprzeczne.

b) \(x^2 + 6x + 12 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Przekształcamy równanie poprzez dopełnienie do kwadratu z wyrażenia \(x^2 + 6x\).
  2. Komentarz słowny:
    Ponieważ \((x + 3)^2 = x^2 + 6x + 9\), zapisujemy:
    $$(x + 3)^2 - 9 + 12 = 0$$
    $$(x + 3)^2 + 3 = 0 \implies (x + 3)^2 = -3$$
    Wyrażenie \((x + 3)^2 \ge 0\) dla każdego \(x \in \mathbb{R}\), zatem nie może być równe \(-3\).
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie jest sprzeczne [nie posiada rozwiązań].

c) \(4x^2 + 4x + 5 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Grupy wyrazów \(4x^2 + 4x\) używamy do utworzenia kwadratu sumy \((2x + 1)^2 = 4x^2 + 4x + 1\).
  2. Komentarz słowny:
    $$(2x + 1)^2 - 1 + 5 = 0$$
    $$(2x + 1)^2 + 4 = 0 \implies (2x + 1)^2 = -4$$
    Lewa strona jest zawsze nieujemna, a prawa ujemna [sprzeczność matematyczna].
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie jest sprzeczne.

Przykład 3

Rozwiąż równanie \(4x^2 - 20x + 23 = 0\).

Zauważ, że: \((2x - 5)^2 - 25 = 4x^2 - 20x\).

$$(2x - 5)^2 - 25 + 23 = 0$$
$$(2x - 5)^2 = 2$$
$$2x - 5 = -\sqrt{2} \quad \text{lub} \quad 2x - 5 = \sqrt{2}$$
$$2x = 5 - \sqrt{2} \quad \text{lub} \quad 2x = 5 + \sqrt{2}$$

Równanie ma dwa pierwiastki: \(x = \frac{5 - \sqrt{2}}{2}\), \(x = \frac{5 + \sqrt{2}}{2}\).

Ćwiczenie 3

Rozwiąż równanie.

a) \(x^2 - 2x - 3 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Dopełniamy do kwadratu wyrażenie \(x^2 - 2x\), zamieniając je na \((x - 1)^2 - 1\).
  2. Komentarz słowny:
    $$(x - 1)^2 - 1 - 3 = 0$$
    $$(x - 1)^2 - 4 = 0 \implies (x - 1)^2 = 4$$
    Wyciągamy pierwiastek z obu stron (pamiętając o dwóch możliwościach: dodatniej i ujemnej):
    \(x - 1 = -2\) lub \(x - 1 = 2\)
    \(x = -2 + 1 = -1\) lub \(x = 2 + 1 = 3\).
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie ma dwa rozwiązania: \(x = -1\) oraz \(x = 3\).

b) \(x^2 + 6x + 8 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Wykorzystujemy zwijanie \(x^2 + 6x\) do \((x + 3)^2 - 9\).
  2. Komentarz słowny:
    $$(x + 3)^2 - 9 + 8 = 0$$
    $$(x + 3)^2 - 1 = 0 \implies (x + 3)^2 = 1$$
    Rozbijamy na dwie możliwości:
    \(x + 3 = -1 \implies x = -4\)
    lub
    \(x + 3 = 1 \implies x = -2\).
  3. Podsumowanie i wniosek: Pierwiastkami tego równania są liczby \(x = -4\) oraz \(x = -2\).

c) \(x^2 + 6x + 7 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Stosujemy metodę dopełniania do kwadratu dla \(x^2 + 6x = (x + 3)^2 - 9\).
  2. Komentarz słowny:
    $$(x + 3)^2 - 9 + 7 = 0$$
    $$(x + 3)^2 - 2 = 0 \implies (x + 3)^2 = 2$$
    Nakładamy pierwiastek:
    \(x + 3 = -\sqrt{2} \implies x = -3 - \sqrt{2}\)
    lub
    \(x + 3 = \sqrt{2} \implies x = -3 + \sqrt{2}\).
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie posiada dwa rozwiązania: \(x = -3 - \sqrt{2}\) oraz \(x = -3 + \sqrt{2}\).

Postępując tak jak w przykładach 1–3, możemy rozwiązać dowolne równanie kwadratowe. Zwykle korzystamy jednak ze wzorów podanych w poniższym twierdzeniu.

Twierdzenie (Wzory na pierwiastki równania kwadratowego)

Rozważmy równanie kwadratowe \(ax^2 + bx + c = 0\), gdzie \(a \neq 0\) [forma ogólna równania kwadratowego].

  • Jeśli \(\Delta > 0\), to równanie ma dwa pierwiastki:
    $$x_1 = \frac{-b - \sqrt{\Delta}}{2a}, \quad x_2 = \frac{-b + \sqrt{\Delta}}{2a}$$
    gdzie \(\Delta = b^2 - 4ac\) [wyróżnik równania kwadratowego, tzw. "delta"].
  • Jeśli \(\Delta = 0\), to równanie ma jeden pierwiastek:
    $$x_0 = -\frac{b}{2a}$$
  • Jeśli \(\Delta < 0\), to równanie nie ma pierwiastków (jest sprzeczne) [nie można wyciągnąć pierwiastka z liczby ujemnej w zbiorze liczb rzeczywistych].

Dowód

Zapiszmy trójmian w postaci kanonicznej: \(ax^2 + bx + c = a\left(x + \frac{b}{2a}\right)^2 - \frac{\Delta}{4a}\). Stąd \(ax^2 + bx + c = 0\), gdy \(a\left(x + \frac{b}{2a}\right)^2 - \frac{\Delta}{4a} = 0\), co oznacza, że:

$$\left(x + \frac{b}{2a}\right)^2 = \frac{\Delta}{4a^2}$$
  • Jeśli \(\Delta < 0\), to powyższe równanie jest sprzeczne [prawa strona jest ujemna, a kwadrat nie ujemny].
  • Jeśli \(\Delta = 0\), to otrzymujemy równanie:
    $$\left(x + \frac{b}{2a}\right)^2 = 0$$
    Jego rozwiązaniem jest liczba \(x_0 = -\frac{b}{2a}\).
  • Jeśli \(\Delta > 0\), to otrzymujemy:
    $$x + \frac{b}{2a} = \frac{-\sqrt{\Delta}}{2a} \quad \text{lub} \quad x + \frac{b}{2a} = \frac{\sqrt{\Delta}}{2a}$$
    Rozwiązaniami równania są liczby \(x_1 = \frac{-b - \sqrt{\Delta}}{2a}\), \(x_2 = \frac{-b + \sqrt{\Delta}}{2a}\).

W przypadku, gdy \(\Delta = 0\), pierwiastek \(x_0 = -\frac{b}{2a}\) nazywamy pierwiastkiem podwójnym (zauważ, że dla \(\Delta = 0\) ze wzorów: \(x_1 = \frac{-b - \sqrt{\Delta}}{2a}\), \(x_2 = \frac{-b + \sqrt{\Delta}}{2a}\) otrzymujemy \(x_1 = x_2 = -\frac{b}{2a}\)).

Ćwiczenie 4

Oblicz wyróżnik trójmianu kwadratowego i podaj liczbę rozwiązań równania.

a) \(x^2 + 8x + 15 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Wyznaczamy współczynniki \(a, b, c\), żeby podstawić je do wzoru na deltę \(\Delta = b^2 - 4ac\) i sprawdzić jej znak.
  2. Komentarz słowny:
    Odczytujemy z równania: \(a = 1\), \(b = 8\), \(c = 15\).
    Obliczamy deltę:
    $$\Delta = 8^2 - 4 \cdot 1 \cdot 15 = 64 - 60 = 4$$
    Ponieważ \(\Delta = 4 > 0\), delta jest dodatnia.
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie ma dwa rozwiązania.

b) \(x^2 - 4x + 6 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Wyznaczamy współczynniki \(a, b, c\) i wyliczamy deltę.
  2. Komentarz słowny:
    Współczynniki: \(a = 1\), \(b = -4\), \(c = 6\).
    Obliczamy deltę:
    $$\Delta = (-4)^2 - 4 \cdot 1 \cdot 6 = 16 - 24 = -8$$
    Potęgujemy liczbę ujemną \((-4)^2 = 16\). Otrzymujemy \(\Delta = -8 < 0\) [delta ujemna].
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie nie ma rozwiązań (jest sprzeczne).

c) \(5x^2 + 5x - \frac{1}{2} = 0\)

  1. Co robimy i po co: Wskazujemy \(a, b, c\) i liczymy wartość wyróżnika \(\Delta\).
  2. Komentarz słowny:
    Współczynniki: \(a = 5\), \(b = 5\), \(c = -\frac{1}{2}\).
    Obliczamy deltę:
    $$\Delta = 5^2 - 4 \cdot 5 \cdot \left(-\frac{1}{2}\right) = 25 - (-10) = 25 + 10 = 35$$
    Dwa minusy dają plus przy mnożeniu. Otrzymujemy \(\Delta = 35 > 0\).
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie posiada dwa rozwiązania.

d) \(2x^2 - 5x - 3 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Podstawiamy współczynniki \(a=2, b=-5, c=-3\) do wzoru \(\Delta = b^2 - 4ac\).
  2. Komentarz słowny:
    $$\Delta = (-5)^2 - 4 \cdot 2 \cdot (-3) = 25 - (-24) = 25 + 24 = 49$$
    Z racji tego, że \(\Delta = 49 > 0\) [delta dodatnia].
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie ma dwa rozwiązania.

e) \(\frac{9}{5}x^2 - 6x + 5 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Wyznaczamy deltę dla \(a = \frac{9}{5}, b = -6, c = 5\).
  2. Komentarz słowny:
    $$\Delta = (-6)^2 - 4 \cdot \frac{9}{5} \cdot 5 = 36 - 4 \cdot 9 = 36 - 36 = 0$$
    Piątki w mnożeniu się skracają. Wychodzi \(\Delta = 0\).
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie ma jedno rozwiązanie (pierwiastek podwójny).

f) \(-x^2 + 4x - 7 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Obliczamy deltę dla \(a = -1, b = 4, c = -7\).
  2. Komentarz słowny:
    $$\Delta = 4^2 - 4 \cdot (-1) \cdot (-7) = 16 - 28 = -12$$
    Iloczyn trzech liczb ujemnych/z minusami daje minus: \(-4 \cdot (-1) \cdot (-7) = -28\). Stąd \(\Delta = -12 < 0\).
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie nie ma rozwiązań.

g) \(-3x^2 + \sqrt{2}x - \frac{1}{3} = 0\)

  1. Co robimy i po co: Wstawiamy \(a = -3\), \(b = \sqrt{2}\), \(c = -\frac{1}{3}\) do wzoru na deltę.
  2. Komentarz słowny:
    $$\Delta = (\sqrt{2})^2 - 4 \cdot (-3) \cdot \left(-\frac{1}{3}\right) = 2 - 4 \cdot 1 = 2 - 4 = -2$$
    \((\sqrt{2})^2 = 2\), a przy mnożeniu \(-3\) i \(-\frac{1}{3}\) skracają się do \(1\). Dostajemy \(\Delta = -2 < 0\).
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie nie ma rozwiązań.

h) \(\sqrt{2}x^2 - \frac{5}{2}x + 1 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Liczymy wyróżnik \(\Delta\) dla \(a = \sqrt{2}, b = -\frac{5}{2}, c = 1\).
  2. Komentarz słowny:
    $$\Delta = \left(-\frac{5}{2}\right)^2 - 4 \cdot \sqrt{2} \cdot 1 = \frac{25}{4} - 4\sqrt{2}$$
    Zamieniamy \(4\sqrt{2}\) na ułamek lub przybliżenie: \(4\sqrt{2} \approx 4 \cdot 1{,}414 = 5{,}656\).
    Z kolei \(\frac{25}{4} = 6{,}25\).
    Różnica \(6{,}25 - 5{,}656 > 0\), zatem \(\Delta > 0\).
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie ma dwa rozwiązania.

i) \(4\sqrt{2}x^2 + 3x = 0\)

  1. Co robimy i po co: Zauważamy \(c = 0\). Wstawiamy \(a = 4\sqrt{2}\), \(b = 3\), \(c = 0\) do wzoru.
  2. Komentarz słowny:
    $$\Delta = 3^2 - 4 \cdot 4\sqrt{2} \cdot 0 = 9 - 0 = 9$$
    Otrzymujemy \(\Delta = 9 > 0\).
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie posiada dwa rozwiązania.

Interpretacja geometryczna równania kwadratowego

Rozwiązania równania kwadratowego \(ax^2 + bx + c = 0\) są miejscami zerowymi funkcji \(y = ax^2 + bx + c\). Są one zatem odciętymi punktów przecięcia odpowiedniej paraboli z osią \(OX\) [współrzędnymi \(x\) punktów na osi poziomej].

Poniżej przedstawiono możliwe położenia paraboli \(y = ax^2 + bx + c\) względem osi \(OX\) w zależności od współczynnika \(a\) i wyróżnika \(\Delta\):

1. \(a > 0, \Delta > 0\): parabola uśmiechnięta, przecina oś OX w 2 punktach (dwa miejsca zerowe)
2. \(a > 0, \Delta = 0\): parabola uśmiechnięta, styka się z osią OX w 1 punkcie (jedno miejsce zerowe)
3. \(a > 0, \Delta < 0\): parabola uśmiechnięta, wisząca nad osią OX (brak miejsc zerowych)
4. \(a < 0, \Delta > 0\): parabola smutna, przecina oś OX w 2 punktach (dwa miejsca zerowe)
5. \(a < 0, \Delta = 0\): parabola smutna, styka się z osią OX w 1 punkcie (jedno miejsce zerowe)
6. \(a < 0, \Delta < 0\): parabola smutna, znajdująca się pod osią OX (brak miejsc zerowych)]

Zestawienie wykresów z leksykonu

Przykład 4

Rozwiąż równanie.

a) \(3x^2 - 4x - 2 = 0\)

$$\Delta = (-4)^2 - 4 \cdot 3 \cdot (-2) = 16 + 24 = 40$$

Ponieważ \(\Delta > 0\), równanie ma dwa pierwiastki.

$$\sqrt{\Delta} = \sqrt{40} = 2\sqrt{10}$$
$$x_1 = \frac{-b - \sqrt{\Delta}}{2a} = \frac{4 - 2\sqrt{10}}{6} = \frac{2 - \sqrt{10}}{3}, \quad x_2 = \frac{-b + \sqrt{\Delta}}{2a} = \frac{4 + 2\sqrt{10}}{6} = \frac{2 + \sqrt{10}}{3}$$

b) \(4x^2 + 6x + \frac{9}{4} = 0\)

$$\Delta = 6^2 - 4 \cdot 4 \cdot \frac{9}{4} = 36 - 36 = 0$$

Równanie ma zatem jeden pierwiastek podwójny:

$$x_0 = \frac{-b}{2a} = \frac{-6}{8} = -\frac{3}{4}$$

c) \(7x^2 - 3x + 2 = 0\)

$$\Delta = (-3)^2 - 4 \cdot 7 \cdot 2 = 9 - 56 = -47 < 0$$

więc równanie jest sprzeczne.

Ćwiczenie 5

Rozwiąż równanie.

a) \(2x^2 + 7x + 3 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Wyznaczamy współczynniki \(a = 2, b = 7, c = 3\), liczymy deltę, a następnie pierwiastki ze wzorów \(x_1, x_2\).
  2. Komentarz słowny:
    $$\Delta = 7^2 - 4 \cdot 2 \cdot 3 = 49 - 24 = 25$$
    Delta jest dodatnia, więc wyciągamy z niej pierwiastek: \(\sqrt{\Delta} = \sqrt{25} = 5\).
    Obliczamy rozwiązania:
    $$x_1 = \frac{-7 - 5}{2 \cdot 2} = \frac{-12}{4} = -3$$
    $$x_2 = \frac{-7 + 5}{2 \cdot 2} = \frac{-2}{4} = -\frac{1}{2}$$
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie ma dwa rozwiązania: \(x = -3\) oraz \(x = -\frac{1}{2}\).

b) \(4x^2 - x - 5 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Wyznaczamy \(a = 4, b = -1, c = -5\) i obliczamy pierwiastki równania.
  2. Komentarz słowny:
    $$\Delta = (-1)^2 - 4 \cdot 4 \cdot (-5) = 1 + 80 = 81$$
    Pierwiastek z delty wynosi: \(\sqrt{\Delta} = \sqrt{81} = 9\).
    Stosujemy wzory:
    $$x_1 = \frac{-(-1) - 9}{2 \cdot 4} = \frac{1 - 9}{8} = \frac{-8}{8} = -1$$
    $$x_2 = \frac{-(-1) + 9}{2 \cdot 4} = \frac{1 + 9}{8} = \frac{10}{8} = \frac{5}{4} = 1\frac{1}{4}$$
  3. Podsumowanie i wniosek: Pierwiastkami są liczby \(x = -1\) oraz \(x = 1\frac{1}{4}\).

c) \(3x^2 - 5x - 2 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Bierzemy \(a = 3, b = -5, c = -2\) i wyliczamy wartości niewiadomej \(x\).
  2. Komentarz słowny:
    $$\Delta = (-5)^2 - 4 \cdot 3 \cdot (-2) = 25 + 24 = 49$$
    Obliczamy pierwiastek z delty: \(\sqrt{\Delta} = \sqrt{49} = 7\).
    Wyznaczamy \(x_1\) i \(x_2\):
    $$x_1 = \frac{-(-5) - 7}{2 \cdot 3} = \frac{5 - 7}{6} = \frac{-2}{6} = -\frac{1}{3}$$
    $$x_2 = \frac{-(-5) + 7}{2 \cdot 3} = \frac{5 + 7}{6} = \frac{12}{6} = 2$$
  3. Podsumowanie i wniosek: Rozwiązaniami są \(x = -\frac{1}{3}\) oraz \(x = 2\).

d) \(28x^2 - 4x + \frac{1}{7} = 0\)

  1. Co robimy i po co: Wyznaczamy \(\Delta\) dla \(a = 28, b = -4, c = \frac{1}{7}\).
  2. Komentarz słowny:
    $$\Delta = (-4)^2 - 4 \cdot 28 \cdot \frac{1}{7} = 16 - 4 \cdot 4 = 16 - 16 = 0$$
    Skracamy \(28\) z \(7\) w mianowniku, dając \(4\). Delta wyszła \(0\), więc stosujemy wzór na \(x_0\):
    $$x_0 = \frac{-(-4)}{2 \cdot 28} = \frac{4}{56} = \frac{1}{14}$$
  3. Podsumowanie i wniosek: Jedynym rozwiązaniem jest pierwiastek podwójny \(x = \frac{1}{14}\).

e) \(-x^2 + 6x + 1 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Obliczamy pierwiastki równania dla \(a = -1, b = 6, c = 1\).
  2. Komentarz słowny:
    $$\Delta = 6^2 - 4 \cdot (-1) \cdot 1 = 36 + 4 = 40$$
    Upraszczamy pierwiastek z delty: \(\sqrt{\Delta} = \sqrt{40} = 2\sqrt{10}\).
    Wyznaczamy rozwiązania:
    $$x_1 = \frac{-6 - 2\sqrt{10}}{2 \cdot (-1)} = \frac{-6 - 2\sqrt{10}}{-2} = 3 + \sqrt{10}$$
    $$x_2 = \frac{-6 + 2\sqrt{10}}{2 \cdot (-1)} = \frac{-6 + 2\sqrt{10}}{-2} = 3 - \sqrt{10}$$
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie ma dwa rozwiązania: \(x = 3 - \sqrt{10}\) oraz \(x = 3 + \sqrt{10}\).

f) \(\frac{1}{2}x^2 - 2x - 1 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Liczmy pierwiastki dla \(a = \frac{1}{2}, b = -2, c = -1\).
  2. Komentarz słowny:
    $$\Delta = (-2)^2 - 4 \cdot \frac{1}{2} \cdot (-1) = 4 - (-2) = 4 + 2 = 6$$
    Pierwiastek z delty to \(\sqrt{6}\).
    Obliczamy \(x_1\) oraz \(x_2\) (pamiętając, że w mianowniku \(2a = 2 \cdot \frac{1}{2} = 1\)):
    $$x_1 = \frac{-(-2) - \sqrt{6}}{1} = 2 - \sqrt{6}$$
    $$x_2 = \frac{-(-2) + \sqrt{6}}{1} = 2 + \sqrt{6}$$
  3. Podsumowanie i wniosek: Rozwiązaniami równania są liczby \(x = 2 - \sqrt{6}\) oraz \(x = 2 + \sqrt{6}\).

g) \(-3x^2 + 2x - 3 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Wyznaczamy wyróżnik \(\Delta\) dla \(a = -3, b = 2, c = -3\).
  2. Komentarz słowny:
    $$\Delta = 2^2 - 4 \cdot (-3) \cdot (-3) = 4 - 36 = -32$$
    Otrzymujemy \(\Delta = -32 < 0\) [delta ujemna].
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie jest sprzeczne (brak rozwiązań).

h) \(6x^2 - 2x - 1 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Podstawiamy \(a = 6, b = -2, c = -1\) do wzorów.
  2. Komentarz słowny:
    $$\Delta = (-2)^2 - 4 \cdot 6 \cdot (-1) = 4 + 24 = 28$$
    Wyciągamy czynnik spod pierwiastka: \(\sqrt{\Delta} = \sqrt{28} = 2\sqrt{7}\).
    Obliczamy wartości \(x\):
    $$x_1 = \frac{-(-2) - 2\sqrt{7}}{2 \cdot 6} = \frac{2 - 2\sqrt{7}}{12} = \frac{1 - \sqrt{7}}{6}$$
    $$x_2 = \frac{-(-2) + 2\sqrt{7}}{2 \cdot 6} = \frac{2 + 2\sqrt{7}}{12} = \frac{1 + \sqrt{7}}{6}$$
  3. Podsumowanie i wniosek: Rozwiązaniami są \(x = \frac{1 - \sqrt{7}}{6}\) oraz \(x = \frac{1 + \sqrt{7}}{6}\).

i) \(2x^2 - \frac{5}{2}x + 1 = 0\)

  1. Co robimy i po co: Wyliczamy deltę i rozwiązania dla \(a = 2, b = -\frac{5}{2}, c = 1\).
  2. Komentarz słowny:
    $$\Delta = \left(-\frac{5}{2}\right)^2 - 4 \cdot 2 \cdot 1 = \frac{25}{4} - 8 = \frac{25}{4} - \frac{32}{4} = -\frac{7}{4}$$
    Wartość wyróżnika \(\Delta = -\frac{7}{4} < 0\) jest ujemna.
  3. Podsumowanie i wniosek: Równanie nie posiada pierwiastków rzeczywistych (jest sprzeczne).

ETAP 2: Baza Zadań Utrwalających z Testów Nowej Ery (Grupa A)

Kompletne rozwiązania krok po kroku z objaśnieniem słownym do lekcji 1.5 i 1.6

Zadanie 25 (Grupa A)

3 pkt

Rozwiąż równanie.

a) \((x-3)(2x+6)+3(5x+6)=5(3x+2)\)

b) \(\frac{(x-8)(x+5)}{4}=-5(x+2)\)

Pełne rozwiązanie krok po kroku — podpunkt a:

  • Intuicja („Dlaczego tak?”): Naszym celem jest wymnożenie wszystkich nawiasów, zredukowanie wyrazów podobnych i doprowadzenie równania do postaci trójmianu kwadratowego \(ax^2 + bx + c = 0\) [lub wyciągnięcie czynnika przed nawias].
  • Krok po kroku z komentarzem:
    1. Mnożymy nawiasy oraz wyrażenia przed nawiasami:
      • Nawias \((x-3)(2x+6) = x \cdot 2x + x \cdot 6 - 3 \cdot 2x - 3 \cdot 6 = 2x^2 + 6x - 6x - 18 = 2x^2 - 18\)
      • Wyrażenie \(3(5x+6) = 15x + 18\)
      • Prawa strona \(5(3x+2) = 15x + 10\)
    2. Zapisujemy całe równanie po wymnożeniu:
      $$2x^2 - 18 + 15x + 18 = 15x + 10$$
    3. Upraszczamy lewą stronę (zauważamy, że \(-18\) i \(+18\) redukują się do \(0\)):
      $$2x^2 + 15x = 15x + 10$$
    4. Przenosimy wszystkie wyrażenia na lewą stronę, aby po prawej otrzymać zero:
      $$2x^2 + 15x - 15x - 10 = 0$$
      $$2x^2 - 10 = 0$$
    5. Wyznaczamy \(x^2\):
      $$2x^2 = 10 \implies x^2 = 5$$
    6. Wyciągamy pierwiastek kwadratowy. Pamiętamy, że równanie \(x^2 = 5\) ma dwa rozwiązania (dodatnie i ujemne):
      $$x = -\sqrt{5} \quad \text{lub} \quad x = \sqrt{5}$$
  • Podsumowanie i wniosek: Równanie ma dwa rozwiązania: \(x = -\sqrt{5}\) oraz \(x = \sqrt{5}\).

Pełne rozwiązanie krok po kroku — podpunkt b:

  • Intuicja („Dlaczego tak?”): Najpierw pozbywamy się ułamka (mianownika \(4\)), mnożąc obustronnie przez \(4\). Następnie wykonujemy mnożenie, przenosimy wszystko na jedną stronę i rozwiązujemy równanie kwadratowe.
  • Krok po kroku z komentarzem:
    1. Mnożymy obie strony równania przez \(4\):
      $$(x-8)(x+5) = -20(x+2)$$
    2. Rozwijamy nawiasy po obu stronach:
      $$x^2 + 5x - 8x - 40 = -20x - 40$$
      $$x^2 - 3x - 40 = -20x - 40$$
    3. Przenosimy wszystko na lewą stronę:
      $$x^2 - 3x + 20x - 40 + 40 = 0$$
      $$x^2 + 17x = 0$$
    4. Rozkładamy na czynniki poprzez wyciągnięcie niewiadomej \(x\) przed nawias:
      $$x(x + 17) = 0$$
    5. Przyrównujemy każdy czynniki do zera:
      $$x = 0 \quad \text{lub} \quad x + 17 = 0 \implies x = -17$$
  • Podsumowanie i wniosek: Rozwiązaniami równania są liczby \(x = 0\) oraz \(x = -17\).

Zadanie 26 (Grupa A)

3 pkt

Rozwiąż równanie \((4x^2-1)(4x^2+4)(4x+1)=0\).

Pełne rozwiązanie krok po kroku:

  • Intuicja („Dlaczego tak?”): Mamy iloczyn trzech nawiasów równy zero. Iloczyn wynosi zero wtedy i tylko wtedy, gdy co najmniej jeden z czynników (nawiasów) jest równy zero. Sprawdzamy każdy nawias osobno.
  • Krok po kroku z komentarzem:
    1. Przyrównujemy pierwszy nawias do zera:
      $$4x^2 - 1 = 0 \implies 4x^2 = 1 \implies x^2 = \frac{1}{4}$$
      Stąd otrzymujemy dwa rozwiązania:
      $$x = -\sqrt{\frac{1}{4}} = -\frac{1}{2} \quad \text{lub} \quad x = \sqrt{\frac{1}{4}} = \frac{1}{2}$$
    2. Przyrównujemy drugi nawias do zera:
      $$4x^2 + 4 = 0 \implies 4x^2 = -4 \implies x^2 = -1$$
      Kwadrat dowolnej liczby rzeczywistej nie może być ujemny, więc ten nawias nie daje nam żadnego rozwiązania rzeczywistego (jest sprzeczny).
    3. Przyrównujemy trzeci nawias do zera:
      $$4x + 1 = 0 \implies 4x = -1 \implies x = -\frac{1}{4}$$
  • Podsumowanie i wniosek: Równanie ma trzy rozwiązania rzeczywiste: \(x = -\frac{1}{2}\), \(x = \frac{1}{2}\) oraz \(x = -\frac{1}{4}\).

Zadanie 27 (Grupa A)

3 pkt

Rozwiąż równanie.

a) \((4+\sqrt{3})(x-6)=(2x+\sqrt{3})(x-6)\)

b) \((5x+2)(3x-7)=(3x-7)(6+2x)\)

Pełne rozwiązanie krok po kroku — podpunkt a:

  • Intuicja („Dlaczego tak?”): Zamiast mnożyć wszystko (co skomplikowałoby rachunki z pierwiastkami), przenosimy prawą stronę na lewą i wyciągamy wspólny nawias \((x-6)\) przed nawias.
  • Krok po kroku z komentarzem:
    1. Przenosimy całe wyrażenie z prawej strony na lewą ze zmianą znaku:
      $$(4+\sqrt{3})(x-6) - (2x+\sqrt{3})(x-6) = 0$$
    2. Wyciągamy wspólny nawias \((x-6)\) przed nawias kwadratowy:
      $$(x-6) \cdot \left[ (4+\sqrt{3}) - (2x+\sqrt{3}) \right] = 0$$
    3. Upraszczamy drugi nawias:
      $$(x-6)(4 + \sqrt{3} - 2x - \sqrt{3}) = 0$$
      $$(x-6)(4 - 2x) = 0$$
    4. Przyrównujemy poszczególne czynniki do zera:
      • \(x - 6 = 0 \implies x = 6\)
      • \(4 - 2x = 0 \implies 2x = 4 \implies x = 2\)
  • Podsumowanie i wniosek: Rozwiązaniami równania są liczby \(x = 6\) oraz \(x = 2\).

Pełne rozwiązanie krok po kroku — podpunkt b:

  • Intuicja („Dlaczego tak?”): Podobnie jak w podpunkcie a), przenosimy wszystkie wyrażenia na lewą stronę i wyłączamy wspólny czynnik \((3x-7)\) przed nawias.
  • Krok po kroku z komentarzem:
    1. Przenosimy prawą stronę na lewą:
      $$(5x+2)(3x-7) - (3x-7)(6+2x) = 0$$
    2. Wyciągamy \((3x-7)\) przed nawias:
      $$(3x-7) \cdot \left[ (5x+2) - (6+2x) \right] = 0$$
    3. Redukujemy wyrażenie w drugim nawiasie:
      $$(3x-7)(5x + 2 - 6 - 2x) = 0$$
      $$(3x-7)(3x - 4) = 0$$
    4. Przyrównujemy oba nawiasy do zera:
      • \(3x - 7 = 0 \implies 3x = 7 \implies x = \frac{7}{3} = 2\frac{1}{3}\)
      • \(3x - 4 = 0 \implies 3x = 4 \implies x = \frac{4}{3} = 1\frac{1}{3}\)
  • Podsumowanie i wniosek: Rozwiązaniami równania są liczby \(x = 1\frac{1}{3}\) oraz \(x = 2\frac{1}{3}\).

Zadanie 28 (Grupa A)

3 pkt

Rozwiąż równanie \((2x-5)^2=(5x-2)^2\).

Pełne rozwiązanie krok po kroku:

  • Intuicja („Dlaczego tak?”): Możemy podnieść oba nawiasy do kwadratu przy użyciu wzorów skróconego mnożenia \((a-b)^2 = a^2 - 2ab + b^2\), a następnie przenieść wszystko na jedną stronę i rozwiązać trójmian.
  • Krok po kroku z komentarzem:
    1. Stosujemy wzory skróconego mnożenia:
      • Lewa strona: \((2x-5)^2 = (2x)^2 - 2 \cdot 2x \cdot 5 + 5^2 = 4x^2 - 20x + 25\)
      • Prawa strona: \((5x-2)^2 = (5x)^2 - 2 \cdot 5x \cdot 2 + 2^2 = 25x^2 - 20x + 4\)
    2. Zapisujemy równanie po rozwinięciu kwadratów:
      $$4x^2 - 20x + 25 = 25x^2 - 20x + 4$$
    3. Przenosimy wszystkie wyrażenia na lewą stronę:
      $$4x^2 - 25x^2 - 20x + 20x + 25 - 4 = 0$$
      $$-21x^2 + 21 = 0$$
    4. Dzielimy obustronnie przez \(-21\):
      $$x^2 - 1 = 0 \implies x^2 = 1$$
    5. Wyciągamy pierwiastek kwadratowy:
      $$x = -1 \quad \text{lub} \quad x = 1$$
  • Podsumowanie i wniosek: Równanie ma dwa rozwiązania: \(x = -1\) oraz \(x = 1\).

Zadanie 29 (Grupa A)

1 pkt

Liczby 3 i 4 są rozwiązaniami równania:

A. \(x^2+7x-12=0\)
B. \(x^2-7x+12=0\)
C. \(-x^2+7x+12=0\)
D. \((x+3)(x+4)=0\)

Pełne rozwiązanie krok po kroku:

  • Intuicja („Dlaczego tak?”): Jeśli liczby \(x_1 = 3\) oraz \(x_2 = 4\) są rozwiązaniami równania, to postać iloczynowa tego trójmianu ma postać \(a(x - 3)(x - 4) = 0\).
  • Krok po kroku z komentarzem:
    1. Wymnażamy postać iloczynową dla \(a = 1\):
      $$(x - 3)(x - 4) = x^2 - 4x - 3x + 12 = x^2 - 7x + 12$$
    2. Przyrównujemy do zera:
      $$x^2 - 7x + 12 = 0$$
    3. Porównujemy z odpowiedziami z treści zadania: pasuje odpowiedź B.
  • Podsumowanie i wniosek: Prawidłową odpowiedzią jest B.

Zadanie 31 (Grupa A)

2 pkt

Wyznacz miejsca zerowe funkcji \(f(x)=2x^2+5x\).

Pełne rozwiązanie krok po kroku:

  • Intuicja („Dlaczego tak?”): Miejsca zerowe to takie argumenty \(x\), dla których wartość funkcji \(f(x)\) wynosi zero. Należy rozwiązać równanie \(2x^2 + 5x = 0\).
  • Krok po kroku z komentarzem:
    1. Przyrównujemy wzór funkcji do zera:
      $$2x^2 + 5x = 0$$
    2. Wyciągamy \(x\) przed nawias (gdyż nie ma wyrazu wolnego \(c\)):
      $$x(2x + 5) = 0$$
    3. Przyrównujemy każdy czynniki do zera:
      • \(x = 0\)
      • \(2x + 5 = 0 \implies 2x = -5 \implies x = -\frac{5}{2} = -2\frac{1}{2}\)
  • Podsumowanie i wniosek: Miejscami zerowymi funkcji są liczby \(x = 0\) oraz \(x = -2\frac{1}{2}\).

Zadanie 32 (Grupa A)

4 pkt

Rozwiąż równanie.

a) \(x^2-36=0\)
b) \(9x^2=1\)
c) \(7-x^2=0\)
d) \(81x^2+16=0\)

Pełne rozwiązania krok po kroku:

Podpunkt a:

  1. Przenosimy \(36\) na prawą stronę:
    $$x^2 = 36$$
  2. Pierwiastkujemy obuostronnie: \(x = -\sqrt{36}\) lub \(x = \sqrt{36}\).
  3. Wynik: \(x = -6\) lub \(x = 6\).

Podpunkt b:

  1. Dzielimy obustronnie przez \(9\):
    $$x^2 = \frac{1}{9}$$
  2. Pierwiastkujemy obuostronnie:
    $$x = -\sqrt{\frac{1}{9}} = -\frac{1}{3} \quad \text{lub} \quad x = \sqrt{\frac{1}{9}} = \frac{1}{3}$$
  3. Wynik: \(x = -\frac{1}{3}\) lub \(x = \frac{1}{3}\).

Podpunkt c:

  1. Przenosimy \(x^2\) na prawą stronę:
    $$x^2 = 7$$
  2. Pierwiastkujemy obuostronnie:
    $$x = -\sqrt{7} \quad \text{lub} \quad x = \sqrt{7}$$
  3. Wynik: \(x = -\sqrt{7}\) lub \(x = \sqrt{7}\).

Podpunkt d:

  1. Przenosimy \(16\) na prawą stronę:
    $$81x^2 = -16 \implies x^2 = -\frac{16}{81}$$
  2. Kwadrat dowolnej liczby rzeczywistej nie może być ujemny.
  3. Wynik: Równanie jest sprzeczne (brak rozwiązań).

Zadanie 33 (Grupa A)

3 pkt

Rozwiąż równanie.

a) \(8x^2-3x=0\)

b) \(7x^2=21x\)

c) \(x(x+5)=4x(x+5)\)

Pełne rozwiązania krok po kroku:

Podpunkt a:

  1. Wyciągamy \(x\) przed nawias:
    $$x(8x - 3) = 0$$
  2. Przyrównujemy czynniki do zera:
    • \(x = 0\)
    • \(8x - 3 = 0 \implies 8x = 3 \implies x = \frac{3}{8}\)
  3. Wynik: \(x = 0\) oraz \(x = \frac{3}{8}\).

Podpunkt b:

  1. Przenosimy \(21x\) na lewą stronę:
    $$7x^2 - 21x = 0$$
  2. Wyciągamy \(7x\) przed nawias:
    $$7x(x - 3) = 0$$
  3. Przyrównujemy do zera:
    • \(7x = 0 \implies x = 0\)
    • \(x - 3 = 0 \implies x = 3\)
  4. Wynik: \(x = 0\) oraz \(x = 3\).

Podpunkt c:

  1. Przenosimy wszystko na lewą stronę:
    $$x(x+5) - 4x(x+5) = 0$$
  2. Wyciągamy wspólny nawias \((x+5)\) przed nawias:
    $$(x+5)(x - 4x) = 0$$
    $$(x+5)(-3x) = 0$$
  3. Przyrównujemy czynniki do zera:
    • \(x + 5 = 0 \implies x = -5\)
    • \(-3x = 0 \implies x = 0\)
  4. Wynik: \(x = -5\) oraz \(x = 0\).

Zadanie 35 (Grupa A)

1 pkt

Suma rozwiązań równania \(17-x^2=0\) jest liczbą:

A. naturalną dodatnią
B. ujemną
C. wymierną
D. niewymierną

Pełne rozwiązanie krok po kroku:

  • Intuicja („Dlaczego tak?”): Najpierw wyznaczamy oba rozwiązania równania, a następnie dodajemy je do siebie i sprawdzamy typ otrzymanej liczby.
  • Krok po kroku z komentarzem:
    1. Rozwiązujemy równanie:
      $$17 - x^2 = 0 \implies x^2 = 17 \implies x_1 = -\sqrt{17}, \quad x_2 = \sqrt{17}$$
    2. Obliczamy sumę rozwiązań:
      $$x_1 + x_2 = -\sqrt{17} + \sqrt{17} = 0$$
    3. Analizujemy wynik: Liczba \(0\) jest liczbą całkowitą, a co za tym idzie – również liczbą wymierną (można ją zapisać w postaci ułamka \(\frac{0}{1}\)). Nie jest liczbą dodatnią, ujemną ani niewymierną.
  • Podsumowanie i wniosek: Prawidłową odpowiedzią jest C.

Zadanie 36 (Grupa A)

1 pkt

Rozwiązaniami równania \(3(x-3)(x+5)=0\) są liczby:

A. \(-3, 2 \text{ i } 5\)
B. \(-3 \text{ i } 5\)
C. \(3 \text{ i } -5\)
D. \(-3 \text{ i } -5\)

Pełne rozwiązanie krok po kroku:

  • Intuicja („Dlaczego tak?”): Równanie jest podane od razu w postaci iloczynowej. Stała \(3\) przed nawiasem nie wpływa na miejsca zerowe (dzielimy przez nią obustronnie), a zerowanie równania następuje wtedy, gdy któryś z nawiasów przyjmuje wartość \(0\).
  • Krok po kroku z komentarzem:
    1. Dzielimy przez \(3\):
      $$(x - 3)(x + 5) = 0$$
    2. Przyrównujemy nawiasy do zera:
      • \(x - 3 = 0 \implies x = 3\)
      • \(x + 5 = 0 \implies x = -5\)
  • Podsumowanie i wniosek: Rozwiązaniami są liczby \(3\) oraz \(-5\), co odpowiada odpowiedzi C.
Hosted & Compiled with HtmlRunner.com