Lyhyt MathCheck-ohje (uuteen välilehteen)
Reaaliluvuilla itseisarvo kuvaa luvun etäisyyttä nollasta. Yksinkertaisissa tilanteissa itseisarvon voi ajatella vain poistavan miinusmerkin luvun edestä, mutta hankalammissa tämä ajattelutapa voi johtaa harhaan. Kaikilla reaaliluvuilla `x` pitää paikkansa, että `|x| = |-x|`, mutta keksitkö reaaliluvun, jolla `|-x| = x` ei olekaan tosi? vastausMikä tahansa negatiivinen luku. Valitaan esimerkiksi `x = -2`, jolloin `|-x| = |-(-2)| = |2| = 2 != -2`.
Itseisarvoa voidaan hyödyntää myös laskettaessa kahden reaaliluvun etäisyyttä toisistaan. Tiedätkö miten? vihjeMiten lasket lukujen `4` ja `3` välisen etäisyyden? Entä lukujen `-2` ja `7`, tai lukujen `sqrt 10` ja `pi`? Onko lukujen järjestyksellä väliä? Keksitkö kaavan, jota käyttämällä ei ole väliä kumpi luku on isompi ja kumpi pienempi? vastausLukujen `x` ja `y` välinen etäisyys on `|x-y|`.
Tarkastellaan itseisarvolauseketta `|4x - 3|`. Hahmottele aluksi itse paperille, miltä sen kuvaaja näyttää, ja vertaa sitten kuvaasi tähän. Hahmottele samaan kuvaan lausekkeen `|3 - 4x|` kuvaaja. Mitä huomaatKuvaajat ovat samat.?
Itseisarvoja sisältävä lauseke voidaan ilmaista myös ilman itseisarvomerkkejä. Silloin hyödynnetään samaa itseisarvon määritelmää, joka on kerrottu luentomateriaaleissakin:
`|a| = {(-a, sf", kun " a < 0),(a, sf", kun " a >= 0):}`Itseisarvon määritelmän mukaan aiempi esimerkki voidaan siis kirjoittaa
`|4x - 3| = -(4x - 3)` , kun `4x - 3 < 0`.ja
`|4x - 3| = 4x - 3` , kun `4x - 3 >= 0`
Harjoitelkaamme tätä! Säilytä vastauksesi, niitä tarvitaan pian. Alla on käytetty rumempaa matematiikan esitystapaa kuin edellä siksi, että rumasta esitystavasta voi maalata ja kopioida. Se helpottaa vastausten kirjoittamista. Ruma esitystapa myös vähentää veppisivun hyppimistä ja pomppimista kun sivu ladataan, ja nopeuttaa vastausruudusta toiseen siirtymistä tabulaattorinäppäimellä.
ja
Vielä toinen! Säilytä tämänkin vastauksesi.
ja
Toisinaan on hyödyllistä sieventää vähän pidemmälle, niin että ehto on ratkaistu muuttujan suhteen:
`|4x - 3| = 4x - 3` , kun `x >= 3/4`ja
`|4x - 3| = 3 - 4x` , kun `x < 3/4`.
Näin on erityisesti silloin, kun itseisarvomerkkejä on kaksi tai enemmän. Otamme esimerkiksi 3|2x + 8| − |18 − 6x|. Sievennä itseisarvot poistamalla syntyvä lauseke. Kenties kannattaa kirjoittaa se ensin sieventämättömänä ja klikata vastausnappia, jotta näkisit, menikö siihen asti oikein. Sitten voit lisätä perään = ja sievennetyn vastauksen. Tarvittaessa voit kirjoittaa useita välivaiheita =-merkin avulla.
Yllä olevasta on hankala hahmottaa, millä x:n arvoilla mikäkin lauseke on voimassa. Siksi sievennä jokainen ehto mahdollisimman selkeään muotoon. Ylin ja alin ovat vaikeimmat, joten älä aloita niillä.
Miten määritelmää hyödynnetään yhtälöiden ratkaisemisessa? Otetaan esimerkiksi `|4x - 3| = 5`. MathCheckiä tarkastusapuna käyttäen se voidaan ratkaista monella tavalla. Seuraavaksi kuvattava tapa on ehkä aloittelijalle suositeltavin, koska se muodostaa hyvän kompromissin kirjoittamisvaivan ja MathCheckin antaman tarkastusavun välille.
Ensimmäisellä vastausrivillä itseisarvomerkit on poistettu kuten edellä on kuvattu. Syntyvät kaksi tapausta on erotettu toisistaan operaattorilla ∨, ja tapauksen ehto ja yhtälö on yhdistetty operaattorilla ∧. Rutinoitunut sieventäjä voi jättää tämän rivin kirjoittamatta. Aloittelija voi hyötyä sen tuottamasta lisätarkastuksesta.
Tarkastus varmistaa vain, että rivi on tosi täsmälleen niillä
x:n arvoilla, joilla alkuperäinen yhtälö toteutuu.
Siksi se sallii virheitä varsinkin ehdoissa, mutta vain sellaisia, jotka eivät
vaikuta lopputulokseen.
Kokeile tätä vaihtamalla ensimmäisessä assume-osassa 0:n paikalle ensin 5 ja
sitten 6.
Miksi tulos on sellainen kuin on?
VastausAlkuperäinen yhtälö on tosi jos
ja vain jos `x = -1/2` tai `x = 2`.
Tapauksen yhtälö `-(4x - 3) = 5` on tosi jos ja vain jos `x = -1/2`.
Kun assume-osassa annettu raja on 0 tai 5, niin 2 ei toteuta oletusta,
joten sitä ei oteta huomioon.
Niinpä sekä alkuperäinen että tapauksen yhtälö toteutuvat täsmälleen samoilla
tarkasteltavilla x:n arvoilla.
Yhtälöt ovat silloin logiikan näkökulmasta yhtäpitävät.
Kun assume-raja on 6, myös `x = 2` otetaan huomioon.
Tällöin, kun `x = 2`, niin alkuperäinen yhtälö on tosi ja tapauksen yhtälö
epätosi, joten yhtälöt eivät ole yhtäpitävät.
Seuraavilla kolmella rivillä ratkaistaan tapaus < 0. Osuus assume 4x - 3 < 0; rajoittaa tarkastuksen tapauksen mukaisiin x:n arvoihin, ja original <=> käskee tarkastamaan, että ratkaistava yhtälö täsmää alkuperäiseen yhtälöön. Ne eivät ole välttämättömiä, mutta ovat hyödyksi paljastamalla heti tapauksia, joissa itseisarvomerkit on poistettu väärin. Ilman niitä voi käydä niin, että virhe paljastuu vasta lopuksi, jolloin tulee ratkaistua väärä yhtälö ja siten tehtyä turhaa työtä.
Seuraavilla kolmella rivillä ratkaistaan tapaus ≥ 0.
Tarkastus, täyttääkö kumpikin saatu juuri tapauksensa ehdon, on jätetty päässä tehtäväksi. Se ei tarvitse koneellista tarkastusta, koska se on helppoa, ja siinä mahdollisesti tehty virhe paljastuu lopullisen vastauksen kohdalla. Opettaja esitti sen kommenttina havainnollisuuden vuoksi, mutta opiskelijan ei tarvitse kirjoittaa sitä.
Viimeisellä rivillä on lopullinen vastaus. Osuus original <=> kertoo, että se on alkuperäisen yhtälön vastaus.
Yhtälöä ratkaistaessa tarkastellaan siis erikseen tilanteet, joissa itseisarvon sisällä oleva lauseke on positiivinen tai nolla, ja tilanteet, joissa se on negatiivinen. Nämä yhdistämällä saadaan lopullinen vastaus. Katso vielä tämä kuva, jossa aiemmin piirrettyyn kuvaan on lisätty suora `y = 5` ja josta siksi yhtälön juuret näkyvät.
Ratkaise seuraavat kolme itseisarvoyhtälöä. Hahmottele jokaisesta myös kuva paperille ja mieti, miten yhtälön ratkaisu näkyy kuvassa. Älä kuitenkaan perusta ratkaisuasi kuvaan tai tee päätelmiä yksin sen perusteella. Paperin sijaan voit käyttää edellä ollutta kuvaajanpiirtoruutua. Kirjoita =-merkin paikalle ; (se tarkoittaa, että piirrä samaan kuvaan kaksi kuvaajaa). Voit pyyhkiä valmiiksi kirjoitetun merkin ⇔ pois, jos haluat aloittaa subproof-lohkolla.
kysymys ratkaisustaTällä yhtälöllä on vain yksi juuri.
Miksi laskemalla saatiin mahdoton juuri `-1/2` (kuvasta voi olla
apua)?
vastausKuvassa on vihreällä
katkoviivalla `x` ja `-x`.
Haamujuuri syntyy suorien `y=x` ja `y=5x+2` leikkauspisteeseen.
Siellä `x = 5x+2` mutta `|x| != 5x+2`, koska `|x| > 0` mutta `5x+2 < 0`.
Tämä on esimerkki juuresta, joka ei toteuta tapauksensa ehtoa.
Edellä käskettiin hylätä sellaiset juuret.
Entäs jos itseisarvoja on useita? Miten ratkaistaan esimerkiksi yhtälö `|x + 4| = |3x+6|` tai yhtälö `|x+3| = |4-2x| - 1`? Ne voidaan ratkaista ihan samalla idealla kuin aiemmatkin yhtälöt, mutta niissä pitää pitää pää kylmänä koska tapauksia tulee useita.
Tarkastellaan ensin yhtälöä `|x + 4| = |3x+6|`. Aloita piirtämällä kuva. Älä tee päätelmiä kuvasta, mutta yritä hahmottaa miten tehtävät laskut ja päättelyt näkyvät siinä.
Vasemmalla puolella olevan itseisarvon sisällä oleva lauseke `x + 4` saa arvon `0` kun `x = -4`. Siispä kun `x >= -4` niin `|x + 4| = x + 4` ja kun `x < -4` niin `|x + 4| = -x - 4`.
Oikealla puolella olevan itseisarvon sisällä oleva lauseke `3x+6` puolestaan saa arvon `0` kun `x = -2`. Siispä kun `x >= -2` niin `|3x+6| = 3x+6` ja kun `x < -2` niin `|3x+6| = -3x-6`.
Näistä tulee kaikkiaan neljä yhdistelmää. Sievennä ne:
Mille näistä tapauksista ei tarvitse jatkossa tehdä mitään, ja miksi? vastausTapaukselle `x < -4 ^^ x >= -2`, koska sellaisia lukuja ei ole, jotka olisivat alle `-4` mutta samalla vähintään `-2`.
Seuraavaksi nämä yksittäisistä itseisarvolausekkeista saadut tiedot täytyy yhdistää yhtälön `|x + 4| = |3x+6|` ratkaisemiseksi.
Täytä alla olevien pienten vastauslaatikoiden ensimmäiseen sarakkeeseen ne rajat, joissa muuttujaa `x` kullakin rivillä tarkastellaan. Kolmanteen sarakkeeseen tulee ratkaistavan yhtälön vasen puoli itseisarvot purettuna annettujen rajojen mukaisesti. Viidenteen sarakkeeseen täytetään yhtälön oikea puoli vastaavasti. Osa laatikoista on täytetty jo valmiiksi.
Itseisarvoyhtälöllä on tyypillisesti muutama juuri. On olemassa erikoistilanteita, joissa itseisarvoyhtälön ratkaisuna on väli. Keksitkö sellaisen? vastausTämä lienee yksinkertaisin: `|x| = x`
Epäyhtälöiden ratkaisut puolestaan muodostuvat usein yhdestä tai useasta välistä. Ratkaiseminen etenee samaan tapaan kuin yhtälöidenkin tapauksessa. Negatiivisten kertoimien kanssa täytyy kuitenkin olla tarkkana. Kun epäyhtälön molemmat puolet kerrotaan tai jaetaan negatiivisella luvulla, sen suunta vaihtuu. Tarkastellaan ensimmäistä esimerkkiä:
Edellisen kohdan ratkaisu on suljettu väli. Suljettu väli on väli, jonka päätepisteet kuuluvat välille. Avoimella välillä päätepisteet eivät kuulu välille, kuten esimerkiksi tapauksessa `2 < x < 5`. Puoliavoimella välillä toinen päätepiste kuuluu välille, ja toinen ei.
Seuraavissa kohdissa tulee vastaan erilaisia ratkaisujoukkoja. Kuten aiemminkin, kuvan piirtämisestä voi olla hyötyä ratkaisujen hahmottamisessa (mutta se ei korvaa kohdan ratkaisemista laskien).
Seuraavissa voit ehkä hyödyntää jotakin aiempaa kohtaa.
Edetään lopuksi vaiheittain yhtälöön, joka voi näyttää vaikealta, mutta on hyvin helppo.