Jos käytät MathCheckiä ensimmäistä kertaa, niin tee ensin tehtävä Yleistä MathCheckistä. Jos et muualta löydä miten jokin symboli kirjoitetaan, niin katso MathCheck Brief Instructions.
Yhtälö syntyy merkitsemällä kaksi lauseketta yhtäsuuriksi, esimerkiksi
`7 sqrt(|x| - 1) = x+9` .
Tässä tehtävässä lausekkeissa käytetään vain yhtä muuttujaa. Yhtälön juuri on luku, jonka sijoittaminen muuttujan paikalle saa lausekkeet tuottamaan saman luvun. Jos esimerkin yhtälössä sijoitetaan `x := 5`, molemmat puolet tuottavat 14, joten 5 on esimerkin juuri. Sijoituksella `x := 1` vasen puoli tuottaa 0 ja oikea 10, joten 1 ei ole esimerkin juuri. Luku ei ole juuri myöskään silloin kun se sijoittamalla toisesta tai molemmista puolista tulee määrittelemätön.
Yhtälön ratkaiseminen tarkoittaa kaikkien juurten etsimistä. Usein ratkaiseminen etenee loogisten yhtäpitävyyksien kautta. Looginen yhtäpitävyys merkitään sijoittamalla kahden väittämän väliin `hArr`. Sillä tarkoitetaan, että väittämät ovat totta täsmälleen samoilla muuttujan arvoilla. Looginen yhtäpitävyys ei päde, jos yhdelläkin muuttujan arvolla toinen väittämistä on tosi ja toinen ei.
Jos yhtäsuurille tehdään sama asia, ovat lopputuloksetkin yhtäsuuret. Toisaalta lopputulokset voivat olla yhtäsuuret vaikka alkuperäiset eivät ole. Esimerkiksi `0x = 0y` vaikka olisi `x != y`. Kuitenkin, jos tehty asia on peruutettavissa, niin lopputulokset ovat yhtäsuuret jos ja vain jos alkuperäiset ovat yhtäsuuret. Esimerkiksi `x = y``hArr``x+1 = y+1`, koska lisäämällä jälkimmäisen molempiin puoliin −1 päästään takaisin yhtälöön `x=y`.
Siis jos molemmille puolille tehdään sama, peruutettavissa oleva asia, on lopputulos loogisesti yhtäpitävä alkuperäisen kanssa. Tällaisia asioita ovat mm.
Ensimmäisen asteen yhtälön ratkaisemisessa pääsee pitkälle siirtämällä muuttujia sisältävät termit vasemmalle puolelle ja muut termit oikealle puolelle, yhdistämällä muuttujalliset termit yhdeksi termiksi, ja yhdistämällä muuttujattomat termit (eli vakiotermit) yhdeksi termiksi. Jos muuttujan kertoimeksi tulee muu kuin nolla, ratkaisu saadaan valmiiksi jakamalla molemmat puolet sillä. Muussa tapauksessa saadaan joko `0=0`, jolloin kaikki luvut ovat juuria; tai esim. `0=3`, jolloin mikään luku ei ole juuri. Edellisessä tapauksessa juurten paikalle merkitään MathCheckissä TT, ja jälkimmäisessä tapauksessa FF.
Korjaa annettu yhtälön ratkaisu. Sinun ei tarvitse saada kaikkea kuntoon kerralla, vaan voit aluksi klikata nappia ennen kuin olet korjannut mitään ja sen jälkeen edetä vaikka riveittäin. MathCheck aloittaa uuden rivin jos <=> on aivan rivin alussa.
Ratkaise seuraavat yhtälöt. Saat edetä niin pitkin askelin kuin osaat. Voit kirjoittaa vaikka lopullisen vastauksen heti, jos et tarvitse välivaiheita. Jos menikin väärin, voit lisätä välivaiheita sen mukaan kuin koet hyödylliseksi.
Yhtälön `1 = x` ratkaiseminen pelkästään edellä olevilla neuvoilla on kömpelöä: `1 = x``hArr``-x = -1``hArr``x = 1`. Mutta yhtälön puolten vaihto on sallittu, eli `1 = x``hArr``x = 1` ja esim. `z+5 = 4z-1``hArr``4z-1 = z+5`. Sillä päästään toisinaan helpommalla.
Koska puolten vaihto on sallittu, on toisinaan mukavaa koota muuttujan sisältävät termit oikealle, jotta vältettäisiin negatiivinen kerroin muuttujan edessä.
Edellä olleet yhtälöt ovat muotoa, jonka MathCheck hallitsee erityisen hyvin. Jatkossa tulee myös yhtälöitä, joissa MathCheck ei ole yhtä taitava. Niitten kohdalla MathCheckin palaute saattaa olla viivästynyt, eli MathCheck ei huomaa virhettä heti siinä missä se tapahtui, vaan vasta kun virheellinen juuri näkyy vastauksessa selvästi. Tätä tapahtuu onneksi vain harvoin, eikä silloinkaan virhe jää kokonaan huomaamatta. Toivottavasti tämä puute ei estä työskentelyäsi!
Yhtälöllä voi olla monta juurta. MathCheckissä se merkitään tyyliin y = 3 \/ y = -2 \/ y = 5 (järjestyksellä ei ole väliä). Symboli \/ tarkoittaa loogista ”tai”-operaattoria, joka ilmaisee, että ainakin yksi luetelluista vaihtoehdoista on tosi.
Yhtälön `v-5 = sqrt(v^2-5)` ratkaiseminen tekisi mieli aloittaa neliöimällä molemmat puolet, jotta päästäisiin neliöjuuresta eroon. Neliö ei kuitenkaan ole aidosti kasvava eikä aidosti vähenevä, joten neliöinti ei sellaisenaan ole oikein. On kuitenkin totta, että alkuperäiset ovat yhtäsuuret jos ja vain jos neliöt ovat yhtäsuuret ja alkuperäiset ovat samanmerkkiset.
Esimerkissämme `sqrt(v^2-5)` on määrittelemätön jos `v^2-5 < 0` ja
ei-negatiivinen päinvastaisessa tapauksessa.
Määrittelemätön ei ole minkään kanssa samanmerkkinen (eikä minkään kanssa
yhtäsuuri, edes itsensä kanssa), joten esimerkissämme alkuperäiset ovat
samanmerkkiset jos ja vain jos `v^2-5 >= 0` ja `v-5 >= 0` eli
`v^2-5 >= 0 ^^ v-5 >= 0`.
Jos `v < 5` niin tämä ei toteudu koska `v-5 >= 0` ei toteudu, ja jos
`v >= 5` niin molemmat ehdot toteutuvat koska silloin `v^2 >= 25`.
Saamme siis neliöidä molemmat puolet, jos samalla lisäämme ehdon `v >= 5`
loogisella operaattorilla /\ eli ”ja”.
Niinpä
`v-5 = sqrt(v^2-5)`
`hArr v >= 5 ^^ (v-5)^2 = (sqrt(v^2-5))^2`
`hArr v >= 5 ^^ v^2 - 10v + 25 = v^2-5`
`hArr v >= 5 ^^ -10v = -30`
`hArr v >= 5 ^^ v = 3`
`hArr sf(F)`
Ilman ehtoa `v >= 5` olisimme saaneet `v=3`. Sijoitettuna alkuperäiseen yhtälöön se tuottaa `-2 = 2`, joten se ei ole juuri, vaikka neliöinnin jälkeen se tuottaakin `4 = 4`, mikä on totta.
Itseisarvon määritelmän mukaan
Tästä seuraa, että jos yhtälössä on yksi itseisarvo-osuus, se voidaan poistaa jakamalla yhtälö kahdeksi tapaukseksi. Toisessa tapauksessa itseisarvon sisällä oleva todetaan pienemmäksi kuin 0 ja itseisarvon paikalle kirjoitetaan sen sisällä olevan vastaluku. Toisessa tapauksessa itseisarvon sisällä oleva todetaan vähintään yhtä suureksi kuin 0 ja itseisarvon paikalle kirjoitetaan sen sisällä oleva sellaisenaan. Näin saadut yhtälöt ratkaistaan. Ne juuret hyväksytään jotka täyttävät tapauksensa ehdot, ja ne hylätään jotka eivät täytä.
Ratkaise edellä saadut (korjatut) yhtälöt vuoronperään alla olevassa ruudussa (aloita kopioimalla yhtälö ruudun alkuun ja lisäämällä perään <=>). Tässä tapauksessa kummastakin haarasta tulee täsmälleen yksi juuri. Sijoita juuret vielä alempana oleviin ruutuihin.
Koko ratkaisuprosessin voi esittää yhdessä ruudussa seuraavasti:
Tämä ei tarkasta kaikkea, mutta tarkastaa riittävästi. Tässä vaiheessa syntyy helposti virheitä, jotka eivät muuta lopputulosta. Ne jäävät huomaamatta, koska logiikan näkökulmasta ne eivät ole virheitä. Mutta se ei haittaa, koska ne eivät muuta lopputulosta.
Tässä oli riittävästi yhtälöiden ratkaisemista yhdeksi kertaa. Kenties joskus toiste ratkaisemme lisää!