Поиск возможности использования графического метода решения уравнений III и IV степени

Новодранова И.Л.,

учитель математики МБОУ СОШ №3

г. Кр. Сулина Ротовской обл.

Внеклассное занятие по теме «Поиск возможности использования графического метода решения уравнений III и IV степени»

Цель: Развитие исследовательских способностей обучащихся, коммуникативных компетенций, умения самостоятельно работать с теоретическим материалом, видеть проблему, находить способы ее решения.

Ход занятия.

I.                   Вступительное слово учителя.

Уравнение – одно из важнейших понятий математики.

На протяжении веков выдающиеся математики развивали теорию решения алгебраических уравнений.

Среднеазиатский математик ал-Хорезми в IX веке установил, что решение уравнений первой степени сводится к двум операциям: к переносу отдельных членов  его из одной части равенства в другую и приведение подобных членов.

Уравнения второй степени умели решать еще вавилоняне во втором тысячелетии до нашей эры.

Алгебраическое решение кубического уравнения, т.е. открытие формулы, которая позволяет выразить корни уравнения через его коэффициенты, было найдено в XVI веке итальянскими математиками  Ферро, Тарталье и Кардано.

Алгебраическое решение уравнений четвертой степени в общем случае было найдено в том же веке учеником  Кардано Феррари. Свой особый способ для этого дал Л.Эйлер в 1732 г. Однако формулы для нахождения корней уравнений 3-й и 4-й степени очень сложны и для практики малопригодны. Для уравнений более высокой степени таких формул совсем нет, это доказал норвежский математик Нильс Абель. Голландский математик Жирар в 1629 г. сформулировал основную теорему алгебры о том, что на множестве комплексных чисел любое алгебраическое уравнение имеет хотя бы один корень. Строгое доказательство этой теоремы дал двадцатидвухлетний Гаусс в 1799 г.

Итак, алгебраическое уравнение всегда имеет хотя бы один корень. Возникает вопрос: «Как его найти?»

Ответить на этот вопрос легко, если уравнение с целыми коэффициентами имеет целый корень. Тогда этот корень является делителем свободного члена. Однако далеко не все уравнения, возникающие на практике, можно решить алгебраически. Как же в этом случае найти его корни?

Оказывается действительные корни всякого алгебраического уравнения с числовыми коэффициентами можно найти приближенно.

Для вычисления приближенных значений корней уравнений высших степеней существует много приемов, которые часто применяются на практике и к уравнениям третьей и четвертой степеней, так как абсолютная точность корня на практике не всегда нужна.

Остановимся на графическом решении уравнений третьей и четвертой степени.

Пусть алгебраическое уравнение дано в форме f(x)=0  (1), где f(х)-многочлен, зависящий от х, функция f(х).

Тогда, корни уравнения       будут абсциссами точек пересечения графика функции с осью Ох (нулями функции f(х)). Если изображен график функции f(х), то корни уравнения находятся из чертежа.

Поэтому в случае, если уравнение  (1) алгебраическими методами решить трудно, можно приблизительно определить его корни, построив график функции:   у= f(х). Обычно удобней представить уравнение (1) в виде  где функции, графики которых проще графика f(х).

Значение действительных корней уравнения (2) приближенно можно получить, взяв абсциссы точек пересечения графиков функций  В самом деле, если графики функций пересекаются в точке с абсциссой , то ординаты точки пересечения будут также равны, т.е. будет иметь место равенство . Это и означает, что число  удовлетворяет уравнению (2), т. е. является его корнем. Если графики функций  не пересекаются, то это означает, что уравнение (2) действительных корней не имеет.

II.                Актуализация знаний.

Графическое решение линейных уравнений вида 2х-1=0, квадратных уравнений вида , уравнения третьей степени

III.             Работа в группах.

Каждой группе дается задание: «Решить уравнение».

1 группе:

2 группе:

3 группе:

Учащиеся самостоятельно приводят уравнение к виду , строят графики получившихся функций, находят корни уравнения.

IV.             Проблемная ситуация.

Перед учащимися ставится проблема: А как решить уравнение вида

Ребятами выдвигается гипотеза: Записать уравнение в виде:  и построить графики функций и .

Однако затруднение вызывает построение второго графика.

Наблюдая, учащиеся приходят к умозаключению: Нельзя ли сделать так, чтобы уравнение не содержало куба неизвестного?

Учитель предлагает им самостоятельно изучить лемму.

Лемма

Уравнение четвертой степени  с помощью замены неизвестного

, где , приводится к уравнению, не содержащему куба неизвестного, т.е. к уравнению вида

Решение проблемы.

Изучив лемму, учащиеся приводят уравнение к виду , которое легко решается графически, и решают его, работая в группах. Получив корни уравнения, группы сравнивают свои решения.

Выводы.

Итак, графический способ дает возможность легко отыскать приближенное решение любого алгебраического уравнения третьей и четвертой степени с одним неизвестным. Кроме того, этот способ дает наглядное представление о количестве корней уравнения. Таким образом,  наглядность и легкая обозримость, свойственная графическому методу при решении уравнений,  имеет большую ценность особенно тогда, когда большая точность корней уравнения не имеет значения.