Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Ограниченность (или метод оценок)

Аналитические способы решения задач с параметрами. Ограниченность. Метод оценок.

Ещё один распространённый метод аналитического решения задач с параметрами — это метод оценок. Или по-другому — метод мажорант. Основывается он на таком важном свойстве многих функций, как ограниченность. Для начала пробежимся по самому понятию ограниченности.

Что такое ограниченность? Ограниченные функции.

То что это слово происходит от слова «граница», вопросов, думаю, ни у кого не вызывает.) Многое в нашем окружении обладает ограниченностью: сутки ограничены 24 часами, проезжая часть дороги ограничена тротуаром или обочиной, секретная территория ограничена забором с колючей проволокой. 🙂 А в математике бывают ограниченные функции.

Что же такое ограниченная функция? Это функция, область значений которой ограничена каким-то числом (или двумя числами). Что такое область значений функции? Это те значения, которые может принимать функция в принципе. Обозначается она, как мы помним, E(y).

Например, для линейной функции y = kx+b областью значений будет вся числовая прямая:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Для параболы y = x 2 областью значений будет множество всех неотрицательных чисел:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Для синуса или косинуса областью значений служит отрезок [-1; 1]. То есть, E(y) = [-1; 1].

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Для константы y = C область значений вообще состоит всего лишь из одной точки: E(y) = .

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Одних только этих примеров уже достаточно, чтобы понять, что бывают функции, графики которых неограниченно простираются сверху вниз (или снизу вверх), либо которые ограничены только сверху (снизу), либо которые «зажаты» между какими-то двумя числами. А также константы.

Например, сверху ограничена любая квадратичная функция y = ax 2 +bx+c с отрицательным коэффициентом «a» (то есть, с параболой ветвями вниз). Каким же именно числом? Значением в вершинке:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Например, наши любимые парабола y = x 2 и модуль y = |x| ограничены снизу числом 0.

А вот функция, ограниченная как сверху, так и снизу, называется просто ограниченная функция. Например, любой синус и любой косинус ограничены числами Что значит ограничена снизу неограниченно сверхуАрктангенс ограничен числами ± π /2. Константа, ясен перец, ограничена сама собой же.)

И так далее. Что такое ограниченность и какие у неё бывают разновидности, в общих чертах теперь, думаю, понятно. ) Мы не будем здесь углубляться в густые дебри теории множеств, заикаться про точную верхнюю и нижнюю грани (называемые красивыми словами «супремум» и «инфимум»), ибо для решения нестандартных задач (с параметрами и без) приведённой выше информации про ограниченность вполне достаточно.)

А теперь составим небольшой список наиболее часто встречающихся ограниченных конструкций.

Квадратный трёхчлен

Любой квадратный трёхчлен ограничен сверху (снизу) значением в вершине соответствующей параболы:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

В частности, Что значит ограничена снизу неограниченно сверхуи Что значит ограничена снизу неограниченно сверху.

Модуль

Любой модуль всегда неотрицателен: |x| ≥ 0.

Синус и косинус

Что значит ограничена снизу неограниченно сверхуи Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Обратные тригонометрические функции

π /2 ≤ arcsin x ≤ π /2 0 ≤ arccos x ≤ π

π /2 arctg x π /2 0 arcctg x π

Полезные неравенства

Что ещё очень часто применяется при решении задач с использованием метода оценок, так это некоторые весьма и весьма нетривиальные, но очень полезные неравенства. Сейчас мы их выпишем и разберём (в том числе и докажем).

Неравенство о среднем арифметическом и среднем геометрическом (неравенство Коши)

Первое полезное неравенство, которое мы рассмотрим, — это неравенство, связывающее среднее арифметическое и среднее геометрическое двух чисел. Называется оно неравенством Коши и выглядит так:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

А по-русски это неравенство звучит так: « Среднее арифметическое двух неотрицательных чисел не меньше их среднего геометрического. »

Здесь есть ограничение: оба числа должны быть неотрицательными. Иначе либо корень справа вообще потеряет смысл, либо неравенство будет неверно.

Доказывается оно довольно просто. Для этого перенесём Что значит ограничена снизу неограниченно сверхувлево и умножим обе части на 2:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Из свойств корней мы знаем, что:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху.

Если теперь вставить эти выражения в наше неравенство, то слева получится полный квадрат разности:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Последнее неравенство возражений, думаю, не вызывает: квадрат любого выражения всегда неотрицателен. 🙂 Тем самым, неравенство Коши доказано.

Обратим внимание, что неравенство здесь нестрогое — больше, либо равно. А вот когда достигается это самое «равно»? Только в единственном случае — когда Что значит ограничена снизу неограниченно сверху.

Кстати говоря, неравенство Коши справедливо не только для двух, а для любого количества чисел. В более общей форме оно записывается вот так:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Важное следствие из неравенства Коши: Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Сумма двух взаимно обратных величин

Следующее неравенство, на которое мы обратим внимание, — это сумма двух положительных взаимно обратных величин. При a > 0 справедливо вот такое неравенство:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Доказывается оно довольно легко с использованием предыдущего неравенства Коши.)

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Положив в нём b=1/a, получим:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что и требовалось доказать.)

Здесь неравенство снова нестрогое и превращается в равенство только при a = 1/a, то есть при a = 1.

Связь квадрата и модуля

Третья группа полезных неравенств — связь квадрата какой-то величины с модулем этой самой величины:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверхупри Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверхупри Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Оценка некоторых тригонометрических выражений

Итак, пусть у нас есть вот такое выражение с синусом и косинусом:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Здесь a и b – просто какие-то числа, одновременно не равные нулю. Нам теперь надо оценить это выражение. Для этого проделываем вот такую манипуляцию: умножаем и тут же делим всю конструкцию на вот такой корень Что значит ограничена снизу неограниченно сверху:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Казалось бы, что это ещё за выкрутасы такие? Ничего, сейчас интересно будет. 🙂 Теперь делим числитель почленно на этот самый корень:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

А теперь — самое интересное! Вводим вот такие обозначения:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Правомерна ли такая замена? Проверим по основному тригонометрическому тождеству:

Итак, основное тригонометрическое тождество выполнено, а это значит, что наши загадочные числа

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

и впрямь есть косинус и синус некоторого угла Что значит ограничена снизу неограниченно сверху. Этот новый угол «фи» и называется тем самым вспомогательным углом. 🙂 Кстати, можно точно определить, чему равен этот самый угол «фи». Для этого поделим друг на друга его синус и косинус. Как мы знаем, это будет тангенс:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что ж, перепишем наше выражение с учётом доказанных фактов:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

А теперь — сворачиваем наше выражение по формуле синуса суммы двух углов. Вот так:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху.

Любой синус, как нам известно, заключён в пределах [-1; 1], а это значит, что всё наше выражение Что значит ограничена снизу неограниченно сверхузаключено вот в таких пределах:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Это неравенство довольно часто применяется при оценке тригонометрических выражений. Полезно запомнить.)

Принцип оценки левой и правой части (или принцип разделяющего числа)

И, наконец, последнее что мы рассмотрим — это вот такую типичную ситуацию. Пусть у нас имеется уравнение f(x) = g(x). Допустим, мы каким-то образом установили, что левая часть не больше какого-то числа А:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Также мы установили, что правая часть не меньше этого же числа:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Или всё наоборот — не суть важно. Важно другое — одна из функций ограничена сверху числом А, а вторая функция ограничена снизу этим же самым числом.) Когда возможно равенство левой и правой части? Да! Когда одновременно и левая, и правая части равны этому граничному числу А!

То есть, наше исходное уравнение f(x) = g(x) будет равносильно вот такой системе:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Решается такая системка, как правило, уже без особого труда.

Этот метод часто применяется в той ситуации, когда слева и справа стоят функции разной природы. Скажем, синус и многочлен. Или косинус и логарифм… Это намёк.) Попробуйте оценить левую и правую части! В 99% случаев помогает!

Теперь кратко о задачах, которые будут рассматриваться в настоящем материале. Большинство из этих задач НЕ решаются стандартными способами — сведением к простейшим уравнениям или неравенствам, разложением на множители, возведением в квадрат и подобными преобразованиями. Однако, если попытаться оценить конструкции, входящие в задачу, как дорога к ответу становится простой, понятной и красивой, а задача из монстра становится белой и пушистой.) «Внешний вид» задач, где явно напрашивается метод оценок, примерно следующий:

— наличие слева и справа «разнородных» функций (синуса и логарифма, косинуса и квадратного трёхчлена и т.п.);

— присутствие ограниченных конструкций (синусов/косинусов, квадратных трёхчленов, модулей, суммы взаимно обратных величин и т.д.).

Распознавать такие задачи после некоторой тренировки труда не составит. Если тренироваться, конечно. 🙂

Уравнения (неравенства) без параметра, решаемые методом оценок

Что ж, хватит грузной теории, перейдём теперь к конкретным задачам и посмотрим на метод оценок в действии. Для начала рассмотрим задачи без параметра, но с одной или несколькими неизвестными, а уже потом будем рассматривать конкретные параметрические задачи из вариантов ЕГЭ.

Начнём пока что с такого задания.

Пример 1

Решить уравнение: Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Если мы сейчас начнём решать это уравнение по стандартным шаблонам и напишем какую-нибудь ересь типа

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху,

то погрязнем в вычислениях и выкладках, что называется, всерьёз и надолго. 🙂

Как же подступиться к этому уравнению? Путём недолгих размышлений, можно, конечно, догадаться, что число x = 0 является его корнем. А вдруг, кроме нуля, у него есть ещё корни? Так и будем гадать на кофейной гуще? Так как мы не гадалки, то попробуем применить обещанный метод мажорант или оценок.

Внешний вид уравнения (слева косинус, справа — многочлен) намекает на оценку левой и правой частей. Вот и попробуем оценить левую и правую части нашего злого уравнения.

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

А про квадрат мы также знаем, что он всегда неотрицателен:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

А, стало быть, если к квадрату прибавить 1, то вся правая часть будет не меньше единички:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

А теперь осмысливаем результат: левая часть не больше единицы, а правая часть — не меньше единицы. А это значит, что равенство обеих частей возможно только в единственном случае — когда обе части равны единице! И наше зверское уравнение превращается в эквивалентную систему:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Нетрудно убедиться, что единственным решением этой системки является x = 0. И, следовательно, других корней, кроме нуля, это уравнение не имеет. Вот это строгое обоснование того факта, что других корней нет.

Пример 2

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Снова совершенно немыслимый набор функций: слева логарифм от какой-то белиберды с синусом, а справа — корень из квадратного трёхчлена.) Значит, стандартные приёмы (типа возведения в квадрат, ликвидации логарифмов) бесполезны. Значит, пример заточен под какой-то нестандартный ход. Какой? Слева и справа стоят функции совершенно разного рода — корень и логарифм. Такой внешний вид примера — своего рода сигнал к применению метода мажорант. Попробуем оценить обе части? 🙂

Итак, берём сначала логарифм

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Значит, для синуса можно записать:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Если теперь это неравенство помножить на (-1), то получим:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Следующим шагом прибавляем 17 ко всем трём частям:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

И, наконец, последнее усилие — берём логарифм по основанию 2. Так как в основании логарифма стоит двойка (т.е. число, большее 1), то знаки нашего двойного неравенства от логарифмирования не поменяются:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Вот так. Значит, вся конструкция слева заключена в отрезке [4; log217]. Иначе быть не может.

Теперь берёмся за правую часть, с корнем Что значит ограничена снизу неограниченно сверху.

Квадратный трёхчлен следует оценивать, предварительно выделив полный квадрат. Вот так:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Зачем мы привели трёхчлен именно к такому виду? А затем, что теперь стало всё видно: если от 16 отнять что-то в квадрате (неотрицательное!), то это выражение будет в любом случае не больше 16:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Значит, если из этого выражения извлечь корень, то он точно будет не больше Что значит ограничена снизу неограниченно сверху, т.е. 4. Итак,

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

А нулём мы дополнительно ограничиваем просто в силу неотрицательности арифметического корня.)

А теперь — состыковываем результаты наших оценок левой и правой частей:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Теперь уже видно, что нашим разделяющим числом (т.е. мажорантой) является четвёрка: левая часть не меньше 4, а правая — не больше 4. А значит, для того чтобы наше уравнение имело корни, левая и правая части одновременно должны быть равны 4. Таким образом, наше злое уравнение равносильно вот такой системе:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

А решение этой системы уже не представляет никаких трудностей. Из второго уравнения легко можно получить единственный корень x = 1:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху(возводим обе части в квадрат)

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Проверим первое уравнение при x = 1:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Итак, единственным корнем уравнения является x = 1.

Идея ясна? Отлично! Тогда разбираем похожую задачку. Для тренировки.)

Пример 3

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Ну, с корнем справа всё ясно. Его оцениваем с помощью выделения полного квадрата у подкоренного трёхчлена. 🙂 Полная аналогия с предыдущим примером:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху.

Тогда Что значит ограничена снизу неограниченно сверхуи, следовательно, Что значит ограничена снизу неограниченно сверху.

Итак, правая часть не больше четвёрки. 🙂

А вот левую часть на этот раз будем оценивать с помощью неравенства Коши. Зря, что ли, мы его выводили? 🙂 Перепишем его ещё разочек, умножив обе части на 2:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху.

Если теперь положить в нём Что значит ограничена снизу неограниченно сверхуи Что значит ограничена снизу неограниченно сверху, то получим следующее:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Итого Что значит ограничена снизу неограниченно сверху, т.е. левая часть не меньше четвёрки.

И снова нашим разделяющим числом оказалась четвёрка. 🙂 То есть, всё наше уравнение равносильно системе:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Единственным решением этой системы (а значит, и исходного уравнения) является x=1.

Разберём теперь уравнение с двумя переменными. Казалось бы, всё гораздо сложнее, однако внешность обманчива. Если уметь грамотно проводить оценку. 🙂

Пример 4

Найти все пары чисел (x; y), удовлетворяющих уравнению:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Уравнение одно, а переменных две — икс и игрек. Как тут не испугаться… Однако, глаза боятся, а руки делают. 🙂 Оцениваем квадратный трёхчлен справа. Это нам уже знакомо:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

А что можно сказать про левую часть Что значит ограничена снизу неограниченно сверху? Пока — ничего определённого. Но! Если присмотреться, то можно увидеть, что данное выражение — это конструкция вида Что значит ограничена снизу неограниченно сверху. Метод вспомогательного угла нам в помощь! 🙂

Первым делом считаем выражение Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Число 13 здесь всплыло неспроста. 🙂 Ниже сами увидите. Итак, умножаем и делим наше выражение на 13:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

А теперь — вводим новый угол Что значит ограничена снизу неограниченно сверхувот с такими характеристиками: cos φ = 12/13; sin φ = 5/13.

Определим теперь сам угол. Через тангенс. 🙂

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Значит, вся наша левая часть запишется вот так:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Стало быть, Что значит ограничена снизу неограниченно сверху.

Без введения вспомогательного угла так красиво оценить левую часть вряд ли получилось бы. 🙂 Именно поэтому метод введения вспомогательного угла надо знать. В подобных задачах только он и спасает положение. Намёк понятен?)

Вот мы и вышли на разделяющее число. Тринадцать. Левая часть не больше тринадцати, а правая — не меньше тринадцати. Заменяем уравнение на равносильную систему:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Вспоминаем все наши преобразования:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Второе уравнение системы выполняется только при y = 1. А вот в первом уравнении, как и в обычном тригонометрическом, получается серия решений:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Решаем это простенькое тригонометрическое уравнение с синусом и получаем:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Вспомнив, что же такое это самое Что значит ограничена снизу неограниченно сверху, окончательно получим:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Получили бесконечную серию пар (x; y).

Ответ: ( π /2+arctg5/12+2 π n; 1 ), n Z

Итак, с уравнениями потренировались, рассмотрим теперь и что-нибудь из неравенств. Для неравенств применение метода мажорант полностью совпадает с таковым для уравнений. 🙂 Например, такое задание.

Пример 5

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Внешний вид неравенства (слева логарифмы, справа — синусы) явно намекает на метод мажорант. Начнём с оценки левой части.

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

По одному очень хорошему свойству логарифмов, можно перевернуть второй из них:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Получили сумму двух взаимно обратных величин. Которая, как мы помним из нашей сводки, не меньше двойки. Вот и это неравенство нам тоже пригодилось! 🙂 Вперёд! Оцениваем:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Причём равенство достигается только при

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Оба этих числа входят в ОДЗ нашего выражения слева.

Что же касается правой части, то в знаменателе нашей дроби сидит самый обычный квадратный трёхчлен. Только относительно синуса. 🙂 Всё как обычно, выделяем полный квадрат и оцениваем:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Раз знаменатель дроби не меньше единицы, то вся дробь не больше двойки:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Причём равенство этой дроби двойке достигается только когда её знаменатель равен единице, т.е. (sin(x+y)-1) 2 +1 = 1 или sin(x+y) = 1.

А теперь состыковываем результаты наших оценок. Для простоты как-нибудь обозначим наши функции:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху, Что значит ограничена снизу неограниченно сверху.

При этом у нас есть вот такое нестрогое неравенство:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Левая функция должна быть не больше правой. Но при этом левая функция находится выше двойки (либо равна), а правая — ниже двойки (либо равна). Как вы думаете, когда такое неравенство может выполняться? Ну, конечно! Только в одном единственном случае — когда обе части будут равны двойке! Иными словами, наше нестрогое неравенство может выполняется только в случае равенства. Бывает.)

Итак, заменяем всё наше страшное неравенство уже привычной нам системой:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Случай 1 ( х = π /3 )

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Получили первую пачку решений:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Разбираем второй случай:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Вторая пачка решений:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Как видите, когда разделяющее число (мажоранта) найдено, то дальнейшее решение труда в таких задачах, как правило, уже не составляет. Вопрос — а как искать такое число? К сожалению, универсального секретного заклинания на все случаи жизни здесь дать нельзя, но я надеюсь, что знание тех неравенств, что я привёл в самом начале урока, резко повысит ваши шансы на успех. Ну и плюс практика и опыт. Без них в сложных нестандартных задачах делать нечего. Увы.

Что ж, перейдём теперь к задачам с параметрами. В том числе и из ЕГЭ.

Задачи с параметрами на ограниченность.

Начнём пока с относительно несложной задачки с тригонометрией.

Пример 6

Найдите все значения параметра a , при каждом из которых уравнение

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

имеет хотя бы один корень.

Прежде всего, оцениваем квадратный трёхчлен справа. Это мы уже давно умеем:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Правая часть не превосходит тройки. Отлично! Берёмся теперь за корень. С ним тоже никаких проблем. Распутывать начинаем, разумеется, с косинуса:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Итак, наш корень не меньше тройки. А трёхчлен — не больше. Прекрасно! Это значит, что всё наше уравнение может иметь корни только при условии равенства обеих частей этой самой тройке:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Очевидно, первое уравнение нашей системы корни имеет. 🙂 Находить нам их не надо. )

Итак, единственное допустимое значение параметра — это a = 4. При прочих значениях « a » корней у уравнения не будет.

Теперь рассмотрим систему.

Пример 7

Найдите все значения параметра a , при каждом из которых система уравнений

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Не пугаемся огромных степеней! На самом деле, это сделано как раз для того, чтобы запугать решающего. Не более.) Но мы же не будем поддаваться на такие глупые уловки, правда? 🙂

Запоминаем такую простую вещь. Если в задаче тусуются синусы и косинусы в очень больших степенях, то в 99% случаев срабатывает самая обыкновенная оценка синуса и косинуса по модулю, и огромные степени в таких задачах сводятся к обычным квадратам и (очень часто!) основному тригонометрическому тождеству, после чего дальнейшее решение становится очень простым и понятным. Посмотрим, как это работает на примере нашей страшной, на первый взгляд, системы.

Берём, например, левую часть первого уравнения:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Мы знаем, что синус и косинус всегда заключены в отрезке [-1; 1]. Иными словами, это какие-то дробные числа, по модулю меньшие (либо равные) единице. А теперь подумаем: чем больше степень такого числа, тем меньше по модулю будет результат. Возьмём для конкретики, например, число 0,5. Тогда будет справедлива такая цепочка неравенств:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

То же самое будет и с любым синусом или косинусом. Это значит, что

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Теперь сложим почленно эти два неравенства:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Это значит, что левая часть не больше единички.

Та же самая оценка левой части будет справедлива и для остальных уравнений:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху;

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху.

Таким образом, все левые части наших уравнений не больше единички.

Разбираемся теперь с правыми частями. Во-первых, квадратный трёхчлен. Тот, что с параметром. Он в каждом уравнении один и тот же. Выделим полный квадрат и оценим:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

А теперь анализируем всю конструкцию справа (например, у первого уравнения)

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Радикалы — в любом случае неотрицательные величины. А это значит, что вся правая часть — не меньше единички:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Причём равенство достигается только при a = 2 и y = 2, z = 3.

Ну вот. А теперь берём каждое уравнение и состыковываем все наши оценки:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

И последняя задачка, которую мы рассмотрим в данном уроке, — это уже типичная задачка из ЕГЭ. Поэтому собираем волю в кулак, устраиваемся поудобнее, запасаемся попкорном терпением и читаем/смотрим. 🙂

Пример 9

Найдите все значения параметра a , при каждом из которых уравнение

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

имеет хотя бы один корень.

Задачка эта требует достаточно кропотливого решения. Тем не менее его вполне можно провести, если чётко видеть цель. Я не просто подробно оформлю решение этой задачи, но и объясню, как именно надо «видеть цель». 🙂 Итак, начнём.)

Во-первых, неплохо было бы растащить по разным частям логарифм и линейные конструкции с модулями. Пока они у нас намешаны в одну кучу. Действуем:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Так, что дальше? Дальше можно упростить аргумент логарифма: там явно напрашивается выделение полного квадрата. Упрощаем:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху.

Прекрасно! Значит, всё наше злое уравнение перепишется вот в таком виде:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Всё. Дальнейшим упрощениям это уравнение уже не поддаётся. Теперь будем анализировать каждую функцию — слева и справа.

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Функции разнородны. Причём обе непрерывны на всей числовой прямой. Разнородность подаёт нам знак, что нужно пробовать применять метод оценок. Начнём с логарифма — он проще. 🙂

Что можно сказать про аргумент логарифма? Квадратичная функция 2(x-5a) 2 +15, которая сидит внутри логарифма, как и любая парабола ветвями вверх, убывает от Что значит ограничена снизу неограниченно сверхудо точки Что значит ограничена снизу неограниченно сверху(вершины), а потом возрастает. Поэтому в этой точке аргумент логарифма достигает своего наименьшего значения. Стало быть, и сам логарифм по основанию 15 от этой функции в точке Что значит ограничена снизу неограниченно сверхутакже будет достигать своего наименьшего значения, так как функция y = log15x монотонно возрастает. Итак, вся наша функция f(x) ограничена снизу числом f(5a):

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Итого, наш логарифм ограничен снизу числом 25.

А вот со второй функцией

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

ситуация будет поинтереснее. 🙂 Давайте для начала мысленно представим, как будет выглядеть график этой функции. Переменная икс везде стоит в первой степени, только внутри модулей. Стало быть, в результате раскрытия каждого модуля будет получаться какая-то линейная функция y = kx+b. На каждом промежутке — своя. И поэтому график функции g(x) будет представлять собой ломаную линию, состоящую из кусочков прямых.

Случай 1 (a ≥ 0)

Начнём со случая Что значит ограничена снизу неограниченно сверху. В этом случае точка Что значит ограничена снизу неограниченно сверхуна числовой прямой находится левее точки Что значит ограничена снизу неограниченно сверху. И теперь раскрытие модулей по промежуткам не составляет никаких затруднений.

1.1) Что значит ограничена снизу неограниченно сверху. Оба модуля раскрываются с минусом:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Значит, на этом интервале наша функция g(x) – часть возрастающей прямой с угловым коэффициентом Что значит ограничена снизу неограниченно сверху. Переходим к следующему промежутку.

1.2) Что значит ограничена снизу неограниченно сверху. Модули раскрываются с разными знаками:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

На этом интервале получили убывающую прямую с угловым коэффициентом Что значит ограничена снизу неограниченно сверху. Идём дальше.

1.3) Что значит ограничена снизу неограниченно сверху. Оба модуля раскрываются с плюсом:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Здесь наша функция ещё сильнее убывает. 🙂 Угловой коэффициент Что значит ограничена снизу неограниченно сверху.

Итак, все три подслучая рассмотрены. A теперь — собираем воедино результаты наших исследований и рисуем схематичный график. 🙂

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Зачем мы нарисовали этот график? А затем, что из графика теперь хорошо видно, что наша функция g(x) в точке Что значит ограничена снизу неограниченно сверхудостигает своего наибольшего значения. То есть, ограничена сверху числом g(5a).

Сосчитаем это число:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Теперь вспоминаем — чего от нас хотят-то? А то так и про основной вопрос задачи невольно забываешь.) Нас просят решить уравнение f(x) = g(x).

При этом про функции f и g мы знаем, что в одной и той же точке Что значит ограничена снизу неограниченно сверхуони достигают своих экстремальных значений: f – наименьшего, а g – наибольшего. Стало быть, чтобы уравнение f(x) = g(x) имело хотя бы один корень, необходимо и достаточно, чтобы

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Да! В данной ситуации это требование является как необходимым, так и достаточным, потому что экстремальные значения принимаются функциями в одной точке, а не в разных. Смотрим на картинку, почему это так:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Остаётся решить неравенство:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

А теперь главное — вспомнить, что здесь мы рассматриваем только Что значит ограничена снизу неограниченно сверху.

А значит, нам нужно одновременное выполнение этих двух требований:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Итого, первый кусок окончательного ответа — это отрезок

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Случай 2 (a 0)

Рассматриваем теперь отрицательные значения параметра: a

В этом случае будет всё наоборот — точка Что значит ограничена снизу неограниченно сверхубудет правее точки Что значит ограничена снизу неограниченно сверху. Раскрываем модули, никуда не денешься (а я предупреждал, что решение достаточно трудоёмкое, хоть и не такое сложное :)).

2.1) Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Функция g(x) – часть возрастающей прямой с угловым коэффициентом Что значит ограничена снизу неограниченно сверху.

2.2) Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Функция g(x) – часть возрастающей прямой с угловым коэффициентом Что значит ограничена снизу неограниченно сверху.

2.3) Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Функция g(x) – часть убывающей прямой с угловым коэффициентом Что значит ограничена снизу неограниченно сверху.

Снова рисуем картинку:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

И снова замечаем, что наша функция g(x) достигает своего наибольшего значения в той же самой точке Что значит ограничена снизу неограниченно сверху. То есть, снова ограничена сверху числом g(5a). Считаем это число:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Думаю, уже особо комментировать не нужно, что нам снова надо решить неравенство:

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Получили одно единственное решение неравенства — минус пять. Бывает.) Естественно, требованию Что значит ограничена снизу неограниченно сверхуминус пятёрка вполне себе удовлетворяет. 🙂 Значит, ещё одним куском ответа является изолированная точка <-5>.

Фуух! Ну что, поздравляю всех, кто дочитал и особенно — тех, кто разобрался! Осталось лишь обе части ответа сложить в кучу.

Что значит ограничена снизу неограниченно сверху

Всё, задача полностью решена. 🙂

Заключение:

Если слева и справа стоят функции разной природы, то пробуем оценивать левую и правую части. Помогает в 99% случаев.

Не боимся «страшного» вида задачи. 🙂 В большинстве случаев, как ни парадоксально, чем страшнее и безнадёжнее выглядит задача, тем проще её свести к нескольким простейшим, которые уже решаются по стандартной технологии. Как? Оцениваем сначала внешний вид конструкции, выявляем её тип сумма взаимно обратных величин, квадратный трёхчлен, синусы, модули и т.п. А потом — оцениваем саму конструкцию. Уже теми приёмами и методами, что приведены в этом материале. 🙂

Также не боимся ситуации, когда число уравнений меньше числа неизвестных. Как правило, недостающее звено легко получить, используя те же самые разобранные нами оценки.

Тренируемся и набиваем руку! Без серьёзного опыта здесь — никак. В продаже появилось несметное количество сборников задач ЕГЭ, методичек именно по задачам с параметрами с огромным количеством задач для тренировки. На моём сайте тоже обязательно будут разбираться различные задачи с параметрами из ЕГЭ и даже с мехмата. И обязательно будут задачи для самостоятельного решения. 🙂 В особом разделе, который на пятёрку. 🙂

А у меня на сегодня всё. Всем спасибо за внимание и до новых встреч! 🙂

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *