Кількість коренів квадратного рівняння з параметром
~20 хв · 8 розділів · 8 тестових запитань
Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + біологія.
Визначення значень параметра, за яких квадратне рівняння має задану кількість коренів: аналіз лінійного випадку (нульовий старший коефіцієнт) і дослідження дискримінанта (D > 0, D = 0, D < 0) з об'єднанням випадків для відповіді.
Рівняння виду Ax² + Bx + C = 0 є квадратним лише за умови, що старший коефіцієнт A ≠ 0. Якщо ж A = 0, рівняння стає лінійним: Bx + C = 0. Саме тому, коли старший коефіцієнт містить параметр, першим кроком завжди треба перевірити, чи існує значення параметра, за якого він дорівнює нулю. Це називають лінійним випадком.
Розгляньмо рівняння (a − 1)x² + 2x + 3 = 0. Тут старший коефіцієнт A = a − 1. Якщо a = 1, то A = 0, і рівняння зводиться до 2x + 3 = 0. Розв'язавши його, отримуємо x = −1,5 — єдиний корінь. Якщо ж a ≠ 1, то рівняння квадратне, і кількість його коренів визначає дискримінант.
Лінійний випадок може дати не лише один корінь, а й жодного. Наприклад, у рівнянні (a − 2)x² + (a − 2)x + 1 = 0 при a = 2 старший коефіцієнт дорівнює нулю, але й коефіцієнт при x теж стає нульовим: 0 · x + 1 = 0, тобто 1 = 0 — суперечність. Отже, при a = 2 рівняння коренів не має.
Формулювання завдання підказує, чи треба враховувати лінійний випадок. Якщо сказано «рівняння має єдиний корінь», то це може бути як лінійний випадок з одним коренем, так і квадратний випадок з
D = 0. Якщо ж сказано «квадратне рівняння має…», то лінійний випадок виключено самою умовою — старший коефіцієнт свідомо не дорівнює нулю.
Запам'ятай: дослідження рівняння з параметром при x² завжди починається з перевірки значення, за якого старший коефіцієнт дорівнює нулю. Це — ключова навичка, яку перевіряють у завданні 22 НМТ.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Для квадратного рівняння ax² + bx + c = 0 дискримінант обчислюють за формулою D = b² − 4ac. Він визначає кількість коренів: D > 0 — два різні корені, D = 0 — один корінь (два збіжні), D < 0 — коренів немає. Коли коефіцієнти містять параметр, дискримінант стає виразом від цього параметра, і умову на D розв'язують як рівняння чи нерівність відносно параметра.
Найпростіший випадок: параметр лише у вільному члені
Розгляньмо рівняння x² − 4x + a = 0. Тут A = 1, B = −4, C = a. Дискримінант: D = (−4)² − 4 · 1 · a = 16 − 4a. Отже:
два корені, коли
16 − 4a > 0 ⇒ a < 4один корінь (x = 2), коли
16 − 4a = 0 ⇒ a = 4жодного кореня, коли
16 − 4a < 0 ⇒ a > 4
Параметр у коефіцієнті b: квадратна нерівність відносно a
Рівняння x² + ax + 9 = 0. Тут A = 1, B = a, C = 9. Дискримінант: D = a² − 4 · 1 · 9 = a² − 36. Розв'язуємо нерівність a² − 36 > 0 — це квадратна нерівність відносно a. Її розв'язок: a < −6 або a > 6. Отже:
два корені при
a < −6абоa > 6один корінь при
a = −6абоa = 6жодного кореня при
−6 < a < 6
Парний другий коефіцієнт: формула D/4
Коли другий коефіцієнт b = 2k — парне число, зручніше рахувати D/4 = k² − ac. Це зменшує кількість обчислень і ризик помилки зі знаками.
Приклад: x² − 2(a + 1)x + 4a = 0. Тут b = −2(a + 1), отже k = −(a + 1). Тоді:
D/4 = [−(a + 1)]² − 1 · 4a = (a + 1)² − 4a = a² + 2a + 1 − 4a = a² − 2a + 1 = (a − 1)²
Оскільки (a − 1)² ≥ 0 для будь-якого a, то D/4 = 0 лише при a = 1 (тоді x = 2), а при a ≠ 1 маємо D/4 > 0 — два різні корені.
Обережно зі знаками! Квадрат від'ємного числа — додатний:
b = −2a ⇒ b² = 4a², а не−4a². Також, якщо старший коефіцієнт A = a − 1, а вільний членC = a + 2, то добуток4AC = 4(a − 1)(a + 2)— обов'язково беріть вираз у дужки, інакше втратите знак.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Коли старший коефіцієнт містить параметр, дослідження рівняння на кількість коренів виконують за єдиним алгоритмом. Розгляньмо його на блок-схемі.
Розгляньмо повне дослідження на прикладі рівняння (a + 1)x² − 4x + 1 = 0.
Крок 1. Лінійний випадок
Старший коефіцієнт A = a + 1. Прирівнюємо його до нуля: a + 1 = 0 ⇒ a = −1. Тоді рівняння стає лінійним: −4x + 1 = 0 ⇒ x = 0,25. Отже, при a = −1 рівняння має один корінь.
Крок 2. Квадратний випадок
При a ≠ −1 рівняння квадратне. Другий коефіцієнт b = −4 — парний, тому зручно скористатися формулою D/4 = k² − AC, де A — старший коефіцієнт, C — вільний член. Тут k = −2, A = a + 1, C = 1. Отже:
D/4 = (−2)² − (a + 1) · 1 = 4 − a − 1 = 3 − a
Тепер аналізуємо:
Два різні корені:
D/4 > 0 ⇒ 3 − a > 0 ⇒ a < 3. Враховуючиa ≠ −1, маємоa < 3, a ≠ −1Один корінь:
D/4 = 0 ⇒ 3 − a = 0 ⇒ a = 3. Тодіx = −k/A = 2/(a + 1) = 2/4 = 0,5Коренів немає:
D/4 < 0 ⇒ 3 − a < 0 ⇒ a > 3
Крок 3. Об'єднання випадків
Залежно від того, що питають у задачі, об'єднуємо результати:
Запитання | Значення a | Корені |
|---|---|---|
Рівно один корінь | a = −1 або a = 3 | x = 0,25 або x = 0,5 |
Два різні корені | a < 3, a ≠ −1 | два різні |
Хоча б один корінь | a ≤ 3 | один або два |
Коренів немає | a > 3 | — |
Важливо розрізняти формулювання: «два різні корені» означає
D > 0(і старший коефіцієнт ≠ 0), а «має корені» —D ≥ 0(у квадратному випадку). ПриD = 0корінь один, але його часто називають двома збіжними коренями.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Приклад 1. Єдиний корінь без параметра при x²
Завдання: При якому значенні a рівняння x² − 6x + a = 0 має єдиний корінь?
Розв'язання:
Старший коефіцієнт при x² дорівнює 1 і не залежить від a, тому лінійний випадок відсутній. Рівняння квадратне. Для єдиного кореня потрібно D = 0. Обчислюємо: D = (−6)² − 4 · 1 · a = 36 − 4a. Прирівнюємо до нуля: 36 − 4a = 0 ⇒ a = 9. Знайдений корінь: x = 6/2 = 3.
Відповідь: 9.
Пастки: відповідь 36 — забули множник 4 у формулі D = b² − 4ac; відповідь 3 — записали сам корінь рівняння, а не значення параметра a.
Приклад 2. Два різні корені з параметром при x²
Завдання: Знайдіть суму цілих значень a, при яких рівняння (a − 1)x² − 4x + a + 2 = 0 має два різні корені.
Розв'язання:
Крок 1 — лінійний випадок. При a = 1 старший коефіцієнт дорівнює нулю: 0 · x² − 4x + 3 = 0 ⇒ −4x + 3 = 0 ⇒ x = 0,75 — один корінь. Умова «два різні корені» виключає a = 1.
Крок 2 — квадратний випадок при a ≠ 1. Другий коефіцієнт b = −4, парний, тому D/4 = k² − AC, де k = −2, A = a − 1 (старший коефіцієнт), C = a + 2 (вільний член).
D/4 = (−2)² − (a − 1)(a + 2) = 4 − (a² + a − 2) = 4 − a² − a + 2 = −a² − a + 6.
Розкладемо на множники: −a² − a + 6 = −(a² + a − 6) = −(a + 3)(a − 2).
Умова D/4 > 0: −(a + 3)(a − 2) > 0 ⇒ (a + 3)(a − 2) < 0 ⇒ −3 < a < 2.
Крок 3 — об'єднання. На проміжку −3 < a < 2 цілі значення: −2, −1, 0, 1. Значення a = 1 належить проміжку, але його виключаємо: при a = 1 рівняння лінійне й має лише один корінь. Залишаються −2, −1, 0.
Сума: −2 + (−1) + 0 = −3.
Відповідь: −3.
Пастка: відповідь −2 — не виключили a = 1, яке належить проміжку −3 < a < 2, але дає лише один корінь, а потрібно два різні.
Приклад 3. Рівно один корінь
Завдання: Знайдіть суму всіх значень a, при яких рівняння (a + 2)x² + 6x + 3 = 0 має рівно один корінь.
Розв'язання:
Крок 1 — лінійний випадок. При a + 2 = 0 ⇒ a = −2. Тоді рівняння стає лінійним: 0 · x² + 6x + 3 = 0 ⇒ 6x + 3 = 0 ⇒ x = −0,5. Один корінь — умову виконано.
Крок 2 — квадратний випадок при a ≠ −2. Другий коефіцієнт b = 6 — парний, k = 3. D/4 = k² − AC = 9 − (a + 2) · 3 = 9 − 3a − 6 = 3 − 3a.
Для єдиного кореня: D/4 = 0 ⇒ 3 − 3a = 0 ⇒ a = 1. Тоді x = −k/A = −3/(a + 2) = −3/3 = −1 — один корінь.
Крок 3 — об'єднання. Рівно один корінь дають a = −2 (лінійний випадок) та a = 1 (D = 0). Сума: −2 + 1 = −1.
Відповідь: −1.
Пастка: відповідь 1 — забули лінійний випадок a = −2, який теж дає рівно один корінь.
Приклад 4. Коренів немає
Завдання: Знайдіть найменше ціле значення a, при якому рівняння x² − 2x + 3a − 1 = 0 не має коренів.
Розв'язання:
Старший коефіцієнт при x² дорівнює 1, тому лінійного випадку немає. Другий коефіцієнт b = −2, парний. k = −1. D/4 = k² − AC = (−1)² − 1 · (3a − 1) = 1 − 3a + 1 = 2 − 3a.
Умова «не має коренів»: D/4 < 0 ⇒ 2 − 3a < 0 ⇒ −3a < −2 ⇒ a > 2/3.
Найменше ціле число, більше за 2/3 (тобто 0,666…), — це 1.
Відповідь: 1.
Пастка: відповідь 0 — округлили 2/3 вниз, але нерівність строга, a > 2/3, тому a = 0 не підходить (0 < 2/3).
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Забувають лінійний випадок. Коли старший коефіцієнт містить параметр, дехто одразу обчислює дискримінант, не перевіривши, чи може рівняння стати лінійним. Це призводить до втрати цілого значення параметра. Правильно: спершу прирівняй старший коефіцієнт до нуля й розв'яжи лінійне рівняння.
У відповідь «два різні корені» включають значення, за якого старший коефіцієнт дорівнює 0. Якщо при a = a₀ рівняння стає лінійним з одним коренем, то це a₀ не задовольняє умову «два різні корені», навіть якщо дискримінант додатний на всьому проміжку.
Помиляються в обчисленні D з параметром. Найчастіші помилки: записують
b²приb = −2aяк−4a²замість4a²; не беруть у дужки виразc = a + 2у добутку4ac, через що втрачають знак.Плутають «два різні корені» (D > 0) і «має корені» (D ≥ 0). Якщо в завданні написано «має корені», то D = 0 підходить. Якщо «два різні корені» — D = 0 не підходить.
При D = 0 вважають, що рівняння має два корені. Формально при D = 0 квадратне рівняння має один корінь (два збіжні). Для НМТ важливо: «рівно один корінь» = D = 0 або лінійний випадок.
Розв'язуючи квадратну нерівність відносно a, беруть проміжок між коренями замість двох крайніх. Наприклад, для
a² − 36 > 0помилково пишуть−6 < a < 6замістьa < −6абоa > 6. Пам'ятай: дляa² > m(при m > 0) розв'язок — два промені.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Рівняння з параметрами належать до профільного рівня (П) теми 2.1 програми НМТ з математики. Вимога рівня стандарту — «аналізувати й досліджувати рівняння … залежно від коефіцієнтів». Це означає, що саме вміння розглянути окремі випадки (лінійний, квадратний) і правильно застосувати дискримінант є ключовим.
У демоваріанті НМТ-2026 під номером 22 подано показникове рівняння з параметром. Однак у розібраних тестах НМТ 2023–2024 років (вибірка з відкритого датасету, не дані УЦОЯО) на позиції 22 траплялося й квадратне рівняння з параметром. Тому готуватися треба до будь-якого варіанта.
Завдання № 22 має формат короткої відповіді: 0 або 2 бали без часткових балів. Відповідь — одне число, записане десятковим дробом.
Дискримінант і формула коренів квадратного рівняння є в довідкових матеріалах, які видають на НМТ. Тому важливо не помилитися в підстановці виразів із параметром.
Рекомендована стратегія розв'язання:
Окремо перевір значення параметра, за якого старший коефіцієнт дорівнює нулю — це лінійний випадок.
Для квадратного випадку обчисли D (або D/4) як вираз від параметра, уважно з дужками.
Розв'яжи рівняння чи нерівність відносно параметра.
Граничні значення параметра обов'язково перевір підстановкою, чи не зникає старший коефіцієнт, чи справді виконується умова.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Чому спершу треба перевірити старший коефіцієнт?
Тому що рівняння з параметром при x² може взагалі не бути квадратним. Якщо старший коефіцієнт дорівнює нулю, рівняння стає лінійним, і досліджувати його через дискримінант не можна — формула D = b² − 4ac працює лише для квадратних рівнянь. Крім того, лінійний випадок може дати один корінь, що іноді є частиною відповіді на запитання «рівно один корінь».
Чим «має два різні корені» відрізняється від «має корені»?
«Має два різні корені» — це строго D > 0, причому старший коефіцієнт не дорівнює нулю. «Має корені» — ширше поняття: це D ≥ 0, тобто включає і D = 0 (один корінь). Наприклад, для рівняння x² − 6x + 9 = 0 маємо D = 0, тому воно має корені (один корінь x = 3), але не має двох різних коренів.
Коли зручно рахувати D/4 замість D?
Коли другий коефіцієнт b — парне число, тобто b = 2k. Тоді D/4 = k² − ac. Це зручно, бо числа менші й менше шансів помилитися. Наприклад, для рівняння x² − 4x + a = 0 маємо b = −4, k = −2, тому D/4 = (−2)² − 1 · a = 4 − a — простіше, ніж рахувати D = 16 − 4a.
Скільки коренів має квадратне рівняння, якщо D = 0?
Рівно один корінь (його ще називають двома збіжними коренями). Формула коренів дає x = −b/(2a) — одне число. У контексті НМТ важливо: якщо питають «рівно один корінь», то підходять і D = 0, і лінійний випадок. Якщо питають «два різні корені» — D = 0 не підходить.
Як знайти суму цілих значень параметра на проміжку?
Спочатку знаходять проміжок, на якому виконується умова (наприклад, −3 < a < 2), потім виписують усі цілі числа з цього проміжку, виключаючи ті, що не задовольняють додаткові умови (наприклад, a ≠ 1). Після цього додають знайдені числа. Якщо проміжок містить багато чисел, можна скористатися формулою суми арифметичної прогресії, але для НМТ зазвичай достатньо простого додавання.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Старший коефіцієнт з параметром — спершу перевір випадок, коли він дорівнює 0. Це лінійний випадок, і його не можна досліджувати через дискримінант.
Далі D як вираз від параметра: D > 0 — два корені, D = 0 — один, D < 0 — жодного.
Для парного другого коефіцієнта b = 2k рахуй D/4 = k² − ac — це спрощує обчислення.
«Два різні корені» означає D > 0 і старший коефіцієнт ≠ 0.
«Рівно один корінь» — це лінійний випадок з коренем або D = 0.
Граничні значення параметра обов'язково перевір підстановкою: чи не зникає старший коефіцієнт, чи справді виконується умова.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.