Модуль числа. Рівняння та нерівності з модулем

Модуль — операція, що «забуває знак». Через це кожне рівняння з модулем розпадається на кілька випадків, і головна складність теми не в обчисленнях, а в тому, щоб жодного випадку не загубити. Найнадійніший спосіб не заплутатися — тримати в голові геометричний зміст модуля: це відстань. Тоді більшість задач розв'язується малюванням числової прямої, без формального розбору випадків.

Означення

Модуль (абсолютна величина) числа aa — це його відстань від нуля на числовій прямій; він невід'ємний:

a={a,a0,a,a<0.|a| = \begin{cases} a, & a \ge 0, \\ -a, & a < 0. \end{cases}

Наприклад, 7=7|7| = 7, 7=7|-7| = 7, 0=0|0| = 0. Основні властивості: a0|a| \ge 0, a=a|-a| = |a|, ab=ab|ab| = |a|\,|b|, ab=ab\left|\dfrac{a}{b}\right| = \dfrac{|a|}{|b|}.

Другий рядок означення часто бентежить: чому a-a, адже це «мінус»? Але якщо aa від'ємне, то a-a додатне. Наприклад, при a=7a = -7 маємо a=7-a = 7. Запис a-a означає «протилежне до aa», а не «від'ємне число».

Зверни увагу й на те, чого серед властивостей немає: модуля суми. Загалом a+ba+b|a + b| \ne |a| + |b| — перевір на a=3a = 3, b=3b = -3: ліворуч 00, праворуч 66.

Геометричний зміст

Вираз xb|x - b| — це відстань між точками xx і bb на прямій. Тому x1x2|x_1 - x_2| дорівнює відстані між точками x1x_1 і x2x_2. Порухай повзунки:

Рівняння з модулем

Рівняння xb=c|x - b| = c (при c>0c > 0) означає «відстань від xx до bb дорівнює cc» — таких точок дві:

xb=c    xb=±c    x=b±c.|x - b| = c \iff x - b = \pm c \iff x = b \pm c.

Якщо c=0c = 0 — один корінь x=bx = b; якщо c<0c < 0 — розв'язків немає (модуль не буває від'ємним).

Приклад 1 — рівняння з модулем

Розв'яжемо x3=5|x - 3| = 5.

  1. Геометрично: шукаємо точки, віддалені від 33 рівно на 55;
  2. одна праворуч: 3+5=83 + 5 = 8;
  3. друга ліворуч: 35=23 - 5 = -2.

Відповідь: x=2x = -2 або x=8x = 8. Перевірка: 23=5=5|-2-3| = |-5| = 5 ✅ і 83=5|8-3| = 5 ✅.

Перевіряй праву частину

Рівняння 2x+1=4|2x + 1| = -4 розв'язків не має: модуль невід'ємний за означенням, тому дорівнювати від'ємному числу не може. Це перше, на що варто дивитися, — інколи задача розв'язується одним поглядом.

Нерівності з модулем

xb<c    c<xb<c    x(bc; b+c);|x - b| < c \iff -c < x - b < c \iff x \in (b - c;\ b + c);

xb>c    xb<c або xb>c    x<bc або x>b+c.|x - b| > c \iff x - b < -c \ \text{або} \ x - b > c \iff x < b - c \ \text{або} \ x > b + c.

«Менше» — проміжок, «більше» — зовні

Нерівність xb<c|x-b| < c дає проміжок навколо bb (усі точки, ближчі за cc), а xb>c|x-b| > cдва промені назовні (точки, дальші за cc).

Геометрична підказка знімає потребу запам'ятовувати обидві формули. «Відстань менша за cc» — це коло навколо точки bb, тобто один проміжок. «Відстань більша за cc» — усе, що поза ним, тобто два промені. Зверни увагу, що в другому випадку відповідь записують через об'єднання, а не подвійною нерівністю: запис c<xb<cc < x - b < -c безглуздий.

Приклад 2 — нерівність «менше»

Розв'яжемо x+26|x + 2| \le 6.

  1. Перепишемо у вигляді відстані: x(2)6|x - (-2)| \le 6, тобто відстань від xx до 2-2 не більша за 66;
  2. це проміжок з центром у 2-2 і «радіусом» 66;
  3. межі: 26=8-2 - 6 = -8 і 2+6=4-2 + 6 = 4.

Відповідь: x[8; 4]x \in [-8;\ 4]. Дужки квадратні, бо нерівність нестрога.

Приклад 3 — нерівність «більше»

Розв'яжемо x1>3|x - 1| > 3.

  1. Шукаємо точки, віддалені від 11 більш ніж на 33;
  2. праворуч: x>1+3=4x > 1 + 3 = 4;
  3. ліворуч: x<13=2x < 1 - 3 = -2.

Відповідь: x(; 2)(4; +)x \in (-\infty;\ -2) \cup (4;\ +\infty) — саме об'єднання двох променів, а не проміжок.

Типові помилки

  • Знаходять лише один корінь рівняння. Рівняння f(x)=c|f(x)| = c при c>0c > 0 дає два випадки.
  • Розв'язують рівняння з від'ємною правою частиною. Тут одразу «розв'язків немає».
  • Плутають проміжок із двома променями. «Менше» — усередині, «більше» — назовні.
  • Записують «більше» подвійною нерівністю. Для двох променів потрібне об'єднання.
  • Вважають, що a=a|-a| = -|a| або що модуль просто «прибирає мінус із запису». При невідомому знаку виразу треба розглядати випадки.

Перевір себе

Порада щодо вводу

Корені рівняння вводь через «;» (напр. -2; 6), порядок не важливий.

Розібрані приклади

Так виглядають задачі цієї теми в тренажері. Тут вони розібрані повністю — у самому тренажері числа в умові щоразу нові, а розв’язання відкривається після вашої відповіді.

  1. Приклад 1. Значення модуля

    Обчисліть 10+6 |10 + 6|

    Відповідь: 1616

    Розв'язання: 10+6=16=16|10 + 6| = |16| = 16
  2. Приклад 2. Рівняння з модулем

    Розв'яжіть x+6=6 |x + 6| = 6

    Відповідь: 12;0-12; 0

    Розв'язання: x+6=±6x=6±6=12; 0x + 6 = \pm 6 \Rightarrow x = -6 \pm 6 = -12; \ 0
  3. Приклад 3. Нерівність з модулем

    Розв'яжіть x+4<4 |x + 4| < 4
    • А)(-8; 0)
    • Б)x < -8 або x > 0

    Відповідь: (-8; 0)

    Розв'язання: 4<x+4<4x(8;0)-4 < x + 4 < 4 \Rightarrow x \in (-8; 0)