Graficzne rozwiązywanie nierówności z dwiema zmiennymi

Na lekcji zapoznasz się z graficznymi rozwiązaniami nierówności i układów nierówności z dwiema zmiennymi.

Nierówności liniowe.

Wpisz do okienka edycyjnego nierówność y > x, naciśnij "mono" a następnie "Rysuj".

Otrzymałeś półpłaszczyznę zawierającą wszystkie punkty powyżej prostej y = x. Rozwiązaniem tej nierówności jest więc zbiór par liczb (x, y), takich, że liczba y jest większa od liczby x. Na przykład, pary liczb: (1, 2), (-3, -2), (-1, 5) są rozwiązaniami tej nierówności.

Rozwiąż, za pomocą programu, podane niżej nierówności z dwiema zmiennymi. Staraj się wyobrazić, jeszcze przed narysowaniem wykresu, jego przybliżony kształt. Uzyskasz przez to większe efekty w uczeniu się.

Przykłady nierówności: y > x - 2; y > -x + 3; y < 2x - 3 {y<2*x-3}; y < -1-2.gif (887 bytes)x + 2 {-1/2*x+2}; 2y > 3x - 6 {2*y>3*x-6}.
Wzory nierówności można wpisywać w kilku postaciach, np. wzór y>2*x-5 można wpisać: -y<-2*x+5; y-2*x+5>0; 2*x-y-5<0; x<1/2*y+5; x-5<1/2*y. Sprawdź, że każda z tych nierówności ma ten sam wykres.

W szczególnych przypadkach nierówność z dwiema zmiennymi może stać się nierównością z jedną zmienną lub nierównością bez żadnej zmiennej. Jest tak wtedy, gdy współczynniki przy zmiennych x lub y są równe zero. Na przykład, nierówność y > 0x + 2 przyjmuje postać y > 2, zaś nierówność 0y > 0x - 3 przyjmuje postać 0 > -3. Sprawdź, jakie rozwiązania mają nierówności z jedną zmienną, a jakie nierówności nie zawierające żadnej zmiennej, np. y > -3; x < 2; -3 < 2; -3 < -4.

Alternatywa nierówności liniowych.

Sprawdź, co jest rozwiązaniem alternatywy nierówności liniowych: y > 2x - 3 {y>2*x-3} lub y < x + 1. Wpisz najpierw wzór pierwszej nierówności i po otrzymaniu rozwiązania wpisz wzór drugiej nierówności. Rozwiązaniem są wszystkie punkty spełniające jedną lub drugą nierówność, czyli suma obu półpłaszczyzn.

Układy nierówności liniowych.

Rozwiąż graficznie układ nierówności: . Wpisz najpierw wzór pierwszej nierówność i po otrzymaniu rozwiązania wpisz wzór drugiej nierówności.
Rozwiązaniem są wszystkie punkty spełniające równocześnie obie nierówności, czyli część wspólna obu półpłaszczyzn.

Problem 1.
Jakie figury mogą być rozwiązaniami układów 2 nierówności liniowych?

Rozwiązanie.
Jest możliwych 5 rodzajów figur:
Kąt, np.
Półpłaszczyzna, np. uklad4.gif (1097 bytes)
Płaszczyzna, np. uklad5.gif (1035 bytes)
Pas, np. uklad6.gif (1100 bytes)
Zbiór pusty, np. uklad7.gif (1104 bytes).

Problem 2.
Jakie wielokąty mogą być rozwiązaniami układów 3 lub 4 nierówności liniowych?

Odp.
Trójkąty, np. uklad12.gif (1187 bytes)
Czworokąty, np. uklad13.gif (1294 bytes)

Określanie wzorów nierówności dla danych rozwiązań.

Półpłaszczyzna na poniższym rysunku jest rozwiązaniem pewnej nierówności liniowej. Jaka to nierówność?
nierownosc1.jpg (11813 bytes)
Rozwiązanie składa się z punktów leżących powyżej prostej y = -0,5x + 1. Zatem jest ona rozwiązaniem nierówności y > -0,5x + 1 {y>=0,5*x+1}. Sprawdź to!

Zadanie 1.
Określ wzory nierówności dla podanych rozwiązań:
a) nierownosc2.jpg (11484 bytes) b) nierownosc3.jpg (10245 bytes)

Odp.
a) y < 0,5x - 1; b) x > 2.

Zadanie 2.
Określ układ nierówności dla podanych rozwiązań:
a) nierownosci-uklad1.jpg (11813 bytes) b) nierownosci-uklad2.jpg (12977 bytes)

Odp.
a) uklad8.gif (1137 bytes); b) uklad9.gif (1134 bytes)

Nierówności i układy nierówności z wartością bezwzględną.

Rozwiąż graficznie nierówność y > |x| {y>abs(x)} i spróbuj wyjaśnić, dlaczego otrzymałeś rozwiązanie takie, jak na poniższym rysunku.
nierownosc4.jpg (11821 bytes)

Wyjaśnienie.
Wartość bezwzględna określona jest następująco: wartosc-bezwzgledna1.gif (1036 bytes) wartosc-bezwzgledna2.gif (942 bytes) wartosc-bezwzgledna3.gif (967 bytes). Określenie to oznacza alternatywę (tak, mimo, że wyrażenia są ujęte klamrą). Zatem nierówność  y > |x| można zapisać w postaci alternatywy warunków: y > x, dla x wieksze-rowne.gif (845 bytes) 0 lub y > -x, dla x < 0. Pierwszy człon tej alternatywy: y > x, dla x wieksze-rowne.gif (845 bytes) 0, jest układem nierówności: uklad10.gif (1018 bytes), którego wykresem jest zbiór punktów I ćwiartki układu współrzędnych powyżej prostej y = x.  Drugi człon tej alternatywy: y > -x, dla x < 0, jest układem nierówności: uklad11.gif (1025 bytes), którego rozwiązaniem jest zbiór punktów II ćwiartki układu współrzędnych powyżej prostej y = -x.  Oba rozwiązania tworzą podaną figurę

Zadanie 3.
Przeprowadzając rozumowania analogiczne do powyższego, określ kształt rozwiązania podanych nierówności, a następnie sprawdź wynik za pomocą programu.
a) y < |x|,
b) x > |y|,
c) x < |y|.

Zadanie 4.
Rozwiązaniem układu nierówności uklad14.gif (1116 bytes) jest pas. Opisz ten pas za pomocą jednej nierówności z wartością bezwzględną.

Odp.
|y+2x-2|<3.

Problem 2.
Znajdź ogólny sposób budowania nierówności z wartością bezwzględną, opisującej pas:
a) uklad17.gif (1005 bytes), gdzie b<c;
b) uklad18.gif (1015 bytes), gdzie b<c;
c) uklad16.gif (1116 bytes), gdzie b<c.

Rozwiązanie.
Jest to problem analogiczny do problemu opisywania przedziału liczbowego (b, c), gdzie b<c, za pomocą wartości bezwzględnej, którego rozwiązaniem jest: wartosc-bezwzgledna5.gif (1149 bytes).
a) wartosc-bezwzgledna5.gif (1149 bytes)
b) wartosc-bezwzgledna6.gif (1156 bytes)
c)  wartosc-bezwzgledna4.gif (1231 bytes)

Zadanie 5.
Kwadrat ABCD o wierzchołkach: A (-5, 0), B (0, 5), C (5, 0), D (0, -5) można w prosty sposób opisać za pomocą układu 4 nierówności.
a) Opisz ten kwadrat za pomocą układu 2 nierówności z wartością bezwzględną.
b) Czy można opisać ten kwadrat jedną nierównością?

Odp.
a) uklad15.gif (1137 bytes);
b) |x| + |y|<5.

Zadanie. 6
Opisz kwadrat ABCD o wierzchołkach: A (-5, 5), B (5, 5), C (5, -5), D (-5, -5) trzema sposobami.

Rozwiązanie.
I sposób: uklad19.gif (1182 bytes);
II sposób: uklad20.gif (1076 bytes);
III sposób |x + y| + |x - y| < 10

Zadanie 7.
Podaj nierówność opisującą poniższe rozwiązania:
a) nierownosc5.jpg (13180 bytes) b) nierownosc6.jpg (13268 bytes)

Odp.
a) |x + y| > 4; b) |x| + |y| > 4.


Inne nierówności

Za pomocą programu można otrzymywać ciekawe, kolorowe rozwiązania innych nierówności. Przykłady takich nierówności można uzyskać, klikając myszką na czarne trójkąciki umieszczone po prawej stronie okienka edycyjnego. Poniżej przedstawiono jedno z przykładowych rozwiązań. Zachęcamy do "tworzenia" własnych grafik i obrazów.

da-di.jpg (65691 bytes)


Projekt.

Zbadaj, jakie rodzaje figur można otrzymać jako rozwiązania jednej nierówności liniowej z wartością bezwzględną. Opisz sposoby otrzymywania trójkątów, kwadratów, rombów, równoległoboków, trapezów.