24В. а) Решите уравнение \({x^2} + x + \frac{1}{x} + \frac{1}{{{x^2}}} = 4\);

б) Найдите все корни принадлежащие промежутку \(\left[ {-1;\;1} \right]\).

Ответ

ОТВЕТ:  а) \(1;\;\;\;\;\frac{{-3 \pm \sqrt 5 }}{2};\)

               б) \(1;\;\;\;\;\frac{{-3 + \sqrt 5 }}{2}.\)

Решение

а) \({x^2} + x + \frac{1}{x} + \frac{1}{{{x^2}}} = 4.\)

Запишем ОДЗ:  \(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{x \ne 0,\,}\\{{x^2} \ne 0}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;x \ne 0.\)

\({x^2} + x + \frac{1}{x} + \frac{1}{{{x^2}}} = 4\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;{x^2} + \frac{1}{{{x^2}}} + \left( {x + \frac{1}{x}} \right) = 4.\)

Пусть  \(x + \frac{1}{x} = t.\)  Тогда: 

\({\left( {x + \frac{1}{x}} \right)^2} = {t^2}\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;{x^2} + 2 \cdot x \cdot \frac{1}{x} + \frac{1}{{{x^2}}} = {t^2}\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;{x^2} + \frac{1}{{{x^2}}} = {t^2}-2.\)

Полученное уравнение примет вид:

\({t^2}-2 + t = 4\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;{t^2} + t-6 = 0\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{t = -3,}\\{t = 2.\;\,}\end{array}} \right.\)

Вернёмся к прежней переменной:

\(\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{x + \frac{1}{x} = -3,}\\{x + \frac{1}{x} = 2\;\;\,}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{{x^2} + 3x + 1 = 0,}\\{{x^2}-2x + 1 = 0\,}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{x = \frac{{-3 + \sqrt 5 }}{2},}\\{\begin{array}{*{20}{c}}{x = \frac{{-3-\sqrt 5 }}{2},}\\{x = 1.\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\,}\end{array}}\end{array}} \right.\)

б) Отберём корни, принадлежащие отрезку  \(\left[ {-1;\;1} \right].\)

Так как  \(2 = \sqrt 4  < \sqrt 5  < \sqrt 9  = 3,\)  то  \(-1 < -3 + \sqrt 5  < 0,\)  значит,  \(-0,5 < \frac{{-3 + \sqrt 5 }}{2} < 0.\)  Поэтому,  \(x = \frac{{-3 + \sqrt 5 }}{2} \in \left[ {-1;1} \right].\)

Так как  \(2 = \sqrt 4  < \sqrt 5  < \sqrt 9  = 3,\)  то  \(-6 < -3-\sqrt 5  < -5,\)  значит,  \(-3 < \frac{{-3-\sqrt 5 }}{2} < -2,5.\)  Поэтому,  \(x = \frac{{-3-\sqrt 5 }}{2} \notin \left[ {-1;1} \right].\)

\(x = 1 \in \left[ {-1;1} \right].\)

Ответ:  а) \(1;\;\;\;\;\frac{{-3 \pm \sqrt 5 }}{2};\)

             б) \(1;\;\;\;\;\frac{{-3 + \sqrt 5 }}{2}.\)