Skip to main content

Теория: Выделение полного квадрата

Задание

Выберите такой знак неравенства, чтобы полученное неравенство выполнялось для любого \(\displaystyle y{\small:}\)
 

\(\displaystyle -5y^2+9y+4\) \(\displaystyle 4y^2+3y+5{\small . }\)

Решение

Для того чтобы сравнить значения выражений \(\displaystyle \color{darkviolet}{-5y^2+9y+4}\) и \(\displaystyle \color{darkorange}{4y^2+3y+5}{\small}\) при любых \(\displaystyle y{\small,}\) составим их разность, преобразуем её и сравним с нулём.

 

1. Составим разность выражений:

\(\displaystyle \color{darkviolet}{-5y^2+9y+4}-(\color{darkorange}{4y^2+3y+5}){\small.}\)

 

2. Преобразуем полученное выражение.

Раскроем скобки и приведём подобные:

\(\displaystyle -5y^2+9y+4-(4y^2+3y+5)=-5y^2+9y+4-4y^2-3y-5=-9y^2+6y-1{\small.}\)

Вынесем за скобки общий множитель \(\displaystyle -1\) из первых двух слагаемых:

\(\displaystyle -9y^2+6y-1=-(9y^2-6y)-1{\small .}\)

Теперь выделим в \(\displaystyle 9y^2-6y\) полный квадрат.

\(\displaystyle 9y^2-6y=\)

\(\displaystyle =(\color{blue}{3y})^2 - 2\cdot \color{blue}{3y}\cdot \color{green} {1} =\)

\(\displaystyle =((\color {blue} {3y})^2 - 2\cdot \color {blue} {3y} \cdot \color{green} {1} + \color{green} {1}^2 )- \color{green} {1}^2=\)

\(\displaystyle =(\color {blue} {3y}-\color{green}1)^2 - 1{\small .}\)

Вернемся к исходному выражению:

\(\displaystyle -(9y^2-6y)-1 = -((3y-1)^2-1)-1{\small .}\)

Преобразуем его:

\(\displaystyle -((3y-1)^2-1)-1 = -(3y-1)^2+1-1 = -(3y-1)^2{\small .}\)

Таким образом,

\(\displaystyle -5y^2+9y+4-(4y^2+3y+5) = -(3y-1)^2{\small .}\)


3. Определим знак неравенства.

Квадрат числа всегда неотрицателен, то есть

\(\displaystyle (3y-1)^2\geqslant 0{\small ,}\)

причём равенство достигается только при \(\displaystyle y=\frac{1}{3}{\small .}\)

Умножим обе части неравенства на \(\displaystyle -1<0{\small .}\) При этом знак неравенства изменим на противоположный.

Получаем неравенство

\(\displaystyle -(3y-1)^2\leqslant 0{\small ,}\)

верное при любых \(\displaystyle y{\small .}\)

Тогда

\(\displaystyle -5y^2+9y+4-(4y^2+3y+5)= -(3y-1)^2 \leqslant 0{\small .}\)

Значит, для любого числа \(\displaystyle y{\small }\) верно неравенство

\(\displaystyle -5y^2+9y+4 \leqslant 4y^2+3y+5{\small ,}\)

причём

\(\displaystyle -5y^2+9y+4 = 4y^2+3y+5{\small}\) только при \(\displaystyle y=\frac{1}{3}{\small .}\)

Заметим, что выбрав другие знаки неравенства, получим

либо неравенство, которое не выполняется ни для каких \(\displaystyle y{\small ,}\)

либо неравенства, которые выполняются не для всех \(\displaystyle y{\small .}\)

Ответ: \(\displaystyle -5y^2+9y+4\leqslant 4y^2+3y+5{\small . }\)