Εφαρμογές Μαθηματικών · Άλγεβρα · Κεφ. 1 · §1.2
Μονώνυμα και αριθμητική τιμή
Με απλά λόγια
Ένα γράμμα στην άλγεβρα είναι ένας αριθμός που δεν τον ξέρουμε ακόμη, ή που αλλάζει. Όταν γράφεις x για την πλευρά ενός πλακακιού, λες «όσο κι αν είναι αυτή η πλευρά».
Η παράσταση 2x² + xy είναι μια συνταγή: «δύο τετράγωνα με πλευρά x και ένα ορθογώνιο x επί y». Όταν μάθεις τα μήκη, βάζεις τους αριθμούς στη θέση των γραμμάτων και βγαίνει το εμβαδόν.
Όροι με τα ίδια γράμματα και τις ίδιες δυνάμεις μαζεύονται, όπως 3 μήλα και 2 μήλα κάνουν 5 μήλα. Διαφορετικοί όροι μένουν χωριστά, όπως 3 μήλα και 2 αχλάδια δεν κάνουν 5 «μηλαχλάδια».
Κάτι που τώρα ξέρεις, ενώ οι περισσότεροι ενήλικες δεν το ξέρουν: κάθε τύπος σε ένα λογιστικό φύλλο, όπως το =B2*C2, είναι μια αλγεβρική παράσταση. Τα κελιά είναι οι μεταβλητές και ο υπολογιστής βρίσκει την αριθμητική τιμή κάθε φορά που αλλάζεις έναν αριθμό.
Θεωρία
Αλγεβρικές παραστάσεις
Θέλεις να στρώσεις με πλακάκια ένα δωμάτιο που αποτελείται από δύο τετράγωνα κομμάτια με πλευρά x και ένα ορθογώνιο κομμάτι x επί y. Πόσο είναι το εμβαδόν; Δεν ξέρεις ακόμη τα μήκη, αλλά μπορείς να γράψεις τη συνταγή:
Ε = 2x2 + xy
- Μια έκφραση μόνο με αριθμούς, όπως 2 · 52 + 5 · 8, λέγεται αριθμητική παράσταση.
- Μια έκφραση που έχει και γράμματα (μεταβλητές), όπως 2x2 + xy, λέγεται αλγεβρική παράσταση.
- Αν ανάμεσα στις μεταβλητές υπάρχουν μόνο πρόσθεση και πολλαπλασιασμός και οι εκθέτες τους είναι θετικοί ακέραιοι, η παράσταση λέγεται ακέραια. Π.χ. η 3x + 1 διά x δεν είναι ακέραια: έχει διαίρεση με μεταβλητή.
Αριθμητική τιμή
Αν βάλεις αριθμούς στη θέση των μεταβλητών και κάνεις τις πράξεις, το αποτέλεσμα λέγεται αριθμητική τιμή της παράστασης. Στην εφαρμογή, κάθε φορά που αλλάζεις τα μήκη x και y, βλέπεις την αριθμητική τιμή του εμβαδού.
Λυμένο παράδειγμα 1
- Δεδομένα
- Η παράσταση 2x2 + xy, με x = 3 και y = 4.
- Ζητούμενο
- Η αριθμητική τιμή της.
- Τύπος
- Αντικαθιστώ κάθε μεταβλητή με τον αριθμό της και κάνω τις πράξεις με τη σωστή σειρά: δυνάμεις, μετά πολλαπλασιασμοί, μετά προσθέσεις.
- Υπολογισμός
-
2 · 32 + 3 · 4
Δυνάμεις: = 2 · 9 + 3 · 4
Πολλαπλασιασμοί: = 18 + 12
Πρόσθεση: = 30
- Απάντηση
- Η τιμή είναι 30. Έλεγχος με τα σχήματα: δύο τετράγωνα 3 επί 3 δίνουν 18, ένα ορθογώνιο 3 επί 4 δίνει 12, σύνολο 30.
Όταν η τιμή μιας μεταβλητής είναι αρνητική, τη βάζεις σε παρένθεση.
Συχνό λάθος: για x = −2, να γράψεις 3x2 = 3 · −22 = −12. Χωρίς παρένθεση υψώνεις στο τετράγωνο μόνο το 2 και κρατάς το μείον. Σωστά: 3 · (−2)2 = 3 · 4 = 12. Έλεγχος: ένα τετράγωνο δεν είναι ποτέ αρνητικό, άρα και το 3x2 δεν μπορεί να βγει αρνητικό.
Σειρά σου: βρες την τιμή της x2 − 3x για x = −1.
Απάντηση
(−1)2 − 3 · (−1) = 1 + 3 = 4.
Τι είναι μονώνυμο
Ορισμένες ακέραιες παραστάσεις είναι ένα μόνο «κομμάτι»: ένας αριθμός πολλαπλασιασμένος με μεταβλητές, χωρίς πρόσθεση ή αφαίρεση ανάμεσά τους. Αυτές λέγονται μονώνυμα.
Π.χ. −5x3y είναι μονώνυμο. Το 2x2 + xy δεν είναι: είναι δύο μονώνυμα με ένα «+» ανάμεσα.
- Ο αριθμός μπροστά λέγεται συντελεστής: στο −5x3y είναι το −5.
- Οι μεταβλητές με τους εκθέτες τους λέγονται κύριο μέρος: εδώ x3y.
- Όταν δεν φαίνεται αριθμός, ο συντελεστής είναι 1: x2y = 1 · x2y. Όταν φαίνεται μόνο ένα μείον, είναι −1: −ab = (−1) · ab.
Γρήγορος έλεγχος: ποιος είναι ο συντελεστής και ποιο το κύριο μέρος του −xy2;
Απάντηση
Συντελεστής −1, κύριο μέρος xy2.
Βαθμός μονωνύμου
Ο εκθέτης μιας μεταβλητής είναι ο βαθμός του μονωνύμου ως προς αυτή. Αν δεν γράφεται εκθέτης, είναι 1, γιατί y = y1. Ο βαθμός ως προς όλες τις μεταβλητές είναι το άθροισμα των εκθετών.
| ως προς | βαθμός |
|---|---|
| x | 3 |
| y | 1 |
| x και y | 3 + 1 = 4 |
Και οι σκέτοι αριθμοί θεωρούνται μονώνυμα, τα σταθερά μονώνυμα. Ο αριθμός 7 είναι μονώνυμο μηδενικού βαθμού, γιατί 7 = 7x0. Μόνο το 0, το μηδενικό μονώνυμο, δεν έχει βαθμό.
Ο συντελεστής δεν επηρεάζει τον βαθμό: το 100x είναι πρώτου βαθμού, το 0,1x3 τρίτου.
Όμοια, ίσα και αντίθετα μονώνυμα
Στην εφαρμογή, όλα τα πλακίδια x² έχουν το ίδιο σχήμα. Στην άλγεβρα, μονώνυμα με το ίδιο κύριο μέρος λέγονται όμοια. Π.χ. 3x2y, −x2y και 1 διά 2x²y είναι όμοια.
- Όμοια με τον ίδιο συντελεστή: ίσα, π.χ. 4ab και 4ab.
- Όμοια με αντίθετους συντελεστές: αντίθετα, π.χ. 4ab και −4ab. Το άθροισμά τους είναι 0.
Συχνό λάθος: να θεωρείς όμοια τα x2y και xy2, επειδή έχουν τα ίδια γράμματα. Κοίτα και τους εκθέτες: στο πρώτο το x είναι στο τετράγωνο, στο δεύτερο το y. Είναι διαφορετικά κύρια μέρη, άρα όχι όμοια.
Πρόσθεση όμοιων μονωνύμων
Στο «Άθροισμα» βάλε 2 τετράγωνα x² και μετά 5. Ό,τι κι αν είναι το x, πέντε ίδια τετράγωνα έχουν πενταπλάσιο εμβαδόν από ένα. Άρα 2x2 + 3x2 = 5x2.
όμοια μονώνυμα: προσθέτεις τους συντελεστές, κρατάς το κύριο μέρος
Αυτό λέγεται αναγωγή όμοιων όρων. Μη όμοια μονώνυμα δεν γίνονται ένας όρος: το 2x2 + xy μένει όπως είναι.
Λυμένο παράδειγμα 2
- Δεδομένα
- Η παράσταση 3x2y − 5x2y + x2y.
- Ζητούμενο
- Να γραφεί ως ένα μονώνυμο.
- Τύπος
- Όμοια μονώνυμα: άθροισμα συντελεστών · κύριο μέρος.
- Υπολογισμός
-
Ελέγχω ότι είναι όμοια: όλα έχουν κύριο μέρος x2y.
Συντελεστές: 3, −5 και 1 (το τελευταίο δεν γράφεται). 3 − 5 + 1 = −1.
- Απάντηση
- −x2y. Έλεγχος με x = 1, y = 1: αριστερά 3 − 5 + 1 = −1, δεξιά −1.
Συχνό λάθος: «3x2 + 2x2 = 5x4». Στην πρόσθεση οι εκθέτες δεν αλλάζουν: μετράς πόσα ίδια κομμάτια έχεις, όπως 3 τετράγωνα + 2 τετράγωνα = 5 τετράγωνα, όχι «τετράγωνα στο τετράγωνο».
Πολλαπλασιασμός μονωνύμων
Στο «Γινόμενο» ένα ορθογώνιο έχει πλευρές 2x και 3y. Χωρίζεται σε 2 · 3 = 6 πλακίδια xy, άρα:
(2x) · (3y) = 2 · 3 · x · y = 6xy
Πολλαπλασιάζεις συντελεστές με συντελεστές και μεταβλητές με μεταβλητές. Για ίδια μεταβλητή προσθέτεις τους εκθέτες, γιατί x2 · x3 = (x · x) · (x · x · x) = x5.
Λυμένο παράδειγμα 3
- Δεδομένα
- Τα μονώνυμα −2x2y και 3xy3.
- Ζητούμενο
- Το γινόμενό τους.
- Τύπος
- Συντελεστής · συντελεστής, και xμ · xν = xμ + ν.
- Υπολογισμός
-
Συντελεστές: (−2) · 3 = −6.
Το x: x2 · x = x3.
Συμπλήρωσε: το y γίνεται y · y3 = ___.
- Απάντηση
- Δες παρακάτω, αφού το λύσεις.
Απάντηση
y · y3 = y4, άρα (−2x2y) · (3xy3) = −6x3y4. Έλεγχος βαθμού: τα μονώνυμα είναι 3ου και 4ου βαθμού, άρα το γινόμενο πρέπει να είναι 7ου. Πράγματι, το x3y4 έχει βαθμό 3 + 4 = 7.
Πρόβλεψε: αν διπλασιάσεις το x, τι γίνεται το εμβαδόν x2 ενός τετραγώνου; Δοκίμασέ το στην εφαρμογή.
Απάντηση
Τετραπλασιάζεται: (2x)2 = 2x · 2x = 4x2. Π.χ. με x = 2 το εμβαδόν είναι 4, με x = 4 είναι 16.
Διαίρεση μονωνύμων
Για να διαιρέσεις δύο μονώνυμα, διαιρείς τους συντελεστές και, για κάθε μεταβλητή, αφαιρείς τους εκθέτες:
(12x5y2) : (4x2y) = 3x3y
Έλεγχος με πολλαπλασιασμό: 4x2y · 3x3y = 12x5y2. Το πηλίκο είναι μονώνυμο μόνο όταν κάθε μεταβλητή του διαιρέτη υπάρχει στον διαιρετέο με ίσο ή μεγαλύτερο εκθέτη. Π.χ. το x2 : x5 δεν δίνει μονώνυμο.
Επιπλέον — για αργότερα
Γιατί η πρόσθεση κρατά τον εκθέτη και ο πολλαπλασιασμός τον αλλάζει; Στην πρόσθεση μετράς πόσα ίδια κομμάτια έχεις: 3 τετράγωνα και 2 τετράγωνα κάνουν 5 τετράγωνα, και το σχήμα δεν αλλάζει.
Στον πολλαπλασιασμό φτιάχνεις κάτι καινούριο: πλευρά επί πλευρά δίνει εμβαδόν, και εμβαδόν επί ύψος δίνει όγκο. Γι’ αυτό x · x = x2 είναι τετράγωνο και x2 · x = x3 είναι κύβος.
Δραστηριότητες
- Στο «Άθροισμα» κράτα μόνο 1 τετράγωνο x² και άλλαξε το x από 1 έως 6. Γράψε σε πίνακα το x και την τιμή του x². Πόσες φορές μεγαλώνει η τιμή όταν το x πάει από 2 σε 4, και από 3 σε 6;
- Φτιάξε το εμβαδόν 2x2 + xy και βρες την τιμή του για x = 5, y = 6 πρώτα με το χέρι, μετά στην εφαρμογή.
- Βάλε 3 τετράγωνα x² και 3 τετράγωνα y². Για ποια x και y έχουν τα δύο σύνολα το ίδιο εμβαδόν; Γιατί ακόμη και τότε το 3x2 + 3y2 δεν γράφεται ως ένας όρος;
- Στο «Γινόμενο» βάλε α = 2, β = 3 και άλλαξε τη δεύτερη πλευρά από 3y σε 3x. Τι αλλάζει στα πλακίδια και τι στο αποτέλεσμα;
- Στο «Γινόμενο» βρες όλα τα ζευγάρια α, β που δίνουν 12 πλακίδια. Γράψε για καθένα το γινόμενο, π.χ. (3x) · (4y) = 12xy.
Ασκήσεις
Επίπεδο 1 · Κατανοώ Ποιες από τις παραστάσεις είναι μονώνυμα; Για όσες είναι, γράψε συντελεστή, κύριο μέρος και βαθμό. (α) −4a2b (β) x + 2 (γ) x3 (δ) 9 (ε) 3 διά x
Λύση
(α) Μονώνυμο: συντελεστής −4, κύριο μέρος a2b, βαθμός 3. (β) Όχι, έχει πρόσθεση. (γ) Μονώνυμο: συντελεστής 1, κύριο μέρος x3, βαθμός 3. (δ) Σταθερό μονώνυμο, βαθμού 0. (ε) Όχι, έχει διαίρεση με μεταβλητή, άρα δεν είναι καν ακέραια παράσταση.
Επίπεδο 1 · Κατανοώ Χώρισε σε ομάδες όμοιων μονωνύμων και βρες ένα ζευγάρι αντίθετων: 2xy, −x2, 5yx, x2, −2xy, 3xy2.
Λύση
Κύριο μέρος xy: 2xy, 5yx (yx = xy) και −2xy. Κύριο μέρος x2: −x2 και x2. Το 3xy2 μένει μόνο του. Αντίθετα: 2xy και −2xy (και επίσης −x2 και x2).
Επίπεδο 2 · Εφαρμόζω Βρες την αριθμητική τιμή της −3x2y3 για x = −2 και y = −1.
Λύση
−3 · (−2)2 · (−1)3 = −3 · 4 · (−1) = 12. Έλεγχος πρόσημου: το (−2)2 είναι θετικό, άρα μένουν δύο αρνητικοί παράγοντες (−3 και −1) και το γινόμενο βγαίνει θετικό.
Επίπεδο 2 · Εφαρμόζω Κάνε τις πράξεις: (α) 7ab − 4ab − ab (β) (−3x2) · (5x) (γ) (4ab2) · (−a2b) (δ) (18x4y) : (6xy)
Λύση
(α) (7 − 4 − 1)ab = 2ab. (β) −15x3. (γ) −4a3b3. (δ) 3x3, γιατί 18 : 6 = 3, x4 : x = x3 και y : y = 1.
Επίπεδο 3 · Σκέφτομαι Ένα ορθογώνιο έχει πλευρές 3x και 2x. Γράψε το εμβαδόν του ως μονώνυμο. Αν όλες οι διαστάσεις του γίνουν τριπλάσιες, πόσες φορές μεγαλώνει το εμβαδόν; Εξήγησε με το μονώνυμο, χωρίς να δοκιμάσεις αριθμούς.
Λύση
Ε = 3x · 2x = 6x2. Αν το x γίνει 3x, τότε 6 · (3x)2 = 6 · 9x2 = 54x2, δηλαδή 9 φορές μεγαλύτερο. Ο λόγος είναι ο εκθέτης 2: κάθε μία από τις δύο πλευρές τριπλασιάζεται, 3 · 3 = 9.
Τι πρέπει να θυμάσαι
- Αριθμητική τιμή: βάζεις αριθμούς στη θέση των μεταβλητών (τους αρνητικούς σε παρένθεση) και κάνεις τις πράξεις με τη σωστή σειρά.
- Μονώνυμο: αριθμός επί μεταβλητές, π.χ. −5x3y. Συντελεστής −5, κύριο μέρος x3y, βαθμός 4.
- Όμοια μονώνυμα έχουν το ίδιο κύριο μέρος. Προστίθενται με πρόσθεση των συντελεστών: 2x2 + 3x2 = 5x2. Τα μη όμοια μένουν χωριστά.
- Γινόμενο: συντελεστές επί συντελεστές, και για ίδια μεταβλητή πρόσθεση εκθετών: (2x2) · (3x) = 6x3.
Γρήγορος έλεγχος
- Ποιος είναι ο βαθμός του 4x2y3;
Απάντηση
5 (2 + 3).
- Πόσο κάνει 5a − 8a;
Απάντηση
−3a.
- Πόσο κάνει (−x) · (−x);
Απάντηση
x2.
Ένα πρόβλημα για σένα
Ένα οικόπεδο αποτελείται από ένα τετράγωνο με πλευρά x και δύο ορθογώνια x επί 5, όλα σε μέτρα. Γράψε το εμβαδόν του ως άθροισμα μονωνύμων, κάνε αναγωγή όμοιων όρων όπου γίνεται και βρες την τιμή του για x = 12.