Spis treści

Modyfikacja: 2025-04-01

Równanie kwadratowe

Za nim podamy wzory na rozwiązywanie równania kwadratowego, przypomnimy sobie jak do tej pory rozwiązywaliśmy proste równania z jedną niewiadomą \$x\$ w pierwszej potędze. Były to równania podobne do tego poniżej.

a) \$5x=x-4 \$

b) \$-2(x-7)+5x=3x+9\$

c) \$x-10=x+7 \$

Tego typu równania da się sprowadzić do postaci ogólnej \$ax+b=0\$ lub \$ax=b\$, gdzie \$x\$ to szukana niewiadoma, a liczby \$a, b\$ to współczynniki. Możemy rozwiązać to równanie. Przy założeniu, że \$a\neq 0\$, mamy rozwiązanie.

\[ x=\frac{-b}{a} \]

Jeśli \$a=0\$, to równanie sprowadza się do \$b=0\$ i jest niezależne od wartości iksa. Na przykład, gdy \$b\$ jest równe zero, to mamy nieskończenie wiele rozwiązań.

Podsumowując, równanie liniowe z jedną niewiadomą ma jedno rozwiazanie, gdy \$a\neq 0\$ lub gdy \$a=0\$, ma nieskończenie wiele rozwiązań dla \$b=0\$ oraz jest sprzeczne (nie ma żadnego rozwiązania) dla \$b\neq 0\$.

Rozwiąż równanie \$ -2(x-7)+5x=3x+9\$
\[\begin{aligned} -2(x-7)+5x&=3x+9 \\ -2x+14+5x&=3x+9 \ /-14 \\ 3x&=3x-5 \ /-3x \\ 0x&=-5 \\ 0&=-5 \end{aligned}\]

Równanie nie ma żadnego rozwiązania. Współczynnik \$a=0\$ i \$b=5\$.

Proste równania kwadratowe

Równania kwadratowe, to równania w których niewiadoma występuje w drugiej potędze.

Równania kwadratowe możemy rozwiązywać wyłączając wspólny czynnik przed nawias lub korzystając ze wzorów skróconego mnożenia:

\[ \begin{aligned} a^2-b^2&=(a+b)(a-b) \\ (a\pm b)^2&=a^2\pm 2ab + b^2 \end{aligned} \]
Rozwiązujemy równanie \$x^2=4x\$ wyłączając \$x\$ przed nawias. \[\begin{aligned} x^2&=4x \\ x^2-4x&=0 \\ x(x-4)&=0 \end{aligned}\] Dostajemy dwa rozwiązania: \[\begin{aligned} x= 0 &\vee x-4=0 \\ x=0 &\vee x=4 \end{aligned}\]
Rozwiązujemy równanie \$7x^2+35x=0\$ wyłączając \$7x\$ przed nawias. \[\begin{aligned}7x^2+35x&=0 \\ 7x(x+5)&=0 \end{aligned}\] Dostajemy dwa rozwiązania: \[\begin{aligned} 7x= 0 &\vee x+5=0 \\ x=0 &\vee x=-5 \end{aligned}\]
Rozwiązujemy równanie \$-3x^2=24x\$ wyłączając \$-3x\$ przed nawias. \[\begin{aligned}-3x^2&=24x \\ -3x^2-24x&=0 \\ -3x(x+8)&=0 \end{aligned}\] Dostajemy dwa rozwiązania: \[\begin{aligned} x\in\{ 0,-8 \} \end{aligned}\]
Rozwiązujemy równanie \$x^2=9\$ korzystając ze wzoru skróconego mnożenia \$a^2-b^2=(a+b)(a-b)\$. \[\begin{aligned} x^2&=9 \\ x^2-9&=0 \\ x^2-3^2&=0 \\ (x+3)(x-3)&=0 \end{aligned}\] Dostajemy dwa rozwiązania: \[\begin{aligned} x+3 = 0 &\vee x-3=0 \\ x=-3 &\vee x=3 \end{aligned}\]
Rozwiązujemy równanie \$x^2=8\$ korzystając ze wzoru skróconego mnożenia \$a^2-b^2=(a+b)(a-b)\$. \[\begin{aligned} x^2&=8 \\ x^2-8&=0 \\ x^2-\left(\sqrt{8}\right)^2&=0 \\ (x+\sqrt{8})(x-\sqrt{8})&=0 \end{aligned}\] Dostajemy dwa rozwiązania: \[\begin{aligned} x+\sqrt{8} = 0 &\vee x-\sqrt{8}=0 \\ x=-\sqrt{8} &\vee x=\sqrt{8} \end{aligned}\]
Rozwiąż równanie \$16x^2=5\$
\[\begin{aligned} 16x^2&=5 \\ x^2&=\frac{5}{16} \\ x^2-\frac{5}{16}&=0 \\ x^2-\left(\sqrt{\frac{5}{16}}\right)^2&=0 \\ x^2-\left(\frac{\sqrt{5}}{\sqrt{16}}\right)^2&=0 \\ x^2-\left(\frac{\sqrt{5}}{4}\right)^2&=0 \\ \left(x+\frac{\sqrt{5}}{4}\right) \left(x-\frac{\sqrt{5}}{4}\right)&=0 \end{aligned}\] Istnieją dwa rozwiązania. \[\begin{aligned} x=-\frac{\sqrt{5}}{4} &\vee x=\frac{\sqrt{5}}{4} \end{aligned}\]
Rozwiązujemy równanie \$x^2+6x+9=0\$ korzystając ze wzoru skróconego mnożenia: \$(a+b)^2=a^2+2ab+b^2\$. \[\begin{aligned} x^2+6x+9&=0 \\ x^2+2*x*3+3^2&=0 \\ (x+3)^2&=0 \end{aligned}\] Dostajemy jedno rozwiązanie: \[\begin{aligned} x+3&=0 \\ x&=-3 \end{aligned}\]

Jak widać z przykładów równanie kwadratowe może mieć dwa rozwiązania.

Równanie kwadratowe w postaci ogólnej

Równanie kwadratowe w postaci ogólnej: \[ ax^2+bx+c=0 \] gdzie \$x\$, to niewiadoma, a liczby \$a,b,c\$ to współczynniki oraz \$a\neq 0\$.

Równanie kwadratowe może mieć co najwyżej dwa rozwiązania, które obliczamy z poniższych wzorów.

Wzór na wyróżnik (deltę) równania kwadratowego:

\[ \Delta = b^2-4ac \]

Istnieją rozwiązania równania kwadratowego w \$\mathbb{R}\$, gdy \$\Delta \ge 0\$:

\[ x_1=\frac{-b+\sqrt{\Delta}}{2a} \quad x_2=\frac{-b-\sqrt{\Delta}}{2a} \]

Aby rozwiązać równanie kwadratowe:

1) Oblicz wyróżnik \$\Delta=b^2-4ac\$.

2) Jeżeli \$\Delta< 0\$, to nie ma rozwiązania.

3) Jeżeli \$\Delta= 0\$, to jest jedno rozwiazanaie.

4) Jeżeli \$\Delta > 0\$, to są dwa rozwiązania:

\[ x_1=\frac{-b+\sqrt{\Delta}}{2a} \quad x_2=\frac{-b-\sqrt{\Delta}}{2a} \]
Rozwiąż równanie \$x^2+6x+9=0\$

Współczynniki \$a=1, b=6, c=9 \$.

\[\begin{aligned} \Delta = 6^2-4*1*9 = 36-36=0 \end{aligned}\] Istnieje jedno rozwiązanie: \[\begin{aligned} x=\frac{-6}{2*1} = \frac{-6}{2} = -3 \end{aligned}\]
Rozwiąż równanie \$x^2+5=6x\$

Sprowadzamy równanie do postaci ogólnej.

\[ x^2-6x+5 = 0 \]

Współczynniki \$a=1, b=-6, c=5 \$.

\[\begin{aligned} \Delta = (-6)^2-4*1*5 = 36-20 = 16 > 0 \end{aligned}\] Istnieją dwa rozwiązania i mamy \$\sqrt{\Delta} = 4\$: \[\begin{aligned} x_1=\frac{-(-6) + 4}{2*1} = \frac{6 + 4}{2} = \frac{10}{2} = 5 \end{aligned}\] \[\begin{aligned} x_2=\frac{-(-6) - 4}{2*1} = \frac{6 - 4}{2} = \frac{2}{2} = 1 \end{aligned}\]
Rozwiąż równanie \$-2x^2+15x+8=0\$

Aby ułatwić sobie obliczenia, możemy przemnożyć równanie stronami przez \$-1\$.

\[\begin{aligned} -2x^2+15x+8&=0 \ /*(-1) \\ 2x^2-15x-8&=0 \end{aligned}\]

Współczynniki \$a=2, b=-15, c=-8 \$.

\[\begin{aligned} \Delta = (-15)^2-4*2*(-8) = 225+64 = 289 > 0 \end{aligned}\] Istnieją dwa rozwiązania i mamy \$\sqrt{\Delta} = 17\$: \[\begin{aligned} x_1=\frac{-(-15) + 17}{2*2} = \frac{15 + 17}{4} = \frac{32}{4} = 8 \end{aligned}\] \[\begin{aligned} x_2=\frac{-(-15) - 17}{2*2} = \frac{15 - 17}{4} = \frac{-2}{4} = -\frac{1}{2} \end{aligned}\]