Материал: Введение в мат.анализ

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

186

§ 4. Рациональные дроби.

Ранее было уже введено понятие рациональной дроби (см. § 8 главы 2) от вещественной переменной как отношение двух многочленов:

 

 

 

 

, где

.

 

 

 

 

Многочлен является частным случаем рациональной дроби при

.

Рациональная дробь называется правильной, если степень числителя меньше

степени знаменателя

, в противном случае

дробь называется

неправильной.

Если рациональная дробь неправильная, то ее можно представить в виде суммы многочлена и правильной рациональной дроби, используя операцию деления с остатком (см. § 1). Это действие называется выделением целой части из дроби.

Например:

; здесь

- неправильная дробь,

- целая часть, а

 

- правильная дробь.

 

Далее подробнее рассмотрим правильные дроби.

Среди правильных дробей выделяют так называемые простейшие дроби.

Определение.

Простейшими рациональными дробями называются дроби следующих типов:

.

 

 

,

.

 

,

.

 

 

 

,

.

 

,

 

 

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

заданные вещественные числа,

вещественная переменная,

 

 

натуральное число,

,

 

 

 

 

.

 

 

Условие

 

означает, что квадратичные множители в знаменателях

дробей не могут быть разложены в произведение линейных множителей с

вещественными коэффициентами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примеры простейших дробей:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- дробь

типа;

 

 

 

- дробь

типа;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- дробь

типа;

 

 

 

 

- дробь

типа.

 

 

 

 

 

 

 

 

Из приведенной ниже теоремы следует, что любая правильная дробь может быть выражена через простейшие дроби.

187

Разложение правильной дроби в сумму простейших дробей.

Теорема.

Пусть

 

- правильная рациональная дробь и знаменатель

 

разложен на линейные и квадратичные множители:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

Тогда дробь

 

 

может быть разложена в сумму простейших дробей

 

 

типов, при этом:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- каждому простому множителю

 

 

 

 

 

 

 

соответствует простейшая дробь типа

 

 

;

 

 

- каждому кратному множителю

 

 

 

 

 

 

 

соответствует сумма простейших дробей

и

типов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- каждому простому множителю

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

соответствует простейшая дробь

типа

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- каждому кратному множителю

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

соответствует сумма простейших дробей

и типов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При этом возникающие коэффициенты , , … ,

, , , … ,

- называются

неопределенными коэффициентами; они подлежат определению.

 

 

 

 

Доказательство этой теоремы можно найти в

.

 

 

 

 

 

Например:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эти равенства справедливы при любых допустимых значениях

, т.е. представляют

собой тождества.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для вычисления неопределенных коэффициентов есть несколько методов. Основной метод заключается в следующем. От равенства дробей переходим к

равенству многочленов, которые получаются слева и справа от знака равенства после умножения на общий знаменатель.

Равенство многочленов означает равенство их коэффициентов при одинаковых степенях . Составляем систему уравнений, приравнивая неопределенные

188

коэффициенты с одной стороны и конкретные значения с другой стороны. Решая эту систему, найдем неопределенные коэффициенты.

Иногда удобнее применять другой метод: подставлять конкретные значения переменной в эти многочлены и получать значения неопределенных коэффициентов, или уравнения относительно них.

Можно также и комбинировать эти 2 метода.

Примеры.

1)

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

Умножим обе части этого равенства на общий знаменатель:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

Подставляя в это равенство значения

,

 

,

 

 

, получим:

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

.

Следовательно:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя в это равенство значения

,

 

,

,

, получим:

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раскрываем скобки в правой части этого тождества:

 

.

Приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях

многочленов, стоящих

слева и справа от знака равенства, получим систему уравнений:

. Решая эту систему, получим:

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

189

Следовательно:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя в это равенство значение

 

 

, получим:

.

Раскрываем скобки в правой части тождества:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

Приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях

многочленов, стоящих

слева и справа от знака равенства, получим систему уравнений:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. Решая эту систему, получим:

.

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

190

II. Задачи и упражнения.

Задачи к главе 1.

 

Основные понятия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доказать следующие утверждения методом математической индукции

:

1.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

1.8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

1.9.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

1.10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

Найти суммы и произведения

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.11.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.12.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.13.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.14.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.15.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.16.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Записать в виде обыкновенной несократимой дроби

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

1.17.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.18.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.19.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для заданных множеств

 

и найти

,

, \ ,

 

\

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.20.

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.21.

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.22.

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.23. множество всех бесконечных десятичных периодических дробей , множество всех бесконечных десятичных непериодических дробей

Вычислить (записать без знака модуля)

:

1.24.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.25.

 

 

 

если

 

 

1.26.

 

 

 

 

 

если

 

 

Решить уравнения и неравенства с модулем

: