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 |
: |
|||||||