2.1: Вступ до алгебри
Цілі навчання
- Визначте алгебраїчний вираз і його частини.
- Оцініть алгебраїчні вирази.
- Використовуйте формули для вирішення проблем у поширених додатках.
Попередні визначення
В алгебрі літери використовуються для представлення чисел. Букви, що використовуються для представлення цих чисел, називаються змінними. Комбінації змінних і чисел поряд з математичними операціями утворюють алгебраїчні вирази, або просто вирази.
Нижче наведено кілька прикладів виразів з однією змінноюx:
2x+3x2−93x2+2x−1x−5x2−25
Терміни в алгебраїчному виразі відокремлюються операторами додавання, а множники - операторами множення. Числовий коефіцієнт терміна називається коефіцієнтом. Наприклад, алгебраїчний вираз3x2+2x−1 можна розглядати як3x2+2x+(−1) і має три терміни. Перший член,3x2, являє собою величину3⋅x⋅x, де3 коефіцієнт іx є змінною. Усі змінні фактори з їх показниками утворюють змінну частину терміна. Якщо термін пишеться без змінного коефіцієнта, то його називають постійним терміном. Розглянемо складові3x2+2x−1,
Умови | Коефіцієнт | Змінна частина |
---|---|---|
3x2 | 3 | x2 |
2x | 2 | x |
−1 | −1 |
Третій термін у цьому виразі є постійним терміном−1, оскільки він пишеться без змінного коефіцієнта. Хоча змінна представляє невідому величину і може змінюватися, постійний термін не змінюється.
Приклад2.1.1
Перерахуйте всі коефіцієнти та змінні частини кожного члена:
5x2−4xy−y2.
Рішення:
Подумайте про третій термін в цьому прикладі−y2, як−1y2.
Умови | Коефіцієнт | Змінна частина |
---|---|---|
5x2 | 5 | x2 |
−4xy | −4 | xy |
−y2 | −1 | y2 |
Відповідь:
Коефіцієнти:{−4,−1,5}; змінні частини:{x2,xy,y2}
Деякі терміни, такі якy2 і−y2, здається, не мають коефіцієнта. Мультиплікативна властивість ідентичності стверджує, що1 раз щось є самим собою і зустрічається настільки часто, що прийнято опускати цей фактор і писати
1y2=y2−1y2=−y2
Тому коефіцієнтy2 є власне1 і коефіцієнт−y2 є−1. Крім того, ви зіткнетеся з термінами, які мають змінні частини, що складаються з алгебраїчних виразів як факторів.
Приклад2.1.2
Перерахуйте всі коефіцієнти та змінні частини кожного члена:
−3(x+y)3+(x+y)2
Рішення:
Це вираз з двома термінами:
Умови | Коефіцієнт | Змінна частина |
---|---|---|
−3(x+y)3 | −3 | (x+y)3 |
(x+y)2 | 1 | (x+y)2 |
Відповідь:
Коефіцієнти:{−3,1}; змінні частини:{(x+y)3,(x+y)2}
У нашому вивченні алгебри ми зіткнемося з великою різноманітністю алгебраїчних виразів. Як правило, вирази використовують дві найпоширеніші змінні,x іy. Однак вирази можуть використовувати будь-яку букву (або символ) для змінної, навіть грецькі літери, такі як alpha (α) та beta (β). Деякі літери та символи зарезервовані для констант, таких якπ≈3.14159 іe≈2.71828. Оскільки існує лише обмежена кількість букв, ви також будете використовувати індекси, дляx^{1}, x^{2}, x^{3}, x^{4},…, позначення різних змінних.
Вправа\PageIndex{1}
Перерахуйте всі коефіцієнти і змінні частини виразу:
−5a^{2}+ab−2b^{2}−3.
- Відповідь
-
Коефіцієнти:\{−5, −3, −2, 1\}; змінні частини:\{a^{2}, ab, b^{2}\}
Оцінка алгебраїчних виразів
Подумайте про алгебраїчний вираз як узагальнення певних арифметичних операцій. Виконання цих операцій після підстановки заданих значень для змінних називається оцінкою. В алгебрі змінна представляє невідоме значення. Однак якщо проблема спеціально привласнює значення змінній, то ви можете замінити цю букву заданою цифрою і оцінити, використовуючи порядок операцій.
Приклад\PageIndex{3}
Оцініть:
- 2x+3, деx=−4
- \frac{2}{3}y, деy=9
Рішення:
Щоб уникнути поширених помилок, найкраще спочатку замінити всі змінні дужками, а потім замінити або замінити задане значення.
а.
б.
\begin{aligned} \frac{2}{3}y&=\frac{2}{3}(\:\:) \\ &=\frac{2}{3}(\color{Cerulean}{9}\color{black}{)} \\ &=2\cdot 3\\&=6 \end{aligned}
Відповідь:
- -5
- 6
Якщо дужки не використовуються в частині (а) попереднього прикладу, результат буде зовсім іншим:2x+3=2−4+4. Без дужок перша операція - віднімання, що призводить до неправильного результату.
Приклад\PageIndex{4}
Оцініть:
−2x−y, Деx=−5 іy=−3.
Рішення:
Після підстановки заданих значень для змінних, спростіть використання порядку операцій.
\begin{aligned} -2x-y&=-2(\:\:)-(\:\:)&\color{Cerulean}{Replace\:variables\:with\:parentheses.} \\ &=-2(\color{Cerulean}{-5}\color{black}{)-(}\color{Cerulean}{-3}\color{black}{)}&\color{Cerulean}{Substitute\:values\:for\:x\:and\:y.} \\ &=10+3&\color{Cerulean}{Simplify.} \\&=13 \end{aligned}
Відповідь:
13
Приклад\PageIndex{5}
Оцініть:
9a^{2}−b^{2}, Деa=2 іb=−5.
Рішення:
Відповідь:
11
Приклад\PageIndex{6}
Оцініть:
−x^{2}−4x+1, деx=−\frac{1}{2}.
Рішення:
\begin{aligned} -x^{2}-4x+1&=-(\:\:)^{2}-4(\:\:)+1 &\color{Cerulean}{Apply\:the\:exponent\:first.} \\ &=\color{black}{-\left( \color{Cerulean}{-\frac{1}{2}}\right)^{2}-4\left(\color{Cerulean}{-\frac{1}{2}}\right)+1} &\color{Cerulean}{(-\frac{1}{2})^{2}=(-\frac{1}{2})(-\frac{1}{2})=\frac{1}{4}} \\&=-\left(\frac{1}{4} \right)+2+1 \\ &=-\frac{1}{4}+3 \\ &=-\frac{1}{4}+\frac{12}{4} \\ &=\frac{11}{4} \end{aligned}
Відповідь:
\frac{11}{4}
Відповідь на попередній приклад такий\frac{11}{4}, який можна записати як змішане число2\frac{3}{4}. В алгебрі зазвичай кращими є неправильні дроби. Якщо початкова задача не має в ній мішаних чисел або не є відповіддю на реальне застосування, розв'язки будуть виражені як зменшені неправильні дроби.
Приклад\PageIndex{7}
Оцініть:
(3x−2)(x−7), деx=\frac{2}{3}
Рішення:
Порядок операцій вимагає, щоб ми спочатку виконували операції в дужках.
\begin{aligned} (3x-2)(x-7)&=(3(\:\:)-2)((\:\:)-7) \\ &=\color{black}{\left(3\left (\color{Cerulean}{\frac{2}{3}}\right)-2\right)\left(\left(\color{Cerulean}{\frac{2}{3}}\right)-7\right)} \\ &=(2-2)\left(\frac{2}{3}-\frac{21}{3} \right) \\ &=(0)\left(-\frac{19}{3} \right) \\ &=0 \end{aligned}
Відповідь:
0
Приклад\PageIndex{8}
Оцініть:
b^{2}−4ac, Деa=−1, b=−3, іc=2.
Рішення:
Виразb^{2}−4ac називається дискримінантним; це суттєва кількість, що спостерігається пізніше в нашому вивченні алгебри.
\begin{aligned} b^{2}-4ac&=(\:\:)^{2}-4(\:\:)(\:\:)&\color{Cerulean}{Exponents\:first,\:then\:multiplication} \\ &=(\color{Cerulean}{-3}\color{black}{)^{2}-4(}\color{Cerulean}{-1}\color{black}{)(}\color{Cerulean}{2}\color{black}{)} &\color{Cerulean}{(-3)^{2}=(-3)(-3)=+9} \\ &=9+4(2) \\ &=9+8 \\ &=17 \end{aligned}
Відповідь:
17
Вправа\PageIndex{2}
Оцінітьa^{3}−b^{3}, деa=2 іb=−3.
- Відповідь
-
35
Використання формул
Основна відмінність алгебри від арифметики полягає в організованому використанні змінних. Ця ідея призводить до багаторазових формул, які є математичними моделями, що використовують алгебраїчні вирази для опису поширених додатків. Наприклад, площа прямокутника моделюється за формулою:
A=l\cdot w
У цьому рівнянні змінні використовуються для опису зв'язку між площею прямокутника і довжиною його сторін. Площа - добуток довжини і ширини прямокутника. Якщо довжина прямокутника вимірює3 метри, а ширина -2 метри, то площа можна обчислити за формулою наступним чином:
\begin{aligned} A&=l\cdot w\\ &=3\text{m}\cdot (2\text{m}) \\ &=6\text{ square meters}(\text{m}^{2}) \end{aligned}
Приклад\PageIndex{9}
Вартість щоденної оренди вантажівки становить $48.00 плюс додаткові $0.45 за кожну пройдену милю. Цю вартість в доларах можна змоделювати за формулоюcost=0.45x+48, деx представлена кількість миль, пройдених за один день. Скористайтеся цією формулою, щоб розрахувати вартість оренди вантажівки на добу і проїхати його120 милі.
Рішення:
Скористайтеся формулою, щоб знайти вартість при кількості мильx=120.
\color{Cerulean}{cost}\color{black}{=0.45x+48}
120Підставляємо в задану формулу,x а потім спрощуємо.
\begin{aligned} \color{Cerulean}{cost}&=0.45(\:\:)+48 \\ &=0.45(\color{Cerulean}{120}\color{black}{)+48} \\ &=54+48 \\ &=102 \end{aligned}
Відповідь:
Вартість оренди $102.
Рівномірний рух моделюється за формулоюD=rt, яка виражає відстаньD через середню швидкістьr, або швидкість, і час,t пройдений з цією швидкістю. Ця формула використовується часто і читається «відстань дорівнює швидкості раз часу».D=rt
Приклад\PageIndex{10}
Дорожня поїздка Джима займає2\frac{1}{2} години із середньою швидкістю66 миль на годину. Як далеко він подорожує?
Рішення:
Підставте відповідні значення в формулу, а потім спростіть.
\begin{aligned} D&=r\cdot t \\ &=\color{black}{\left(\color{Cerulean}{66}\:\frac{mi}{hr} \right)\cdot\left(\color{Cerulean}{2\frac{1}{2}\: hr} \right)} \\ &=\frac{66}{1}\cdot\frac{5}{2}mi \\ &=33\cdot 5mi \\ &=165 mi \end{aligned}
Відповідь:
Джим подорожує165 милями.
Обсяг в кубічних одиницях прямокутної коробки задається за формулоюV=lwh, деlw представляє довжину, представляє ширину іh представляє висоту.
Малюнок\PageIndex{1}
Приклад\PageIndex{11}
Дерев'яний ящик - це1 фут в довжину,5 дюйми в ширину і6 дюйми у висоту. Знайти обсяг коробки в кубічних дюймах.
Рішення:
Подбайте про те, щоб всі одиниці були узгодженими і використовуйте12 дюйми для довжини замість1 стопи.
\begin{aligned} V&=lwh \\ V&=(\:\:)(\:\:)(\:\:) \\ &=(\color{Cerulean}{12in}\color{black}{)(}\color{Cerulean}{5in}\color{black}{)(}\color{Cerulean}{6in}\color{black}{)} \\ &=360\:\text{cubic inches }(\text{in}^{3}) \end{aligned}
Відповідь:
Обсяг коробки -360 кубічні дюйми.
Прості відсоткиI задаються за формулоюI=prt, деp представляє основну суму, вкладену за річною процентною ставкоюr протягомt багатьох років.
Приклад\PageIndex{12}
Розрахуйте прості відсотки, зароблені на 2-річну інвестицію1,250 в $ при річній процентній ставці3\frac{3}{4}%.
Рішення:
Перетворіть3\frac{3}{4}% в десяткове число, перш ніж використовувати його у формулі.
r=3\frac{3}{4}%=3.75%=0.0375
Використовують це значення дляr і того, щоp = $1,250 іt = 2 роки обчислюють прості відсотки.
\begin{aligned} I&=prt \\ &=(\color{Cerulean}{1,250}\color{black}{)(}\color{Cerulean}{0.0375}\color{black}{)(}\color{Cerulean}{2}\color{black}{)}\\&=93.75 \end{aligned}
Відповідь:
Простий зароблений відсоток становить $93.75.
Вправа\PageIndex{3}
Периметр прямокутника задається за формулоюP=2l+2w, деl представляє довжину іw представляє ширину. Скористайтеся формулою для обчислення периметра прямокутника з довжиною5 футів і шириною2\frac{1}{2} футів.
- Відповідь
-
15ноги
Ключові винос
- Подумайте про алгебраїчні вирази як узагальнення загальних арифметичних операцій, які утворюються шляхом об'єднання чисел, змінних та математичних операцій.
- Коефіцієнт прийнято опускати, якщо він є1, як вx^{2}=1x^{2}.
- Щоб уникнути поширених помилок при оцінці, найкраще замінити всі змінні дужками, а потім підставити відповідні значення.
- Використання алгебраїчних виразів дозволяє нам створювати корисні та багаторазові формули, які моделюють загальні програми.
Вправа\PageIndex{4} Definitions
Перерахуйте всі коефіцієнти і змінні частини наступних виразів.
- 4x−1
- –7x^{2}−2x+1
- −x^{2}+5x−3
- 3x^{2}y^{2}−\frac{2}{3}xy+7
- \frac{1}{3}y^{2}−\frac{1}{2}y+\frac{5}{7}
- −4a^{2}b+5ab^{2}−ab+1
- 2(a+b)^{3}−3(a+b)^{5}
- 5(x+2)^{2}−2(x+2)−7
- m^{2}n−mn^{2}+10mn−27
- x^{4}−2x^{3}−3x^{2}−4x−1
- Відповідь
-
1. Коефіцієнти:\{−1, 4\}; змінні частини:\{x\}
3. Коефіцієнти:\{−3, −1, 5\}; змінні частини:\{x^{2}, x\}
5. Коефіцієнти:\{−\frac{1}{2}, \frac{1}{3}, \frac{5}{7}\}; змінні частини:\{y^{2}, y\}
7. Коефіцієнти:\{−3, 2\}; змінні частини:\{(a+b)^{3},(a+b)^{5}\}
9. Коефіцієнти:\{−27, −1, 1, 10\}; змінні частини:\{m^{2}n, mn^{2}, mn\}
Вправа\PageIndex{5} Evaluating Algebraic Expressions
Оцінити.
- x+3, деx=−4
- 2x−3, деx=−3
- −5x+20, деx=4
- -5y, деy=−1
- \frac{3}{4}a, деa=32
- 2(a−4), деa=−1
- −10(5−z), деz=14
- 5y−1, деy=−\frac{1}{5}
- −2a+1, деa=−\frac{1}{3}
- 4x+3, деx=\frac{3}{16}
- −x+\frac{1}{2}, деx=−2
- \frac{2}{3}x−\frac{1}{2}, деx=−\frac{1}{4}
- Відповідь
-
1. −1
3. 0
5. 24
7. 90
9. \frac{5}{3}
11. \frac{5}{2}
Вправа\PageIndex{6} Evaluating Algebraic Expressions
Для кожної задачі нижче оцінітьb^{2}−4ac, враховуючи наступні значення дляa, b, іc.
- a=1, b=2, c=3
- a=3, b=–4, c=–1
- a=–6, b=0, c=–2
- a=\frac{1}{2}, b=1, c=\frac{2}{3}
- a=−3, b=−\frac{1}{2}, c=\frac{1}{9}
- a=−\frac{1}{3}, b=−\frac{2}{3}, c=0
- Відповідь
-
1. -8
3. -48
5. \frac{19}{12}
Вправа\PageIndex{7} Evaluating Algebraic Expressions
Оцінити.
- −4xy^{2}, деx=−3 іy=2
- \frac{5}{8}x^{2}y, деx=−1 іy=16
- a^{2}−b^{2}, деa=2 іb=3
- a^{2}−b^{2}, деa=−1 іb=−2
- x^{2}−y^{2}, деx=\frac{1}{2} іy=−\frac{1}{2}
- 3x^{2}−5x+1, деx=−3
- y^{2}−y−6, деy=0
- 1−y^{2}, деy=−\frac{1}{2}
- (x+3)(x−2), деx=−4
- (y−5)(y+6), деy=5
- 3(α−β)+4, деα=−1 іβ=6
- 3α^{2}−β^{2}, деα=2 іβ=−3
- Оцініть4(x+h), даноx=5 іh=0.01.
- Оцініть−2(x+h)+3, даноx=3 іh=0.1.
- Оцініть2(x+h)^{2}−5(x+h)+3, даноx=2 іh=0.1.
- Оцініть3(x+h)^{2}+2(x+h)−1, даноx=1 іh=0.01.
- Відповідь
-
1. 48
3. −5
5. 0
7. −6
9. 6
11. −17
13. 20.04
15. 1.32
Вправа\PageIndex{8} Using Formulas
Перетворіть наступні температури в задані градуси ЦельсіяC=\frac{5}{9}(F−32), деF представляє градуси за Фаренгейтом.
- 86°F
- 95°F
- −13°F
- 14°F
- 32°F
- 0°F
- Відповідь
-
1. 30°C
3. −25°C
5. 0°C
Вправа\PageIndex{9} Using Formulas
З огляду на підставу і висоту трикутника, обчислити площу. (A=\frac{1}{2}bh).
- b=25сантиметри іh=10 сантиметри
- b=40дюйми іh=6 дюйми
- b=\frac{1}{2}стопи іh=2 стопи
- b=\frac{3}{4}дюйми іh=\frac{5}{8} дюйми
- Відповідь
-
1. 125квадратні сантиметри
3. \frac{1}{2}квадратних футів
Вправа\PageIndex{10} Using Formulas
- Певний план стільникового телефону стягує $23.00 на місяць плюс $0.09 за кожну хвилину використання. Щомісячна плата визначається за формулою щомісяцяcharge=0.09x+23x, де відображається кількість хвилин використання на місяць. Яка плата за місяць з5 годинами використання?
- Служба таксі стягує $3.75 плюс $1.15 за милю, задану формулоюcharge=1.15x+3.75, деx позначає кількість пройдених миль. Яка плата за поїздку на17 -милю?
- Якщо калькулятор продається за $14.95, то виручка в доларахR, що генерується цією статтею, задається за формулоюR=14.95q, деq представлена кількість проданих калькуляторів. Використовуйте формулу для визначення доходу, отриманого цим пунктом, якщо35 калькулятори продаються.
- Щорічні підписки на репетиторський веб-сайт можна продати за $49.95. Дохід у доларахR, отриманий від продажу передплати, задається за формулоюR=49.95q, деq відображається кількість проданих річних підписок. Скористайтеся формулою для розрахунку доходу, отриманого від продажу250 підписок.
- Вартість виготовлення ручок з нанесеним на них логотипом компанії складається з одноразової плати за встановлення в розмірі $175 плюс $0.85 за кожну вироблену ручку. Цю вартість можна розрахувати за формулоюC=175+0.85q, деq представлена кількість вироблених ручок. Використовуйте формулу для розрахунку собівартості виготовлення2,000 ручок.
- Вартість створення веб-сайту підписки складається з початкової плати за програмування та налаштування $4,500 плюс щомісячна плата за веб-хостинг $29.95. Вартість створення та розміщення сайту може бути розрахована за формулоюC=4500+29.95n,n де відображається кількість місяців розміщення сайту. Скільки буде коштувати налаштування та розміщення сайту протягом 1 року?
- Периметр прямокутника задається за формулоюP=2l+2w, деl представляє довжину іw представляє ширину. Який периметр огородженого прямокутного двору вимірює70 ноги100 ногами?
- Обчисліть периметр зображення8 -by-10 дюймів.
- Обчисліть периметр кімнати, яка вимірює12 ноги за18 футами.
- Комп'ютерний монітор вимірює57.3 сантиметри в довжину і40.9 сантиметри у висоту. Обчисліть периметр.
- Формула площі прямокутника в квадратних одиницях задається тимA=l⋅w, деl представляє довжину іw представляє ширину. Скористайтеся цією формулою, щоб обчислити площу прямокутника з довжиною12 сантиметри і шириною3 сантиметри.
- Обчисліть площу зображення8 -by-12 дюймів.
- Обчисліть площу кімнати, яка вимірює12 ноги на18 ноги.
- Комп'ютерний монітор вимірює57.3 сантиметри в довжину і40.9 сантиметри у висоту. Розрахуйте загальну площу екрану.
- Бетонну плиту заливають у формі прямокутника для сараю, що вимірює810 ноги по ногам. Визначте площу і периметр плити перекриття.
- Кожна сторона квадратної палуби вимірює8 фути. Визначте площу і периметр настилу.
- Обсяг прямокутного твердого тіла задається тимV=lwh, деlw представляє довжину, представляє ширину іh є висотою твердого тіла. Знайдіть об'єм прямокутного твердого тіла, якщо довжина -2 дюйми, ширина -3 дюйми, а висота -4 дюйми.
- Якщо тулуб3 вимірює22\frac{1}{2} ноги ногами і висотою ноги, то який обсяг тулуба?
- Інтер'єр промислової морозильної камери вимірює3 ноги в ширину3 ноги глибоко і4 ноги високо. Який обсяг морозильної камери?
- Корпус ноутбука вимірює1 фути2 дюйми на10 дюйми на2 дюйми. Який обсяг корпусу?
- Якщо поїздка з Фресно в Сакраменто може бути здійснена на машині в2\frac{1}{2} годині при середній швидкості67 миль на годину, то наскільки далеко Сакраменто від Фресно?
- Швидкісний поїзд в середньому становить170 милі на годину. Як далеко він може проїхати за1\frac{1}{2} годинами?
- Джамбо-реактивний літак може здійснювати круїзи з середньою швидкістю550 миль на годину. Як далеко він може проїхати за4 годинами?
- Винищувач досягає максимальної швидкості1,316 миль на годину. Як далеко проїде реактивний літак, якщо він зможе витримати цю швидкість протягом декількох15 хвилин?
- Космічний телескоп Хаббл знаходиться на низькій навколоземній орбіті, що рухається із середньою швидкістю16,950 миль на годину. Яку відстань він проїжджає в1\frac{1}{2} годині?
- Земля обертається навколо Сонця зі швидкістю близько66,600 миль на годину. Як далеко земля подорожує навколо Сонця за 1 день?
- Розрахуйте прості відсотки, зароблені на2,500 інвестиції в $ під3% річної процентної ставки протягом 4 років.
- Розрахуйте прості відсотки, зароблені на1,000 інвестиції в $ під5% річної процентної ставки протягом 20 років.
- Скільки простих відсотків заробляють на $3,200 інвестиції під2.4% річних відсотків за 1 рік?
- Скільки простих відсотків заробляють на500 інвестиції $ під5.9% річної процентної ставки протягом 3 років?
- Обчисліть прості відсотки, зароблені на10,500 інвестиції в $ під4\frac{1}{4}% річної процентної ставки протягом 4 років.
- Обчисліть прості відсотки, зароблені на6,250 інвестиції в $ під6\frac{3}{4}% річної процентної ставки на 1 рік.
- Відповідь
-
1. $50
3. $523.25
5. $1,875.00
7. 340ноги
9. 60ноги
11. 36квадратні сантиметри
13. 216квадратних футів
15. Площа:80 квадратні фути; Периметр:36 фути
17. 24кубічних дюймів
19. 36кубічні фути
21. 167.5миль
23. 2,200миль
25. 25,425миль
27. $300
29. $76.80
31. $1,785
Вправа\PageIndex{11} Discussion Board Topics
- Дослідіть та обговоріть історію символів для додавання (+) та віднімання (−).
- Що таке математичні моделі і чому вони корисні в повсякденному житті?
- Знайдіть і опублікуйте корисну формулу. Продемонструйте його використання деякими значеннями.
- Обговоріть історію та важливість змінної. Як можна позначити змінну, коли у вас закінчилися літери?
- Знайдіть і розмістіть корисний ресурс з описом грецького алфавіту.
- Відповідь
-
1. Відповіді можуть відрізнятися
3. Відповіді можуть відрізнятися
5. Відповіді можуть відрізнятися