Задание 10 проверяет умение работать с готовой формулой из физики, оптики или экономики. Формулу давать не нужно - она уже есть в тексте задачи. Подтема «Рациональные уравнения и неравенства» означает, что неизвестная попадает в знаменатель дроби. Типичные сюжеты - параллельное соединение резисторов, формула тонкой линзы, эффект Доплера, напряжение на нагрузке с учётом внутреннего сопротивления источника, задачи на рентабельность и средний расход топлива.
Математика при этом простая: после подстановки чисел получается уравнение или неравенство с одной дробью. Если уметь грамотно избавляться от знаменателя, задача решается за 5-7 минут.
Основные формулы
Эти формулы даны в условии каждой конкретной задачи, но их полезно узнавать в лицо: так ты сразу поймёшь, какое уравнение предстоит решать.
Ключевой факт, который экономит время: все физические величины в этих задачах строго положительны. Сопротивление, фокусное расстояние, себестоимость, расстояние до предмета - это положительные числа. Значит, знаменатель дроби (например, R1+R2, R+r, C) гарантированно больше нуля. При решении неравенства на такой знаменатель можно смело умножать обе части, не меняя знак неравенства. Сложный метод интервалов, как в задании 16, здесь не нужен.
Алгоритм решения
Примеры решения
Три сюжета: линейно-рациональное уравнение на закон Ома для полной цепи, неравенство на параллельное соединение и задача на формулу линзы.
Пример 1. Напряжение на нагрузке
К источнику с ЭДС ε=220В и внутренним сопротивлением r=2Ом хотят подключить нагрузку с сопротивлением R (в Ом). Напряжение (в В) на этой нагрузке вычисляется по формуле:
U=R+rε⋅R
При каком значении сопротивления нагрузки напряжение на ней будет равно 200В? Ответ дай в омах.
Решение:
Выпишем «дано»: ε=220, r=2, U=200. Найти: R.
Подставим числа в формулу:
200=R+2220⋅R
Сопротивление - физическая величина, R>0, значит R+2>0. Умножим обе части на положительный знаменатель (R+2):
200⋅(R+2)=220⋅R
Разделим обе части на 20, чтобы уменьшить числа и снизить риск арифметической ошибки:
10⋅(R+2)=11⋅R
Раскроем скобки и соберём R в правой части:
10R+20=11R⟺R=20
Проверка: при R=20 получаем U=20+2220⋅20=224400=200 В. Сошлось.
Ответ:20
Пример 2. Параллельное подключение приборов (неравенство)
В розетку электросети подключена электрическая духовка, сопротивление которой составляет R1=60Ом. Параллельно с ней в розетку предполагается подключить обогреватель, сопротивление которого R2 (в Ом). При параллельном соединении двух электроприборов с сопротивлениями R1 и R2 их общее сопротивление R вычисляется по формуле:
R=R1+R2R1⋅R2
Для нормального функционирования электросети общее сопротивление в ней должно быть не меньше 24Ом. Определите наименьшее возможное сопротивление обогревателя. Ответ дай в омах.
Сопротивление обогревателя R2>0, поэтому знаменатель 60+R2>0. Это ключевой шаг: на положительное выражение можно умножать обе части неравенства, не меняя знак:
60⋅R2⩾24⋅(60+R2)
Решаем линейное неравенство
Разделим обе части на 12:
5R2⩾2⋅(60+R2)
Раскроем скобки и соберём R2 слева:
5R2⩾120+2R2⟺3R2⩾120⟺R2⩾40
Выбираем ответ и проверяем
Итого получили R2∈[40;+∞). Наименьшее значение - граница 40.
Проверка: при R2=40 общее сопротивление равно 60+4060⋅40=1002400=24 Ом. Требование «не меньше 24» выполняется.
Ответ:40
Пример 3. Формула тонкой линзы
Формула тонкой линзы связывает фокусное расстояние F (в см), расстояние от предмета до линзы d (в см) и расстояние от линзы до изображения f (в см):
F1=d1+f1
Фокусное расстояние линзы F=12 см, изображение получается на расстоянии f=60 см от линзы (с противоположной от предмета стороны). На каком расстоянии d от линзы нужно поместить предмет, чтобы изображение было чётким? Ответ дай в сантиметрах.
Подставляем числа в формулу
Выпишем «дано»: F=12, f=60. Найти: d.
Подставим в формулу:
121=d1+601
ОДЗ: d>0 (расстояние - положительная величина), значит можно умножать на d без потери решений.
Выражаем обратную величину
Выразим d1, перенеся 601 в левую часть со сменой знака:
d1=121−601
Приведём дроби справа к общему знаменателю 60:
d1=605−601=604=151
Находим d и проверяем
Равенство d1=151 при d>0 равносильно d=15.
Проверка: 151+601=604+601=605=121. Сошлось.
Ответ:15
Частые ошибки
Что запомнить
Неизвестная в знаменателе - это рациональное уравнение. Первое, что делаешь, - избавляешься от дроби умножением на знаменатель Q.
Все физические величины в задаче 10 положительны, поэтому знаменатель >0. Это даёт право на умножение без смены знака неравенства и без метода интервалов.
«Не менее», «не меньше» ⟹⩾; «не более», «не больше» ⟹⩽. Не ведись на корень слова «меньше» в первом случае.
Если числа огромные (например, 220 и 200), не перемножай их в лоб. Сначала запиши выражение, найди общий множитель, сократи.
Для формулы линзы и параллельного сопротивления работает приём «выразить x1 и перевернуть дробь» - это быстрее, чем приводить к общему знаменателю сразу три дроби.
Стратегия на экзамене
Проверь себя
В задаче 10 получилось неравенство 60+R260R2⩾24, где R2>0. Почему при умножении обеих частей на (60+R2) знак неравенства не меняется?
Фраза в условии «общее сопротивление должно быть не меньше 24 Ом» переводится в знак:
По формуле тонкой линзы F1=d1+f1 при F=12 и f=60 чему равно d?
Решение неравенства дало R2⩾40, а в задаче просят наименьшее возможное сопротивление. Что писать в ответ?