Формула D/4

Рассмотрим квадратное уравнение 

 

\(ax^2+bx+c=0\), 

где \(a\neq0\)

Обычный дискриминант вычисляется по формуле 

 

\(D=b^2-4ac\), 

 

а действительные корни при \(D\geq0\) находятся по формуле 

 

\(x=\dfrac{-b\pm\sqrt{D}}{2a}\)

 

Если коэффициенты уравнения целые и коэффициент \(b\) чётный, вычисления часто можно заметно упростить. В этом случае удобно использовать величину

 

 \(\boxed{\dfrac{D}{4}=\left(\dfrac{b}{2}\right)^2-ac}\)

 

В учебной практике её часто называют «дискриминантом на 4». Это не другой дискриминант: данная величина действительно равна одной четверти обычного дискриминанта.

 

Удобно обозначить 

\(k=\dfrac{b}{2}\)

 

Тогда формулы принимают особенно простой вид: 

 

\(\boxed{\dfrac{D}{4}=k^2-ac}\)

 

\(\boxed{x=\dfrac{-k\pm\sqrt{\dfrac{D}{4}}}{a}}\)

 

 

 

Важно

 

Тождество 

\(\dfrac{D}{4}=\left(\dfrac{b}{2}\right)^2-ac\) 

 

верно при любом \(b\). Однако при нечётном целом \(b\) число \(\dfrac{b}{2}\) будет дробным, поэтому вычислительное преимущество метода обычно исчезает. На практике метод \(\dfrac{D}{4}\) особенно удобен именно при чётном \(b\).

 

 

Алгоритм решения

Для уравнения \(ax^2+bx+c=0\):

 

1. Если уравнение записано не в стандартном виде, сначала перенесите все слагаемые в одну часть.

2. Найдите \(k=\dfrac{b}{2}\)

3. Вычислите \(\dfrac{D}{4}=k^2-ac\)

4. Определите число действительных корней:

 

если \(\dfrac{D}{4}<0\), действительных корней нет;

 

если \(\dfrac{D}{4}=0\), есть один корень \(x=-\dfrac{k}{a}\);

 

если \(\dfrac{D}{4}>0\), есть два корня \(x_{1,2}=\dfrac{-k\pm\sqrt{\dfrac{D}{4}}}{a}\).

 

 

Разобранные примеры

Пример 1. Сравнение с обычным дискриминантом

 

Решим уравнение 

\(5x^2+16x+3=0\)

 

Сначала обычным способом: 

\(D=16^2-4\cdot5\cdot3=256-60=196=14^2\),

\(x=\dfrac{-16\pm14}{10}\)

Получаем: 

\(x_1=-3\)

\(x_2=-\dfrac15\)

 

Теперь используем метод \(\dfrac{D}{4}\). Здесь 

\(k=\dfrac{16}{2}=8\)

Поэтому 

\(\dfrac{D}{4}=8^2-5\cdot3=64-15=49=7^2\)

\(x=\dfrac{-8\pm7}{5}\)

 

Получаем те же корни: 

\(x_1=-3\)

 \(x_2=-\dfrac15\)

 

Вычисления с методом \(\dfrac{D}{4}\) короче: вместо \(16^2\) достаточно вычислить \(8^2\).

 

Ответ: \(-3;-\dfrac15\).

 

 

Пример 2. \(\dfrac{D}{4}<0\)

 

Решим уравнение

 \(x^2-20x+136=0\)

Здесь \(k=-10\)

Тогда

 

\(\dfrac{D}{4}=(-10)^2-136=100-136=-36<0\)

 

Следовательно, действительных корней нет.

 

Ответ: действительных корней нет.

 

 

Пример 3. Корни с радикалом

 

Решим уравнение 

\(2x^2+8x+5=0\)

 

Имеем \(k=4\),

 \(\dfrac{D}{4}=4^2-2\cdot5=16-10=6\).

 

Так как \(\dfrac{D}{4}>0\), 

\(x=\dfrac{-4\pm\sqrt6}{2}\).

 

Ответ: \(x=\dfrac{-4\pm\sqrt6}{2}\).

 

 

Пример 4. Большой коэффициент \(b\)

 

Решим уравнение 

\(x^2-26x-56=0\)

 

Здесь \(k=-13\),

 

Тогда 

\(\dfrac{D}{4}=(-13)^2-1\cdot(-56)=169+56=225=15^2\)

 

Следовательно,

 \(x=\dfrac{13\pm15}{1}\)

Получаем:

 \(x_1=28\)

\(x_2=-2\).

 

Метод особенно удобен в этом примере: не приходится вычислять \(26^2\).

 

Ответ: \(-2;28\).

 

 

Пример 5. \(\dfrac{D}{4}=0\)

 

Решим уравнение 

\(3x^2+12x+12=0\)

Имеем \(k=6\), 

\(\dfrac{D}{4}=6^2-3\cdot12=36-36=0\)

 

Значит, уравнение имеет один действительный корень: 

 

\(x=-\dfrac{6}{3}=-2\).

 

Ответ: \(-2\).

 

 

 

Почему формула работает

Пусть коэффициент \(b\) чётный и \(b=2k\).

Тогда обычный дискриминант равен 

 

\(D=b^2-4ac=(2k)^2-4ac=4k^2-4ac=4(k^2-ac)\)

 

Делим обе части на \(4\):

 \(\boxed{\dfrac{D}{4}=k^2-ac}\)

 

Теперь возьмём обычную формулу корней: 

 

\(x=\dfrac{-b\pm\sqrt D}{2a}\)

 

Подставим \(b=2k\) и \(D=4(k^2-ac)\): 

 

\(x=\dfrac{-2k\pm\sqrt{4(k^2-ac)}}{2a}\)

 

При неотрицательном \(k^2-ac\): 

 

\(x=\dfrac{-2k\pm2\sqrt{k^2-ac}}{2a}=\dfrac{-k\pm\sqrt{k^2-ac}}{a}\)

 

Так как 

\(k^2-ac=\dfrac{D}{4}\), 

получаем 

 

\(\boxed{x=\dfrac{-k\pm\sqrt{\dfrac{D}{4}}}{a}}\)

 

Кроме того, \(D\) и \(\dfrac{D}{4}\) имеют одинаковый знак, поэтому по знаку \(\dfrac{D}{4}\) можно определять число действительных корней точно так же, как по обычному дискриминанту.

 

 

 

Как выбирать между \(D\) и \(\dfrac{D}{4}\)?

• Если коэффициент \(b\) чётный, метод \(\dfrac{D}{4}\) обычно делает вычисления короче.

 

• Если \(b\) нечётный, обычный дискриминант чаще оказывается удобнее, потому что \(\dfrac{b}{2}\) становится дробным.

 

• Оба способа математически эквивалентны и приводят к одним и тем же корням.

 

• Если уравнение сначала нужно привести к виду \(ax^2+bx+c=0\), коэффициенты \(a\), \(b\), \(c\) определяют только после этого преобразования.

 

 

 

Типичные ошибки

1. В формуле используется квадрат половины коэффициента \(\left(\dfrac{b}{2}\right)^2\), а не \(\dfrac{b^2}{2}\).

 

2. Не теряйте знак коэффициента \(b\). Например, если \(b=-26\), то \(k=-13\), а в формуле корней появляется \(-k=13\).

 

3. В формуле метода \(\dfrac{D}{4}\) знаменатель равен \(a\), а не \(2a\): 

\(x=\dfrac{-k\pm\sqrt{\dfrac{D}{4}}}{a}\)

 

4. В произведении \(ac\) учитывайте знак \(c\). Например, при \(c=-56\): 

\(-ac=-1\cdot(-56)=56\)

 

5. Если уравнение дано, например, в виде \(2x+3=-2x^2\), сначала приведите его к стандартному виду: \(2x^2+2x+3=0\).

 

 

 

Короткая памятка

Если \(ax^2+bx+c=0\) и удобно использовать метод \(\dfrac{D}{4}\), вычислите \(k=\dfrac{b}{2}\).

 

Тогда:

 \(\boxed{\dfrac{D}{4}=k^2-ac}\)

 

Если \(\dfrac{D}{4}<0\), действительных корней нет.

 

Если \(\dfrac{D}{4}=0\), \(\boxed{x=-\dfrac{k}{a}}\).

 

Если \(\dfrac{D}{4}>0\), \(\boxed{x_{1,2}=\dfrac{-k\pm\sqrt{\dfrac{D}{4}}}{a}}\).

 

 

 

Задачи для самопроверки

Решите уравнения методом \(\dfrac{D}{4}\), если этот способ удобен.

1. \(5x^2+8x-4=0\).

2. \(x^2-4x-7=0\).

3. \(x^2-8x+2=0\).

4. \(2x+3=-2x^2\).

5. \(7x^2-20x-1067=0\).

6. \(3x^2+12x+12=0\).

7. \(4x^2-28x+45=0\).

8. \(6x^2+30x+36=0\).

 

 

 

Ответы

1. \(-2;\dfrac25\)

2. \(2-\sqrt{11};2+\sqrt{11}\)

3. \(4-\sqrt{14};4+\sqrt{14}\)

4. Действительных корней нет

5. \(-11;\dfrac{97}{7}\)

6. \(-2\)

7. \(\dfrac52;\dfrac92\)

8. \(-3;-2\)