Решение задач с помощью уравнений
Мы научились решать линейные уравнения, в том числе со скобками и дробями, — об этом урок «Уравнения, которые сводятся к линейным». Но в жизни и на экзаменах уравнение не дают готовым: его нужно составить по условию задачи. В этом уроке разберем четыре шага решения задачи, научимся переводить слова «на» и «в … раз» на язык схем и уравнений, решим задачи на движение и выясним, как проверить, что ответ имеет смысл. А начнем с вопроса: в первой коробке в $4$ раза больше конфет, чем во второй; если переложить из первой во вторую $15$ конфет, станет поровну. Сколько конфет было в первой коробке? Подобрать ответ наугад трудно, а уравнение решает задачу в три строки — вернемся к ней в разделе про «на» и «в … раз».
Четыре шага решения задачи
Задача. В двух залах кинотеатра $460$ мест. В большом зале в $3$ раза больше мест, чем в малом. Сколько мест в большом зале?
Нарисуем каждую величину полоской. Малый зал — одна полоска, обозначим ее $x$. Большой зал в три раза больше — это три такие полоски. Все четыре полоски вместе — $460$ мест.
Схема сразу дает уравнение: $x + 3x = 460$, то есть $4x = 460$ и $x = 115$. Но $115$ — это места в малом зале, а спрашивают про большой: $3 \cdot 115 = 345$. Проверка: $115 + 345 = 460$ и $345 = 3 \cdot 115$. Ответ: $345$ мест.
Алгоритм решения задачи
- Обозначьте одну из неизвестных величин буквой $x$. Удобно выбирать ту, через которую проще выразить остальные, — самую маленькую «полоску».
- Выразите остальные величины через $x$ и составьте уравнение по условию.
- Решите уравнение.
- Ответьте на вопрос задачи и проверьте ответ по условию.
Пример
За три дня магазин продал $148$ кг яблок. Во второй день продали в $2$ раза больше, чем в первый, а в третий — на $12$ кг меньше, чем во второй. Сколько килограммов продали в третий день?
1. Обозначаем. Проще всего выразить все через первый день: пусть в первый день продали $x$ кг. Тогда во второй — $2x$ кг, в третий — $2x-12$ кг. На схеме первый день — одна полоска, второй — две полоски, третий — две полоски без куска в $12$ кг.
2. Составляем уравнение. Вместе три дня дают $148$ кг: $x + 2x + (2x-12) = 148$.
3. Решаем. $5x-12 = 148$, $5x = 160$, $x = 32$.
4. Отвечаем на вопрос. $x = 32$ — это первый день, а спрашивают про третий: $2 \cdot 32-12 = 52$ кг. Проверка: $32 + 64 + 52 = 148$. Ответ: $52$ кг.
«На» и «в … раз»: переводим слова на схему
Чаще всего ошибаются, переводя сравнения. «На» означает сложение или вычитание: к полоске добавляют кусок или отрезают его. «В … раз» означает умножение или деление: полосок становится несколько или полоску делят на равные части.
Ошибка
«В $3$ раза меньше, чем $x$» записывают как $x-3$. Но $x-3$ — это «на $3$ меньше». Проверим на числе: если $x = 12$, то в $3$ раза меньше — это $4$, а $12-3 = 9$. Верная запись: $x : 3$, или $\frac{x}{3}$.
Пример
Длина прямоугольника в $3$ раза больше ширины, а периметр равен $64$ см. Найдите длину.
Ширина — одна полоска $x$, длина — три полоски $3x$. Периметр — это две ширины и две длины: $2(x + 3x) = 64$, $8x = 64$, $x = 8$. Длина: $3 \cdot 8 = 24$ см.
Проверка: $2 \cdot (8 + 24) = 64$. Ответ: $24$ см.
Пример
В первой коробке в $4$ раза больше конфет, чем во второй. Если переложить из первой коробки во вторую $15$ конфет, конфет станет поровну. Сколько конфет было в первой коробке?
Пусть во второй коробке $x$ конфет — одна полоска, тогда в первой $4x$ — четыре полоски. После перекладывания в первой стало $4x-15$, во второй $x + 15$, и это поровну:
$$4x-15 = x + 15, \qquad 3x = 30, \qquad x = 10.$$
Во второй коробке было $10$ конфет, а спрашивают про первую: $4 \cdot 10 = 40$. Проверка: $40-15 = 25$ и $10 + 15 = 25$. Ответ: $40$ конфет.
Частая ошибка — уравнение $4x-15 = x$: забывают, что во второй коробке конфет тоже прибавилось.
Задачи на движение
В задачах на движение связаны три величины: скорость $v$, время $t$ и путь $S = vt$. Удобно записать их в таблицу, а путь показать отрезком.
Задача. Из городов $A$ и $B$, расстояние между которыми $270$ км, одновременно навстречу друг другу выехали два автомобиля. Скорость одного на $10$ км/ч больше скорости другого. Они встретились через $1{,}5$ ч. Найдите скорости автомобилей.
| Скорость, км/ч | Время, ч | Путь, км | |
|---|---|---|---|
| Первый автомобиль | $x$ | $1{,}5$ | $1{,}5x$ |
| Второй автомобиль | $x + 10$ | $1{,}5$ | $1{,}5(x + 10)$ |
До встречи автомобили вместе проехали все $270$ км:
$$1{,}5x + 1{,}5(x + 10) = 270, \qquad 3x + 15 = 270, \qquad 3x = 255, \qquad x = 85$$
Скорости автомобилей: $85$ км/ч и $95$ км/ч. Проверка: $1{,}5 \cdot 85 + 1{,}5 \cdot 95 = 127{,}5 + 142{,}5 = 270$.
Пример
Пешеход вышел из поселка со скоростью $5$ км/ч. Через $2$ ч вслед за ним выехал велосипедист со скоростью $15$ км/ч. Через сколько часов велосипедист догонит пешехода?
Пусть велосипедист ехал $t$ ч, тогда пешеход к моменту встречи шел $t + 2$ ч. В момент встречи они проходят одинаковый путь: $15t = 5(t + 2)$, $15t = 5t + 10$, $10t = 10$, $t = 1$.
Проверка: велосипедист проехал $15 \cdot 1 = 15$ км, пешеход прошел $5 \cdot 3 = 15$ км. Ответ: через $1$ ч.
Ошибка
В задаче вдогонку обоим дают одинаковое время: $15t = 5t$. Но пешеход вышел на $2$ ч раньше и к встрече шел дольше — $t + 2$ ч. Одинаковыми в момент встречи бывают пути, а не время.
Пример
Лодка за $3$ ч по течению проходит такое же расстояние, как за $4$ ч против течения. Скорость течения $2$ км/ч. Найдите собственную скорость лодки.
Пусть собственная скорость лодки $x$ км/ч — полоска. По течению река помогает: к полоске прибавляется кусок $2$, скорость $x + 2$. Против течения мешает: кусок отрезается, скорость $x-2$. Пути одинаковые:
$$3(x + 2) = 4(x-2), \qquad 3x + 6 = 4x-8, \qquad x = 14.$$
Проверка: $3 \cdot 16 = 48$ км и $4 \cdot 12 = 48$ км. Ответ: $14$ км/ч.
Важно
- Движение навстречу: до встречи пути складываются и дают все расстояние.
- Движение вдогонку: в момент встречи пути равны, а время в пути разное.
- По течению к собственной скорости прибавляют скорость течения, против течения — вычитают: в примере $x + 2$ и $x-2$.
Ответ на вопрос задачи и проверка смысла
Корень уравнения — еще не ответ. Задача: сумма двух чисел равна $50$, одно в $4$ раза больше другого; найдите большее число. Из $x + 4x = 50$ получаем $x = 10$, но это меньшее число. Ответ: $4 \cdot 10 = 40$.
Бывает и так, что корень не подходит по смыслу. Ребята собрали $29$ кг яблок, каждый — по $4$ кг. Уравнение $4x = 29$ дает $x = 7{,}25$, но число ребят не может быть дробным. Значит, в условии противоречие: ровно по $4$ кг каждый они собрать не могли.
Пример
Отцу $40$ лет, сыну $12$. Через сколько лет отец будет в $5$ раз старше сына?
Пусть через $x$ лет. Возраст каждого — полоска, и к обеим полоскам прибавляется одинаковый кусок $x$: отцу будет $40 + x$, сыну $12 + x$. Уравнение: $40 + x = 5(12 + x)$, $40 + x = 60 + 5x$, $-4x = 20$, $x = -5$.
Корень отрицательный. Ошибки нет: «через $-5$ лет» значит «$5$ лет назад». Тогда отцу было $35$ лет, сыну $7$, и $35 = 5 \cdot 7$. Ответ: так было $5$ лет назад, а в будущем отец уже не будет в $5$ раз старше. Отрицательный корень не всегда означает ошибку: сначала подумайте, какой смысл у знака.
Важно
Перед ответом перечитайте вопрос задачи. Найденное $x$ часто нужно еще умножить, сложить или подставить в выражение, которое мы составили для другой величины.
Вывод
Задача решается в четыре шага: обозначить, составить уравнение, решить, ответить и проверить. Схема из полосок помогает не перепутать «на» и «в … раз»: «на» — добавить или отрезать кусок, «в … раз» — несколько полосок или часть полоски. В задачах на движение помогает таблица «скорость — время — путь» и рисунок отрезка. А перед ответом стоит спросить себя: ответили ли на вопрос, подходит ли ответ по смыслу и сходится ли он с условием.
Зачем это нужно? Составить уравнение — значит перевести житейский вопрос на язык математики: сколько продали в каждый день, когда догонит, сколько было до перекладывания — как в задаче о конфетах из начала урока, где ответ $40$. Задачи этого типа есть в ВПР, а их более сложные варианты — в задании 21 ОГЭ, во второй части. В следующем уроке «Задачи на работу и проценты» те же полоски помогут решать задачи на совместную работу и на проценты, а позже — задачи, которые удобнее решать системами уравнений.
Часто задаваемые вопросы
Ту, через которую проще всего выразить остальные. Обычно это самая маленькая величина — «одна полоска»: тогда остальные выражаются сложением или умножением, без дробей.
«На» — это сложение или вычитание: $x + 5$, $x-5$. «В … раз» — умножение или деление: $5x$, $x : 5$. Проверить себя можно на числе: в $3$ раза меньше $12$ — это $4$, а на $3$ меньше — $9$.
Буквой $x$ часто обозначают не ту величину, о которой спрашивают. Например, нашли места в малом зале, а спрашивали про большой. После решения перечитайте вопрос и вычислите нужную величину.
Нет, но схема из полосок или таблица помогает не ошибиться при переводе слов в выражения. Если задача короткая и понятная, можно сразу записать уравнение. Если в условии три величины или перекладывание, лучше сначала нарисовать.
Сначала проверьте, верно ли составлено и решено уравнение. Иногда знак имеет смысл: отрицательное время в задаче о возрасте означает прошлое. Но дробное число людей или отрицательная длина невозможны — значит, в условии противоречие.