Równanie

Równanie – forma zdaniowa postaci $t_1=t_2$, gdzie $t_1, t_2$ są termami i przynajmniej jeden z nich zawiera pewną zmienną. Równanie jest więc formułą atomową z co najmniej jedną zmienną wolną. Term po lewej stronie znaku równości nazywa się lewą stroną równania, a term po prawej – prawą stroną równania. Szczególnym przypadkiem równania jest forma, w której jeden z termów jest stałą np. $0$, czyli gdy jest postaci $t_1=0$.

Zmienne równania oznacza się zwykle symbolami literowymi i nazywa niewiadomymi.

Dziedzina i rozwiązania równania

Zbiór wszystkich wartości, które po podstawieniu pod niewiadome czynią z formuły zdanie logiczne, nazywa się dziedziną równości.

Dany ciąg wartości spełnia równanie, jeżeli po podstawieniu ich w miejsce niewiadomych otrzymamy zdanie logiczne prawdziwe. Ciąg tych wartości nazywa się rozwiązaniem równania.

Rozwiązywaniem równania nazywa się proces wyznaczania wszystkich jego rozwiązań. Równanie, które nie ma rozwiązań, nazywa się sprzecznym, jeżeli ma ono tylko jedno rozwiązanie, to nazywa się je oznaczonym, jeżeli ma ich nieskończenie wiele, to jest to równanie nieoznaczone. Równanie, które dla dowolnych wartości z dziedziny podstawionych w miejsce nierówności ma rozwiązanie nazywa się równaniem tożsamościowym lub tożsamością.

Przypadkami szczególnymi równań są równania postaci $f(x) = 0$, gdzie $f$ jest dowolną funkcją. Wówczas pierwiastki tego równania z definicji są miejscami zerowymi tej funkcji. Jeżeli $f$ jest wielomianem, to twierdzenie Bézouta mówi, iż pierwiastek wielomianu jest zarazem miejscem zerowym, czyli rozwiązaniem odpowiedniego równania algebraicznego.

Przykłady

• $x=x+1\,$ (równanie sprzeczne – nigdy nie jest spełnione).
• $1-\sin^2 x=\cos^2 x$ (równanie tożsamościowe).
• $\sin x=1$ dla $x\in {\mathbb R}$ (równanie nieoznaczone – ma nieskończenie wiele rozwiązań).
• $a=\frac{2a+5}{a^2}$.
• $2+3=5\,$ (równanie bez niewiadomych).
• $x+y=3\,$ (równanie z dwiema niewiadomymi). Równanie to jest spełnione przez nieskończenie wiele par liczb, czyli ma nieskończenie wiele rozwiązań. Każde rozwiązanie dane jest regułą: $x$ dowolne, $y=3-x$. Biorąc za $x$ dowolne liczby rzeczywiste i wyliczając $y$ z podanego wzoru, można otrzymać każde rozwiązanie badanego równania. Dla $x=2$ otrzymujemy $y=1$; dla $x=-1$ mamy $y=4$ itd.

Rodzaje

• Równanie algebraiczne - każde równanie postaci $P(x)=0$, gdzie $P$ jest wielomianem. W szczególności gdy $P$ jest stopnia drugiego jest to równanie kwadratowe, a gdy $P$ jest stopnia pierwszego jest to równanie liniowe.
• Równanie diofantyczne - równanie, którego rozwiązania szuka się w zbiorze liczb całkowitych lub naturalnych.
• Równanie funkcyjne, np. równanie różniczkowe lub równanie całkowe.

Metody rozwiązywania

Przed rozwiązanie jakiegokolwiek równania należy je uporządkować tzn. "ustawić" zmienne w porządku malejącym, czyli według malejącej potęgi. Ważne aby w przypadku układów równań zachowywać kolejność zmiennych. Ułatwia to późniejsze rozwiązywanie. Na samym początku należy zastanowić się czy dane równanie da się w jakiś sposób uprościć (Metoda równań równoważnych, np. zwinąć wzór, wyłączyć wspólny czynnik przed nawias, pogrupować wyrazy). Warto nad tym poświęcić kilka chwil, gdyż może to pozbawić konieczności żmudnego liczenia. Następnym etapem jest wybór sposobu rozwiązania. Co do samych sposobów rozwiązywania to jeżeli nie udało się uprościć równania trzeba się zdać na wzory i twierdzenia lub rozwiązać równanie geometrycznie, rysując odpowiednie wykresy. Przy tej okazji należy badać dziedzinę równania aby przy ostatecznym rozwiązaniu uniknąć wyniki nie należące do zbioru argumentów. Można to zrobić na dwa sposoby:

• wypisywanie założeń przy każdym przekształceniu (np. podnoszenie do kwadratu, dzielenie przez zmienną),
• sprawdzenie wszystkich otrzymanych wyników przez podstawienie (tzw. Metoda analizy starożytnych).

W układach równań jest kilka metod ich rozwiązywania. Można stosować tylko jedną albo wszystkie naraz – panuje tu pełna dowolność. Sposoby rozwiązywania układów równań:

• przez podstawianie (aż do otrzymania jednego równania, trzeba z jednego równania trzeba wyznaczyć jedną zmienną i wstawić ją do drugiego),
• przeciwnych współczynników (ustalaniw współczynników tak, aby po dodaniu stronami niektóre zmienne się skróciły),
• wzory Cramera,
• metoda Gaussa

Zobacz też

• nierówność,
• równania równoważne,
• równość,
• układ równań.

Źródła

• Fritz Reinhardt, Heinrich Soeder: Atlas matematyki. Prószyński i S-ka, s. 97. ISBN 83-7469-189-1.