Автор
Агаханова Яна Сергеевна 300 статей

§4. Модуль числа

Определение Модуля Числа

Если число положительное, то его модуль равен самому числу. Например, `|2,5|=2,5`; `|1 3/4|=1 3/4`.  

Если число отрицательное, то его модуль равен противоположному числу. Например, `|-3,1|=3,1`; `|-2 3/7|=2 3/7`. 

Модуль нуля равен нулю.
Запишем определение модуля таким образом: $$\left | x \right |= \left\{\begin{matrix}
x, если {}      x\geq 0,\\
-x, если    {}   x<0.
\end{matrix}\right.$$

Докажем некоторые свойства модуля.
     

Свойство 1

Для любого числа $$ x$$ выполняется условие $$ \left|x\right|\ge 0$$. 

Действительно, если $$ x>0$$, то $$ \left|x\right|=x$$ и тогда $$ \left|x\right|>0$$. 

Если  $$ x<0$$, то $$ \left|x\right|=-x$$, но $$ -x>0$$, значит $$ \left|x\right|>0$$. И если  $$ x=0$$, то $$ \left|x\right|=0$$.

Таким образом, $$ \left|x\right|\ge 0$$ для любого $$ x$$. При этом заметим, что $$ \left|x\right|>0$$, если $$ x\ne 0$$, и $$ \left|x\right|=0$$, если $$ x=0$$.

     

Пример 1

При каких значениях $$ x$$ выполняются равенства:

а) $$ \left|x\right|=5$$ ;  

б) $$ \left|x\right|=-3$$;   

в) $$ \left|x-1\right|=2$$?

Решение

а) Если $$ x$$ положительное, то $$ x=5$$; если $$ x$$ отрицательное, то $$ -x=5$$, т. е. $$ x=-5$$.

б) По свойству $$ 1$$ выполняется условие $$ \left|x\right|\ge 0$$, а у нас условие $$ \left|x\right|=-3<0$$. Следовательно, не существует чисел, для которых выполнялось бы данное условие.
в) По определению модуля числа следует, что если $$ x-1\ge 0$$, т. е. $$ x\ge 1$$, то $$ \left|x-1\right|=x-1=2$$,  отсюда следует, что $$ x=3$$. Если же $$ x<1$$, то $$ x-1<0$$ и $$ \left|x-1\right|=-(x-1)$$, получаем равенство $$ -x+1=2$$, $$ -x=1$$, $$ x=-1$$. В дальнейшем мы такие уравнения будем решать коротко, а именно, рассуждаем так: если модуль какого-то выражения равен $$ 2$$, то либо это выражение равно $$ 2$$, либо равно $$ (-2)$$. Если $$ \left|x-1\right|=2$$, то получаем два случая: $$ x-1=2$$, $$ x=3$$ и $$ x-1=-2$$, $$ x=-1$$.       

Свойство 2

Для любых чисел $$ x$$ и $$ y$$ выполняется условие

$$ \left|xy\right|=\left|x\right|·\left|y\right|$$.

Доказательство

Если числа $$ x$$ и  $$ y$$  положительные, то $$ xy>0$$,  $$ \left|xy\right|=xy$$, $$ \left|x\right|=x$$, $$ \left|y\right|=y$$,    получаем верное равенство $$ xy=xy$$. 

Если числа $$ x$$ и $$ y$$ отрицательные, то $$ xy>0$$,  $$ \left|xy\right|=xy$$,  $$ \left|x\right|=-x$$$$ \left|y\right|=-y$$, получаем верное равенство $$ xy=(-x)(-y)$$,  $$ xy=xy$$.

Если $$ x>0$$, а $$ y<0$$, то $$ xy<0$$, $$ \left|xy\right|=-xy,$$ $$ \left|x\right|=x$$, $$ \left|y\right|=-y$$, получаем верное равенство $$ -xy=-xy$$.

Аналогично доказывается, если $$ x<0$$,  a $$ y>0$$. 

Если одно из чисел $$ x$$ и $$ y$$ равно нулю, то обе части равенства $$ \left|xy\right|=\left|x\right|·\left|y\right|$$равны нулю, т. е. равенство верное.
     

Пример 2

При каких значениях $$ x$$ верно равенство $$ \left|-5x-10\right|=15$$. 

Решение
-5x-10=-5(x+2)=-5·x+2=5x+2\left | -5x-10 \right |=\left | -5(x+2) \right |=\left | -5 \right |\cdot \left | x+2 \right |=5\left | x+2 \right |.
Таким образом, получили равенство $$ 5\left|x+2\right|=15$$, $$ \left|x+2\right|=3$$, отсюда следует, что

$$ x+2=3$$, $$ x=1$$ и $$ x+2=-3$$, $$ x=-5$$.

Ответ

 $$ 1$$; $$ -5$$. 

Аналогично свойству $$ 2$$ можно доказать свойство `|x/y|=|x|/|y|`. Исходя из определения модуля числа, можно доказать, что для любого числа $$ x$$ верно равенство $$ \left|x\right|=\left|-x\right|$$.

     

Пример 3

Решите уравнение `|-3x-1|-2x=2`.

Решение

`|-3x-1|=|-3(x+1/3)|=|-3|*|x+1/3|=3|x+1/3|`. 

После этих преобразований получили уравнение `3*|x+1/3|-2x=2`. 

Из определения модуля следует, что `|x+1/3|=x+1/3`,  если `x+1/3>=0`,  т. е.  `x>=-1/3` и `|x+1/3|=-x-1/3`,  если `x<-1/3`.

а) Если `x>=-1/3`, то получаем уравнение `3(x+1/3)-2x=2`, `x+1=2`, `x=1`.  Число `1> -1/3`, поэтому число `x=1` является решением уравнения.

б) Если `x<-1/3`, то получаем уравнение `3(-x-1/3)-2x=2`,  `-5x=3`, `x=-3/5<-1/3`.

Ответ
 `-3/5`;  `1`. 
     
Пример 4

Решите уравнение $$ \left|x-1\right|+\left|x+1\right|=2$$. 

Решение

Напомним определение модуля числа:  $$ \left|a\right|=\left\{\begin{array}{l}a, a\ge 0,\\ -a, a<0.\end{array}\right.$$

В данном уравнении под знаком модуля стоят числа $$ x-1$$ и $$ x+1.$$ 

Если $$ x$$ меньше, чем $$ -1,$$ то число $$ x+1$$ отрицательное, тогда $$ \left|x+1\right|=-x-1.$$ 

А если $$ x>-1,$$ то $$ \left|x+1\right|=x+1.$$ При $$ x=-1$$ имеем $$ \left|x+1\right|=0.$$ Таким образом, $$ \left|x+1\right|=\left\{\begin{array}{l}x+1, x\ge -1,\\ -x-1, x<-1.\end{array}\right.$$

Аналогично $$ \left|x-1\right|=\left\{\begin{array}{l}x-1, x\ge 1,\\ -x+1, x<1.\end{array}\right.$$

а) Рассмотрим наше уравнение при $$ x\le -1,$$ оно равносильно уравнению $$ -x+1-x-1=2,$$ $$ -2x=2,$$ $$ x=-1.$$ Это число принадлежит множеству $$ x\le -1.$$

б) Пусть теперь `-1<x<=1`, тогда данное уравнение равносильно уравнению `-x+1+x+1=2`, `0*x=0`, последнему уравнению удовлетворяет любое число, но так как мы рассматриваем множество `-1<x<=1`, значит, этому уравнению удовлетворяют все числа из этого множества.

в) Рассмотрим случай `x>1`. Уравнение равносильно уравнению `x-1+x+1=2`, `x=1`. Число `x=1`  мы получили уже в пункте б).

Ответ

Уравнению удовлетворяют все числа, удовлетворяющие условию `-1<=x<=1`.
Пример 5

Решите уравнение: $$ \left|11x+5\right|=\left|9x+13\right|.$$

Решение

Если модули чисел равны, то эти числа либо равны, либо отличаются знаком. Если числа равны, то получаем уравнение: 

$$ 11x+5=9x+13,$$  $$ 2x=8,$$  $$ x=4.$$

Если числа отличаются знаком, то получаем уравнение:

$$ 11x+5=-9x-13,$$  $$ 20x=-18,$$   $$ x=-\mathrm{0,9}.$$

Ответ
$$ 4; -\mathrm{0,9}.$$ 
Пример 6

Решите уравнение: $$ \left|5-\left|x+6\right|\right|+1=6$$.

Решение

Перенесём `1` в правую часть, получим $$ \left|5-\left|x+6\right|\right|=5$$. Теперь по определению модуля  рассмотрим два случая: `5-|x+6|=5` и `5-|x+6|=-5`.

Решим каждое из них.  `-|x+6|=5-5`, `|x+6|=0`, если модуль равен нулю, то выражение под модулем равно нулю `|x+6|=0`, `x=-6`.

Решим второе уравнение: `-|x+6|=-10`, `|x+6|=10`, опять получим два случая: `x+6=10` и `x+6=-10`. Решим их: `x=4` и `x=-16`. 

Ответ
`-6`; `4`; `-16`.