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Induzione, fasci di rette, disequazioni di grado superiore e funzioni · Equazioni binomie

Equazioni binomie

Un cubo di marmo ha volume $8\ \text{m}^3$: quanto è lungo lo spigolo? Se chiamiamo $x$ lo spigolo, dobbiamo risolvere $x^3 = 8$. E se invece cercassimo un numero il cui quadrato è $-4$? In questa pagina capiremo perché le due situazioni sono molto diverse.

Che cos'è un'equazione binomia

Si chiama «binomia» perché, portando tutto a sinistra, resta un binomio: $x^n - k = 0$. Per esempio $x^3 = 27$, $x^4 = 16$ e $2x^4 - 162 = 0$ sono binomie. Quest'ultima si riporta alla forma $x^n = k$ isolando la potenza: $2x^4 = 162$, cioè $x^4 = 81$.

Grafici di y = x al cubo e di y = x alla quarta, tagliati dalla retta orizzontale y = k y = x³ y = x⁴ y = k

La retta $y = k$ taglia la curva $y = x^3$ sempre in un solo punto; taglia $y = x^4$ in due punti, in uno solo o in nessuno, a seconda di $k$. Vediamo perché.

Esercitati★☆☆Da iniziare
Risolvi in $\mathbb{R}$ l'equazione $x^3 = 27$.

Risolvi in $\mathbb{R}$ l'equazione $x^3 = 27$.

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Esponente dispari ed esponente pari

Dipende dal segno di $x^n$.

$n$ dispari. La funzione $x \mapsto x^n$ è crescente e assume tutti i valori reali: per ogni $k$ esiste una sola soluzione, $x = \sqrt[n]{k}$. L'equazione ha dunque sempre una soluzione, positiva se $k>0$, negativa se $k<0$.

$n$ pari. Elevando a potenza pari un numero positivo o negativo si ottiene sempre un numero positivo, quindi:

  • se $k > 0$: due soluzioni opposte, $x = \pm\sqrt[n]{k}$;

  • se $k = 0$: una sola soluzione, $x = 0$;

  • se $k < 0$: nessuna soluzione reale, $S = \emptyset$.

Esercitati★☆☆Da iniziare
Risolvi in $\mathbb{R}$ le equazioni: a) $x^4 = 16$ b) $x^4 = -16$

Risolvi in $\mathbb{R}$ le equazioni:

  1. a) $x^4 = 16$
  1. b) $x^4 = -16$
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Risolvi in $\mathbb{R}$ l'equazione $x^5 + 32 = 0$.

Risolvi in $\mathbb{R}$ l'equazione $x^5 + 32 = 0$.

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Esercitati★★☆Da iniziare
Risolvi in $\mathbb{R}$ l'equazione $2x^4 - 162 = 0$.

Risolvi in $\mathbb{R}$ l'equazione $2x^4 - 162 = 0$.

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Binomie e scomposizione

Un altro modo di risolvere $x^n = k$ è portare tutto a sinistra e scomporre. Usiamo i prodotti notevoli: differenza di quadrati $a^2-b^2=(a-b)(a+b)$ e differenza di cubi $a^3-b^3=(a-b)(a^2+ab+b^2)$.

Esercitati★★☆Da iniziare
Risolvi in $\mathbb{R}$ l'equazione $x^6 - 64 = 0$ scomponendo il polinomio in fattori irriducibili.

Risolvi in $\mathbb{R}$ l'equazione $x^6 - 64 = 0$ scomponendo il polinomio in fattori irriducibili.

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Esercitati★★☆Da iniziare
Un cubo di marmo ha volume 3,375 m³. Determina la lunghezza dello spigolo risolvendo un'equazione binomia. Un secondo cubo ha superficie totale 54 m²: trova il suo…

Un cubo di marmo ha volume 3,375 m³. Determina la lunghezza dello spigolo risolvendo un'equazione binomia. Un secondo cubo ha superficie totale 54 m²: trova il suo spigolo.

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Discussione con un parametro

Quando $k$ dipende da un parametro, il numero di soluzioni dipende dal segno di $k$ e dalla parità di $n$: si applica la tabella della sezione precedente.

Esercitati★★★Da iniziare
Discuti in $\mathbb{R}$, al variare del parametro $k$, il numero di soluzioni dell'equazione $x^n = k$ nei due casi $n$ pari e $n$ dispari, giustificando la risposta.…

Discuti in $\mathbb{R}$, al variare del parametro $k$, il numero di soluzioni dell'equazione $x^n = k$ nei due casi $n$ pari e $n$ dispari, giustificando la risposta. Applica la discussione a $x^4 = k^2 - 4k$.

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Equazioni riconducibili a binomie

Molte equazioni di grado superiore diventano binomie con un passaggio algebrico o una sostituzione.

Esercitati★★★Da iniziare
Risolvi in $\mathbb{R}$ l'equazione $(x-1)^3 = 8(x+1)^3$ riducendola a un'equazione binomia.

Risolvi in $\mathbb{R}$ l'equazione $(x-1)^3 = 8(x+1)^3$ riducendola a un'equazione binomia.

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Risolvi in $\mathbb{R}$ l'equazione $x^6 - 7x^3 - 8 = 0$ con un'opportuna sostituzione, riconducendola a equazioni binomie.

Risolvi in $\mathbb{R}$ l'equazione $x^6 - 7x^3 - 8 = 0$ con un'opportuna sostituzione, riconducendola a equazioni binomie.

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In sintesi

Vuelve al principio: il cubo da $8\ \text{m}^3$ ha spigolo $\sqrt[3]{8}=2\ \text{m}$, mentre $x^2=-4$ non ha soluzioni reali.

  • Un'equazione binomia ha la forma $x^n=k$ (dopo aver isolato la potenza).

  • $n$ dispari: sempre una soluzione, $x=\sqrt[n]{k}$.

  • $n$ pari: due soluzioni opposte se $k>0$, $x=0$ se $k=0$, nessuna se $k<0$.

  • Si può risolvere anche scomponendo (differenza di quadrati o di cubi) e usando la legge di annullamento del prodotto.

  • Con un parametro si discute studiando il segno di $k$ e la parità di $n$.

  • Equazioni come $x^6-7x^3-8=0$ si riducono a binomie con una sostituzione.

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