Εφαρμογές Μαθηματικών · Άλγεβρα · Κεφ. 1 · §1.1

Τετραγωνική ρίζα και οι ιδιότητές της

Πλήρης οθόνη

Με απλά λόγια

Έχεις 36 τετράγωνα πλακάκια και θέλεις να φτιάξεις με όλα ένα μεγάλο τετράγωνο. Βάζεις 6 σε κάθε σειρά, και 6 σειρές. Το 6 είναι η τετραγωνική ρίζα του 36: η πλευρά του τετραγώνου που έχει εμβαδόν 36.

Με 20 πλακάκια δεν γίνεται τετράγωνο: με 4 σε κάθε σειρά περισσεύουν, με 5 λείπουν. Κι όμως, ένα τετράγωνο με εμβαδόν 20 υπάρχει, αν κόψεις τα πλακάκια.

Η πλευρά του είναι λίγο μεγαλύτερη από 4. Τη γράφουμε √20 και είναι περίπου 4,47.

Εδώ κρύβεται μια παγίδα. Δύο τετράγωνα με εμβαδά 16 και 9 έχουν πλευρές 4 και 3. Αν τα βάλεις δίπλα-δίπλα, πιάνουν μήκος 7.

Ένα τετράγωνο με εμβαδόν 16 + 9 = 25 όμως έχει πλευρά 5, όχι 7. Οι ρίζες δεν προστίθενται όπως οι αριθμοί κάτω από αυτές.

Κάτι που τώρα ξέρεις, ενώ οι περισσότεροι ενήλικες δεν το ξέρουν: αν διπλασιάσεις την πλευρά ενός τετραγώνου, το εμβαδόν του δεν διπλασιάζεται, τετραπλασιάζεται. Με 3 πλακάκια σε κάθε σειρά το τετράγωνο έχει 9 πλακάκια. Με 6 σε κάθε σειρά έχει 36. Για διπλάσιο εμβαδόν αρκεί η πλευρά να μεγαλώσει √2 ≈ 1,41 φορές. Το ίδιο ισχύει και στις πίτσες: μια πίτσα με διάμετρο 40 cm έχει περίπου διπλάσιο φαγητό από μια πίτσα με διάμετρο 28 cm, γιατί 28 · 1,41 ≈ 40.

Θεωρία

Από το εμβαδόν στην πλευρά

Ένα τετράγωνο δωμάτιο έχει εμβαδόν 49 m². Πόσο είναι το μήκος κάθε τοίχου;

Ψάχνεις έναν αριθμό που, αν τον πολλαπλασιάσεις με τον εαυτό του, δίνει 49. Είναι το 7, γιατί 72 = 49.

Αυτή η πράξη λέγεται τετραγωνική ρίζα. Είναι το αντίστροφο του «υψώνω στο τετράγωνο».

√x = y σημαίνει y ≥ 0 και y2 = x

Στην εφαρμογή, στην «Πλευρά», το τετράγωνο κάθεται πάνω σε μια αριθμογραμμή. Η πλευρά του ξεκινά από το 0, άρα τελειώνει ακριβώς στον αριθμό √Ε.

Σκέψου: υπάρχει √(−9); Ποιος αριθμός υψωμένος στο τετράγωνο δίνει −9;

Απάντηση

Κανένας. Το τετράγωνο κάθε αριθμού είναι θετικό ή μηδέν: 32 = 9 και (−3)2 = 9. Άρα η τετραγωνική ρίζα αρνητικού αριθμού δεν ορίζεται. Και στη γεωμετρία: δεν υπάρχει τετράγωνο με αρνητικό εμβαδόν.

Ανάμεσα σε ποιους ακέραιους;

Οι αριθμοί 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100 λέγονται τέλεια τετράγωνα. Οι ρίζες τους είναι ακέραιοι: 1, 2, 3, …, 10. Στην εφαρμογή, όταν το Ε είναι τέλειο τετράγωνο, η γωνία του τετραγώνου πέφτει ακριβώς πάνω σε κόμβο του πλέγματος.

Για τους άλλους αριθμούς βρίσκεις πρώτα ανάμεσα σε ποια δύο τέλεια τετράγωνα βρίσκονται.

Λυμένο παράδειγμα 1

Δεδομένα
Τετράγωνο με εμβαδόν Ε = 20 τ.μ.
Ζητούμενο
Ανάμεσα σε ποιους διαδοχικούς ακέραιους είναι η πλευρά √20;
Τύπος
Αν ν2 < Ε < (ν + 1)2, τότε ν < √Ε < ν + 1.
Υπολογισμός

Βρίσκω τα τέλεια τετράγωνα γύρω από το 20: 42 = 16 και 52 = 25.

16 < 20 < 25, άρα 4 < √20 < 5.

Απάντηση
Η πλευρά είναι ανάμεσα στο 4 και στο 5. Το 20 είναι πιο κοντά στο 16 παρά στο 25, άρα περιμένω τιμή πιο κοντά στο 4. Πράγματι, √20 ≈ 4,47.

Πρόβλεψε: το √90 είναι πιο κοντά στο 9 ή στο 10; Έλεγξε με την εφαρμογή.

Απάντηση

81 < 90 < 100, άρα 9 < √90 < 10. Το 90 απέχει 9 από το 81 και 10 από το 100, σχεδόν στη μέση. Πράγματι √90 ≈ 9,49.

Ρητοί και άρρητοι αριθμοί

Ο υπολογιστής τσέπης δίνει √2 = 1,414213562…. Τα ψηφία δεν τελειώνουν ποτέ και δεν επαναλαμβάνονται με κάποια σειρά. Το √2 δεν γράφεται ως κλάσμα ακεραίων.

Η ρίζα ενός φυσικού αριθμού που δεν είναι τέλειο τετράγωνο είναι άρρητος. Γι’ αυτό γράφουμε √20 και όχι 4,47: το 4,47 είναι μόνο μια προσέγγιση.

Συχνό λάθος: «√20 = 4,47». Ο υπολογιστής δείχνει λίγα ψηφία και ξεγελά. Έλεγξέ το: 4,472 = 19,9809, όχι 20. Γράψε √20 ≈ 4,47 με το σύμβολο «≈», ή κράτα το ακριβές √20.

Ρίζα και τετράγωνο: ποιο πρώτο;

Δύο πράξεις που «αναιρούν» η μία την άλλη. Η σειρά τους όμως μετράει.

Βρες το λάθος: «√(−3)2 = −3».

Απάντηση

Κάνε πρώτα την πράξη μέσα: (−3)2 = 9. Μετά √9 = 3. Η ρίζα δεν είναι ποτέ αρνητική, άρα το σωστό είναι √(−3)2 = 3.

Γινόμενο και πηλίκο ριζών

Άνοιξε το «√α · √β» στην εφαρμογή με α = 12 και β = 3. Δύο τετράγωνα κάθονται σε απέναντι γωνίες ενός μεγάλου τετραγώνου. Ανάμεσά τους μένουν δύο ορθογώνια με πλευρές √12 και √3.

Το εμβαδόν κάθε ορθογωνίου είναι √12 · √3. Η εφαρμογή δείχνει ότι είναι ακριβώς 6, δηλαδή √36. Και 36 = 12 · 3.

Αυτό ισχύει πάντα:

√α · √β = √α · β     √α διά √β = √α διά β

για α ≥ 0 και β ≥ 0 (στο πηλίκο β > 0).

Γιατί; Υψώνω στο τετράγωνο το αριστερό μέλος: (√α · √β)2 = (√α)2 · (√β)2 = α · β. Άρα το √α · √β είναι ένας θετικός αριθμός με τετράγωνο α · β. Αυτός ο αριθμός, από τον ορισμό, είναι το √α · β.

Λυμένο παράδειγμα 2

Δεδομένα
Οι ρίζες √8 και √2.
Ζητούμενο
Το γινόμενο √8 · √2 και το πηλίκο √8 διά √2.
Τύπος
√α · √β = √α · β και √α διά √β = √α διά β
Υπολογισμός

Γινόμενο: βάζω τους αριθμούς κάτω από μία ρίζα. √8 · √2 = √8 · 2 = √16 = 4.

Πηλίκο: √8 διά √2 = √8 διά 2 = √4 = 2.

Απάντηση
Γινόμενο 4, πηλίκο 2. Έλεγχος μεγέθους: √8 ≈ 2,83 και √2 ≈ 1,41. Πράγματι 2,83 · 1,41 ≈ 4 και 2,83 : 1,41 ≈ 2.

Απλοποίηση: √20 = 2√5

Στην «Πλευρά» βάλε Ε = 20 και τσέκαρε «Χώρισε σε ίσα τετράγωνα». Το τετράγωνο χωρίζεται σε 2 × 2 = 4 ίσα τετράγωνα με εμβαδόν 5. Η πλευρά του αποτελείται από 2 πλευρές των μικρών, άρα √20 = 2√5.

Με την ιδιότητα του γινομένου:

  1. Γράφω το υπόριζο ως γινόμενο με έναν παράγοντα τέλειο τετράγωνο, τον μεγαλύτερο που βρίσκω: 20 = 4 · 5.
  2. Χωρίζω τη ρίζα: √20 = √4 · 5 = √4 · √5.
  3. Υπολογίζω τη ρίζα του τέλειου τετραγώνου: √4 · √5 = 2√5.

Το 2√5 σημαίνει 2 · √5. Γενικά, για α, β ≥ 0: √α2 · β = α√β.

Λυμένο παράδειγμα 3

Δεδομένα
Η ρίζα √72.
Ζητούμενο
Να γραφεί στην απλούστερη μορφή.
Τύπος
√α2 · β = α√β
Υπολογισμός

Ψάχνω το μεγαλύτερο τέλειο τετράγωνο που διαιρεί το 72: 4 ναι, 9 ναι, 36 ναι (72 = 36 · 2).

Συμπλήρωσε: √72 = √36 · 2 = ___.

Απάντηση
Δες παρακάτω, αφού το λύσεις.
Απάντηση

√72 = √36 · √2 = 6√2. Αν είχες διαλέξει 72 = 4 · 18, θα έβγαζες 2√18. Όμως 18 = 9 · 2, άρα συνεχίζεις: 2√18 = 2 · 3√2 = 6√2. Έλεγχος: 6 · 1,414 ≈ 8,49 και 8,492 ≈ 72.

Τώρα μπορείς να προσθέσεις ρίζες με το ίδιο υπόριζο, όπως προσθέτεις όμοιους όρους: 3√2 + 5√2 = 8√2, όπως 3x + 5x = 8x.

Η παγίδα του αθροίσματος

Άνοιξε το «√α + √β». Τα δύο τετράγωνα, α και β, κάθονται δίπλα-δίπλα. Το διακεκομμένο τετράγωνο έχει εμβαδόν α + β, όσο και τα δύο μαζί.

Η βάση του όμως, √α + β, βγαίνει πάντα μικρότερη από τη βάση των δύο, √α + √β.

√α + √β ≠ √α + β    (για α, β > 0)

Συχνό λάθος: «√9 + √16 = √25». Μοιάζει με το √9 · 16 = √9 · √16, που είναι σωστό, και γι’ αυτό ξεγελά. Έλεγξε με αριθμούς: √9 + √16 = 3 + 4 = 7, ενώ √25 = 5. Η ρίζα «μοιράζεται» σε γινόμενο και πηλίκο, όχι σε άθροισμα ή διαφορά.

Γρήγορος έλεγχος: ποιο είναι σωστό; (α) √4 · 9 = 6 (β) √4 + 9 = 5

Απάντηση

Το (α): √36 = 6. Το (β) είναι λάθος: √13 ≈ 3,61, όχι 5.

Ρίζα στον παρονομαστή

Ένα κλάσμα όπως 6 διά √3 έχει άρρητο παρονομαστή. Συνήθως το ξαναγράφουμε με ρητό παρονομαστή: πολλαπλασιάζουμε αριθμητή και παρονομαστή με την ίδια ρίζα, γιατί √3 · √3 = 3.

6 διά √3 = 6 · √3 διά √3 · √3 = 6√3 διά 3 = 2√3

Η τιμή του κλάσματος δεν αλλάζει: πολλαπλασιάσαμε με √3 διά √3 = 1.

Σειρά σου: γράψε το 10 διά √5 με ρητό παρονομαστή.

Απάντηση

10 διά √5 = 10√5 διά 5 = 2√5. Έλεγχος: 10 : 2,236 ≈ 4,47 και 2 · 2,236 ≈ 4,47.

Επιπλέον — για αργότερα

Το √2 σχεδιάζεται ακριβώς, χωρίς υπολογιστή. Φτιάξε ένα τετράγωνο με πλευρά 1 και τράβηξε τη διαγώνιό του.

Από το Πυθαγόρειο θεώρημα, η διαγώνιος δ έχει δ2 = 12 + 12 = 2, άρα δ = √2. Με τον διαβήτη μεταφέρεις αυτό το μήκος πάνω στην αριθμογραμμή, από το 0. Έτσι ένας άρρητος αριθμός αποκτά ακριβή θέση στην ευθεία.

Βίντεο χωρίς ήχο, 14 s. Πάνω στο τμήμα από το 0 ως το 1 στέκεται ένα τετράγωνο με πλευρά 1. Η διαγώνιός του δ έχει δ² = 1² + 1² = 2, άρα δ = √2. Ο διαβήτης, με κέντρο το 0, κατεβάζει τη διαγώνιο πάνω στην ευθεία: το σημείο πέφτει ανάμεσα στο 1 και το 2, στο √2 ≈ 1,414.

Δραστηριότητες

  1. Στην «Πλευρά» βάλε διαδοχικά Ε = 1, 4, 9, 16, …, 100. Πού πέφτει κάθε φορά η γωνία του τετραγώνου; Τι κοινό έχουν αυτοί οι αριθμοί;
  2. Βάλε Ε = 50. Πρόβλεψε ανάμεσα σε ποιους ακέραιους είναι το √50 και έλεγξε στην αριθμογραμμή. Μετά τσέκαρε «Χώρισε σε ίσα τετράγωνα»: σε πόσα και πόσο μεγάλα τετράγωνα χωρίζεται;
  3. Βρες όλα τα Ε έως το 100 που χωρίζονται σε ίσα τετράγωνα με εμβαδόν 2. Γράψε για καθένα την απλοποίηση, π.χ. √8 = 2√2.
  4. Στο «√α + √β» κράτα α = 25 και άλλαξε το β από 1 έως 25. Πότε η διαφορά ανάμεσα στο √α + √β και στο √α + β είναι μικρή και πότε μεγάλη;
  5. Στο «√α · √β» βρες τρία ζευγάρια όπου κανένα από τα α, β δεν είναι τέλειο τετράγωνο, αλλά το εμβαδόν κάθε ορθογωνίου βγαίνει ακέραιος (π.χ. α = 12, β = 3). Τι πρέπει να ισχύει για το γινόμενο α · β;

Ασκήσεις

  1. Επίπεδο 1 · Κατανοώ Ποιες από τις παρακάτω ρίζες είναι ακέραιοι αριθμοί και ποιες δεν ορίζονται; √64, √40, √0, √(−16), √1.

    Λύση

    √64 = 8, √0 = 0 και √1 = 1 είναι ακέραιοι. Το √40 ορίζεται, αλλά δεν είναι ακέραιος: 6 < √40 < 7, γιατί 36 < 40 < 49. Το √(−16) δεν ορίζεται, γιατί κανένας αριθμός δεν έχει τετράγωνο −16.

  2. Επίπεδο 1 · Κατανοώ Σωστό ή λάθος; (α) √(−6)2 = 6 (β) √16 + 9 = 4 + 3 (γ) (√11)2 = 11 (δ) √4 · 7 = 2√7

    Λύση

    (α) Σωστό: √36 = 6. (β) Λάθος: √25 = 5, όχι 7. (γ) Σωστό. (δ) Σωστό: √4 · √7 = 2√7.

  3. Επίπεδο 2 · Εφαρμόζω Γράψε στην απλούστερη μορφή: (α) √50 (β) √48 (γ) √200.

    Λύση

    (α) √50 = √25 · 2 = 5√2. (β) √48 = √16 · 3 = 4√3. (γ) √200 = √100 · 2 = 10√2. Έλεγχος για το (β): 4 · 1,732 ≈ 6,93 και 6,932 ≈ 48.

  4. Επίπεδο 2 · Εφαρμόζω Κάνε τις πράξεις: (α) √3 · √27 (β) √45 διά √5 (γ) √18 + √8 (δ) 12 διά √6 με ρητό παρονομαστή.

    Λύση

    (α) √3 · 27 = √81 = 9.

    (β) √45 διά 5 = √9 = 3.

    (γ) Απλοποιώ πρώτα κάθε ρίζα: √18 = 3√2, √8 = 2√2. Άρα 3√2 + 2√2 = 5√2. Προσοχή: δεν είναι √26.

    (δ) 12 · √6 διά √6 · √6 = 12√6 διά 6 = 2√6.

  5. Επίπεδο 3 · Σκέφτομαι Ένα τετράγωνο έχει εμβαδόν 50 m². Η Ελένη λέει ότι η πλευρά του είναι 5√2 m και ο Νίκος ότι είναι 7,07 m. Ποιος έχει δίκιο; Χωρίς υπολογιστή, δείξε ότι η περίμετρος είναι μεγαλύτερη από 28 m.

    Λύση

    Η πλευρά είναι √50 = √25 · 2 = 5√2 m. Η Ελένη δίνει την ακριβή τιμή. Ο Νίκος δίνει προσέγγιση: 7,072 = 49,9849, όχι 50. Σωστό θα ήταν «περίπου 7,07 m».

    Περίμετρος: 4 · 5√2 = 20√2. Επειδή 49 < 50, είναι 7 < √50, άρα η πλευρά είναι μεγαλύτερη από 7 m και η περίμετρος μεγαλύτερη από 4 · 7 = 28 m.

Τι πρέπει να θυμάσαι

  • Το √x (για x ≥ 0) είναι ο μη αρνητικός αριθμός με τετράγωνο x: η πλευρά τετραγώνου με εμβαδόν x. Ρίζα αρνητικού δεν ορίζεται.
  • (√x)2 = x και √x2 = |x|.
  • √α · √β = √αβ και √α διά √β = √α διά β. Από εδώ η απλοποίηση: √20 = 2√5.
  • Για άθροισμα δεν ισχύει κάτι τέτοιο: √α + √β ≠ √α + β.
  • Η ρίζα φυσικού που δεν είναι τέλειο τετράγωνο είναι άρρητος. Το 4,47 είναι μόνο προσέγγιση του √20.

Γρήγορος έλεγχος

  1. Ανάμεσα σε ποιους ακέραιους είναι το √30;
    Απάντηση

    Στο 5 και στο 6, γιατί 25 < 30 < 36.

  2. Πόσο κάνει √2 · √18;
    Απάντηση

    √36 = 6.

  3. Γράψε το √12 στην απλούστερη μορφή.
    Απάντηση

    √4 · 3 = 2√3.

Ένα πρόβλημα για σένα

Δύο τετράγωνα οικόπεδα έχουν εμβαδά 18 m² και 8 m². Τα βάζουμε δίπλα-δίπλα, στην ίδια ευθεία. Πόσο είναι το συνολικό μήκος των δύο βάσεων, σε απλούστερη μορφή; Πόσο εμβαδόν θα είχε ένα τετράγωνο με πλευρά αυτό το μήκος;