Задание 18 ЕГЭ (профиль): симметрии в задачах с параметром

Задачи (33)

Ответы кратко — все задачи подтемы
№УсловиеОтвет
500411Найдите все значения a, при каждом из которых уравнение x ^4 + (a − 3)² = |x − a + 3| + |x…a ≤ 1,a ≥ 5.
510665Найдите все значения а, при каждом из которых уравнение x² + (1 − a)² =|x − 1 + a| + |x − …a= −1 и a=3.
513268Найдите все положительные значения a, при каждом из которых множество решений неравенства …a=4. При этом x=0.
513282Найдите все неотрицательные значения a, при каждом из которых множество решений неравенств…a=0, a=1. При этом x=0.
484635При каких значениях параметра а система система выражений новая строка √(|y + 3|) =1 − √(5…a= 1/128,a= 1/16.
500431Найдите все значения a, при каждом из которых уравнение x ^4 + (a − 4)² = |x − a + 4| + |x…a ∈ (−∞,2 ] \cup [ 6, + ∞).
484629Известно, что значение параметра а таково, что система уравнений система выражений новая с…система имеет единственное решение (0;1) при a=1.
484631При каких значениях параметра а система система выражений новая строка 3 · 2 ^(|x|) + 5|x|…a= 4/3.
501713Найдите все значения а, при каждом из которых уравнение x² + (a − 3)² = |x + 3 − a| + |x +…1; 5
502297Найдите все значения a, при каждом из которых уравнение x² − |x − a + 6| = |x + a − 6| − (…a=4 и a=8.
504547Найдите все значения параметра a, при каждом из которых уравнение | (x − 1)² − 2 ^(1 − a) …при a= −1 уравнение имеет единственное решение x=1.
514049Найдите все значения параметра α из интервала (0; π), при каждом из которых система уравне…π/6, 5π/6.
514129Найдите все значения a, при которых уравнение √(x ^4 + (a − 5) ^4) =|x + a − 5| + |x − a +…3; 7
519663Найдите все значения параметра a, при каждом из которых система уравнений система выражени…a=2,a=6.
523380Найдите все значения a, при которых система система выражений y= (a + 2) x² + 2ax + a − 1,…− 2; 9/8.
524607Найдите все значения параметра a, при каждом из которых система уравнений система выражени…a=2.
546987Найдите все значения параметра a, при каждом из которых уравнение (1 + a²) x ^6 + 3a² x ^4…{ − 3/2;0; 1/2;1 }.
547306Найдите все значения x, при которых равенство 2 log_(2 + a²) (4 − √(7 + 2x)) = log_(2 + a²…{ 1 }.
555270Найдите все значения параметра параметра а, при каждом из которых система уравнений систем…{ − 4,5 }.
555720Найдите все значения a, при каждом из которых уравнение √(a² + x²) = cos 2x + a² + 2a − 1 …a = −3; a = 0
556488Найдите все значения а, при которых неравенство cos x − 2 √(x² + 9) ≤ −(x²+9)/(a+cosx) − a…2
558015Найдите все значения а, при которых уравнение a² + (x − 2021)² =|a − x + 2021| − |a + x − …(−1; 0) \cup (0; 1).
559907Найдите все значения параметра а, при каждом из которых имеет единственное решение система…{ 4/3 }.
562006Найти все значения параметра a, при каждом из которых система уравнений система выражений …2
562078Найдите все значения параметра a при каждом из которых уравнение 9 ^(−x + 1) · 3 ^(x²) + a…a ∈ { (−5−√(21))/2; 0; (−5+√(21))/2 }.
622382Найдите все значения параметра a, при каждом из которых уравнение π · cos(π ^(2x − x²)) =a…− π.
624299Найдите все значения параметра a, при которых ровно одно решение (x; y) системы уравнений …a ∈ { − 2; 1/2 − корень из 6 }.
637456Найдите все значения параметра b, при каждом из которых уравнение x ^4 · (x² + √(b² − b − …−20. −20
660095Найдите все значения параметра a, при каждом из которых система система выражений z cos(x …1
671357Найдите все значения параметра a, при каждом из которых система уравнений система выражени…a = 2.
681135Найдите все значения a, при которых уравнение 2x² − a tg(cos x) + a² = 0 имеет единственно…a=0 или a= tg 1.
681584Найди все значения параметра a при которых уравнение корень 4 степени из: начало аргумента…{ 1; 2 }
697402Найдите все значения a, при каждом из которых уравнение 5 ^(x² + a² − 24) − 5 ^(−2a cos x)…a= −6.

О чём эта подтема

В задании 18 часто встречаются уравнения, где переменная xx входит в чётной степени или под модулем так, что при замене x→−xx \to -x (а иногда x→2x0−xx \to 2x_0-x) уравнение переходит само в себя. Такая симметрия — не украшение, а мощный инструмент: она позволяет заранее сказать, что корни уравнения расположены парами относительно некоторой точки, и свести вопрос о количестве решений к анализу только одной половины прямой. Особенно эффективно это работает в задачах вида «уравнение имеет единственное решение» или «не более одного решения» — именно такие формулировки прямо намекают на симметрию.

Что нужно знать

1. Понятие симметрии уравнения. Уравнение F(x,a)=0F(x,a)=0 называется симметричным относительно точки x0x_0, если замена x→2x0−xx \to 2x_0-x не меняет уравнение. Чаще всего в задачах 18 после подходящего обозначения параметра симметрия оказывается относительно x0=0x_0=0, то есть уравнение чётно: F(−x,a)=F(x,a)F(-x,a)=F(x,a).

2. Главное следствие симметрии. Если x0+tx_0+t — корень симметричного (относительно x0x_0) уравнения, то x0−tx_0-t — тоже корень. Значит, корни, кроме самой точки симметрии, идут строго парами. Отсюда:

  • если уравнение имеет единственный корень, этот корень обязан быть точкой симметрии;
  • условие «единственное решение или отсутствие решений» равносильно тому, что нет корней, отличных от точки симметрии (достаточно проверить одну сторону, например x>x0x>x_0).

3. Полезное тождество с модулями. Для любых чисел выполняется ∣x−b∣+∣x+b∣=2max⁡(∣x∣,∣b∣).|x-b|+|x+b|=2\max(|x|,|b|). Оно мгновенно превращает громоздкую сумму модулей в компактную кусочную функцию и почти всегда используется вместе с симметрией.

4. Техника работы с кусочными функциями. Нужно уметь разбивать область на промежутки, где модуль или max⁡\max раскрывается однозначно, и на каждом промежутке анализировать полученное гладкое уравнение через монотонность и оценку минимума/максимума.

5. Симметрия по параметру как проверка. Если параметр входит в уравнение через (a−c)2(a-c)^2 или ∣a−c∣|a-c|, ответ, скорее всего, будет симметричен относительно a=ca=c. Это удобный способ проверить себя в конце.

Как решать: метод и алгоритм

  1. Обнаружить симметрию. Подставить x→−xx \to -x (или x→2x0−xx \to 2x_0-x) в уравнение и убедиться, что оно не изменилось. Часто для этого нужно ввести обозначение b=a−cb=a-c и переписать уравнение так, чтобы чётность стала очевидной.

  2. Перевести условие задачи на язык симметрии.

  • «единственный корень» ⇒\Rightarrow точка симметрии x0x_0 обязана быть корнем, а корней при x>x0x>x_0 быть не должно;
  • «единственный корень или нет корней» ⇒\Rightarrow достаточно потребовать отсутствия корней при x>x0x>x_0 (сам x0x_0 может быть корнем или не быть — оба варианта допустимы).
  1. Проверить точку симметрии. Подставить x=x0x=x_0 в уравнение и получить простое условие на параметр (уравнение или неравенство).

  2. Исследовать одну сторону (x>x0x>x_0). Используя тождество для модулей, разбить полупрямую на промежутки (обычно границей служит точка, где модуль меняет знак — например x=∣b∣x=|b|), и на каждом промежутке получить гладкое уравнение. Найти, при каких значениях параметра оно не имеет решений на этом промежутке — как правило, через оценку минимума функции или монотонность.

  3. Состыковать условия. Объединить условие из пункта 3 (что происходит в точке симметрии) и условие из пункта 4 (отсутствие «лишних» корней). Часто именно на этом шаге отсеиваются значения параметра, которые вроде бы дают корень в точке симметрии, но одновременно порождают ещё пару корней сбоку.

  4. Проверить ответ на симметрию по параметру — это хороший способ убедиться, что ничего не потеряно.

Разбор примера

Пример 1

Уравнение: x4+(a−3)2=∣x−a+3∣+∣x+a−3∣.x^4+(a-3)^2=|x-a+3|+|x+a-3|.

Шаг 1. Обозначение и симметрия. Пусть b=a−3b=a-3. Тогда ∣x−a+3∣=∣x−b∣|x-a+3|=|x-b|, ∣x+a−3∣=∣x+b∣|x+a-3|=|x+b|, и уравнение принимает вид x4+b2=∣x−b∣+∣x+b∣.x^4+b^2=|x-b|+|x+b|. По тождеству ∣x−b∣+∣x+b∣=2max⁡(∣x∣,∣b∣)|x-b|+|x+b|=2\max(|x|,|b|), получаем x4+b2=2max⁡(∣x∣,∣b∣).x^4+b^2=2\max(|x|,|b|). Левая и правая части зависят от xx только через x4x^4 и ∣x∣|x| — обе чётные функции. Значит уравнение чётно: если x0x_0 — корень, то −x0-x_0 тоже корень.

Шаг 2. Перевод условия. Требуется «единственное решение или отсутствие решений». По симметрии это равносильно: нет корней при x>0x>0 (точка симметрии здесь x0=0x_0=0, она может быть корнем или не быть — оба варианта разрешены условием).

Шаг 3. Точку x=0x=0 отдельно проверять не нужно — она не запрещена ни при каких bb, важно только не допустить положительных корней.

Шаг 4. Анализ при x>0x>0. Нужно, чтобы уравнение x4+b2=2max⁡(x,∣b∣)x^4+b^2=2\max(x,|b|) не имело решений при x>0x>0. Обозначим t=∣b∣≥0t=|b|\ge 0 и разобьём область на две зоны.

Зона 0<x≤t0<x\le t (здесь max⁡=t\max=t): уравнение x4=t(2−t)x^4=t(2-t). Функция слева монотонно растёт от 00, справа — константа. Анализ показывает, что при t≥2t\ge 2 константа t(2−t)≤0t(2-t)\le 0, поэтому решений с x>0x>0 здесь нет; при 0<t<20<t<2 возможны накладки, которые нужно сверить со следующей зоной.

Зона x≥tx\ge t (здесь max⁡=x\max=x): уравнение x4−2x+t2=0x^4-2x+t^2=0. Функция x4−2xx^4-2x имеет минимум в точке x=2−1/3≈0,79x=2^{-1/3}\approx 0{,}79 со значением ≈−1,19\approx-1{,}19. Если этот минимум попадает в зону (т.е. t<0,79t<0{,}79), то при малых tt (в частности при 0<t<10<t<1) уравнение обязательно имеет положительный корень — уравнение проходит через ноль.

Соединяя обе зоны, аккуратный перебор (проверка знаков на границах промежутков, в частности разложение t3+t−2=(t−1)(t2+t+2)t^3+t-2=(t-1)(t^2+t+2)) показывает: положительных корней нет тогда и только тогда, когда t≥2t\ge 2, то есть ∣b∣≥2|b|\ge 2.

Шаг 5. Возврат к параметру. Из ∣b∣≥2|b|\ge 2 и b=a−3b=a-3 получаем ∣a−3∣≥2|a-3|\ge 2, то есть a≤1илиa≥5.a\le 1 \quad\text{или}\quad a\ge 5. Это и есть ответ — он симметричен относительно a=3a=3, что подтверждает правильность работы с чётностью.

Пример 2

Уравнение: x2+(1−a)2=∣x−1+a∣+∣x−a+1∣.x^2+(1-a)^2=|x-1+a|+|x-a+1|.

Шаг 1. Обозначение и симметрия. Пусть b=a−1b=a-1. Тогда ∣x−1+a∣=∣x+b∣|x-1+a|=|x+b|, ∣x−a+1∣=∣x−b∣|x-a+1|=|x-b|, а (1−a)2=b2(1-a)^2=b^2. Уравнение: x2+b2=∣x−b∣+∣x+b∣=2max⁡(∣x∣,∣b∣).x^2+b^2=|x-b|+|x+b|=2\max(|x|,|b|). Снова обе части чётны по xx — уравнение симметрично относительно x0=0x_0=0.

Шаг 2. Перевод условия. Здесь требуется ровно один корень — вариант «нет решений» не подходит. По симметрии единственный корень может быть только x=0x=0, и при этом на x>0x>0 корней быть не должно.

Шаг 3. Проверка точки x=0x=0. Подставляем: 0+b2=2∣b∣0+b^2=2|b|, то есть ∣b∣(∣b∣−2)=0  ⇒  b=0 или ∣b∣=2.|b|(|b|-2)=0 \;\Rightarrow\; b=0 \ \text{или}\ |b|=2. Это необходимое условие — без него x=0x=0 вообще не будет корнем.

Шаг 4. Проверка на лишние корни при x>0x>0 для каждого кандидата.

  • b=0b=0: уравнение x2=2∣x∣x^2=2|x|, то есть ∣x∣(∣x∣−2)=0|x|(|x|-2)=0, откуда x=0x=0 или x=±2x=\pm 2. Появились ещё корни x=2, x=−2x=2,\,x=-2 — единственности нет. Значение b=0b=0 отбрасываем.

  • t=∣b∣=2t=|b|=2: при 0<x<20<x<2 имеем max⁡(x,2)=2\max(x,2)=2, уравнение x2+4=4⇒x=0x^2+4=4\Rightarrow x=0 — не входит в промежуток, корней нет. При x≥2x\ge 2: max⁡=x\max=x, уравнение x2−2x+4=0x^2-2x+4=0, дискриминант 4−16=−12<04-16=-12<0 — действительных корней нет. Значит при ∣b∣=2|b|=2 корней при x>0x>0 действительно нет, а x=0x=0 — корень. Единственность подтверждена.

Шаг 5. Возврат к параметру. Из b=a−1=±2b=a-1=\pm 2 получаем a=3илиa=−1.a=3 \quad \text{или} \quad a=-1. Ответ симметричен относительно a=1a=1 — как и должно быть, поскольку b=a−1b=a-1.

Типичные ошибки

  • Симметрия «на глаз». Утверждают, что уравнение чётно, без проверки подстановкой x→−xx\to-x; в реальности лишний знак или неверно выделенный параметр может нарушить симметрию.
  • Забывают проверить «вторую сторону». Найдя условие на точку симметрии, не проверяют, не появляются ли при тех же значениях параметра дополнительные (парные) корни — именно так теряется правильный ответ в примерах вроде b=0b=0 во втором примере.
  • Путают формулировки «единственное решение» и «единственное решение или его отсутствие». Это разные условия: во втором случае точка симметрии не обязана быть корнем, а в первом — обязана. Ошибка в чтении условия сразу даёт неверный набор значений параметра.
  • Ошибки при раскрытии ∣x−b∣+∣x+b∣|x-b|+|x+b|. Забывают тождество 2max⁡(∣x∣,∣b∣)2\max(|x|,|b|) и раскрывают модули «в лоб» по четырём случаям, теряя часть промежутков или знаков.
  • Не проверяют границы промежутков. Точка x=∣b∣x=|b|, где меняется формула для max⁡\max, — критическое место, где легко пропустить корень или неверно определить знак функции.
  • Игнорируют симметрию ответа по параметру. Если в конце ответ получился «однобоким» (например, только a≥5a\ge 5 без a≤1a\le1), а исходное уравнение зависело от (a−3)2(a-3)^2, стоит перепроверить решение — скорее всего, потеряна вторая ветвь.

На что обратить внимание на экзамене

  • Сразу проверяйте подстановкой, симметрично ли уравнение — это экономит время и сразу подсказывает стратегию.
  • Держите под рукой тождество ∣x−b∣+∣x+b∣=2max⁡(∣x∣,∣b∣)|x-b|+|x+b|=2\max(|x|,|b|) — оно почти всегда упрощает работу с модулями в таких задачах.
  • Внимательно читайте формулировку: «единственное решение», «не более одного решения», «единственное решение или отсутствие решений» — это разные условия, дающие разные ответы.
  • После получения ответа проверяйте его на симметрию относительно центра параметра (например, относительно a=3a=3 или a=1a=1) — несимметричный ответ почти всегда сигнал об ошибке.
  • Не забывайте отдельно разбирать точку симметрии и обе стороны от неё — пропуск одной из зон часто приводит к неполному ответу.
  • Проверяйте граничные значения параметра (там, где переходят через ноль ключевые выражения) прямой подстановкой в исходное уравнение — это самый надёжный способ отловить ошибку.

Частые вопросы

Как понять, что в уравнении есть симметрия, которую стоит использовать?

Нужно подставить x → −x (или, если ось смещена, x → 2x₀ − x) в уравнение и проверить, получилось ли то же самое уравнение. Обычно для этого предварительно вводят новую переменную для параметра, например b = a − c, чтобы чётность стала явной.

Почему условие «единственное решение» сводится к анализу одной стороны прямой?

Если уравнение симметрично относительно точки x₀, то корни, отличные от x₀, обязательно идут парами x₀+t и x₀−t. Значит единственным может быть только сам x₀, а на любой одной стороне (например при x > x₀) корней быть не должно.

В чём разница между условиями «единственное решение» и «единственное решение или отсутствие решений»?

В первом случае точка симметрии обязана быть корнем уравнения. Во втором случае она может быть корнем, а может и не быть — важно лишь, чтобы кроме неё других корней не появлялось.

Зачем нужна формула |x−b|+|x+b| = 2max(|x|,|b|)?

Она заменяет громоздкое раскрытие модулей по четырём случаям одной компактной кусочной функцией, что сильно упрощает анализ уравнения при x больше или меньше точки симметрии.

Как проверить правильность найденного ответа без повторного решения?

Посмотреть, симметричен ли ответ относительно центра, вокруг которого выражен параметр (например, относительно a=3, если в уравнении фигурировало (a−3)²). Несимметричный итог почти всегда говорит об упущенной ветви решения.

Что делать, если точка симметрии даёт корень, но при этом хочется убедиться, что других корней нет?

Нужно отдельно исследовать уравнение при x больше точки симметрии (используя разбиение на промежутки по модулю или max), и найти, при каких значениях параметра там решений действительно нет — только тогда корень в точке симметрии остаётся единственным.