Алгебра. Основной курс с решениями и указаниями

ОСНОВНОЙ КУРС
с решениями и указаниями

Москва
Лаборатория знаний
2022

Учебно-методическое пособие

Под редакцией 
М. В. Федотова

АЛГЕБРА

Н. Д. Золотарёва, Ю. А. Попов,
 Н. Л. Семендяева, М. В. Федотов

2-е издание, электронное

УДК 373.3:51
ББК 22.1я729
З-80

Золотарёва Н. Д.
З-80
Алгебра. Основной курс с решениями и указаниями : учебно-методическое пособие / Н. Д. Золотарёва, Ю. А. Попов,
Н. Л. Семендяева, М. В. Федотов ; под редакцией М. В. Федотова. — 2-е изд., электрон. — М. : Лаборатория знаний,
2022. — 581 с. — (ВМК МГУ — школе). — Систем. требования:
Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст :
электронный.
ISBN 978-5-00101-955-8
Настоящее пособие составлено на основе задач вступительных
экзаменов по математике в МГУ имени М. В. Ломоносова и задач
Единого государственного экзамена преподавателями факультета
ВМК МГУ имени М. В. Ломоносова. Пособие содержит теоретический материал, подборку задач, а также идеи, указания (подсказки)
и решения задач.
Рекомендуется школьникам при подготовке к сдаче Единого государственного экзамена, абитуриентам при подготовке к поступлению как в МГУ, так и в другие вузы, учителям математики, репетиторам, руководителям кружков и факультативов, преподавателям
подготовительных курсов.
УДК 373.3:51
ББК 22.1я729

Деривативное издание на основе печатного аналога: Алгебра.
Основной курс с решениями и указаниями : учебно-методическое пособие / Н. Д. Золотарёва, Ю. А. Попов, Н. Л. Семендяева, М. В. Федотов ; под редакцией М. В. Федотова. — М. : Лаборатория знаний,
2018. — 576 с. : ил. — (ВМК МГУ — школе).
ISBN 978-5-00101-139-2.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений,
установленных
техническими
средствами
защиты
авторских
прав,
правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков
или выплаты компенсации

ISBN 978-5-00101-955-8

© Золотарёва Н. Д., Попов Ю. А.,
Семендяева Н. Л., Федотов М. В.,
2018

© Лаборатория знаний, 2018

Оглавление

От редактора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8

Часть I. Теория и задачи
11

1.
Преобразование алгебраических выражений, простейшие уравнения
и неравенства
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11

1.1.
Формулы сокращённого умножения, преобразование алгебраических выражений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11

1.2.
Сравнение чисел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14

1.3.
Модуль числа и алгебраического выражения, уравнения и неравенства с модулем
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15

1.4.
Квадратный трёхчлен, разложение квадратного трёхчлена на
множители, квадратные уравнения и неравенства, теорема
Виета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19

2.
Рациональные и иррациональные уравнения и неравенства, простейшие системы уравнений
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23

2.1.
Рациональные уравнения и неравенства, метод интервалов . .
23

2.2.
Простейшие системы уравнений. Подстановка и исключение
переменных при решении систем уравнений . . . . . . . . . . .
26

2.3.
Радикалы. Иррациональные уравнения и неравенства, равносильные преобразования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29

2.4.
Смешанные задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33

3.
Преобразование тригонометрических выражений, стандартные тригонометрические уравнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34

3.1.
Соотношения между тригонометрическими функциями одного и того же аргумента, формулы двойного и половинного
аргументов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34

3.2.
Простейшие тригонометрические уравнения. Разложение на
множители, сведение к квадратному уравнению . . . . . . . .
37

3.3.
Применение тригонометрических формул для сведения уравнений к простейшим
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40

3.4.
Различные задачи на отбор корней . . . . . . . . . . . . . . . .
44

4.
Стандартные текстовые задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46

4.1.
Пропорциональные величины . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46

4.2.
Арифметическая и геометрическая прогрессии . . . . . . . . .
48

4.3.
Скорость, движение и время . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51

4.4.
Работа и производительность . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55

4.5.
Проценты, формула сложного процента . . . . . . . . . . . . .
56

5.
Стандартные показательные и логарифмические уравнения и неравенства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58

5.1.
Преобразование логарифмических выражений. Сравнение логарифмических и показательных значений
. . . . . . . . . . .
58

5.2.
Простейшие показательные уравнения и неравенства, равносильные преобразования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62

5.3.
Простейшие логарифмические уравнения и неравенства, равносильные преобразования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
66

5.4.
Смешанные задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
70

6.
Линейные и однородные тригонометрические уравнения, системы
тригонометрических уравнений, использование ограниченности тригонометрических функций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71

6.1.
Линейные тригонометрические уравнения, метод вспомогательного аргумента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71

6.2.
Однородные тригонометрические уравнения второй степени,
замена тригонометрических выражений . . . . . . . . . . . . .
74

6.3.
Системы тригонометрических уравнений
. . . . . . . . . . . .
77

6.4.
Использование ограниченности тригонометрических функций, оценочные неравенства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82

7.
Изображение множества точек на координатной плоскости, использование графических иллюстраций в уравнениях и неравенствах
различных типов
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86

7.1.
Геометрические места точек, графики функций, правила линейных преобразований графиков
. . . . . . . . . . . . . . . .
86

7.2.
Плоские геометрические фигуры, применение метода координат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91

7.3.
Использование графических иллюстраций при решении уравнений и неравенств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93

8.
Элементы математического анализа
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96

8.1.
Производная, её геометрический и физический смысл. Производные элементарных функций, основные правила дифференцирования функций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96

8.2.
Исследование функций с помощью производной . . . . . . . . 100

8.3.
Первообразные элементарных функций, основные правила
нахождения первообразных. Вычисление площади плоской
фигуры с помощью первообразной . . . . . . . . . . . . . . . . 104

9.
Текстовые задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
9.1.
Скорость, движение и время . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

9.2.
Арифметическая и геометрическая прогрессии . . . . . . . . . 110

9.3.
Концентрация, смеси и сплавы, массовые и объёмные доли
. 113

9.4.
Целые числа, перебор вариантов, отбор решений . . . . . . . . 116

10.
Раскрытие модулей в уравнениях и неравенствах различных видов . 119
10.1.
Различные приёмы раскрытия модулей, системы уравнений
и неравенств с модулями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

10.2.
Раскрытие модулей в тригонометрических уравнениях . . . . 124

10.3.
Раскрытие модулей в показательных и логарифмических
уравнениях и неравенствах
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

11.
Разложение на множители и расщепление в уравнениях и неравенствах различных видов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
11.1.
Понятие расщепления, равносильные преобразования . . . . . 129

11.2.
Расщепление в тригонометрических уравнениях и неравенствах
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

11.3.
Расщепление в показательных и логарифмических уравнениях и неравенствах, модифицированный метод интервалов
. . 136

11.4.
Смешанные задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

Часть II. Указания и решения
143

1.
Преобразование алгебраических выражений, простейшие уравнения
и неравенства
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

1.1.
Формулы сокращённого умножения, преобразование алгебраических выражений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

1.2.
Сравнение чисел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

1.3.
Модуль числа и алгебраического выражения, уравнения и неравенства с модулем
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

1.4.
Квадратный трёхчлен, разложение квадратного трёхчлена на
множители, квадратные уравнения и неравенства, теорема
Виета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

2.
Рациональные и иррациональные уравнения и неравенства, простейшие системы уравнений
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

2.1.
Рациональные уравнения и неравенства, метод интервалов . . 168

2.2.
Простейшие системы уравнений. Подстановка и исключение
переменных при решении систем уравнений . . . . . . . . . . . 179

2.3.
Радикалы. Иррациональные уравнения и неравенства, равносильные преобразования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

2.4.
Смешанные задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

3.
Преобразование тригонометрических выражений, стандартные тригонометрические уравнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
3.1.
Соотношения между тригонометрическими функциями одного аргумента, формулы двойного и половинного аргументов . 218

3.2.
Простейшие тригонометрические уравнения. Разложение на
множители, сведение к квадратному уравнению . . . . . . . . 223

3.3.
Применение тригонометрических формул для сведения уравнений к простейшим
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

3.4.
Различные задачи на отбор корней . . . . . . . . . . . . . . . . 243

4.
Стандартные текстовые задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
4.1.
Пропорциональные величины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

4.2.
Арифметическая и геометрическая прогрессии . . . . . . . . . 259

4.3.
Скорость, движение и время . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271

4.4.
Работа и производительность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281

4.5.
Проценты, формула сложного процента . . . . . . . . . . . . . 285

5.
Стандартные показательные и логарифмические уравнения и неравенства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
5.1.
Преобразование логарифмических выражений. Сравнение логарифмических и показательных значений
. . . . . . . . . . . 290

5.2.
Простейшие показательные уравнения и неравенства, равносильные преобразования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298

5.3.
Простейшие логарифмические уравнения и неравенства, равносильные преобразования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311

5.4.
Смешанные задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329

6.
Линейные и однородные тригонометрические уравнения, системы
тригонометрических уравнений, использование ограниченности тригонометрических функций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
6.1.
Линейные тригонометрические уравнения, метод вспомогательного аргумента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343

6.2.
Однородные тригонометрические уравнения второй степени,
замена тригонометрических выражений . . . . . . . . . . . . . 351

6.3.
Системы тригонометрических уравнений
. . . . . . . . . . . . 356

6.4.
Использование ограниченности тригонометрических функций, оценочные неравенства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371

7.
Изображение множества точек на координатной плоскости, использование графических иллюстраций в уравнениях и неравенствах
различных типов
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380

7.1.
Геометрические места точек, графики функций, правила линейных преобразований графиков
. . . . . . . . . . . . . . . . 380

7.2.
Плоские геометрические фигуры, применение метода координат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388

7.3.
Использование графических иллюстраций при решении уравнений и неравенств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397

8.
Элементы математического анализа
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408

8.1.
Производная, её геометрический и физический смысл. Производные элементарных функций, основные правила дифференцирования функций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408

8.2.
Исследование функций с помощью производной . . . . . . . . 411

8.3.
Первообразные элементарных функций, основные правила
нахождения первообразных. Вычисление площади плоской
фигуры с помощью первообразной . . . . . . . . . . . . . . . . 419

9.
Текстовые задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
9.1.
Скорость, движение и время . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425

9.2.
Арифметическая и геометрическая прогрессии . . . . . . . . . 433

9.3.
Концентрация, смеси и сплавы, массовые и объёмные доли
. 441

9.4.
Целые числа, перебор вариантов, отбор решений . . . . . . . . 450

10.
Раскрытие модулей в уравнениях и неравенствах различных видов . 460
10.1.
Различные приёмы раскрытия модулей, системы уравнений
и неравенств с модулями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460

10.2.
Раскрытие модулей в тригонометрических уравнениях . . . . 472

10.3.
Раскрытие модулей в показательных и логарифмических
уравнениях и неравенствах
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482

11.
Разложение на множители и расщепление в уравнениях и неравенствах различных видов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
11.1.
Понятие расщепления, равносильные преобразования . . . . . 492

11.2.
Расщепление в тригонометрических уравнениях и неравенствах
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504

11.3.
Расщепление в показательных и логарифмических уравнениях и неравенствах, модифицированный метод интервалов
. . 520

11.4.
Смешанные задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534

Варианты ДВИ МГУ последних лет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
Ответы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
Список литературы
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 576

От редактора

Уважаемый читатель, Вы держите в руках одну из книг серии «ВМК МГУ – школе». Учебно-методические пособия, входящие в эту серию, являются результатом
более чем десятилетнего труда коллектива авторов, работающих на подготовительных курсах факультета Вычислительной математики и кибернетики (ВМК)
МГУ имени М. В. Ломоносова. Сначала были созданы пособия для очных подготовительных курсов, затем были разработаны электронные версии учебников,
используемые при дистанционном обучении. На основе этого опыта подготовлена серия книг для старшеклассников, одной из которых и является настоящее
пособие.
Сейчас изданы пособия по алгебре, геометрии и физике. По каждому предмету
вышли два пособия: основной курс и углубленный курс, содержащий сложные задачи единого государственного экзамена и нестандартные задачи вступительных
экзаменов в вузы (в основном это задачи различных факультетов МГУ имени
М. В. Ломоносова). Основной курс содержит все разделы соответствующего предмета, необходимые для решения задач первой части ЕГЭ и некоторых задач второй
части, а также первой половины задач вариантов вступительных экзаменов в вузы. Углубленный курс содержит задачи, научившись решать которые, вы сможете
решать все задачи ЕГЭ и все или почти все задачи олимпиад и вступительных экзаменов в вузы (за отведённое время можно просто физически не успеть решить
все задачи).
В серии «ВМК МГУ – школе» вышли два пособия по информатике. Первое
рекомендуется в качестве пособия при подготовке к ЕГЭ по информатике и ИКТ.
Разделы этого пособия соответствуют темам, включенным в ЕГЭ. Второе – пособие по программированию – поможет вам подготовиться к экзамену по информатике, научиться решать задачи по программированию на языке Паскаль.
Отличительной особенностью наших пособий является то, что наряду
с традиционными составляющими (теоретический раздел, примеры с решениями,
задачи для самостоятельного решения) мы предлагаем решения всех предложенных задач с идеями и последовательными подсказками, помогающими решить
задачу оптимальным способом без посторонней помощи. Это позволит ученику
самостоятельно продвигаться в решении задачи так, как если бы за его спиной
стоял учитель и направлял ход его мысли при решении трудных задач. Конечно,
мы понимаем, что настоящего учителя не может заменить никакая книга, но если
учителя рядом нет, то, как показал опыт наших дистанционных подготовительных курсов, наличие грамотных подсказок помогает учащимся самостоятельно
научиться решать задачи. С помощью нашего пособия приобретение такого опыта
учениками будет значительно облегчено. С другой стороны, наши пособия помогут молодым учителям вести занятия. Мы знаем на собственном опыте, что не
всегда легко направлять ученика так, чтобы он сам догадался, как решить задачу. Второй особенностью наших пособий является спиралевидная схема
подачи материала, когда каждая тема повторяется несколько раз, причём каждый раз на более сложном уровне, чем в предыдущий. Это позволяет не забывать
пройденный материал и постепенно подходить к сложным задачам.

Заместитель декана по учебной работе
факультета ВМК МГУ имени М. В. Ломоносова
М. В. Федотов

Предисловие

До 2017 года «основной курс» назывался «базовым курсом», но в связи с разделением ЕГЭ на базовый и профильный уровни, во избежание путаницы наш
«базовый курс» был переименован в «основной курс».
«Основной курс» рассчитан на закрепление школьного материала по алгебре
и приобретение навыков, необходимых для решения задач ЕГЭ и стандартных
задач вступительных экзаменов в вуз.
Предлагаемый курс изначально не предполагает знаний, выходящих за рамки базовой школьной программы. Все приёмы, необходимые для решения задач,
демонстрируются по ходу изучения материала.
Задачи в разделах расположены по принципу «от простого – к сложному».
Аналогичная ситуация имеет место и с последовательностью разделов, поэтому сами разделы и задачи в разделах рекомендуется изучать в предложенном порядке.
Приступать к решению задач надо после изучения соответствующего теоретического материала и разбора примеров. Если самостоятельное решение задачи вызывает трудности, рекомендуется воспользоваться системой указаний (подсказок).
В случае, если Вам не удалось получить правильный ответ или у Вас возникли
сомнения в правильности Вашего решения, рекомендуется изучить решение, предложенное авторами.
При составлении пособия авторы придерживались спиралевидного принципа
подачи материала: сначала предлагаются простые задачи по всем основным разделам математики и методы их решения, затем рассматриваются более сложные
задачи, для решения которых требуются более сложные методы или их комбинации. Это позволяет не только закрепить, но и осмыслить на новом уровне уже
пройденный материал. Такая схема обучения с успехом применяется на очных и
дистанционных подготовительных курсах факультета ВМК МГУ имени М. В. Ломоносова.
Каждый раздел пособия содержит теоретические основы, описание методов
решения задач, примеры применения методов и набор заданий для решения.
Запись (У) после номера задачи означает, что задача предлагалась на устном
экзамене по математике в МГУ.
Для задач письменного экзамена сначала идет сокращенное название факультета, затем – год, в котором была задача (если после года в скобках идет цифра
1 или 2 – это значит, что эта задача была на весенней олимпиаде факультета; на
мехмате и физфаке весной проходили две олимпиады; на ВМК, геологическом, химическом, географическом факультетах и факультете почвоведения – одна олимпиада весной). После точки идет номер задачи в варианте (обычно, чем больше
номер, тем сложнее задача в данном варианте). Например, (ВМК-98.3) означает,
что задача была в 1998 году летом на вступительных экзаменах на факультете
ВМК, третьим номером в варианте, а (М/м-97(2).1) означает, что задача была в
1997 году на второй весенней олимпиаде механико-математического факультета
первым номером в варианте.

Сокращения названий факультетов, принятые в данной книге

М/м – механико-математический факультет,
ВМК – факультет Вычислительной математики и кибернетики (.Б – отделение
бакалавров по прикладной математике, .И – отделение бакалавров по информационным технологиям),
Физ – физический факультет,
Хим – химический факультет,
ВКНМ – Высший колледж наук о материалах,
ФНМ – факультет наук о материалах (до 2000 года – ВКНМ)
Биол – биологический факультет,
Почв – факультет почвоведения,
Геол – геологический факультет (.ОГ – отделение общей геологии),
Геогр – географический факультет,
Экон – экономический факультет (.М – отделение менеджмента, .К – отделение
экономической кибернетики, .В – вечернее отделение),
ВШБ – Высшая школа бизнеса,
Псих – факультет психологии,
Фил – философский факультет,
Филол – филологический факультет,
Соц – социологический факультет,
ИСАА – Институт стран Азии и Африки,
ФГУ – факультет государственного управления (отделение «Антикризисное управление»),
ЧФ – Черноморский филиал МГУ (г. Севастополь).

Используемые обозначения

{a} – множество, состоящее из одного элемента a;
∪ – объединение;
∩ – пересечение;
∅ – пустое множество;
∈ – знак принадлежности;
⊂ – знак включения подмножества;
∀ – для любого;
A\B – разность множеств A и B;
=⇒ – следовательно;
⇐⇒ – тогда и только тогда;
N – множество всех натуральных чисел;
N0 = N ∪ {0};
Z – множество всех целых чисел;
Q – множество всех рациональных чисел;
R – множество всех действительных чисел;
ОДЗ – область допустимых значений;
...
– знак системы, означающий, что должны выполняться все
...
условия, объединённые этим знаком;
...
– знак совокупности, означающий, что должно выполняться
...
хотя бы одно из условий, объединённых этим знаком.

Рекомендуется школьникам при подготовке к сдаче единого государственного
экзамена, абитуриентам при подготовке к поступлению как в МГУ, так и другие
вузы, учителям математики, репетиторам, руководителям кружков и факультативов, преподавателям подготовительных курсов.

Желаем удачи!