Matematica scuola secondaria 1° grado: Identità ed equazioni

Iniziamo prendendo in esame alcuni enunciati veri ed esprimendoli in termini matematici, usando x per indicare il numero:

a) La differenza tra un numero e zero è uguale al numero stesso

x – 0 = x

b) Il prodotto di un numero per zero è uguale a zero

x ^. 0 = 0

c) Un numero moltiplicato per se stesso tre volte è uguale al suo cubo

x ^. x ^. x = x³

Abbiamo ottenuto delle uguaglianze tra espressioni letterali, sempre vere, qualunque sia il valore assegnato. Infatti:

a) per x = 5 abbiamo 5 – 0 = 5

per x = - 3 abbiamo -3 - 0 = - 3

per x = 3/5 abbiamo 3/5 – 0 = 3/5

b) per x = 6 abbiamo 6 x 0 = 0

per x = - 5 abbiamo - 5^. 0 = - 3

per x = 1/4 abbiamo 1/4 ^. 0 = 0

c) per x = 4 abbiamo 4 x 4 x 4 = 4³

per x = - 2 abbiamo (- 2) (- 2) (-2) = - 2³

per x = 1/3 abbiamo (1/3) (1/3) (1/3) = (1/3)³

Possiamo affermare che queste uguaglianze che esprimono in termini matematici enunciati veri si dicono identità. Quindi l’identità è un’uguaglianza fra due espressioni verificata per qualunque valore delle lettere presenti.

Prendiamo ora in esame alcuni enunciati aperti ed esprimiamoli in termini matematici, usando x per indicare il numero:

a) La differenza tra un numero e tre è uguale a quattro

x – 3 = 4

b) Il prodotto di un numero per due è uguale a dieci

x ^. 2 = 10

c) Il quadrato di un numero è uguale a 36

x² = 36

Abbiamo ottenuto delle uguaglianze tra espressioni letterali, vere solo per alcuni valori di x. Infatti:

a) se x = 7 abbiamo 7 – 3 = 4 l’uguaglianza è vera

per x = 5 abbiamo 5 - 3 = 4 l’uguaglianza è falsa

b) per x = 5 abbiamo 5 x 2 = 10 l’uguaglianza è vera

per x = - 5 abbiamo - 5^. 2 = 10 l’uguaglianza è falsa

c) per x = 6 abbiamo 6² = 36 l’uguaglianza è vera

per x = 7 abbiamo 7² = 36 l’uguaglianza è falsa

Possiamo affermare che queste uguaglianze che esprimono in termini matematici enunciati aperti e che sono soddisfatte solo per determinati valori, si dicono equazioni. Quindi l’equazione è un’uguaglianza fra due espressioni verificata solo per determinati valori delle lettere presenti.

Vediamo ora la corretta terminologia, considerando ad esempio la seguente equazione

xy – 3x = 6 – 3x

Vediamo che l’equazione è composta da due espressioni letterali, dette rispettivamente 1° e 2° membro dell’equazione.

Le lettere presenti nell’equazione sono dette incognite, mentre i termini che non contengono le incognite sono detti termini noti.

A seconda del numero di lettere diverse presenti in una equazione si parla di equazione a una, a due, a tre, a …. incognite. Nell’esempio sopra abbiamo un’equazione a due incognite.

15 x + 13 = x – 1 è un’equazione ad una incognita.

Il grado di un’equazione si determina individuando il grado più elevato dei monomi che formano l’equazione: 4x² – x = 0 è un’equazione di 2° grado; x²y + y⁴ = 10 è un’equazione di 4° grado.

La soluzione di un’equazione è data dal calcolo dei valori delle incognite che rendono vera l’equazione.

Dobbiamo ora considerare i principi di equivalenza delle equazioni.

Il 1° principio di equivalenza permette di addizionare o sottrarre ai due membri di un’equazione lo stesso numero o una espressione algebrica contenente l’incognita, ottenendo un’equazione equivalente a quella data.

Consideriamo l’equazione 5x + 2 = 17. La soluzione dell’equazione è x = 3. Infatti:

5^.3 + 2 = 17

Applichiamo ora il 1° principio di equivalenza aggiungendo ad entrambi i membri un numero, ad esempio il numero 4. Otteniamo:

5x + 2 + 4 = 17 + 4 e vediamo che la soluzione è ancora x = 3. Infatti

5^. 3 + 2 + 4 = 17 + 4

Proviamo ora a togliere uno stesso numero, ad esempio 2. Otteniamo:

5x + 2 – 2 = 17 – 2 e notiamo che la soluzione è ancora x = 3. Consideriamo meglio questo esempio:

Confrontiamo questa equazione con quella di partenza, sapendo che sono equivalenti:

5x + 2 = 17

5x = 17 – 2

Notiamo che abbiamo spostato il termine noto dal 1° al 2° membro, cambiandolo di segno.

Possiamo dunque affermare che, in ogni equazione, un termine può essere spostato da un membro all’altro cambiandolo di segno.

Vediamo un esempio

3x – 4 – 2x = 26 – 5x è equivalente a 3x – 2x + 5x = 4 + 26 e cioè 6x = 30

Consideriamo un altro esempio

4x - 6 + 2x = 2x + 6 è equivalente a 4x + 2x – 2x = 6 + 6 e cioè 4x = 12

Se confrontiamo 4x + 2x – 2x = 6 + 6 e 4x = 12 vediamo che in pratica abbiamo eliminato + 2x che era presente in entrambi i membri dell’equazione. Possiamo dunque affermare che in un’equazione possiamo eliminare eventuali termini uguali presenti sia nel 1° che nel 2° membro.

Ora consideriamo il 2° principio di equivalenza delle equazioni.

Il 2° principio di equivalenza permette di moltiplicare o dividere i due membri di un’equazione per uno stesso numero (diverso da zero), ottenendo un’equazione equivalente a quella data.

Consideriamo l’equazione x – 2 = 14

Moltiplichiamo entrambi i membri per -1. Otteniamo

-1 ^. (x – 2) = -1^. 14 cioè –x + 2 = -14

Questa equazione è equivalente a quella di partenza: possiamo notare come siano cambiati i segni di tutti i termini dell’equazione.

Affermiamo dunque che possiamo ottenere un’equazione equivalente a quella data cambiando il segno di tutti i suoi termini.

Consideriamo ora un’equazione a termini frazionari. Ad esempio:

Notiamo che otteniamo un’equazione equivalente a quella di origine ma ridotta a forma intera.

Possiamo dunque affermare che, data un’equazione a termini frazionari, possiamo ottenere un’equazione equivalente a quella data e ridotta a forma intera moltiplicando ciascun termine dell’equazione per il m.c.m. di tutti i denominatori.

Sintetizzando tutto il lungo discorso possiamo dire