Che cos'è il modulo
Spesso, in
fisica e
matematica, ci si trova d'avanti a delle grandezze che non possono essere
negative, ad esempio il
tempo, la
massa e così via.
Serve dunque uno strumento matematico che ci assicura la
positività di una grandezza. Questo strumento prende il nome di
modulo o
valore assoluto, definito nel seguente modo
$$ |x|=\left\{\begin{matrix}
+x\hspace{3mm}se\hspace{3mm}x>0 \\
0\hspace{3mm}se\hspace{3mm}x=0 \\
-x\hspace{3mm}se\hspace{3mm}x<{0}
\end{matrix}\right. $$
In sostanza il
modulo cambia di segno un valore se esso è negativo, altrimenti lo lascia invariato.
Equazioni con un modulo
Una
equazione con un modulo è una equazione dove l'incognita compare anche in un modulo. Per capire come procedere in questo caso, è conveniente discutere un esempio concreto, per poi schematizzare il procedimento.
Esempio
Risolvere la seguente equazione con un modulo
\( |x-2|=2x-5 \)
L'espressione \(x-2\) non sappiamo a priori se è positiva o negativa. Dalla definizione di modulo sappiamo che se la quantità è positiva rimane invariata, se è negativa bisogna cambiare di segno. Bisogna dunque studiare il
segno dell'espressione che risiede all'interno del modulo, per capire dove è positiva e dove è negativa
$$ x-2\geq 0\Rightarrow x\geq 2 $$
L'espressione è positiva per valori superiori a \(2\). Bisogna distinguere due casi, uno dove è positiva l'altro dove è negativa.
CASO 1 \(\rightarrow\) \(x\geq 2\): In questo caso possiamo togliere il modulo lasciando l'espressione invariata, dunque
$$ x-2=2x-5 $$
Risolviamo l'equazione di primo grado
$$ -2+5=2x-x\Rightarrow x=3 $$
$$ -2+5=2x-x\Rightarrow x=3 $$
$$ -2+5=2x-x $$ $$ \Downarrow $$ $$ x=3 $$
La soluzione è
accettabile, in quanto rispetta la condizione \(x\geq 2\).
CASO 2 \(\rightarrow\) \(x< 2\): In questo caso possiamo togliere il modulo cambiando di segno l'espressione al suo interno, dunque
$$ -x+2=2x-5 $$
Risolviamo l'equazione di primo grado
$$ 2+5=2x+x\Rightarrow x=\frac{7}{3} $$
$$ 2+5=2x+x\Rightarrow x=\frac{7}{3} $$
$$ 2+5=2x+x\Rightarrow x=\frac{7}{3} $$
La soluzione non è
accettabile, in quanto non rispetta la condizione \(x< 2\), infatti
\(\frac{7}{3}\) è più grande di \(2\).
La soluzione dell'equazione è
$$ x=3 $$
Da memorizzare!
Passi per risolvere una equazione con un modulo
- Studiare il segno dell'argomento del modulo, ponendolo maggiore o uguale di zero;
- Considerare i due casi. Uno dove l'argomento è positivo, l'altro dove è negativo;
- Nel caso di argomento positivo bisogna risolvere l'equazione così com'è, togliendo il modulo;
- Nel caso di argomento negativo bisogna risolvere l'equazione cambiando il segno dello stesso, togliendo il modulo;
- Verificare infine se le soluzioni trovate sono accettabili.
In questo tipo di equazioni è possibile trovare una soluzione, due soluzioni oppure zero soluzioni.
Equazioni con due moduli
Una
equazione con due moduli è una equazione dove l'incognita compare anche in due moduli. Il procedimento è molto simile a quello visto poco fa, l'unica cosa che cambia è che in questo caso abbiamo due argomenti da valutare e dunque avremo tre casi da studiare.
Esempio
Risolvere la seguente equazione con due moduli
\( |2x-3|-|1-2x|+x=4 \)
\( |2x-3|-|1-2x|+x=4 \)
\( |2x-3|-|1-2x|+x=4 \)
Bisogna studiare il segno di \(2x-3\) e di \(1-2x\)
$$ 2x-3\geq 0\Rightarrow x\geq\frac{3}{2} $$
$$ 1-2x\geq 0\Rightarrow x\leq\frac{1}{2} $$
Sintetizziamo in un grafico il segno di questi due argomenti in base ai due punti appena trovati
Si sono generati, con due punti, tre intervalli e dunque tre casi da esaminare.
CASO 1 \(\rightarrow\) \(x< \frac{1}{2}\): In questo caso il primo argomento risulta negativo, dunque va cambiato di segno, mentre il secondo è positivo, rimane com'è
$$ -2x+3-(1-2x)+x=4 $$
$$ -2x+3-(1-2x)+x=4 $$
$$ -2x+3-(1-2x)+x=4 $$
$$ \downarrow $$
$$ -2x+2x+x=-3+1+4 $$
$$ -2x+2x+x=-3+1+4 $$
$$ -2x+2x+x=-3+1+4 $$
$$ \downarrow $$
$$ x=2 $$
La soluzione non è
accettabile in quanto \(2\) non risulta più piccolo di
\(\frac{1}{2}\).
CASO 2 \(\rightarrow\) \(\frac{1}{2}\leq x< \frac{3}{2}\): In questo caso sono entrambi negativi, dunque bisogna cambiarli di segno
$$ -2x+3-(-1+2x)+x=4 $$
$$ -2x+3-(-1+2x)+x=4 $$
$$ -2x+3-(-1+2x)+x=4 $$
$$ \downarrow $$
$$ -2x-2x+x=-3-1+4 $$
$$ -2x-2x+x=-3-1+4 $$
$$ -2x-2x+x=-3-1+4 $$
$$ \downarrow $$
$$ -3x=0\Rightarrow x=0 $$
La soluzione non è
accettabile in quanto \(0\) non risulta nell'intervallo
\(\frac{1}{2}\leq x< \frac{3}{2}\).
CASO 3 \(\rightarrow\) \( x\geq \frac{3}{2}\): In questo caso il primo argomento è positivo mentre il secondo è negativo
$$ 2x-3-(-1+2x)+x=4 $$
$$ 2x-3-(-1+2x)+x=4 $$
$$ 2x-3-(-1+2x)+x=4 $$
$$ \downarrow $$
$$ 2x-2x+x=+3-1+4 $$
$$ 2x-2x+x=+3-1+4 $$
$$ 2x-2x+x=+3-1+4 $$
$$ \downarrow $$
$$ x=6 $$
La soluzione è
accettabile in quanto \(6\) risulta più grande di
\(\frac{3}{2}\).
La soluzione dell'equazione è dunque
$$ x=6 $$
Da memorizzare!
Passi per risolvere una equazione con due moduli
- Studiare il segno dei due argomenti dei moduli, ponendoli maggiori o uguali di zero;
- Considerare i tre casi studiando il relativo grafico con tre intervalli;
- Nel caso di argomento positivo bisogna risolvere l'equazione così com'è, togliendo il modulo;
- Nel caso di argomento negativo bisogna risolvere l'equazione cambiando il segno dello stesso, togliendo il modulo;
- Verificare infine se le soluzioni trovate sono accettabili.
In questo tipo di equazioni è possibile trovare zero soluzioni, una soluzione, due soluzioni o tre soluzioni.