Тождества, определение, обозначение, примеры

Эта статья дает начальное представление о тождествах. Здесь мы определим тождество, введем используемое обозначение, и, конечно же, приведем различные примеры тождеств.

Что такое тождество?

Логично начать изложение материала с определения тождества. В учебнике Макарычева Ю. Н. алгебра для 7 классов определение тождества дается так:

При этом автор сразу оговаривается, что в дальнейшем это определение будет уточнено. Это уточнение происходит в 8 классе, после знакомства с определением допустимых значений переменных и ОДЗ. Определение становится таким:

Так почему, определяя тождество, в 7 классе мы говорим про любые значения переменных, а в 8 классе начинаем говорить про значения переменных из их ОДЗ? До 8 класса работа ведется исключительно с целыми выражениями (в частности, с одночленами и многочленами), а они имеют смысл для любых значений входящих в них переменных. Поэтому в 7 классе мы и говорим, что тождество – это равенство, верное при любых значениях переменных. А в 8 классе появляются выражения, которые уже имеют смысл не для всех значений переменных, а только для значений из их ОДЗ. Поэтому тождествами мы начинаем называть равенства, верные при всех допустимых значениях переменных.

Итак, тождество – это частный случай равенства. То есть, любое тождество является равенством. Но не всякое равенство является тождеством, а только такое равенство, которое верно для любых значений переменных из их области допустимых значений.

Знак тождества

Известно, что в записи равенств используется знак равенства вида «=», слева и справа от которого стоят некоторые числа или выражения. Если к этому знаку добавить еще одну горизонтальную черту, то получится знак тождества «≡», или как его еще называют знак тождественного равенства.

Знак тождества обычно применяют лишь тогда, когда нужно особо подчеркнуть, что перед нами не просто равенство, а именно тождество. В остальных случаях записи тождеств по виду ничем не отличаются от равенств.

Примеры тождеств

Пришло время привести примеры тождеств. В этом нам поможет определение тождества, данное в первом пункте.

Числовые равенства 2=2 и  являются примерами тождеств, так как эти равенства верные, а любое верное числовое равенство по определению является тождеством. Их можно записать как 2≡2 и .

Тождествами являются и числовые равенства вида 2+3=5 и 7−1=2·3, так как эти равенства являются верными. То есть, 2+3≡5 и 7−1≡2·3.

Переходим к примерам тождеств, содержащих в своей записи не только числа, но и переменные.

Рассмотрим равенство 3·(x+1)=3·x+3. При любом значении переменной x записанное равенство является верным в силу распределительного свойства умножения относительно сложения, поэтому, исходное равенство является примером тождества. Вот еще один пример тождества: y·(x−1)≡(x−1)·x:x·y²:y, здесь область допустимых значений переменных x и y составляют все пары (x, y), где x и y — любые числа, кроме нуля.

А вот равенства x+1=x−1 и a+2·b=b+2·a не являются тождествами, так как существуют значения переменных, при которых эти равенства будут неверны. Например, при x=2 равенство x+1=x−1 обращается в неверное равенство 2+1=2−1. Более того, равенство x+1=x−1 вообще не достигается ни при каких значениях переменной x. А равенство a+2·b=b+2·a обратится в неверное равенство, если взять любые различные значения переменных a и b. К примеру, при a=0 и b=1 мы придем к неверному равенству 0+2·1=1+2·0. Равенство |x|=x, где |x| — модуль переменной x, также не является тождеством, так как оно неверно для отрицательных значений x.

Примерами наиболее известных тождеств являются основное тригонометрическое тождество вида sin²α+cos²α=1 и основное логарифмическое тождество a^log_ab=b.

В заключение этой статьи хочется отметить, что при изучении математики мы постоянно сталкиваемся с тождествами. Записи свойств действий с числами являются тождествами, например, a+b=b+a, 1·a=a, 0·a=0 и a+(−a)=0. Также тождествами являются свойства степеней, к примеру, a^m·aⁿ=a·m+n, свойства корней, например, , и т.д. Большинство известных формул также представляют собой тождества, в качестве примера приведем формулу, выражающую основное свойство дроби вида , а также одну из формул сокращенного умножения (a+b)²=a²+2·a·b+b².