Chapter 12: Miscellaneous Topics

Theory

Chapter 12 — Miscellaneous Topics

Number Types and Number Sets

Every number you work with in MYP mathematics belongs to one or more of the standard number sets. Understanding where a number fits helps you answer classification questions on the exam.

The Number Sets

SymbolNameDescriptionExamples
NNatural numbersThe counting numbers1, 2, 3, 4, 5, ...
ZIntegersNatural numbers, their negatives, and zero$..., -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, ...$
QRational numbersExpressible as a fraction of two integers$7, -3, 0.5, 0.75, 0.333...$
Irrational numbersNumbers that cannot be written as a fraction of two integers$\sqrt{2}, \sqrt{7}, \pi , e$
RReal numbersAll rational and irrational numbers togetherEvery number on the number line

Set Containment

Every natural number is an integer, every integer is rational, and every rational number is real:

N ⊂ Z ⊂ Q ⊂ R

Nested number sets: N inside Z inside Q inside R, with irrationals in R but outside Q

Rational Numbers — Key Facts

A number is rational if it can be expressed as a fraction of two integers (with denominator not equal to zero).

This includes:

Examples of rational numbers:

$$7 = \frac{7}{1} \qquad \text{(integer written as fraction)}$$

$$-3 = \frac{-3}{1} \qquad \text{(negative integer)}$$

$$\frac{3}{4} = 0.75 \qquad (fraction = \text{terminating decimal })$$

$$\frac{1}{3} = 0.333... \qquad (fraction = \text{recurring decimal })$$

$$\frac{22}{7} \approx 3.142857142857... \qquad (fraction = \text{recurring decimal })$$

Irrational Numbers — Key Facts

Numbers that cannot be written in rational form are called irrational numbers.

The decimal expansion of an irrational number goes on forever without repeating.

How to Classify a Number

Ask yourselfIf YES →If NO →
Is it a counting number (1, 2, 3, ...)?N (and also Z, Q, R)Keep checking
Is it a whole number or its negative (including zero)?Z (and also Q, R)Keep checking
Can it be written as a fraction of two integers?Q (and also R)It is irrational (still R)

Example 1: Classify each number. State ALL sets it belongs to.

NumberSetsReason
5N, Z, Q, RNatural number
$-3$Z, Q, RInteger, not natural
$\displaystyle \frac{2}{3}$Q, RRational, not an integer
$\sqrt{9} = 3$N, Z, Q, RSimplifies to a natural number
$\sqrt{5}$R onlyIrrational (5 is not a perfect square)
0Z, Q, RInteger; by convention 0 is not in N
$\pi $R onlyIrrational
$-0.75$Q, RRational (equals −3 over 4), not an integer

Part 1: Radicals (Surds)

1.1 What Is a Radical?

A radical is a number written using the radical sign √. The expression √a is read as "the square root of a."

Some radicals simplify to rational numbers:

These are rational because the number under the radical sign is a perfect square.

Other radicals do NOT simplify to a nice fraction or terminating decimal:

These are irrational — their decimal expansions go on forever without repeating. Irrational radicals are also called surds.

TypeExamplesWhy?
Rational radical$\sqrt{4}, \sqrt{9}, \sqrt{25}, \sqrt{1/4}$Perfect squares — simplify to a fraction
Irrational radical (surd)$\sqrt{2}, \sqrt{3}, \sqrt{5}, \sqrt{7}$Not perfect squares — infinite non-repeating decimal
Пояснение: Что такое радикал

Радикал (корень) — это способ записи числа через знак √. Главное: если под корнем полный квадрат (4, 9, 25...), результат рациональный; если нет (2, 3, 7...) — иррациональный (сурд). На экзамене часто просят определить, рациональное число или нет — именно этот признак и нужен.

1.2 Square Roots — Definition

The square root of a (written √a) is the positive number that, when squared, gives a.

$$\sqrt{a} \times \sqrt{a} = a \qquad \text{(where a is non-negative)}$$

Key points:

❌ Common mistake: Writing √9 = ±3. The symbol √ always means the positive root. When solving x² = 9, we get x = ±3 — but that is because there are two solutions to the equation, not because √9 has two values.

✅ Correct: √9 = 3 (always positive). If x² = 9, then x = ±√9 = ±3.

Пояснение: Квадратный корень — определение

Квадратный корень √a — это ВСЕГДА положительное число. Частая ошибка на экзамене: написать √9 = ±3. Нет! √9 = 3. Знак ± появляется только когда решаешь уравнение x² = 9, потому что у уравнения два решения. Также помни: √a существует только при a ≥ 0 (в действительных числах).

Example 1: Evaluate each expression.

$$(a) \sqrt{49} = 7$$

$$(b) \sqrt{1/4} = \frac{1}{2}$$

$$(c) -\sqrt{25} = -5 \qquad \text{(the minus is outside the radical)}$$

Example 2: State whether each statement is true or false, and explain why.

(a) Statement: √0 = 0. This is True because 0 × 0 = 0.

(b) Statement: √(−4) = −2. This is False because the square root of a negative number is not real.

(c) Statement: (√7)² = 7. This is True by the definition of square root.


1.3 Radicals on a Number Line

We can locate surds on a number line using Pythagoras' theorem. The idea: if we construct a right-angled triangle whose hypotenuse has length √n, we can transfer that length onto the number line.

The method:

If n = a² + b², then a right-angled triangle with legs a and b has hypotenuse √n (by Pythagoras).

SurdDecompositionTriangle legs
$\sqrt{2}$$1^{2} + 1^{2} = 2$1 and 1
$\sqrt{5}$$1^{2} + 2^{2} = 5$1 and 2
$\sqrt{8}$$2^{2} + 2^{2} = 8$2 and 2
$\sqrt{10}$$1^{2} + 3^{2} = 10$1 and 3
$\sqrt{13}$$2^{2} + 3^{2} = 13$2 and 3

$\text{Construction steps } (for \sqrt{2}):$

  1. Draw a number line and mark 0 and 1.
  2. At the point 1, draw a perpendicular of length 1 upwards.
  3. Connect the origin (0) to the top of the perpendicular — this line has length √(1² + 1²) = √2.
  4. Using a compass centred at 0 with radius √2, draw an arc that meets the number line. This point is √2.
Constructing √2 and √5 on a number line

Example 3: How would you construct √5 on a number line?

We need two numbers whose squares add to 5: $1^{2} + 2^{2} = 5.$

  1. From the origin, mark the point 1 on the number line.
  2. At the point 1, draw a perpendicular of length 2 upwards.
  3. The line from the origin to the top of the perpendicular has length √(1² + 2²) = √5.
  4. Use a compass to transfer this length onto the number line.

Example 4: Between which two consecutive integers does √7 lie?

Since 2² = 4 and 3² = 9, and 4 < 7 < 9, we have 2 < √7 < 3.

More precisely: √7 ≈ 2.646, so √7 is between 2 and 3, closer to 3.

Example 5: Between which two consecutive integers does √40 lie?

Since 6² = 36 and 7² = 49, and 36 < 40 < 49, we have 6 < √40 < 7.

Пояснение: Радикалы на числовой прямой

Этот раздел показывает, что иррациональные числа — настоящие точки на числовой прямой, а не абстракция. Метод с теоремой Пифагора (построить прямоугольный треугольник с нужной гипотенузой) иногда встречается на экзамене как задача на построение. Практический навык: уметь быстро определить, между какими целыми числами лежит √n — сравни n с ближайшими полными квадратами.


1.4 Operations with Radicals — Adding and Subtracting

We add and subtract like radicals the same way we combine like terms in algebra.

In algebra: 3x + 2x = 5x (same variable → combine coefficients).

With radicals: 3√2 + 2√2 = 5√2 (same radicand → combine coefficients).

The rule:

$$a\sqrt{n} + b\sqrt{n} = (a + b)\sqrt{n}$$

$$a\sqrt{n} - b\sqrt{n} = (a - b)\sqrt{n}$$

You can only combine radicals with the same number under the radical sign (same radicand).

❌ Common mistake: √(a + b) = √a + √b — this is WRONG! You cannot split a radical over addition or subtraction.

✅ Check: √(9 + 16) = √25 = 5, but √9 + √16 = 3 + 4 = 7. Since 5 ≠ 7, the split does not work.

Example 6: Simplify each expression.

$$(a) 3\sqrt{5} + 4\sqrt{5} = 7\sqrt{5}$$

$$(b) 5\sqrt{3} - \sqrt{3} = 4\sqrt{3}$$

$$(c) 2\sqrt{7} + 3\sqrt{7} - \sqrt{7} = 4\sqrt{7}$$

Example 7: Simplify $6\sqrt{2} - 3\sqrt{3} + 2\sqrt{2} + 5\sqrt{3}$

Group like radicals:

$$= (6\sqrt{2} + 2\sqrt{2}) + (-3\sqrt{3} + 5\sqrt{3})$$

$$= 8\sqrt{2} + 2\sqrt{3}$$

This cannot be simplified further because √2 and √3 are unlike radicals.

Example 8: Simplify $3\sqrt{5} - 2\sqrt{5} + 4\sqrt{2} - \sqrt{2}$

$$= (3\sqrt{5} - 2\sqrt{5}) + (4\sqrt{2} - \sqrt{2})$$

$$= \sqrt{5} + 3\sqrt{2}$$

Example 9: Show that $\sqrt{7 - 2} \neq \sqrt{7} - \sqrt{2}$

$$\sqrt{7 - 2} = \sqrt{5} \approx 2.236$$

$$\sqrt{7} - \sqrt{2} \approx 2.646 - 1.414 = 1.232$$

Since 2.236 ≠ 1.232, we confirm that $\sqrt{7 - 2} \neq \sqrt{7} - \sqrt{2}$

This illustrates the critical rule: you cannot distribute the radical sign over addition or subtraction.

Пояснение: Сложение и вычитание радикалов

Работает точно как с переменными: 3√2 + 2√2 = 5√2, но √2 + √3 нельзя упростить (разные «подкоренные»). Главная ловушка на экзамене: √(a + b) НЕ равно √a + √b — это проверяют почти каждый год. Проверь себя: √(9+16) = √25 = 5, а √9 + √16 = 3 + 4 = 7. Не равны!

Practice

Chapter 12 — Practice Problems: Miscellaneous Topics

Block A: Radicals (Surds)

A1. Classify each radical as rational or irrational (surd):
(a) $\sqrt{36}$
(b) $\sqrt{10}$
(c) $\sqrt{1/9}$
(d) $\sqrt{50}$

A2. Evaluate (no calculator needed):
(a) $\sqrt{64}$
(b) $\sqrt{25/49}$
(c) $(\sqrt{11})^{2}$
(d) $-\sqrt{81}$

A3. Between which two consecutive integers does each surd lie?
(a) $\sqrt{3}$
(b) $\sqrt{20}$
(c) $\sqrt{50}$
(d) $\sqrt{90}$

A4. Simplify:
(a) $5\sqrt{3} + 2\sqrt{3}$
(b) $8\sqrt{5} - 3\sqrt{5}$
(c) $\sqrt{6} + 4\sqrt{6} - 2\sqrt{6}$
(d) $10\sqrt{2} - 7\sqrt{2} + \sqrt{2}$

A5. Simplify:
(a) $3\sqrt{2} + 5\sqrt{3} - \sqrt{2} + 2\sqrt{3}$
(b) $4\sqrt{7} - 2\sqrt{5} + 3\sqrt{5} - \sqrt{7}$
(c) $6\sqrt{10} + 2\sqrt{10} - 9\sqrt{10}$

A6. To construct √13 on a number line, we need two positive integers whose squares add up to 13. Find these two integers, and describe the triangle you would draw.

A7. Explain why √(9 + 16) ≠ √9 + √16 is a FALSE statement. Then find a different pair of numbers a and b where √(a + b) ≠ √a + √b.

A8. True or false? Justify each answer.
(a) $\sqrt{25} = \pm 5$
(b) $\sqrt{0} = 0$
(c) $\sqrt{2} + \sqrt{3} = \sqrt{5}$
(d) $3\sqrt{7} - 3\sqrt{7} = 0$

A9. Simplify fully:
(a) $2\sqrt{3} + 5\sqrt{2} - 3\sqrt{3} + \sqrt{2}$
(b) $7\sqrt{5} - \sqrt{5} + 4\sqrt{5}$

A10. A student writes: "√(a − b) = √a − √b for all positive a, b." Disprove this claim by choosing specific values of a and b and showing that the two sides are not equal.


Подробные решения с объяснениями на русском

Block A

A1. Определить: рациональное или иррациональное (сурд)?

(a) √36 = 6 — рациональное (корень извлекается точно).

(b) √10 — иррациональное (сурд). 10 не является точным квадратом.

(c) √(1/9) = 1/3 — рациональное.

(d) √50 — иррациональное (сурд). 50 не является точным квадратом.

Правило: √n рационально тогда и только тогда, когда n — точный квадрат (1, 4, 9, 16, 25, ...).


A2. Вычислить (без калькулятора):

(a) √64 = 8 (потому что 8² = 64)

(b) √(25/49) = √25 / √49 = 5/7

(c) (√11)² = 11 — по определению квадратного корня: (√a)² = a

(d) −√81 = −9 — знак минус стоит перед корнем, а √81 = 9


A3. Между какими двумя последовательными целыми числами находится каждый сурд?

(a) 1² = 1 и 2² = 4. Так как 1 < 3 < 4, то 1 < √3 < 2.

(b) 4² = 16, 5² = 25. 16 < 20 < 25, значит 4 < √20 < 5.

(c) 7² = 49, 8² = 64. 49 < 50 < 64, значит 7 < √50 < 8.

(d) 9² = 81, 10² = 100. 81 < 90 < 100, значит 9 < √90 < 10.

Приём: чтобы оценить √n, найди ближайшие точные квадраты слева и справа.


A4. Упростить (сложение подобных сурдов):

(a) 5√3 + 2√3 = 7√3 — складываем коэффициенты, как с переменными: 5x + 2x = 7x.

(b) 8√5 − 3√5 = 5√5

(c) √6 + 4√6 − 2√6 = (1 + 4 − 2)√6 = 3√6

(d) 10√2 − 7√2 + √2 = (10 − 7 + 1)√2 = 4√2

Важно: складывать/вычитать можно только подобные сурды (с одинаковым подкоренным выражением). √2 + √3 ≠ √5!


A5. Упростить (несколько разных сурдов):

(a) 3√2 + 5√3 − √2 + 2√3 = (3 − 1)√2 + (5 + 2)√3 = 2√2 + 7√3

Группируем: отдельно √2 и отдельно √3.

(b) 4√7 − 2√5 + 3√5 − √7 = (4 − 1)√7 + (−2 + 3)√5 = 3√7 + √5

(c) 6√10 + 2√10 − 9√10 = (6 + 2 − 9)√10 = −√10


A6. Чтобы построить √13 на числовой прямой, нужны два положительных целых числа, сумма квадратов которых равна 13.

2² + 3² = 4 + 9 = 13

Строим прямоугольный треугольник с катетами 2 и 3. По теореме Пифагора гипотенуза = √(4 + 9) = √13.

Затем с помощью циркуля переносим длину гипотенузы на числовую прямую.


A7. Объяснить, почему √(9 + 16) ≠ √9 + √16 — это ИСТИННОЕ утверждение.

√(9 + 16) = √25 = 5

√9 + √16 = 3 + 4 = 7

5 ≠ 7, значит утверждение верно: корень суммы НЕ равен сумме корней.

Другой пример: a = 1, b = 3. √(1 + 3) = √4 = 2, а √1 + √3 ≈ 1 + 1.732 = 2.732 ≠ 2.

Важно: √(a + b) ≠ √a + √b — это одна из самых частых ошибок! Корень НЕ «раскрывается» через сложение.


A8. Верно или нет?

(a) «√25 = ±5» — Неверно. √25 = 5 (только положительное значение). Символ √ означает главный (неотрицательный) корень.

(b) «√0 = 0» — Верно. 0 × 0 = 0.

(c) «√2 + √3 = √5» — Неверно. √2 ≈ 1.414, √3 ≈ 1.732, сумма ≈ 3.146. А √5 ≈ 2.236. Корень суммы ≠ сумма корней.

(d) «3√7 − 3√7 = 0» — Верно. Подобные члены вычитаются: a − a = 0.


A9. Упростить:

(a) 2√3 + 5√2 − 3√3 + √2 = (2 − 3)√3 + (5 + 1)√2 = −√3 + 6√2

(b) 7√5 − √5 + 4√5 = (7 − 1 + 4)√5 = 10√5


A10. Опровергнуть утверждение «√(a − b) = √a − √b для всех положительных a, b».

Берём a = 9, b = 4:

2.236 ≠ 1, значит утверждение ложно.

Вывод: корень НЕ распределяется ни по сложению, ни по вычитанию. Корень распределяется только по умножению и делению: √(ab) = √a × √b и √(a/b) = √a / √b.


Show Answers

Block A

A1.
(a) Rational (√36 = 6)
(b) Irrational (surd)
(c) Rational (√(1/9) = 1/3)
(d) Irrational (surd)

A2.
(a) 8
(b) $\displaystyle \frac{5}{7}$
(c) 11
(d) $-9$

A3.
(a) $1 < \sqrt{3} < 2$
(b) $4 < \sqrt{20} < 5$
(c) $7 < \sqrt{50} < 8$
(d) $9 < \sqrt{90} < 10$

A4.
(a) $7\sqrt{3}$
(b) $5\sqrt{5}$
(c) $3\sqrt{6}$
(d) $4\sqrt{2}$

A5.
(a) $2\sqrt{2} + 7\sqrt{3}$
(b) $3\sqrt{7} + \sqrt{5}$
(c) $-\sqrt{10}$

A6. 2² + 3² = 4 + 9 = 13. Draw a right-angled triangle with legs 2 and 3; the hypotenuse is √13.

A7. This is actually a TRUE statement: √(9 + 16) = √25 = 5 and √9 + √16 = 3 + 4 = 7, so 5 ≠ 7 confirms √(9 + 16) ≠ √9 + √16. For another example: a = 1, b = 3 gives √4 = 2 but √1 + √3 ≈ 1 + 1.732 = 2.732 ≠ 2.

A8.
(a) False — √25 = 5 (positive only)
(b) True — 0 × 0 = 0
(c) False — √2 + √3 ≈ 3.146, but √5 ≈ 2.236
(d) True — like terms cancel to 0

A9.
(a) $-\sqrt{3} + 6\sqrt{2}$
(b) $10\sqrt{5}$

A10. For example, let a = 9, b = 4. Then √(9 − 4) = √5 ≈ 2.236, but √9 − √4 = 3 − 2 = 1. Since 2.236 ≠ 1, the claim is false.