STEP根式方程:平方后多出来的根,怎样用原来的符号条件筛掉

方程两边平方会保留原来相等的情况,但也可能让原来互为相反数的两边变得相等。因此平方后的解需要接受原方程的定义域和符号条件检查。

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先用一个数值例子定位问题

原创方程为√(x+2)=x。根号取非负主值,因此右边必须满足x≥0。平方得到x+2=x²,即(x-2)(x+1)=0,候选根为2和-1。

x=2代回为2=2,成立;x=-1时左边为1,右边为-1,不成立。仅仅满足根号内非负还不够,还要保留右边非负这个条件。

推广到参数时重新整理条件

考虑√(x+a)=x。若x≥0且x²-x-a=0,则x+a=x²≥0,且√(x+a)=|x|=x。因此筛选出的非负二次方程根,恰好对应原方程解。

这说明筛选不只是必要条件,在这个模型里也足够。完整论证应说明这一点,而不是只靠几个代入例子猜测所有参数情况。

把判别式与根的符号结合

判别式为1+4a。a<-1/4时没有实根;a=-1/4时有一个非负重根1/2;-1/4<a<0时两个根都为正;a=0时根为0与1。

a>0时,两根异号,因此只有一个符合原方程。不能仅凭判别式大于零,就宣布根式方程一定有两个实根。

检查边界并保持表述准确

讨论“不同实根的个数”时,重根只算一个。可以选a=-1、-1/4、-1/8、0、2作各区间与边界的检查,但这些测试只用于核对,证明仍依赖前面的条件分析。

本文为原创STEP方法练习,不是官方赛题。面对平方、开方或约分等变形,记录哪些条件可能被改变,再在最后证明筛选后的候选根确实满足原式。

延伸阅读:STEP代数:约去同一个因式后,为什么仍要保留定义域。

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STEP微分方程:分离变量之后,初始条件怎样确定积分常数

求出一个含常数的表达式,并不意味着已经完成带初始条件的题目。分离变量过程中还可能排除某些解,需要在最后回到原方程检查。

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先说明在哪一段可以除以y

原创问题为dy/dx=2xy,且y(0)=3。在y不为零的区间,分离变量得(1/y)dy=2x dx,积分得到ln|y|=x²+C。

绝对值来自对1/y积分的形式。不能因为最初还不知道y的符号,就直接删除绝对值,同时又不说明所分析的是哪一支解。

让初始条件进入一般解

在包含初始点的正值解分支,可以写y=Ae^(x²)。代入x=0、y=3,得到A=3,因此候选解为y=3e^(x²)。

常数A与对数表达中的C不是同一个符号数值。由指数化得到新的乘法常数时,应清楚说明,不必把不同表示里的常数强行叫成同一个数。

把被除去的情形单独检查

在分离变量时除以了y,所以应回看y=0。它确实满足原微分方程,但不满足y(0)=3,因此不是本初值问题的答案。

对另一个初始条件,零解可能正是需要保留的解。发现除过某个表达式后,检查它为零的情况,是一个可迁移的解题习惯。

代回同时核对两种条件

对候选解求导,得y'=6xe^(x²);而2xy=2x×3e^(x²),二者相等。再核对y(0)=3,才能同时检查微分方程与初始条件。

本文为原创STEP方法练习,不是官方试题。实际题目若出现定义域、奇点或分段条件,还应逐项检查,不能只凭分离变量的一行运算宣布覆盖全部情况。

延伸阅读:STEP微积分:用极值判断三次方程有几个不同实根。

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STEP不等式证明:两数和固定,乘积最大值怎样从一个平方推出

猜出两个数相等时乘积大,只是解题的起点。证明需要覆盖所有允许的取值,并说明等号能否在条件范围内达到,不能由几个数值例子代替论证。

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从非负平方建立上界

设原创问题中x、y为非负实数,且x+y=10。由于(x-y)²≥0,而(x+y)²=(x-y)²+4xy,所以100≥4xy,得到xy≤25。

这里没有先假设x=y。这个不等式对所有满足原条件的x、y都成立,因此确实给出了统一上界。

证明上界能够达到

等号要求(x-y)²=0,即x=y。与x+y=10结合,得到x=y=5,满足非负条件,乘积确为25。因此25不仅是上界,也是最大值。

如果题目另加x、y必须是不同整数,5、5便不再可行。此时还要利用整数间距重新判断,不能只保留同一个等号结论。

把平方写成目标量的差

也可令y=10-x,得到xy=25-(x-5)²。它直接显示乘积距离25差了一个非负平方,同时说明取值范围为0≤x≤10。

两种写法核心相同,但第二种更便于看目标函数图像。根据后续问题选择表达方式,而不是为了套某个定理增加无关步骤。

推广时保留参数条件

若x+y=S且x、y非负,可行条件需要S≥0,并有xy≤S²/4,等号在x=y=S/2达到。若改为严格正数,S=0的情况不可行,应单独处理。

本文为原创STEP基础证明练习。官方支持材料可帮助练习完整推理,但本例不对应某一道官方试题,也不替代对具体题设范围的检查。

延伸阅读:STEP证明训练:数学归纳法的递推步,究竟假设了什么。

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