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第九讲 判别式及其应用

2005-09-09 16:25:07佚名
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一元二次方程的根的判别式(△)是重要的基础知识,它不仅能用于直接判定根的情况,而且在二次三项式、二次不等式、二次函数等方面有着重要的应用,是初中数学中的一个重要内容,在高中数学中也有许多应用.熟练掌握它的各种用法,可提高解题能力和知识的综合应用能力. 

  1.判定方程根的情况

  例1 已知方程x2-2x-m=0没有实数根,其中m是实数.试判定方程x2+2mx+m(m+1)=0有无实数根.

  解 因为方程x2-2x-m=0无实数根,所以

△1=(-2)2-4×(-m)=4+4m<0,

  即 m<-1.

  因为

△2=(2m)2-4m(m+1)=-4m>0,

  所以方程x2+2mx+m(m+1)=0有两个不相等的实根.

  例2 已知常数a为实数,讨论关于x的方程

(a-2)x2+(-2a+1)x+a=0

  的实数根的个数情况.

  实根.

  当a≠2时,原方程为一元二次方程,其判别式

△=(-2a+1)2-4(a-2)a=4a+1,

  

  说明 对于一个二次项系数含参数的方程,要按照二次项系数为零或不为零来讨论根的情况,前者为一次方程,后者为二次方程,不能一上来就用判别式. 

  2.确定方程中系数的值或范围

  例3 关于x的一元二次方程

  

  有实根,其中a是实数,求a99+x99的值.

  解 因为方程有实根,所以

  即 -a2-2a-1≥0.

  因为-(a+1)2≥0,所以a+1=0,a=-1.

  当a=-1时,原方程为x2-2x+1=0,x=1,所以

a99+x99=(-1)99+199=0.

  例4 若方程

x2+2(1+a)x+3a2+4ab+4b2+2=0

  有实根,求a,b的值.

  解 因为方程有实根,所以它的判别式

△=4(1+a)2-4(3a2+4ab+4b2+2)≥0,

  化简后得

2a2+4ab+4b2-2a+1≤0,

  所以        (a+2b)2+(a-1)2≤0,

   

  

  说明 在本题中,只有一个不等式而要求两个值,通常是通过配方把这个不等式变形为“若干个非负数之和小于等于零”,从而可以得到一个方程组,进而求出要求的值.

  例5 △ABC的一边长为5,另两边长恰是方程

2x2-12x+m=0

  的两个根,求m的取值范围.

  解 设△ABC的三边分别为a,b,c,且a=5,由

△=122-4?2?m=144-8m≥0

  

  并且不等式

25=a2>(b-c)2=(b+c)2-4bc=36-2m,

  

  

  3.求某些方程或方程组的解

  例6 求方程5x2+5y2+8xy+2y-2x+2=0的实数解.

  解 先把y看作是常数,把原方程看成是关于x的一元二次方程,即

5x2+(8y-2)x+(5y2+2y+2)=0.

  因为x是实数,所以判别式

△=(8y-2)2-4?5?(5y2+2y+2)≥0,

  化简后整理得

y2+2y+1≤0,

  即(y+1)2≤0,从而y=-1.将y=-1代入原方程,得

5x2-10x+5=0,

  故x=1.所以,原方程的实数解为x=1,y=-1.

  说明 (1)本题也可以把x看作常数,把方程写成关于y的一元二次方程,再用判别式来求解.

  (2)本题还可以用配方的方法,把原方程变形为

4(x+y)2+(x-1)2+(y+1)2=0,

  从而x=1,y=-1.

  例7 解方程组

    

  解 引入待定系数k,由k?①+②得

  或写成

  

  

△=(k+4)2-4(k+7)(k-1)=0.

   

 

 

  即

  

  

  4.证明不等式,求最大值和最小值

  用判别式证明不等式,常常把要证明的内容通过韦达定理以及其他代数变形手段,放到某个一元二次方程的系数中去.

  是多少?

  

(x-3)2+(kx-3)2=6,

  即        (k2+1)x2-6(k+1)x+12=0,

  将它看成关于x的一元二次方程.因x是实数,所以

△=36(k+1)2-48(k2+1)≥0,

  即     k2-6k+1≤0. ①

   

 

   

 

  

  解 由于

  

  所以 yx2+(y-2)x+y=0,

  上式可以看成关于x的一元二次方程.因x为实数,所以

△=(y-2)2-4y2≥0,

  即     3y2+4y-4≤0,

(3y-2)(y+2)≤0.

  

  当y=-2时,代入yx2+(y-2)x+y=0中,得x=-1,即x=-1时,y=

 

  例10 实数a,b,c满足a+b+c=2,且对任何实数t,都有不等式

-t2+2t≤ab+bc+ca≤9t2-18t+10,

  

  证 因为对任何实数t,有

-t2+2t=-(t-1)2+1≤1,

9t2-18t+10=9(t-1)2+1≥1,

  当t=1时,便有

1≤ab+bc+ca≤1,

  所以       ab+bc+ca=1.

  由于a+b=2-c,于是

ab=1-c(a+b)=1-c(2-c)=(c-1)2,

  于是a,b是一元二次方程

t2-(2-c)t+(c-1)2=0

  的两个实数根.所以

△=(2-c)2-4(c-1)2≥0,

  即 3c2-4c≤0,

  

练习九

  1.选择:

  (1)某一元二次方程根的判别式△=2m2-6m+5,此方程根的情况是[  ]

  (A)有两个不相等的实根

  (B)有两个相等的实根

  (C)没有实根

  (D)由实数m的值而定

  (2)关于x的方程2kx2+(8k+1)x=-8k有两个实根,则k的取值范围是[  ]

  

  (3)如果关于x的方程mx2-2(m+2)x+m+5=0没有实根,那么关于x的方程(m-5)x2-2(m+2)x+m=0的实根个数为 [  ]

  (A)2个       (B)1个

  (C)0个       (D)不确定

  (4)方程(x+1)2+(y-2)2=1的整数解有 [  ]

  (A)1组       (B)2组

  (C)4组       (D)无数组

  (5)若x0是一元二次方程ax2+bx+c=0(a≠0)的根,则判别式△=b2-4ac与平方式M=(2ax0+b)2的关系是 [  ]

  (A)△>M       (B)△=M

  (C)△<M       (D)不确定

  2.填空:

  (1)关于x的方程(a2-4)x2-2(a+2)x+1=0

  恰有一个实根,则a=____.

  (2)设m是不为0的整数,二次方程mx2-(m-1)x+1=0有有理根,则m=____.

  (3)当m=____时,二次方程(m2-2)x2-2(m+1)x+1=0

  有两个不等的实数根.

  (4)p,q是正数,如果方程x2+px+q=0的两个根之差是1,那么p=____.

  (5)若x为实数,且有4y2+4xy+x+6=0,则使y取实数值的所有x值的范围是____.

  3.求方程5x2-12xy+10y2-6x-4y+13=0的实数解.

  4.解方程组

         

  5.已知a,b是整数,x2-ax+3-b=0有两个不相等的实根,x2+(6-a)x+7-b=0有两个相等的实根,x2+(4-a)x+5-b=0没有实根,求a,b的值.

  6.已知a是实数,且关于x的方程x2-ax+a=0有两个实根u,v,求证:u2+v2≥2(u+v).

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