此前发布了一道初中竞赛代数题:如图一,
图一
已知x³=x+1,x⁷=ax²+bx+c,求a+b+c=?
真没想到,全班一个会的也没有!同学们不是解方程、就是用特殊值代入,但最后都无功而返!评论区更是质疑不断!
误区1:解方程!
但一元三次方程x³=x+1无求根公式,求解难度太大!
误区2:特殊值法!令x=1,可得a+b+c=1。
但x=1并非x³=x+1的根!
解析:多项式相等!
①设x₀为方程x³=x+1的实根。若x₀也为方程x⁷=ax²+bx+c的解,则有
x₀⁷=x₀³x₀³x₀=(x₀+1)²x₀
=(x₀²+2x₀+1)x₀=x₀³+2x₀²+x₀
=2x₀²+2x₀+1=ax₀²+bx₀+c。
②若2x²+2x+1=ax²+bx+c恒成立(即x取任何实值时都成立),则由多项式相等原理可知,当且仅当a=2、b=2和c=1。
③特别地,当a=2、b=2和c=1时,必有2x₀²+2x₀+1=ax₀²+bx₀+c,故a+b+c=5。
注:a+b+c=5只是其中一个解,是否存在其他解,非使用超纲知识不可!
上述解析的缺陷:解答并不完整,可能漏解!换言之,可能存在其他的a、b、c使得x₀为方程2x²+2x+1=ax²+bx+c的解,也即x=x₀满足方程(a-2)x²+(b-2)x+(c-1)=0!
因此还需考虑如下二者之一:
①是否存在其他的a、b、c(即a=2、b=2和c=1三者至少有一个不成立),使得x=x₀为方程(a-2)x²+(b-2)x+(c-1)=0的解。
或②证明:a、b、c取任何其他值时,x=x₀都不是方程(a-2)x²+(b-2)x+(c-1)=0的解!
但这需要使用微积分知识!超纲!
事实上仅判断方程x³=x+1的解x₀所在范围,就要使用微积分知识。利用导数判别函数f(x)=x³-x-1的单调性及零值定理,可知方程x³=x+1在(√3/3,+∞)上有唯一解,也即x₀∈(√3/3,+∞)!
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一元三次方程是有求根公式的。上初中的时候了解过,推导比较麻烦,用初中的知识只能推导出实数解部分。