关于证明几个方程至少有一个有或无实根类问题,若从正面分类证明,将会很复杂,而且容易出错,不妨采取转化法,将所证结论转化成另一种含义不变或相反,而说法有变且有利于理解的结论,从而达到快速简捷得证的目的,现举几例以示说明.
例1 求证:不论a为何值时,关于x的两个方程x2-ax-(a-1)=0和ax2+x+a+2=0中,至少有一个无实数根.
分析 按a是否为0两种情况讨论,若a=0,问题很快得证;若a≠0,则两个方程都是关于x的一元二次方程,就只需证明两个方程的判别式至少有一个小于零即可.而本题根本证明不出哪一个判别式小于零,如果将问题转化为讨论两个判别式之和的符号,就简捷得多.因为只要Δ1+Δ2
证明 (1)当a=0时,方程x2-ax-(a-1)=0变形为x2=-1,此方程无实数根,这就已经不必再讨论第二个方程的根的情况了,因此问题得证.
(2)当a≠0时,设已知两方程的判别式分别为Δ1、Δ2.因为Δ1+Δ2=(-a)
例2 求证:不论a为2以外的任何值、方程x2+4x-4a+12=0与2x2-4ax+2a2+a-2=0中必有一个无实数根(或必有一个有实根).
分析 因为Δ1=16a-32,Δ2=16-8a,Δ1+Δ2=8a-16,所以本题根本无法证明任何一个判别式小于零,也不能证明两判别式之和小于零,因此只有另谋它法.如果Δ1・Δ2
证明 因为Δ1=42-4(-4a+12)=16(a-2),Δ2=(-4a)2-4×2×(2a2+a-2)=-8(a-2),又因为a≠2所以Δ1・Δ2=-128(a-2)2
例3 求证:不论m为任何值,方程4x2+4x+a-1=0与4x2+4ax+a2-2a+5=0中至少有一个无实数根.
分析 设前后两个方程的判别式分别为Δ1,Δ2.Δ1=32-16a,Δ2=32a-80,Δ1+Δ2=16a-48,Δ1×Δ2=-512(a-225)2+32.
从上可发现既无法证明某一个判别式小于0,也不能证明两个判别式之和小于0,还不能证明两个判别式之积小于0,此时好象已无它法(你能有何方法吗?),我们不妨将“至少有一个无实根”转化为“最多只有一个有实根”,再转化为“不可能两个都有实根”,即“如果一个有实根,那么另一个不可能也有实根”.这样便可轻松证明.
证明 设已知两方程的判别式分别为Δ1,Δ2.则Δ1=42-4×4×(a-1)=16(2-a),Δ2=(4a)2-4×4×(a2-2a+5)=32a-80=16(2a-5).
因为当Δ1=16(2-a)≥0时a≤2,在此条件下Δ2≤-16
当Δ2=16(2a-5)≥0时a≥25,在此条件下Δ1≤-8
所以Δ1与Δ2不可能两个都为非负数,即Δ1与Δ2中最多只有一个为非负数,也就是至少有一个为负数.所以已知两方程中至少有一个无实根.
例4 求证:不论a为何值时关于x的方程x2-ax+a=0与4x2+8ax+5a2-4a-5=0中,至少有一个有实根.
分析 “至少有一个方程有实根”可转化为“两个判别式中至少有一个为非负数”.(1)如果能证明两个判别式中任何一个为非负数,那么问题得以解决;(2)如果两个判别式之和为非负数,那么问题也得以解决;(3)如果两个判别式之积为非正数,那么问题同样可以得到解决.然而对于本题来说,这三种假设不是证明不了就是难以证明.因此还需再转化,将“至少有一个判别式为非负数”转化为“不可能两个判别式都小于零”.即由Δ1
例5 已知a、b、c是互不相等的非零实数,求证:三个方程
ax2+2bx+c=0,bx2+2cx+a=0,cx2+2ax+b=0不可能都有两个相等的实数根.
证明 (用反证法)设三个方程都有两个相等的实数根.
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