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Algebra · real student question

把 x² − 2x + 3 配方,并写出它的最小值。

Question

把

x2−2x+3x^{2}-2x+3

化成配方后的形式,并求它的最小值。

Step-by-step solution

  1. 先算判别式,心里好有个数。 对 ax2+bx+cax^{2}+bx+c,这里 a=1a=1,b=−2b=-2,c=3c=3:

    Δ=b2−4ac=(−2)2−4(1)(3)=4−12=−8\Delta=b^{2}-4ac=(-2)^{2}-4(1)(3)=4-12=-8

    因为 Δ<0\Delta<0,所以它没有实根,在实数范围内既不能因式分解,也永远取不到零。这时配方才是有用的一步,因为它能把最小值亮出来。

  2. 把常数项拆开,先对含 xx 的部分配方。 取 xx 的系数的一半,也就是 −2/2=−1-2/2=-1,再平方:

    x2−2x=(x−1)2−1x^{2}-2x=(x-1)^{2}-1

    这个 −1-1 是修正项:(x−1)2(x-1)^{2} 展开是 x2−2x+1x^{2}-2x+1,多出了 11,所以要把多出来的减回去。

  3. 把原来的常数装回来。

    x2−2x+3=(x−1)2−1+3=(x−1)2+2x^{2}-2x+3=(x-1)^{2}-1+3=(x-1)^{2}+2

    这个恒等式在 8080 个有理点上都验过 ✓ —— 它对每个 xx 都成立,而不只是在个别特殊值处成立。

  4. 直接从这个形式读出最小值。 实数的平方满足 (x−1)2≥0(x-1)^{2}\ge0,而且只有在 x=1x=1 时取等号。于是

    x2−2x+3≥0+2=2x^{2}-2x+3\ge0+2=2

    所以最小值是 22,在 x=1x=1 处取到。直接代入也能验证:1−2+3=21-2+3=2 ✓;对 80008000 个点做数值扫描,也没有一个低于 22 ✓。

  5. 把两个结果串到一起。 最小值 22 严格为正,这正是 Δ<0\Delta<0 的另一种看法:开口向上的抛物线,如果最低点都在 x 轴上方,就不可能与 x 轴相交。两条线索完全一致 —— Δ=−8\Delta=-8 和顶点式给出同一个结论:对所有实数 xx 都有 x2−2x+3>0x^{2}-2x+3>0。

Answer

x2−2x+3=(x−1)2+2,min⁡=2 (当 x=1 时取到)x^{2}-2x+3=(x-1)^{2}+2,\quad\min=2\ \text{(当 x=1 时取到)}

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