Algebra · real student question

求并化简 f(x) = x^2 - 5x + 2 的差商 (f(x + h) - f(x))/h,其中 h 不等于 0。

Question

f(x)=x25x+2f(x)=x^{2}-5x+2 的差商

f(x+h)f(x)h,h0,\frac{f(x+h)-f(x)}{h},\qquad h\neq 0,

并把它化简。

Step-by-step solution

  1. x+hx+h 代进整个函数式,而不是只代第一项。 ff 里的每一个 xx 都要替换,包括 5x-5x 里的那个:

    f(x+h)=(x+h)25(x+h)+2.f(x+h)=(x+h)^{2}-5(x+h)+2.

    (x+h)2=x2+2xh+h2(x+h)^{2}=x^{2}+2xh+h^{2} 展开,再把 5-5 分配进去:

    f(x+h)=x2+2xh+h25x5h+2.f(x+h)=x^{2}+2xh+h^{2}-5x-5h+2.

  2. 减去 f(x)f(x) 时,负号要分配到括号里的每一项。 这里是符号出错最多的地方,所以先把第二个括号原样写出来,再去括号:

    f(x+h)f(x)=(x2+2xh+h25x5h+2)(x25x+2).f(x+h)-f(x)=\left(x^{2}+2xh+h^{2}-5x-5h+2\right)-\left(x^{2}-5x+2\right).

    =x2+2xh+h25x5h+2x2+5x2.=x^{2}+2xh+h^{2}-5x-5h+2-x^{2}+5x-2.

  3. 看清哪些项会抵消,以及为什么。 f(x)f(x) 中所有不含 hh 的项都会消失:x2x2=0x^{2}-x^{2}=05x+5x=0-5x+5x=022=02-2=0。这总是会发生,也正是它保证了分子一定能被 hh 整除:

    f(x+h)f(x)=2xh+h25h.f(x+h)-f(x)=2xh+h^{2}-5h.

  4. 把分子提出公因式 hh,再约掉它。 题目已经给出 h0h\neq 0,所以这次约分是合法的:

    2xh+h25hh=h(2x+h5)h=2x+h5.\frac{2xh+h^{2}-5h}{h}=\frac{h(2x+h-5)}{h}=2x+h-5.

  5. 解释结果并检验。 答案 2x+h52x+h-5 就是过点 (x,f(x))(x,f(x))(x+h,f(x+h))(x+h,f(x+h)) 的割线的斜率。令 h0h\to 0 得到 2x52x-5,这正好是 f(x)f'(x)——是一个很好的印证。取 x=1.7x=1.7h=0.03h=0.03 做数值检验:f(1.73)f(1.7)0.03=1.57\frac{f(1.73)-f(1.7)}{0.03}=-1.57,而 2(1.7)+0.035=1.572(1.7)+0.03-5=-1.57

Answer

2x+h52x+h-5

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