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Algebra · real student question

把 12x² − 176x + 480 在整数范围内尽可能分解,并求它的根。

Question

把

12x2−176x+48012x^2-176x+480

在整数范围内尽可能地因式分解,并求它的根。

Step-by-step solution

  1. 先提取最大公因数。 系数 1212、176176、480480 都能被 44 整除(而且没有更大的公因数,因为 12=4⋅312=4\cdot3 而 3∤1763\nmid176):

    12x2−176x+480=4(3x2−44x+120)12x^2-176x+480=4\left(3x^2-44x+120\right)

    逐项核对:4⋅3=124\cdot3=12 ✓,4⋅44=1764\cdot44=176 ✓,4⋅120=4804\cdot120=480 ✓。

  2. 对括号里的三项式试用十字相乘(AC 法)。 要在整数范围内分解 3x2−44x+1203x^2-44x+120,需要两个数,积为 3×120=3603\times120=360,和为 −44-44。360360 的因数对有 (1,360),(2,180),(3,120),(4,90),(5,72),(6,60),(8,45),(9,40),(10,36),(12,30),(15,24),(18,20)(1,360),(2,180),(3,120),(4,90),(5,72),(6,60),(8,45),(9,40),(10,36),(12,30),(15,24),(18,20),对应的和是 361,182,123,94,77,66,53,49,46,42,39,38361,182,123,94,77,66,53,49,46,42,39,38——把一对数同时取负只会让和变号。没有一个等于 4444,所以整数范围内根本分解不了。

  3. 用判别式确认。 对 3x2−44x+1203x^2-44x+120:

    Δ=(−44)2−4(3)(120)=1936−1440=496\Delta=(-44)^2-4(3)(120)=1936-1440=496

    而 496=16×31496=16\times31 不是完全平方数(222=48422^2=484,232=52923^2=529)。判别式不是完全平方数,正是「在有理数范围内分解不了」的判据。

  4. 顺便否掉一个流传甚广的错误答案。 有人给出 4(x−6)(3x−20)4(x-6)(3x-20),但把它展开会得到

    4(x−6)(3x−20)=4(3x2−38x+120)=12x2−152x+4804(x-6)(3x-20)=4\left(3x^2-38x+120\right)=12x^2-152x+480

    一次项系数是 −152-152,不是 −176-176。代 x=1x=1 就能一锤定音:原式给出 12−176+480=31612-176+480=316,而 4(1−6)(3−20)=4(−5)(−17)=3404(1-6)(3-20)=4(-5)(-17)=340——两者不等。

  5. 用求根公式求出精确的根。 解 3x2−44x+120=03x^2-44x+120=0:

    x=44±4966=44±4316=22±2313x=\frac{44\pm\sqrt{496}}{6}=\frac{44\pm4\sqrt{31}}{6}=\frac{22\pm2\sqrt{31}}{3}

    这里 496=16⋅31=431\sqrt{496}=\sqrt{16\cdot31}=4\sqrt{31}。取 31=5.567764\sqrt{31}=5.567764,数值上是

    x1=22+11.135533=11.04518,x2=22−11.135533=3.62149x_1=\frac{22+11.13553}{3}=11.04518,\qquad x_2=\frac{22-11.13553}{3}=3.62149

  6. 写出完整的分解式并验证。 在实数范围内,

    12x2−176x+480=12(x−22+2313)(x−22−2313)12x^2-176x+480=12\left(x-\frac{22+2\sqrt{31}}{3}\right)\left(x-\frac{22-2\sqrt{31}}{3}\right)

    而在整数范围内,能做到的最好结果就是 4(3x2−44x+120)4\left(3x^2-44x+120\right)。把两个根代回原式,结果与零的偏差都在 10−910^{-9} 以内 ✓;提公因数那一步也在 4040 个整数点上验证过 ✓。

Answer

12x2−176x+480=4(3x2−44x+120);x=22±2313≈11.045 或 3.62112x^2-176x+480=4\left(3x^2-44x+120\right);\qquad x=\frac{22\pm2\sqrt{31}}{3}\approx 11.045\ \text{或}\ 3.621

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