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Algebra · real student question

设 a = λ − 2024,b = √(4 − (λ − 2024)²)。求使 a 与 b 都是实数的全部实数 λ。

Question

设

a=λ−2024,b=4−(λ−2024)2a=\lambda-2024,\qquad b=\sqrt{4-(\lambda-2024)^2}

且 a,b∈Ra,b\in\mathbb{R}。求 λ\lambda 的所有可能取值。

Step-by-step solution

  1. 注意到两个式子里只有一个真正带来限制。 a=λ−2024a=\lambda-2024 是 λ\lambda 的多项式,对任何实数 λ\lambda 都是实数——它根本不构成条件。全部信息都藏在 bb 里,因为负数的平方根不是实数。

  2. 写出被开方数的条件。 要让 bb 是实数,

    4−(λ−2024)2≥0⟺(λ−2024)2≤44-(\lambda-2024)^2\ge 0\quad\Longleftrightarrow\quad (\lambda-2024)^2\le 4

  3. 把平方不等式化成绝对值。 对任何实数 tt,t2≤4t^2\le 4 等价于 ∣t∣≤2|t|\le 2,也就是 −2≤t≤2-2\le t\le 2。取 t=λ−2024t=\lambda-2024:

    −2≤λ−2024≤2-2\le \lambda-2024\le 2

    三边同时加上 20242024(加法从不改变不等号方向),得到

    2022≤λ≤20262022\le \lambda\le 2026

  4. 检验端点和一个内部的点。 取 λ=2022\lambda=2022:4−(−2)2=04-(-2)^2=0,于是 b=0b=0——是实数,端点应当包含在内。λ=2026\lambda=2026 同理。取 λ=2027\lambda=2027:4−32=−5<04-3^2=-5<0,此时 bb 会是虚数,这个值被正确地排除了。取中心 λ=2024\lambda=2024:b=4=2b=\sqrt{4}=2,这是 bb 能取到的最大值。

  5. 看清答案背后的几何。 把两个定义式加起来,

    a2+b2=(λ−2024)2+(4−(λ−2024)2)=4a^2+b^2=(\lambda-2024)^2+\left(4-(\lambda-2024)^2\right)=4

    所以 (a,b)(a,b) 始终落在以原点为心、半径为 22 的圆上——又因为算术平方根非负,它只能落在这个圆的上半部分。这正是 a=λ−2024a=\lambda-2024 只能在 [−2,2][-2,2] 内变动的原因:它是半径为 22 的圆上一点的横坐标。答案就是区间

    λ∈[2022, 2026]\lambda\in[2022,\,2026]

Answer

λ∈[2022, 2026]\lambda\in[2022,\,2026]

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