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Algebra · real student question

一个长方体的体积是 x³ 减 3x² 加 5x 减 3,底面积是 x² 减 2。因为体积等于底面积乘高,那么这个长方体的高是多少?

Question

一个长方体的体积是 x3−3x2+5x−3x^3-3x^2+5x-3,底面积是 x2−2x^2-2。

因为 体积=(底面积)×(高)\text{体积}=(\text{底面积})\times(\text{高}),那么这个长方体的高是多少?

Step-by-step solution

  1. 把几何关系变成一次除法。 由 V=A⋅hV=A\cdot h 得

    h=VA=x3−3x2+5x−3x2−2h=\frac{V}{A}=\frac{x^3-3x^2+5x-3}{x^2-2}

    除式是二次的,综合除法用不上——这里必须老老实实做多项式长除法。

  2. 第一步除:让最高次项对上。 x3÷x2=xx^3\div x^2=x,所以商的第一项是 xx。相乘再相减:

    x(x2−2)=x3−2xx(x^2-2)=x^3-2x
    (x3−3x2+5x−3)−(x3−2x)=−3x2+7x−3(x^3-3x^2+5x-3)-(x^3-2x)=-3x^2+7x-3

  3. 第二步除。 −3x2÷x2=−3-3x^2\div x^2=-3,所以商的下一项是 −3-3。相乘再相减:

    −3(x2−2)=−3x2+6-3(x^2-2)=-3x^2+6
    (−3x2+7x−3)−(−3x2+6)=7x−9(-3x^2+7x-3)-(-3x^2+6)=7x-9

    余式 7x−97x-9 是 11 次的,低于除式的 22 次,除法到此为止。

  4. 把高写成“商加上余式比除式”。

    h=x−3+7x−9x2−2h=x-3+\frac{7x-9}{x^2-2}

    由于余式不是零多项式,这个高是一个分式,而不是多项式——本题给的这几个数就是除不尽。

  5. 乘回去验证。 重新把 A⋅hA\cdot h 拼起来,应该还原成 VV:

    (x2−2)(x−3)+(7x−9)=x3−3x2−2x+6+7x−9=x3−3x2+5x−3 ✓(x^2-2)(x-3)+(7x-9)=x^3-3x^2-2x+6+7x-9=x^3-3x^2+5x-3\ \checkmark

    在 x=5x=5 处两边都等于 7272,数值上也印证了这个恒等式。

  6. 再取一个好算的值抽查高。 在 x=2x=2 处:V=8−12+10−3=3V=8-12+10-3=3,A=4−2=2A=4-2=2,所以真实的高是 32\tfrac32。而公式给出

    (2−3)+14−94−2=−1+2.5=1.5 ✓(2-3)+\frac{14-9}{4-2}=-1+2.5=1.5\ \checkmark

Answer

h=x−3+7x−9x2−2h=x-3+\frac{7x-9}{x^2-2}

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