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Algebra · real student question

证明 x = 2 是 (x² − 4x + 5)(2x² − 8x + 9) = 1 的根,且方程没有其它根。

Question

证明 x=2x=2 是

(x2−4x+5)(2x2−8x+9)=1\left(x^{2}-4x+5\right)\left(2x^{2}-8x+9\right)=1

的根,并且这个方程没有其它根。

Step-by-step solution

  1. 先直接验证 x = 2。

    4−8+5=1,8−16+9=14-8+5=1,\qquad 8-16+9=1

    所以乘积是 1⋅1=11\cdot 1=1 ✓。

  2. 对第一个因式配方。 两个因式的顶点都落在同一个位置 x=2x=2,这正是整套论证能成立的关键:

    x2−4x+5=(x−2)2+1x^{2}-4x+5=(x-2)^{2}+1

  3. 对第二个因式配方。

    2x2−8x+9=2(x2−4x)+9=2[(x−2)2−4]+9=2(x−2)2+12x^{2}-8x+9=2\left(x^{2}-4x\right)+9=2\left[(x-2)^{2}-4\right]+9=2(x-2)^{2}+1

  4. 把两个因式都从下方卡到 1。 因为对一切实数 xx 都有 (x−2)2≥0(x-2)^{2}\ge 0,

    x2−4x+5≥1,2x2−8x+9≥1x^{2}-4x+5\ge 1,\qquad 2x^{2}-8x+9\ge 1

    而且两处取等号都只在 x=2x=2 时发生。

  5. 用乘积论证收尾。 两个都 ≥1\ge 1 的实数,乘积必然 ≥1\ge 1;而乘积恰好等于 11,只可能是两者同时等于 11。于是方程迫使 (x−2)2=0(x-2)^{2}=0:

    x=2 是唯一实根\boxed{x=2\text{ 是唯一实根}}

  6. 换元再验一遍。 令 u=(x−2)2≥0u=(x-2)^{2}\ge 0,方程就变成 (u+1)(2u+1)=1(u+1)(2u+1)=1,即 2u2+3u=02u^{2}+3u=0,即 u(2u+3)=0u(2u+3)=0。只有 u=0u=0 是可取的,对应 x=2x=2 ✓。数值上看,x=3x=3 时左边是 (2)(3)=6>1(2)(3)=6>1,x=1x=1 时也是 (2)(3)=6>1(2)(3)=6>1,说明最小值确实就落在 x=2x=2。

Answer

x=2 (唯一实根)x=2\ \text{(唯一实根)}

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