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Algebra · real student question

求证:对任意实数 a,方程 x² + ax + a − 2 = 0 都有两个不相等的实根。

Question

已知关于 xx 的一元二次方程

x2+ax+a−2=0,x^{2}+ax+a-2=0,

求证:无论实数 aa 取何值,它都有两个不相等的实根。

Step-by-step solution

  1. 先回忆实根个数由什么决定。 对 Ax2+Bx+C=0Ax^2+Bx+C=0(A≠0A\neq 0),判别式

    Δ=B2−4AC\Delta=B^{2}-4AC

    决定一切:Δ>0\Delta>0 有两个不相等的实根,Δ=0\Delta=0 有一个重根,Δ<0\Delta<0 无实根。所以整道证明就归结为说明对任意 aa 都有 Δ>0\Delta>0。

  2. 认清各项系数。 这里要小心——字母 aa 是参数,不是二次项系数:

    A=1,B=a,C=a−2.A=1,\qquad B=a,\qquad C=a-2.

  3. 把判别式写成 a 的函数。

    Δ=a2−4(1)(a−2)=a2−4a+8.\Delta=a^{2}-4(1)(a-2)=a^{2}-4a+8.

  4. 配方,让符号一目了然。 −4-4 的一半是 −2-2,而 (−2)2=4(-2)^2=4:

    Δ=(a2−4a+4)+4=(a−2)2+4.\Delta=\left(a^{2}-4a+4\right)+4=(a-2)^{2}+4.

    展开回去得 a2−4a+4+4=a2−4a+8a^2-4a+4+4=a^2-4a+8,说明变形无误。

  5. 得出结论。 实数的平方永远非负,所以 (a−2)2≥0(a-2)^2\ge 0,从而对任意实数 aa 都有

    Δ=(a−2)2+4≥4>0\Delta=(a-2)^{2}+4\ge 4>0

    判别式严格为正——而且离零还有一段距离——所以方程恒有两个不相等的实根。

  6. 顺便看看最小值落在哪里。 判别式最小值 Δ=4\Delta=4 在 a=2a=2 处取到,此时方程为 x2+2x+0=0x^2+2x+0=0,两根是 x=0x=0 和 x=−2x=-2:确实互不相等。

Answer

Δ=a2−4a+8=(a−2)2+4≥4>0 对一切实数 a 成立\Delta=a^{2}-4a+8=(a-2)^{2}+4\ge 4>0\ \text{对一切实数 }a\text{ 成立}

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