Algebra · real student question

解方程 x² + 4|x − 3| − 7x + 11 = 0。

Question

解方程

x2+4x37x+11=0x^{2}+4|x-3|-7x+11=0

Step-by-step solution

  1. 先找出绝对值内部变号的位置。 x3|x-3|x=3x=3 两侧的表现不一样,所以实数轴被分成两支:x3x\ge 3x<3x<3。在每一支上,绝对值都可以换成一个普通的一次式,于是一个难解的方程就变成了两个普通的二次方程。

  2. 第一支:x3x\ge 3,此时 x3=x3|x-3|=x-3 代入并合并同类项:

    x2+4(x3)7x+11=x2+4x127x+11=x23x1=0x^2+4(x-3)-7x+11=x^2+4x-12-7x+11=x^2-3x-1=0

    x=3±9+42=3±132x=\frac{3\pm\sqrt{9+4}}{2}=\frac{3\pm\sqrt{13}}{2}

  3. 只保留真正满足 x3x\ge 3 的那个根。 数值上 3+1323.303 3\frac{3+\sqrt{13}}{2}\approx 3.303\ \ge 3(保留),而 31320.303<3\frac{3-\sqrt{13}}{2}\approx-0.303<3(舍去)。被舍去的那个值满足的是改写之后的方程,而不是原方程,因为在那一侧 x3|x-3| 并不等于 x3x-3

  4. 第二支:x<3x<3,此时 x3=3x|x-3|=3-x

    x2+4(3x)7x+11=x24x+127x+11=x211x+23=0x^2+4(3-x)-7x+11=x^2-4x+12-7x+11=x^2-11x+23=0

    x=11±121922=11±292x=\frac{11\pm\sqrt{121-92}}{2}=\frac{11\pm\sqrt{29}}{2}

    这里 112922.807<3\frac{11-\sqrt{29}}{2}\approx 2.807<3(保留),11+2928.193 3\frac{11+\sqrt{29}}{2}\approx 8.193\ \ge 3(舍去)。

  5. 把两个保留下来的根代回原方程验证。x=3+1323.30278x=\frac{3+\sqrt{13}}{2}\approx3.30278x210.9083x^2\approx10.90834x31.21114|x-3|\approx1.21117x23.1194-7x\approx-23.1194,合计 10.9083+1.211123.1194+11010.9083+1.2111-23.1194+11\approx 0。对 x=112922.80742x=\frac{11-\sqrt{29}}{2}\approx2.80742x27.8816x^2\approx7.88164x30.77034|x-3|\approx0.77037x19.6519-7x\approx-19.6519,合计 0\approx 0。两个都对。

  6. 给出两个根。 这个方程恰好有两个解:

    x=112922.807x=3+1323.303x=\frac{11-\sqrt{29}}{2}\approx2.807\qquad\text{和}\qquad x=\frac{3+\sqrt{13}}{2}\approx3.303

    分界点 x=3x=3 的两侧各有一个根——这提醒我们,分类讨论时每一支都可能贡献一个根,而且常常确实如此。

Answer

x=11292x=3+132x=\frac{11-\sqrt{29}}{2}\quad\text{或}\quad x=\frac{3+\sqrt{13}}{2}

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