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Algebra · real student question

解不等式 x² + x + 1 > 0。

Question

解不等式

x2+x+1>0x^{2}+x+1>0

Step-by-step solution

  1. 先找根,因为只有根才能让符号发生改变。 连续函数只在取零的地方变号,所以先对 x2+x+1x^{2}+x+1(a=1a=1,b=1b=1,c=1c=1)算判别式:

    Δ=b2−4ac=1−4=−3\Delta=b^{2}-4ac=1-4=-3

    由于 Δ<0\Delta<0,它根本没有实根,所以这个式子从不穿过零点——在整条实数轴上符号都一样。

  2. 由二次项系数确定这个唯一的符号。 因为 a=1>0a=1>0,抛物线开口向上,又没有实根,就只能整条位于 x 轴上方。于是对任意实数 xx 都有 x2+x+1>0x^{2}+x+1>0,不等式在整个 R\mathbb{R} 上成立。

  3. 再用配方独立证明一次。 xx 的系数的一半是 12\tfrac12,于是

    x2+x+1=(x+12)2−14+1=(x+12)2+34x^{2}+x+1=\left(x+\tfrac12\right)^{2}-\tfrac14+1=\left(x+\tfrac12\right)^{2}+\tfrac34

    这个恒等式在 140140 个精确有理点上验证过 ✓。但它是证明而不是抽查:它对所有 xx 同时成立。

  4. 从平方项读出下界。 实数的平方永不为负,所以 (x+12)2≥0\left(x+\tfrac12\right)^{2}\ge0,从而

    x2+x+1≥34>0x^{2}+x+1\ge\tfrac34>0

    最小值是 34\tfrac34,在 x=−12x=-\tfrac12 处取到。直接验算:14−12+1=34\tfrac14-\tfrac12+1=\tfrac34 ✓。

  5. 写出解集。

    x∈R即(−∞,∞)x\in\mathbb{R}\quad\text{即}\quad(-\infty,\infty)

    顺带可得两个结论:x2+x+1<0x^{2}+x+1<0 无解,x2+x+1=0x^{2}+x+1=0 也没有实数解(它的根是复数 −1±i32\tfrac{-1\pm i\sqrt{3}}{2})。

Answer

x∈Rx\in\mathbb{R}

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