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Algebra · real student question

解方程 Gm 除以 d 的平方等于 Gx 除以 d 的平方,求 x。

Question

解方程,求 xx:

Gmd2=Gxd2\frac{Gm}{d^2}=\frac{Gx}{d^2}

Step-by-step solution

  1. 先写清楚让这些变形合法的条件。 方程本身要有意义就得 d≠0d\neq 0(否则两边都无定义),而后面除以 GG 还要求 G≠0G\neq 0。从物理意义上看——这是在同一距离处比较牛顿引力场强 g=Gm/d2g=Gm/d^2——G=6.674×10−11G=6.674\times 10^{-11} 是个非零常数,所以两个条件自动满足。

  2. 去掉两边相同的分母。 两边同乘 d2d^2:

    Gm=GxGm=Gx

    因为两边分母是同一个 d2d^2,一次乘法就把它彻底去掉了,根本不用交叉相乘。

  3. 约掉公因式 GG。

    m=xm=x

    这是唯一用到 G≠0G\neq 0 的一步。注意 mm 和 xx 都不需要再移项——约分时它们已经各自单独留下了。

  4. 解读这个结果。 距离 dd 被完全约掉了,所以结论在任何间距下都成立:两个物体在同一距离处产生相同的引力场,当且仅当它们的质量相等。因此答案既不依赖 dd 也不依赖 GG。

  5. 代入检验。 把 x=mx=m 代回去,两边就是字面上完全相同的式子 Gmd2\dfrac{Gm}{d^2},方程成立——而且除此之外没有别的 xx 能成立,因为只要 G≠0G\neq 0,Gm=GxGm=Gx 就迫使 x=mx=m。

Answer

x=m(G≠0, d≠0)x=m\qquad(G\neq 0,\ d\neq 0)

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