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Algebra · real student question

解方程 |x| + |x − 1| = 1。

Question

解方程

∣x∣+∣x−1∣=1|x|+|x-1|=1

Step-by-step solution

  1. 把左边读成一段总距离。 ∣x∣|x| 是 xx 到 00 的距离,∣x−1∣|x-1| 是 xx 到 11 的距离。方程问的是:哪些点到 00 和到 11 的距离之和等于 11——而 11 恰好就是这两点之间的间距。

  2. 分三种情况讨论。 临界点 00 和 11 把数轴分成三段。

    情况 x<0x<0: ∣x∣=−x|x|=-x、∣x−1∣=1−x|x-1|=1-x,方程变成 −x+1−x=1-x+1-x=1,即 −2x=0-2x=0,得 x=0x=0——与 x<0x<0 矛盾。这一段无解。

  3. 情况 0 ≤ x ≤ 1。 这里 ∣x∣=x|x|=x、∣x−1∣=1−x|x-1|=1-x,于是

    x+(1−x)=1x+(1-x)=1

    这是一个恒等式——区间内每一个 xx 都成立。所以整个 [0,1][0,1] 都是方程的解。

  4. 情况 x > 1。 这里 ∣x∣=x|x|=x、∣x−1∣=x−1|x-1|=x-1,于是 x+x−1=1x+x-1=1,即 2x=22x=2,得 x=1x=1——与 x>1x>1 矛盾。这一段也无解。

  5. 汇总解集。

    0≤x≤1, 即 x∈[0,1]\boxed{0\le x\le 1,\ \text{即 }x\in[0,1]}

    答案是一个区间,不是有限的几个数——这一点值得强调,因为大家通常都以为绝对值方程的解一定是孤立的点。

  6. 检验端点和一个内点。 x=0x=0 时:0+1=10+1=1 ✓。x=1x=1 时:1+0=11+0=1 ✓。x=0.3x=0.3 时:0.3+0.7=10.3+0.7=1 ✓。区间外:x=2x=2 时 2+1=3≠12+1=3\neq 1 ✗;x=−1x=-1 时 1+2=3≠11+2=3\neq 1 ✗。这也与三角不等式 ∣x∣+∣x−1∣≥∣x−(x−1)∣=1|x|+|x-1|\ge|x-(x-1)|=1 吻合,而取等号的地方正好就是 [0,1][0,1]。

Answer

x∈[0,1]x\in[0,1]

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