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Algebra · real student question

解方程组 x² + y = 2 与 −x² + y = 10。

Question

解下面的方程组

{x2+y=2−x2+y=10\begin{cases}x^{2}+y=2\\-x^{2}+y=10\end{cases}

Step-by-step solution

  1. 看出这个方程组本来就是为消元设计的。 两式里分别是 +x2+x^{2} 和 −x2-x^{2},所以只要把它们相加,xx 就整个消掉了——既不用代入,也不用两边平方。

  2. 两式相加。

    (x2+y)+(−x2+y)=2+10⟹2y=12⟹y=6(x^{2}+y)+(-x^{2}+y)=2+10\quad\Longrightarrow\quad 2y=12\quad\Longrightarrow\quad y=6

  3. 把 y = 6 代回任意一式。 用第一式:

    x2+6=2⟹x2=−4x^{2}+6=2\quad\Longrightarrow\quad x^{2}=-4

  4. 解读这个不可能成立的等式。 任何实数的平方都 ≥0\ge 0,所以 x2=−4x^{2}=-4 无实数解。而 yy 又被唯一地定死为 66,因此不存在同时满足两式的实数对 (x,y)(x,y)。

    无实数解\boxed{\text{无实数解}}

  5. 用第二式和图形各确认一次。 把 y=6y=6 代入 −x2+y=10-x^{2}+y=10 得 −x2=4-x^{2}=4,也就是 x2=−4x^{2}=-4——同样的矛盾,说明前面没有代数上的疏漏。从图形上看,y=2−x2y=2-x^{2} 是顶点为 (0,2)(0,2) 的开口向下的抛物线,y=10+x2y=10+x^{2} 是顶点为 (0,10)(0,10) 的开口向上的抛物线;前者永远不高于 y=2y=2,后者永远不低于 y=10y=10,两条曲线自然不可能相交。

  6. 如果题目允许复数,也顺带提一句。 在复数范围内 x2=−4x^{2}=-4 给出 x=±2ix=\pm 2i,于是 (2i,6)(2i,6) 与 (−2i,6)(-2i,6) 都满足两个方程。至于 (4,−14)(4,-14)、(−4,−14)(-4,-14)、(0,2)(0,2) 这类选项,代进去哪个方程都不成立,直接代入就能排除。

Answer

无实数解(在 C 上为 (±2i, 6))\text{无实数解(在 }\mathbb{C}\text{ 上为 }(\pm 2i,\,6)\text{)}

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