Algebra · real student question

解方程式 x^2 + 4|x - 3| - 7x + 11 = 0。

Question

解方程式

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

Step-by-step solution

  1. 先找出絕對值裡面變號的位置。 x3|x-3|x=3x=3 兩側的表現不同,所以實數線被切成兩段:x3x\ge 3x<3x<3。在每一段上絕對值都可以換成一般的一次式,於是一個難解的方程式就變成兩個普通的二次方程式。

  2. 情況一:x3x\ge 3,此時 x3=x3|x-3|=x-3 代入並整理:

    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. 只保留真正滿足 x3x\ge 3 的那個根。 數值上 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(捨去)。被捨去的值滿足改寫後的方程式,卻不滿足原方程式,因為在那一側 x3|x-3| 並不等於 x3x-3

  4. 情況二:x<3x<3,此時 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}

    這裡 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(捨去)。

  5. 把兩個留下來的根代回原方程式驗算。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,總和為 10.9083+1.211123.1194+11010.9083+1.2111-23.1194+11\approx 0。對 x=112922.80742x=\frac{11-\sqrt{29}}{2}\approx2.80742x27.8816x^2\approx7.88164x30.77034|x-3|\approx0.77037x19.6519-7x\approx-19.6519,總和 0\approx 0。兩個都通過。

  6. 寫出兩個根。 這個方程式恰有兩個解,

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

    分界點 x=3x=3 的兩側各有一個根——這提醒我們:分情況討論時,每一種情況都可能(而且常常真的會)貢獻一個根。

Answer

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

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