Algebra · real student question

函數 f 定義為 f(x) = ax^2 + bx + c,其中 a、b、c 為常數。方程式 f(x) = 0 的解為 x = 1 與 x = -7。若 a 是大於 1 的整數,則對每個這樣的 f 都有 a + b 大於或等於 n,求常數 n 的最大可能值。

Question

函數 ff 定義為 f(x)=ax2+bx+cf(x)=ax^{2}+bx+c,其中 aabbcc 為常數。方程式 f(x)=0f(x)=0 的解為 x=1x=1x=7x=-7

aa 是大於 11 的整數,則對每個這樣的函數 ff 都有 a+bna+b\ge n。求常數 nn 的最大可能值。

Step-by-step solution

  1. 先把兩根寫成因式形式。 二次式由它的兩根決定,只差一個倍率。因為 f(1)=0f(1)=0f(7)=0f(-7)=0,所以 (x1)(x-1)(x+7)(x+7) 都是 ff 的因式:

    f(x)=a(x1)(x+7)f(x)=a(x-1)(x+7)

    其中的 aa 就是 ax2+bx+cax^{2}+bx+c 裡的首項係數,因為 (x1)(x+7)(x-1)(x+7) 的首項係數是 11

  2. 展開後用 aa 表示 bb

    f(x)=a(x2+6x7)=ax2+6ax7a,f(x)=a\left(x^{2}+6x-7\right)=ax^{2}+6ax-7a,

    比較係數得 b=6ab=6ac=7ac=-7a。現在整個式子只由單一未知數 aa 控制。

  3. 把要估界的量寫出來。

    a+b=a+6a=7a.a+b=a+6a=7a.

    所以「若 a+bna+b\ge n 恆成立,nn 最大可以多大?」其實就是在問「7a7a 最小可以多小?」

  4. aa 的允許範圍內取最小值。 條件是 aa大於 1 的整數,所以可能值是 a=2,3,4,a=2,3,4,\dots,最小為 a=2a=2。(這裡 a0a\ne 0 自動成立——二次式的首項係數本來就不能為零。)因此 a+ba+b 的最小值是

    7(2)=14.7(2)=14.

  5. 把最小值轉換成答案。 不等式 a+bna+b\ge n 必須對每一個允許的 ff 都成立,所以 nn 最多只能取到 a+ba+b 的最小值。這個最小值 1414 確實達得到(a=2a=2f(x)=2x2+12x14f(x)=2x^{2}+12x-14),所以 n=14n=14 可行,再大就不行了:

    nmax=14.n_{\max}=14.

Answer

n=14n=14

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