卡在這題?用 AI 解開它
Algebra · real student question

解 x⁴ + x³ + x² + x = 4553。

Question

求實數 xx 使

x4+x3+x2+x=4553x^4+x^3+x^2+x=4553

Step-by-step solution

  1. 先把左邊分解,看清它的形狀。 分組提取:

    x4+x3+x2+x=x(x3+x2+x+1)=x(x+1)(x2+1)x^4+x^3+x^2+x=x(x^3+x^2+x+1)=x(x+1)(x^2+1)

    由於 x2+1>0x^2+1>0 恆成立,g(x)=x(x+1)(x2+1)g(x)=x(x+1)(x^2+1) 的正負號就等於 x(x+1)x(x+1) 的正負號:只在 (−1,0)(-1,0) 上為負,區間外都為正。而且 gg 在兩個方向上都按 x4x^4 的量級成長。所以對任何大於 00 的目標值,實根恰好有兩個,一正一負 —— 負的那一半正是最容易被忘掉的。

  2. 先把正根夾住。 g(7)=2401+343+49+7=2800g(7)=2401+343+49+7=2800,g(8)=4096+512+64+8=4680g(8)=4096+512+64+8=4680。目標值 45534553 落在兩者之間,所以根在 (7,8)(7,8) 內,而且靠近 88。

  3. 把正根收緊。 g(7.9)=4458.36g(7.9)=4458.36,g(7.95)=4568.17g(7.95)=4568.17,所以根在 (7.9,7.95)(7.9,7.95) 內。二分到機器精度得

    x1=7.9431476x_1=7.9431476

  4. 否掉流傳很廣的 7.949102。 在那裡計算得 g(7.949102)=4566.18g(7.949102)=4566.18,比 45534553 超出了 1313 以上。差這麼多的值不可能是根;這個偏差之所以容易被忽略,是因為四次方讓 gg 在 x=8x=8 附近變化極快(每單位約 22002200)。

  5. 把負根也夾住並收緊。 g(−8)=4096−512+64−8=3640g(-8)=4096-512+64-8=3640,g(−8.5)=4669.69g(-8.5)=4669.69,所以第二個根落在 (−8.5,−8)(-8.5,-8) 內。二分得

    x2=−8.4477787x_2=-8.4477787

  6. 兩個都驗證一下。 g(7.9431476)=4553.000g(7.9431476)=4553.000,g(−8.4477787)=4553.000g(-8.4477787)=4553.000,都精確到小數第三位。這個四次方程式剩下的兩個根是一對共軛複數,所以實數解集恰好是 {7.9431476, −8.4477787}\{7.9431476,\,-8.4477787\}。

Answer

x≈7.9431476或x≈−8.4477787x\approx 7.9431476\quad\text{或}\quad x\approx -8.4477787

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