絕對值計算機

以 AI 驅動的逐步解題,求解絕對值方程式與不等式

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Math Input
|x - 3| = 5
|2x + 1| < 7
|3x - 6| >= 9
|x^2 - 4| = 3

什麼是絕對值?

實數 xx絕對值寫作 x|x|,是它在數線上與 00 的距離:

x={xif x0xif x<0|x| = \begin{cases} x & \text{if } x \geq 0 \\ -x & \text{if } x < 0 \end{cases}

重要性質:

  • 對所有 xx 都有 x0|x| \geq 0,且等號成立的充要條件是 x=0x = 0
  • xy=xy|xy| = |x||y|(乘法性)。
  • x+yx+y|x + y| \leq |x| + |y|(三角不等式)。
  • x2=x2|x|^2 = x^2,因此 x=x2|x| = \sqrt{x^2}

幾何意義ab|a - b| 是數線上兩數 aabb 之間的距離。這正是為什麼絕對值不等式能簡潔地轉化為距離的描述。

絕對值可推廣到複數(a+bi=a2+b2|a + bi| = \sqrt{a^2 + b^2})以及向量(歐氏範數),但這裡我們著重於大多數作業中使用的實數情況。

如何求解絕對值問題

類型 1:絕對值方程式

f(x)=c|f(x)| = c,其中 cc 為常數。

  • c<0c < 0無解(絕對值永遠不會是負數)。
  • c=0c = 0:求解 f(x)=0f(x) = 0
  • c>0c > 0:拆成兩種情況:f(x)=cf(x) = c f(x)=cf(x) = -c。分別求解,保留所有有效解。

範例2x3=7|2x - 3| = 7 拆成 2x3=72x - 3 = 72x3=72x - 3 = -7,得 x=5x = 5x=2x = -2

類型 2:小於型不等式

f(x)<c|f(x)| < c(或 \leq),其中 c>0c > 0

等價於:c<f(x)<c-c < f(x) < c(複合不等式,AND)。

幾何意義:f(x)f(x)00 的距離在 cc 以內。

範例2x+1<7|2x + 1| < 7 變為 7<2x+1<7-7 < 2x + 1 < 7,得 4<x<3-4 < x < 3

c0c \leq 0,則無解(或當 c=0c = 0 時僅有 f(x)=0f(x) = 0)。

類型 3:大於型不等式

f(x)>c|f(x)| > c(或 \geq),其中 c0c \geq 0

等價於:f(x)<cf(x) < -c f(x)>cf(x) > c(析取,OR)。

範例3x69|3x - 6| \geq 9 變為 3x693x - 6 \leq -93x693x - 6 \geq 9,得 x1x \leq -1x5x \geq 5

c<0c < 0,則每個實數都滿足此不等式。

陷阱:兩邊皆有絕對值

f(x)=g(x)|f(x)| = |g(x)| 拆成 f(x)=g(x)f(x) = g(x)f(x)=g(x)f(x) = -g(x)

驗證解

務必代回原始方程式。在某些情況下,平方或拆解可能引入增根。

應避免的常見錯誤

  • 漏掉負值情況x=5|x| = 5兩個解,x=5x = 5x=5x = -5。初學者常常只寫出正的那個。
  • AND 與 OR 用反x<c|x| < c 用 AND(介於 c-ccc 之間);x>c|x| > c 用 OR(小於 c-c 或大於 cc)。互換會得到錯誤答案。
  • 忘記 cc 必須為非負f(x)=3|f(x)| = -3 無解,因為恆有 f(x)0|f(x)| \geq 0
  • 負值情況的正負號混淆2x3=7|2x - 3| = 7 給出 2x3=72x - 3 = -7,而不是 (2x)3=7-(2x) - 3 = 7。是把整個算式取負後等於 c-c
  • 遺漏增根:求解後務必代回原始方程式。若絕對值結構依賴於 f(x)f(x) 為非負,請加以檢查。

Examples

Step 1: 拆成兩種情況:x3=5x - 3 = 5x3=5x - 3 = -5
Step 2: 情況 1:x=8x = 8
Step 3: 情況 2:x=2x = -2
Step 4: 兩者代回原始方程式皆成立
Answer: x=8x = 8x=2x = -2

Step 1: 小於型不等式:改寫為複合不等式
Step 2: 7<2x+1<7-7 < 2x + 1 < 7
Step 3: 減 1:8<2x<6-8 < 2x < 6
Step 4: 除以 2:4<x<3-4 < x < 3
Answer: 4<x<3-4 < x < 3,或以區間表示為 (4,3)(-4, 3)

Step 1: 大於或等於型:拆成析取
Step 2: 3x693x - 6 \leq -93x693x - 6 \geq 9
Step 3: 情況 1:3x33x \leq -3,所以 x1x \leq -1
Step 4: 情況 2:3x153x \geq 15,所以 x5x \geq 5
Answer: x1x \leq -1x5x \geq 5

Frequently Asked Questions

絕對值永遠是非負的(≥ 0),所以它不可能等於負數。此方程式無實數解。

|x - a| 是數線上 x 與 a 之間的距離。因此 |x - 3| < 5 表示「x 與 3 的距離在 5 以內」,可轉化為 -2 < x < 8。

|x| < c 表示「x 與 0 的距離在 c 以內」——單一區間(AND)。|x| > c 表示「x 與 0 的距離超過 c」——兩個分開的區間(OR)。幾何意義決定了所使用的邏輯運算子。

拆成兩種情況:x = 2x - 3(得 x = 3)或 x = -(2x - 3)(得 x = 1)。務必將兩個候選解都代回原始方程式檢查。

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