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二次方程为什么没有实根?用配方分清无解、重根与两个根

本例x²+4x+5=0、x²+4x+4=0、x²+4x+3=0分别变成(x+2)²=-1、0、1。对应实数解集为空集、{-2}、{-3,-1}。这里说的是不同实根的数量,不是把重根写成两个不同数。

一只手在黑板数学表达式旁书写,作为配方与实数解检查的资料配图
配图:Vitaly Gariev · Unsplash License图库资料配图,不是本文软件截图、产品实测或发布现场。

核心要点

实数范围内,平方不可能等于负数。把二次方程配成平方等于一个数,就能解释为什么分别没有实根、只有一个不同实根或有两个不同实根,而不必只背判别式结论。

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先说明研究的是哪种方程与数域

OpenStax的二次函数说明把抛物线、零点和横轴交点联系起来。这里限定ax²+bx+c=0且a≠0,解属于实数。若a=0,就应回到一次方程或其他情形,不能继续套二次方程分类。

“没有实根”不等于任何数域中都没有解。本文不展开复数;做题前把数域写清,能够避免把不同课程阶段的回答当成相互矛盾。

同一平方,三种右侧

x²+4x=(x+2)²-4,所以常数项分别为5、4、3时,原方程依次等价为平方等于-1、0、1。这里每一步是恒等变形,不能只在左边加4而忘记右边也要保持等式。

原创三题的完整参考答案
原式配方后实数解集
x²+4x+5=0(x+2)²=-1空集
x²+4x+4=0(x+2)²=0{-2}
x²+4x+3=0(x+2)²=1{-3,-1}

解释根的数量,而不仅是抄解集

第一题没有实数的平方能等于-1,因此无实根;第二题只有x+2=0,得到-2;第三题必须同时考虑x+2=1与x+2=-1,分别得到-1与-3。漏写负号分支会丢掉一个解。

用b²-4ac复核三题分别为-4、0、4,就能把熟悉的判别式分类与刚才的平方理由对应起来。重根的代数重数与不同解的个数应分开表述,不能因为公式出现“±0”就列出两个不同的-2。

最后代回,并检查自己漏掉的条件

第三题代入-3得到9-12+3=0,代入-1得到1-4+3=0;第二题代入-2得到4-8+4=0。第一题不能只用几个试算值证明无解,证明来自(x+2)²+1始终至少为1。

定义域导致候选被排除的另一类问题,见有理方程约分后的空点和对数方程的原始定义域。本题不是约分制造无效根,而是实数平方的取值范围决定交点数量。

独立练习:把三题的4x改成6x,并选择常数10、9、8。应得到(x+3)²=-1、0、1,对应空集、{-3}、{-4,-2}。能自己解释三个数量并逐个代回,才说明掌握了方法。

如果把三题改成a=0的形式,应先识别它已经不是二次方程;如果课程改为复数范围,则要另行讨论。检查数域和最高次项,先于计算判别式或枚举根的数量。

参考资料与延伸阅读