Дано квадратное уравнение x^2 + 2(a-1)x + a = 0. Найдите все действительные значения параметра a, при которых уравнение имеет два положительных корня; обсудите возможные ошибки при логических рассуждениях и способ проверки границ параметра
Ответ: 0<a<3−520<a<\dfrac{3-\sqrt5}{2}0<a<23−5. Краткое доказательство: - Для уравнения x2+2(a−1)x+a=0x^2+2(a-1)x+a=0x2+2(a−1)x+a=0 дискриминант D=4((a−1)2−a)=4(a2−3a+1).
D=4\bigl((a-1)^2-a\bigr)=4(a^2-3a+1). D=4((a−1)2−a)=4(a2−3a+1).
Должно быть D>0⇒a2−3a+1>0D>0\Rightarrow a^2-3a+1>0D>0⇒a2−3a+1>0, то есть a<3−52a<\dfrac{3-\sqrt5}{2}a<23−5 или a>3+52a>\dfrac{3+\sqrt5}{2}a>23+5. - По Виету суммы и произведение корней: x1+x2=−2(a−1)x_1+x_2=-2(a-1)x1+x2=−2(a−1), x1x2=ax_1x_2=ax1x2=a. Для двух положительных корней нужно x1x2>0⇒a>0,x1+x2>0⇒−2(a−1)>0⇒a<1.
x_1x_2>0\Rightarrow a>0, \qquad x_1+x_2>0\Rightarrow -2(a-1)>0\Rightarrow a<1. x1x2>0⇒a>0,x1+x2>0⇒−2(a−1)>0⇒a<1.
Совместив с условием на DDD получаем 0<a<10<a<10<a<1 и одновременно a<3−52a<\dfrac{3-\sqrt5}{2}a<23−5 или a>3+52a>\dfrac{3+\sqrt5}{2}a>23+5. Пересечение даёт 0<a<3−52.
0<a<\dfrac{3-\sqrt5}{2}. 0<a<23−5. Возможные ошибки и проверки: - Ошибка: забыть условие D>0D>0D>0 (тогда можно получить комплексные корни или кратный корень). Если допустим кратный корень (D=0), то корень будет равен x=1−ax=1-ax=1−a — положителен при a<1a<1a<1, но это один корень (не два), поэтому в задаче с требованием «два положительных корня» DDD должно быть строго положительно. - Ошибка: неверно вычислить сумму корней (знак!), нужно помнить x1+x2=−bax_1+x_2=-\dfrac{b}{a}x1+x2=−ab. - Проверка границ: подставить крайние значения: a=0⇒x1x2=0a=0\Rightarrow x_1x_2=0a=0⇒x1x2=0 (есть корень 000, не положителен); при a=3−52a=\dfrac{3-\sqrt5}{2}a=23−5 имеем D=0D=0D=0 — двойной положительный корень x=1−a>0x=1-a>0x=1−a>0, но он не даёт двух различных корней. Также можно проверить условие геометрически: вершина параболы в xv=1−ax_v=1-axv=1−a должна лежать правее нуля (a<1a<1a<1) и значение в вершине f(xv)=−D/4<0f(x_v)=-D/4<0f(xv)=−D/4<0 (то есть D>0D>0D>0).
Краткое доказательство:
- Для уравнения x2+2(a−1)x+a=0x^2+2(a-1)x+a=0x2+2(a−1)x+a=0 дискриминант
D=4((a−1)2−a)=4(a2−3a+1). D=4\bigl((a-1)^2-a\bigr)=4(a^2-3a+1).
D=4((a−1)2−a)=4(a2−3a+1). Должно быть D>0⇒a2−3a+1>0D>0\Rightarrow a^2-3a+1>0D>0⇒a2−3a+1>0, то есть a<3−52a<\dfrac{3-\sqrt5}{2}a<23−5 или a>3+52a>\dfrac{3+\sqrt5}{2}a>23+5 .
- По Виету суммы и произведение корней: x1+x2=−2(a−1)x_1+x_2=-2(a-1)x1 +x2 =−2(a−1), x1x2=ax_1x_2=ax1 x2 =a. Для двух положительных корней нужно
x1x2>0⇒a>0,x1+x2>0⇒−2(a−1)>0⇒a<1. x_1x_2>0\Rightarrow a>0,
\qquad x_1+x_2>0\Rightarrow -2(a-1)>0\Rightarrow a<1.
x1 x2 >0⇒a>0,x1 +x2 >0⇒−2(a−1)>0⇒a<1. Совместив с условием на DDD получаем 0<a<10<a<10<a<1 и одновременно a<3−52a<\dfrac{3-\sqrt5}{2}a<23−5 или a>3+52a>\dfrac{3+\sqrt5}{2}a>23+5 . Пересечение даёт
0<a<3−52. 0<a<\dfrac{3-\sqrt5}{2}.
0<a<23−5 .
Возможные ошибки и проверки:
- Ошибка: забыть условие D>0D>0D>0 (тогда можно получить комплексные корни или кратный корень). Если допустим кратный корень (D=0), то корень будет равен x=1−ax=1-ax=1−a — положителен при a<1a<1a<1, но это один корень (не два), поэтому в задаче с требованием «два положительных корня» DDD должно быть строго положительно.
- Ошибка: неверно вычислить сумму корней (знак!), нужно помнить x1+x2=−bax_1+x_2=-\dfrac{b}{a}x1 +x2 =−ab .
- Проверка границ: подставить крайние значения: a=0⇒x1x2=0a=0\Rightarrow x_1x_2=0a=0⇒x1 x2 =0 (есть корень 000, не положителен); при a=3−52a=\dfrac{3-\sqrt5}{2}a=23−5 имеем D=0D=0D=0 — двойной положительный корень x=1−a>0x=1-a>0x=1−a>0, но он не даёт двух различных корней. Также можно проверить условие геометрически: вершина параболы в xv=1−ax_v=1-axv =1−a должна лежать правее нуля (a<1a<1a<1) и значение в вершине f(xv)=−D/4<0f(x_v)=-D/4<0f(xv )=−D/4<0 (то есть D>0D>0D>0).