Дано уравнение квадратного типа: x^2 - (2m+1)x + m^2 = 0; исследуй, при каких значениях параметра m корни являются целыми числами, и предложи метод поиска таких m для учащихся старших классов
Решение и метод для учащихся. 1) Дискриминант: Δ=(2m+1)2−4m2=4m+1 \Delta=(2m+1)^2-4m^2=4m+1Δ=(2m+1)2−4m2=4m+1. Для целых корней нужно, чтобы Δ\DeltaΔ было квадратом целого, т.е. существовало целое kkk такое, что 4m+1=k24m+1=k^24m+1=k2. Тогда m=k2−14m=\dfrac{k^2-1}{4}m=4k2−1. Так как правая часть целая лишь при нечетном kkk, положим k=2t+1k=2t+1k=2t+1. Получаем m=t(t+1)m=t(t+1)m=t(t+1), t∈Zt\in\mathbb{Z}t∈Z. 2) Корни при этом выражаются как x=2m+1±4m+12.
x=\frac{2m+1\pm\sqrt{4m+1}}{2}. x=22m+1±4m+1.
Подставляя m=t(t+1)m=t(t+1)m=t(t+1) и 4m+1=2t+1\sqrt{4m+1}=2t+14m+1=2t+1, получаем корни x=t2,x=(t+1)2,
x=t^2,\quad x=(t+1)^2, x=t2,x=(t+1)2,
то есть два соседних квадратa целых чисел. 3) Обратное: если корни целые a,ba,ba,b, то по Виету a+b=2m+1, ab=m2a+b=2m+1,\ ab=m^2a+b=2m+1,ab=m2. Из этого следует (после приведения) (a−b)2=2(a+b)−1(a-b)^2=2(a+b)-1(a−b)2=2(a+b)−1, что приводит к предыдущей параметризации и к m=t(t+1)m=t(t+1)m=t(t+1). Ответ: корни целые тогда и только тогда, когда m=t(t+1)(t∈Z),
m=t(t+1)\quad (t\in\mathbb{Z}), m=t(t+1)(t∈Z),
при этом корни равны t2t^2t2 и (t+1)2(t+1)^2(t+1)2. Короткий метод для учащихся: проверить, что 4m+14m+14m+1 — полный квадрат; если 4m+1=(2t+1)24m+1=(2t+1)^24m+1=(2t+1)2, то m=t(t+1)m=t(t+1)m=t(t+1) и корни — t2t^2t2 и (t+1)2(t+1)^2(t+1)2.
1) Дискриминант: Δ=(2m+1)2−4m2=4m+1 \Delta=(2m+1)^2-4m^2=4m+1Δ=(2m+1)2−4m2=4m+1. Для целых корней нужно, чтобы Δ\DeltaΔ было квадратом целого, т.е. существовало целое kkk такое, что
4m+1=k24m+1=k^24m+1=k2.
Тогда m=k2−14m=\dfrac{k^2-1}{4}m=4k2−1 . Так как правая часть целая лишь при нечетном kkk, положим k=2t+1k=2t+1k=2t+1. Получаем
m=t(t+1)m=t(t+1)m=t(t+1), t∈Zt\in\mathbb{Z}t∈Z.
2) Корни при этом выражаются как
x=2m+1±4m+12. x=\frac{2m+1\pm\sqrt{4m+1}}{2}.
x=22m+1±4m+1 . Подставляя m=t(t+1)m=t(t+1)m=t(t+1) и 4m+1=2t+1\sqrt{4m+1}=2t+14m+1 =2t+1, получаем корни
x=t2,x=(t+1)2, x=t^2,\quad x=(t+1)^2,
x=t2,x=(t+1)2, то есть два соседних квадратa целых чисел.
3) Обратное: если корни целые a,ba,ba,b, то по Виету a+b=2m+1, ab=m2a+b=2m+1,\ ab=m^2a+b=2m+1, ab=m2. Из этого следует (после приведения) (a−b)2=2(a+b)−1(a-b)^2=2(a+b)-1(a−b)2=2(a+b)−1, что приводит к предыдущей параметризации и к m=t(t+1)m=t(t+1)m=t(t+1).
Ответ: корни целые тогда и только тогда, когда
m=t(t+1)(t∈Z), m=t(t+1)\quad (t\in\mathbb{Z}),
m=t(t+1)(t∈Z), при этом корни равны t2t^2t2 и (t+1)2(t+1)^2(t+1)2.
Короткий метод для учащихся: проверить, что 4m+14m+14m+1 — полный квадрат; если 4m+1=(2t+1)24m+1=(2t+1)^24m+1=(2t+1)2, то m=t(t+1)m=t(t+1)m=t(t+1) и корни — t2t^2t2 и (t+1)2(t+1)^2(t+1)2.