公式法

📘 一元二次方程·
⭐⭐
·求根公式、判别式

🎯 学习目标

  • 掌握一元二次方程求根公式的推导与使用
  • 理解判别式的意义,并能判断方程根的情况
  • 能熟练运用公式法解一元二次方程

📚 核心概念

一元二次方程的一般形式是 ax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0(其中 a0a \neq 0)。当不能用因式分解或配方法简便求解时,我们可以使用公式法。公式法的核心是求根公式

x=b±b24ac2ax = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}

这个公式适用于所有一元二次方程。公式中的 b24acb^2 - 4ac 被称为判别式,通常用符号 Δ\Delta 表示。判别式决定了方程根的性质:

  • 如果 Δ>0\Delta > 0,方程有两个不相等的实数根;
  • 如果 Δ=0\Delta = 0,方程有两个相等的实数根(即一个重根);
  • 如果 Δ<0\Delta < 0,方程没有实数根(在初中阶段认为“无解”)。

使用公式法时,首先要将方程整理成标准形式,再准确找出 aabbcc 的值,代入公式计算。

📝 关键公式

  • 求根公式x=b±b24ac2ax = \dfrac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}

    • 示例:方程 x25x+6=0x^2 - 5x + 6 = 0 中,a=1,b=5,c=6a=1, b=-5, c=6,代入得 x=5±25242=5±12x = \dfrac{5 \pm \sqrt{25 - 24}}{2} = \dfrac{5 \pm 1}{2},所以 x1=3,x2=2x_1=3, x_2=2
  • 判别式Δ=b24ac\Delta = b^2 - 4ac

    • 示例:方程 2x2+3x+1=02x^2 + 3x + 1 = 0Δ=324×2×1=98=1>0\Delta = 3^2 - 4 \times 2 \times 1 = 9 - 8 = 1 > 0,有两个不等实根。

💡 经典例题

例题1:解方程 x24x+3=0x^2 - 4x + 3 = 0

  1. 确认方程为标准形式,a=1,b=4,c=3a=1, b=-4, c=3
  2. 计算判别式:Δ=(4)24×1×3=1612=4>0\Delta = (-4)^2 - 4 \times 1 \times 3 = 16 - 12 = 4 > 0,有两个不等实根。
  3. 代入求根公式:
x=(4)±42×1=4±22 x = \frac{-(-4) \pm \sqrt{4}}{2 \times 1} = \frac{4 \pm 2}{2}
  1. 得到两个解:x1=4+22=3x_1 = \frac{4+2}{2} = 3x2=422=1x_2 = \frac{4-2}{2} = 1

例题2:解方程 2x2+4x+5=02x^2 + 4x + 5 = 0

  1. 标准形式中,a=2,b=4,c=5a=2, b=4, c=5
  2. 计算判别式:Δ=424×2×5=1640=24<0\Delta = 4^2 - 4 \times 2 \times 5 = 16 - 40 = -24 < 0
  3. 因为判别式小于0,该方程在实数范围内无解(初中阶段结论)。
  4. 所以,原方程无实数根。

⚠️ 易错点

  • 符号错误:在代入 b-bcc 时忽略负号。例如方程 x23x4=0x^2 - 3x - 4 = 0 中,b=3b = -3,所以 b=3-b = 3,不是 3-3
  • 忘记化为标准形式:必须先把方程整理成 ax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0 再找系数,否则会出错。
  • 判别式计算错误:尤其是 4ac-4ac 部分,若 cc 为负,容易漏掉负负得正。
  • 开平方出错:如 16=4\sqrt{16} = 4,不是 ±4\pm4,因为公式中已有 ±\pm 符号。
  • 误认为 Δ<0\Delta < 0 有实数解:初中阶段,判别式小于0说明方程在实数范围内无解,不要强行写答案。

💡 例题

1

如果log(xy3)=1\log (xy^3)= 1log(x2y)=1\log (x^2y) = 1,那么log(xy)\log (xy)等于多少?

1=log(xy3)=logx+3logyand1=log(x2y)=2logx+logy.1 = \log(xy^{3}) = \log x + 3\log y \quad\text{and}\quad 1 = \log(x^{2}y) = 2\log x + \log y.

解得logx=25\log x = \frac{2}{5}logy=15\log y = \frac{1}{5}。因此

log(xy)=logx+logy=35.\log(xy) = \log x + \log y = \boxed{\frac{3}{5}}.
2

z2z=55i.z^2 - z = 5 - 5i.的根。

将根用逗号隔开输入。

我们可以将z2z(55i)=0.z^2 - z - (5 - 5i) = 0.写成。根据二次公式,

z=1±1+4(55i)2=1±2120i2.z = \frac{1 \pm \sqrt{1 + 4(5 - 5i)}}{2} = \frac{1 \pm \sqrt{21 - 20i}}{2}.

2120i=(a+bi)2,21 - 20i = (a + bi)^2,,其中aabb是实数。展开得

a2+2abib2=2120i.a^2 + 2abi - b^2 = 21 - 20i.

比较实部与虚部,得到a2b2=21a^2 - b^2 = 21ab=10,ab = -10,,所以b=10a.b = -\frac{10}{a}.。 代入得

a2100a2=21.a^2 - \frac{100}{a^2} = 21.

于是a421a2100=0,a^4 - 21a^2 - 100 = 0,,因式分解为(a225)(a2+4)=0.(a^2 - 25)(a^2 + 4) = 0.。 因为aa是实数,所以a2=25,a^2 = 25,,即a=5a = 5a=5.a = -5.

a=5,a = 5,,则b=2,b = -2,,所以

z=1+52i2=3i.z = \frac{1 + 5 - 2i}{2} = 3 - i.

a=5,a = -5,,则b=2,b = 2,,所以

z=15+2i2=2+i.z = \frac{1 - 5 + 2i}{2} = -2 + i.

因此,方程的解为3i,2+i.\boxed{3 - i, -2 + i}.

✏️ 练习

1

解不等式:

x+6x2+2x+70.\frac{x + 6}{x^2 + 2x + 7} \ge 0.

请用区间表示法写出答案。

2

考虑由30条抛物线组成的集合,这些抛物线都以点(0,0)(0,0)为焦点,且准线均为形如y=ax+by=ax+b的直线,其中aabb为整数,满足a{2,1,0,1,2}a\in \{-2,-1,0,1,2\}b{3,2,1,1,2,3}b\in \{-3,-2,-1,1,2,3\}。这30条抛物线中任意三条都不共点。问:平面上有多少个点恰好落在其中两条抛物线上?

3

xx取何值时,函数f(x)=2x25x7x24x+1f(x) = \frac{2x^2 - 5x - 7}{x^2 - 4x + 1}与它的水平渐近线相交?

4

有理函数p(x)q(x)\frac{p(x)}{q(x)}的图像如下图所示,其水平渐近线为y=0y = 0,垂直渐近线为x=1x=-1。若q(x)q(x)是二次式,p(2)=1p(2)=1,且q(2)=3q(2) = 3,求p(x)+q(x).p(x) + q(x).

5

函数q(x)=x4+4x2+4q(x) = x^4 + 4x^2 + 4的定义域是[0,)[0,\infty)。它的值域是什么?