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代数式的恒等变换

代数式的恒等变换方法与技巧
例:设p
x =有实根的充要条件,并求出所有实根。

由于代数式的变形会引起定义域的改变,因此,在解方程时,尽量使用等价变形的方法求解。

这样可避免增根和遣根的出现。

解:
原方程等价于222(0,0
x p x x x ⎧-=-⎪⎨-≥≥⎪⎩
2
22222(4)4448(2)441330440,0p x x p p x x x x p x ⎧-=⎪⎧=+--⎪⎪⎪⎪⇔≤≤⇔≤⎨⎨⎪⎪≥⎪⎪+-≤≥⎩⎪⎩
222(4)8(2)44,043p x p p x x ⎧-=⎪⎪-⇔⎨-⎪≤≤≥⎪⎩ 由上式知,原方程有实根,当且仅当p 满足条件
24(4)44048(2)33
p p p p --≤≤⇔≤≤- 这说明原方程有实根的充要条件是403p ≤≤。

这时,原方程有惟一实根x =。

一、分类变换
当式的变换受到字母变值的限制时,可对字母的取值进行分类,然后对每一类进行变换,以达到求解的目的。

分类变换方法适用于式的化简与方程(组)的化简、求解。

例1:当x 取什么样的实数值时,下列等式成立:
(a
=;
(b
1=;
(c
2=。

解:
(0)m m =≥ 记方程左边为f(x),
则()f x =
1
|1|1|1
1
2
x
x

==
≤≤
由此可知,
当m=时,原方程的解集为
1
[,1]
2

当m∈时,解集为∅;
当)
m∈+∞
m
=,解得2
1
(2)
4
x m
=+。

即当)
m∈+∞时,原方程的解集为2
1
{(2)}
4
m+。

例2:在复数范围内解方程组222
555
3,
3,
3.
x y z
x y z
x y z
++=


++=

⎪++=

解:考虑数列*
,
n n n
n
a x y z n
=++∈N。

不难证明此数列满足递推式321
()()
n n n n
a x y z a xy yz zx a xyza
+++
=++-+++,其中
125
3,3
a a a
===。

利用基本恒等式,得2
12
1
()3
2
xy yz zx a a
++=-=,
3123
11
[()]
33
xyz a a a xy yz zx a
=--++=,
∴{}
n
a的递推式化为*
3213
1
33,
3
n n n n
a a a a a n
+++
=-+⋅∈N
由此得
432313543323
11
3349,331027
33
a a a a a a a a a a a a
=-+⋅=---+⋅=-

5
3
a=,得
3
10273
a-=,∴
3
3
a=。


3
1
1
3
xyz a
==。

综上所述知,原方程组等价于
3,
3,
1.
x y z
xy yz zx
xyz
++=


++=

⎪=

由韦达定理知,x,y,z是关于t的三次方程33
3310
t t t
-+-=的三根,
此三次方程即3
123
(1)0,1
t t t t
-=∴===,
这说明原方程组在复数范围内的解集为{(1,1,1)}。

注:此题还可以利用三次单位根
1
2
ω=-+的性质来解。

二、利用对称性
对称式一定是轮换式,但轮换式不一定是对称式。

例如,x2y+y2z+z2x是轮换
式,但不是对称式。

由轮换的特点,在解题中,为方便起见,可指定变元中x
1最大(或最小)。

例3:设x ,y ,z>0,求证
(x+y+z)5-(x 5+y 5+z 5)≥10(x+y)(y+z)(z+x)(xy+yz+zx)
等号成立当且仅当x=y=z 。

证:令5555(,,)()()f x y z x y z x y z =++-++。

易知(,,f x y z )是对称式。

∵当x+y=0时,f(x ,y ,z)=0,∴()|(,,)x y f x y z +。

从而()|,()|y z f z x f ++,
∴()()()|x y y z z x f +++。

注意到f 是关于x ,y ,z 的五次齐次式,故可设
222(,,)()()()[()]()f x y z x y y z z x A x y z B xy yz zx =++++++++, 令:0,1,1x y z ===,
得:2A+B=15。

令1x y z ===,得A+B=10。

因此,A=B=5。

∴222(,,)5()()()()f x y z x y y z z x x y z xy yz zx =++++++++ 注意到,,0x y z >,且222x y z xy yz zx ++≥++,
得(,,)10()()()()f x y z x y y z z x xy yz zx ≥+++++
等号成立的条件为x y z ==。

例4:设a ,b ,c 是三角形的边长,
证明222()()()0a b a b b c b c c a c a -+-+-≥
并说明等号何时成立。

证明:令欲证不等左边为(,,)f a b c ,则易证(,,)f a b c 为轮换式(非对称)。

故可设,a b c ≥。

注意到0b c a +->,则可先考虑将f 中分离出一个含b+c-a 的非负式子。

事实上222()()[()]()f a b a b b c b c c b b a c a =-+-+-+-
2222()()()()(2)()()c b a b c a ab b c ab c a c b a b a b b c b c =-+---+--+-+- 再令222*()()(2)()()f ab b c ab c a c b a b a b b c b c =--+--+-+- 令a c =,有222*()()()0f bc b c c b c b b c b c =--+-+-=
令a b =,有2222*()()(2)()0f b b c b c b c b b c b c =--+--+-=。

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