二次函数根的分析一例

已知二次函数 f1(x)=x2ax+bf2(x)=x2bx+cf3(x)=x2cx+a.设 a,b,c 都是正整数,求所有的可能的有序三元组 (a,b,c),使得 f1(x)=0f2(x)=0f3(x)=0 均有整数根.

解法一(基于求根公式)

c1 可得 b24c4,于是 b2,进而 a24b8,于是 a3,进而 c24a12,于是 c4,进而 a,b,c4.由 a,b,c 的轮换性,不妨设 c 最大. 根据题意,有 Δi(x) 均为完全平方数,且 fi(1)0,其中 i=1,2,3.于是{1a+b0,1b+c0,1c+a0,a1bca+1,

因此 c=ac=a+1

情形一    若 c=a,此时 Δ3=c24a=a24a,而当 a5 时,有(a3)2<a24a<(a2)2,

于是 a=c=4,进而 b=4,因此 (4,4,4) 是符合题意的一组解.

情形二    若 c=a+1.此时 Δ1=a24b,而 a1ba+1

b=a1.此时 Δ1=(a2)2 为完全平方数,考虑Δ2=b24c=a26a3=(a3)212,

此时 a7.当 a=7 时,得到解 (7,6,8)a=8 时,Δ2=13 不是完全平方数,当 a9 时,有(a26a3)(a4)2=2a19>0,
无解.

b=a.此时 Δ1=a24a,与情形一类似分析,可得此时无解.

b=a+1.此时 c=aΔ3=a24a,与情形一类似分析,可得此时无解.

综上所述,所有解 (a,b,c) 只有 (4,4,4) 以及 (7,6,8) 的轮换.

解法二(基于系数参数) 

fi(x)=0 有整数根,则均为正整数根.

情形一     所有整数根均大于 1,则两根之积不小于两根之和,进而{ba,cb,ac,a=b=c,

此时f1(x)=0x2ax+a=0a=x+1+1x1,
于是 x=2,进而 (a,b,c)=(4,4,4)

情形二    有一个整数根为 1.不妨设 f1(1)=0,于是 a=b+1,进而{f2(x)=x2(a1)x+c,f3(x)=x2cx+a,ca1c1,

于是 c=a1c=a,进而与情形一类似,均无解.

情形三    有两个整数根为 1.不妨设 f1(1)=0f2(1)=0,于是 a=b+1c=b1,进而f3(x)=0x2(b1)x+b+1=0b=x+2+3x1,

于是 x=2x=4,因此 (a,b,c)=(8,7,6)(其轮换也是解).

情形四    有三个整数根为 1.此时无解.

综上所述,所有解 (a,b,c) 只有 (4,4,4) 以及 (7,6,8) 的轮换.

解法三(基于根参数)

不妨设三个方程的实根分别为 x1,x2;x3,x4;x5,x6,且 x1x2x3x4x5x6,则 xiNi=1,2,3,4,5,6).根据韦达定理x1+x2+x3+x4+x5+x6=x3x4+x5x6+x1x2=a+b+c,

进而(x11)(x21)+(x31)(x41)+(x51)(x61)=3,
左侧和式中的三个数都是非负整数,考虑到轮换性,不妨设 (x11)(x21) 是左侧和式中最大数.

情形一     (x11)(x21)=3.此时 x1=4x2=2x4=x6=1,可得 a=6b=8,进而 c=7

情形二     (x11)(x21)=2.此时 x1=3x2=2x4x61,可得 a=5b=6,进而 c=5c=6,均不符合题意.

情形三     (x11)(x21)=1.此时 x1=x2=x3=x4=x5=x6=2,此时 a=b=c=4

综上所述,所有解 (a,b,c) 只有 (4,4,4) 以及 (7,6,8) 的轮换.

此条目发表在方法技巧分类目录,贴了标签。将固定链接加入收藏夹。

发表回复