1956年全國(guó)首次數(shù)學(xué)競(jìng)賽在四個(gè)城市舉行,當(dāng)時(shí)引起了廣泛的關(guān)注.本文對(duì)北京市該次數(shù)學(xué)競(jìng)賽第二試試題中的第七題給出了幾種解法,并對(duì)其進(jìn)行了推廣、研究.
原題如下:求方程x-2xsin+1=0的所有根.
解法一:由于“1”的特殊性,將原題中的“1”拆分,并配方.
x-sin+cos=0
因?yàn)閤-sin≥0,且cos≥0
所以x-sin=0………(1)cos=0………(2)
由(1)知|x|=|xin|≤1
由(2)知=+kπ?圯x=1+2k,k∈z
由(1)、(2)得x=±1
解法二:x-2xsin+1=0
解:方程的解x≠0,否則若x=0,則1=0,矛盾.
原方程可變形為sin=
由正弦函數(shù)的有界性和均值不等式可得
1≥sin=≥1
所以sin=±1
把sin=±1代入原方程解得x=±1
解法三:“配方法”
x-2xsin+sin+1-sin=0
即(x-sin)+1-sin=0
x-sin=0………(1)1-sin=0………(2)
由(1)得x=sin,由(2)得sin=±1,所以由(1)、(2)得x=±1即為原方程的解.
以上三種解法反映了題目的結(jié)構(gòu)特征,現(xiàn)做如下深入探究及推廣.
推廣1:改變方程的系數(shù):ax±2abxsin(x)+b=0(a≠0,b≠0),是否仍然成立?
證明:將原方程變形為(ax-bsin)+bcos=0
得ax-bsin=0………(1)cos=0………(2)
由(2)推得sin=±1,代入(1)式得x=±
同理可考慮ax+2abxsin(x)+b=0
推廣2:方程x-2xsin+1=0的解情況為:
?。?)當(dāng)k≠±2時(shí),方程無(wú)解;
?。?)當(dāng)k=±2時(shí),方程有解,且為x=±1.
證明:方程變形為x-sin+cos=0
可得:
x-sin=0cos=0?圯x=sin=+nπ(k∈z)?圯x=±1x=+nk(k∈z)
如果k≠±2,方程x=±1x=+nk(k∈z)無(wú)解.
∵當(dāng)k≠±2時(shí),|x|≥2
∴x≠±1
所以可得出結(jié)論,原題中“sin”中πx的系數(shù)僅限于±,即k=±2.
推廣3:由于正弦函數(shù)與余弦函數(shù)有相同之有界性,故產(chǎn)生問(wèn)題:將方程中正弦函數(shù)換成余弦函數(shù),結(jié)論成立嗎?
方程x-2xcos+1=0是無(wú)解的,
證明:首先x=0不是方程的解,原因同上.
將方程變形為cos=
1≥cos=≥1
代入原方程,解得x=±1,和cos=±1矛盾.所以原方程無(wú)解,不能做如此推廣.
相同之方法亦可證方程ax+2abxcos(x)+b=0(