1 一元一次方程与一元二次方程
概念 · 导语
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例 1原题 #111 · 选择
已知对任意有理数 $a,b$,关于 $x,y$ 的二元一次方程 $(a-b)x-(a+b)y=a+b$ 有一组公共解,则公共解为
A. $(0,1)$B. $(0,-1)$C. $(1,0)$D. $(-1,0)$解析
由已知得 $a(x-y-1)-b(x+y+1)=0$,从而有 $\begin{cases} x-y-1=0 \\ x+y+1=0 \end{cases}$,解之得 $\begin{cases} x=0 \\ y=-1 \end{cases}$。故应选 B 。
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例 2原题 #112 · 选择
甲是乙现在的年龄时,乙 $10$ 岁;乙是甲现在的年龄时,甲 $25$ 岁。那么
A. 甲比乙大 $5$ 岁B. 甲比乙大 $10$ 岁C. 乙比甲大 $10$ 岁D. 乙比甲大 $5$ 岁解析
设甲、乙现在的年龄分别为 $x,y$ 岁,依题意得 $\begin{cases} x-y=y-10 \\ x-25=y-x \end{cases}$,即 $\begin{cases} x-2y=-10 \\ 2x-y=25 \end{cases}$,相加得 $x-y=5$。故应选 A 。
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例 3原题 #113 · 选择
某商品的标价比成本高 $p\%$,当该商品降价出售时,为了不亏损成本,售价的折扣(即降价的百分数)不得超过 $d\%$。则 $d$ 可用 $p$ 表示为
A. $\dfrac{p}{100+p}$B. $\dfrac{100p}{100p+1}$C. $\dfrac{p}{1+p}$D. $\dfrac{100p}{100+p}$解析
设该商品的成本为 $a$,则有 $a(1+p\%)(1-d\%)=a$,解得 $d=\dfrac{100p}{100+p}$。故应选 D 。
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例 4原题 #114 · 选择
关于 $x$ 的两个方程 $x^2+4mx+4m^2+2m+3=0$,$x^2+(2m+1)x+m^2=0$ 中至少有一个方程有实根,则 $m$ 的取值范围是
A. $-\dfrac{3}{2}<m<-\dfrac{1}{4}$B. $m\leqslant -\dfrac{3}{2}$ 或 $m\geqslant -\dfrac{1}{4}$C. $-\dfrac{1}{4}<m<\dfrac{1}{2}$D. $m\leqslant -\dfrac{3}{2}$ 或 $m\geqslant \dfrac{1}{2}$解析
由题意,$\Delta_1=16m^2-4(4m^2+2m+3)=-8m-12\geqslant 0$,得 $m\leqslant -\dfrac{3}{2}$。或 $\Delta_2=(2m+1)^2-4m^2=4m+1\geqslant 0$,得 $m\geqslant -\dfrac{1}{4}$。所以 $m\leqslant -\dfrac{3}{2}$ 或 $m\geqslant -\dfrac{1}{4}$。故应选 B 。
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例 5原题 #115 · 选择
若 $x_1,x_2$ 是方程 $x^2+2x-k=0$ 的两个不等的实数根,则 $x_1^2+x_2^2-2$ 是
A. 正数B. 零C. 负数D. 不大于零的数解析
由题意,$\Delta=4+4k>0$,即 $k>-1$。又 $x_1+x_2=-2$,$x_1x_2=-k$。所以 $x_1^2+x_2^2-2=(x_1+x_2)^2-2x_1x_2-2=4+2k-2=2(k+1)>0$。故应选 A 。
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例 6原题 #116 · 选择
设 $a,b$ 都是正实数且 $\dfrac{1}{a}+\dfrac{1}{b}-\dfrac{1}{a-b}=0$。那么,$\dfrac{b}{a}$ 的值为
A. $\dfrac{1+\sqrt{5}}{2}$B. $\dfrac{1-\sqrt{5}}{2}$C. $\dfrac{-1+\sqrt{5}}{2}$D. $\dfrac{-1-\sqrt{5}}{2}$解析
由题设可得 $\dfrac{a+b}{ab}=\dfrac{1}{a-b}$,即 $a^2-b^2=ab$。有 $\dfrac{a}{b}-\dfrac{b}{a}=1$。解得 $\dfrac{b}{a}=\dfrac{-1\pm\sqrt{5}}{2}$(负值舍去)。故应选 C 。
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例 7原题 #117 · 选择
设方程 $2x^2+ax-2=0$ 的两根之差的绝对值为 $\dfrac{5}{2}$,则 $a$ 等于
A. $3$B. $-5$C. $\pm 3$D. $\pm 5$解析
因为 $\dfrac{5}{2}=|x_1-x_2|$,所以 $\dfrac{25}{4}=(x_1-x_2)^2=(x_1+x_2)^2-4x_1x_2=\left(-\dfrac{a}{2}\right)^2+4$,即 $a^2=9$。解得 $a=\pm 3$。故应选 C 。
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例 8原题 #118 · 选择
若 $ab\neq 1$,且有 $5a^2+2001a+9=0$ 及 $9b^2+2001b+5=0$,则 $\dfrac{a}{b}$ 的值是
A. $\dfrac{9}{5}$B. $\dfrac{5}{9}$C. $-\dfrac{2001}{5}$D. $-\dfrac{2001}{9}$解析
$\because b\neq 0$,$\therefore$ 由 $9b^2+2001b+5=0$,得 $5\cdot\dfrac{1}{b^2}+2001\cdot\dfrac{1}{b}+9=0$。又 $\because 5a^2+2001a+9=0$,$\therefore a$ 与 $\dfrac{1}{b}$ 是方程 $5x^2+2001x+9=0$ 的根。$\because a\neq\dfrac{1}{b}$,$\Delta>0$,$\therefore a\cdot\dfrac{1}{b}=\dfrac{9}{5}$。故应选 A 。
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例 9原题 #119 · 填空
美国篮球巨星乔丹在一场比赛中 $24$ 投 $14$ 中,拿下 $28$ 分,其中三分球三投全中,那么乔丹两分球投中 球,罚球投中 球。
解析
设两分球投中 $x$ 球,罚球投中 $y$ 球,则 $\begin{cases} x+y=14-3 \\ 2x+y=28-9 \end{cases}$,解得 $\begin{cases} x=8 \\ y=3 \end{cases}$。故应填 $8$ 、$3$ 。
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例 10原题 #120 · 填空
某果品商店进行组合销售,甲种搭配:$2\,\text{kg}$ A 水果,$4\,\text{kg}$ B 水果;乙种搭配:$3\,\text{kg}$ A 水果,$8\,\text{kg}$ B 水果,$1\,\text{kg}$ C 水果;丙种搭配:$2\,\text{kg}$ A 水果,$6\,\text{kg}$ B 水果,$1\,\text{kg}$ C 水果。已知 A 水果每千克 $2$ 元,B 水果每千克 $1.2$ 元,C 水果每千克 $10$ 元。某天该商店销售这三种搭配共得 $441.2$ 元,其中 A 水果的销售额为 $116$ 元,则 C 水果的销售额为 元。
解析
设该天卖出甲种、乙种、丙种水果分别为 $x,y,z$ 套。依题意有
\[\begin{cases} 2(2x+3y+2z)=116 \\ 8.8x+25.6y+21.2z=441.2 \end{cases}\]
$\therefore \begin{cases} 2x+3y+2z=58 \\ 22x+64y+53z=1103 \end{cases}$。由 $②-①\times 11$,消去 $x$ 得 $31(y+z)=465$,即 $y+z=15$。所以,共卖出 C 水果 $15\,\text{kg}$,C 水果的销售额为 $15\times 10=150$(元)。故应填 $150$ 。
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例 11原题 #121 · 填空
某商场经销一种商品,由于进货时价格比原进价降低了 $6.4\%$,使得利润率增加了 $8$ 个百分点。那么,经销这种商品原来的利润率是 。(利润率 $=\dfrac{\text{销售价}-\text{进价}}{\text{进价}}\times 100\%$)
解析
设原进货价为 $a$,则现在进货价为 $a(1-6.4\%)$。再设原利润率为 $x$,则现在的利润率为 $x+8\%$。设售出价均为 $b$,则依题意得 $\begin{cases} x=\dfrac{b-a}{a} \\ \dfrac{b-a(1-6.4\%)}{a(1-6.4\%)}=x+8\% \end{cases}$。由 $①$ 得 $b=ax+a$,代入 $②$ 得 $x+6.4\%=(1-6.4\%)\cdot x+8\%$。解得 $x=17\%$。故应填 $17\%$ 。
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例 12原题 #122 · 填空
方程 $x^2-2|x+4|-27=0$ 的所有根的和为 。
解析
易见 $x=-4$ 不是方程的根。当 $x>-4$ 时,原方程为 $x^2-2(x+4)-27=0$,即 $x^2-2x-35=0$。求得 $x=7$ 与 $x=-5$,因 $x>-4$,故其根为 $x=7$;当 $x<-4$ 时,原方程为 $x^2+2(x+4)-27=0$,即 $x^2+2x-19=0$。求得 $x=-1\pm 2\sqrt{5}$,因 $x<-4$,故其根为 $x=-1-2\sqrt{5}$。因此共有两根:$7$ 与 $-1-2\sqrt{5}$,所有根的和为 $7+(-1-2\sqrt{5})=6-2\sqrt{5}$。故应填 $6-2\sqrt{5}$ 。
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例 13原题 #123 · 填空
如果满足 $||x^2-6x-16|-10|=a$ 的实数 $x$ 恰有 $6$ 个,那么,实数 $a$ 的值等于 。
解析
原方程可化为 $|x^2-6x-16|=10\pm a$。这个方程有 $6$ 个解,所以 $10+a$ 与 $10-a$ 中有且仅有一个为 $0$。若 $10-a=0$,即 $a=10$,则由 $x^2-6x-16=0$,得 $x_1=-2$,$x_2=8$;由 $x^2-6x-16=\pm 20$,得 $x_{3,4}=3\pm 3\sqrt{5}$,$x_{5,6}=3\pm\sqrt{5}$。若 $10+a=0$,即 $a=-10$,这与 $a>0$ 不符。故应填 $10$ 。
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例 14原题 #124 · 填空
方程 $x^2|x|-5x|x|+2x=0$ 的实根个数为 。
解析
原方程为 $x(x|x|-5|x|+2)=0$。显然原方程有一根 $x_1=0$。下面对 $x\neq 0$,考虑方程 $x|x|-5|x|+2=0$ 实根的个数。当 $x>0$ 时,该方程为 $x^2-5x+2=0$,$x_{2,3}=\dfrac{5\pm\sqrt{17}}{2}>0$,符合题意。当 $x<0$ 时,该方程为 $x^2+5x+2=0$,$x_{4,5}=\dfrac{-5\pm\sqrt{17}}{2}$。$x_4=\dfrac{-5+\sqrt{17}}{2}>0$ 舍去,$x_5=\dfrac{-5-\sqrt{17}}{2}<0$ 符合题意。综上所述,共有 $4$ 个实根。故应填 $4$ 。
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例 15原题 #125 · 填空
已知 $a,b$ 满足 $a^3-3a^2+5a=1$,$b^3-3b^2+5b=5$,则 $a+b=$ 。
解析
由 $a^3-3a^2+5a-1=0$,得 $(a-1)^3+2(a-1)+2=0$ ①;由 $b^3-3b^2+5b-5=0$,得 $(b-1)^3+2(b-1)-2=0$ ②。①+②得 $(a-1)^3+(b-1)^3+2(a+b-2)=0$。而 $(a-1)^3+(b-1)^3+2(a+b-2)=(a+b-2)\left[(a-1-\dfrac{b-1}{2})^2+\dfrac{3}{4}(b-1)^2+2\right]=0$。所以 $a+b-2=0$,即 $a+b=2$。故应填 $2$ 。
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例 16原题 #126 · 填空
已知实数 $a,b$ 满足 $a^2+ab+b^2=1$,且 $t=ab-a^2-b^2$。那么,$t$ 的取值范围是 。
解析
由 $\begin{cases} a^2+ab+b^2=1 \\ ab-a^2-b^2=t \end{cases}$ 得 $\begin{cases} a+b=\pm\sqrt{\dfrac{3+t}{2}} \\ ab=\dfrac{1+t}{2} \end{cases}$。所以 $a,b$ 是方程 $x^2\pm\sqrt{\dfrac{3+t}{2}}x+\dfrac{1+t}{2}=0$ 两个实根。由 $\Delta=\left(\sqrt{\dfrac{3+t}{2}}\right)^2-4\cdot\dfrac{1+t}{2}\geqslant 0$,解得 $-3\leqslant t\leqslant -\dfrac{1}{3}$。故应填 $-3\leqslant t\leqslant -\dfrac{1}{3}$ 。
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例 17原题 #127 · 填空
已知关于 $x$ 的方程 $(a-1)x^2+2x-a-1=0$ 的根都是整数。那么,符合条件的整数 $a$ 有 个。
解析
若 $a-1=0$ 即 $a=1$ 时,$x=1$,符合题意。若 $a-1\neq 0$ 即 $a\neq 1$ 时,则方程两根为 $x_1=1$,$x_2=-\dfrac{a+1}{a-1}$。因为 $-\dfrac{a+1}{a-1}=-1-\dfrac{2}{a-1}$ 为整数,所以 $a-1=\pm 1,\pm 2$,即 $a=-1,0,2,3$。故符合条件的整数 $a$ 有 $5$ 个。应填 $5$ 。
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4 分式方程与根式方程
概念 · 导语
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例 28原题 #138 · 选择
方程 $x^2+3x-\dfrac{3}{x^2+3x-7}=9$ 的所有实数根之积为
A. $60$B. $-60$C. $10$D. $-10$解析
设 $t=x^2+3x-7$,则原方程可化为 $t+7-\dfrac{3}{t}=9$,即 $t^2-2t-3=0$。解得 $t=-1$ 或 $t=3$。所以 $x^2+3x-6=0$ 或 $x^2+3x-10=0$。这两个方程均有实根,且四根之积为 $(-6)(-10)=60$。故应选 A 。
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例 29原题 #139 · 解答
方程组 $\begin{cases} \dfrac{axy}{bx+cy}=1 \\ \dfrac{axy}{cx-by}=2 \end{cases}$($b\neq 2c$,$c\neq -2b$)的解是
解析
原方程组可化为 $\begin{cases} \dfrac{bx+cy}{axy}=1 \\ \dfrac{cx-by}{axy}=\dfrac{1}{2} \end{cases}$,即 $\begin{cases} \dfrac{b}{y}+\dfrac{c}{x}=a \\ \dfrac{c}{y}-\dfrac{b}{x}=\dfrac{a}{2} \end{cases}$。$b\times ① + c\times ②$ 得 $\dfrac{b^2+c^2}{y}=ab+\dfrac{ac}{2}$,$y=\dfrac{2(b^2+c^2)}{a(2b+c)}$。$c\times ① - b\times ②$ 得 $\dfrac{c^2+b^2}{x}=ca-\dfrac{ab}{2}$,$x=\dfrac{2(b^2+c^2)}{a(2c-b)}$。
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例 30原题 #140 · 选择
已知实数 $a$ 满足 $|2000-a|+\sqrt{a-2001}=a$,那么 $a-2000^2$ 的值是
A. $1999$B. $2000$C. $2001$D. $2002$解析
因为 $a-2001\geqslant 0$,所以 $a\geqslant 2001$,从而原方程可化为 $a-2000+\sqrt{a-2001}=a$。即 $\sqrt{a-2001}=2000$,解得 $a=2000^2+2001$。所以 $a-2000^2=2001$。故应选 C 。
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例 31原题 #141 · 选择
若方程 $\sqrt{x-p}=x$ 有两个不相等的实数根,则实数 $p$ 的取值范围是
A. $p\leqslant 0$B. $p<\dfrac{1}{4}$C. $0\leqslant p<\dfrac{1}{4}$D. $p\geqslant \dfrac{1}{4}$解析
方程 $\sqrt{x-p}=x$ 与方程 $x^2-x+p=0$ 且 $x\geqslant p$,$x\geqslant 0$ 的解是相同的。所以实数 $p$ 应满足 $\begin{cases} 1-4p>0 \\ p\geqslant 0 \end{cases}$,解得 $0\leqslant p<\dfrac{1}{4}$。故应选 C 。
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例 32原题 #142 · 填空
方程 $\dfrac{13-2x}{11-2x}+\dfrac{17-2x}{15-2x}=\dfrac{19-2x}{17-2x}+\dfrac{11-2x}{9-2x}$ 的解是 $x=$ 。
解析
原方程可化为 $\left(1+\dfrac{2}{11-2x}\right)+\left(1+\dfrac{2}{15-2x}\right)=\left(1+\dfrac{2}{17-2x}\right)+\left(1+\dfrac{2}{9-2x}\right)$。$\therefore \dfrac{1}{11-2x}-\dfrac{1}{9-2x}=\dfrac{1}{17-2x}-\dfrac{1}{15-2x}$,$\dfrac{-2}{(11-2x)(9-2x)}=\dfrac{-2}{(17-2x)(15-2x)}$,即 $(11-2x)(9-2x)=(17-2x)(15-2x)$。解这个方程得 $x=\dfrac{13}{2}$。故应填 $\dfrac{13}{2}$ 。
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例 33原题 #143 · 填空
方程 $\dfrac{1}{x^2+x-2}+\dfrac{1}{x^2+7x+10}=2$ 的解为 。
解析
原方程化为 $\dfrac{1}{(x+2)(x-1)}+\dfrac{1}{(x+2)(x+5)}=2$。$\dfrac{1}{x+2}\left[\dfrac{1}{x-1}+\dfrac{1}{x+5}\right]=2$,$\dfrac{2}{(x-1)(x+5)}=2$,$(x-1)(x+5)=1$,$x^2+4x-6=0$。解之得 $x=-2\pm\sqrt{10}$。经检验知,原方程的两根为 $x_1=-2+\sqrt{10}$,$x_2=-2-\sqrt{10}$。故应填 $-2\pm\sqrt{10}$ 。
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例 34原题 #144 · 填空
已知 $\sqrt{x}+\dfrac{1}{\sqrt{x}}=2$,那么 $\sqrt{\dfrac{x}{x^2+3x+1}}-\sqrt{\dfrac{x}{x^2+9x+1}}$ 的值等于 。
解析
由 $\sqrt{x}+\dfrac{1}{\sqrt{x}}=2$,得 $x-2\sqrt{x}+1=0$,即 $(\sqrt{x}-1)^2=0$。所以 $\sqrt{x}=1$,$x=1$。从而 $\sqrt{\dfrac{x}{x^2+3x+1}}-\sqrt{\dfrac{x}{x^2+9x+1}}=\sqrt{\dfrac{1}{5}}-\sqrt{\dfrac{1}{11}}=\dfrac{\sqrt{5}}{5}-\dfrac{\sqrt{11}}{11}$。故应填 $\dfrac{\sqrt{5}}{5}-\dfrac{\sqrt{11}}{11}$ 。
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例 35原题 #145 · 填空
方程 $\sqrt{x+2\sqrt{x-1}}+\sqrt{x-2\sqrt{x-1}}=x-1$ 的解是 。
解析
两边平方,得 $2x+2\sqrt{x^2-4(x-1)}=(x-1)^2$。所以 $2x+2|x-2|=(x-1)^2$。若 $x-2\geqslant 0$,则 $4x-4=(x-1)^2$,解得 $x=5$。若 $x-2<0$,则 $(x-1)^2=4$,所以 $x=3$ 或 $-1$(不合题意,舍去)。故应填 $5$ 。
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例 36原题 #146 · 填空
若二次方程组 $\begin{cases} x^2-y^2=1 \\ y=k(x-2)+1 \end{cases}$ 有惟一解,则 $k$ 的所有可能取值为 。
解析
由方程组消去 $y$,得 $(1-k^2)x^2+(4k^2-2k)x-4k^2+4k-2=0$。若 $1-k^2=0$,即 $k=\pm 1$,则 $\begin{cases} x=1 \\ y=0 \end{cases}$ 或 $\begin{cases} x=\dfrac{5}{3} \\ y=-\dfrac{4}{3} \end{cases}$。若 $1-k^2\neq 0$,即 $k\neq \pm 1$,则 $\Delta=(4k^2-2k)^2-4(1-k^2)(-4k^2+4k-2)=4(3k^2-4k+2)=0$。但 $3k^2-4k+2=0$ 无实数解。故应填 $\pm 1$ 。
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例 37原题 #147 · 填空
方程组 $\begin{cases} \sqrt{x+\dfrac{1}{y}}-\sqrt{x+y-3}=\sqrt{3} \\ 2x+y+\dfrac{1}{y}=6 \end{cases}$ 的解集是 。
解析
设 $\sqrt{x+\dfrac{1}{y}}=m$,$\sqrt{x+y-3}=n$,则原方程组可化为 $\begin{cases} m-n=\sqrt{3} \\ m^2+n^2=3 \end{cases}$。解得 $\begin{cases} m=0 \\ n=-\sqrt{3} \end{cases}$ 或 $\begin{cases} m=\sqrt{3} \\ n=0 \end{cases}$。若 $\begin{cases} m=0 \\ n=-\sqrt{3} \end{cases}$,则方程组 $\begin{cases} \sqrt{x+\dfrac{1}{y}}=0 \\ \sqrt{x+y-3}=-\sqrt{3} \end{cases}$ 无解。若 $\begin{cases} m=\sqrt{3} \\ n=0 \end{cases}$,则 $\begin{cases} \sqrt{x+\dfrac{1}{y}}=\sqrt{3} \\ \sqrt{x+y-3}=0 \end{cases}$,解得 $\begin{cases} x_1=2 \\ y_1=1 \end{cases}$,$\begin{cases} x_2=4 \\ y_2=-1 \end{cases}$。经检验,$\begin{cases} x=2 \\ y=1 \end{cases}$,$\begin{cases} x=4 \\ y=-1 \end{cases}$ 是原方程组的解。故应填 $(2,1),(4,-1)$ 。
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例 38原题 #148 · 解答
若关于 $x$ 的方程 $\dfrac{2k}{x-1}-\dfrac{x}{x^2-x}=\dfrac{kx+1}{x}$ 只有一个解,试求 $k$ 的值与方程的解。
解析
原方程化简得 $kx^2-3kx+2x-1=0$ $(*)$。当 $k=0$ 时,原方程有惟一解 $x=\dfrac{1}{2}$。当 $k\neq 0$ 时,$(*)$ 式的 $\Delta=(3k-2)^2+4k=5k^2+4(k-1)^2>0$,总有两个不同的实数根。按题设原方程只有一个解,因此必有一个根是原方程的增根。从原方程知道增根只可能是 $0$ 或 $1$。显然 $0$ 不是 $(*)$ 的根,故 $x=1$ 是方程 $(*)$ 的根,代入得 $k=\dfrac{1}{2}$。由韦达定理得原方程的根为 $-\dfrac{1}{k}=-2$。所以,当 $k=0$ 时,方程的解为 $x=\dfrac{1}{2}$;当 $k=\dfrac{1}{2}$ 时,方程的解为 $x=-2$。
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例 39原题 #149 · 解答
解方程组:$\begin{cases} x+y+z=\sqrt{x+y+z+1}+11 \\ \dfrac{x}{2}=\dfrac{y}{3}=\dfrac{z}{4} \end{cases}$。
解析
由方程 $②$ 可设 $x=2t$,$y=3t$,$z=4t$,代入方程 $①$ 即得方程 $9t=\sqrt{9t+1}+11$ $③$。又令 $y=\sqrt{9t+1}$,化简为 $y^2-y-12=0$。解之得 $y_1=-3$,$y_2=4$。当 $\sqrt{9t+1}=-3$ 时,无实数解。当 $\sqrt{9t+1}=4$ 时,$t=\dfrac{5}{3}$。经检验,$t=\dfrac{5}{3}$ 是方程 $③$ 的根。故原方程组的解为 $\begin{cases} x=\dfrac{10}{3} \\ y=5 \\ z=\dfrac{20}{3} \end{cases}$。
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5 不等式与不等式组
概念 · 导语
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例 40原题 #150 · 选择
设 $a<0$,$b>0$,则不等式 $(x-a)(x+b)\geqslant |ab|$ 的解为
A. $x\leqslant 0$ 或 $x\geqslant a-b$B. $x\leqslant a-b$ 或 $x\geqslant 0$C. $0\leqslant x\leqslant a-b$D. $a-b\leqslant x\leqslant 0$解析
因为 $a<0$,$b>0$,所以 $(x-a)(x+b)\geqslant -ab$,即 $x^2-(a-b)x\geqslant 0$,从而 $x\leqslant a-b$ 或 $x\geqslant 0$。故应选 B 。
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例 41原题 #151 · 选择
设 $a=\dfrac{1998}{1999}$,$b=\dfrac{1999}{2000}$,$c=\dfrac{2000}{2001}$,则下列不等式关系中正确的是
A. $a<b<c$B. $a<c<b$C. $b<c<a$D. $c<b<a$解析
设 $t=1998$,则 $a=\dfrac{t}{t+1}$,$b=\dfrac{t+1}{t+2}$,$c=\dfrac{t+2}{t+3}$。因为 $b-a=\dfrac{t+1}{t+2}-\dfrac{t}{t+1}=\dfrac{1}{(t+2)(t+1)}>0$,所以 $b>a$。同理 $c>b$。所以 $a<b<c$。故应选 A 。
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例 42原题 #152 · 填空
不等式 $\dfrac{x+2}{4x+3}-\dfrac{x}{4x+1}>\dfrac{x}{4x-1}-\dfrac{x-2}{4x-3}$ 的解是 。
解析
原不等式可化为 $\left(1+\dfrac{5}{4x+3}\right)-\left(1-\dfrac{1}{4x+1}\right)>\left(1+\dfrac{1}{4x-1}\right)-\left(1-\dfrac{5}{4x-3}\right)$,即 $\dfrac{5}{4x+3}+\dfrac{1}{4x+1}>\dfrac{1}{4x-1}+\dfrac{5}{4x-3}$。$\dfrac{-15}{16x^2-9}>\dfrac{1}{16x^2-1}$。所以 $16x^2-1<0$ 或 $\begin{cases} 16x^2-9>-15(16x^2-1) \\ 16x^2-9<0 \\ 16x^2-1>0 \end{cases}$。即 $-\dfrac{1}{4}<x<\dfrac{1}{4}$ 或 $\begin{cases} x<-\dfrac{\sqrt{6}}{8}\text{ 或 }x>\dfrac{\sqrt{6}}{8} \\ -\dfrac{3}{4}<x<\dfrac{3}{4} \\ x<-\dfrac{1}{4}\text{ 或 }x>\dfrac{1}{4} \end{cases}$。故应填 $-\dfrac{3}{4}<x<-\dfrac{\sqrt{6}}{8}$ 或 $-\dfrac{1}{4}<x<\dfrac{1}{4}$ 或 $\dfrac{\sqrt{6}}{8}<x<\dfrac{3}{4}$ 。
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例 43原题 #153 · 填空
关于 $x$ 的不等式 $(2a-b)x>a-2b$ 的解是 $x<\dfrac{5}{2}$,则关于 $x$ 的不等式 $ax+b<0$ 的解为 。
解析
由题意,$x=\dfrac{5}{2}$ 是方程 $(2a-b)x=a-2b$ 的解,所以 $\dfrac{5}{2}(2a-b)=a-2b$,即 $b=8a$。且 $2a-b<0$,从而 $a>0$。将 $b=8a$ 代入 $ax+b<0$,得 $ax+8a<0$。解得 $x<-8$。故应填 $x<-8$ 。
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例 44原题 #154 · 填空
已知 $0\leqslant a-b\leqslant 1$,$1\leqslant a+b\leqslant 4$,那么当 $a-2b$ 达到最大值时,$8a+2002b$ 的值等于 。
解析
记 $0\leqslant a-b\leqslant 1$ ①,$1\leqslant a+b\leqslant 4$ ②。令 $m(a-b)+n(a+b)=a-2b$,比较系数得 $\begin{cases} m+n=1 \\ -m+n=-2 \end{cases}$,解得 $\begin{cases} m=\dfrac{3}{2} \\ n=-\dfrac{1}{2} \end{cases}$。故 $a-2b=\dfrac{3}{2}(a-b)-\dfrac{1}{2}(a+b)$ ③。由 $①\times\dfrac{3}{2}$ 得 $0\leqslant\dfrac{3}{2}(a-b)\leqslant\dfrac{3}{2}$;由 $②\times(-\dfrac{1}{2})$ 得 $-2\leqslant -\dfrac{1}{2}(a+b)\leqslant -\dfrac{1}{2}$。相加得 $-2\leqslant a-2b\leqslant 1$。因此 $a-2b$ 的最大值为 $1$。当 $a-2b=1$ 时,$b=\dfrac{a-1}{2}$。代入 $①,②$ 得 $\begin{cases} 0\leqslant a-\dfrac{a-1}{2}\leqslant 1 \\ 1\leqslant a+\dfrac{a-1}{2}\leqslant 4 \end{cases}$,即 $\begin{cases} -1\leqslant a\leqslant 1 \\ 1\leqslant a\leqslant 3 \end{cases}$。由此推出 $a=1$,从而 $b=0$。于是 $8a+2002b=8$。故应填 $8$ 。
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例 45原题 #155 · 填空
甲、乙两人到特价商店购买商品,已知两人购买商品的件数相同,且每件商品的单价只有 $8$ 元和 $9$ 元两种。若两人购买商品一共花费了 $172$ 元,则其中单价为 $9$ 元的商品有 件。
解析
设每人都购买了 $n$ 件商品,其中单价为 $8$ 元的有 $x$ 件,单价为 $9$ 元的有 $y$ 件,则有 $\begin{cases} x+y=2n \\ 8x+9y=172 \end{cases}$ $\Rightarrow \begin{cases} x=18n-172 \\ y=172-16n \end{cases}$。$\because x\geqslant 0$,$y\geqslant 0$,$\therefore \begin{cases} 18n-172\geqslant 0 \\ 172-16n\geqslant 0 \end{cases}$,解得 $9\dfrac{5}{9}\leqslant n\leqslant 10\dfrac{3}{4}$。于是 $n=10$。从而 $y=172-160=12$。故应填 $12$ 。
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例 46原题 #156 · 证明
设 $a,b,c$ 都是实数,考虑如下命题:
若 $a^2+ab+c>0$,且 $c>1$,则 $0<b<2$; 若 $c>1$,且 $0<b<2$,则 $a^2+ab+c>0$; 若 $0<b<2$,且 $a^2+ab+c>0$,则 $c>1$。
试判断哪些命题是正确的,哪些是不正确的。对你认为正确的命题给出证明;你认为不正确的命题,用反例予以否定。
解析
命题 $①$ 不正确。反例:令 $b=4$,$c=5$,此时 $a^2+ab+c=a^2+4a+5=(a+2)^2+1>0$,且 $c>1$,条件满足,但结论 $0<b<2$ 不成立。命题 $②$ 正确,证明如下:由 $c>1$,且 $0<b<2$,得 $0<\dfrac{b}{2}<1<c$,有 $c>\dfrac{b}{2}>\left(\dfrac{b}{2}\right)^2$,$\Rightarrow c>\dfrac{b^2}{4}$。即 $c-\dfrac{b^2}{4}>0$。故 $a^2+ab+c=\left(a+\dfrac{b}{2}\right)^2+\left(c-\dfrac{b^2}{4}\right)>0$。命题 $③$ 不正确。反例:令 $b=1$,$c=\dfrac{1}{2}$,此时 $0<b<2$,且 $a^2+ab+c=a^2+a+\dfrac{1}{2}=\left(a+\dfrac{1}{2}\right)^2+\dfrac{1}{4}>0$,条件满足,但结论 $c>1$ 不成立。
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例 47原题 #157 · 解答
中国第三届京剧艺术节在南京举行,某场京剧演出的票价由 $2$ 元到 $100$ 元多种,某团体需购买票价为 $6$ 元和 $10$ 元的票共 $140$ 张,其中票价为 $10$ 元的票数不少于票价为 $6$ 元的票数的 $2$ 倍,问这两种票各购买多少张所需的钱最少?最少需要多少钱?
解析
设购买 $6$ 元的票为 $x$ 张,则购买 $10$ 元的票为 $(140-x)$ 张。根据题意得 $140-x\geqslant 2x$,解得 $x\leqslant 46\dfrac{2}{3}$。$6$ 元的票要买得多,最多只能买 $46$ 张 $6$ 元票,$\therefore x=46$。所需的钱 $=46\times 6+94\times 10=1216$(元)。答:购买 $46$ 张 $6$ 元票,$94$ 张 $10$ 元票所花钱最少,最少需要 $1216$ 元。
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例 48原题 #158 · 解答
一盒录影带可录制 $2$ 集电视剧加一个小品,或者录制 $2$ 个小品加 $3$ 首流行歌曲。某同学准备录制 $7$ 集电视剧、$11$ 个小品和 $20$ 首流行歌曲,他最少需要多少盒录影带才可能录制完所有节目?(注:每集电视剧时间相同,每个小品的时间相同,每首歌曲的时间一样,每个小品的时间大于每首歌曲的时间)
解析
设录影带的长度为 $s$,每个电视剧、小品、歌曲所占录影带的长度分别为 $a,b,c$。$\because s=2a+b=2b+3c$,$\therefore a=\dfrac{1}{2}b+\dfrac{3}{2}c$。则
\begin{align*}
7a+11b+20c&=14a+7b+4b+20c-7a \\
&=7(2a+b)+4b+20c-\dfrac{7}{2}b-\dfrac{21}{2}c \\
&=7(2a+b)+\dfrac{1}{2}b+\dfrac{19}{2}c \\
&=7(2a+b)+\dfrac{1}{2}b+\dfrac{13}{2}c+3c
\end{align*}
当 $\dfrac{13}{2}c\leqslant \dfrac{3}{2}b$ 时,有 $7a+11b+20c\leqslant 7(2a+b)+2b+3c=8s$。当 $\dfrac{13}{2}c>\dfrac{3}{2}b$ 时,有 $7a+11b+20c>7(2a+b)+\dfrac{1}{2}b+\dfrac{3}{2}b+3c>7(2a+b)+2b+3c=8s$。又 $\because \dfrac{1}{2}b+\dfrac{19}{2}c<2s$,$\therefore$ 当 $b\geqslant \dfrac{13}{3}c$ 时,需要 $8$ 盒;当 $b<\dfrac{13}{3}c$ 时,需要 $9$ 盒。
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6 简单的不定方程
概念 · 导语
(待补:这一节的概念与方法导语。开发端可「✎ 编辑」。)
例 49原题 #159 · 解答
求自然数对 $(a,b)$,同时满足条件:
$0<a-\sqrt{2}b<1$ $150<(a+\sqrt{2}b)^3<200$ 解析
$\because a-\sqrt{2}b<1$,$\therefore a-1<\sqrt{2}b$,$2a-1<a+\sqrt{2}b$。又 $\because (a+\sqrt{2}b)^3<200$,$\therefore (2a-1)^3<200<216=6^3$,$\therefore 2a-1<6$,$a<\dfrac{7}{2}$。又 $\because a$ 为自然数,$\therefore a=1,2,3$。而 $a-\sqrt{2}b>0$,$a>\sqrt{2}b$,且 $b$ 为自然数,$\therefore a\neq 1$。若 $a=2$,由 $2>\sqrt{2}b$,得 $b=1$。此时 $(2+\sqrt{2})^3<4^3=64<150$,与条件 $(2)$ 不符,舍去。若 $a=3$,则由 $a-1<\sqrt{2}b<a$,得 $2<\sqrt{2}b<3$,$\therefore b=2$。不难验证,它们符合条件 $(1)$ 和 $(2)$。故所求的自然数对 $(a,b)=(3,2)$。
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例 50原题 #160 · 选择
$a,b,c$ 是正整数,$a>b$,且 $a^2-ab-ac+bc=7$,则 $a-c$ 等于
A. $-1$B. $-1$ 或 $-7$C. $1$D. $1$ 或 $7$解析
因为 $a(a-b)-c(a-b)=7$,所以 $(a-b)(a-c)=7$。而 $a-b>0$,所以 $a-c>0$。因此 $a-c=1$ 或 $7$。故应选 D 。
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例 51原题 #161 · 选择
方程 $\sqrt{x}+\sqrt{y}=\sqrt{2001}$ 的整数解
A. 不存在B. 仅有 $1$ 组C. 恰有 $2$ 组D. 至少有 $4$ 组解析
显然 $\begin{cases} x=0 \\ y=2001 \end{cases}$,$\begin{cases} x=2001 \\ y=0 \end{cases}$ 是两组解。又 $2001=3\times 23\times 29$,所以 $\sqrt{x}+\sqrt{y}=\sqrt{3\times 23\times 29}$ 除以上两解无整数解。故应选 C 。
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例 52原题 #162 · 填空
设自然数 $x>y$,$x+y=667$,$x,y$ 的最小公倍数为 $P$,最大公约数为 $Q$,$P=120Q$,则 $x-y$ 的最大值为 。
解析
设 $x=x'Q$,$y=y'Q$,则 $x'>y'$,$P=x'y'Q$,$x'$ 与 $y'$ 互质,从而 $x'y'=120$。且 $x'Q+y'Q=(x'+y')Q=667=23\times 29$。$23$ 和 $29$ 是质数,因此只可能 $\begin{cases} x'+y'=23 \\ Q=29 \end{cases}$ 或 $\begin{cases} x'+y'=29 \\ Q=23 \end{cases}$ 或 $\begin{cases} x'+y'=667 \\ Q=1 \end{cases}$。从 $\begin{cases} x'+y'=23 \\ x'y'=120 \end{cases}$ 易得 $\begin{cases} x'=15 \\ y'=8 \end{cases}$;从 $\begin{cases} x'+y'=29 \\ x'y'=120 \end{cases}$ 易得 $\begin{cases} x'=24 \\ y'=5 \end{cases}$;而 $\begin{cases} x'+y'=667 \\ x'y'=120 \end{cases}$ 无解。其中 $x'-y'$ 最大为 $19$,应取 $x'=24$,$y'=5$,$x-y=(24-5)\times 23=19\times 23=437$。故应填 $437$ 。
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例 53原题 #163 · 填空
方程 $4x^2-2xy-12x+5y+11=0$ 有 组正整数解。
解析
方程可化为 $(5-2x)y=-4x^2+12x-11$,$y=2x-1+\dfrac{6}{2x-5}$。所以 $2x-5$ 是 $6$ 的约数。因 $2x-5$ 是奇数,且 $2x-5\geqslant 2-5=-3$,故 $2x-5=\pm 1$ 或 $\pm 3$。若 $2x-5=1$,则 $x=3$,$y=11$;若 $2x-5=-1$,则 $x=2$,$y=-3$;若 $2x-5=3$,则 $x=4$,$y=9$;若 $2x-5=-3$,则 $x=1$,$y=-1$。共 $2$ 组正整数解。故应填 $2$ 。
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例 54原题 #164 · 填空
已知 $x,y,z$ 是正整数,并且满足 $\begin{cases} 3x-4y=0 \\ x+y+z=\sqrt{x+y+z-3}+15 \end{cases}$,那么,$x-y+z$ 的值等于 。
解析
设 $t=\sqrt{x+y+z-3}$,则第二个方程可变为 $t^2-t-12=0$。解得 $t=4$($t=-3$ 舍去)。从而 $\sqrt{x+y+z-3}=4$,所以 $x+y+z=19$。由 $y=\dfrac{3}{4}x$ 可设 $x=4t$,则 $y=3t$。从而 $19=4t+3t+z$,$z=19-7t$。因为 $x,y,z$ 是正整数,所以 $x=4,y=3,z=12$ 或 $x=8,y=6,z=5$。因此,$x-y+z=13$ 或 $7$。故应填 $13$ 或 $7$ 。
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例 55原题 #165 · 填空
方程 $\dfrac{1}{x}+\dfrac{1}{y}-\dfrac{1}{xy^2}=\dfrac{3}{4}$ 的整数解 $(x,y)=$ 。
解析
原方程可化为 $4y^2+4xy-4=3xy^2$,即 $y(3xy-4y-4x)=-4$。所以 $y=-4,-2,-1,1,2,4$。对应的 $3xy-4y-4x=1,2,4,-4,-2,-1$。解得 $\begin{cases} x=\dfrac{15}{16} \\ y=-4 \end{cases}$,$\begin{cases} x=\dfrac{3}{5} \\ y=-2 \end{cases}$,$\begin{cases} x=0 \\ y=-1 \end{cases}$,$\begin{cases} x=0 \\ y=1 \end{cases}$,$\begin{cases} x=3 \\ y=2 \end{cases}$,$\begin{cases} x=\dfrac{11}{8} \\ y=4 \end{cases}$。由于 $xy\neq 0$,所以原方程整数解为 $(3,2)$。故应填 $(3,2)$ 。
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例 56原题 #166 · 填空
已知 $x,y$ 是正整数,并且满足 $xy+x+y=71$,$x^2y+xy^2=880$,则 $x^2+y^2=$ 。
解析
联立并化简,得 $\begin{cases} (x+1)(y+1)=72 \\ xy(x+y)=2^4\times 5\times 11 \end{cases}$。由 $①$ 知 $x,y$ 中至少有一个为奇数,不妨设 $x$ 为奇数,则 $x=5,11,55$。当 $x=55$ 时,$x+y\geqslant 56$,$xy(x+y)\geqslant 55\times 1\times 56>880$,所以 $x=5,11$。若 $x=5$,则由 $①$ 得 $y=11$;若 $x=11$,则 $y=5$。此时 $x,y$ 值满足 $②$。因此,$x^2+y^2=5^2+11^2=146$。故应填 $146$ 。
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例 57原题 #167 · 填空
方程组 $\begin{cases} x^3-y^3-z^3=3xyz \\ x^2=2(y+z) \end{cases}$ 的正整数解是 。
解析
由第一个方程知 $3xyz>0$,所以 $x^3>y^3$,$x^3>z^3$,从而 $x>y$,$x>z$,$2x>y+z$。由第二个方程,得 $x^2=2(y+z)<4x$,所以 $x<4$。又由第二个方程知 $x$ 必为偶数,所以 $x=2$。当 $x=2$ 时,$y=z=1$。故应填 $(2,1,1)$ 。
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例 58原题 #168 · 解答
某校在向“希望工程”捐款活动中,甲班的 $m$ 个男生和 $11$ 个女生的捐款总数与乙班的 $9$ 个男生和 $n$ 个女生的捐款总数相等,都是 $(mn+9m+11n+145)$ 元。已知每人的捐款数相同,且都是整数元,求每人的捐款数。
解析
因为 $mn+9m+11n+145=(m+11)(n+9)+46$,且 $(m+11)\mid(mn+9m+11n+145)$,$(n+9)\mid(mn+9m+11n+145)$,$m+11=n+9$,所以 $(m+11)\mid 46$,$(n+9)\mid 46$。$\because m,n$ 为非负整数,$\therefore m+11\geqslant 11$,$n+9\geqslant 9$。又 $\because 46=1\times 46=2\times 23$。$\therefore m+11=n+9=46$ 或 $m+11=n+9=23$。当 $m+11=n+9=46$ 时,$mn+9m+11n+145=46\times 46+46=47\times 46$,每人捐款数为 $47\times 46\div 46=47$(元)。当 $m+11=n+9=23$ 时,$mn+9m+11n+145=23\times 23+46=25\times 23$,每人捐款数为 $25\times 23\div 23=25$(元)。综上可知,每人捐款数为 $47$ 元或 $25$ 元。
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