一元二次方程|根的性质(两根之和、两根之积及判别式)

文章摘要

本文涵盖 一元二次方程的根的性质—— 这是 DSE 卷一甲部(2)及乙部经常出现的进阶课题,占 4–7 分。 你将学习 两根之和与两根之积、如何 由给定根建构二次方程、如何运用根的特性解 参数问题, 以及如何运用判别式、两根之和及两根之积 分析根的符号。 文章包括逐步例题、DSE 应试技巧、练习题。 这些是 高阶技能,能帮助你在 DSE 考试中取得佳绩。


学习目标

完成本文后,你应能够:

  • 推导应用 两根之和与两根之积 的公式。
  • 由给定根建构 二次方程。
  • 运用两根之和与两根之积解 参数问题
  • 运用判别式、两根之和及两根之积 分析根的符号
  • \( \alpha + \beta \)\( \alpha\beta \) 表示 对称式
  • 将以上技巧应用于 DSE 风格的题目。

1. 引言

一元二次方程的根的性质 每年 都在 DSE 卷一甲部(2)及乙部出现。题目可能要求你:

  • 不解方程而求两根之和或两根之积
  • 由给定根建构二次方程
  • 运用根的性质求未知参数
  • 分析根的符号
  • 计算涉及根的对称表达式

这些是高阶技能,能帮助你在考试中夺取高分。

DSE 应试提示

根的性质的题目通常以 短答题 形式出现在甲部(2),每题 3–4 分;在乙部则以 长题目 形式出现,每题 5–7 分。

2. 两根之和与两根之积

对于二次方程 \( ax^2 + bx + c = 0 \),其根为 \( \alpha \)\( \beta \)

$$ \alpha + \beta = -\frac{b}{a} $$ $$ \alpha\beta = \frac{c}{a} $$

这两个公式可由因式分解推导:

$$ ax^2 + bx + c = a(x - \alpha)(x - \beta) $$
DSE 记忆口诀

两根之和:\( -\frac{b}{a} \)   |   两根之积:\( \frac{c}{a} \)

例题

题目:\( 2x^2 - 5x + 3 = 0 \) 的两根之和及两根之积。

题解

\( a = 2 \)\( b = -5 \)\( c = 3 \)

\( \alpha + \beta = -\frac{-5}{2} = \frac{5}{2} \)

\( \alpha\beta = \frac{3}{2} \)

答案:两根之和 = \( \frac{5}{2} \),两根之积 = \( \frac{3}{2} \)

3. 由根建构二次方程

\( \alpha \)\( \beta \) 为两根,则二次方程为:

$$ x^2 - (\alpha + \beta)x + \alpha\beta = 0 $$

例题

题目:建构一个以 \( 3 \)\( -2 \) 为根的二次方程。

题解

\( \alpha + \beta = 3 + (-2) = 1 \)

\( \alpha\beta = 3 \times (-2) = -6 \)

\( x^2 - (1)x + (-6) = 0 \)

答案:\( x^2 - x - 6 = 0 \)

4. 对称式

对称式 是指交换 \( \alpha \)\( \beta \) 后保持不变的表达式。 它们可用 \( \alpha + \beta \)\( \alpha\beta \) 来计算。

常用公式

  • \( \alpha^2 + \beta^2 = (\alpha + \beta)^2 - 2\alpha\beta \)
  • \( \alpha^2 - \beta^2 = (\alpha - \beta)(\alpha + \beta) \)
  • \( \alpha^3 + \beta^3 = (\alpha + \beta)^3 - 3\alpha\beta(\alpha + \beta) \)
  • \( \frac{1}{\alpha} + \frac{1}{\beta} = \frac{\alpha + \beta}{\alpha\beta} \)

例题

题目:\( \alpha \)\( \beta \)\( x^2 - 4x + 2 = 0 \) 的根,求 \( \alpha^2 + \beta^2 \)

题解

\( \alpha + \beta = 4 \)\( \alpha\beta = 2 \)

\( \alpha^2 + \beta^2 = (\alpha + \beta)^2 - 2\alpha\beta = 4^2 - 2(2) = 16 - 4 = 12 \)

答案:\( 12 \)

5. 参数问题

参数问题涉及运用两根之和与两根之积来求二次方程中的未知系数。

例题

题目:\( x^2 + kx + 6 = 0 \) 的两根为 \( 2 \)\( 3 \)。求 \( k \)

题解

\( \alpha + \beta = 2 + 3 = 5 = -k \)\( k = -5 \)

\( \alpha\beta = 2 \times 3 = 6 \)

答案:\( k = -5 \)

6. 根的符号分析

运用判别式(\( \Delta \))、两根之和(\( S \))及两根之积(\( P \)), 我们可以在不解方程的情况下判断根的符号。

条件根的符号
\( \Delta \ge 0 \)\( S > 0 \)\( P > 0 \)两根均为正数
\( \Delta \ge 0 \)\( S < 0 \)\( P > 0 \)两根均为负数
\( \Delta \ge 0 \)\( P < 0 \)一正一负
DSE 常见陷阱

必须先检查 \( \Delta \ge 0 \)!若方程没有实根(\( \Delta < 0 \)),符号分析便没有意义。

例题

题目:判断 \( x^2 - 5x + 6 = 0 \) 的根的符号。

题解

\( \Delta = 25 - 24 = 1 > 0 \)(两个实根)

\( S = 5 > 0 \)\( P = 6 > 0 \)

答案:两根均为正数。

7. 例题

例题 1:两根之和与两根之积

题目:\( 3x^2 + 7x - 2 = 0 \) 的两根之和及两根之积。

题解

\( a = 3 \)\( b = 7 \)\( c = -2 \)

\( \alpha + \beta = -\frac{7}{3} \)

\( \alpha\beta = -\frac{2}{3} \)

答案:两根之和 = \( -\frac{7}{3} \),两根之积 = \( -\frac{2}{3} \)

例题 2:由根建构方程

题目:建构一个以 \( \frac{1}{2} \)\( -3 \) 为根的二次方程。

题解

\( \alpha + \beta = \frac{1}{2} + (-3) = -\frac{5}{2} \)

\( \alpha\beta = \frac{1}{2} \times (-3) = -\frac{3}{2} \)

\( x^2 - (-\frac{5}{2})x + (-\frac{3}{2}) = 0 \)

乘以 2:\( 2x^2 + 5x - 3 = 0 \)

答案:\( 2x^2 + 5x - 3 = 0 \)

例题 3:参数问题

题目:\( x^2 - kx + 12 = 0 \) 的其中一个根是 4,求另一个根及 \( k \) 的值。

题解

设两根为 \( 4 \)\( \beta \)

\( 4 \times \beta = 12 \)\( \beta = 3 \)

\( 4 + 3 = 7 = k \)

答案:另一个根 = \( 3 \)\( k = 7 \)

8. DSE 风格练习题

甲部(2)及乙部风格

题目 1 MC
\( \alpha \)\( \beta \)\( x^2 - 6x + 4 = 0 \) 的根,求 \( \alpha + \beta \)
A. \( -6 \)     B. \( -4 \)     C. \( 4 \)     D. \( 6 \)

题目 2 MC
\( \alpha \)\( \beta \)\( 2x^2 + 5x - 3 = 0 \) 的根,求 \( \alpha\beta \)
A. \( -\frac{3}{2} \)     B. \( -\frac{5}{2} \)     C. \( \frac{3}{2} \)     D. \( \frac{5}{2} \)

题目 3 短答
建构一个以 \( -2 \)\( 5 \) 为根的二次方程。

题目 4 短答
\( \alpha \)\( \beta \)\( x^2 - 3x + 1 = 0 \) 的根,求 \( \alpha^2 + \beta^2 \)

题目 5 MC
关于 \( x^2 + 4x + 3 = 0 \) 的根,以下哪项正确?
A. 两根均为正数     B. 两根均为负数     C. 一正一负     D. 没有实根

9. 题解

题目 1: D. \( 6 \)
\( \alpha + \beta = -\frac{b}{a} = -\frac{-6}{1} = 6 \)
题目 2: A. \( -\frac{3}{2} \)
\( \alpha\beta = \frac{c}{a} = \frac{-3}{2} = -\frac{3}{2} \)
题目 3: \( x^2 - 3x - 10 = 0 \)
\( \alpha + \beta = 3 \)\( \alpha\beta = -10 \)
\( x^2 - 3x - 10 = 0 \)
题目 4: \( 7 \)
\( \alpha + \beta = 3 \)\( \alpha\beta = 1 \)
\( \alpha^2 + \beta^2 = 3^2 - 2(1) = 9 - 2 = 7 \)
题目 5: B. 两根均为负数
\( \Delta = 16 - 12 = 4 > 0 \)\( S = -4 < 0 \)\( P = 3 > 0 \) → 两根均为负数。

10. 基础练习

点击下列链接查看基础练习
 基础练习: 一元二次方程|根的性质(两根之和、两根之积及判别式)

重点总结

你必须记住的重点
  • 两根之和:\( \alpha + \beta = -\frac{b}{a} \)   |   两根之积:\( \alpha\beta = \frac{c}{a} \)
  • 由根建构方程:\( x^2 - (\alpha + \beta)x + \alpha\beta = 0 \)
  • 对称式:运用 \( \alpha + \beta \)\( \alpha\beta \) 来计算。
  • 参数问题:运用两根之和与两根之积求未知系数。
  • 符号分析:先检查 \( \Delta \ge 0 \),然后运用 \( S \)\( P \)
  • 这课题保证在 DSE 卷一甲部(2)及乙部有 4–7 分——掌握这些技巧!

复习清单

  • 两根之和:\( \alpha + \beta = -\frac{b}{a} \)
  • 两根之积:\( \alpha\beta = \frac{c}{a} \)
  • 由根建构方程:\( x^2 - (\alpha + \beta)x + \alpha\beta = 0 \)
  • 对称式:\( \alpha^2 + \beta^2, \frac{1}{\alpha} + \frac{1}{\beta} \)
  • 参数问题:运用两根之和/积求未知数
  • 符号分析:\( \Delta \ge 0 \),然后 \( S \)\( P \)
  • 代入验算答案