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含参数的方程与不等式

参数是像 a 这样的字母,它代表一个确定的数,只是我们还不知道是几。题目常问:“a 取什么值时,方程有 0 个、1 个、2 个或更多个解?”图像法的做法是:把方程写成 f(x) = a,然后让水平直线 y = a 在曲线 y = f(x) 上上下滑动。

🎬 分步故事

  1. 方程是 x² = a。画出曲线 y = x² 和橙色直线 y = a。直线与曲线相交的每个绿点都是一个解。现在 a = 4,有 2 个绿点。
  2. 把直线往下滑到 a = 0。直线刚好碰到曲线的最低点,只剩 1 个绿点。
  3. 再滑到曲线下面,a = −2。直线碰不到曲线,没有绿点,所以无解。
  4. 换一条新曲线:y = |x² − 4|,形状像字母 W。当 a = 2 时,直线与它有 4 个交点。
  5. 把直线升到 a = 4。它正好穿过中间的峰顶,所以绿点变成 3 个。解的个数在某些特殊的 a 处发生变化。
  6. 自由练习:|x − 1| + |x + 1| = a。找出 a 取多少时,直线正好落在平的一段上,得到无数个解。

提示:拖动3D画面可以旋转,用两根手指可以缩放。

🤔 常见疑问,一次讲清

绿点表示什么?

每个绿点是直线与曲线相交的点。它的 x 值就是方程的一个解。

相切算一个解还是两个解?

算一个解。a = 0 时直线只碰到碗的最低点,所以只有一个 x。

如果直线在曲线下方呢?

那它们永远不相交。对这个 a,方程无解。

为什么 |x² − 4| = a 会有 4 个解?

W 形曲线在每个低点两侧都向上升,所以 0 到 4 之间的直线会穿过四条“臂”。

为什么 a = 4 很特殊?

a = 4 时直线穿过中间的峰顶,那里是两条臂相遇的地方,两个交点合成了一个。个数从 4 变成 3。

方程可以有无数个解吗?

可以,如果直线落在曲线平的一段上。那一段上的每个 x 都是解。

什么是参数?

在 x² = 9 里,9 是固定的数。在 x² = a 里,字母 a 是参数:它是一个确定的数,只是我们还没选定。我们要解的未知数仍然是 x。

所以答案不是一个数。答案要说明解如何随 a 变化。例如:“如果 a < 0,无解;如果 a = 0,有一个解;如果 a > 0,有两个解。”

图像法:滑动直线 y = a

图像法分四步:

  1. 把方程整理成 f(x) = a(a 单独放在一边)。
  2. 画出曲线 y = f(x),只画一次,它与 a 无关。
  3. 画出水平直线 y = a。改变 a,直线就上下移动。
  4. 数一数每个位置上的交点个数。写出交点个数不变的 a 的范围,以及个数发生变化的特殊值。

例:|x² − 4| = a。曲线像 W,两个低点是 (−2, 0)、(2, 0),中间的峰顶是 (0, 4)。

a 在式子里面时:判别式

对于 x² − 4x + a = 0,根的个数由判别式 D = b² − 4ac = 16 − 4a 决定。

对于“x² + 2ax + 4 > 0 对所有 x 都成立”,需要没有根,并且抛物线在 x 轴上方:D = 4a² − 16 < 0,所以 −2 < a < 2。

也可以画图:x² − 4x = −a 是最低点为 −4 的抛物线,再加一条高度为 −a 的直线。

不等式与分类讨论

在 ax > 2 中,a 的正负决定答案,所以要分情况讨论:

一定要说明 a = 0 以及你找到的特殊值时会怎样。完整的答案要列出每一种情况。

动手试试:先猜,再验证

打开 3D 板,选 |x − 1| + |x + 1| = a。滑动之前,先猜一猜 a = 1 时有几个解。然后滑到 a = 1,读出结果。再试 a = 2 和 a = 3。回家后可以在碗里倒水,看水面碰到碗壁的情形:深碗碰到两处;平底的碗可以沿着一整条线碰到。这和图里的情形是一样的。

重点公式和概念

例题讲解

1. 方程 x² = a 有几个解?

画出 y = x² 和直线 y = a。如果 a < 0,直线在曲线下方:0 个解。如果 a = 0,直线在最低点相切:1 个解。如果 a > 0,直线与曲线相交两次:2 个解(x = ±√a)。

2. a 取何值时,x² − 4x + a = 0 有两个不同的根?

D = (−4)² − 4·1·a = 16 − 4a。有两个不同的根需要 D > 0,所以 16 − 4a > 0,即 a < 4。

3. 讨论 |x| = a。

曲线 y = |x| 是一个 V 形,尖点在 (0, 0)。a < 0:无解。a = 0:一个解(x = 0)。a > 0:两个解(x = ±a)。

4. 当 a = 2 时,|x² − 4| = a 有几个解?

x² − 4 = 2 得 x² = 6,x = ±√6。x² − 4 = −2 得 x² = 2,x = ±√2。共有四个不同的解。

5. 对每个 a,求 x² − 2x = a 的解的个数。

x² − 2x = (x − 1)² − 1,是最低点为 (1, −1) 的抛物线。a < −1:无解。a = −1:一个解(x = 1)。a > −1:两个解。

6. 对 a 的所有取值,解不等式 ax > 2。

a > 0:x > 2/a。a < 0:除以 a 时不等号反向,x < 2/a。a = 0:0 > 2 不成立,所以无解。

7. a 取何值时,x² + 2ax + 4 > 0 对所有 x 都成立?

抛物线开口向上。只要没有实数根,它就一直在 x 轴上方:D = (2a)² − 4·4 = 4a² − 16 < 0,所以 a² < 4,即 −2 < a < 2。

8. a 取何值时,|x − 1| + |x + 1| = a 恰好有两个解?

曲线在 x = −1 到 1 之间是高度为 2 的平线,两侧以斜率 2 上升。a < 2:无解。a = 2:无数个解。a > 2:两个解 x = ±a/2。所以 a > 2。

常见错误

练习测验

1. 在 x² = a 中,字母 a 叫做:
2. x² = a 没有实数解,当:
3. |x| = a 恰好有一个解,当:
4. x² − 4x + a = 0 有一个根,当 a =
5. 在图像法中,直线 y = a 是:

练习:自己动手回答

输入或选择你的答案,然后点“检查”。卡住了就看提示;回答后会显示完整解答。

常见问题

数学里的参数是什么?

参数是代表一个确定但未指明的数的字母。我们研究这个数变化时,答案如何变化。

参数和变量一样吗?

不完全一样。我们要解的是变量 x。参数 a 当作已知的数,答案用它来表示。

什么时候图像法比判别式更好用?

当方程不是简单的二次方程时,比如含绝对值或根号,画图通常更容易。

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