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:
- 把方程整理成 f(x) = a(a 单独放在一边)。
- 画出曲线 y = f(x),只画一次,它与 a 无关。
- 画出水平直线 y = a。改变 a,直线就上下移动。
- 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 < 0:0 个解
- a = 0:2 个解(x = ±2)
- 0 < a < 4:4 个解
- a = 4:3 个解
- a > 4:2 个解
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。
- D > 0,即 a < 4:有两个根。
- D = 0,即 a = 4:有一个根。
- D < 0,即 a > 4:没有实数根。
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:
- a > 0:两边除以 a,不等号方向不变:x > 2/a。
- a < 0:两边除以 a,不等号要反向:x < 2/a。
- a = 0:式子变成 0 > 2,不成立:无解。
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
- f(x) = a:解的个数 = y = f(x) 与 y = a 的交点个数
- D = b² − 4ac:D > 0 有两个根,D = 0 有一个根,D < 0 无根
- x² + bx + c > 0 对所有 x 成立 ⇔ D < 0
- ax > c:a > 0 → x > c/a;a < 0 → x < c/a;a = 0 → 检查 0 > c
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
- 只给出一个数作为答案。参数问题的答案是关于 a 的分类结果。
- 忘记特殊值,比如直线与曲线只相切一次时的 a。
- 没有检查 a = 0 和 a 的正负就直接除以 a。
- 把相切的点算成两个。相切只算一个解(重根),不是两个。