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2010 年天津预赛 · 第 1 题
F2填空题解不等式
设实数 a,b,c 满足 a2−bc−2a+10=0,b2+bc+c2−12a−15=0,则 a 的取值范围是。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
标准答案:[1,5]
解析
提示
先消去乘积,比较 b2+c2 与 2bc 得到必要区间。
思路
值域题还须反向构造两个实数,判别式正好验证这个区间充分。
解答
由第一式得 bc=a2−2a+10,代入第二式得 b2+c2=−a2+14a+5。于是
0≤(b−c)2=−3a2+18a−15=−3(a−1)(a−5),
故 1≤a≤5。反过来,对任意 a∈[1,5],取 b,c 为方程
t2−(a+5)t+(a2−2a+10)=0
的两个根。判别式为 3(a−1)(5−a)≥0,所以两根为实数;并有 bc=a2−2a+10、b+c=a+5,从而
b2+bc+c2=(b+c)2−bc=12a+15.
两条原约束均成立,故所求范围为 [1,5]。
复核
a=1 时可取 b=c=3,a=5 时可取 b=c=5,都满足两式。区间内的判别式非负构造还证明每个中间值都可实现,不能仅凭 (b−c)2≥0 的必要性就结束。
方法总结
多变量约束中若给出积与平方和,可以用差平方筛出参数,再把变量作为某二次方程的两根完成反向存在性。
为什么评为 F2(会透露解法方向)
消去乘积后利用差平方获得必要区间,再用二次方程判别式反向构造两个实变量以证充分性。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:作差后证明非负、消元后再验证可取到