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第9章 分式與根式的資格

本章小節
  1. 9.1 約分之後保留原分母的排除點
  2. 9.2 清分母的可逆性取決於保留條件
  3. 9.3 平方的方向與主根的非負性
  4. 9.4 平方根與絕對值
  5. 9.5 本章回顧
  6. 9.6 練習
  7. 9.7 完整解答

有時候,整理後的式子看起來更簡單,卻不再提醒我們原來哪些值不能代入。資格不是可有可無的附註;少了一個非零或非負條件,就可能多收進原式沒有意義的值。

本章仍在實數範圍討論。分母必須非零,主平方根的被開方數必須非負;平方後得到的候選值,要連同保留的條件一起檢查。

9.1 約分之後保留原分母的排除點

例題1 整理(x²−1)/(x−1)

  1. 原分母x−1必須非零,所以先記下x≠1。
  2. 分子分解為(x−1)(x+1)。
  3. 在x≠1的範圍內,才能約去非零因式x−1,得到x+1。
  4. 結論是原式在x≠1時等於x+1,而不是把原式的範圍改成全部實數。
  5. 例如x=3時,原式8/2=4,簡式也為4;x=1時原式是0/0,沒有通常除法意義,不能因簡式給出2就補回這個點。
原分式在x不等於1時與直線y等於x加1相同,但在座標(1,2)保留空點;圖只畫有限視窗,不把排除點重新補入。
圖17|原分式在x不等於1時與直線y等於x加1相同,但在座標(1,2)保留空點;圖只畫有限視窗,不把排除點重新補入。

約掉的是共同因式,不是任意把加項刪掉。例如(x+1)/x不能把分子裡的一個x和分母約去後變成1+1;分子不是x乘上一個已寫出的完整因子。

9.2 清分母的可逆性取決於保留條件

例題2 解(x+1)/(x−2)=3

  1. 原式要求x≠2。
  2. 在這個範圍內,x−2非零,所以兩邊同乘x−2是可逆操作。
  3. 得到x+1=3(x−2)=3x−6。
  4. 兩邊同減x,再同加6,得7=2x,因此x=7/2。
  5. 7/2≠2,符合原分母條件。
  6. 回代原式,(9/2)/(3/2)=3,成立,所以唯一解是7/2。

這裡是等式,不要求x−2為正,只要求非零。若原問題是不等式,乘除符號未定的量還要分正負情況,不能把本例的做法直接照搬。

9.3 平方的方向與主根的非負性

由u=v可以推出u²=v²,反向卻不一定成立,例如1與−1平方相同。若已知u、v都非負,才可以由平方相等反推兩者相等。

例題3 解√(x+2)=x

  1. 被開方數要求x+2≥0;左邊是非負主根,因此等號成立還必須有x≥0。合併後保留x≥0。
  2. 平方得到x+2=x²,整理為x²−x−2=0。
  3. 分解為(x−2)(x+1)=0,若暫不看保留條件,會得到候選值2與−1。
  4. 2符合x≥0,原式√4=2也成立。
  5. −1不符合x≥0;直接回代更得到√1=1,而右邊是−1,不相等。
  6. 所以原方程唯一解是2。每個原解必須在候選根中,而2已通過原式檢查,全部解也就完整列出。
根式方程的兩個平方後候選值分開檢查:2符合條件且回代相等;負1使左邊1、右邊負1,不是原方程的解。
圖18|根式方程的兩個平方後候選值分開檢查:2符合條件且回代相等;負1使左邊1、右邊負1,不是原方程的解。

在保留的x≥0條件下,平方可以反向還原;若把條件丟掉,只剩平方方程,就會多出−1。不能因為「計算有照做」就省略最後的資格。

9.4 平方根與絕對值

√(x²)對所有實數x都有意義,因為x²≥0;它的值是|x|,不是總等於x。若x≥0,x本身非負且平方為x²,所以主根是x。若x<0,則−x>0且(−x)²=x²,所以主根是−x。兩種情形合起來,正好是|x|的定義。

同樣,√(ab)=√a × √b在實數範圍使用時要有a、b都非負。不能只因ab為正,就把兩個負數各自放進實數平方根。

9.5 本章回顧

先寫原式的允許範圍,再變形,最後帶著同一份條件回查。簡化式有更多可代入值,不表示原式也有;平方式有更多根,不表示原方程也有。每一次可能增加或遺失解的操作,都要說明方向。

9.6 練習

  1. B02-C09-Q01 寫出4/(x+3)在實數中的允許條件。
  2. B02-C09-Q02 整理(x²−4)/(x−2),保留原範圍。
  3. B02-C09-Q03 (x−1)/(x−1)可以寫成1,是否因此在x=1也有意義?
  4. B02-C09-Q04 解2/(x−1)=1並回代。
  5. B02-C09-Q05 判斷(x+2)/(x−1)=1的實數解。
  6. B02-C09-Q06 解√(x+1)=2。
  7. B02-C09-Q07 解√(x+4)=x−2,保留主根非負的要求。
  8. B02-C09-Q08 給定x=−3,比較√(x²)與x,並說明一般正確形式。

9.7 完整解答

Q01

分母x+3不能為0,所以允許全部實數但排除x=−3。不是只要求分子4非零。

Q02

原式先要求x≠2。分子分解為(x−2)(x+2),在保留的範圍內約去x−2,得到x+2。結論必須一起寫成「x+2,且x≠2」。

Q03

不能。原式在x=1時分子、分母都是0,不定義。對x≠1,非零數除以自身才等於1;簡式1的定義範圍較大,不會自動改寫原式的範圍。

Q04

先保留x≠1。同乘非零的x−1,得2=x−1,所以x=3;它不等於1,且回代2/(3−1)=1。因此唯一解是3。

Q05

原式要求x≠1。在此範圍同乘x−1,得x+2=x−1,再同減x得到2=−1,矛盾。因此沒有實數解;被排除的x=1也不能作為補充解。

Q06

原式要求x≥−1,右邊2非負。平方得x+1=4,所以候選x=3。它符合範圍,回代√4=2成立。任何原解都必須滿足平方後的一次式,所以唯一解是3。

Q07

  1. 原被開方數要求x≥−4,主根等於x−2又要求x≥2,合併保留x≥2。
  2. 平方得x+4=(x−2)²=x²−4x+4。
  3. 整理為x²−5x=x(x−5)=0,暫得候選0與5。
  4. 0不符合x≥2;回代也會要求2=−2,不成立。
  5. 5符合範圍,√9=3,右邊5−2=3,所以唯一解是5。

Q08

在x=−3時,√(x²)=√9=3,而x=−3,兩者不同。一般正確形式是√(x²)=|x|。x≥0時它是x,x<0時它是−x;兩種情況都使結果非負且平方為x²。