讲义:含参数的一元二次方程整数根

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1含参数的一元二次方程整数根对于一元二次方程ax2+bx+c=0(a≠0)的实根情况,可以用判别式Δ=b2-4ac来判别,但是对于一个含参数的一元二次方程来说,要判断它是否有整数根或有理根,那么就没有统一的方法了,只能具体问题具体分析求解,当然,经常要用到一些整除性的性质.例1m是什么整数时,方程(m2-1)x2-6(3m-1)x+72=0,有两个不相等的正整数根.解法1首先,m2-1≠0,m≠±1.Δ=36(m-3)2>0,所以m≠3.用求根公式可得由于x1,x2是正整数,所以m-1=1,2,3,6,m+1=1,2,3,4,6,12,解得m=2.这时x1=6,x2=4.解法2m2-1≠0,m≠±1.设两个不相等的正整数根为x1,x2,则由根与系数的关系知所以m2-1=2,3,4,6,8,9,12,18,24,36,72,即m2=3,4,5,7,9,10,13,19,25,37,73,只有m2=4,9,25才有可能,即m=±2,±3,±5.经检验,只有m=2时方程才有两个不同的正整数根.说明一般来说,可以先把方程的根求出来(如果比较容易求的话),然后利用整数的性质以及整除性理论,就比较容易求解问题,解法1就是这样做的.有时候也可以利用韦达定理,得到两个整数,再利用整除性质求解,解法2就是如此,这些都是最自然的做法.例2已知关于x的方程a2x2-(3a2-8a)x+2a2-13a+15=0(其中a是非负整数)至少有一个整数根,求a的值.分析“至少有一个整数根”应分两种情况:一是两个都是整数根,另一种是一个是整数根,一个不是整数根.我们也可以像上题一样,把它的两个根解出来.解因为a≠0,所以所以所以只要a是3或5的约数即可,即a=1,3,5.例3设m是不为零的整数,关于x的二次方程mx2-(m-1)x+1=0有有理根,求m的值.解一个整系数的一元二次方程有有理根,那么它的判别式一定是完全平方数.令2Δ=(m-1)2-4m=n2,其中n是非负整数,于是m2-6m+1=n2,所以(m-3)2-n2=8,(m-3+n)(m-3-n)=8.由于m-3+n≥m-3-n,并且(m-3+n)+(m-3-n)=2(m-3)是偶数,所以m-3+n与m-3-n同奇偶,所以说明一个整系数的一元二次方程如果有整数根或有理根,那么它的判别式一定是完全平方数,然后利用平方数的性质、解不定方程等手段可以将问题解决.例4关于x的方程ax2+2(a-3)x+(a-2)=0至少有一个整数解,且a是整数,求a的值.解当a=0时,原方程变成-6x-2=0,无整数解.当a≠0时,方程是一元二次方程,它至少有一个整数根,说明判别式Δ=4(a-3)2-4a(a-2)=4(9-4a)为完全平方数,从而9-4a是完全平方数.令9-4a=n2,则n是正奇数,要使x1为整数,而n为正奇数,只能n=1,从而a=2.要使x2为整数,即n-3|4,n可取1,5,7,从而a=2,-4,-10.综上所述,a的值为2,-4,-10.说明本题是前面两种方法的“综合”.既要用判别式是平方数,又要用直接求根.有时候,往往是几种方法一同使用.例5已知关于x的方程x2+(a-6)x+a=0的两根都是整数,求a的值.解设两个根为x1≥x2,由韦达定理得从上面两式中消去a得x1x2+x1+x2=6,所以(x1+1)(x2+1)=7,所以a=x1x2=0或16.说明利用韦达定理,然后把参数消去,得到的是关于x1,x2的不定方程,而求解这个对称的不定方程往往是容易入手的.例6求所有有理数r,使得方程rx2+(r+1)x+(r-1)=0的所有根是整数.分析首先对r=0和r≠0进行讨论.r=0时,是关于x的一次方程;r≠0时,是关于x的二次方程,由于r是有理数,处理起来有些困难,这时用直接求根或用判别式来做,均不能奏效.可用韦达定理,先把这个有理数r消去.解当r=0时,原方程为x-1=0,所以x=1.3当r≠0时,原方程是关于x的一元二次方程,设它的两个整数根为x1,x2,且x1≥x2,则消去r得x1x2-x1-x2=2,所以(x1-1)(x2-1)=3.例7已知a是正整数,且使得关于x的一元二次方程ax2+2(2a-1)x+4(a-3)=0至少有一个整数根,求a的值.解将原方程变形为(x+2)2a=2(x+6).显然x+2≠0,于是由于a是正整数,所以a≥1,即所以x2+2x-8≤0,(x+4)(x-2)≤0,所以-4≤x≤2(x≠-2).当x=-4,-3,-1,0,1,2时,得a的值为1,6,10,3,说明从解题过程中知,当a=1时,有两个整数根-4,2;当a=3,6,10时,方程只有一个整数根.有时候,在关于x的一元二次方程中,如果参数是一次的,可以先对这个参数来求解.例8已知方程x2+bx+c=0与x2+cx+b=0各有两个整数根x1,x2(2)求证:b-1≤c≤b+1;(3)求b,c的所有可能的值.解(1)由x1x2>0知,x1与x2同号.若x1>0,则x2>0,(2)由(1)知,x1<0,x2<0,所以x1≤-1,x2≤-1.由韦达定理c-(b-1)=x1x2+x1+x2+1=(x1+1)(x2+1)≥0,所以c≥b-1.同理有所以c≤b+1,所以b-1≤c≤b+1.(3)由(2)可知,b与c的关系有如下三种情况:(i)c=b+1.由韦达定理知x1x2=-(x1+x2)+1,所以(x1+1)(x2+1)=2,解得x1+x2=-5,x1x2=6,所以b=5,c=6.(ii)c=b.由韦达定理知x1x2=-(x1+x2),所以(x1+1)(x2+1)=1,所以x1=x2=-2,从而b=4,c=4.(iii)c=b-1.由韦达定理知4所以综上所述,共有三组解:(b,c)=(5,6),(4,4),(6,5).

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