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一道数学题

题目#

已知x,y,z为实数,且y+z=5﹣4x+3x2,z﹣y=1﹣2x+x2,则x,y,z之间的大小关系是

解答#

解题过程#

已知条件#

给定实数 ( x, y, z ) 满足以下方程组:

{y+z=54x+3x2(1)zy=12x+x2(2)\begin{cases} y + z = 5 - 4x + 3x^2 \quad (1) \\ z - y = 1 - 2x + x^2 \quad (2) \end{cases}

目标#

求 ( x, y, z ) 之间的大小关系。


第一步:解方程组求 ( y ) 和 ( z )#

将方程 (1) 和方程 (2) 相加:

(y+z)+(zy)=(54x+3x2)+(12x+x2)(y + z) + (z - y) = (5 - 4x + 3x^2) + (1 - 2x + x^2)2z=66x+4x22z = 6 - 6x + 4x^2z=33x+2x2z = 3 - 3x + 2x^2

将方程 (1) 减去方程 (2):

(y+z)(zy)=(54x+3x2)(12x+x2)(y + z) - (z - y) = (5 - 4x + 3x^2) - (1 - 2x + x^2)2y=42x+2x22y = 4 - 2x + 2x^2y=2x+x2y = 2 - x + x^2

因此,我们得到:

y=x2x+2y = x^2 - x + 2z=2x23x+3z = 2x^2 - 3x + 3

第二步:比较 ( x, y, z ) 的大小#

  1. 比较 ( y ) 和 ( x )

    yx=(x2x+2)x=x22x+2y - x = (x^2 - x + 2) - x = x^2 - 2x + 2

    判断 ( x^2 - 2x + 2 ) 的符号:

    • 判别式 ( \Delta = (-2)^2 - 4 \times 1 \times 2 = 4 - 8 = -4 < 0 )
    • 二次项系数为正,且 ( \Delta < 0 ),故 ( x^2 - 2x + 2 > 0 ) 对所有实数 ( x ) 成立。
    • 因此,( y > x )。
  2. 比较 ( z ) 和 ( x )

    zx=(2x23x+3)x=2x24x+3z - x = (2x^2 - 3x + 3) - x = 2x^2 - 4x + 3

    判断 ( 2x^2 - 4x + 3 ) 的符号:

    • 判别式 ( \Delta = (-4)^2 - 4 \times 2 \times 3 = 16 - 24 = -8 < 0 )
    • 二次项系数为正,且 ( \Delta < 0 ),故 ( 2x^2 - 4x + 3 > 0 ) 对所有实数 ( x ) 成立。
    • 因此,( z > x )。
  3. 比较 ( z ) 和 ( y )

    zy=(2x23x+3)(x2x+2)=x22x+1=(x1)20z - y = (2x^2 - 3x + 3) - (x^2 - x + 2) = x^2 - 2x + 1 = (x - 1)^2 \geq 0
    • 对于所有实数 ( x ),( (x - 1)^2 \geq 0 ),当且仅当 ( x = 1 ) 时取等号。
    • 因此:
      • 当 ( x \neq 1 ) 时,( z > y );
      • 当 ( x = 1 ) 时,( z = y )。

第三步:总结大小关系#

综合以上分析:

  • 对于所有实数 ( x ),有 ( y > x ) 和 ( z > x )。
  • 对于 ( z ) 和 ( y ):
    • 当 ( x \neq 1 ) 时,( z > y > x );
    • 当 ( x = 1 ) 时,( z = y > x )。

因此,一般可以表示为:

zy>xz \geq y > x

验证示例#

  1. 当 ( x = 0 )

    y=020+2=2,z=2×023×0+3=3y = 0^2 - 0 + 2 = 2, \quad z = 2 \times 0^2 - 3 \times 0 + 3 = 3 3>2>0z>y>x3 > 2 > 0 \quad \Rightarrow \quad z > y > x
  2. 当 ( x = 1 )

    y=121+2=2,z=2×123×1+3=2y = 1^2 - 1 + 2 = 2, \quad z = 2 \times 1^2 - 3 \times 1 + 3 = 2 2=2>1z=y>x2 = 2 > 1 \quad \Rightarrow \quad z = y > x
  3. 当 ( x = 2 )

    y=222+2=4,z=2×223×2+3=5y = 2^2 - 2 + 2 = 4, \quad z = 2 \times 2^2 - 3 \times 2 + 3 = 5 5>4>2z>y>x5 > 4 > 2 \quad \Rightarrow \quad z > y > x

验证结果与结论一致。


最终结论#

对于所有实数 ( x ),( y ),( z ) 满足给定方程时,它们的大小关系为:

zy>xz \geq y > x

即:

  • ( y ) 总是大于 ( x );
  • ( z ) 大于或等于 ( y )(当且仅当 ( x = 1 ) 时,( z = y ))。
一道数学题
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作者
GreenRoc
发布于
2025-05-16
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0