【一道竞赛题的解法及其推广研究】数列通项公式解法 竞赛

  1956年全国首次数学竞赛在四个城市举行,当时引起了广泛的关注.本文对北京市该次数学竞赛第二试试题中的第七题给出了几种解法,并对其进行了推广、研究.   原题如下:求方程x-2xsin+1=0的所有根.
  解法一:由于“1”的特殊性,将原题中的“1”拆分,并配方.
  x-sin+cos=0
  因为x-sin≥0,且cos≥0
  所以x-sin=0………(1)cos=0………(2)
  由(1)知|x|=|xin|≤1
  由(2)知=+kπ?圯x=1+2k,k∈z
  由(1)、(2)得x=±1
  解法二:x-2xsin+1=0
  解:方程的解x≠0,否则若x=0,则1=0,矛盾.
  原方程可变形为sin=
  由正弦函数的有界性和均值不等式可得
  1≥sin=≥1
  所以sin=±1
  把sin=±1代入原方程解得x=±1
  解法三:“配方法”
  x-2xsin+sin+1-sin=0
  即(x-sin)+1-sin=0
  x-sin=0………(1)1-sin=0………(2)
  由(1)得x=sin,由(2)得sin=±1,所以由(1)、(2)得x=±1即为原方程的解.
  以上三种解法反映了题目的结构特征,现做如下深入探究及推广.
  推广1:改变方程的系数:ax±2abxsin(x)+b=0(a≠0,b≠0),是否仍然成立?
  证明:将原方程变形为(ax-bsin)+bcos=0
  得ax-bsin=0………(1)cos=0………(2)
  由(2)推得sin=±1,代入(1)式得x=±
  同理可考虑ax+2abxsin(x)+b=0
  推广2:方程x-2xsin+1=0的解情况为:
  (1)当k≠±2时,方程无解;
  (2)当k=±2时,方程有解,且为x=±1.
  证明:方程变形为x-sin+cos=0
  可得:
  x-sin=0cos=0?圯x=sin=+nπ(k∈z)?圯x=±1x=+nk(k∈z)
  如果k≠±2,方程x=±1x=+nk(k∈z)无解.
  ∵当k≠±2时,|x|≥2
  ∴x≠±1
  所以可得出结论,原题中“sin”中πx的系数仅限于±,即k=±2.
  推广3:由于正弦函数与余弦函数有相同之有界性,故产生问题:将方程中正弦函数换成余弦函数,结论成立吗?
  方程x-2xcos+1=0是无解的,
  证明:首先x=0不是方程的解,原因同上.
  将方程变形为cos=
  1≥cos=≥1
  代入原方程,解得x=±1,和cos=±1矛盾.所以原方程无解,不能做如此推广.
  相同之方法亦可证方程ax+2abxcos(x)+b=0(a≠0,b≠0)无解.
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