已知x1,x2\mathbf{x}_{\mathbf{1}}\mathbf{,}\mathbf{x}_{\mathbf{2}}是一元二次方程4kx2−4kx+k+1=0\mathbf{4}\mathbf{k}\mathbf{x}^{\mathbf{2}}\mathbf{-4}\mathbf{kx+k+1=0}的两个实数根. (1)求实数kk的取值范围; (2)求使x1x2+x2x1−2\dfrac{x_{1}}{x_{2}}+\dfrac{x_{2}}{x_{1}}-2的值为整数的实数kk的整数值.

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完整解法

(1)

1. 确定方程为一元二次方程的隐含条件

根据题意,方程 4kx2−4kx+k+1=04kx^2 - 4kx + k + 1 = 0 是一元二次方程,其二次项系数不能为 00:
4k≠0  ⟹  k≠04k \neq 0 \implies k \neq 0

2. 利用根的判别式列出不等式

由于方程有两个实数根,所以根的判别式 Δ≥0\Delta \ge 0:
Δ=(−4k)2−4×4k×(k+1)≥0\Delta = (-4k)^2 - 4 \times 4k \times (k + 1) \ge 0

3. 求解不等式并确定 $k$ 的取值范围

化简判别式:
16k2−16k2−16k≥0  ⟹  −16k≥0  ⟹  k≤016k^2 - 16k^2 - 16k \ge 0 \implies -16k \ge 0 \implies k \le 0
结合 k≠0k \neq 0,求得 kk 的取值范围为:
k<0k < 0

答案

k<0k < 0

(2)

1. 利用韦达定理写出两根之和与两根之积

由一元二次方程根与系数的关系(韦达定理)可知:
x1+x2=−−4k4k=1x_1 + x_2 = -\frac{-4k}{4k} = 1
x1x2=k+14kx_1 x_2 = \frac{k+1}{4k}

2. 将待求代数式用两根之和与两根之积表示并化简

对原式进行化简:
x1x2+x2x1−2=x12+x22−2x1x2x1x2=(x1+x2)2−4x1x2x1x2=(x1+x2)2x1x2−4\dfrac{x_1}{x_2} + \dfrac{x_2}{x_1} - 2 = \dfrac{x_1^2 + x_2^2 - 2x_1 x_2}{x_1 x_2} = \dfrac{(x_1 + x_2)^2 - 4x_1 x_2}{x_1 x_2} = \dfrac{(x_1 + x_2)^2}{x_1 x_2} - 4
代入 x1+x2=1x_1 + x_2 = 1 和 x1x2=k+14kx_1 x_2 = \dfrac{k+1}{4k} 得:
1k+14k−4=4kk+1−4=4k−4(k+1)k+1=−4k+1\dfrac{1}{\frac{k+1}{4k}} - 4 = \dfrac{4k}{k+1} - 4 = \dfrac{4k - 4(k+1)}{k+1} = -\dfrac{4}{k+1}

3. 根据整除性质和 $k$ 的范围求出 $k$ 的整数值

要使 −4k+1-\dfrac{4}{k+1} 的值为整数,且 kk 为整数,则 k+1k+1 必须是 −4-4 的因数。
因此,k+1k+1 的可能取值为:±1,±2,±4\pm 1, \pm 2, \pm 4。
分别计算对应的 kk:

  • 若 k+1=1  ⟹  k=0k+1 = 1 \implies k = 0(不合题意,舍去)
  • 若 k+1=−1  ⟹  k=−2k+1 = -1 \implies k = -2
  • 若 k+1=2  ⟹  k=1k+1 = 2 \implies k = 1(不合题意,舍去)
  • 若 k+1=−2  ⟹  k=−3k+1 = -2 \implies k = -3
  • 若 k+1=4  ⟹  k=3k+1 = 4 \implies k = 3(不合题意,舍去)
  • 若 k+1=−4  ⟹  k=−5k+1 = -4 \implies k = -5

又由 (1) 知 k<0k < 0,所以符合题意的实数 kk 的整数值为:
k=−2,−3,−5k = -2, -3, -5

答案

k=−2k = -2, k=−3k = -3, 或 k=−5k = -5

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