多项式 f(x)f(x) 由 f(x)=9x3−30x2−23x−4f(x)=9x^3-30x^2-23x-4 给出。

  1. (a)

    将 f(x)f(x) 彻底因式分解。

  2. (b)

    由此证明方程 9xx−23x=4+30x9x\sqrt{x}-23\sqrt{x}=4+30x 仅有一个实数根。求出该解。

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完整解法

3(a)

1. Use the Factor Theorem to find a linear factor of $f(x)$.

Let f(x)=9x3−30x2−23x−4f(x) = 9x^3 - 30x^2 - 23x - 4.
Testing integer factors of −4-4:
f(4)=9(4)3−30(4)2−23(4)−4f(4) = 9(4)^3 - 30(4)^2 - 23(4) - 4
f(4)=576−480−92−4=0f(4) = 576 - 480 - 92 - 4 = 0
By the Factor Theorem, (x−4)(x-4) is a factor of f(x)f(x).

2. Find the quadratic factor by comparing coefficients or long division.

Let 9x3−30x2−23x−4=(x−4)(ax2+bx+c)9x^3 - 30x^2 - 23x - 4 = (x-4)(ax^2 + bx + c).
By comparing the coefficients of x3x^3 and the constant term:
a=9a = 9
−4c=−4  ⟹  c=1-4c = -4 \implies c = 1
So, 9x3−30x2−23x−4=(x−4)(9x2+bx+1)9x^3 - 30x^2 - 23x - 4 = (x-4)(9x^2 + bx + 1).
Comparing the coefficients of x2x^2:
−36+b=−30  ⟹  b=6-36 + b = -30 \implies b = 6
Thus, the quadratic factor is 9x2+6x+19x^2 + 6x + 1.

3. Factorise the quadratic factor completely.

9x2+6x+1=(3x+1)29x^2 + 6x + 1 = (3x+1)^2
Therefore, f(x)=(x−4)(3x+1)2f(x) = (x-4)(3x+1)^2.

答案

(x−4)(3x+1)2(x-4)(3x+1)^2

3(b)

1. Rearrange the given equation and substitute $u = \sqrt{x}$ to form a polynomial equation.

9xx−30x−23x−4=09x\sqrt{x} - 30x - 23\sqrt{x} - 4 = 0
Let u=xu = \sqrt{x}. Then x=u2x = u^2 and xx=u3x\sqrt{x} = u^3.
9u3−30u2−23u−4=09u^3 - 30u^2 - 23u - 4 = 0
This is exactly f(u)=0f(u) = 0.

2. Use the factorised form from part (a) to solve for $u$.

From part (a), we know f(x)=(x−4)(3x+1)2f(x) = (x-4)(3x+1)^2.
Therefore, f(u)=(u−4)(3u+1)2=0f(u) = (u-4)(3u+1)^2 = 0.
u=4oru=−13u = 4 \quad \text{or} \quad u = -\frac{1}{3}

3. Solve for $x$ and reject the invalid root to prove there is only one real root.

Since u=xu = \sqrt{x}, we have:
x=4orx=−13\sqrt{x} = 4 \quad \text{or} \quad \sqrt{x} = -\frac{1}{3}
The principal square root x\sqrt{x} must be non-negative, so x=−13\sqrt{x} = -\frac{1}{3} has no real solution.
Thus, the only real root comes from x=4\sqrt{x} = 4.
x=42=16x = 4^2 = 16
This proves the equation has only one real root, which is x=16x = 16.

答案

x=16x = 16

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