证明方程 2(ex−3)=e12x2(e^x - 3) = e^{\frac{1}{2}x} 只有一个解,并求出该解的值(保留 3 位有效数字)。

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完整解法

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1. Express the equation as a quadratic equation using a substitution.

Let u=e12xu = e^{\frac{1}{2}x}. Then ex=(e12x)2=u2e^x = (e^{\frac{1}{2}x})^2 = u^2.
Substituting into the equation:
2(u2−3)=u2(u^2 - 3) = u
2u2−u−6=02u^2 - u - 6 = 0

2. Solve the quadratic equation for $u$.

(2u+3)(u−2)=0(2u + 3)(u - 2) = 0
u=−32oru=2u = -\frac{3}{2} \quad \text{or} \quad u = 2

3. Show that there is only one valid solution by rejecting the negative root.

Substitute back u=e12xu = e^{\frac{1}{2}x}:
e12x=−32ore12x=2e^{\frac{1}{2}x} = -\frac{3}{2} \quad \text{or} \quad e^{\frac{1}{2}x} = 2
Since e12x>0e^{\frac{1}{2}x} > 0 for all real xx, the equation e12x=−32e^{\frac{1}{2}x} = -\frac{3}{2} has no real solution.
Therefore, there is only one solution, which comes from e12x=2e^{\frac{1}{2}x} = 2.

4. Solve for $x$ and evaluate to 3 significant figures.

e12x=2e^{\frac{1}{2}x} = 2
Take the natural logarithm on both sides:
12x=ln⁡2\frac{1}{2}x = \ln 2
x=2ln⁡2≈1.38629x = 2\ln 2 \approx 1.38629
x=1.39 (to 3 s.f.)x = 1.39 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

x=1.39x = 1.39

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