清华大学数学自主招生 一道2010 年清华大学等五校自主招生(数学样题)的解答(复数与多项式的根)



下面这道题目是2010年清华大学等五校合作自主选拔考试数学样题的选择题第5题(最后一道选择题),其余试题和解答附录在后面(但选择题官方没有给出详解):

本公众号收到了数份关于此题的解答,都成功的求出了的表达式,从而得到本题的正确答案为A。下面的点评,如有冒犯,请原谅哟!

如下的解答1默认了θ为实数,事实上θ还可以是虚数(解答仅供参考哟!):

在默认了θ为无理数的前提下(已知θ为实数,证明θ为无理数也很容易),最后一步用了比较系数法,比较系数法什么时候使用才正确(比如上面等式θ2/2+(b/2-2a)θ合并后是不是有可能为有理数呢?),换句话说使用“比较系数法”在其它题目会不会造成错误?

说明一下:如下的解答2中的字母 t 即为原题中的θ(解答也仅供参考哟!):

此解法估计是认为题目中的θ是f(x)=x3-3x+10的三个根都满足题意,所以才用了比较系数法.(到底是一个根还是三个根?或者不管是哪个根都不受影响?小编认为,即便不受影响,也应该说明为何不受影响),对于比较系数法,小编的疑问也和上面的基本相同:

①“比较系数法”什么场合使用才正确?(当然,在t为字母或者t为任意实数是可以比较系数的,此时可以看作两个同次数的多项式的恒等,关于对学生的恒等有下面的定理9),换句话说使用“比较系数法”在其它题目会不会造成错误?

②上述两个解答找到的h(x)仅仅是题目的充分性(即符合题目条件),是否是必要性?还需不需要证明必要性?换句话说,还需要证明h(x)的唯一性吗?


当然,这里也有些说不清道不明的东西在里面(只可意会不好言传),如有商榷之处,欢迎读者在本页面右下方留言哟!

小编以为如下的杭州学军中学顾坪昕同学的解法比较合适,因为他的解法解决了h(x)的唯一性问题(虽然有点长,但较严谨):

小编点评:f(x)=x3-3x+10的三个根是一个实数根,两个共轭的复数根,故要分θ为实数根和虚数根来讨论,上面的讨论解决了θ为实数根的问题,还证明了θ不是形如m±√n的无理根(m,n为有理数).

清华大学数学自主招生 一道2010 年清华大学等五校自主招生(数学样题)的解答(复数与多项式的根)

下面继续顾坪昕同学的解法:

小编点评:这里也使用了“比较系数法”,但顾坪昕同学给出了严谨的理由(前述两个引理),而不是凭感觉的使用“比较系数法”。

是不是觉得解答有点长呀?下面是顾同学第二种情况(θ为虚数根):

关于此题,小编给出如下冗长的解答(没办法,为了严谨嘛):

点评:上面的命题3和顾坪昕同学的引理2有异曲同工之处,因为有理系数二次方程的实根(如果有)是形如m±√n的数(m,n为有理数).

关于此题h(x)的构造,再贴出网友的几种(小编认为不够完善)的解答(本次就不署名了)

第一种(公式字体漂亮,疑似用了latex):

第二种(公式字体漂亮,疑似用了latex):

第三种(手写版):

第四种(手写版,看不清楚,可以略过):

第五种:

从条件θ3=3θ-10和θ2+θ=2(α+1)解出θ ,就可以得到 h(α)
将θ^4=3θ2-10θ代入θ^4+2θ3+θ2=4(α+1)2得,
3θ2-10θ+2θ3+θ2=4(α+1)2,除以2,
得:θ3+2θ2-5θ=2(α+1)2,

再代入θ3=3θ-10,
3θ-10+2θ2-5θ=2(α+1)2,

2θ2-2θ-10=2(α+1)2 , 

故 θ2-θ-5=(α+1)2,

2α+2-θ-θ-5=(α+1)2,
于是,-2θ=α2+4,

h(α)=θ=-α2/2-2.  所以h(0)=-2.

感谢各位数学爱好者的热心支持和参与!




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