自學數學的問題(指數代換法)

2014-12-21 5:57 am
各位大大好:
我是個社會人士,想自學數學,我現在遇到一個指數代換法的問題,題目如下:

(1) 2(4^x+4^-x)-5(2^x+2^-x)+6=0
(2) 設f(x)=2^2x+2^-2x+5(2^x+2^-x)+3
1.令t=2^x+2^-x,試用t表f(x)
2.試求f(x)的最小值,並求其對應之x值

我自已看了參考書:它的解法如下
(1) 2(4^x+4^-x)-5(2^x+2^-x)+6=0 (因為:4^x+4^-x=(2^x+2^-x)^2-2)
2( 2^x+2^-x)^2-5(2^x+2^-x)+2=0
令:2^x+2^-x=t (t>0) 則2t^2-5t+2=0
(2t-1)(t-2)=0 ==> t=1/2或t=2
但2^x+2^-x>=2根號2^x*2^-x=2
所以t>=2 所以t=1/2不合 所以t=2 故 2^x+2^-x=2
令 2^x=A>0 ==> A+1/A=2 ==>(A-1)^2=0 ==> A=1
所以2^x=1 所以x=0為所求

以上是第一小題參考書的講解,以上我還看得懂,問題就是在第二小題,參考書的講解如下:

(2) 由(1)得
1. f(x)=t^2+5t+1 但t>=2
2. t=2^x+2^-x>=2根號2^x*2^-x=2 等號成立<==> 2^x=2^-x ==> x=0
又 f(x)=t^2+5t+1=(t+5/2)^2-21/4 ===>看不懂
故當t=2,即x=0時,f(x)有最小值15 ===>看不懂

我的問題就是在最後的配方法,依照二次函數的圖形(t+5/2)^2-21/4的最小值不是應該產生在項點,就是t=-5/2的時候,有最小值-21/4嗎,那為什麼我們求出
t=2^x+2^-x>=2根號2^x*2^-x=2 等號成立<==> 2^x=2^-x ==> x=0的時候又把t限制在2了,那不是跟二次函數的最大或最小值本身產生了矛盾嗎,我的整個問題點就是在這個地方。

麻煩請各位懂數學的大大,幫我解惑一下,謝謝大家
更新1:

非常感謝 麻辣大的回答: 您的回答還是沒解除我的疑惑,我並不是不會配方法,而且我也知道最後t要用=2代入而求得min:為15,我的問題點在,當我們求得t=2^x+2^-x>=2根號2^x*2^-x=2 等號成立<==> 2^x=2^-x ==> x=0的時候又把t限制在2了,那不是跟二次函數的最大或最小值本身產生了矛盾嗎,我的整個問題點就是在這個地方。因為依照二次函數的圖形(t+5/2)^2-21/4的最小值不是應該產生在項點,就是t=-5/2的時候,有最小值-21/4嗎。

更新2:

聽了 快樂阿呆大的意見,我恍然大悟了,您的意思是說,t的定義域已經被定義了,所以原本的二次函數,就不能用一般的想法,去想它了,而是在我們定義中的範圍中的值才有意義,您的意思是這樣,對吧!我的這樣理解是否正確呢。 致於我會知道t要用2代入,可能是我沒說清楚來,我原本意思是想說參考書就已經寫了t=2了,而 麻辣大又再贅述了一遍的意思。

更新3:

聽了大家的講解,我終於弄懂了,我忽然覺得我自己問了一個很蠢的問題,因為一開始的算幾不等式就已經算出2^x+2^-x>=2根號2^x*2^-x=2,所以在二次函數中自然就不包涵t<2以下的值了,一想到這裡我心裡面就有強大的挫折感,我感覺我的頭腦太笨了,想自學數學,好像太因難。

更新4:

我想請教各位大大,您們的數理都是怎麼讀到這麼勵害的,我本身是自己開了一家電腦店的,我小時候因為家裡經濟的關系,所以高中讀不到一個月就中輟了,就到電腦公司去當學徒了,我因為對物理非常有興趣,所以現在才會有重新開始自學,我會先自學數學,其目的就是為了要學物理,不知道各位大大您們以前在讀書的時候,都是怎麼讀的,才會變成這麼勵害。

回答 (6)

2014-12-21 7:23 pm
✔ 最佳答案
當你令T=2^X +2^-X的時候
就要先取好變數T的範圍:
X為實數,利用算己不等式:
A1+A2+A3+...+AN ≧ (A1A2A3...AN)^1/N
T≧2√(2^X)(2^-X) =2......兩項就是A+B≧2√AB

F(T)= T^2 +5T+1
= (T+5/2)^2 -21/4......配方是為了方便找極值
要使得F(T)=(T+5/2)^2 -21/4為最小
就必須使得(T+5/2)^2 = |T+5/2|^2為最小
意即T+5/2為最小......T+5/2>0可直接拆絕對值
所以T必然是最小正數2

故2^X +2^-X=2時F(T)有最小值(2+5/2)^2 -21/4
F(T)=15對應X=0


2014-12-21 11:26:05 補充:
算己不等式的部分有缺漏:
A1+A2+A3+...+AN ≧ (A1A2A3...AN)^1/N
其中A1~AN為實數群
而等號成立時A1=A2=A3=...=AN

2014-12-21 17:19:13 補充:
數學厲害的人是不少
可是絕大多數都是熟能生巧
天才當然學得比一般人快
有些東西不用理解幾次
但是大家都要經歷一樣的思考過程~

2014-12-21 17:38:21 補充:
不過你這次的問題並不是天分的差異造成的
只不過做變數題目要小心變數範圍
就像你採用新變數T以後
卻沒有順便取出它的範圍~

舉個例子:在平面坐標系上
Y=根號(1-X^2)的圖形是什麼樣子
很多人寫了兩條算式就ANS:圓~
2014-12-28 9:14 pm
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2014-12-21 10:05 pm
應該在知識+裡有很多人問:"如何學好數學"吧
2014-12-21 5:43 pm
Sol
2^(2x)>0,2^(-2x)>0
t=2^(2x)+2+2^(-2x)>=2√[2^(2x)*2^(-2x)]=2
t>=2
g(t)=(t^2-2)+5t+3
=t^2+5t+1
=t^2+5t+25/4+1-25/4
=(t+5/2)^2-21/4
t>=2
t+5/2>=9/2
(t+5/2)^2>=81/4
(t+5/2)^2-21/4>=15
g(t)>=15
f(x)>=15
當t>=2時g(t)為遞增函數,最小值在t=2處
當x=0時f(x)為最小值15
2014-12-21 5:23 pm
最小值發生在頂點,是當x值沒有限制時(你認為的情形),有限制時,要依限制!

例1:求f(x)=(x-1)^2+3之最小值。答:f(1)=3
例2:求當x>=2時,f(x)=(x-1)^2+3之最小值。答:因為x=2為離頂點最近的點,其y值為「符合限制」的最小值
(x<2是不存在的,畫圖還是從頂點畫,但x<2的部分是虛線,不考慮),
故f(2)=4為最小值

對照來看
題目中你對t的看法,就像例1,t沒限制
而實際情形,是像例2,因為f(x)為指數函數的關係,會產生對t的限制,既然t有限制,就要依限制來討論,而不是把t的函數,當成一般沒限制的二次函數。

2014-12-21 09:28:39 補充:
t是假設來的
最初的是x的指數函數
x沒限制
但指數函數會造成t的限制
以t來考慮時
需要注意限制

你回應,你知道「最後t要用=2代入而求得min:為15」
那要問問自己,為什麼t=2代入,得到15,會是最小值呢?
真的知道,還是只知道t=2代入,得到15,不知道為什麼是最小值?
2014-12-21 1:26 pm
f(x)=[2^2x+2^(-2x)] + 5[2^x+2^(-x)] + 3Set t=2^x+2^(-x) => t^2=2^2x+2^-2x+2=> 2^2x+2^(-2x) = t^2-2=> f(t)=(t^2-2) + 5t + 3 = t^2 + 5t +1= t^2 + 5t + 25/4 + 1 - 25/4...配方求極值= (t + 5/2)^2 - 21/4 Set g(x)=2^2x+2^(-2x)min=g(0)...雙指數函數的特性=1+1=2=> g(x) >= 2=> t >= 2=> min=f(2) = (2 + 5/2)^2 - 21/4= 81/4 -21/4=60/4=15

2014-12-21 08:35:38 補充:
***最小值不是應該產生在項點?

Ans: 因為t>=2.所以頂點t=-5/2不存在.頂點只有到t=2


收錄日期: 2021-04-27 21:35:46
原文連結 [永久失效]:
https://hk.answers.yahoo.com/question/index?qid=20141220000010KK03921

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