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2020年7月24日 星期五

一道關於整數部分、小數部分的題目

==問題==

已知n為正整數,n為無理數,設n的整數部分為a、小數部分為b,若a, b滿足a39ab+b3=0,試求出n值。

==解答==

    首先,因為b是小數部分,所以必有
0b<1.
於是0b3<1。代入題目條件的方程式a39ab+b3=0得到
a39ab+b3b3.
化簡得
a39ab0,a(a29b)0.
由於an的整數部分,從而a0,故a29b0。那麼就有
a29b.
因為b是小數部分,必然小於1,所以
0a2<9.
同時開方可得
0a<3.
這意味著a的可能值為:0, 1, 2。

    接著,分別對a的可能值進行討論。

    若a=0,代回題目條件的方程式,得
0390b+b3=0.
解出b=0。於是n=a+b=0+0=0,即n=0,不是正整數,不合。

    若a=1,一樣代回題目條件的方程式,得
1391b+b3=0.
這是一個三次方程式,不容易解開,所以我們必須另闢蹊徑,採用估計法!改寫方程式可得
b3+1=9b.
然後再次從0b<1出發,得1b3+1<2,再進行替換,得
19b<2,19b<29.
bn1替換掉,得
19n1<29.
解得
11981n<14181.
然而不存在任何一個正整數n滿足此不等式,所以a1

    若a=2,仿照上面關於a=1的計算,依序有
2392b+b3=0,b3+8=18b,8b3+8<9,818b<9,818b<918,818n2<918,1936324n<2025324.
其中1936324=5.9,2025324=6.25,從而解得n=6
(解答結束)

==另解==

同事吳尚霖先生提供了另外一個比較簡潔的解法,簡要附註如下。

n=a+bb=na.
代入題目條件之方程式,得
a39a(na)+(na)3=0.
展開整理後,可得
F(a)+G(a)n=0
這樣形式的式子。由於a是整數,且n為無理數,所以F(a)=0G(a)=0,解之即得n=6
(解答結束)

註記:跟同事交流完彼此的解法之後,同事對我採用估計的手法來做感到不可思議...(他本來也有考慮用估計,但覺得不好做就沒做下去)這樣的差異多少反映出我做數學的風格與偏好...

2 則留言:

  1. 你好, 在搜尋以blogger填寫數學公式時發現你的網站, 想請教你是用什麼工具編寫數學式到blogger上的呢? google半天沒有太多資訊可供參考, 謝謝

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    1. 請參考https://mropengate.blogspot.com/2015/04/blogger-mathjax-latex.html

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