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求满足特定方程有唯一解的非零整数a的个数

求满足特定方程有唯一解的非零整数a的个数

嘿,咱们来一步步拆解这个问题:已知 (a \neq 0),要找出所有非零整数 (a),使得方程 a²|a + x| + |a²x + 1| = |a³ - 1| 有唯一解 (x)。


正整数 (a) 的情况分析

当 (a=1) 时:

把 (a=1) 代入方程,左边变成 (1²|1+x| + |1·x +1| = |x+1| + |x+1| = 2|x+1|),右边是 (|1³ -1| = 0)。
方程简化为 (2|x+1|=0),唯一解是 (x=-1),完全符合“唯一解”的要求。

当 (a \geq 2) 时:

右边 (|a³ -1| = a³ -1)(因为 (a³ \geq 8 >1))。我们拆分x的取值区间讨论:

  • 当 (x) 满足 (-a \leq x < -\frac{1}{a²}) 时,左边化简后刚好等于 (a³ -1),和右边相等。
    这个区间是非空的(比如 (a=2) 时,区间是 ([-2, -1/4))),意味着区间内所有 (x) 都是解,有无穷多个,不符合“唯一解”的条件。

负整数 (a) 的情况分析

当 (a=-1) 时:

代入方程,左边是 ((-1)²|-1+x| + |(-1)²x +1| = |x-1| + |x+1|),右边是 (|(-1)³ -1| = 2)。
方程变成 (|x-1| + |x+1| =2),它的解是 (x \in [-1,1]),有无穷多个解,不符合要求。

当 (a \leq -2) 时:

右边 (|a³ -1| = 1 - a³)(因为 (a³ \leq -8),(a³-1) 是负数,绝对值为其相反数)。
同样拆分区间讨论:

  • 当 (x) 满足 (-\frac{1}{a²} \leq x < -a) 时,左边化简后等于 (1 - a³),和右边相等。
    这个区间也是非空的(比如 (a=-2) 时,区间是 ([-1/4, 2))),区间内所有 (x) 都是解,有无穷多个,不符合条件。

最终结论

只有当 (a=1) 时,方程有唯一解。所以满足条件的非零整数 (a) 的个数是 1

备注:内容来源于stack exchange,提问作者kasparovian

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