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如何通过定义证明$f(x)=\frac{x^3+9}{x^2}$在$(-\infty,0)$上是单射?

证明函数$f(x)=\frac{x3+9}{x2}$在$(-\infty,0)$上是单射的后续推导

嘿,你前面的推导步骤完全没问题,卡在a²b²=9(a+b)这一步是因为没结合定义域的条件,也漏了关键的分情况讨论环节!咱们接着往下理:

首先回到你推导到的这一步:

$f(a)=f(b)\Leftrightarrow (a-b)(a2b2 - 9(a+b))=0$

这时候我们需要分两种情况讨论:

  • 情况1:$a - b = 0$
    直接可得$a = b$,这正好满足单射定义中“若$f(a)=f(b)$则$a=b$”的要求。

  • 情况2:$a - b \neq 0$
    此时可以两边同时除以$(a - b)$,得到你卡住的等式:$a2b2=9(a+b)$。但结合定义域$(-\infty,0)$来分析:

    • 因为$a,b$都是负数,所以$a2>0$,$b2>0$,左边$a2b2=(ab)^2$必然是正数
    • 两个负数相加$a+b<0$,右边$9(a+b)$是负数
      正数不可能等于负数,所以这种情况在定义域内不可能存在

综合以上两种情况,只有当$a=b$时,才有$f(a)=f(b)$,这就严格证明了$f(x)$在$(-\infty,0)$上是单射。

内容的提问来源于stack exchange,提问作者Angel Politis

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