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求多项式$x^4+4x^3+12x^2+7x-3$的实根个数

求多项式$x4+4x3+12x^2+7x-3$的实根个数

嘿,咱们一步步来分析这个四次方程到底有多少个实根吧~

首先,先定义函数:
$$f(x)=x4+4x3+12x^2+7x-3$$

接下来我打算通过求导分析函数的单调性和极值,这是判断实根个数的常用思路哦:

  1. 先求一阶导数(判断原函数的单调性):
    $$f'(x)=4x3+12x2+24x+7$$

  2. 再求二阶导数(判断一阶导数的单调性):
    $$f''(x)=12x^2+24x+24$$
    把它整理一下:
    $$f''(x)=12(x^2+2x+2)$$
    计算括号里二次式的判别式:$\Delta=2^2-4×1×2=4-8=-4$,判别式小于0,而且二次项系数是正的,所以**$f''(x)$恒大于0**。

这就意味着一阶导数$f'(x)$是个单调递增的函数,而$f'(x)$是三次多项式,当x趋向负无穷时它趋向负无穷,x趋向正无穷时趋向正无穷,所以$f'(x)$必然有且只有一个实根。也就是说,原函数$f(x)$先单调递减,到某个点后开始单调递增,只有一个极小值点。

接下来咱们计算几个关键x值对应的$f(x)$,看看函数值的变化:

  • $f(0)=04+4×03+12×0^2+7×0-3=-3$,结果是负数;
  • $f(1)=14+4×13+12×1^2+7×1-3=1+4+12+7-3=21$,结果是正数;
  • $f(-1)=(-1)4+4×(-1)3+12×(-1)^2+7×(-1)-3=1-4+12-7-3=-1$,结果是负数;
  • $f(-2)=(-2)4+4×(-2)3+12×(-2)^2+7×(-2)-3=16-32+48-14-3=15$,结果是正数。

现在结合单调性分析:

  • 当x从负无穷到极小值点时,$f(x)$从正无穷递减到极小值,而$f(-2)=15>0$,$f(-1)=-1<0$,说明在区间$(-2,-1)$里,函数从正变负,必然有一个实根;
  • 当x从极小值点到正无穷时,$f(x)$从极小值递增到正无穷,$f(0)=-3<0$,$f(1)=21>0$,说明在区间$(0,1)$里,函数从负变正,又有一个实根;
  • 而极小值点对应的$f(x)$是负数(因为$f(-1)$和$f(0)$都是负的,且函数在这之间是先减后增的极小值),所以函数不会再有其他实根了。

综上,这个四次方程一共有2个实根。

备注:内容来源于stack exchange,提问作者Someone

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