根式方程

代数

gēn shì fāng chéng

根式方程是指变量出现在根号(如平方根)内的方程,求解方法是先孤立根式,再把两边同时取相应的次幂。

Definition

根式方程是变量出现在根号内的方程;求解时要先孤立出根式,再把两边同时取与根指数相匹配的次幂,解出所得的方程,然后把每个解代回原方程中检验,因为两边同时取幂并不是可逆的(等价)步骤,可能会引入虚假的增根。严格地说,孤立出形如 $f(x)^{1/n} = g(x)$ 的根式并把两边取 $n$ 次幂,会得到 $f(x) = g(x)^n$,当 $n$ 为偶数时,这是一个多对一的运算,所以真正的解集是 $f(x) = g(x)^n$ 的解与定义域约束 $g(x) \ge 0$ 的交集,这一约束是为了匹配主值根的约定所需要的。

Example

$\sqrt{x + 3} = 5$:两边平方得到 $x + 3 = 25$,所以 $x = 22$;验证:$\sqrt{22+3} = 5$,正确。$\sqrt{2x-1} = x - 2$:两边平方得到 $x^2 - 6x + 5 = 0 = (x-1)(x-5)$,所以 $x = 1$ 或 $x = 5$,但验证 $x = 1$ 时,$\sqrt{1}=1$ 而 $1-2=-1$(不相符,是增根),而 $x = 5$ 时,$\sqrt{9}=3$ 而 $5-2=3$(正确)。$\sqrt{x} = -3$ 根本没有实数解,尽管平方后得到 $x = 9$,因为主值平方根 $\sqrt{9} = 3$ 永远不可能等于 $-3$。

Key Insight

一定要把解代回原方程检验,两边平方可能会制造出被称为"增根"的虚假答案,因为平方运算会丢失符号信息。这种偶次幂的多对一行为,以及更一般的 $n$ 次根的多值性质(每个非零复数都有 $n$ 个不同的 $n$ 次根),在复分析中通过黎曼曲面得到了严谨的处理。