偽解

示例:因平方而引入:解方程:x-6=√x,=< =< =

偽解,又稱增解或額外解,英語:extraneous solution、SpuriousSolution,是在解方程的過程中產生的能滿足方程的簡化版本,但不滿足原始方程的解。它常因變數出現在有理式分母、對數、偶次方根的被開方數中而產生。
示例:
因平方而引入:
解方程:x-6=√x,=> (x-6)^2=x =>x^2-13x+36=0 => (x-4)(x-9)=0 =>x=4,x=9
將x=4代入原方程,得-2=2,可知4是偽解。
因乘以含變數的因子而引入:
解方程x=2=0 => x(x+2)=x*0=0 =>x=0,x=2
0是偽解。
因消去有理式分母而引入:
解方程:\frac{1}{x-2}=\frac{3}{x+2}-\frac{6x}{\left(x-2\right)\left(x+2\right)}=> x+2=3(x-2)-6x =>x=-2
-2使得分母為0,故-2是偽解
因消去對數而引入:
解方程:ln(2x)=ln(x) => 2x=x =>x=0
ln(0)未定義,故0是偽解
再舉個例子:
解方程:x^x^x....=a
方程左邊是無窮級數:f(0,x)=x,...,f(n+1,x)=x^f(n,x),...
要解此方程,需要假設f(n->∞,x)收斂於a(很明顯,對絕大多數數x,此假設都是不成立的),將此假設代入方程,得
x^a=a,於是x=\sqrt[a]{a}
當a=2或4時,都有x=\sqrt{2}
如何判斷a=4時的解\sqrt{2}是偽解呢?
用歸納法,很容易證明對任意的n>=0,當x>1時,f(n,x)是單調增函式:
f(0,x)=x在x>1時是單調增函式;
假設f(n,x)在x>1時是單調增函式;
對x2>x1>1,f(n+1,x2)=x2^f(n,x2)>x1^f(n,x2)>x1^f(n,x1)=f(n+1,x1),即f(n+1,x)是增函式;
從而,對任意的n>=0,當x>1時,f(n,x)是單調增函式。
按單調增函式性質,若f(n->∞,x2)>f(n->∞,x1),則必有x2>x1,從而a=2和4的解不可能都是\sqrt{2}
再單調增函式性質,對f(n->∞,x2)=4>f(n->∞,x3)=e,則必有x2>x3=\sqrt[e]{e}>1.444,然而\sqrt{2}<\sqrt[e]{e},從而可知:
f(n->∞,x)=4的解\sqrt{2}是偽解。
不分辨解的真偽,就會得到2=f(∞,x)=4,從而得出所謂“悖論”、“數學危機”的驚人結論。

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