已知:\(x + y + z = 0\)
且:\(x^2 + y^2 + z^2 = 1\),
求解:x的最大值。
可通过代数变形和不等式方法求解,具体步骤如下:
第一步:利用已知条件消元
由\(x + y + z = 0\)可得\(z = -x – y\),将其代入平方和方程:\(x^2 + y^2 + (-x – y)^2 = 1\)
第二步:展开并化简方程
展开\((-x – y)^2\)得\(x^2 + 2xy + y^2\),代入后方程变为:\(x^2 + y^2 + x^2 + 2xy + y^2 = 1\) 合并同类项:\(2x^2 + 2y^2 + 2xy = 1\) 两边除以 2:\(x^2 + y^2 + xy = \frac{1}{2}\)
第三步:将方程视为关于y的二次方程
将上式整理为以y为变量的一元二次方程:\(y^2 + xy + (x^2 – \frac{1}{2}) = 0\) 对于二次方程\(ay^2 + by + c = 0\),有实数解的条件是判别式\(\Delta = b^2 – 4ac \geq 0\)。在此方程中:\(a = 1, \quad b = x, \quad c = x^2 – \frac{1}{2}\) 代入判别式:\(\Delta = x^2 – 4 \times 1 \times (x^2 – \frac{1}{2}) \geq 0\)
第四步:求解不等式
展开并化简判别式:\(x^2 – 4x^2 + 2 \geq 0\)\(-3x^2 + 2 \geq 0\) 移项得:\(3x^2 \leq 2\) 两边除以 3:\(x^2 \leq \frac{2}{3}\) 开平方得:\(-\frac{\sqrt{6}}{3} \leq x \leq \frac{\sqrt{6}}{3}\)
第五步:确定x的最大值
由上述范围可知,x的最大值为:\(x_{\text{max}} = \frac{\sqrt{6}}{3}\)
答案
x的最大值为\(\boxed{\dfrac{\sqrt{6}}{3}}\)。