问题 解答题
(1)已知a,b,c为实数,证明a,b,c均为正整数的充要条件是
a+b+c>0
ab+bc+ca>0
abc>0

(2)已知方程x3+px2+qx+r=0的三根α,β,γ都是实数,证明α,β,γ是一个三角形的三边的充要条件是
p<0,q>0,r<0
p3>4pq-8r
答案

证明:(1)条件的必要性是显然的,

因为已知a>0,b>0,c>0,

所以立即可得a+b+c>0,

ab+bc+ca>0,abc>0.

下面证明条件的充分性:

设a,b,c是三次方程x3+px2+qx+r=0的三个根,

则由根与系数的关系及已知条件有-p=a+b+c>0,

q=ab+bc+ca>0,-r=abc>0,

此即p<0,q>0,r<0.

由此即可知三次方程x3+px2+qx+r=0的系数正负相间,

所以此方程无负根,即方程根均非负;

又由abc>0可知,方程无零根,

故a>0,b>0,c>0;

(2)由(1)的证明可知,α,β,γ均为正数的充要条件是p<0,q>0,r<0.

于是问题转化为证明α,β,γ为三角形三条边的充要条件为p3>4pq-8r

条件的必要性:

若α,β,γ为三角形的三边,

则由三角形的性质必有α+β>γ,β+γ>α,γ+α>β.

于是α+β-γ>0,β+γ-α>0,γ+α-β>0.

由此可得(α+β-γ)(β+γ-α)(γ+α-β)

=(-p-2α)(-p-2β)(-p-2γ)

=-(p+2α)(p+2β)(p+2γ)

=-[p3+2(α+β+γ)p2+4(βγ+γα+αβ)p+8αβγ]

=-(p3-2p3+4pq-8r)=p3-4pq+8r>0

即p3>4pq-8r.

条件的充分性:若p3>4pq-8r,

则p3-4pq+8r>0,

-(α+β+γ)3+4(α+β+γ)(αβ+βγ+γα)-8αβγ>0,

(α+β+γ)(2αβ+2βγ+2γα-α222)-8αβγ>0,

[α+(β+γ)][-(β-γ)2+2α(β+γ)-α2]-8αβγ>0,

32(β+γ)+α(β-γ)2-(β+γ)(β-γ)2>0,

α2(-α+β+γ)+(β-γ)2(α-β-γ)>0,

(-α+β+γ)[α2-(β-γ)2]>0,

(-α+β+γ)(α+β-γ)(α-β+γ)>0.

此式中至少有一因式大于0,今设-α+β+γ>0,

则必有(α+β-γ)(α-β+γ)>0.

如果α+β-γ<0,α-β+γ<0,

两式相加得2a<0,

即α<0,此与α>0相矛盾

故有-α+β+γ>0,α+β-γ>0,α-β+γ>0,

此即

β+γ>α
α+β>γ
α+γ>β

此即α,β,γ可作为一个三角形的三条边.

综上所证可知,

方程x3+px2+qx+r=0的三根α,β,γ为一个三角形的三条边的充要条件是

p<0,q>0,r<0
p3>4pq-8r

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