内容正文:
Logic is the foundation of the certainty of all the knowledge we acquire.
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2.3二次函数与一元二次方程、不等式
本节聚焦
函数,方程和不等式都是中学数学中非常重要的内容,用函数理解方程和不等式是数学的基本思想方法,用二次函数观点看一元二次方程、一元二次不等式,可以让学生在初中的相关内容的基础上,进一步理解函数,方程与不等式之间的联系,逐步形成用函数统领方程和不等式的意识,进而体会数学的整体性.
本节主要研究二次函数与一元二次方程,不等式的联系,求解一元二次不等式,解决含参一元二次不等式相关问题.
知识精讲
一、一元二次不等式
1.定义:一般地,我们把只含有一个未知数,并且未知数的最高次数是的不等式,称为一元二次不等式.一元二次不等式的一般形式是或,其中,,均为常数,.
2.二次函数的零点:一般地,对于二次函数,我们把使的实数叫做二次函数的零点.
3.不等式和函数的关系:对于不等式,我们想象二次函数在轴上半部分的图象,这部分图象上的点纵坐标大于,即,此时这些点对应的横坐标就是原不等式的解.
我们整理表格如下:
判别式
二次函数()的图象
一元二次方程()的根
有两个不相等的实数根,()
有两个相等的实数根
没有实数根
()的解集
R
()的解集
对于二次项系数为正且存在两个根的一元二次不等式(即(,)),求其解集的常用口诀是:大于取两边,小于取中间;若二次项系数为负,可以在不等式两边同时乘转化为上述情况求解.
重点提醒
二、其他简单不等式
1.高次不等式:对于,先分解因式,得,则方程
的根为,,.
将,,标在数轴上,然后用一条光滑的曲线从数轴右端的上方起,依次穿过这些点,则原不等式的解集即为曲线在数轴上方的部分对应的的取值范围,如图.
故原不等式的解集为.
这种方法称为数轴穿根法.
2.分式不等式:对于,移项通分,得,故原不等式的解集为
经典例题
类型一 不含参不等式
例1 解下列不等式:
(1);
(2).
类型二 含参不等式
例2 已知关于的不等式对任意恒成立,则的取值范围是( )
A. B.
C.或 D.或
例3 已知关于x的不等式的解集是,则实数b= ,c= ,
的解集为 .
例4 解关于x的不等式.
处理此类含参一元二次不等式问题,首先应尝试因式分解求根,再根据开口方向,根的数量及相对位置,对称轴等元素确定分类讨论的标准.
重点提醒
类型三 恒成立与能成立问题
例5 (1)若不等式对一切满足恒成立,则的取值范围是________.
(2)若关于的不等式在区间内有解,则实数的取值范围是_________.
记的函数在集合上的最大值为,最小值为,则
“,使”“”;
“,使”“”.
只是提供大概思路,在具体题目中需要判断不等号是否能取等.
难点突破
例6 已知命题:方程有实数根,命题:在时恒成立.若与至少有一个为假命题,求实数的取值范围.
例7 已知,,若关于的不等式在时恒成立,则的最小值是 .
类型四 实际应用
例7 某蛋糕厂生产某种蛋糕的成本为元/个,出厂价为元/个,日销售量为个,为适应市场需求,计划提高蛋糕档次,适度增加成本.若每个蛋糕成本增加的百分率为,则每个蛋糕的出厂价相应提高的百分率为,同时预计日销售量增加的百分率为.
(1)为使日利润有所增加,求的取值范围;
(2)当每个蛋糕成本增加的百分率为多少时,日利润最大,并求出最大日利润.
实战演练
1.解下列不等式:
(1);
(2);
(3).
2.关于的不等式的解集中恰有两个整数,则实数的取值范围可能是( )
A. B.
C. D.
3.设,不等式的解集为或,则( )
A. B.0 C.2 D.7
4.(1)已知,,且.求的最小值
(2)关于的方程有且只有正根,求实数的取值范围;
5.已知恒成立,求的最小值.
6.柯西不等式:设,则,当数组不全为0时,等号成立当且仅当.
7.不等式对一切实数恒成立的的取值集合为,集合.
(1)求集合;
(2)若“”是“”的充分条件,求实数的取值范围.
8.若关于x的不等式组没有实数解,则实数a的取值范围是 .
9.已知命题;命题.
(1)若是真命题,求实数的取值范围;
(2)若和都为真命题,求实数的取值范围.
10.已知关于的不等式的解集为,则下列说法错误的是( )
A.,则
B.若,则关于x的不等式的解集为
C.若为常数,且,则的最小值为
D.若的解集M一定不为
11.已知不等式的解集,若对任意,不等式恒成立.则的取值范围是 .
12.(多选)已知的解集是,则下列说法正确的是( )
A.不等式的解集是
B.的最小值是
C.若有解,则m的取值范围是或
D.当时,,的值域是,则的取值范围是
13.若关于的不等式组 恰有50个不等的实数解,则的取值范围为 .(结果用区间表示)
14.某厂家拟2024年举行某产品的促销活动,经调查测算,该产品的年销售量(即该厂的年产量)万件与年促销费用万元满足(为常数),如果不搞促销活动,则该产品的年销售量只能是2万件.已知生产该产品的固定投入为8万元,每生产一万件该产品需要再投入16万元,厂家将每件产品的销售价格定为每件产品年平均成本的1.5倍(此处每件产品年平均成本按元来计算).
(1)求的值;
(2)该厂家2024年的促销费用投入多少万元时,厂家的利润最大?
15.法国数学家佛郎索瓦・韦达于1615年在著作《论方程的识别与订正》中建立了方程根与系数的关系,由于韦达最早发现代数方程的根与系数之间的这种关系,人们把这个关系称为韦达定理,它的内容为:“对于一元二次方程,它的两根、有如下关系:.”
韦达定理还有逆定理,它的内容为:“如果两数和满足如下关系: ,那么这两个数和是方程的根.”通过韦达定理的逆定理,我们就可以利用两数的和与积的关系构造一元二次方程
例如:,那么和是方程的两根.请应用上述材料解决以下问题:
(1)已知、是两个不相等的实数,且满足,,求的值;
(2)已知实数、满足,,求的值;
(3)已知,是二次函数的两个零点,且,求使的值为整数的所有的值.
学霸笔记
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2.3二次函数与一元二次方程、不等式
本节聚焦
函数,方程和不等式都是中学数学中非常重要的内容,用函数理解方程和不等式是数学的基本思想方法,用二次函数观点看一元二次方程、一元二次不等式,可以让学生在初中的相关内容的基础上,进一步理解函数,方程与不等式之间的联系,逐步形成用函数统领方程和不等式的意识,进而体会数学的整体性.
本节主要研究二次函数与一元二次方程,不等式的联系,求解一元二次不等式,解决含参一元二次不等式相关问题.
知识精讲
一、一元二次不等式
1.定义:一般地,我们把只含有一个未知数,并且未知数的最高次数是的不等式,称为一元二次不等式.一元二次不等式的一般形式是或,其中,,均为常数,.
2.二次函数的零点:一般地,对于二次函数,我们把使的实数叫做二次函数的零点.
3.不等式和函数的关系:对于不等式,我们想象二次函数在轴上半部分的图象,这部分图象上的点纵坐标大于,即,此时这些点对应的横坐标就是原不等式的解.
我们整理表格如下:
判别式
二次函数()的图象
一元二次方程()的根
有两个不相等的实数根,()
有两个相等的实数根
没有实数根
()的解集
R
()的解集
对于二次项系数为正且存在两个根的一元二次不等式(即(,)),求其解集的常用口诀是:大于取两边,小于取中间;若二次项系数为负,可以在不等式两边同时乘转化为上述情况求解.
重点提醒
二、其他简单不等式
1.高次不等式:对于,先分解因式,得,则方程
的根为,,.
将,,标在数轴上,然后用一条光滑的曲线从数轴右端的上方起,依次穿过这些点,则原不等式的解集即为曲线在数轴上方的部分对应的的取值范围,如图.
故原不等式的解集为.
这种方法称为数轴穿根法.
2.分式不等式:对于,移项通分,得,故原不等式的解集为
经典例题
类型一 不含参不等式
例1 解下列不等式:
(1);
(2).
【答案】(1)
(2)或
【难度】0.85
【知识点】解不含参数的一元二次不等式、解含有参数的一元二次不等式、分式不等式
【分析】(1)移项后结合一元二次不等式的解法可求不等式的解;
(2)因式分解后可求不等式的解;
【详解】(1)由得,
即,解得.
故原不等式的解集为.
(2)因为,
解得或,所以原不等式的解集为或.
类型二 含参不等式
例2 已知关于的不等式对任意恒成立,则的取值范围是( )
A. B.
C.或 D.或
【答案】A
【难度】0.65
【知识点】解含有参数的一元二次不等式、一元二次不等式在实数集上恒成立问题
【分析】根据题意,分和两种情况讨论,即可求出的取值范围.
【详解】当时,不等式化为恒成立,
当时,不等式不能恒成立,
当时,要使不等式恒成立,需,
解得,
综上所述,不等式对任意恒成立,的取值范围是,
故选:A.
例3 已知关于x的不等式的解集是,则实数b= ,c= ,的解集为 .
【答案】,
【难度】0.65
【知识点】解不含参数的一元二次不等式、由一元二次不等式的解确定参数
【分析】根据不等式的解集,结合韦达定理可求出,再代入新的不等式求解即可.
【详解】解法一:因为关于x的不等式的解集是,
所以方程的两根,
由韦达定理,得,
代入得,解集为.
故答案为:;;
解法二:记,,由初中学过的二次函数相关知识,两二次函数关于轴对称,故的两根,不等式的解集为.
例4 解关于x的不等式.
处理此类含参一元二次不等式问题,首先应尝试因式分解求根,再根据开口方向,根的数量及相对位置,对称轴等元素确定分类讨论的标准.
重点提醒
【答案】具体见解析
【解析】解:关于x的不等式
可化为
(1)当时,,解得.
(2)当,所以
所以方程的两根为-1和,
当,即时,不等式的解集为或},
当,即时,不等式的解集为.
当,即时,不等式的解集为或},.
(3)当时,
因为方程的两根为—1和,
又因为,所以.
即不等式的解集是,
综上所述:当时,不等式的解集为
当时,不等式的解集为
当时,不等式的解集为或
当时,不等式的解集为
当时,不等式的解集为或},
类型三 恒成立与能成立问题
例5 (1)若不等式对一切满足恒成立,则的取值范围是________.
(2)若关于的不等式在区间内有解,则实数的取值范围是_________.
记的函数在集合上的最大值为,最小值为,则
“,使”“”;
“,使”“”.
只是提供大概思路,在具体题目中需要判断不等号是否能取等.
难点突破
【答案】(1)(2)
【解析】(1)因为不等式对一切恒成立,所以对一切恒成立,令,可知成立,当,函数单调递增,所以,所以.
(2)不等式等价于存在,使成立,即
设 当时, 所以 .
例6 已知命题:方程有实数根,命题:在时恒成立.若与至少有一个为假命题,求实数的取值范围.
【答案】
【难度】0.85
【知识点】已知命题的真假求参数、一元二次不等式在某区间上的恒成立问题
【分析】先求与为真和假对应的的取值范围,由题意与一真一假或同假,求出对应的取值范围再取并集即可.
【详解】当命题为真时,,得或.
则当命题为假时,.
当命题为真时,令,
则,得,则当命题为假时,.
与至少有一个为假,即与一真一假或同假.
当真假时,或;
当假真时,无解;当假假时,.
综上得.
例7 已知,,若关于的不等式在时恒成立,则的最小值是 .
【答案】
【难度】0.65
【知识点】一元二次不等式在某区间上的恒成立问题、基本不等式求和的最小值
【分析】根据不等式分类讨论分析可知,为方程的根,代入化简可得,进而代入消去,结合基本不等式即可求解.
【详解】因为,所以当时,;当时.
要使关于的不等式在时恒成立,需两因式同号在时恒成立.
则当时,;当时,;
所以当时,,
所以,即,
所以,当且仅当,即时取等号,
即的最小值为.
故答案为:.
类型四 实际应用
例7 某蛋糕厂生产某种蛋糕的成本为元/个,出厂价为元/个,日销售量为个,为适应市场需求,计划提高蛋糕档次,适度增加成本.若每个蛋糕成本增加的百分率为,则每个蛋糕的出厂价相应提高的百分率为,同时预计日销售量增加的百分率为.
(1)为使日利润有所增加,求的取值范围;
(2)当每个蛋糕成本增加的百分率为多少时,日利润最大,并求出最大日利润.
【答案】(1);(2)当,最大日利润是元.
【解析】(1)由题意得:日利润为: ,
,
若日利润有所增加,则 ,
即 ,
解得 ,
(2)由(1)知日利润为,
,
当时,日利润最大,最大日利润是元.
实战演练
1.解下列不等式:
(1);
(2);
(3).
【答案】(1)或
(2)或
(3)
【难度】0.65
【知识点】解不含参数的一元二次不等式、分式不等式
【分析】(1)利用分式不等式的解法:分式不等式转化成整式不等式,得到,再利用一元二次不等式的解法,即可求出结果;
(2)利用分式不等式的解法:分式不等式转化成整式不等式,得到,且,再利用一元二次不等式的解法,即可求出结果.
(3)根据条件得到,利用,将问题转化成,再利用一元二次不等式的解法,即可求出结果.
【详解】(1)因为等价于,得到或,
所以的解集为或.
(2)由,得到,即,
等价于,且,解得或,
所以的解集为或.
(3)由,得到,
又恒成立,
所以原不等式等价于,解得,
所以原不等式的解集为
2.关于的不等式的解集中恰有两个整数,则实数的取值范围可能是( )
A. B.
C. D.
【答案】AB
【难度】0.65
【知识点】解含有参数的一元二次不等式、由一元二次不等式的解确定参数
【分析】根据与2的大小,求得不等式的解,分析其中恰有2个整数的情形即可求解.
【详解】不等式化为,
当时,不等式解为,
不等式解集中恰有两个整数,则这两个整数为,则;
当时,不等式无解,不符合;
当时,不等式解为,
不等式解集中恰有两个整数,则这两个整数为,则.
综上,满足题意的实数的取值范围可能是或.
故选:AB
3.设,不等式的解集为或,则( )
A. B.0 C.2 D.7
【答案】A
【难度】0.85
【知识点】由一元二次不等式的解确定参数
【分析】根据题意可知和是方程的两个根,根据韦达定理求出,的值即可求解.
【详解】由题意可知:和是方程的两个根,则由韦达定理可得:和,即,,所以.
故选:A.
4.(1)已知,,且.求的最小值
(2)关于的方程有且只有正根,求实数的取值范围;
【答案】(1);
(2).
【难度】0.65
【知识点】一元二次方程根的分布问题、基本不等式求和的最小值
【分析】(1)消元,用表示,再用均值不等式得到最值;
(2)分和两种情况讨论,时,由判别式和韦达定理得到不等式组,解出的取值范围.
【详解】(1)由得即,
因为,所以,,
所以,
当且仅当时等号成立,
所以的最小值是.
(2)当时,由得,符合题意;
当时,设方程的根为,
由得,解得,
所以或,
综上,的取值范围是.
5.已知恒成立,求的最小值.
【答案】1
【难度】0.65
【知识点】一元二次不等式与二次函数、一元二次方程的关系、一元二次不等式在实数集上恒成立问题
【分析】将不等式两边同时平方,根据平方差公式,可得两种情况,进而根据二次不等式恒成立,利用判别式以及分类讨论即可求解.
【详解】由得,
得,
,
即恒成立(*),
或恒成立(**),
(1)先考虑二次项系数均为不为0的情况,如下:
由(*)式得
①+②得;
由(**)式得
③+④得,所以的最小值为1.
(2)接下来考虑二项式系数为0的情况,
当时,为开口向上的二次函数,函数值不恒为非正,
故只需恒成立,
则,解得,
此时,
时,为开口向下的二次函数,函数值不恒为非负,
此时只需要恒成立,
则,解得,
此时,
综上可知:的最小值为1.
6.柯西不等式:设,则,当数组不全为0时,等号成立当且仅当.
【答案】证明见解析
【难度】0.65
【知识点】一元二次不等式与二次函数、一元二次方程的关系
【分析】若,不等式显然成立;若,构造二次函数,由判别式即可证明.
【详解】若,则,此时不等式显然成立;
若,
构造二次函数 对于恒成立,
所以此二次函数的判别式,
即;
综上,.
7.不等式对一切实数恒成立的的取值集合为,集合.
(1)求集合;
(2)若“”是“”的充分条件,求实数的取值范围.
【答案】(1)
(2)
【难度】0.65
【知识点】根据集合的包含关系求参数、充分条件、一元二次不等式在实数集上恒成立问题、一元二次不等式在某区间上的恒成立问题
【分析】(1)当 时,显然成立;当时,由求解即可;
(2)由题设得,即在上恒成立,由解出m的取值范围即可.
【详解】(1)当 时, 显然恒成立;
当 时,不等式 对一切实数 都成立,
则 ,解得 .
综上, .
(2)因为“”是“”的充分条件,
所以.
又 ,即 在 上恒成立.
令 ,
则 , 解得 ,
所以的取值范围为.
8.若关于x的不等式组没有实数解,则实数a的取值范围是 .
【答案】
【难度】0.85
【知识点】解不含参数的一元二次不等式、一元二次不等式在某区间上有解问题
【分析】先解二次不等式与一次不等式,结合题意得到的取值范围,从而得解.
【详解】解不等式可得,
由可得,
若关于的不等式组没有实数解,
则.
故答案为:.
9.已知命题;命题.
(1)若是真命题,求实数的取值范围;
(2)若和都为真命题,求实数的取值范围.
【答案】(1)或
(2)或
【难度】0.65
【知识点】根据全称命题的真假求参数、根据特称(存在性)命题的真假求参数、一元二次不等式在实数集上恒成立问题、一元二次不等式在某区间上有解问题
【分析】(1)根据二次函数与一元二次不等式之间的关系,即可利用判别式求解为真时的范围,可得为假时的范围 ;
(2)根据一元二次不等式有解求为真时的范围, 结合(1)即可求交集得解.
【详解】(1)若命题为真,则,
即,解得:,
而是真命题,所以命题为假命题,
所以或.
(2)由(1)知,命题为真时,;
若为真命题,
则,解得或.
故命题和命题都为真命题,则,
解得或,
即实数的取值范围为或
10.已知关于的不等式的解集为,则下列说法错误的是( )
A.,则
B.若,则关于x的不等式的解集为
C.若为常数,且,则的最小值为
D.若的解集M一定不为
【答案】AC
【难度】0.65
【知识点】解不含参数的一元二次不等式、由一元二次不等式的解确定参数、一元二次不等式与二次函数、一元二次方程的关系、基本不等式求积的最大值
【分析】选项A中,由二次函数的性质得到,可判定A错误;选项B中,转化为和是方程的两个实根,求得,把不等式化简得到,求得的解集,可判定B正确;选项C中,结合二次函数的性质,求得,化简得到,令,结合基本不等式,求得的最大值,可判定C错误;当时,由函数表示开口向下的抛物线,可判定D正确.
【详解】由题意,关于的不等式的解集为,
对于A中,若,即不等式的解集为空集,
根据二次函数的性质,则满足,所以A错误;
对于B中,若,可得和是方程 两个实根,且,
可得,解得,
则不等式,可化为,
即,解得或,
即不等式的解集为,所以B正确;
对于C中,若为常数,可得是唯一的实根,且,
则满足,解得,所以,
令,因为且,可得,且,
则,
当且仅当时,即时,即时,等号成立,
所以的最大值为,所以C错误;
对于D中,当时,函数表示开口向下的抛物线,
所以当的解集一定不为,所以D正确.
故选:AC.
11.已知不等式的解集,若对任意,不等式恒成立.则的取值范围是 .
【答案】
【难度】0.65
【知识点】由一元二次不等式的解确定参数、一元二次不等式在某区间上的恒成立问题
【分析】根据一元二次不等式的解集确定系数,则在上恒成立,利用二次函数的性质有即可求结果.
【详解】由题设,且,可得,
所以在上恒成立,
而在上递增,故只需即可,
所以.
故答案为:
12.(多选)已知的解集是,则下列说法正确的是( )
A.不等式的解集是
B.的最小值是
C.若有解,则m的取值范围是或
D.当时,,的值域是,则的取值范围是
【答案】ABD
【难度】0.65
【知识点】解不含参数的一元二次不等式、由一元二次不等式的解确定参数、基本不等式求和的最小值、根据二次函数的最值或值域求参数
【分析】根据给定条件,可得,解不等式判断A;利用均值不等式计算判断B;利用对勾函数求范围判断C;探讨二次函数值域判断D作答.
【详解】因的解集是,则是关于x的方程的二根,且,
于是得,即,
对于A,不等式化为:,解得,A正确;
对于B,,,
当且仅当,即时取“=”,B正确;
对于C,,令,则在上单调递增,
即有,因有解,则,解得或,C不正确;
对于D,当时,,则,,
依题意,,由得,或,因在上的最小值为-3,
从而得或,因此,D正确.
故选:ABD
13.若关于的不等式组 恰有50个不等的实数解,则的取值范围为 .(结果用区间表示)
【答案】
【难度】0.4
【知识点】解含有参数的一元二次不等式、由一元二次不等式的解确定参数
【分析】先求出不等式的解,再分,,三种情况讨论,再根据区间内有个整数,得到区间的长度应满足的条件,进而可得出答案.
【详解】由,解得或,
当,即时,,
此时原不等式组不可能有个不等的实数解,
当,即时,,
此时原不等式组无解,
当,即时,
原不等式组的解集为,
因为原不等式组恰有50个不等的实数解,且区间内有个整数,
所以在区间内有个整数,
则区间的长度应满足,解得,
所以,
则在区间内只有两个整数,
所以区间内有个整数,
所以,解得,
综上,.
故答案为:.
【点睛】关键点点睛:根据区间内有个整数,得到区间的长度应满足的条件,是解决本题的关键.
14.某厂家拟2024年举行某产品的促销活动,经调查测算,该产品的年销售量(即该厂的年产量)万件与年促销费用万元满足(为常数),如果不搞促销活动,则该产品的年销售量只能是2万件.已知生产该产品的固定投入为8万元,每生产一万件该产品需要再投入16万元,厂家将每件产品的销售价格定为每件产品年平均成本的1.5倍(此处每件产品年平均成本按元来计算).
(1)求的值;
(2)该厂家2024年的促销费用投入多少万元时,厂家的利润最大?
【答案】(1)
(2)3万元
【难度】0.65
【知识点】利用给定函数模型解决实际问题、基本(均值)不等式的应用
【分析】(1)有题目中的已知条件,代入已知函数解析式,求得参数;
(2)根据利润公式整理函数解析式,利用基本不等式,可得答案.
【详解】(1)由题意知,当时,(万件),
则,解得;
(2)由(1)可得.
所以每件产品的销售价格为(元),
2024年的利润.
当时,,
,当且仅当时等号成立.
,
当且仅当,即万元时,(万元).
故该厂家2024年的促销费用投入3万元时,厂家的利润最大为29万元.
15.法国数学家佛郎索瓦・韦达于1615年在著作《论方程的识别与订正》中建立了方程根与系数的关系,由于韦达最早发现代数方程的根与系数之间的这种关系,人们把这个关系称为韦达定理,它的内容为:“对于一元二次方程,它的两根、有如下关系:.”
韦达定理还有逆定理,它的内容为:“如果两数和满足如下关系: ,那么这两个数和是方程的根.”通过韦达定理的逆定理,我们就可以利用两数的和与积的关系构造一元二次方程
例如:,那么和是方程的两根.请应用上述材料解决以下问题:
(1)已知、是两个不相等的实数,且满足,,求的值;
(2)已知实数、满足,,求的值;
(3)已知,是二次函数的两个零点,且,求使的值为整数的所有的值.
【答案】(1)
(2)或
(3)
【难度】0.4
【知识点】方程与不等式、一元二次方程的解集及其根与系数的关系
【分析】(1)利用两个等式特征,可将可看作方程的两个异实数根,由韦达定理即可求出所求式的值;
(2)由题设等式,可将可看作方程的两个实数根,求出两根,分情况讨论求解即得;
(3)由题意,使,求得,利用韦达定理求得,将所求式整理化简得,结合题设条件,即可求得的所有取值.
【详解】(1)由,,,
可将可看作方程的两个不相等的实数根,
由韦达定理,,
所以;
(2)由,,
可将可看作方程的两个实数根,
由解得或,
则有或,
① 当时,;
② 当时,.
所以的值为22或37.
(3)由题意和韦达定理,可得,,
且,解得,
故
因,又,故必为的因数,
则的值可能为,
则实数k的值可能为,又,
故k的所有取值为.
学霸笔记
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