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绝对值是数学中的重要概念,它表示数轴上一个点到原点的距离。绝对值的定义是:当x大于等于0时,绝对值等于x本身;当x小于0时,绝对值等于负x。例如,3的绝对值是3,负5的绝对值是5,0的绝对值是0。从几何角度看,绝对值就是距离,而距离总是非负的,这就是绝对值非负性的根本原因。
绝对值非负性定理是绝对值最重要的性质,它表明对于任意实数x,绝对值|x|总是大于等于0。我们可以通过分类讨论来证明这个定理。当x大于等于0时,绝对值等于x本身,显然非负;当x小于0时,绝对值等于负x,由于x为负数,所以负x为正数。因此,无论x取什么值,|x|都大于等于0。等号成立的条件是当且仅当x等于0。从图像上看,绝对值函数是一个V形图像,所有的函数值都在x轴上方或x轴上,这直观地展示了绝对值的非负性。
除了绝对值,数学中还有其他常见的非负量。第一类是绝对值,我们已经知道任何数的绝对值都大于等于0。第二类是偶次方,比如x的平方、x的四次方等,无论x是正数还是负数,偶次方的结果都是非负的。第三类是偶次方根,比如平方根、四次方根等,但要注意偶次方根要求被开方数必须非负。从图像上可以看出,绝对值函数呈V形,平方函数呈抛物线形,平方根函数呈递增曲线形,它们的函数值都在x轴上方或x轴上,直观地展示了非负性。
非负量和为零是一个重要的数学性质。如果若干个非负量相加的和为零,那么每一个非负量都必须为零。这是因为非负量都大于等于零,如果它们的和为零,那么每一项都不能大于零,只能等于零。让我们通过一个具体例子来理解这个性质。求解方程|x-1|+|y+2|+(z-3)²=0。由于绝对值|x-1|≥0,绝对值|y+2|≥0,平方(z-3)²≥0,它们都是非负量,而它们的和为0,所以每一项都必须为0。因此|x-1|=0得到x=1,|y+2|=0得到y=-2,(z-3)²=0得到z=3。我们可以验证:|1-1|+|-2+2|+(3-3)²=0+0+0=0,确实成立。
利用非负性求最值是数学中的重要方法。基本思路是:如果函数可以写成f(x)=a+g²(x)的形式,由于g²(x)≥0,所以f(x)≥a,最小值为a;如果函数可以写成f(x)=a-g²(x)的形式,由于g²(x)≥0,所以f(x)≤a,最大值为a。让我们看两个具体例子。例1:求f(x)=2+(x-1)²的最小值。因为(x-1)²≥0,所以f(x)=2+(x-1)²≥2,当x=1时取等号,所以最小值为2。例2:求f(x)=5-(x+2)²的最大值。因为(x+2)²≥0,所以f(x)=5-(x+2)²≤5,当x=-2时取等号,所以最大值为5。从图像上可以清楚地看到这两个函数的最值点。