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解:
设 \(s = x + y\),\(p = xy\),则
\[
x^2 + y^2 = (x + y)^2 - 2xy = s^2 - 2p.
\]
已知条件化为
\[
4x^2 - 5xy + 4y^2 = 4(x^2 + y^2) - 5xy = 5,
\]
代入得
\[
4(s^2 - 2p) - 5p = 5 \quad \Rightarrow \quad 4s^2 - 8p - 5p = 5 \quad \Rightarrow \quad 4s^2 - 13p = 5.
\]
解得
\[
p = \frac{4s^2 - 5}{13}.
\]
于是
\[
x^2 + y^2 = s^2 - 2 \cdot \frac{4s^2 - 5}{13} = s^2 - \frac{8s^2 - 10}{13} = \frac{13s^2 - 8s^2 + 10}{13} = \frac{5s^2 + 10}{13}.
\]
因为 \(x, y\) 是实数,所以以 \(x, y\) 为根的二次方程
\[
t^2 - s t + p = 0
\]
的判别式必须非负:
\[
\Delta = s^2 - 4p \ge 0.
\]
代入 \(p\):
\[
s^2 - 4 \cdot \frac{4s^2 - 5}{13} \ge 0 \quad \Rightarrow \quad 13s^2 - 16s^2 + 20 \ge 0 \quad \Rightarrow \quad -3s^2 + 20 \ge 0 \quad \Rightarrow \quad s^2 \le \frac{20}{3}.
\]
所以 \(s^2\) 的取值范围是 \([0, \frac{20}{3}]\)(\(s^2 = 0\) 时可通过 \(x + y = 0\) 实现)。
代入 \(x^2 + y^2 = \frac{5s^2 + 10}{13}\):
- 当 \(s^2 = 0\) 时,最小值 \(\frac{10}{13}\);
- 当 \(s^2 = \frac{20}{3}\) 时,最大值 \(\frac{5 \cdot \frac{20}{3} + 10}{13} = \frac{\frac{100}{3} + \frac{30}{3}}{13} = \frac{130}{39} = \frac{10}{3}\)。
因此,\(x^2 + y^2\) 的最小值为 \(\frac{10}{13}\),最大值为 \(\frac{10}{3}\)。
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