初中生宝典:万能快速因式分解法,解二次方程

文摘   2024-10-31 17:02   湖南  


    解二次方程,一般性分类有两种形式及解法:

    . x^2=9 --> x=3,x=-3;   (x+1)^2=9  --> x=2,x=-4;   配平方

    . (x-1)(x-2) -->x=1,x=2; 因式分解。

    当然,因式分解是配平方法的一种特殊形式(整数),即当b^2-4abc是一个平方数时。


    当一个二次方程不能用因式分解法解答时,可以使用配平方法,当然也可以把任何二次方程直接用配平方法解答,如果能记得求平方要公式,直接套入公式,所以配平方(平方根公式)也可以说是解二次方程的万能法。既然有万能法,为什么还要用因式分解法呢?相比较因式分解法,配平方的效率要低一些。

    

    但有一个问题,因式分解法真的效率总是比本平方法要高吗?


    得看情况,比如: 16X^2-34x-15=0。

    除非是做了许多因式分解的练习,有了比较好的直觉,不然,当系数大一点时,因式分解没法凭直觉看一眼进行分解,而是需要一个一个组合地去尝试,16X^2-34x-15=0,有12种组合。

    如何减少尝试的次数(组合数)呢?减少尝试的次数自然就会提高解答的速度。


    另一个例子: 12x^2+17x+6=0,这个方程因式分解最多也需要尝试12次的乘加,看看这个方程: x^2+17x+72=0,x项的系数同前面的方程一样,但因为x^2系数为1,这样尝试的最多次数就减少为5次了,实际上,这个方程更容易凭直觉看出如何分解:8*9=72,8+9=17, 所以分解为: (x+8)(x+9)=0。

    这样,就知道了: 17x=8x+9x.

    还知道:8=2*4, 9=3*3

    这样就得到了(4x+3)(3x+2)=0.

    至此,因式分解完毕。


    再看一个例子: 8X^2+2x-15=0.   由上面的例子可知: 8*(-15)=-120.   -120=12*(-10),12+(-10)=2.

    知道: -10=-5*2, 12=3*4 (提问: 为什么不是 12=2*6 ?  )

    这样就得到了: (4x-5)(2x+3)=0

    至此,因式分解完毕。

     

    上面的方法,还有2个问题,即有两次“凭直觉”。本来是想去除“凭直觉”,探索新的方法起因就是因为像“16X^2-34x-15=0”这样的方程凭直觉太难,而组合尝试的次数又太多。


    可不可能完全去除“凭直觉”呢? 


    先用“16X^2-34x-15=0”(方程一) 做为例子。


    1. 16*15=240, 先看方程:x^2-34x+240=0 (方和二)

    2. 分解质因素,240=2*2*2*2*3*5

    3. 尝试:

       差值最大时的是2与120(差为118),差值最小时的是12与20(差为8), 根据最大差值及最小差值,及实际上差值(34),来决定分解成哪两个因素。

       可以是继续一点一点地缩小:

       3*(-80)=-240,3+(-80)=-78

       4*(-60)=-240,4+(-60)=-56

       也可以观察-118和-34相差比较大,干脆跳跃着缩小,跳两步就是:

       6* (-40) =-240,6+(-40)=-34  满足条件。

       这样,既没有凭直觉,也加快了尝试的速度。

       方程: x^2-34x+240=0 因式分解为: (x+6)(x-40)=0        

    4. 方程16X^2-34x-15=0 和 方程x^2-34x+240=0  只有x项的系数一样,x^2及常数项都不一样。

       所以对(x+6)(x-40)=0要进行一些变换:

       (1). 既然它的常数项是放大了16倍,如果要保持常数不变,则要缩小16倍

       (2). ((x+6/a)(x-40/b)=0 , a*b是共需要缩小的倍数“16”,即a*b=16, a和b多少呢?又有3种组合,难道又要去一个一个组合去尝试?不用,因为要保证6/a及40/b为整数,把16分解质因素为2、2、2、2,a只能为2,所以b必然为8。

       (3). 现在变换成(x+3)(x-5)=0,但是,变化后,常数项-15是ok了,但x项系数却变得不ok了,是什么原因呢?因为第一次变换后(x+6)(x-40)=0刚好满足了x项系数,但为了满足常数项进行了第二次变换“缩小常数项”,进而影响到了x项的系数(因为x项的系数是常数是相关的)。

       (4). 观察步骤(2),可以看出,6/2这里缩小了2倍,40/8这里缩小了8倍,所缩小的倍数分别把x的系数进行了相应的减少,如何在第(2)缩小常数项时,保住x项的系数呢? 

       (5). 可以扩大x^2的系数,因为从方程一到方程二,x^2系数缩小了共16倍,现在需要放大18倍. 进行变换:(c*x+3)(d*x-5)=0, 且c*d=16。那么c和d各是多少呢?又需要把3种组合尝试一遍吗?不需要,因式分解是交叉相乘,在第(2)步时,要交叉相乘的系数缩小了多少,各自对应的就需要放大多少,即: c对应40/8缩小的倍数"8",d对应6/2缩小的倍数"2",所以 c=8,d=2。

       (6). 最后变换为 (8x+3)(2x-5) = 0 .


   最后总结如下:


   1. 对任一可因式分解的方程 ax^2+bx+c=0 (方程一), 可先分解 x^2+bx+ac=0 (方程二).

      对于 8X^2+2x-15=0, ac=8*(-15)=-120, 可分解方程 X^2+2x-120=0 (方程二)

   2. 分解ac质因素 -120=-2*2*2*3*5

   3. 凑x项系数2,分解 -120=12*(-10), 满足 12+(-10)=2

   4. 方程二分解为 (x+12)(x-10)=0

   5. 缩小常数项共a倍 (x+12/a1)(x-10/a2)=0   a1*a2=8, 8=2*2*2*, 12/a1及10/a2须为整数,所以a1=4,a2=2,现在变换成:(x+3)(x-5)=0

   6. 把缩小的(交叉)对应放大到x^2项,即(2x+3)(4x-5)=0.  


   至此,因式分解完毕。


   练习一次,来一个难一点的:40x^2

 −61x-84=0 

   1. x^2-61x-40*84 =0     

   2. -40*84=-2*2*2*2*2*3*5*7

   3. 分解成8*(-420), -420+8<>-61

      分解成32*(-105),Not Ok,但 32-105=-73 接近-61了

      分解成35*(-96),  35-96=-61, ok

   4. (x-96)(x+35)=0,  放大了40倍,缩小40倍, 40=2*2*2*5

   5. (x-96/a1)(x+35/a2)=0, a1*a2=40, 但96/a1及35/a2须为整数,所以a2=5,a1=8

   6. 把缩小的(交叉)对应放大到x^2项,即(5x-12)(8x+7)=0


   

   再做一道练习: 6x^2+5x-6=0 ,通过图示,或许你可以更清楚地看清楚“放大-缩小-放大”的逻辑。

   

   (图)

   

   

            

    

    好了。


参考资料:  《烧掉数学》(burn math class), 作者名言“先撒谎再还原真相 ”


 广告时间:

    

     .如何做,孩子更愿意思考,更愿意学习数学,不害怕数学?

    .孩子为什么不爱思考?为什么孩子害怕数学?

    .中学生如何学好数学?或许不做乖学生才是唯一的出路

    .这一句话,应该成为每一个数学老师的口头禅

    .开学第一周,老师这样教,学生更能学好数学

    结合起来阅读,如果这几篇文章,还无法让你去具体实践“如何做,孩子(学生)更愿意思考,更愿意学习数学,不害怕数学。”那么 ---


    不妨报名参加我的活动小学数学思维课程&家长成长社群(招募)(第2期)


覃山school
覃山教育理念(实践夏山教育理念):尊重孩子,关注孩子身心健康,支持孩子人际及思考能力发展。 覃山提供的服务有:个性化学习及成长支持,冬夏令营、亲子活动、教育咨询。 招收全国3-12岁学员,及想提升亲子教育能力的父母。
 最新文章