中考數學高分衝刺二充分發揮方程的工具性作用

2023-02-02 13:48:03 字數 4652 閱讀 9166

方程是重要的數學工具,它可以幹什麼用呢?結論是:

凡是有關「求值」的問題,不管是怎樣的背景下和情境中,絕大多數情況都可以借助構造方程來解決。

一、方程用於實際問題中的求值

這方面的題目,同學們做的已經很多,這裡只舉一例。

例1 秋末,由於冷空氣入侵,某地區地面氣溫急劇下降到0℃以下的天氣稱為「霜凍」。由霜凍所導致的植物生長受到影響或破壞的現象稱為霜凍災害。

秋末某天,氣象台發布了該地區如下的降溫預報:午夜0時至次日5時氣溫將勻速地由3℃降到—3℃,然後從次日5時至次日8時,氣溫將又勻速地由—3℃公升到5℃,一種農作物在0℃以下持續超過3小時就會造成霜凍災害,根據氣象台的預報資訊,你認為是否有必要對該農作物採取防凍措施?並說明理由。

【觀察與思考】

第一, 這實際是要求出兩個數值:一是0時至次日5時氣溫下降過程中在哪個時刻達到0℃;二是在次日5時至次日8時氣溫上公升過程中,在哪個時刻達到0℃,顯然是求值總問題。應分別構造方程來解決。

第二, 可以用「勻速」所包含的「相等關係」來匯出方程,即

(事實上,只要把本問題的「溫度差」看作「路程」,它就相當於行程問題了。)

簡解:設在0時至次日5時之間的時,氣溫降到0℃,則依題意有:

(時)設在次日5時至次日8時之間的時氣溫公升到0℃,依題意有:

,解得(時)

。氣溫在0℃以下的時間為3.625小時(大於3小時)因此,會對該農作物造成霜凍災害,所以應對它採取防凍措施。

二、方程用於數學問題中的價值

數學問題中有形形色色或顯或隱的求值問題,大都可借助方程來解決。

1、借助方程,解決某些「數與式」的問題

例1 如果乙個正整數能表示為兩個連續偶數的平方差,那麼,稱這個正整數為「神秘數」。如:,因此4,12,20這三個數都是神秘數,

(1)28和2008這兩個數是神秘數嗎?為什麼?

(2)兩個連續奇數的平方差(取正數)是神秘數嗎?為什麼?

【觀察與思考】根據題中規定知道,若(※),(其中是整數,為正整數),則就是「神秘數」。正整數是不是「神秘數」,就看使(※)式成立的整數是不是存在,存在時就是「神秘數」;不存在,就不是「神秘數」。這就是說,研究是不是「神秘數」的問題,就變成了研究(※)這個關於的方程有無整數解的問題。

解:(1)方程有非負整數解3。即

28是神秘數。

方程,沒有整數解,2008不是神秘數。

(2),

令解得不是整數。

兩個連續奇數的平方差(取正數)不是神秘數。

例2 按下面的程式計算,若開始輸入的值為正數,最後輸出的結果為656,則滿足條件的的不同值最多有( )

a、2個 b、3個 c、 4個d、5個

【觀察與思考】本題相當於按如下規律構造的方程:,

有正整數解的共有多少個。可驗證只有上述4個方程有正數解。

解:選c。

對於許多有關特定要求的數,式問題,常需要借助方程來解決。

2、借助方程,解決某些幾何圖形的求值問題

例3 圖1是由9個等邊三角形拼成的六邊形,若已知中間的小等邊三角形的邊長為,則六邊形的周長是

【觀察與思考】拼成六邊形的9個等邊三角形按大小共分為5類,從大到小邊長逐減小,因此,可通過構造最大的等邊三角形的邊長的方程來求得它的值。

從圖2中可以看到最大三角形的邊長是第四大三角形邊長的2倍,易如:設最大的等邊三角形的邊長為,則有。

圖中六邊形的六條邊依次為:

解: 例4 如圖,這是由五個邊長為1的正方形組成的圖形,過頂點a的一條直線和cd,ed分別相交於點m,n。假若直線mn繞過a旋轉的過程中存在某一位置,使得mn將圖形分成的兩部分面積恰好相等,求這時線段en的長。

【觀察與思考】可借助來構造關於en的方程求其長。

解:。∽

得關於en的方程

解得(不合題意,捨去)。

許多圖形的求值問題,可借助方程來解決,事實上,包括解直角三角形和用相似三角形的性質求邊長,也是特定形式的方程,是方程思想的一種具體化表現。

3、借助方程,解決函式相關的問題

例5 如圖,在平面直角座標系中,直線與軸的正半軸、軸的正半軸分別交於點e和f。從點a(1,0)和

b(3,0)作軸的垂線,分別與直線交於點c和點d。已知,

求直線的解析式。

【觀察與思考】若設直線的解析式為。現在要求出

的值,為此去構造關於的方程組。而所給條件

「」就是這兩個方程組所依據

的等量關係。

解:設直線的解析式為,易知:

依題意有方程組:

解得直線的解析式為:

例6 早晨,小麗與媽媽同時從家出發,步行與騎自行車到方向相反的兩地上學與上班,圖中所示是她們離家的路程(公尺)與時間(分)的函式圖象。媽媽騎自行車走了10分鐘接到小麗的**,即以原速度騎車前往小麗的學校,並與小麗同時到達學校。已知小麗步行速度為每分50公尺,求小麗家與學校的距離及小麗早晨上學需要的時間。

【觀察與思考】點b的橫座標就是小麗早晨小學需要的時間

其縱座標就是小麗家與學校的距離。本題的實質是求點b的座標,

也就是由ob,ab確定的函式關係式做成的方程組的解。而ob,oa

對應的函式易知。

解:ob對應的函式關係式為:。

因為媽媽10分鐘騎自行車走了2500公尺,其速度為250公尺/分鐘,

所以,ab對應的函式關係式為:

將(10,2500)代入,求得

解方程組得

小麗家與學校的距離為1250公尺,小麗早晨上學需要25分鐘。

【說明】本題是將方程的思想和函式圖象的意義緊密結合,才有如此簡明的解決方法。

許多和函式相關的問題,只要涉及到求值,常需要考慮借助方程。

4、和運動有關的圖形問題,凡屬運動過程中的特定形狀,特定數量以及特定位置關係的,大都需要借助構造方程來解決

例7 如圖,在梯形abcd中,ad//bc,,開始沿ad邊向d點運動,速度為1厘公尺/秒,同時點n從點c開始沿cb向點b運動,速度為2厘公尺/秒,設運動的時間為秒。

(1) 當為何值時,四邊形mncd 是平行四邊形?

(2) 當為何值時,四邊形mncd是等腰梯形?

【觀察與思考】對於(1),當四邊形mncd是平行四邊形時,

md=nc,就以這一相等關係構造關於的方程。

對於(2),畫出四邊形mncd是等腰梯形的草圖,如圖(2),

作垂足為g,作垂足為h,此時應有ng=ch,

也即cn=md+2ch。可以用這一相等關係的構造關於的方程來求解。

解:(1)md=15—,cn=2,令md=nc,得的方程

解得=5

即=5(秒)時四邊形mncd是平行四邊形。

(2)令得關於的方程

解得即(秒)時,四邊形mncd是等腰梯形。

例8 如圖,在□abcd中,ab=4,ad=3,點p和點 q同時從點a出發,以每秒1個單位的速度運動,點p沿ad→dc→cb向點b運動,點q沿射線ab的方向運動。當點p運動到點b處時,兩點的運動同時結束。設運動時間為秒。

(1)當點p在邊ad上運動時, 求使成為以d q為底邊的等腰三角形的時刻;

(2)當點p在邊dc上運動時,是否存在時刻,使線段pq和對角線bd互相平行?若存在,請求出的值;若不存在,請說明理由;

(3)當點p在邊cb上運動時,可能成為直角三角形嗎?寫出你的判斷,並說明理由;

【觀察與思考】以上三個問題,實際都歸於建立關於的方程來解決。

解:(1)點p在邊ad上運動時,。總有為等邊三角形,即。

令pd=pq,即。

(秒)時,是以dq為底邊的等腰三角形。 (1)

(2) 當點p在邊dc上運動時,。

若有pq//bd,則四邊形dbqp為平行四邊形,即pd=bq,如圖(1),也即,該方程無解。

不存在這們的時刻,使pq//bd。

(3)點p在邊cb上運動時,

若為直角三角形,只有如圖(2),此時。

令當,為直角三角形。

(2) 運動中變化著的圖形或圖形關係凡屬「特殊圖形」、「特定關係」、「特殊存在」類的問題,大都可通過構造相應的方程來解決。

5、借助方程解決某些探索性問題

例9 如圖,每個正方形點陣均被一直線分成兩個三角形點陣,根據圖中提供的資訊,用含的等式表示第個正方形點陣中的規律是

……【觀察與思考】不難發現這樣的規律:第個點陣點的總數為,被分成的兩部分有關係:下邊部分比上邊部分多個點.如此一來,可用構造方程來確定要求的規律:

設第個正方形點陣分成的兩部分是個點,個點,則

解得解:應填: 。

例10 欣賞下列的等式:

寫出乙個由7個連續整數組成,前4個數的平方和等於後3個數的平方和的等式為

【觀察與思考】關鍵是如何既簡練又確切地表示「7個連續整數」,考慮到要計算「平方和」,那麼最好的方法是,設為整數,則7個連續整數表示為:如此一來,可借助方程求出滿足要求的和7個整數來。設有

則即解得

解: 。

【說明】某些探索性問題,用方程來解決更準確、更迅速。關鍵是要善於發現問題有無構造方程的條件,以及如何恰當地應用方程。

其實,方程的作用遠不止這些。

由上可知,必須確立如下的深刻認識:

1、對於求未知數量值的問題,不管是具有實際背景的,還是純數學的;不管是代數方面的,還是幾何圖形方面的;不管是顯性的,還是較為隱含的,第一條思考解決的途徑都應當是考慮「構造方程」和解方程。

2、列出方程的關鍵是在深入分析題目情景後捕捉到「事關全域性的相等關係」,以它為基礎再具體化為方程。

如上的深刻認識和有效的落實,才是「方程思想」的深刻表現,才能真正發揮方程的工具性作用。

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