一部代数史就是研究方程、讨论方程的历史。

一元二次方程有求根公式,一般的一元三次方程、一元四次方程等高次方程是否也有类似的求根公式?

1535年,意大利数学家塔塔利亚最早给出了三次方程的一般解法,不久费立里又解决了四次方程,解法发表在《大术》中。

方程的可解性,就是这些方程的解可通过方程的系数,经过加、减、乘、除、乘方及开方等运算得出,这种根的表示称为根式解或代数解。

随着三次、四次方程陆续解出,人们把目光落在五次方程的求根公式上,然而近300年的探索一无所获.阿贝尔证明了一般五次方程不存在求根公式,解决了这个世纪难题。

阿贝尔(1802-1829),挪威数学家阿贝尔被视为挪威民族英雄,挪威皇宫内有一尊他的雕像,这是一个大无畏的青年形象,他的脚下踩着两个怪物——分别代表五次方程和椭圆函数。

历史不会忘记这位杰出的数学家,为了纪念阿贝尔诞辰200周年,挪威政府于2002年创立了一项数学奖—阿贝尔奖。

一元二次方程的几何解法 探一元二次方程的几何求解模型(1)

多元表征,从不同角度认识问题,是灵活解决问题的基础。

一元二次方程的几何解法 探一元二次方程的几何求解模型(2)

其中(2)、(3)体现了"降次"代换的思想,(4)则是构造倒数关系,作等值代换。

有些复杂的方程却有简单的根的表达式;有些表面是方程的问题,却需要从式变形的角度去思考。

正如清末著名学者王国维在《人间词话》中说:"诗人对宇宙人生,须入乎其内,又须出乎其外,入乎其内,故能写之;出乎其外,故能观之.入乎其内,故有生气;出乎其外,故有高致。"

一元二次方程的几何解法 探一元二次方程的几何求解模型(3)

例2.在前面的学习中,我们通过对同一面积的不同表达和比较,根据图1和图2发现并验证了平方差公式和完全平方公式.

这种利用面积关系解决问题的方法,使抽象的数量关系因几何直观而形象化.

一元二次方程的几何解法 探一元二次方程的几何求解模型(4)

【研究速算】

提出问题:47×43,56×54,79×71,…是一些十位数字相同,且个位数字之和是10的两个两位数相乘的算式,是否可以找到一种速算方法?

几何建模:

用矩形的面积表示两个正数的乘积,以47×43为例:

(1)画长为47,宽为43的矩形,如图3,将这个47×43的矩形从右边切下长40,宽3的一条,拼接到原矩形上面.

(2)分析:原矩形面积可以有两种不同的表达方式:47×43的矩形面积或(40 7 3)×40的矩形与右上角3×7的矩形面积之和,即47×43=(40 10)×40 3×7=5×4×100 3×7=2021.

用文字表述47×43的速算方法是:十位数字4加1的和与4相乘,再乘以100,加上个位数字3与7的积,构成运算结果.

归纳提炼:

两个十位数字相同,并且个位数字之和是10的两位数相乘的速算方法是(用文字表述)  .

【研究方程】

提出问题:怎样图解一元二次方程x² 2x﹣35=0(x>0)?

几何建模:

(1)变形:x(x 2)=35.

(2)画四个长为x 2,宽为x的矩形,构造图4

一元二次方程的几何解法 探一元二次方程的几何求解模型(5)

归纳提炼:求关于x的一元二次方程x(x b)=c(x>0,b>0,c>0)的解.

要求参照上述研究方法,画出示意图,并写出几何建模步骤(用钢笔或圆珠笔画图,并注明相关线段的长)

【研究不等关系】

提出问题:怎样运用矩形面积表示(y 3)(y 2)与2y 5的大小关系(其中y>0)?

几何建模:

(1)画长y 3,宽y 2的矩形,按图5方式分割

(2)变形:2y 5=(y 3) (y 2)

(3)分析:图5中大矩形的面积可以表示为(y 3)(y 2);阴影部分面积可以表示为(y 3)×1,画点部分的面积可表示为y 2,由图形的部分与整体的关系可知(y 3)(y 2)>(y 3) (y 2),即(y 3)(y 2)>2y 5

归纳提炼:

当a>2,b>2时,表示ab与a b的大小关系.

根据题意,设a=2 m,b=2 n(m>0,n>0),要求参照上述研究方法,画出示意图,并写出几何建模步骤(用钢笔或圆珠笔画图并注明相关线段的长)

一元二次方程的几何解法 探一元二次方程的几何求解模型(6)

【分析】【研究速算】十位数字加1的和与十位数字相乘,再乘以100,加上两个个位数字的积,构成运算结果;

【研究方程】画四个长为x b,宽为x的矩形,构造答图1,则图中的大正方形面积有两种不同的表达方式,由此建立方程求解即可;

【研究不等关系】画长为2 m,宽为2 n的矩形,并按答图2方式分割.图中大矩形面积可表示为(2 m)(2 n),阴影部分面积可表示为2 m与2 n的和.由图形的部分与整体的关系可知,(2 m)(2 n)>(2 m) (2 n),即ab>a b.

【解答】:【研究速算】

归纳提炼:

十位数字加1的和与十位数字相乘,再乘以100,加上两个个位数字的积,构成运算结果.

【研究方程】

归纳提炼:

一元二次方程的几何解法 探一元二次方程的几何求解模型(7)

【研究不等关系】

归纳提炼:

(1)画长为2 m,宽为2 n的矩形,并按答图2方式分割.

一元二次方程的几何解法 探一元二次方程的几何求解模型(8)

(2)变形:a b=(2 m) (2 n)

(3)分析:图中大矩形面积可表示为(2 m)(2 n),阴影部分面积可表示为(2 m)×1与(2 n)×1的和.由图形的部分与整体的关系可知,(2 m)(2 n)>(2 m) (2 n),即ab>a b.

【点评】本题考查了数形结合的数学思想,利用数形结合思想建立了代数(速算、方程与不等式等)与几何图形之间的内在联系,体现了数学的魅力,是一道好题.试题立意新颖,构思巧妙,对于学生的学习大有裨益;不足之处在于题干篇幅过长,学生读题并理解题意需要花费不少的时间,影响答题的信心.

变式1.如图,在△ABC中,∠ACB=90°,BC=a,AC=b.以点B为圆心,BC的长为半径画弧,交线段AB于点D,以点A为圆心,AD长为半径画弧,交

一元二次方程的几何解法 探一元二次方程的几何求解模型(9)

变式2.《代数学》中记载,形如x2 10x=39的方程,求正数解的几何方法是:"如图1,先构造一个面积为x²的正方形,再以正方形的边长为一边向外构造四个面积为5/2x的矩形,得到大正方形的面积为39 25=64,则该方程的正数解为8﹣5=3."小聪按此方法解关于x的方程x² 6x m=0时,构造出如图2所示的图形,已知阴影部分的面积为36,则该方程的正数解为(  )

一元二次方程的几何解法 探一元二次方程的几何求解模型(10)

A.6 B.3√5﹣3 C.3√5﹣2 D.3√5﹣3/2

【解析】根据已知的数学模型,同理可得空白小正方形的边长为3/2,先计算出大正方形的面积=阴影部分的面积 4个小正方形的面积,可得大正方形的边长,从而得结论.

一元二次方程的几何解法 探一元二次方程的几何求解模型(11)

配方法、因式分解法、公式法是解一元二次方程的常用方法,有些一元二次方程可以通过图解法来解,形象而直观。

几何直观主要是指利用图形描述来分析问题,是在直观感知的基础上所形成的理性思考的结果,是学习者对数学对象的几何属性的整体把握和有效判断的能力。

一元二次方程的几何解法 探一元二次方程的几何求解模型(12)

回归出发点

在解决数学问题时,我们经常要回到基本定义与基本方法思考.试利用方程的解的定义及解方程组的基本方法解决以下问题:

一元二次方程的几何解法 探一元二次方程的几何求解模型(13)

解题方法是数学的灵魂,一个有价值的问题的解决常经历以下心路历程:冥思苦想、茅塞顿开、悠然心会、心境澄明.

正如王国维在《人间词话》中所说:"古今之成大事业、大学问者,必经过三种之境界:

'昨夜西风凋碧树,独上高楼,望尽天涯路。'此第一境也;

'衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴.'此第二境也;

'众里寻他千百度,蓦然回首,那人却在灯火阑珊处。'此第三境也."

问题的解决不也如同上述情境吗?假若你在学习数学的过程中也常历经这样的心境,那么你一定能理解好数学,掌握好数学。

一元二次方程的几何解法 探一元二次方程的几何求解模型(14)

“题”炼方程之美

一元二次方程的几何解法 探一元二次方程的几何求解模型(15)

故 最大值为6,故答案为:6.

2.已知矩形ABCD的长和宽分别是n和1,其中n是正整数,若存在另一个矩形A′B′C′D′,它的周长和面积分别是矩形ABCD周长和面积的一半,则满足条件的n的最小值是______.

【解析】:设矩形A′B′C′D′的长和宽分别为x、y,

一元二次方程的几何解法 探一元二次方程的几何求解模型(16)

|x₁| |x₂|=3 4=7=2×3.5.

∵3.5不是整数,∴x² x﹣12=0不是"偶系二次方程;

(2)存在.理由如下:

∵x²﹣6x﹣27=0和x² 6x﹣27=0是偶系二次方程,∴假设c=mb² n,

当b=﹣6,c=﹣27时,﹣27=36m n.

一元二次方程的几何解法 探一元二次方程的几何求解模型(17)

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