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“转化”,寻找解题突破口

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关于一元二次方程两个根的非对称式的求值问题,关键在于能否将新问题转化为熟悉的问题,把非对称式转化为对称式或已知式.在这种思想的指导下,我们就能发现几种新颖独特又行之有效的转化方法.下面以一道数学中考试题为例,对此加以分析.

问题(2013年,南充市数学中考试题)如果α,β是一元二次方程x2+3x-1=0的两个根,那么α2+2α-β的值是.

一、降次转化

分析:“降次”是一种常用的数学思想方法.该问题所求的式子是二次多项式,可以设法将其“降次”为“一次”或“零次”,就能找到解决问题的思路.由方程根的定义,可得

α2+3α-1=0.即得α2=1-3α.

α2+2α-β=1-3α+2α-β=1-(α+β)=1+3=4.

二、升次转化

分析:升次转化相对于“降次”是一种逆向思维的表现形式,它常常不被人们所重视,但在解决问题时常能够“另辟蹊径”.

由方程根的定义,可得α2+3α-1=0,

α=1-α23,同理β=1-β23.

所以α2+2α-β

=3α2+2(1-α2)-(1-β2)3

=α2+β2+13=(α+β)2-2αβ+13=4.

三、换元转化

分析:换元法是一种重要的数学思想方法,在解决很多数学问题时都能发挥巨大作用.同样,利用换元法也能将非对称式转化为对称式.以下给出两种换元方法:

(1)和差换元:设α=m+n,β=m-n.由α+β=-3,所以2m=-3,即m=-32,

又αβ=m2-n2=-1,故n2=134.

α2+2α-β=(m+n)2+2(m+n)-(m-n)

=m2+n2+2mn+m+3n

=m2+n2-3n+m+3n

=m2+n2+m

=94+134-32=4.

(2)对偶换元:设A=α2+2α-β,B=β2+2β-α.则有

A+B=(α+β)2-2αβ+α+β

=9+2-3=8,

A-B=α2-β2+3(α-β)

=(α-β)(α+β+3)=0.

两式相加,得2A=8,

所以α2+2α-β=4.

四、常值代换

分析:常值代换相对于一般换元法也是一种逆向思维方式.一般换元法思路较为明显,常值代换则需要对数和式进行深层次观察和分析,但常常能够更快地达到目的.

由α2+3α-1=0,可得1=α2+3α.

α2+2α-β=α2+2α-(α2+3α)β

=α2+2α+α+3

=1+3=4.

五、拆项转化

分析:拆项转化就是围绕“将未知式转化为定义式或对称式”这个目标,将未知式中的某些项拆分成两项或更多项,达到转化目的.拆项方法比较灵活,一般有多种拆法.下面给出两种拆法:

α2+2α-β

=α2+3α-α-β

=1-(α+β)

=4.

α2+2α-β

=α2+2α+2β-3β

=(1-3α)+2(α+β)-3β

=1-3(α+β)+2×(-3)

=4.

六、添项转化

分析:添项转化也是紧紧围绕“将未知式转化为定义式或对称式”这个目标,在未知式中增添某些项达到转化目的.添项方法也比较灵活,一般有多种添法.下面给出多种添法:

(1)α2+2α-β

=α2+β2+2α-β2-β

=(α+β)2-2αβ+2α-β2-β

=9+2+2(α+β)-(β2+3β)

=4.

(2)α2+2α-β

=α2+2α+(β2+2β)-β2-3β

=(α+β)2-2αβ+2(α+β)-(β2+3β)

=4.

(3)α2+2α-β

=α2+2α-β+(β2+2β-α)-(β2+2β-α)

=(α+β)2-2αβ-(β2+3β)+2(α+β)

=9+2-1-6

=4.

(4)α2+2α-β

=α2+2α-β-α+α

=(α2+3α)-(α+β)

=1+3=4.

(5)α2+2α-β

=α2+2α-β+(2β-α)-(2β-α)

=(α2+3α)+(α+β)-(2β+2α)

=(α2+3α)-(α+β)

=1+3=4.

七、减元转化

分析:代入法消元、加减法消元是我们解方程组时经常使用的一种数学方法.事实上,消元思想作为一种数学思想,不仅能够运用于解方程组,而且在数学其他方面也有着广泛的应用.例如,非对称式通过消元(减少参与运算的字母个数)转化为对称式或定义式.下面给出四种转化方法:

(1)由题意,得α+β=-3,

从而β=-3-α.

α2+2α-β

=α2+2α-(-3-α)

=α2+3α+3=4.

(2)由题意,得α+β=-3,

从而α=-3-β.

α2+2α-β

=(-3-β)2+2(-3-β)-β

=β2+3β+3=4.

(3)由题意,得αβ=-1,

从而β=-1α.

α2+2α-β

=α2+2α+1α

=α2+3α-(α-1α)

=1-(-3)=4.

说明:由方程根的定义,可得α2+3α-1=0,故α-1α=-3.

(4)由题意,得αβ=-1,

从而α=-1β.

α2+2α-β

=1β2-2β-β

=1β2-3β-(β-1β)

=1-3ββ2-(-3)

=β2β2+3=4.

总而言之,求两根非对称式值的思路是灵活多样的.这诸多的思路都突出了“利用条件把非对称式转化为对称式或者已知式”的共性.抓住了这个共性,我们在解决求两根非对称式值问题时,就会有新的发现.