从美国教授的二次方程新解法谈起

百科漫谈课程 2024-03-16 02:41:38
李永乐说了啥

李永乐老师讲过美国教授罗博深(美国奥数队总教练)的一个二次方程解法。用下面这个方程举例:

x²-8x+12=0

视频截图

解法一:韦达定理

关于韦达定理的介绍请看下面的链接,https://m.toutiao.com/is/iRsRe5r7/ - 韦达定理应用一例(知识概括和一题多解) - 今日头条

由韦达定理可得:

{x₁+x₂=8,

x₁x₂=12}

猜也能够猜到,x₁=2,x₂=6

罗博深说,数学不能靠猜,得把他算出来啊!

李永乐说用求根公式计算得

解法二:公式法

数据代入公式计算可得

x₁=2,x₂=6

罗博深说,你这个公式太复杂了,学生记不住,还是用我的方法吧。

解法三:罗方法

因为两根之和为8,即平均数是4,所以设x₁=4+u,x₂=4-u,u是多少呢?看看两根之积,又有

(4+u)(4-u)=12

即16-u²=12,所以u=±2。

把u=2代入得

x₁=4+u=6,x₂=4-u=2,

李永乐总结:这其实就是一个小技巧。

以上是李永乐老师的视频内容概括。

古人解方程

接下来介绍中国古代数学家的解法。

赵爽弦图

为了证明勾股定理,三国时代吴国数学家赵爽(公元3世纪,字君卿)作弦图巧证勾股定理。而且,古代数学典籍还有利用弦图解方程解方程的记载。请看下图:

这其实就是用弦图推导出了求根公式,把a=8,b=12代入公式可得x₁=2,x₂=6。

四因积步法

到了宋代又出现了解二次方程的巧妙方法——四因积步法,或者称为杨辉方法。

杨辉方法来源于赵爽弦图。公元1275年南宋数学家杨辉所著《田亩比类乘除捷法》书中,引用了公元1078年前后北宋数学家刘益所著《议古根源》一书中讨论的一个题目,大意是一块长方形的田面积为864平方步,已知宽比长少12步,问长和宽是多少步?

杨辉在书中解题时画了一个弦图。

显然,长方形的长加宽等于大正方形的边长。求出大正方形的面积再开平方就可以得到长方形的长宽之和了。

即(a+b)²=(a-b)²+4ab......(1)

=12²+4×864

=144+3456

=3600

显然,长方形的长宽之和为60,已知长宽之差为12,再用小学数学的和差问题公式计算就得到长=36,宽=24。

杨辉方法相当于解二次方程x(x-12)=864。题目的步是古代的长度单位,一步等于五尺。

杨辉方法的代数意义就是恒等式(1)。

杨辉方法求出了方程的一个正根,能否求出另外一个根呢?

我们来解方程x(x-12)=864

令a=x,b=x-12,则a+b=2x-12,a-b=12,ab=864,把数据代入恒等式(1),得

(2x-12)²=12²+4×864=3600=60²

两边开平方,得

2x-12=±60

这样就实现了一元二次方程的降次。

解方程得,x₁=36,x₂=-24。

所以,我们可以根据杨辉方法的代数意义,不画图也可以求出方程的两个根。

再用杨辉方法解李永乐的例题。

x²-8x+12=0

原方程化为

x(x-8)=-12

令a=x,b=x-8,则a+b=2x-8,a-b=8,ab=-12,把数据代入恒等式(1),得

(2x-8)²=8²+4×(-12)=16=4²

两边开平方,得

2x-8=±4

解之得

x₁=6,x₂=2

方程的复数解

李永乐在视频里指出,即使判别式小于零,韦达定理也是成立的。

我们可以举个例子来验证一下。

例题2

x²-4x+20=0

用求根公式计算可得

x₁=2+4i,x₂=2-4i

两根之和满足韦达定理,再看两根之积:

(2+4i)(2-4i)=4-(4i)²

=4-(-16)

=20

还是满足韦达定理。

当然,初中数学不研究复数,知道方程没有实数根就可以了。

科学尚未普及,媒体还需努力。感谢阅读,再见。

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