抓住結(jié)構(gòu)特征，靈活求解方程（組）

林運(yùn)來 陳燕玲

【摘要】 方程（組）問題是中考和數(shù)學(xué)競賽中的熱點(diǎn)問題.解方程（組）時(shí)，既要學(xué)會按部就班地求解，又要善于抓住結(jié)構(gòu)特征，探尋求解路徑，靈活地解決問題.文章舉例說明數(shù)學(xué)競賽中解方程（組）常用的整體思維、正難則反、拆項(xiàng)變形、巧取倒數(shù)、巧妙換元、利用配方、“不等”導(dǎo)“等”、構(gòu)造函數(shù)等8種策略.

【關(guān)鍵詞】 方程;方程組;結(jié)構(gòu)特征;求解路徑

方程是重要的數(shù)學(xué)工具，用它能更好地變未知為已知.早在300多年前數(shù)學(xué)家笛卡爾就有一個(gè)偉大的設(shè)想：首先把宇宙萬物的所有問題都轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題;其次，把所有的數(shù)學(xué)問題轉(zhuǎn)化為代數(shù)問題;最后，把代數(shù)問題轉(zhuǎn)化為方程問題.雖然這一偉大設(shè)想沒有最終實(shí)現(xiàn)，但是充分說明了方程的重要性.方程（組）問題是數(shù)學(xué)競賽中的熱點(diǎn)問題.在解方程（組）時(shí)，既要學(xué)會按部就班（嚴(yán)格按照步驟）地求解，又要能根據(jù)方程（組）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，靈活使用解題策略進(jìn)行求解.下舉例說明.

1 整體思維

整體思維就是將問題看成一個(gè)完整的整體，把注意力和著眼點(diǎn)放在問題的整體上，全面地獲取和分析信息，進(jìn)而簡捷地解決問題.

例1 解方程：

x-34x-14x-52022=316x-52022+3.

解 x-34x+316x-52022

=316x-52022+3，

所以14x=3，

即x=12.

注 把x-52022視為一個(gè)整體，迅速地把握了方程各部分之間的聯(lián)系性和規(guī)律性.

例2 有甲、乙、丙三種貨物，若購甲3件，乙7件，丙1件，共需315元;若購甲4件，乙10件，丙1件，共需420元;現(xiàn)在購甲、乙、丙各一件，共需多少元？

解 設(shè)購甲一件需x元，乙一件需y元，丙一件需z元，依題意，得

3x+7y+z=315，4x+10y+z=420，

所以（x+y+z）+2x+6y=315，①

（x+y+z）+3x+9y=420.②

①×3-②×2，得

x+y+z=105.

所以購甲、乙、丙各一件，共需105元.

注 本例中未知數(shù)的個(gè)數(shù)多于方程的個(gè)數(shù)，一般不能求出所有的未知數(shù).問題需要求出x+y+z的值，于是視其為一個(gè)整體進(jìn)行求解，“抓住了問題的主要矛盾”.

2 正難則反

解某些方程（組）時(shí)，若從正面思考難以解決時(shí)不妨轉(zhuǎn)向反面思考，當(dāng)直接求解比較復(fù)雜時(shí)就可以考慮間接求解解法.

例3 解方程：

12121212x-2022-2022-2022-2022

=0.

解 121212x-2022-2022-2022

=2×2022，

所以1212x-2022-2022=6×2022，

即12x-2022=14×2022，

所以x=30×2022=60660.

注 一般地，在計(jì)算時(shí)，如果有括號，就先算小括號里的，再算中括號里的，最后算大括號里的.本例反其道而行，由外向內(nèi)去括號，顯得事半功倍，同時(shí)還要注意體會解題過程中保留乘法形式的意義.

3 拆項(xiàng)變形

所謂拆項(xiàng)變形，就是把一個(gè)式子或一些式子拆成若干部分，然后利用拆項(xiàng)后的新形式進(jìn)行解題.在中學(xué)數(shù)學(xué)中，拆項(xiàng)的方法也是多樣化的，如拆項(xiàng)成和、拆項(xiàng)成差、拆項(xiàng)成積、拆項(xiàng)成商等.

例4 解方程：2015-x2017+2016-x2018+2017-x2019=2018-x2020+2019-x2021+2020-x2022.

解 1-x+22017+1-x+22018+1-x+22019

=1-x+22020+1-x+22021+1-x+22022，

即x+22017+x+22018+x+22019=x+22020+x+22021+x+22022，

所以x+2=0，

所以x=-2.

注 本例根據(jù)方程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過對每個(gè)分式分離出常數(shù)1，使每個(gè)分式的分子相同，問題也就迎刃而解.

4 巧取倒數(shù)

有些方程（組），直接求解難以入手或十分繁瑣，若能根據(jù)方程（組）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用取倒數(shù)（即進(jìn)行倒置變換）的方法求解，可以實(shí)現(xiàn)問題的轉(zhuǎn)換，化難為易.

例5 解方程組pqp+q=65，qrq+r=34，rpr+p=23.

解 依題意，得1p+1q=56，1q+1r=43，1r+1p=32.

所以1p+1q+1r=116，

進(jìn)一步可以求得p=2，q=3，r=1.

例6 已知1x+1y+z=12，1y+1z+x=13，

1z+1x+y=14，求2x+3y+4z的值.

解 由1x+1y+z=12，得

x+y+z=12（xy+xz）=12x（y+z），

所以2x=y+zx+y+z，

同理得3y=z+xx+y+z，

4z=x+yx+y+z.

所以2x+3y+4z

=y+zx+y+z+z+xx+y+z+x+yx+y+z=2.

5 巧妙換元

求解某些方程（組）時(shí)，通過引入一個(gè)或幾個(gè)新“元”代替問題中原來的“元”，使以新元為基礎(chǔ)的方程（組）比較簡單，在求解新方程（組）后將結(jié)果倒回去恢復(fù)原來的元，從而使原方程（組）得解.

例7 解方程：

1x2+11x-8+1x2+2x-8+1x2-13x-8=0.

解 設(shè)y=x2+2x-8，原方程可化為

1y+9x+1y+1y-15x=0，

解得y=9x，或y=-5x.

再解方程x2+2x-8=9x和x2+2x-8=-5x，

得x1=8，x2=-1，x3=-8，x4=1.

經(jīng)檢驗(yàn)，它們都是原方程的解.

注 本例通過去分母解方程是很困難的，而利用換元法使方程變得簡單得多，這樣便于尋求解方程的簡便途徑.

6 利用配方

配方法就是根據(jù)方程（組）的特點(diǎn)，把其中某些多項(xiàng)式配成正整數(shù)次冪的形式，一般來說用得最多的是配成平方的形式.

例8 解方程組：x=2z21+z2，y=2x21+x2，z=2y21+y2.

解 當(dāng)x=0時(shí)，有y=z=0.

當(dāng)x≠0時(shí)，則y≠0，z≠0，

由已知，得2x=1z2+1，①

2y=1x2+1，②

2z=1y2+1.③

①+②+③得

1x2+1y2+1z2-2x-2y-2z+3=0，

配方得1x-12+1y-12+1z-12=0.

所以1x-1=1y-1=1z-1=0，

即x=y=z=1.

所以原方程組的解為

x=y=z=0，x=y=z=1.

注 本例借助配方并根據(jù)非負(fù)數(shù)的性質(zhì)進(jìn)行求解.

7 “不等”導(dǎo)“等”

利用不等式的性質(zhì)，對方程（組）進(jìn)行等價(jià)轉(zhuǎn)化，可達(dá)到化難為易的目的.

例9 解方程組：4x21+4x2=y，4y21+4y2=z，4z21+4z2=x.

解 由已知易得

x≥0，y≥0，z≥0.

顯然x=y=z=0是方程組的一組解.

當(dāng)x>0，y>0，z>0時(shí)，將上述方程組中三個(gè)式子相乘，得

64xyz（1+4x2）（1+4y2）（1+4z2）=1，

即（1+4x2）（1+4y2）（1+4z2）=64xyz.

因?yàn)閍2+b2≥2ab，

當(dāng)且僅當(dāng)a=b時(shí)等號成立，

所以（1+4x2）（1+4y2）（1+4z2）≥64xyz.

當(dāng)且僅當(dāng)2x=1，2y=1，2z=1，時(shí)等號成立，

所以x=y=z=12.

所以原方程組的解為

x=y=z=0，或x=y=z=12.

注 本例借助重要不等式a2+b2≥2ab（當(dāng)且僅當(dāng)a=b時(shí)等號成立），從已知信息中借助“不等”中等號成立的條件導(dǎo)出新的“等式”，進(jìn)而簡化了方程組，使問題順利獲解.

8 構(gòu)造函數(shù)

例10 [x]表示不超過x的最大整數(shù)，已知x不是整數(shù)，解方程x+2022x=[x]+2022[x].

解 由已知得x≠[x]，設(shè)y=t+2022t，則t=x與t=[x]對應(yīng)的函數(shù)值相等，即關(guān)于t的方程t2-yt+2022=0的兩根為x，[x].

則x·[x]=2022.

因?yàn)閤-1<[x]<x，

（1）當(dāng)x>0時(shí)，x（x-1）<2022，

且x2>2022，

所以2022<x<1+80892.

因?yàn)?4.9<2022<x<1+80892<45.5，

所以[x]=44或者[x]=45，

當(dāng)[x]=44時(shí)，因?yàn)閤·[x]=2022，

所以x=101122>45，不合題意;

當(dāng)[x]=45時(shí)，x=202245<45，矛盾.

（2）當(dāng)x<0時(shí)，x（x-1）>2022，

且x2<2022.

所以-2022<x<1-80892.

因?yàn)?2022<-44.9<x<1-80982<-44.4.

所以[x]=-45，x=-202245.

經(jīng)檢驗(yàn)，x=-202245符合要求.

注 本題利用了高斯函數(shù)的基本性質(zhì)，構(gòu)造函數(shù)，將方程問題轉(zhuǎn)化為不等式問題，通過確定的范圍，進(jìn)而確定[x]的值，最后通過檢驗(yàn)使問題得解.

總之，根據(jù)“結(jié)構(gòu)特征”求解方程（組），不僅意味著我們需要有完整性和融通性的知識結(jié)構(gòu)，而且解題的關(guān)鍵之處還在于兩點(diǎn)：一是需要敏銳的洞察力，善于抓住所求解方程（組）的結(jié)構(gòu)特征;二是善于轉(zhuǎn)化，通過分析、挖掘題目提供的各種信息，進(jìn)行全面研究，進(jìn)而創(chuàng)造性地解決問題.