戲說代數9:把「根」留住

2021-01-09 戲說數學

手懶的,要受貧窮;手勤的,卻要富足。 —— 箴言10:4

郝潘苾越琢磨就越佩服數學家的命名力,給孩子起名可不容易,那些「家」們在給數學概念命名的時候可曾嘔心瀝血?

把一個數開平方的結果稱為「平方根」,開立方的結果稱為「立方根」,開 n 次方的結果稱為「n 次方根」,數學家是怎麼想的呢?

窮究史籍,郝潘苾終於明白:其實都是方程惹的禍!

方程是含有未知量的等式。早在三千多年前,人類就已經開始跟方程打交道了。由此可見,方程對人類的生活生產是多麼重要啊!

跟相當多的數學名詞不同,「方程」這個名詞是土生土長的!但當時用來指的卻是現在被稱作「方程組」的東東。「方」指並列的含有未知量的等式,「程」可以理解成計算過程。

數學家為了區分已知量與未知量,很乾脆地用正序的 a、b、c、……來表示已知量,用倒序的 x、y、z 來表示未知量。無論已知量、未知量都用字母代表了,就把「未知」和「已知」看作一樣了。

解方程最終要得到的是用已知量表示的未知量。在這個過程中,就是要在不改變相等關係的前提下,逐步從未知量身邊剝離已知量,直到等號左邊只剩下未知量,等號右邊只剩下已知量。

值得注意的是:因為未知量常用 x 表示,為了不發生混淆,關於未知量的乘法往往就省略掉「×」,或者用「·」代替,且未知量要寫在末尾。比如 3 乘 5 乘 x,寫作 3×5×x 就很怪吧!要寫成:3·5x。

解 5x-3=12 的目標就是要得到 x=…… 這樣的結果。第一步,先消掉 -3,可以用兩邊加 3 做到,把等式看作天平,往平衡的兩個託盤上放上或拿走同樣重量的東西,還是平衡的,5x-3+3=12+3,5x=15,不看過程,單看這個式子,像不像是把 3 移到了等號右邊?

第二步,再消掉5,因為是乘,所以用除來消,兩邊同時除 5,5x÷5=15÷5,x=3。

3 這個解就是 5x-3=12 這個一元一次方程的「根」,因為對這個方程來說,再沒有比 x=3 更根本的表達了。

一元指只有一個未知量,一次指這個未知量的最高次方是1。

方程 3x^2+5x+2=0(x^2 是 x 的 2 次方的意思,也就是 x 的平方) 只有一個未知量,但未知量 x 的最高次方是 2,這個方程是一元二次方程。

「元」是我國古代數學家對未知量的稱呼。

3x^2+5x+2=3x^2+2x+3x+2=(3x+2)x+(3x+2)=(3x+2)(x+1)=0。兩數相乘等於 0 意味著兩數中必有一數是 0,用代數法表達就是:若 ab=0,則 a=0 或 b=0。

∵ (3x+2)(x+1)=0,∴ 3x+2=0 或 x+1=0,∴ x=-2/3 或 -1。

這就是「根」的來歷,求到 x=…… 了,還能找到比它更根本的表達嗎?

一元二次方程的代數形式可以寫作:ax^2+bx+c=0,要求 a≠0,因為 a=0,就是一次方程了。當 a=1、b=0 時,方程簡化成了 x^2+c=0,c 是負數才能求出實數根來。

這也就是開平方的結果被稱為「平方根」的緣由啦!同樣也就知道「立方根」、「n 次方根」是怎麼來的了!

郝子曰:方程之妙,存乎一心!千百年前的先輩們就認識到了它,可見它與人類的生產、生活實踐聯繫得有多緊密!理解萬歲!

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