整式恆等變形:巧題巧解

2020-12-03 數學素養與實用技巧

這裡的巧字,不只是巧妙的意思,也有巧合的一面。我們在學習之中當然應追求通法,而不應一味注重技巧或碰巧,但是當有了一定積累後,也可以試著放鬆一點,不那麼嚴謹,讓自己的感覺帶著自己走,所謂「不拘一格」,「從心所欲」,數感式感會帶你達到廣闊的彼岸。

例一:

不少同學上手就將右邊的二次三項式因式分解為(n+2)(n+13),但是卻並不能說明這兩個因式一定是平方數,這是因為雖然平方數的每一個質因數都是偶次方,但是這兩個因式並不代表其質因數而只能代表因數,比如81可拆成3×27,走到這裡就陷入了死胡同。

當然一種通用的做法是設A=m,然後很有心機並且需要反覆嘗試的配方,進而用平方差公式因式分解:

大家別看我這麼輕鬆,實際上(※)式的構造是非常「反人類」的!當然你可以說,要方便配方,就需要一次項係數是偶數呀,但是為啥要乘以4而非2呢?當然仍是有理可依的,但是我想說,這就太考驗大家的經驗和技巧了!這裡我推薦一種自然的想法:估算。

其實這種想法來源已久。在人類歷史的長河裡,一旦出現不能證實或證偽的猜想,多數時候只能通過嘗試性的估算來縮小範圍,同時通過歸納法發現新的方向,比如著名的哥德巴赫猜想或者孿生素數問題。如果我沒記錯的話,上世紀80年代IMO中的一些題目就可以通過這種原始的想法得到漂亮的解答!

例二:

這題就很有趣了,如果你把它看作一個一元三次同餘方程去解,那就是把自己往死裡逼;當然有同餘的概念是很好的,這樣我們就可以通過至多嘗試73次,從而找到n對73的餘數,也就是n的通解,從而解決此問題(顯然不太現實)。但是如果我們善於觀察,會發現當n=1時代數式就恰好是73的倍數(真是天見可憐!),那麼我們是否就可以猜測,n是所有被73除餘1的數呢?

相信大家不敢下這個定論。這些數確實應該沒錯,但是是否還有別的數符合呢?沒底兒,如果再試下去,工作量就有點大了,那麼因式分解呢?似乎又不好進行,而且注意一次項的係數64太大 太反常了!但這反而能成為我們的突破口,因為64離73並不遠啊!

總結:在年少無畏,精力旺盛的時候,多算算,多試試。碰壁後懂得了敬畏,自然就生出趨利避害的念頭,自然知道什麼可以算,什麼不能算,三思而行,就領悟了觀察和估計的重要。

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