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一道安徽數學競賽題:解方程,看似很難,學霸卻說很簡單

大家好!本文和大家分享一道安徽省的數學競賽題。這是一道解方程的題目,但是方程中同時出現了二次根式和三次根式,讓題目看起來很難,也確實有一些同學在簡單嘗試後就選擇了放棄。不過,學霸看到題目後卻說很簡單。接下來一起來看一下這道題。

單看這個方程,形式確實比較複雜,但是形式複雜的方程,我們有一個較為通用的方法:換元法。本題同樣可以用換元法求解。下面介紹兩種常用的換元方法。

解法一:單換元法

所謂的單換元法就是換元過後只剩下一個未知數,即原方程用換元后的那個未知數表示出來。比如本題中,可以令√(3x-4)=t(t≥0),則3x-4=t^2,所以5-3x=1-(3x-4)=1-t^2。然後代入原方程就可以將原方程形式簡化,得到1-t^2=(1-t)^3。

到這一步後,有同學將右邊的三次方展開再移項、合併同類項,這樣計算是沒有問題的,但是計算量較大。其實到這一步後,先觀察形式再往下計算就可以減少計算量。比如先將左邊的式子用平方差公式因式分解,就可以得到1-t這一項,然後先提公因式再展開,這樣就可以有效避免完全立方的展開帶來的計算。最終可以得到t(t-1)(t-3)=0,即t=0或t=1或t=3,接下來再根據t的值分類討論即可得到x的值。

解法二:雙換元法

顧名思義,雙換元法就是換元后的方程中含有兩個未知數。雙換元法看似增加了未知數的個數,增大了計算的難度,但是經過換元后,原方程就可以轉化為形式更加簡單的一個二元方程組,實際上減小了計算的難度,提高了做題的效率和正確率。

回到題目。令√(3x-4)=m(m≥0),3√(5-3x)=n(n≥0),則原方程就可以變成下面的方程組:m+n=1且m^2+n^3=1。

將m=1-n(為了避免出現完全立方的展開,所以不用n=1-m進行消元)代入後面的式子消元,即(1-n)^2+n^3=1,化簡整理得到:n(n-1)(n+2)=0,解得n=0或n=1或n=-2。接下來根據n的值分類討論即可求出原方程的解。

當然,本題具體的換元方法有多種,本文僅僅介紹了兩種比較常見的換元方法,也還有其他換元的形式。比如還可以令√(3x-4)=a^3,3√(5-3x)=b^2,這樣就可以將原方程轉化為下面的二元方程組:a^3+b^2=1且a^6+b^6=1。不過,換元的形式雖然在變,換元的實質卻是一樣的。這道題就和大家分享到這裡!

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