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對稱問題的奇葩解法

2020-05-20 09:20 作者:fangquping  | 我要投稿

這是個時光飛逝的一年,很多往事猶如發(fā)生在昨日,初中時代,早已不復存在,但當年做過的那些典型題居然記憶猶新,美妙的日子,對稱的年份那就談?wù)剬ΨQ的問題吧!

? ? 初高中遇到過很多類似的問題,像已知x等于多少多少,求什么xy+yz+xz或者求x+1/x或者是幾次冪的情況這類對稱式問題

例如山東省中考題:

(1)已知x+y=1,x2+y2=2,求x^7+y^7

或者是那些競賽題:

(2)已知x+1/x=3,求x^6+1/x^6

(3)已知x+1/x=3,求x^10+x^5+1/x^5+1/x^10

(4)已知x=√(5+√5), y=√(5-√5), 求x^6+y^6

還有更奇葩的,沒有讓你求等式值

如全國初中競賽題:

(5)已知x2+x+1=0,求x^14+1/x^14

? ? 很多出題人就是和倒數(shù)過不去,今天舉幾個例子來告訴大家解這類題的套路吧,望同學們以后活學活用,舉一反三。對稱的式子可以按照正常套路來解,x與倒數(shù)的和,平方之后變成x2與x2倒數(shù)的和再加上一個確定的數(shù),利用它來解,但這個性質(zhì)只能產(chǎn)生平方,想得到奇次方怎么辦呢?

? ? 可以用平方式乘以和式,當然要結(jié)合立方和公式才有效,如

(x2-1+1/x2)(x+1/x)=x3+1/x3,x2+1/x2可算出,x+1/x已給出,這樣x3+1/x3就能求出,那4次方呢?沒啥公式了,就是把平方式再平方罷了,如果想求更多次數(shù),要充分利用平方式,立方式或者4次方式。

? ??題(2)中,6次可以用x3+1/x3的平方,結(jié)果是322。題(3)可以先求出x^5+1/x^5,先不管5次怎么求的,相信這類題總能求出x^k與其倒數(shù)和,再平方就可算出x^10+1/x^10,知道結(jié)果再回頭研究怎么算x^5+1/x^5,其實可以用(x2+1/x2)乘以(x3+1/x3),展開后存在最原始的x+1/x,其他都這策略,將兩個對稱的式子相乘,總存在曾經(jīng)算過的低次式,一頓化簡就能算出所求式子。

? ? 偷偷地告訴你,任意奇數(shù)次和的公式都類似立方和,有興趣的朋友自己可以試試,我就不提公式了,太長太鬧心,這里只看策略……

? ? 題(3)所求等于123+15127=15250,過程自己完成吧!

??? 下面重點來了,題(4)不一樣,要自己拓展啊,可以看出平方關(guān)系很簡單x2+y2=10,x2y2=20,只是將乘積變成20了,我們知道倒數(shù)的乘積是1,變換下形態(tài)就行了!答案是400。題(5)原理是一樣的,只是變了個方程式,因為當x=0時等式不成立,其實這題x等于幾都不對,總之更不是0了,兩邊同時被x除,可以求出來x+1/x=-1,14=8+6,可以用8次式乘以6次式來算,或者用7次和公式(類似立方和),然后平方,看看怎么簡單吧,記得要分步啊,低次式用途廣,事先算出才簡單,會發(fā)現(xiàn)它有周期的,居然答案是-1,愁人不?

??? ?最后,題(1)就留給你自己解決吧,答案是8.875,算對了么?

???? 這類題就按對稱算未免太平常了,UP主搞數(shù)學本著大開腦洞的原則,推薦大家一個機械的做法,不過不同問題化簡成套路模式還需要靈活掌握的。

? ? 小時候很多思考題要找規(guī)律的,像1, 3, 5, 7,…,我說第k個數(shù)為ak,那么可得

ak=ak-1+2,很簡單吧,再舉個例子,1, 3, 9, 27,…,可以說ak=3ak-1,再難些,1, 5, 7, 17, 31, 65,…,規(guī)范地說應(yīng)該是ak=ak-1+2ak-2,與前面兩項有關(guān)系,做數(shù)學題多的同學會發(fā)現(xiàn),這里ak=(-1)^k+2^k,而-1和2正好是方程x2=x+2的兩個根,與遞推公式一致,可以告訴你,所有的冪次和都能按照某個方程形式的遞推公式來計算,但得保證初始值滿足一定條件才行,不同初始值會產(chǎn)生一些系數(shù),就得我們自己規(guī)定了,簡單來說就是把ak寫成x1^k+x2^k的形式,最后求ak就OK了,但前提是沒有重根才行,一般題都是沒重根的,如果有重根是啥樣呢?那就變成ak=f(k)x0^k某某形式了,這里高于二次的特征方程也成立哦,重根數(shù)如果是m,那么f(k)的次數(shù)是m-1,高于二次的題比較少,這里只拿二次做例子了,若有重根,例如,2, 0, -8, -32, -96, -256, …,遞推公式是ak=4ak-1-4ak-2,對應(yīng)的特征方程是x2=4x-4,有二重根x=2,而ak=(2-k)2^k。

? ? 明白沒?下面按照這個套路來算那幾題

?題(5)?將x與1/x看作是兩個根,化簡可知 x+1/x=-1, x與倒數(shù)的積一定是1,那么數(shù)列的特征方程就是x2+x+1=0, x2=-x-1,有 ak=-ak-1-ak-2,想讓ak=x^k+1/x^k, 首先讓a0=2,a1=x+1/x=-1,然后開始遞推算了

x+1/x=-1; x2+1/x2=1-2=-1; x3+1/x3=1-(-1)=2;?

x^4+1/x^4=-2-(-1)=-1; x^5+1/x^5=1-2=-1; x^6-1/x^6=1-(-1)=2;

不算了,發(fā)現(xiàn)規(guī)律,-1,-1,2循環(huán),那么x^14+1/x^14=-1

但奇葩題就是不嚴密,哪有偶次和是-1的?

?題(4)?需要轉(zhuǎn)換一下,復合根式比較復雜,平方關(guān)系還不錯,把兩根當作是x2與y2,易知x2+y2=10, x2y2=20,有特征方程為t2-10t+20=0,那么ak=10ak-1-20ak-2,自定義初始值,a0=2,a1=10,求出a3即可

x2+y2=10; x^4+y^4=100-40=60; x^6+y^6=600-200=400

?題(3)?很正常了,x與1/x和是3,積是1,兩根依然是x與1/x,特征方程為x2-3x+1=0, x2=3x-1, ak=3ak-1-ak-2, a0=2, a1=3,先算到a5

x+1/x=3; x2+1/x2=9-2=7; x3+1/x3=21-3=18; x^4-1/x^4=54-7=47; x^5+1/x^5=141-18=123;?

可以繼續(xù)再算到a10,不過根據(jù)5次和可以推出來10次的,類似題(4),將x^5和1/x^5看作是兩個根,方程為t2-123t+1=0,求出第二項即可

x^10+1/x^10=123*123-2=15127,最后結(jié)果為123+15127=15250

?題(2)?最標準,因為方程和題(3)一樣就不贅述了,再往后算一項即可

x^6+1/x^6=369-47=322,當然也可以仿造題(3)算到平方那,然后將兩根看作x2和1/x2,很多大開腦洞的套路大家自己挖掘吧

題(1)不用說了,自己完成吧!

? ? 會了沒?弄明白就會發(fā)現(xiàn)這類問題還是很可愛的,大聲說520,愿美好與你相伴!


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