8年级下册泸科版数学 17.2一元二次方程的解法(第2课时) 逐字稿-5,096字

  师:同学们好,请大家做好课前准备。今天由我带大家一起学习一元二次方程的解法第二课时。首先进入温故知新环节,上一节课我们学习了直接开平方法。直接开平方法是依据平方根的定义,将一元二次方程通过直接开平方法降次,转化成一元一次方程进行求解。请大家试着用直接开平方法解以下方程,回顾相关知识。

  第一个方程,$x^2 - 1 = 0$。先移项,得到$x^2 = 1$,再直接开方,$x = ±1$,解得$x_1 = 1$,$x_2 = -1$。

  第二个方程,$2x^2 = 1$。首先系数化为一,两边同时除以$2$,得到$x^2 = \frac{1}{2}$,再直接开方,$x = ±\sqrt{\frac{1}{2}}$,化成最简二次根式,$x_1 = \frac{\sqrt{2}}{2}$,$x_2 = -\frac{\sqrt{2}}{2}$。

  第三个方程,$2(x + 1)^2 - 1 = 3$,怎么求解呢?首先,$2(x + 1)^2 = 4$,系数化为一,$(x + 1)^2 = 2$,直接开方,$x + 1 = ±\sqrt{2}$,于是$x_1 = \sqrt{2} - 1$,$x_2 = -\sqrt{2} - 1$。

  刚才这些方程都能转化成左边是平方的形式,右边是非负数,所以可以用直接开平方法求解。再看这个方程,在原来$x^2 - 1 = 0$的基础上添加了$2x$项,这个方程还能用直接开平方方法求解吗?显然不可以。

  那该怎么办呢?如果要用直接开平方法,左边必须改写成含$x$的平方形式,右边是一个非负数,也就是要给它配成完全平方的形式。怎么配呢?先做一组预备练习,在括号内填上合适的数,使等式成立。

  (同学们完成练习后)我们发现,第一个括号内填$4$,第二个也是$4$;第二个式子分别填的都是$\frac{5}{2}$;第三个填了$\frac{5}{4}$;第四题添上$\frac{p}{2}$。观察这些式子,左边都是二次三项式,右边是完全平方的形式,这让我们联想到之前学过的完全平方公式:$a^2 ± 2ab + b^2 = (a ± b)^2$。大家看,刚才填的这些数有什么联系和规律呢?为了让左边式子和右边式子相等,添加的常数项应该是一次项系数一半的平方。比如第一题,$4$是一次项系数$8$一半的平方;第二题,$(\frac{5}{2})^2$是一次项系数$5$一半的平方;第三题,一次项系数是$-\frac{5}{2}$,它的一半是$-\frac{5}{4}$,$(-\frac{5}{4})^2 = (\frac{5}{4})^2$,所以也是一次项系数一半的平方;最后一题,一次项系数是$p$,添上$(\frac{p}{2})^2$。由此可知,对于二次项系数是$1$的二次三项式,只要添上常数项是一次项系数一半的平方,就可以配成完全平方的形式。即对于$x^2 + px$,添上$(\frac{p}{2})^2$,就可以配成$(x + \frac{p}{2})^2$。

  掌握了这个方法,再回头看原方程$x^2 + 2x - 1 = 0$,怎么配方呢?第一步先移项,$x^2 + 2x = 1$。接着对左边配方,给它加上$1$,两边都要加$1$,于是左边化成$(x + 1)^2 = 2$。这个形式大家很熟悉了,利用上节课的直接开平方法,$x + 1 = ±\sqrt{2}$,从而求出原方程的解,$x_1 = \sqrt{2} - 1$,$x_2 = -\sqrt{2} - 1$。这里问大家,为什么要在方程两边同时加$1$,加其他数行不行?不行,因为我们是在两边同时加上一次项系数$2$一半的平方,也就是$1$的平方,所以不能换其他数。强调一下,在方程两边要加上一次项系数一半的平方,并且一定要注意,这是在二次项系数为$1$的前提下。

  总结一下,像这样先对一元二次方程配方,使它出现完全平方式,再直接开平方求解的方法就叫做配方法,这是我们今天要学习的第二个解一元二次方程的方法。简单说,配方法就是把一元二次方程转化成$( )^2 = p$的形式,也就是转化成能用直接开平方法求解的形式。接下来利用刚才的知识求解新方程。

  把原来方程的系数改成$2$,解方程$2x^2 + 2x - 1 = 0$。第一步移项,将常数项$-1$移到方程右侧,原方程变为$2x^2 + 2x = 1$。第二步系数化一,方程两边同时除以二次项系数$2$,得到$x^2 + x = \frac{1}{2}$。第三步配方,根据前面所学,方程两边同时加上一次项系数一半的平方,这里一次项系数是$1$,两边应同时加上$(\frac{1}{2})^2$,左边配成$(x + \frac{1}{2})^2$,右边是$\frac{1}{2} + (\frac{1}{2})^2 = \frac{1}{2} + \frac{1}{4} = \frac{3}{4}$。第四步开方,$x + \frac{1}{2} = ±\sqrt{\frac{3}{4}} = ±\frac{\sqrt{3}}{2}$。最后求解,$x = ±\frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{1}{2}$,通分写成$x_1 = \frac{\sqrt{3} - 1}{2}$,$x_2 = -\frac{\sqrt{3} + 1}{2}$。注意这道题二次项系数不是$1$,比较它和之前做法,当二次项系数不是$1$时,要先系数化一再进行配方。

  再看方程$2x^2 + 1 = 3x$,怎么求解呢?首先移项,把一次项$3x$移到左边,常数项$1$移到右侧,得到$2x^2 - 3x = -1$。接着系数化一,得到$x^2 - \frac{3}{2}x = -\frac{1}{2}$。现在它变成二次项系数为$1$的一元二次方程,可以配方了。两边同时加一次项系数一半的平方,这里一次项系数是$-\frac{3}{2}$,它的一半是$-\frac{3}{4}$,$(-\frac{3}{4})^2 = (\frac{3}{4})^2$,左边配方得到$(x - \frac{3}{4})^2$,右边通分计算,$-\frac{1}{2} + \frac{9}{16} = \frac{9}{16} - \frac{1}{2} = \frac{1}{16}$。开方,$x - \frac{3}{4} = ±\frac{1}{4}$。解这个一元一次方程,$x_1 = \frac{1}{4} + \frac{3}{4} = 1$,$x_2 = -\frac{1}{4} + \frac{3}{4} = \frac{2}{4} = \frac{1}{2}$。

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