从二元一次不定方程的解法谈“一题多解”

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  摘要:不定方程,即未知数的个数多于方程个数且其解受一定限制(如解为整数,正整数等)的方程或方程组。不定方程又称为丢番图方程,是数论的重要分支学科,是历史上最活跃的数学领域之一。二元一次不定方程是其中一类比较简单的方程,它在什么情况下有解,有多少组解,以及求解方法,笔者在这里进行了小结。其中求解的方法都是一些初等数学的方法,体现了用初等数学思想解决高等数学中的问题。
  关键词:二元一次不定方程;数学思想;一题多解
  一、用多种方法求解二元一次不定方程
  在看到一个二元一次不定方程ax+by=c(其中a,b,c是整数,且a,b都不是0)时,我们首先要判断其是否有解,利用判断(a,b)是否整除c来确定。若方程有解,此时,我们可以使用观察法,辗转相除法,逐步缩小系数求解等方法来解二元一次不定方程。各种方法步骤如下:
  1、1方法介绍
  其中观察法常适用于一些简单的题目,这类题目我们能够一眼看出方程特解,然后代入通解的公式进行计算即可。
  辗转相除法[1],又称带余数除法,对于方程ax+by=1,(a,b)=1(1)
  假定a>0,b>0,且a>b(注:若a  求解二元一次不定方程的方法很多,笔者在这里列出了以上三种,对于理论理解起来可能有些难度,下面我们通过一个具体的例子来尝试一下以上3种方法。
  1、2举例分析
  求二元一次不定方程15x+25y=100的一切整数解。
  解:原方程等价于3x+5y=20,所以两者的解完全相同。其中(3,5)=1,所以方程有解。求解方法如下:
  方法1:由观察法可得,3x+5y=20有一组特解为x0=10,y0=-2,因此全部解为:x=10-5t,y=-2+3t(t=0,±1,±2…),因此原方程的全部解为x=10-5t, y=-2+3t(t=0,±1,±2…).
  方法2:辗转相除法:对于二元一次不定方程:3x+5y=20,先求解5x+3y=1,令a=5,b=3,则(3,5)=1,5=3×1+2,即q1=1,r1=2,又由3=2×1+1,即q2=1,r2=1,所以方程5x+3y=1的一个特殊解为:x =(-1)2-1(1×1+0)=-1 y=(-1)2(1×1+1)=2,所以方程3x+5y=20的一个解是x=40,y=-20,所以一切解可以表示为:x=40-5t,y=-20+3t(t=0,±1,±2…),即原方程的全部解为:x=40-5t,y=-20+3t(t=0,±1,±2…)
  方法3:逐步缩小系數法:由3x+5y=20得y= -x+ ,令y’= ,y应该为整数。得到一个新的不定方程:5y’-2x=20,解该方程得,x= .
  此时,令x’= ,则有:2x’-y’=-20,即y’-2x’=20,显然上式的一切解为x’=t;y’=20+2t(t=0,±1,±2…),所以,原方程的一切整数解为:x=40+5t,y= =20-3t(t=0,±1,±2…)
  以上通过求解一道简单的二元一次不定方程,列举了使用不同方法求解的情形。根据学生的知识条件由浅入深、由此及彼、举一反三,逐步扩展其知识范围,引导学生学会运用灵活的思考方法,使课堂成为同学们合作、争辩、探究、交流的场所,提高学生的数学学习兴趣,不断提高解题能力。
  二、一题多解的意义
  大学生已经接触到高等数学的知识与方法,具备了使用不同的数学内容相互沟通,利用它们的内在联系来思考问题的基本条件。在教学过程中,适当地使用一题多解[2],能够启发和引导学生从不同角度、不同思路,启迪思维,开阔视野,全方位思考问题,分析问题,运用不同的方法解决实际问题,有助于加深学生对数学思想方法的理解,有利于培养学生的探索精神,可以训练学生积极思维,触类旁通,提高学生思维敏捷性、灵活性和深刻性。教师应帮助学生将每一个孤立的知识模块联系起来,培养学生良好的认知结构,从而培养学生的发散思维能力,这样一来,有利于创新意识的形成和发展,是培养学生良好思维品质与创新精神的好方法。这样不仅可以创设新颖的教学情境,激发学生的探究欲望,而且可以使课堂焕发生命活力,可以使新课堂理念得到有效的落实。
  参考文献:
  [1]《初等数论》,闵嗣鹤、严士健著(第三版).北京:高等教育出版社,2003.
  [2]张雅轩.谈大学数学教学中一题多解的意义.长春师范大学学报,2014.
  [3]潘承洞、潘承彪.《初等数论》.北京:北京大学出版社,1992年9月.
  [4]凌梅.几种常见的不定方程的求解.教育教学论坛.2011年3月,186-187.
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