例谈解二元一次方程组中的数学思想方法

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  解二元一次方程组的基本思想是消元,求解的主要方法是代入消元法和加减消元法.但是对于一些比较特殊的方程组,仅有这些方法是不够的,下面结合一些典型的例题进行分析,向同学们介绍几种解二元一次方程组常用的思想方法.
  一、 转化思想
  例1 解方程组5x+y=6, ①3x-2y=1.②
  【解析】观察方程组中x、y的系数的特点,可以将方程①变形为y=6-5x③,然后将③代入②,消去y,得到关于x的一元一次方程,先求出x,进而再求出y的值.
  或者将方程①×2+②消去y,然后得到关于x的一元一次方程求解.
  例2 解方程组7x-11y=7, ①17x-13y=-7.②
  【解析】观察方程组中x、y的系数,既不简单,也不存在倍数关系,用代入消元法和加减消元法数据都相对复杂,再次观察系数,发现①+②可得24x-24y=0,化简得x=y③,再利用代入消元法求解就非常简单了.
  说明:转化思想就是将复杂的、陌生的问题转化为简单的、熟悉的问题进行求解,这是学习新知识、研究新问题的常用的基本方法.解二元一次方程组实际上就是通过“消元”(代入消元、加减消元)的手段化“二元”为“一元”.
  二、 整体思想
  例3 解方程组3x-2(x+2y)=3, ①11x+4(x+2y)=45.②
  【解析】方程①和②中都含有(x+2y),可以将(x+2y)看作一个整体,①×2+②,从而消去(x+2y),达到消去y的目的.
  例4 解方程组3x+2y-2=0, ①■-2x=-3.②
  【解析】方程①和②中都含有(3x+2y),可以将(3x+2y)看作一个整体,把方程①变形为3x+2y=2③,然后将方程③代入方程②,从而消去(3x+2y),达到消去y的目的.
  说明:解数学题时,我们往往习惯于从问题的局部出发,将问题分解成若干个小问题,然后逐一解决.然而这种思考方法常常导致解题过程繁杂,运算量大.这时可将注意力和着眼点放在其问题的整体上,突出对问题整体结构的分析,发现问题的整体结构特征,找出整体与局部的有机联系,从整体上把握并解决问题,这就是整体思想.
  三、 数形结合思想
  例5 如图,8块相同的小长方形地砖拼成一个长方形,求其中每一个小长方形的面积.
  【解析】图形中隐含着长和宽的两个关系:一是每块小长方形地砖的长是宽的3倍,二是长与宽的和为60厘米,由此可以设未知数并列方程求出地砖的长和宽,进而求出每一个小长方形的面积.
  例6 小明在拼图时,发现8个一样大小的长方形恰好可以拼成一个大的矩形,如图(1)所示.
  小红看见了,说:“我来试一试.”结果小红七拼八凑,拼成如图(2)那样的正方形.咳!怎么中间还留下了一个洞,恰好是边长为2 mm的小正方形!你能求出小长方形的长和宽吗?
  【解析】本题中有两个未知量:长方形的长与宽,而小明和小红的两个拼图恰好给出了两个等量关系:图1中得到:长×3=宽×5,图2中得到:宽×2-长=2,由此可以设未知数并列方程求出长方形的长和宽,
  说明:数形结合的思想,其实质是将抽象的数学语言与直观的图像结合起来,关键是代数问题与图形之间的相互转化,它可以使代数问题几何化. 几何问题代数化.上面所举的两例都是巧妙地运用拼图,建立起小长方形的长与宽的关系,将数与形有机结合起来,突破了用语言描述数量关系的常规,突出了数形结合思想的应用.
  四、 类比思想
  例7 已知方程组2x-3y=1,3x+5y=12.9的解是x=2.3,y=1.2.请你用较简便的方法解方程组2(a-1)-3(b+2)=1,3(a-1)+5(b+2)=12.9.
  【解析】如果将方程组2(a-1)-3(b+2)=1,3(a-1)+5(b+2)=12.9中的(a-1)、(b+2)看做是一个整体,那么a-1=x,b+2=y,因为方程组2x-3y=1,3x+5y=12.9的解是x=2.3,y=1.2.所以a-1=2.3,b+2=1.2.这样就可以求出方程组的解了.
  说明:在平时的数学学习中,经常发现在数学中有一些相类似的概念,可以利用类比法进行学习,类比思想其实就是知识的迁移,就是一类问题的解决方法对另一类问题的影响,在学习的过程中,我们应当注意迁移意识的培养.
  例8 有同学在解方程组22x+27y=4,7x+9y=3时,采用了如下的解法:原方程组化为x+3(7x+9y)=4,①7x+9y=3. ②将②代入①得x+3×3=4,所以x=-5,把x=-5代入②求得y=■,所以原方程组的解为x=-5,y=■.请你用这种方法解方程组3x+5y=2, ①11x+20y=6.②
  【解析】方程②可以变形为4(3x+5y)-x=6③,然后把方程①代入方程③,这样就可以达到消去y的目的.
  说明:数学上的类比思想是指依据两类数学对象的相似性,将已知的一类数学对象的性质迁移到另一类数学对象上去的思想.类比思想不仅使数学知识容易理解,而且使知识的记忆变得自然和顺畅,从而可以激发起学习的创造力.
  五、 换元思想
  例9 解方程组4(x+y)-5(x-y)=2,■+■=6.
  【解析】设x+y=m,x-y=n,则原方程组可变形为关于m、n的方程组4m-5n=2,■+■=6.方程组形式较为简单,可以先求出m、n,再求出x、y.
  说明:换元法通过用一个字母表示一个整体的方法进行变量的替换,将问题进行转化,从而起到化繁为简、化难为易的目的.
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