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第10章 丑陋卻萬能的二次方程求根公式(3)

x的奇幻之旅 作者:(美)史蒂夫·斯托加茨


在花剌子模的講義中,他討論了這樣一個(gè)二次方程式:

x2+10x=39

當(dāng)然,花剌子模并不是這樣表述二次方程式的,他使用的是文字而非符號(hào)的表述方法?;ㄘ葑幽5臅锸沁@樣寫的:什么數(shù)的平方加上這個(gè)數(shù)的10倍等于39?把這個(gè)問題“翻譯”為今天通行的數(shù)學(xué)語言,就是我們上面寫出的這個(gè)二次方程式。

與我們上面舉出的兩個(gè)一次方程式相比,求解這個(gè)方程式顯然要棘手得多。我們?cè)趺床拍馨堰@個(gè)方程中的x孤立出來,從而求得它的值呢?上面使用的移項(xiàng)技巧以及方程式兩邊同時(shí)乘以(或除以)一個(gè)常數(shù)的方法在這里顯然不夠用,因?yàn)轭櫟昧藊就顧不了x2,即使你把這兩者之中的x孤立出來,另一個(gè)必然還會(huì)在那里礙手礙腳。比如,我們可以把方程式的兩邊同時(shí)除以10,這樣10x就被簡化成了x,但是,我們也會(huì)隨之得到一個(gè)非常討厭的x2/10,方程式還是沒有解出來??偟膩碚f,這個(gè)問題的難點(diǎn)是,我們需要同時(shí)做兩件事情,而這兩件事情看起來又似乎互不相容。

那么,花剌子模是怎么解決這類問題的呢?他的解法值得我們好好分析一下:一是因?yàn)樗o出的解法非常簡潔明了,二是因?yàn)樗慕夥O為強(qiáng)大—這種解法可以一步到位,解出任何二次方程式的根。也就是說,你可以把上述方程式中的10和39換成其他任何數(shù)字,這個(gè)方法仍然有效!

這個(gè)方法就是:用幾何意義來詮釋二次方程式中的每一項(xiàng)。首先考慮x2的值,它的幾何意義是一個(gè)x乘以x的正方形的面積,如下圖所示:

 

類似的,第二項(xiàng)10x的幾何意義是一個(gè)10乘以x的長方形的面積?;ㄘ葑幽_M(jìn)一步巧妙地把這個(gè)10乘以x的長方形一分為二,表示為兩個(gè)5乘以x的長方形(這一步的妙處我們?cè)谙旅孀匀粫?huì)看到,這是“配方法”的基礎(chǔ))。


下面,我們把兩個(gè)長方形和先前的正方形拼到一起,形成一個(gè)有缺口的形狀,這個(gè)圖形的面積就是x2+10x 。


現(xiàn)在,花剌子模把求解方程式的問題幾何化了,問題就變成:如果上述形狀的面積為39個(gè)單位,那么x應(yīng)該是多少呢?


上面這幅圖已經(jīng)給出了十分清楚的提示,既然這個(gè)形狀缺了一角,為什么我們不把它補(bǔ)全呢?補(bǔ)出這個(gè)小正方形之后,我們就得到了一個(gè)完美的大正方形。這說明什么呢?仔細(xì)看看下圖。


補(bǔ)足的這個(gè)小正方形的面積是5×5=25,也就是說,左圖大正方形的面積是x2+10x+25,因?yàn)檫@個(gè)圖形現(xiàn)在是邊長為(x+5)的一個(gè)正方形。


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