九年级上册 · 第二十五章 一元二次方程
未知数带上了平方,方程该怎么看?从纸板折盒与循环赛场次出发,认识一元二次方程的三个条件、一般形式 \(ax^2+bx+c=0\),以及根的检验与整体代入。
要用到:一元一次方程的概念与等式性质(回看 5.1)、整式乘法与乘方(回看 16.2)、因式分解(回看 17.1)。
一块长 \(20\) 厘米、宽 \(14\) 厘米的纸板,四角各剪去边长 \(x\) 厘米的小正方形,再折成无盖盒子。
底面积为 \(160\) 平方厘米时,可列式 \((20-2x)(14-2x)=160\)。展开后,\(x\) 的最高次数是几?先选一选。
B。两个括号中的 \(-2x\) 相乘,得到 \(4x^2\),所以最高是 \(2\) 次。
底面的长是 \((20-2x)\) 厘米,宽是 \((14-2x)\) 厘米,因此底面积为 \((20-2x)(14-2x)\)。
B。展开左边:\(280 - 40x - 28x + 4x^2 = 160\),整理得 \(4x^2 - 68x + 120 = 0\),两边同除以 4 得 \(x^2 - 17x + 30 = 0\)。未知数的最高次数是 2。
这和七年级学过的一元一次方程不同:方程是整式方程,只含一个未知数,未知数的最高次数是 2。这类方程叫作一元二次方程。
前置知识:方程的概念与解(回看 5.1)。判断一个方程是不是一元二次方程,要看是否同时满足三个条件:
直觉微图解 ①判断方程类型:逐条检查三个条件
对比一一元一次方程 vs 一元二次方程
一元一次方程形如 \(ax+b=0\)(\(a \ne 0\)),未知数最高次数是 1,在实数范围内有且仅有 1 个解;一元二次方程最高次数是 2,最多可以有 2 个实数根。
对比二判断前必须先“移项化简”
看似有二次项的式子不一定是二次方程!例如 \((x+1)^2 = x^2 + 3x\),展开后两边都有 \(x^2\),抵消后变成 \(2x+1=3x\),本质是一元一次方程。必须整理为右边为 0 后再下结论。
本页花圃和赛程是现代自编模型;本节先认识、列出方程,开平方和配方法到25.2再研究。
任何一个一元二次方程经过移项、合并同类项,都可以化成如下标准形式:
\(ax^2\) 是二次项,\(bx\) 是一次项,\(c\) 是常数项。
其中 \(a\) 叫作二次项系数,\(b\) 叫作一次项系数,\(c\) 叫作常数项。各项系数必须带着前面的正负号!
直觉微图解 ②为什么规定二次项系数 \(a \ne 0\)?
题目:将方程 \(3x(x - 2) = 2(x + 1) - 5\) 化成一元二次方程的一般形式,并指出二次项系数、一次项系数和常数项。
① 读懂题意:两边都有带括号的整式,目标是去括号、移项合并,整理成 \(ax^2+bx+c=0\) 的形式。
② 想办法:左边用单项式乘多项式展开,右边去括号;把所有项都移到等号左边,右边留 0;按降幂排列提取系数。
③ 执行与检查:
去括号,得:\(3x^2 - 6x = 2x + 2 - 5\),即 \(3x^2 - 6x = 2x - 3\).
移项,得:\(3x^2 - 6x - 2x + 3 = 0\).
合并同类项,得一般形式:\(3x^2 - 8x + 3 = 0\).
对照 \(ax^2+bx+c=0\):二次项系数为 \(3\),一次项系数为 \(-8\)(注意负号!),常数项为 \(3\).
④ 回头看:检查移项变号:右边的 \(2x\) 移到左边变 \(-2x\),\(-3\) 移到左边变 \(+3\),没有遗漏。
自己试试 1:将一元二次方程 \(5x^2 - 1 = 4x\) 化为一般形式后,二次项系数、一次项系数、常数项分别是( )
C。移项得 \(5x^2 - 4x - 1 = 0\)。注意一次项 \(4x\) 从右边移到左边要变号为 \(-4x\),所以一次项系数是 \(-4\);常数项原本就在左边,保持 \(-1\)。选 A 是移项忘记变号。
题目:已知关于 \(x\) 的方程 \((k + 1)x^{|k-1|} + 3x - 1 = 0\) 是一元二次方程,求 \(k\) 的值。
① 读懂题意:方程已整理为一般形式,未知数是 \(x\),含有待定常数 \(k\);题干明确指出它是“一元二次方程”。
② 想办法:根据一元二次方程的定义,需要同时满足两个条件:最高次数必须等于 2,即 \(|k-1| = 2\);二次项系数不能为 0,即 \(k + 1 \ne 0\)。解出两个条件并求交集。
③ 执行与检查:
由未知数的最高次数为 2,得:\(|k-1| = 2 \implies k = 3\) 或 \(k = -1\).
由二次项系数不能为 0,得:\(k + 1 \ne 0 \implies k \ne -1\).
综合两条件,排除 \(k = -1\),得 \(k = 3\).
④ 回头看:若误取 \(k = -1\),二次项系数 \(k + 1 = 0\),方程变成 \(3x - 1 = 0\),退化为一元一次方程,不合题意;故必须舍去 \(k = -1\)。
使一元二次方程左右两边相等的未知数的值,叫作一元二次方程的解,一元方程的解也常称为根。判断一个数值是不是方程的根,唯一的法则就是代入计算两边是否相等。
直觉微图解 ③天平平衡验根器:对于方程 \(x^2 - 3x + 2 = 0\)
题目:已知 \(m\) 是关于 \(x\) 的一元二次方程 \(x^2 + 2x - 4 = 0\) 的一个实数根,求代数式 \(3m^2 + 6m - 5\) 的值。
① 读懂题意:已知 \(m\) 是方程的根,但我们还没学求根公式,不能直接解出 \(m\)。要求的是一个含 \(m\) 的多项式的值。
② 想办法:根据根的定义,\(m\) 代入原方程必然成立,得到恒等式 \(m^2 + 2m - 4 = 0 \implies m^2 + 2m = 4\)。观察目标式 \(3m^2 + 6m - 5\),前面两项提公因数 3,恰好包含整体 \((m^2+2m)\)!
③ 执行与检查:
因为 \(m\) 是方程 \(x^2 + 2x - 4 = 0\) 的根,所以:
\(m^2 + 2m - 4 = 0 \implies m^2 + 2m = 4\).
将 \(m^2 + 2m = 4\) 整体代入所求式:
\(3m^2 + 6m - 5 = 3(m^2 + 2m) - 5 = 3\times 4 - 5 = 12 - 5 = 7\).
④ 回头看:已知一个数是方程的根,可以把它代入方程得到等式,再整体代换、化简求值,不必先解出这个根。
自己试试 2:若 \(x = 2\) 是一元二次方程 \(x^2 + ax - 8 = 0\) 的一个根,则常数 \(a\) 的值为( )
B。直接代入 \(x = 2\):\(2^2 + 2a - 8 = 0 \implies 4 + 2a - 8 = 0 \implies 2a - 4 = 0 \implies a = 2\)。选 A 是移项变号弄错。
自己试试 3:已知 \(t\) 是一元二次方程 \(x^2 - 3x - 1 = 0\) 的根,则代数式 \(2t^2 - 6t + 2024\) 的值为( )
A。因为 \(t\) 是根,所以 \(t^2 - 3t - 1 = 0 \implies t^2 - 3t = 1\)。所求式子提取公因式:\(2(t^2 - 3t) + 2024 = 2\times 1 + 2024 = 2026\)。
翻车现场 ①含参方程忽略二次项系数非零
题目说“关于 \(x\) 的一元二次方程 \((k-1)x^2 + 3x - 2 = 0\)”,很多同学只顾着算判别式或求根,却忘记第一步必须注明 \(k - 1 \ne 0 \implies k \ne 1\)。若 \(k=1\),方程退化为一次方程!
翻车现场 ②没有移项化简就急着数项
面对 \(2x^2 + 3 = 2x(x - 1)\),一眼看到有 \(2x^2\) 就判为二次方程;展开后右边也是 \(2x^2\),抵消后其实是 \(3 = -2x \implies 2x + 3 = 0\),是典型的一元一次方程。
翻车现场 ③系数带上了未知数或丢掉负号
对于 \(4x^2 - 7x + 5 = 0\),问一次项系数是多少,常见错误写成 \(-7x\)(包含了未知数)或者写成 \(7\)(丢了负号)。系数是数,不含字母未知数,一次项系数是 \(-7\)。
这里不求根。你先决定用哪个量作未知数,写出自己的方程,再整理辨次数。草稿仅留在本页,可下载文字;不计入掌握统计,刷新会清空。
自行写一个含二次项、移项后会抵消的方程,先判断再核对。也可试试二次项系数很小但不为0的情形。
动手实验 ①长方形折盒底面积试验台:拖动裁切边长 \(x\)
长方形硬纸板长 \(20\text{ cm}\),宽 \(14\text{ cm}\)。四角裁去边长为 \(x\text{ cm}\) 的正方形(\(0 \lt x \lt 7\)),观察底面长宽与面积变化:
动手实验 ②(进阶)循环赛场次网络图:观察队伍数与比赛场次的关系
\(n\) 支队伍进行单循环比赛,每两队之间赛 1 场。拖动队伍数量 \(n\),观察网络中连线总数(比赛总场次)如何按 \(\frac{1}{2}n(n-1)\) 呈现二次增长:
1. 直接用:下列方程中,属于一元二次方程的是( )
D。A 选项没标明 \(a \ne 0\),若 \(a=0\) 就不是二次方程;B 选项分母含未知数是分式方程;C 选项含两个未知数是二元方程;D 选项是整式方程、含一个未知数且最高次数为 2,是一元二次方程。
2. 直接用:将一元二次方程 \(3x^2 = 2 - 5x\) 化为一般形式后,其二次项系数、一次项系数和常数项分别为( )
B。移项整理使右边为 0:\(3x^2 + 5x - 2 = 0\)。各项系数分别为 \(a=3, b=5, c=-2\)。
3. 易错题:若 \(x = -1\) 是关于 \(x\) 的一元二次方程 \(a x^2 + b x - 3 = 0\) 的一个根,则代数式 \(a - b + 2025\) 的值为( )
将 \(x = -1\) 代入方程,注意 \((-1)^2 = 1\) 以及 \(b(-1) = -b\)。
A。把 \(x = -1\) 代入原方程:\(a(-1)^2 + b(-1) - 3 = 0 \implies a - b - 3 = 0 \implies a - b = 3\)。所以 \(a - b + 2025 = 3 + 2025 = 2028\)。
4. 综合题:已知关于 \(x\) 的一元二次方程 \(x^2 + px + q = 0\) 有一个根是 \(1\),则代数式 \(p + q + 2\) 的值是( )
将 \(x = 1\) 代入方程,能得到 \(p+q\) 的整体数值。
B。代入 \(x = 1\) 得 \(1^2 + p(1) + q = 0 \implies 1 + p + q = 0 \implies p + q = -1\)。所以 \(p + q + 2 = -1 + 2 = 1\)。
巩固练习 1:若关于 \(x\) 的方程 \((m-2)x^{|m|}+3x-1=0\) 是一元二次方程,则 \(m\) 的值为( )
B。方程是一元二次方程,要求未知数最高次数为 2,即 \(|m|=2\),得 \(m=\pm 2\);同时二次项系数 \(m-2\ne 0\),即 \(m\ne 2\).所以 \(m=-2\),选 B.
巩固练习 2:已知 \(x=-2\) 是关于 \(x\) 的方程 \(x^2+kx-6=0\) 的一个根,则 \(k=\)______.
答案:\(-1\)
把 \(x=-2\) 代入方程,得 \((-2)^2+k\times(-2)-6=0\),即 \(4-2k-6=0\),\(-2k-2=0\),解得 \(k=-1\).
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