师:同学们,大家好。上节课我们学习了因式分解法解一元二次方程,本节课我们将进一步研究和学习该方法。首先,回顾一下上节课内容,因式分解法解一元二次方程的基本思路是什么?
生:通过因式分解使一元二次方程转化为两个一次式乘积等于0的形式,利用降次转化的数学思想来解一元二次方程。
师:非常好,这个思想也是我们今后解决高次方程的思路。那么,遵循这样的基本思路,请同学们用因式分解法解下列一元二次方程。利用因式分解法解一元二次方程需要注意,要将等号右边变为0,并使等号左边变形成几个整式乘积的形式。观察发现这三个方程等号右边都为0,我们可以对等号左边进行因式分解。先看第一个方程(x^2 - 3x = 0),等号左边每一项都含有因式(x),可以通过提公因式法进行因式分解,得到(x(x - 3) = 0),那么(x = 0)或(x - 3 = 0),继而解得(x_1 = 0),(x_2 = 3)。类似(Ax^2 + Bx = 0)(其中(A \neq 0))这样的一元二次方程,都可以通过提公因式法对等号左边进行因式分解。
我们再来看看第二个方程(4x^2 - 1 = 0),该方程等号左边是两项,思考用什么因式分解方法呢?可以发现这两项刚好能写成平方的形式,即((2x)^2)和(1^2),等号左边符合平方差公式的形式,运用公式法分解因式得到((2x + 1)(2x - 1) = 0),从而解得(x_1 = -\frac{1}{2}),(x_2 = \frac{1}{2})。
那么,什么样形式的一元二次方程等号左边可以用平方差公式来因式分解呢?通过观察不难总结出,类似(Ax^2 + C = 0)(其中(A \neq 0),(AC)异号)的一元二次方程都可以通过平方差公式进行求解。同学们思考一下,这里的(AC)为什么要异号呢?
生:因为(x^2)是非负数,所以当(AC)同号时,等号左边的结果要么为正,要么为负,而等号右边是0,等号不成立,因此(AC)必须异号。
师:很好。我们再来看看第三题,先观察方程特点,左边是二次三项式的形式。遇到二次三项式,先观察它的结构是否满足完全平方公式。很显然,等号左边具备完全平方公式的结构,可以写成(x^2 - 2\times x\times2 + 2^2 = 0),运用公式法因式分解得到((x - 2)^2 = 0),进一步求解可得(x_1 = x_2 = 2)。
通过刚刚的回顾,我们进一步巩固了因式分解的两个基本方法——提公因式法、公式法在解一元二次方程中的应用。那么对多项式进行因式分解是否只有这两个方法呢?当方程的结构不太明显时,我们又该运用何种数学思想,做何种选择呢?请同学们看例1的4个方程,思考一下该如何求解它们的根。
先来看第一题(x^2 - x - 2 = 0),观察方程特点,等号右边为0,等号左边是二次三项式。首先思考是否可以运用完全平方公式对它因式分解,显然等号左边不满足这个结构。那么还可以通过什么方法对二次三项式进行因式分解呢?
生:十字相乘法。
师:对,我们来回顾一下十字相乘法因式分解的步骤和原理。通过对二次项和常数项的分解,使得十字左边相乘的积为二次项,右边相乘的积为常数项,交叉相乘再相加等于一次项,从而得到正确的因式分解结果,其原理是二项式乘法的逆运算。观察发现(x^2)可以分解为(x \times x),(-2)可以分解为(-2×1),交叉相乘的积再求和刚好等于一次项(-x)。因此原方程可因式分解为((x - 2)(x + 1) = 0),则(x - 2 = 0)或(x + 1 = 0),解得(x_1 = 2),(x_2 = -1)。
十字相乘法是快捷、准确、高效的解题方式,也体现了数学的简洁和形式美。在对二次三项式进行因式分解时,同学们不仅要思考完全平方公式,还要熟练掌握十字相乘法。我们再来看一下第二题((3x - 1)^2 = (x + 1)^2),等号右边不为0,因此需要先将等号右边的((x + 1)^2)进行移项,得到((3x - 1)^2 - (x + 1)^2 = 0)。到这一步,有的同学可能就要展开化简了,仔细想想,我们是否要将等号左边进行化简得到一个多项式呢?用心观察,等号左边刚好是两个平方式的差的形式,如果把(3x - 1)和(x + 1)分别看成整体,它们刚好适用平方差公式。运用公式法,可将原方程因式分解为(4x(2x - 2) = 0)的形式,继而解得(x_1 = 0),(x_2 = 1)。
整体思想是因式分解法解一元二次方程的常用思想。同学们在利用因式分解法解一元二次方程时,不能一刀切地将所有一元二次方程先化成一般形式再进行观察分解,而应该先观察式子的结构特征。无论是平方差公式还是完全平方公式中所给的字母(a)和(b),都可以指代任何形式,只要整体上符合公式的结构,都可以运用公式法因式分解。
第三题(3x(2x + 1) = 4x + 2),同样观察方程特点,可以发现等号右边的(4x + 2)可以变形为(2(2x + 1)),与左边的(3x(2x + 1))有共同的因式(2x + 1)。为了使式子结构更加明显,防止符号出错,先在等号右边将(4x + 2)变形成(2(2x + 1)),然后再整体移项得到(3x(2x + 1) - 2(2x + 1) = 0),提取公因式得到((3x - 2)(2x + 1) = 0),则(3x - 2 = 0)或(2x + 1 = 0),解得(x_1 = \frac{2}{3}),(x_2 = -\frac{1}{2})。
