设未知数

𝔁 代数初步与方程·
⭐⭐⭐

🎯 学习目标

  • 理解“设未知数”在解决实际问题中的作用
  • 学会根据题意合理设出未知数
  • 能将文字语言转化为代数式,并建立方程

📚 核心概念

在代数中,“设未知数”是解决问题的第一步。当我们面对一个包含未知量的实际问题时,可以用字母(如 xxyy)来代表这个未知量,从而把问题转化为数学表达式或方程。

例如,题目说“一个数的3倍加上5等于20”,我们可以设这个数为 xx,那么“3倍”就是 3x3x,“加上5”就是 3x+53x + 5,整个句子就变成方程:

3x+5=20 3x + 5 = 20

设未知数的关键在于:

  1. 明确问题所求——通常设题目问的是什么,就设什么为未知数;
  2. 简化表达——有时设中间量反而更容易列式,比如两个数的和与差问题,可以设其中一个为 xx,另一个用 xx 表示;
  3. 注意单位和范围——如人数、年龄等应为非负整数。

通过设未知数,我们能把复杂的生活语言“翻译”成简洁的数学语言,进而利用方程求解。

📝 关键公式

  • 设未知数的基本形式:设某未知量为 xx

    • 示例:设小明今年 xx 岁。
  • 根据关系列代数式:若甲比乙多5,则甲 = 乙 + 5。

    • 示例:设乙为 xx,则甲为 x+5x + 5
  • 建立方程:等量关系 → 方程。

    • 示例:两数之和为20,设一个数为 xx,另一个为 1212,则方程为 x+12=20x + 12 = 20

💡 经典例题

例题1(基础):一个数的4倍减去7等于13,求这个数。

解题步骤

  1. 设这个数为 xx
  2. “4倍”表示为 4x4x;“减去7”表示为 4x74x - 7
  3. 根据题意:“等于13”,列出方程:
4x7=13 4x - 7 = 13
  1. 解方程:
4x=13+7=20 4x = 13 + 7 = 20 x=5 x = 5
  1. 答:这个数是5。

例题2(进阶):小明和小红共有36本书,小明的书比小红多8本。问两人各有多少本?

解题步骤

  1. 设小红有 xx 本书。
  2. 因为小明比小红多8本,所以小明有 x+8x + 8 本。
  3. 两人共有36本,列出方程:
x+(x+8)=36 x + (x + 8) = 36
  1. 化简并解方程:
2x+8=36 2x + 8 = 36 2x=28 2x = 28 x=14 x = 14
  1. 所以小红有14本,小明有 14+8=2214 + 8 = 22 本。
  2. 答:小红有14本,小明有22本。

⚠️ 易错点

  • 错误1:设错未知数

    • 问题:题目问两个量,却只设了一个,且没表达另一个。
    • 避免方法:若有两个相关未知量,设一个为 xx,另一个用含 xx 的式子表示。
  • 错误2:忽略等量关系

    • 问题:随便列式,没有依据“等于”“共”“相差”等关键词找等量。
    • 避免方法:圈出题目中的等量关键词,据此列方程。
  • 错误3:单位或实际意义不符

    • 问题:解出 x=3x = -3 却用于表示人数。
    • 避免方法:检查答案是否符合实际情境(如年龄、数量不能为负)。
  • 错误4:混淆“多”和“少”

    • 问题:甲比乙多5,误写成 x5x - 5
    • 避免方法:牢记“谁比谁多”——多的 = 少的 + 差值。

💡 例题

1

小明和小红一共有36本书,小明的书本数是小红的2倍。小明有多少本书?

  1. 设小红有x本书,则小明有2x本书。
  2. 根据题意,两人书本总数为36本,所以:x + 2x = 36
  3. 合并同类项得:3x = 36
  4. 解得:x = 12
  5. 所以小明有2x = 2×12 = 24本书。
2

一个 1p\frac{1}{p}-数组是一个有规律的无限数字阵列。例如,13\frac{1}{3}-数组如下构造:

113 19 12716118 15413611081216\begin{aligned} 1 \qquad \frac{1}{3}\,\ \qquad \frac{1}{9}\,\ \qquad \frac{1}{27} \qquad &\cdots\\ \frac{1}{6} \qquad \frac{1}{18}\,\ \qquad \frac{1}{54} \qquad &\cdots\\ \frac{1}{36} \qquad \frac{1}{108} \qquad &\cdots\\ \frac{1}{216} \qquad &\cdots\\ &\ddots \end{aligned}

一般地,每一行的第一个数是上一行第一个数的 12p\frac{1}{2p} 倍。接着,

注意:第 rr 行第 cc 列的数为 (1(2p)r)(1pc)\left(\frac{1}{(2p)^r}\right)\left(\frac{1}{p^c}\right)。我们要求所有 r,cr,c 对应的数之和,因此总和为(利用无穷等比数列求和公式):

r=1c=1(1(2p)r)(1pc)=(r=11(2p)r)(c=11pc)=(1112p)(111p)=2p2(2p1)(p1)\begin{aligned}\sum_{r=1}^{\infty}\sum_{c=1}^{\infty} \left(\frac{1}{(2p)^r}\right)\left(\frac{1}{p^c}\right) &= \left(\sum_{r=1}^{\infty} \frac{1}{(2p)^r}\right)\left(\sum_{c=1}^{\infty} \frac{1}{p^c}\right)\\ &= \left(\frac{1}{1-\frac{1}{2p}}\right)\left(\frac{1}{1-\frac{1}{p}}\right)\\ &= \frac{2p^2}{(2p-1)(p-1)}\end{aligned}

将分母中 p=2008p=2008 代入(实际上结果与 pp 的具体值无关),得 m+n20082+(20081)(220081)(1)(1)1(mod2008)m+n \equiv 2008^2 + (2008-1)(2\cdot 2008 - 1) \equiv (-1)(-1) \equiv 1 \pmod{2008}(也可用乘法展开验证)。答案是 1\boxed{1}

✏️ 练习

1

有多少个正整数 nn 满足 (n+8)(n3)(n12)<0(n + 8)(n - 3)(n-12)<0

2

已知方程 2x2+y2+8x10y+c=02x^2 + y^2 + 8x - 10y + c = 0 的图像只有一个点(这时我们称它为退化的椭圆)。求 cc 的值。

3

求满足以下等式的正数x的值:

log5(x2)+log5(x32)+log15(x2)=4.\log_5 (x - 2) + \log_{\sqrt{5}} (x^3 - 2) + \log_{\frac{1}{5}} (x - 2) = 4.
4

计算

2+64100+2+26499+2+36498++2+98643+2+99642+2+10064.\frac{2 + 6}{4^{100}} + \frac{2 + 2 \cdot 6}{4^{99}} + \frac{2 + 3 \cdot 6}{4^{98}} + \dots + \frac{2 + 98 \cdot 6}{4^3} + \frac{2 + 99 \cdot 6}{4^2} + \frac{2 + 100 \cdot 6}{4}.
5

存在最小的正实数 aa,使得存在正实数 bb,使得多项式 x3ax2+bxax^3-ax^2+bx-a 的所有根都是实数。事实上,当 aa 取这个最小值时,对应的 bb 是唯一的。求 bb 的值。