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关于一道结构简单的高次方程题目的四种解法

【简析】这道题属于初升高衔接水平的解方程的题目,虽然最高次数比三次还多一次,但方程左右两边结构简单、形式优美,比较容易猜根和恒等变形,解题难度着实不大。

【法一】整体换元法;

由方程可知x≠0,设x^2+1/x^2=t(t>0)

注意:此时学生还没学基本不等式和对勾函数,所以不一定知道t≥2。

x^4+1/x^4=(x^2+1/x^2)^2-2=t^2-2>0(t>根号2)

注意:换元的同时随时保持取值范围(定义域)的转换。当然,有的同学也可以先不考虑,最后进行回代检验。考虑到数学思维的严谨性,建议随时转换。

将原方程中相关x的代数式换为t,可得

t^2-2+t=4,化简为t^2+t-6=0

解关于t的方程可得t=2(t=-3不合题意范围应舍去),则有

x^2+1/x^2=2,发现此处移项后是个差的完全平方,就需通分再解方程了。

上式移项可得 x^2-2+1/x^2=(x-1/x)^2=0

∴ x-1/x=0,x=±1符合题意

所以,此方程的解为x=±1。

【法二】直接换元法+猜根因式分解;

由方程可知x≠0,设x^2=t(t>0),则有

t^2+t+1/t^2+1/t=4,通分化简可得t^4+t^3-4t^2+t+1=0

观察上述方程明显可知t=1满足,故而方程左边的代数式一定可以分解出(t-1)这个因式,接下来可以凑配或者做多项式除法均可得到

(t-1)(t^3+2t^2-2t-1)=0,继续观察可知(t^3+2t^2-2t-1)也能分解出(t-1)这个因式,可得到(t-1)^2(t^2+3t+1)=0,而t>0,t^2+3t+1>1

故而(t-1)^2=0,即有t=x^2=1(x≠0),所以此方程的解为x=±1。

【法三】对半拆常数项,逆用乘法公式因式分解,再提公因式;

观察方程左边有四项,两两关联,右边是常数4,对半拆为2个2。

x^4+x^2+1/x^4+1/x^2=(x^4+1/x^4)+(x^2+1/x^2)=4=2+2

(x^4-2+1/x^4)+(x^2-2+1/x^2)=0

(x^2-1/x^2)^2+(x^-1/x)^2=0

(x-1/x)^2[(x^+1/x)^2+1]=0,(x-1/x)^2(x^2+3+1/x^2)=0

由方程可知x≠0,则(x^2+3+1/x^2)>3

所以(x-1/x)^2=0,x-1/x=0,解之得x=±1。

【法三】4分为1对应分配,逆用乘法公式因式分解,再提公因式;

观察方程左边有四项,右边恰好是常数4,拆为4个1。

x^4+x^2+1/x^4+1/x^2=4=1+1+1+1,

(x^4-1)+(x^2-1)+(1/x^4-1)+(1/x^2-1)=0,

(x^2-1)(x^2+1)+(x^2-1)-[(x^2-1)(x^2+1)]/x^4-(x^2-1)/x^2=0,

(x^2-1)[(x^2+1)+1-(x^2+1)/x^4-1/x^2]=0,

(x^2-1)[(x^2-1/x^4)+(2-2/x^2)]=0,

(x^2-1)^2[(x^4+x^2+1)/x^4+2/x^2]=0,

由方程可知x≠0,那么[(x^4+x^2+1)/x^4+2/x^2]>0

故而(x^2-1)^2=0,x^2=1(x≠0),所以此方程的解为x=±1。

以上四种方法可合并为两类,是换元还是拆常数项都是很不错的方法,同学们根据自己的理解和倾向选择一种掌握即可。

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