从“算术”到“代数”的飞跃

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  在小学数学里,我们主要学习了数、图形与数据统计三方面的知识,在数的研究上,重点是数的认识和计算,所以小学数学的这块内容可以简称为“算术”.进入初中后的数学学习,知识板块由原来的三个变成代数、几何、统计与概率四个,在数的研究上,从小学的算术数上升到了初中的代数.初中代数需要经历三次飞跃,其中,第一次是从小学的算术数引进负数变成有理数,完成数扩充的飞跃,第二次是从小学具体的数引进抽象的字母,用字母代替数,从特殊到一般,完成数到式的飞跃,所以初中数学的这块内容可以简称为“代数”.由此可以看出,第3章《代数式》是小学算术与初中代数的分水岭,也是同学们在初中代数学习中必须跨越的第二道坎.那么如何才能学好本章内容呢?
  一、掌握概念本质是基础
  本章中涉及如下几个重要概念:一是“代数式”;二是“单项式”“多项式”与“整式”;三是“代数式的值”;四是“同类项”.
  用加、减、乘、除、乘方等运算符号把数与表示数的字母连结而成的式子叫做代数式,单独的一个数或一个字母也是代数式.从这个定义中可以看出,在式子中只能出现“数”“字母”“运算符号”三者,一旦出现等于号或不等号,就不是代数式.
  单项式与多项式统称为整式.整式是属于代数式中的比较简单的一类,整式一定是代数式,但代数式不一定是整式,代数式与整式是一般与特殊的关系.
  只有数与字母的积组成的代数式叫做单项式,单独的一个数或一个字母也是单项式;几个单项式的和叫做多项式.单项式与多项式都属于整式,它们与整式也是特殊与一般的关系,单项式是最简单的代数式.对于单项式有系数与次数的概念;对于多项式有项、次数的概念,因为多项式的项是一个单项式,所以还有项的系数与项的次数的概念.
  用具体数值代替代数式中的字母,计算所得的结果叫做代数式的值.用字母表示数就产生了代数式,让“数”的问题走向“式”的问题,包括“式的认识”与“式的计算”;而代数式的值是让字母回归到具体的数.代数式与代数式的值正好完成了“从特殊到一般”,再“从一般回到特殊”的完整过程.
  所含字母相同,并且相同字母的指數也分别相同的项叫做同类项.项是针对多项式而言的,实际上就是几个单项式,所以,同类项只会出现在多项式中.需要注意的是两个“相同”的条件必须同时满足,才能确定为同类项.
  二、掌握思想方法是关键
  本章中隐含了许多非常重要的思想方法.用字母表示数本身就是“字母代数”思想,又体现了“从特殊到一般”的思想;由于引进了字母,字母具有一般性,所以在研究代数式的问题中,往往需要“分类讨论”;在求解代数式的值时,有时需要用到“整体思想”,包含整体代入、整体求解等方法;在研究单项式、多项式、同类项时,往往需要用到“方程思想”.
  例1 我们知道:1 3=4=22;1 3 5=9=32;1 3 5 7=16=42;1 3 5 7 9=25=52…根据前面各式规律,可以猜测:1 3 5 7 9 … (2n-1)= .(其中n为自然数).
  【分析】本题是一个规律探索题,在前面的学习中多次遇到,在本章再来研究,可以加深对“字母表示数”的理解.我们发现等号的左边全是连续奇数相加的式子,右边正好是奇数个数的平方,这样用字母表示数,从特殊到一般,所求左边式子是n个连续奇数的和,就可以得出右边式子是n2的结论.
  例2 已知a、b互为相反数,c、d互为倒数,[x]=1,求代数式a b x2-cdx的值.
  【分析】因为a、b互为相反数,所以a b=0,因为c、d互为倒数,所以cd=1,因为[x]=1,这里的x可正可负,需要进行分类讨论,x=±1,所以代数式a b x2-cdx的值为0或者2.
  例3 已知代数式3x2-4x 6的值为9,求x2-[43]x 6的值.
  【分析】因为3x2-4x 6=9,从等式中无法直接求出x的值,所以可以从整体的角度思考,得到3x2-4x=3,从而x2-[43]x=1,把这个式子整体代入x2-[43]x 6,求出代数式x2-[43]x 6的值为7.
  例4 关于x的多项式(m-2)x4-xn x-1是二次三项式,求m,n的值.
  【分析】这里是关于x的代数式,所以,应该把m、n作为待定字母.由多项式的项与次数的定义可知,m-2=0,并且n=2,此处根据定义得出m-2=0就体现了方程思想,所以m=2,n=2.
  三、掌握解题策略是保障
  本章中的题目类型主要有如下几类.
  第一类是列代数式.此类问题本质上是把通用的文字语言转化成数学独有的符号语言,在列代数式的过程中,要遵循先读先写的原则,并且严格按照代数式的书写规定进行,此处不再举例.
  第二类是关于单项式、多项式、整式、代数式等相关概念的认识.
  例5 如果关于x,y的单项式2mxay与
  -5nx2a-3y的差是一个单项式.
  (1)求(7a-22)2017的值;(2)若2mxay-5nx2a-3y=0,求(2m-5n)2018的值.
  【分析】关于x,y的单项式2mxay与-5nx2a-3y的差是一个单项式,说明这两个单项式是同类项,可以合并进行整式减法运算.根据同类项的定义,得2a-3=a,所以a=3.(1)由a=3,知(7a-22)2017=(-1)2017=-1;(2)因为2mxay-5nx2a-3y=0,说明这两项是同类项,可以合并进行减法运算,所以2m-5n=0,故(2m-5n)2018=0.
  第三类是利用直接代入法或间接代入法(整体)求代数式的值.此类问题只要严格按照解题步骤,特别需要注意把哪个式子作为一个整体,如上面的例3.
  第四类是根据同类项的概念,利用去括号等步骤合并同类项,进行整式的加减运算.这类问题是程序性操作问题,课本上都有规范的解决问题的例子,只要严格按照先去括号、再根据合并同类项的法则合并同类项,直到整式中没有同类项可以合并就可以了.
  (作者单位:江苏省无锡市新吴区教师发展中心)
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