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第10章 丑陋卻萬能的二次方程求根公式(3)

x的奇幻之旅 作者:(美)史蒂夫·斯托加茨


在花剌子模的講義中,他討論了這樣一個二次方程式:

x2+10x=39

當(dāng)然,花剌子模并不是這樣表述二次方程式的,他使用的是文字而非符號的表述方法?;ㄘ葑幽5臅锸沁@樣寫的:什么數(shù)的平方加上這個數(shù)的10倍等于39?把這個問題“翻譯”為今天通行的數(shù)學(xué)語言,就是我們上面寫出的這個二次方程式。

與我們上面舉出的兩個一次方程式相比,求解這個方程式顯然要棘手得多。我們怎么才能把這個方程中的x孤立出來,從而求得它的值呢?上面使用的移項技巧以及方程式兩邊同時乘以(或除以)一個常數(shù)的方法在這里顯然不夠用,因為顧得了x就顧不了x2,即使你把這兩者之中的x孤立出來,另一個必然還會在那里礙手礙腳。比如,我們可以把方程式的兩邊同時除以10,這樣10x就被簡化成了x,但是,我們也會隨之得到一個非常討厭的x2/10,方程式還是沒有解出來??偟膩碚f,這個問題的難點是,我們需要同時做兩件事情,而這兩件事情看起來又似乎互不相容。

那么,花剌子模是怎么解決這類問題的呢?他的解法值得我們好好分析一下:一是因為他給出的解法非常簡潔明了,二是因為他的解法極為強大—這種解法可以一步到位,解出任何二次方程式的根。也就是說,你可以把上述方程式中的10和39換成其他任何數(shù)字,這個方法仍然有效!

這個方法就是:用幾何意義來詮釋二次方程式中的每一項。首先考慮x2的值,它的幾何意義是一個x乘以x的正方形的面積,如下圖所示:

 

類似的,第二項10x的幾何意義是一個10乘以x的長方形的面積。花剌子模進一步巧妙地把這個10乘以x的長方形一分為二,表示為兩個5乘以x的長方形(這一步的妙處我們在下面自然會看到,這是“配方法”的基礎(chǔ))。


下面,我們把兩個長方形和先前的正方形拼到一起,形成一個有缺口的形狀,這個圖形的面積就是x2+10x 。


現(xiàn)在,花剌子模把求解方程式的問題幾何化了,問題就變成:如果上述形狀的面積為39個單位,那么x應(yīng)該是多少呢?


上面這幅圖已經(jīng)給出了十分清楚的提示,既然這個形狀缺了一角,為什么我們不把它補全呢?補出這個小正方形之后,我們就得到了一個完美的大正方形。這說明什么呢?仔細看看下圖。


補足的這個小正方形的面積是5×5=25,也就是說,左圖大正方形的面積是x2+10x+25,因為這個圖形現(xiàn)在是邊長為(x+5)的一個正方形。


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