
上一篇讲完指数运算法则,结尾说过这一篇要把公式移来移去。物理课的 、圆面积的 ,公式通常写成「一个字母 = 一个式子」。但题目经常给出 ,要你求 ——这时就要把公式改写,让 单独留在等号一边。这一步叫做公式变形,也就是改变公式的主项(Change of subject)。以后解方程、算面积体积、做物理题,每天都会用到。
主项(Subject):公式中单独位于等号一边的字母,例如 的主项是 。1. 公式变形就是把公式改写,使另一个字母成为主项。2. 改写后,新主项只能出现在等号一边,而且只出现一次,另一边不含它。
原则:等号两边做同样的运算
一条公式就像一架天平,等号两边一样重。左边加 3,右边也要加 3;左边乘以 5,右边也要乘以 5——两边同时做,公式才仍然成立。老师常说的「移项要变号」,其实就是这样来的:两边同时减去 32,左边的 消失了,右边就多了一个 。看起来像是这个数自己跳了过去,背后其实是两边做了同样的运算。
至于该做什么运算,要看你想求的字母经历过哪些运算。比如在 中, 先乘以 9,再除以 5,最后加上 32,一层套一层。要把它解出来,就用相反的运算,而且顺序要倒过来:最后套上去的那一层,最先拆。就像穿衣服,先穿内衣后穿外套,脱的时候先脱外套。
逆运算(Inverse operation):能够抵消另一个运算的运算。1. 加与减互为逆运算。2. 乘与除互为逆运算。3. 平方与开平方互为逆运算(被开方数须为非负数)。变形时从最外层开始,用逆运算逐层拆开。
例题一:摄氏度与华氏度
华氏温度 与摄氏温度 的关系是 ,把 变为主项。前面说过, 依次经历了乘以 9、除以 5、加上 32,所以我们倒过来拆:
- 最后一步是加上 32,所以先在两边减去 32:
- 两边乘以 5。这一步最容易错:5 要乘以整个左边,所以 必须加括号:
- 两边除以 9,再把左右对调,让 在左边:
答案是 。如果第二步漏了括号,写成 ,就只有 乘了 5,32 没有乘到,后面怎么算都是错的。验算:水在华氏 212 度沸腾,代入 ,得 ,正好是摄氏 100 度。
例题二:含平方根的公式
单摆的周期 与摆长 的关系是 ,其中 是重力加速度,把 变为主项。 先除以 ,再开平方,最后乘以 ,所以从乘以 这一层开始拆:
- 两边除以 :
- 开平方的逆运算是平方,两边同时平方。整个左边都要平方,分子分母都要,所以 的平方是 ,不是 :
- 两边乘以 , 就单独留下了:
答案是 。验算不必用真实数据,挑容易算的数就行:设 、,原式得 ;再把 代入答案,,回到了原来的数。
例题三:新主项出现两次
DSE 卷一很喜欢考这一类:把 变为 的主项。难点在于 同时出现在分子和分母,单靠逐层拆是拆不出来的。方法是先把所有含 的项集中到同一边,再提取公因式 。
- 两边乘以 ,先去分母:
- 去括号, 要乘以括号里的两项:
- 含 的项移到左边,不含 的项移到右边,移项要变号:
- 这是全题的关键:左边两项都含 ,提取公因式(Common factor), 就只出现一次:
- 两边除以 :
答案是 ,其中 ,因为分母不能为 0。验算:把 代入原式,;再把 代入答案,,回到了原来的数。
最常见的错误是做到一半就停下。比如从 直接写出 ——看起来像是做完了,但右边还有 , 根本没有成为主项,这道题拿不到分。所以每次写完都要检查:等号另一边还有没有新主项?如果有,就还没有做完。
小结一下:两边做同样的运算;按相反顺序,用逆运算逐层拆开;新主项出现不止一次时,先集中到一边,再提取公因式。例题三用到的去括号和提取公因式,本篇只是一笔带过。下一篇讲多项式的基本运算与展开(Polynomial expansion),从怎样展开括号讲起,把这些步骤逐一讲清楚。
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