师:同学们,大家好。今天我们一起学习解一元二次方程的公式法。先来看看今天的学习目标:一是理解求根公式的推导过程;二是利用判别式判断一元二次方程根的情况,并运用公式法解一元二次方程。本节课的学习重点是会用公式法解一元二次方程,学习难点则是理解求根公式的推导过程。
我们先回顾一下之前学过的知识,同学们还记得一元二次方程的一般形式吗?对,就是(Ax2 + Bx + C = 0),这里要注意二次项系数(A\neq0)。之前我们已经学习过两种解一元二次方程的方法,直接开方法和配方法。现在请同学们拿出草稿本,用2分钟时间,用刚学过的配方法解一道题。
好,相信同学们都做完了。现在跟着老师一起批改配方法解方程的过程。第一步,移项,把常数项移到右边;第二步,二次项系数化为1,两边同时除以2;第三步,配方,配一次项系数一半的平方,这里两边同时加上((\frac{3}{4})2)。整理后,左边变成完全平方,即((x + \frac{3}{4})2),右边合并同类项;第四步,开平方,注意开方有正负两种情况。最后写出方程的两个根,(X? = - \frac{1}{2}),(X? = - 1)。同学们,你算对了吗?解一元二次方程配方法有五个步骤,一移、二化、三配、四开、五定。
现在请同学们思考一个问题,我们能不能也用配方法解一元二次方程的一般形式呢?之前我们遇到的方程系数都是具体数字,而一般式的系数都是字母。不过没关系,我们可以把字母当成具体数字,按照配方法的步骤往下算一算。给同学们两分钟时间探究一下。
现在请同学们停笔,看着屏幕,跟着老师一起来解这个方程。配方法解方程,第一步移项,把常数项(C)移到等号右边,变为(-C);第二步,二次项系数化一,这里二次项系数是(A),因为(A\neq0),所以两边同时除以(A),得到(x2 + \frac{B}{A}x = - \frac{C}{A});第三步,配方,配一次项系数一半的平方,这里一次项系数是(\frac{B}{A}),它的一半是(\frac{B}{2A}),所以两边同时加上((\frac{B}{2A})2),整理后左边变成完全平方式((x + \frac{B}{2A})2),右边合并同类项,注意通分的时候公分母是(4A2)。
第四步开平方,大家观察一下,等号右边是一个式子,能开平方吗?请同学们观察分母,因为(A\neq0),所以分母(A2)必然大于(0),那么(B2 - 4AC)作为分子就决定了整个等号右边式子的正负。请同学们思考一下,分子(B2 - 4AC)的值可以分成几种情况呢?对,有三种情况,可正、可负、可为零。
我们先看最简单的一种情况,当(B2 - 4AC < 0)的时候,等号右边的式子小于(0)。我们知道没有任何一个实数的平方是负数,所以此时方程无实数根。当(B2 - 4AC = 0)的时候,等号右边的式子等于(0),我们可以得到方程有两个相等的实数根,(X? = X? = - \frac{B}{2A})。
最后我们一起算一算(B2 - 4AC > 0)的情况,此时等号右边的式子大于(0)。两边同时开平方,注意有正负。根据二次根式的运算法则,分子是(\sqrt{B2 - 4AC}),分母是(\sqrt{4A2}),分母可以化成(2|A|)。这里我们探讨一下如何去掉这个绝对值,当(A > 0)的时候,我们可以直接去掉绝对值,得到(\pm\frac{\sqrt{B2 - 4AC}}{2A});当(A < 0)时,去掉绝对值前面要加负号,变成(\mp\frac{\sqrt{B2 - 4AC}}{2A})。观察一下,这两个结果是一样的,最后我们可以写成(\pm\frac{\sqrt{B2 - 4AC}}{2A})。然后移项合并同类项,这里是同分母相加减,分母不变,分子相加减。最后写出(X? = \frac{-B + \sqrt{B2 - 4AC}}{2A}),(X? = \frac{-B - \sqrt{B2 - 4AC}}{2A})。
我们把刚刚的三种情况梳理一下,当(B2 - 4AC > 0)时,方程有两个不等的实数根;当(B2 - 4AC = 0)时,方程有两个相等的实数根;当(B2 - 4AC < 0)时,方程无实数根。从总结中我们可以发现,(B2 - 4AC)对于一元二次方程根的情况起着关键性的作用。我们把(B2 - 4AC)叫做一元二次方程根的判别式,用希腊字母(\Delta)表示,即(\Delta = B2 - 4AC)。判别式可以判断根的情况,只要算出(B2 - 4AC)的值就好了。现在我们来当一回神算子,不解方程,判断下列方程根的情况。
第一个方程,代入(\Delta = B2 - 4AC)可以得到,(\Delta = - 7 < 0)。根据左边的表格我们可以知道此方程无实数根。第二个方程,用同样的方法把(\Delta)算出来,(\Delta = 0),方程有两个相等的实数根。第三个方程,(\Delta = 9),方程有两个不等的实数根。判别式的作用非常大,后面的课程还会继续深入学习。
我们为何要大费周折地用配方法解一元二次方程呢?那是因为一元二次方程的一般形式代表了所有的一元二次方程。通过探究可以发现,方程的根与系数(A)、(B)、(C)关系密切,只要我们把方程化成一般式,找到系数(A)、(B)、(C)的值,代入式子(\frac{-B \pm \sqrt{B2 - 4AC}}{2A})就可以得到方程的解,这样解方程非常方便。我们把这个式子叫做一元二次方程的求根公式。用求根公式解一元二次方程的方法,我们称为公式法。过程虽然曲折,但公式很美好。可能有同学觉得记这个公式太难了,大家先记(\Delta = B2 - 4AC),再记(x = \frac{-B \pm \sqrt{\Delta}}{2A})就可以了。
利用公式法解一元二次方程,我们需要注意:一是方程必须是一般形式;二是判别式一定要大于等于(0)才能代入求根公式。学习了求根公式,我们肯定要活学活用。请同学们跟着老师一起用公式法解一解这个方程。第一步要确定方程是不是一般式,是的话,写出(A)、(B)、(C)的值,注意这里要带上符号,(B)是(-4),(C)是(-7)。求(\Delta = B2 - 4AC),算出来等于(44 > 0),我们可以判断方程有两个不等的实数根,代入求根公式(\frac{-B \pm \sqrt{\Delta}}{2A}),每次代入先写公式,这可以帮助同学们快速记住公式。留意一下,这里的(-B)是(-(-4)),也就是(4),化简一下等于(2 \pm \sqrt{11}),最后写出方程的两个根(X?)、(X?)的值。
同学们,公式法解方程记住这4个步骤,操作简单,代入便捷。我们梳理一下刚刚的四个步骤:第一,化成一般式,写(A)、(B)、(C)的值;第二,求判别式,(\Delta < 0),无实数根;第三,当(\Delta \geq 0)时,代入求根公式;第四,写出(X?)、(X?)的值。同学们记住了吗?小试牛刀,请同学们根据例题的步骤用公式法解一解这个方程,给大家2分钟时间,之后我们一起对答案。这里方程是一般式,我们直接写出(A)、(B)、(C)的值,虽然(B)是无理数,但也是直接代入就好。算到(\Delta)的值等于(0),方程有两个相等的实数根,代入求根公式得到(X? = X? = \frac{\sqrt{2}}{2})。这里温馨提示一下,一元二次方程如果有根,一定有两个,所以这道题一定要写成(X? = X? = \frac{\sqrt{2}}{2}),漏根是要扣分的。
现在请同学们当一回老师,批改一下这一道题,看解题过程是否正确。同学们,相信你们都很厉害,一下就发现解答过程是错误的,第一步就开始错。观察方程,它并不是一般形式,所以要化成一般形式才可以写(A)、(B)、(C)的值。现在我们一起把它改一改,方程先化成一般式(x2 - 4x + 5 = 0)。求到(\Delta)的值等于(-4 < 0),方程没有实数根。同学们请记住了,用公式法一定要先化成一般式。
到我们大展身手的时候了,请同学们用3分钟时间把这个方程用公式法解一解。经过刚才的火眼金睛环节,相信同学们一定不会掉陷阱了。这个方程不是一般式,所以先化成一般式,变成(5x2 - 4x - 1 = 0),再求(\Delta = 36 > 0),方程有两个不等的实数根,代入求根公式可以得到(X? = 1),(X? = - \frac{1}{5})。同学们,你算对了吗?如果没有,继续加油再算一遍。
现在我们对本节课所学的知识进行总结,今天我们回顾了配方法,通过类比从特殊到一般的思想,将一元二次方程一般式用配方法求解,找到了一种新的解一元二次方程的方法——公式法。解方程有四个步骤,一化、二求、三带、四写。注意用公式法一定要化成一般式,确定(A)、(B)、(C)的值的时候注意带上符号。求(\Delta)的值是至关重要的一步,如果(\Delta < 0),方程无实数根;只有(\Delta \geq 0),才可以代入求根公式,最后写出(X?)、(X?)的值。运用公式法解方程过程中,判别式功不可没。在研究判别式的时候,我们利用了分类讨论思想,当(\Delta > 0)时,方程有两个不等实数根;当(\Delta = 0)时,方程有两个相等实数根;当(\Delta < 0)时,方程无实数根。判别式在后续的学习中也地位非凡。今天整节课的学习重点就是会用公式法解方程,请同学们课后做好巩固练习,掌握这个解一元二次方程的万能方法。今天的课堂到此结束,谢谢同学们的观看,再见。
