分数巧算之裂项法
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有理数巧算裂项法
有理数是数学中一类重要的数,包括正整数、负整数、零、分数和小数。
在进行有理数加减乘除运算时,需要用到裂项法,这是一种巧妙的方法,可以将有理数化简,以方便进行运算。
裂项法的基本思想是将一个分数拆分成多个分数之和或之差,这样就能够消去一些因数,从而使计算更为简便。
以下是一些常见的裂项法示例:
1. 裂项法求和
例如,计算2/3 + 7/9
首先,我们找到这两个分数的公共分母,即9,然后将分母拆分成3×3,得到:
2/3 + 7/9 = 2/3×3/3 + 7/9×3/3
= (2×3)/9 + (7×1)/9
= 13/9
= (5×1)/(2×2×3) - (1×3)/(2×2×3)
= 5/12 - 3/12
我们可以将3/4和5/6都分别拆分成若干个分数之积,然后再合并起来,得到:
= 5/4
2/3÷4/5 = 2/3×5/4
总之,裂项法是一种十分常用且实用的方法,可以帮助我们更加方便地进行有理数的计算,提高计算效率。
分数的速算与巧算1、 裂项:是计算中需要发现规律、利用公式的过程,裂项与通项归纳是密不可分的,本讲要求学生掌握裂项技巧及寻找通项进行解题的能力2、 换元:让学生能够掌握等量代换的概念,通过等量代换讲复杂算式变成简单算式。
3、 循环小数与分数拆分:掌握循环小数与分数的互化,循环小数之间简单的加、减运算,涉及循环小数与分数的主要利用运算定律进行简算的问题. 4、通项归纳法通项归纳法也要借助于代数,将算式化简,但换元法只是将“形同”的算式用字母代替并参与计算,使计算过程更加简便,而通项归纳法能将“形似”的复杂算式,用字母表示后化简为常见的一般形式. 知识点拨一、裂项综合 (一)、“裂差”型运算 (1)对于分母可以写作两个因数乘积的分数,即1a b⨯形式的,这里我们把较小的数写在前面,即a b <,那么有1111()a b b a a b=-⨯- (2)对于分母上为3个或4个连续自然数乘积形式的分数,即:1(1)(2)n n n ⨯+⨯+,1(1)(2)(3)n n n n ⨯+⨯+⨯+形式的,我们有:1111[](1)(2)2(1)(1)(2)n n n n n n n =-⨯+⨯+⨯+++1111[](1)(2)(3)3(1)(2)(1)(2)(3)n n n n n n n n n n =-⨯+⨯+⨯+⨯+⨯++⨯+⨯+裂差型裂项的三大关键特征:(1)分子全部相同,最简单形式为都是1的,复杂形式可为都是x(x 为任意自然数)的,但是只要将x 提取出来即可转化为分子都是1的运算。
(2)分母上均为几个自然数的乘积形式,并且满足相邻2个分母上的因数“首尾相接” (3)分母上几个因数间的差是一个定值。
(二)、“裂和”型运算:常见的裂和型运算主要有以下两种形式:(1)11a b a b a b a b a b b a+=+=+⨯⨯⨯ (2)2222a b a b a b a b a b a b b a +=+=+⨯⨯⨯ 裂和型运算与裂差型运算的对比:裂差型运算的核心环节是“两两抵消达到简化的目的”,裂和型运算的题目不仅有“两两抵消”型的,同时还有转化为“分数凑整”型的,以达到简化目的。
在对有理分式函数求不定积分之前,通常都要对分式进行分解。
因为目前比较常用的分式不定积分公式,只有分母是一次整式的幂,或二次整式的幂两种形式的真分式的不定积分公式。
因此我们要把那些分母在三次以上的分式,分解成一系列符合上面两种形式的真分式的和。
这就是对分式裂项分解的一个过程。
或称为部分分式分解。
为此,我们要先明确有理函数的概念:由两个多项式函数的商所表示的函数,其一般形式为:R(x)=(P(x))/(Q(x))=(α0 x^n+α1 x^(n-1)+…+αn)/(β0 x^m+β1 x^(m-1)+…+βm),其中n,m∈N,α0,α1,…αn与β0,β1,…βm都是常数,且α0β0≠0.即分子是一个n次多项式P(x),分母是一个m次多项式Q(x),构成的函数,就是有理函数R(x)。
如果m>n,即分母的次数更高,就称它为真分式,如果m<=n,即分母的次数不高于分子,就称为假分式。
这两个概念可以类比真分数和假分数。
因此,和分数类似的,假分式可化为整式与真分式的和。
所以我们在进行分式部分分解时,如果原分式是假分式,就要先把这个假分式化为整式与一个真分式的和。
因为我们主要关注的是那些最简的真分式。
即无法继续约分的真分式。
真分式表示为若干个部分分式之和,这个过程就称为部分分式分解。
下面我们来了解一下真分式部分分式分解的一般步骤:第一步:对分母Q(x)在实系数内作标准分解:(分解前先化β0=1)Q(x)=(x-a1)^λ1*(x-a2)^λ2…(x-as)^λs)(x^2+p1x+q1)^μ1…(x^2+ptx+qt)^μt,其中λi,μj(i=1,2,…,s;j=1,2,…,t)均为自然数,【即s个一次整式的幂积,乘以t个二次整式的幂积。
不过并不是所有整式,都可以分解成这样的形式的。
如果分解不了,就不属于这里讨论的范围】而且∑(i=1->s)λi+2∑(j=1->t)μj=m;【只有最高次数保持不变,才能保证分解之后结果恒等】pj^2-4qj<0, j=1,2,…,t.【即每一个二次整式因式都无法继续分解】第二步:根据分母各因式分别写出与之相应的部分分式:(1)对每个形如(x-a)k的因式,对应的部分分式是:A1/(x-a)+A2/(x-a)^2 +…+Ak/(x-a)^k.(2)形如(x2+px+q)k的因式,对应:(B1x+C1)/(x^2+px+q)+(B2 x+C2)/(x^2+px+q)^2+…+(Bkx+Ck)/(x^2+px+q)^k .第三步:运用待定系数法确定系数.下面看一道例题:对R(x)=(2x^4-x^3+4x^2+9x-10)/(x^5+x^4-5x^3-2x^2-4x-8)作部分分式分解.解:Q(x)=x^5+x^4-5x^3-2x^2+4x-8=(x-2)(x+2)^2(x^2-x+1),R(x)=A0/(x-2)+A1/(x+2)+A2/(x+2)^2+(Bx+C)/(x^2-x+1).【通分相加之后,分子恒等】P(x)≡A0(x+2)^2(x^2-x+1)+A1(x-2)(x+2)(x^2-x+1)+A2(x-2)(x^2-x+1)+(Bx+C)(x-2)(x+2)^2=(A0+A1+B)x^4+(3A0-A1+A2+2B+C)x^3+(A0-3A1-3A2-4B+2C)x^2+(4A1+3A2-8B-4C)x+4A0-4A1-2A2-8C.根据分子恒等,列方程组{A0+A1+B=2;3A0-A1+A2+2B+C=-1;A0-3A1-3A2-4B+2C=-1;4A0+3A1-8B-4C=9;4A0-4A1-2A2-8C=-10.解得:(A0=1; A1=2; A2=-1; B=-1; C=1.∴R(x)=1/(x-2)+2/(x+2)-1/(x+2)^2-(x-1)/(x^2-x+1).有时在通分得到分子恒等式之后,可以利用特值法来解决,往往都会比较简便,但不是一定会简便的。