七年级:不用计算器求平方根

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数学就是挑战

喜欢数学,就是要直面挑战。在上一秒钟,我们在碰壁中、在问题陷阱中挣扎,茫然不知所措,下一秒,忽然间就云开雾散,生活再次充满了阳光。

要相信自己,不要去顾虑别人是否嘲笑我们摔倒的样子。不断地尝试新的想法,制造错误,从错误中学习。

不仅仅我们如此,历史上所有的数学家都是如此。由直觉和经验产生猜想,验证,发现错误,再予以纠正、完善。 但数学家们在演示讲解他们的算法时,原始的创造过程消失了,人们只能见到雕琢过地完美地那一面。 很多数学老师在教学中也是这么做的。

其实,学习数学、解决数学问题的真相就是:

Try again! Fail again! Fail better!


原题

求$\sqrt{2004\cdot 2005\cdot 2006 \cdot 2007+1}$的值。(不能用计算器)


理解 / 探究(Understand / Explore)

做计算题之前,如果可能,就在心里先估算,先估后算,心中有数

$\quad\sqrt{2004\cdot 2005\cdot 2006 \cdot 2007+1}$
$\approx \sqrt{2005\cdot 2005\cdot 2006 \cdot 2006}$
$=2005\cdot 2006$

用计算器只能算出近似值。直接笔算?太繁琐太花时间。所以,还是静下心来,准备挑战吧。

思路1(Plan)

直觉:用代数试试。

解题1(Solve)

设 n=2005,$\sqrt{(n-1)\cdot n\cdot (n+1)\cdot (n+2)+1}$ …

失败!继续尝试。

设 n=2006,$\sqrt{(n-2)\cdot (n-1)\cdot n\cdot (n+1)+1}$ …

又失败了!再试。

设 n=2007,$\sqrt{(n-3)\cdot (n-2)\cdot (n+1)\cdot n+1}$ …

太失败了。再试最后一次!还不行的话,就换思路。

设 n=2004,

$\quad\sqrt{n\cdot (n+1)\cdot (n+2)\cdot (n+3)+1}$
$=\sqrt{(n+1)\cdot (n+2)\cdot n\cdot (n+3)+1}$
$=\sqrt{(n^2+3n+2)(n^2+3n)+1}$
$=\sqrt{(n^2+3n)^2+2(n^2+3n)+1}$
$=\sqrt{(n^2+3n+1)}$
$=n^2+3n+1$

实际上第二步美化了一下。第一次算的时候没那么“聪明”。

以下略去若干行。

检查1(Check)

略 …


思路2(Plan)

经验:用试算法。

解题2(Solve)

估算的时候发现,其结果是个二次式。假设原题可以化简成二次式:

$\quad\sqrt{n\cdot (n+1)\cdot (n+2)\cdot (n+3)+1}$
$=an^2+bn+c$

分别设n=0, n=1, n=2 得:

$\therefore \quad a=1, b= 3, c=1$

$\quad\sqrt{n\cdot (n+1)\cdot (n+2)\cdot (n+3)+1}$
$=n^2+3n+1$

检查2(Check)

对吗?检查中我们发现,所有的计算都依赖于一个假设:原题可以化简成二次式。

如果这个假设不成立,后面所有的过程都失去了意义,因此,必须要用另外的方法检查。分别计算:

${n\cdot (n+1)\cdot (n+2)\cdot (n+3)+1}$

$(n^2+3n+1)^2$

结果正确。而且,这时我们似乎可以发现跟解法 1 的巧妙算法之间存在某种联系。


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