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◎ 代数的目的:用纯数学的语言描述复杂的世界

在前面我们介绍了什么是代数、代数的知识架构,以及代数思维和算术思维的差别。接下来,我们就讲述初中数学中的第一个难点:根据应用题列方程!列方程的过程,就是一个简单的翻译过程,把通过自然语言来描述的一个问题,变成一个用字母、数字和加减乘除描述的算式。我们说过,发现问题比解决问题更难,因此,这也是解题过程中最难的一步。当面对一个应用题的时候,我们应该怎样得到正确的算式呢?这个问题,是一个复杂的问题,根据题目难度的不同,我把所有的应用题分为四个等级:白描式应用题、隐含数字的应用题、隐含规律的应用题及实际工作生活中的问题。

今天我们要说的是最简单的一类题目,叫作白描式应用题。什么叫白描?白描就是用大白话把一切已知条件都告诉我们,我们直接机械地把文字翻译成数学符号就行。比如,三加几等于六?要列出这个问题的方程,简直不费吹灰之力,直接把几换成 x 就行了,那就是3+ x =6。够简单的吧,那我们就再增加一点难度吧。

小明有5个苹果,他吃了一些,还剩下2个,请问:他吃了几个苹果?

这个问题也不难,小明有5个苹果就写5,他吃了一些,吃了以后苹果就少了,就用减法,吃了几个用 x 表示,那就是5- x ,最后还剩下2个苹果,就是5- x =2。怎么样?一道题,从头到尾,是不是就像把文字转化成字母一样简单呢?那是不是这种方法只能解决一些简单的数学题呢?也不是,我们还可以继续增大难度。

小明有5个苹果,小明每天吃1个,妈妈有15个苹果,妈妈每天给小明2个苹果,问几天以后,小明和妈妈的苹果一样多?

这个问题看起来就困难一点了,但其实它也是一个白描式的问题:

小明有5个苹果,写下5。

每天吃1个苹果,那么 x 天吃几个呢? x 个。

妈妈每天给小明2个苹果, x 天给多少个呢?2 x 个。

小明一共有多少个苹果了?5- x +2 x 个。

(然后我们再看妈妈这边)原来有15个,写下15。

每天给小明2个, x 天就是2 x 个。

所以妈妈的苹果就剩下15-2 x 个。

最后他们两个的苹果一样多,也就是5- x +2 x =15-2 x

我们的方程式就列出来了。注意,目前,我们只是发现问题、列出方程,并不对它求解。接下来让我们看一些更复杂的问题:

两个数之和是30,两数之差是10,请问:这两个数是多少?

因为要求两个数字了,所以要有 x、y 两个变量。两数之和是30,列出算式 x+y =30;两数之差是10,再列出另一个算式: x-y =10。

这两个方程相互独立,所以可以组成一个方程组。

我们前文说过,由于这两个变量不存在乘除关系,所以这是个二元一次方程组。一般来说,对于一次方程,问题中有几个变量,就需要几个相互独立的等式才能求解,这里我们有两个变量,有两个等式,所以就可以求解了。按这个思路继续学习:

小明的苹果要分给一些同学,如果每人分6个就缺少3个,如果每人分5个就会剩余4个,问小明有几个同学,几个苹果?

这个题目仍然有两个变量:我们假设他有 x 个同学, y 个苹果。每人分6个, x 个同学就是6 x 个;缺少3个就是实际的苹果数比6 x 少3个,也就是6 x -3= y 。根据第二问,每人5个多4个,可以列出方程:5 x +4= y 。最后我们仍然得到了一个二元一次方程组。

再来一个题目:

小明今年5岁,爸爸30岁,爷爷60岁,请问再经过几年,小明和爸爸的岁数加起来就和爷爷一样大?

让我们假设经过了 x 年,那么:小明的岁数是5+ x ,爸爸的岁数是30+ x ,爷爷的岁数是60+ x ,小明和爸爸的岁数加起来和爷爷一样,也就是5+ x +30+ x =60+ x

怎么样?这样白描式的问题不是很难吧。最后我们看看代数的“祖师爷”给我们留下的问题。目前代数的发明人有多个,其中一个是古希腊的数学家丢番图,在他的墓碑上,通过一道代数题描述了自己的年龄,碑文是:

这里埋葬的是丢番图的尸骨,下面的文字描述了他的年龄:幸福的童年占据了他生命的六分之一,又过了人生的十二分之一,他步入了青年,婚后,他幸福地度过了生命的七分之一,再过了五年,他的第一个孩子出生了,就这样又度过了人生的二分之一,厄运降临,他的儿子去世了,四年以后,由于悲伤过度,他也撒手人寰。

虽然这段文字描述很长,但不难发现,这也是一个白描式的问题,我们只要假设他的年龄是 x ,就得到了代数方程:

从这个题目中不难发现,白描式的应用题,无论题目本身是什么含义,不论题目的表述多么复杂,我们只需要从头到尾地把每句话的含义都转变为数学符号写下来,就很容易得到最终的方程。的确,人类发明代数的目的就是为了用纯数学的语言去描述复杂的世界。牛顿说,当面对一个抽象的问题时,要想解答它,首先要把它从普通语言转化为代数语言。白描式的应用题是代数应用题中最简单的一种,但是也应该多加练习,因为它可以帮助我们尽快熟悉代数的思维方式,摆脱小学算术思维的束缚。

还有一些应用题,有些条件是隐含在题目中的,需要我们把它们挖掘出来,才能凑出我们需要的方程式,这是一些什么题目呢? nnQPx4YOMr1lUv/oK8VJIcJGIou95mrRkOU352gwR+4HXa2tcsO/hIFmpnY2ex2A

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