数与代数(式与方程) · 一元一次方程

解一元一次方程

前两节课我们做了两件事:用 方程 把问题写成含未知数的等式,又用 等式的基本性质 拿到了"对两边同时做相同操作"的许可证。

现在到了最关键的一步:怎么把方程里那个 xx 单独解出来?

这类方程叫"一元一次方程"——"一元"是说只有一个未知数(通常用 xx),"一次"是说未知数的最高次数是 11,也就是不会出现 x2x^2x3x^3 这种。它长这样:

ax+b=0(a0)ax + b = 0 \quad (a \neq 0)

下面我们把它彻底讲清楚。

解方程的终极目标

无论方程多花哨,我们的目标永远是同一句话:

把未知数 xx 单独留在等式左边,右边是一个常数。

也就是说,把

2x+3=112x + 3 = 11

变成

x=4x = 4

一旦写成 x=某个数x = \text{某个数},答案就出来了。所有操作,都是冲着"让 xx 落单"这个目标去的。

三个最核心的操作

有了等式性质,下面三个动作你完全可以放心用。它们本质上都是上节课那两条性质的具体化。

1. 移项:把项从等号一边搬到另一边,记得变号。

比如 x+3=10x + 3 = 10,想把 +3+3 挪走,就两边同时减 33

x+33=103x=103\begin{aligned} x + 3 - 3 &= 10 - 3 \\ x &= 10 - 3 \end{aligned}

注意看:左边的 +3+3 "跑"到了右边,变成了 3-3。这就是移项——从等号一边移到另一边,加减号要反过来。+3+33-312x-\frac{1}{2}x 移项就变 +12x+\frac{1}{2}x

2. 合并同类项:把长得一样的项加在一起。

比如 3x+2x=5x3x + 2x = 5x,或者 72=57 - 2 = 5。这一步就是把"同类"的个数数清楚。

3. 系数化为 1:让 xx 前面的数字变成 11

比如 4x=204x = 20,两边同时除以 44,得到 x=5x = 5。这就是"系数化为 1"。

一套标准流程

稍微复杂一点的方程,还要先"去括号""去分母"。完整的五步流程是这样的:

  1. 去分母(方程两边同乘各分母的最小公倍数)
  2. 去括号(用分配律展开)
  3. 移项(把含 xx 的移到左边,常数移到右边,变号)
  4. 合并同类项(两边各自合并)
  5. 系数化为 1(两边同除以 xx 的系数)

我们一步一步来,先看简单的,再看带分母的。

不含分母:2x + 3 = 11
2x+3=112x=113(移项:+3 变 -3 到右边)2x=8(合并)x=4(系数化为 1,两边除以 2)\begin{aligned} 2x + 3 &= 11 \\ 2x &= 11 - 3 \quad &&\text{(移项:+3 变 -3 到右边)}\\ 2x &= 8 \quad &&\text{(合并)}\\ x &= 4 \quad &&\text{(系数化为 1,两边除以 2)} \end{aligned}

答案:x=4x = 4

含括号:3(x - 2) = 2x + 1
3(x2)=2x+13x6=2x+1(去括号,3 乘进去)3x2x=1+6(移项:2x 左移变 -2x,-6 右移变 +6)x=7(合并同类项)\begin{aligned} 3(x - 2) &= 2x + 1 \\ 3x - 6 &= 2x + 1 \quad &&\text{(去括号,3 乘进去)}\\ 3x - 2x &= 1 + 6 \quad &&\text{(移项:2x 左移变 -2x,-6 右移变 +6)}\\ x &= 7 \quad &&\text{(合并同类项)} \end{aligned}

答案:x=7x = 7

含分母:\dfrac{x+1}{2} = \dfrac{x}{3} + 1

分母是 2233,最小公倍数是 66。两边同乘 66

6x+12=6(x3+1)3(x+1)=2x+6(去分母)3x+3=2x+6(去括号)3x2x=63(移项)x=3(合并)\begin{aligned} 6 \cdot \frac{x+1}{2} &= 6 \cdot \left(\frac{x}{3} + 1\right) \\ 3(x + 1) &= 2x + 6 \quad &&\text{(去分母)}\\ 3x + 3 &= 2x + 6 \quad &&\text{(去括号)}\\ 3x - 2x &= 6 - 3 \quad &&\text{(移项)}\\ x &= 3 \quad &&\text{(合并)} \end{aligned}

答案:x=3x = 3

千万别忘了:验算

解出 xx 之后,最稳妥的一步是代回原方程检验。因为移项、去分母都容易算错,验算能立刻抓出错误。

拿最后一个例子 x=3x = 3 来验算。原方程是 x+12=x3+1\dfrac{x+1}{2} = \dfrac{x}{3} + 1

左边代入 x=3x = 33+12=42=2\dfrac{3+1}{2} = \dfrac{4}{2} = 2。 右边代入 x=3x = 333+1=1+1=2\dfrac{3}{3} + 1 = 1 + 1 = 2

左右都是 22,相等!说明 x=3x = 3 真的是解。

验算口诀:把求出的 xx 代回原方程,左边算一遍、右边算一遍,两边相等才算对。

哪怕考试时时间紧,至少挑一道最没把握的题验算一下,性价比极高。

一个值得注意的细节

移项"变号"这件事,本质是上节课的等式性质 1,不是什么新规矩。比如 x+3=10x + 3 = 10 移项得 x=103x = 10 - 3,其实就是两边同时减 33。所以如果你哪天忘了"移项要变号",就回到性质 1 想:"两边同时减同一个数,等式不变"——你永远不会错。

另外,去分母时每一项都要乘最小公倍数,包括右边那个没分母的常数 11。很多人会漏掉它,写成 3(x+1)=2x+13(x+1) = 2x + 1(少了 ×6\times 6),结果整道题全错。记住:分母一去掉,方程里没有例外

回过头看

这节课我们把"解方程"变成了一套可以照做的流程:

去分母 → 去括号 → 移项 → 合并同类项 → 系数化为 1 → 验算

它背后站着的,始终是 等式的基本性质:对两边同时做相同的事,相等关系就不破。而你做的每一个动作——移项、合并、化 1——都是为了把 xx 一步步"解救"出来,最后孤立成 x=x = \text{几}

学会了这个,你就有了解决现实里"求未知数"问题的完整工具箱。下一套更大的工具,是 为什么需要函数?——那时我们要研究的,不是一个数,而是两个量之间千丝万缕的联系。

信息

本节课你应该能回答的问题

  1. 解一元一次方程的标准流程有哪五步?每一步分别为了解决什么?
  2. "移项要变号"背后的依据是什么?为什么 x+3=10x+3=10 移项后变成 x=103x=10-3
  3. 解完方程后为什么要验算?验算具体怎么做?
  4. x+12=x3+1\dfrac{x+1}{2}=\dfrac{x}{3}+1 时,去分母后右边的常数 11 变成了多少?为什么容易漏?