华师大版九年级上册第22章 一元二次方程22.3 实践与探索一课一练
展开专题22.9 一元二次方程的应用综合-重难点题型
【华东师大版】
【题型1 与一元二次方程有关的三角形动点问题】
【例1】(2020秋•兴城市月考)如图,在△ABC内,AB=6cm,BC=7cm,∠ABC=30°,点P从A点出发,以1cm/s的速度向B点移动,点Q从B点出发,以2cm/s的速度向C点移动,当其中一个动点到达终点时,另一动点也随之停止运动,当如果P、Q两点同时出发,经过几秒后△PBQ的面积等于4cm2?
【解题思路】过点Q作QE⊥PB于E,由30°角所对的直角边等于斜边的一半可得出QE=12QB,设经过t秒后△PBQ得面积等于4cm2,则PB=6﹣t,QB=2t,QE=t,根据△PBQ的面积等于4cm2,即可得出关于t的一元二次方程,解之取其符合题意的值即可得出结论.
【解答过程】解:如图,过点Q作QE⊥PB于E,则∠QEB=90°.
∵∠ABC=30°,
∴QE=12QB.
设经过t秒后△PBQ得面积等于4cm2,则PB=6﹣t,QB=2t,QE=t,
根据题意得:12•(6﹣t)•t=4,
整理得:t2﹣6t+8=0,
解得:t1=2,t2=4.
当t=4时,2t=8,8>7,不合题意舍去,
∴t=2.
答:经过2秒后△PBQ的面积等于4cm2.
【变式1-1】(2020秋•茶陵县期末)如图1,在△ABC中,∠A=90°,AB=12cm,AC=8cm,现有动点P从点B出发,沿射线BA方向运动,动点Q从点C出发,沿射线CA方向运动,已知点P的速度是2cm/s,点Q的速度是1cm/s,它们同时出发,设运动时间是ts(t>0).
(1)当t=4时,求△APQ的面积.
(2)经过多少秒时,△APQ的面积是△ABC面积的一半.
【解题思路】(1)根据点P的速度是2cm/s,点Q的速度是1cm/s,AP=4cm,AQ=4cm,利用面积公式求解;
(2)设经过t秒△APQ的面积是△ABC面积的一半,则BP=2tcm,CQ=2tcm,
进而表示出AP=(12﹣2t)cm,AQ=(8﹣t)cm,利用面积公式表示出方程求解但是由于题目给的是射线,注意分类讨论.
【解答过程】解:(1)∵点P的速度是2cm/s,点Q的速度是1m/s,
当t=4时,BP=2t=8cm,CQ=t=4cm,
∴AP=4cm,AQ=4cm,
∴S△APQ=12×4×4=8(cm2).
(2)设经过t秒△APQ的面积是△ABC面积的一半.
根据题意得:12S△ABC=12×12×12×8=24cm2,
当0<t<6 时如图1:
S△APQ=12(12﹣2t)(8﹣t)=24,
整理得t2﹣14t+24=0,
解得t=12(舍去)或t=2.
当6<t<8 时如图2:
S△APQ=12(2t﹣12)(8﹣t)=24,
整理得t2﹣14t+72=0,
△<0,无解.
当t>8时如图3:
S△APQ=12(2t﹣12)(t﹣8)=24,
整理得t2﹣14t+24=0,
解得t=12或t=2(舍去).
综上所述:经过2秒或12秒△APQ的面积是△ABC面积的一半.
【变式1-2】(2021•广州模拟)如图所示,△ABC中,∠B=90°,AB=6cm,BC=8cm.
(1)点P从点A开始沿AB边向B以1cm/s的速度移动,点Q从B点开始沿BC边向点C以2cm/s的速度移动.如果P、Q分别从A,B同时出发,线段PQ能否将△ABC分成面积相等的两部分?若能,求出运动时间;若不能说明理由.
(2)若P点沿射线AB方向从A点出发以1cm/s的速度移动,点Q沿射线CB方向从C点出发以2cm/s的速度移动,P、Q同时出发,问几秒后,△PBQ的面积为1cm2?
【解题思路】(1)设经过x秒,线段PQ能否将△ABC分成面积相等的两部分,根据面积之间的等量关系和判别式即可求解;
(2)分三种情况:①点P在线段AB上,点Q在线段CB上(0<t≤4);②点P在线段AB上,点Q在线段CB上(4<t≤6);③点P在射线AB上,点Q在射线CB上(t>6);进行讨论即可求解.
【解答过程】解:(1)设经过x秒,线段PQ能将△ABC分成面积相等的两部分
由题意知:AP=x,BQ=2x,则BP=6﹣x,
∴12(6﹣x)•2x=12×12×6×8,
∴x2﹣6x+12=0,
∵b2﹣4ac<0,
此方程无解,
∴线段PQ不能将△ABC分成面积相等的两部分;
(2)设t秒后,△PBQ的面积为1
①当点P在线段AB上,点Q在线段CB上时
此时0<t≤4
由题意知:12(6﹣t)(8﹣2t)=1,
整理得:t2﹣10t+23=0,
解得:t1=5+2(不合题意,应舍去),t2=5−2,
②当点P在线段AB上,点Q在线段CB的延长线上时
此时4<t≤6,
由题意知:12(6﹣t)(2t﹣8)=1,
整理得:t2﹣10t+25=0,
解得:t1=t2=5,
③当点P在线段AB的延长线上,点Q在线段CB的延长线上时
此时t>6,
由题意知:12(t﹣6)(2t﹣8)=1,
整理得:t2﹣10t+23=0,
解得:t1=5+2,t2=5−2,(不合题意,应舍去),
综上所述,经过5−2秒、5秒或5+2秒后,△PBQ的面积为1.
【变式1-3】(2020秋•鹤城区期末)已知:如图所示,在△ABC中,∠B=90°,AB=5cm,BC=7cm,点P从点A开始沿AB边向点B以1cm/s的速度移动,点Q从点B开始沿BC边向点C以2cm/s的速度移动.当P、Q两点中有一点到达终点,则同时停止运动.
(1)如果P,Q分别从A,B同时出发,那么几秒后,△PBQ的面积等于4cm2?
(2)如果P,Q分别从A,B同时出发,那么几秒后,PQ的长度等于210cm?
(3)△PQB的面积能否等于7cm2?请说明理由.
【解题思路】(1)经过x秒钟,△PBQ的面积等于4cm2,根据点P从A点开始沿AB边向点B以1cm/s的速度移动,点Q从B点开始沿BC边向点C以2cm/s的速度移动,表示出BP和BQ的长可列方程求解;
(2)利用勾股定理列出方程求解即可;
(3)令S△PQB=7,根据三角形的面积公式列出方程,再根据b2﹣4ac得出原方程没有实数根,从而得出△PQB的面积不能等于7cm2.
【解答过程】解:(1)设经过x秒以后,△PBQ面积为4cm2(0<x≤3.5)此时AP=xcm,BP=(5﹣x)cm,BQ=2xcm,
由12BP⋅BQ=4,得12(5−x)×2x=4,
整理得:x2﹣5x+4=0,
解得:x=1或x=4(舍);
答:1秒后△PBQ的面积等于4cm2;
(2)设经过t秒后,PQ的长度等于210cm,由PQ2=BP2+BQ2,
即40=(5﹣t)2+(2t)2,
解得:t=﹣1(舍去)或3.
则3秒后,PQ的长度为210cm;
(3)假设经过t秒后,△PBQ的面积等于7cm2,即BP×BQ2=7,(5−t)×2t2=7,
整理得:t2﹣5t+7=0,
由于b2﹣4ac=25﹣28=﹣3<0,
则原方程没有实数根,所以△PQB的面积不能等于7cm2.
【题型2 与一元二次方程有关的四边形动点问题】
【例2】(2020秋•天宁区校级月考)如图,在矩形ABCD中,AB=12cm,BC=6cm,点P从点A出发沿AB以2cm/s的速度向点B运动;同时,点Q从点B出发沿BC以1cm/s的速度向点C运动,点P运动到点B时,点Q也停止运动;当△PQC的面积等于16cm2时,运动时间为 s.
【解题思路】设运动时间为xs(0≤x≤6),则PB=(12﹣2x)cm,CQ=(6﹣x)cm,利用三角形面积的计算公式结合△PQC的面积等于16cm2,即可得出关于x的一元二次方程,解之取其较小值即可得出结论.
【解答过程】解:设运动时间为xs(0≤x≤6),则PB=(12﹣2x)cm,CQ=(6﹣x)cm,
依题意,得:12(12﹣2x)(6﹣x)=16,
整理,得:x2﹣12x+20=0,
解得:x1=2,x2=10(不合题意,舍去).
故答案为:2.
【变式2-1】(2021秋•渭滨区校级期中)如图,在边长为6cm正方形ABCD中,点P从点A开始沿AB边向点B以1cm/s的速度移动,点Q从点B开始沿BC和CD边向D点以2cm/s的速度移动,如果点P、Q分别从A、B同时出发,其中一点到终点,另一点也随之停止.过了 秒钟后,△PBQ的面积等于8cm2.
【解题思路】设经过x秒,△PBQ的面积等于8cm2,分类讨论当0<x<3秒时,Q点在BC上运动,P在AB上运动,求出面积的表达式,求出一个值,当3<x<6秒时,Q点在CD上运动,P在AB上运动,根据条件列出一个一元一次方程,求出一个值.
【解答过程】解:设经过x秒,△PBQ的面积等于8cm2,
当0<x<3秒时,Q点在BC上运动,P在AB上运动,
PB=6﹣x,BQ=2x,
所以S△PBQ=12PB•BQ=12×2x×(6﹣x)=8,
解得x=2或4,
又知x<3,
故x=2符合题意,
当3<x<6秒时,Q点在CD上运动,P在AB上运动,
S△PBQ=12(6﹣x)×6=8,
解得x=103.
故答案为:2或103.
【变式2-2】(2020秋•江岸区校级月考)如图所示,A、B、C、D是矩形的四个顶点,AB=16cm,AD=6cm,动点P,Q分别从点A,C同时出发,点P以3cm/s的速度向点B移动,一直到达点B为止,点Q以2cm/s的速度向点D移动
(1)P,Q两点从出发开始到几秒时,四边形PBCQ的面积为33cm2?
(2)P,Q两点从出发开始到几秒时,点P和点Q的距离第一次是10cm?
【解题思路】当运动时间为t秒时,PB=(16﹣3t)cm,CQ=2tcm.
(1)利用梯形的面积公式结合四边形PBCQ的面积为33cm2,即可得出关于t的一元一次方程,解之即可得出结论;
(2)过点Q作QM⊥AB于点M,则PM=|16﹣5t|cm,QM=6cm,利用勾股定理结合PQ=10cm,即可得出关于t的一元二次方程,解之取其较小值即可得出结论.
【解答过程】解:当运动时间为t秒时,PB=(16﹣3t)cm,CQ=2tcm.
(1)依题意,得:12×(16﹣3t+2t)×6=33,
解得:t=5.
答:P,Q两点从出发开始到5秒时,四边形PBCQ的面积为33cm2.
(2)过点Q作QM⊥AB于点M,如图所示.
∵PM=PB﹣CQ=|16﹣5t|cm,QM=6cm,
∴PQ2=PM2+QM2,即102=(16﹣5t)2+62,
解得:t1=85,t2=245(不合题意,舍去).
答:P,Q两点从出发开始到85秒时,点P和点Q的距离第一次是10cm.
【变式2-3】如图,菱形ABCD中,AC,BD交于点O,AC=8cm BD=6cm,动点M从A点出发沿AC方向以2cm/s匀速直线运动到C点,动点N从B点出发沿BD方向以1cm/s匀速直线运动到D点,若M,N同时出发,设运动时间为t秒:
(1)当t=1秒时,M,N两点之间的距离是多少?
(2)当2<t<3时,用含t的代数式表示OM的长;
设W=MN2,求W关于t的函数关系式;
(3)当t为何值时,△MON的面积为14cm2.
【解题思路】(1)利用菱形的性质得出OM、ON,利用勾股定理得出MN即可;
(2)当2<t<3时,OM=2t﹣4,ON=3﹣t,利用勾股定理求得MN的平方即可;
(3)根据点M、N运动过程中与O点的位置关系,分当t<2时,点M在线段AO上,点N在线段BO上、当2<t<3时,点M在线段OC上,点N在线段BO上和当t>3时,点M在线段OC上,点N在线段OD上三种情况分别讨论,利用三角形的面积建立方程求得答案即可.
【解答过程】解:(1)∵菱形ABCD中,AC=8cm BD=6cm,
∴OA=4,OB=3,
∵当t=1秒时,OM=4﹣2=2,ON=3﹣1=2,
∴MN=22+22=22;
(2)当2<t<3时,OM=2t﹣4,ON=3﹣t,
W=MN2=OM2+ON2=(2t﹣4)2+(3﹣t)2=5t2﹣22t+25;
(3)①当t<2时,点M在线段AO上,点N在线段BO上.
12(4﹣2t)(3﹣t)=14;
解得t1=5+22,t2=5−22,
∵t<2,
∴t=5−22;
②当2<t<3时,点M在线段OC上,点N在线段BO上,
12(2t﹣4)(3﹣t)=14;
解得t1=t2=52;
③当t>3时,点M在线段OC上,点N在线段OD上,
12(2t﹣4)(t﹣3)=14;
解得t1=5+22,t2=5−22,
∵t>3,
∴t=5+22.
综上所述,出发后5−22s或52s或5+22s时,△MON的面积为14cm2.
【题型3 一元二次方程与一次函数的综合】
【例3】(2020春•平潭县校级月考)北京国家体育场“鸟巢”的模型深受游客喜爱. 图中折线(AB∥CD∥x轴)反映了某种规格“鸟巢”模型的单价y(元)与购买数量x(个)之间的函数关系.
(1)求当10≤x≤20时,y与x的函数关系式;
(2)已知某旅游团购买该种规格的“鸟巢”模型的总金额为2625元,问该旅游团共购买这种模型多少个?(总金额=数量×单价)
【解题思路】(1)设出一次函数解析式,把B、C两点的坐标代入可得所求函数关系式;
(2)所用金额既不是200的倍数,也不是150的倍数,可得模型的单价在150和200之间,根据总价等于2625得到一元二次方程,求解即可.
【解答过程】解:(1)当10≤x≤20时,设y=kx+b(k≠0)(11分)
依题意,得10k+b=20020k+b=150,
解得k=−5b=250,
∴当10≤x≤20时,y=﹣5x+250;
(2)∵10×200<2625<20×150
∴10<x<20,
依题意,得xy=x(﹣5x+250)=2625,
即x2﹣50x+525=0,
解得x1=15,x2=35(舍去)
∴只取x=15.
答:该旅游团共购买这种模型15个.
【变式3-1】(2021春•天心区期末)为积极响应新旧功能转换,提高公司经济效益,某科技公司近期研发出一种新型高科技设备,每台设备成本价为30万元,经过市场调研发现,每台售价为35万元时,年销售量为550台;每台售价为40万元时,年销售量为500台.假定该设备的年销售量y(单位:台)和销售单价x(单位:万元)成一次函数关系.
(1)求年销售量y与销售单价x的函数关系式;
(2)根据相关规定,此设备的销售单价不得高于60万元,如果该公司想获得8000万元的年利润,则该设备的销售单价应是多少万元?
【解题思路】(1)根据点的坐标,利用待定系数法即可求出年销售量y与销售单价x的函数关系式;
(2)设此设备的销售单价为x万元/台,则每台设备的利润为(x﹣30)万元,销售数量为(﹣10x+900)台,根据总利润=单台利润×销售数量,即可得出关于x的一元二次方程,解之取其小于60的值即可得出结论.
【解答过程】解:(1)设年销售量y与销售单价x的函数关系式为y=kx+b(k≠0),
将(35,550)、(40,500)代入y=kx+b,得
35k+b=55040k+b=500.
解得:k=−10b=900,
∴年销售量y与销售单价x的函数关系式为y=﹣10x+900;
(2)设此设备的销售单价为x万元/台,
则每台设备的利润为(x﹣30)万元,销售数量为(﹣10x+900)台,
根据题意得:(x﹣30)(﹣10x+900)=8000.
整理,得:x2﹣120x+3500=0,
解得:x1=50,x2=70.
∵此设备的销售单价不得高于60万元,
∴x=50.
答:该设备的销售单价应是50万元/台.
【变式3-2】(2020春•西湖区校级月考)某商店代销一种智能学习机,促销广告显示“如果购买不超过40台学习机,则每台售价800元,如果超出40台,则每超过1台,每台售价将均减少5元”该学习机的进货价与进货数量关系如图所示:
(1)当x>40时,用含x的代数式表示每台学习机的售价;
(2)当该商店一次性购进并销售学习机60台,每台学习机可以获利多少元;
(3)若该商店在一次销售中获利4800元,则该商店可能购进并销售学习机多少台.
【解题思路】(1)根据如果超出40台,则每超过1台,每台售价将均减少5元,可列式;
(2)先根据待定系数法计算直线的解析式,再计算x=60时的进价和售价,可得利润;
(3)分当x>40和当x≤40时,分别计算每台的售价,列方程解出即可.
【解答过程】解:(1)由题意得:当x>40时,每台学习机的售价为(单位:元):
800﹣5(x﹣40)=﹣5x+1000;
(2)设图中直线解析式为:y=kx+b,
把(0,700)和(50,600)代入得:50k+b=600b=700,
解得:k=−2b=700,
直线解析式为:y=﹣2x+700,
当x=60时,进价为:y=﹣2×60+700=580,售价为:800﹣5×(60﹣40)=700,
则每台学习机可以获利:700﹣580=120(元);
(3)当x>40时,每台学习机的利润是:(﹣5x+1000)﹣(﹣2x+700)=﹣3x+300,
则x(﹣3x+300)=4800,
解得:x1=80,x2=20(舍),
当x≤40时,每台学习机的利润是:800﹣(﹣2x+700)=2x+100,
则x(2x+100)=4800,
解得:x1=30,x2=﹣80(舍),
答:则该商店可能购进并销售学习机80台或30台.
【变式3-3】(2020秋•麻城市校级月考)某商店以20元/千克的单价新进一批商品,经调查发现,在一段时间内,销售量y(千克)与销售单价x(元/千克)之间的函数关系如图所示.
①求y与x之间的函数关系式;
②若某段时间内该商品的销售单价为70元,则销售利润为多少元?(利润=(销售单价﹣进价)×销售量)
③要使销售利润达到800元,则销售单价应定为每千克多少元?
④在一段时间内,销售利润能达到1000元吗?若能,求出此时的销售单价;若不能,说明理由.
【解题思路】①当20≤x≤80时,利用待定系数法即可得到y与x的函数表达式;
②把x=70代入函数式求得销量,然后由利润=(销售单价﹣进价)×销售量求得答案;
③根据销售利润达到800元,可得方程,解方程即可得到销售单价;
④根据销售利润达到1000元,可得方程,解方程即可得到销售单价.
【解答过程】解:①当0<x<20时,y=60;
当20≤x≤80时,设y与x的函数表达式为y=kx+b,
把(20,60),(80,0)代入,可得
60=20k+b0=80k+b,
解得k=−1b=80,
∴y=﹣x+80,
∴y与x的函数表达式为y=60(0≤x≤20)−x+80(20<x≤80);
②把x=70代入y=﹣x+80,得到:y=﹣70+80=10,
故w=(70﹣20)×10=500(元);
③若销售利润达到800元,
若20≤x≤80,则(x﹣20)(﹣x+80)=800,
解得x1=40,x2=60,
若0<x<20,则(x﹣20)×60=800,
解得x=1003(不合题意),
∴要使销售利润达到800元,销售单价应定为每千克40元或60元.
④根据题意,得(x﹣20)(﹣x+80)=1000,
整理,得x2﹣100x+2600=0.
因为△=1002﹣4×2600=﹣400<0,
所以方程无实数根,
所以不能达到1000元.
【题型4 与一元二次方程有关的阅读探究问题】
【例4】(2020秋•洛宁县月考)阅读以下材料,并按要求完成相应的任务.
给定一个矩形,如果存在另一个矩形,它的周长和面积分别是已知矩形的周长和面积的一半,那么称这个矩形是给定矩形的“减半”矩形.
如图,矩形A1B1C1D1是矩形ABCD的“减半”矩形.
任务:
当矩形的长为8,宽为1时,它是否存在“减半”矩形?如果存在,请求出“减半”矩形的长和宽;如果不存在,请说明理由.
【解题思路】假设存在,设“减半”矩形的长为x,则宽为(92−x),根据矩形的面积公式,即可得出关于x的一元二次方程,解之取其较大值即可得出结论.
【解答过程】解:假设存在,设“减半”矩形的长为x,则宽为(92−x),
依题意,得:x(92−x)=12×8×1,
整理,得:x2−92x+4=0,
解得:x1=9+174,x2=9−174.
当x=9+174时,92−x=9−174,符合题意;
当x=9−174时,92−x=9+174>9−174,不合题意,舍去.
∴长为8,宽为1的矩形存在“减半”矩形,且“减半”矩形的长为9+174,宽为9−174.
【变式4-1】(2020秋•乐清市期末)阅读探究:“任意给定一个矩形A,是否存在另一个矩形B,它的周长和面积分别是已知矩形周长和面积的一半?”(完成下列空格)
(1)当已知矩形A的边长分别为6和1时,小亮同学是这样研究的:
设所求矩形的两边分别是x和y,由题意得方程组 x+y=72xy=3,消去y化简得:2x2﹣7x+6=0,
∵b2﹣4ac=49﹣48>0,∴x1= ,x2= ,
∴满足要求的矩形B存在.
(2)如果已知矩形A的边长分别为2和1,请你仿照小亮的方法研究是否存在满足要求的矩形B.
(3)如果矩形A的边长为m和n,请你研究满足什么条件时,矩形B存在?
【解题思路】(1)利用求根公式即可求出方程的两根;
(2)仿照(1)找准关于x的一元二次方程,由根的判别式△=﹣7<0,可得出方程无解,即不存在满足要求的矩形B;
(3)仿照(1)找准关于x的一元二次方程,由根的判别式△≥0,可找出m、n之间的关系.
【解答过程】解:(1)利用求根公式可知:x1=7−12×2=32,x2=7+12×2=2.
故答案为:32;2.
(2)设所求矩形的两边分别是x和y,
根据题意得:x+y=32xy=1,
消去y化简得:2x2﹣3x+2=0.
∵b2﹣4ac=(﹣3)2﹣4×2×2=﹣7<0,
∴该方程无解,
∴不存在满足要求的矩形B.
(3)设所求矩形的两边分别是x和y,
根据题意得:x+y=m+n2xy=mn2,
消去y化简得:2x2﹣(m+n)x+mn=0.
∵矩形B存在,
∴b2﹣4ac=[﹣(m+n)]2﹣4×2mn≥0,
∴(m﹣n)2≥4mn.
故当m、n满足(m﹣n)2≥4mn时,矩形B存在.
【变式4-2】(2020•任城区三模)阅读下面材料:
一般地,如果一个数列从第2项起,每一项与它的前一项的差等于同一个常数,那么这个数列就叫等差数列,这个常数叫做等差数列的公差,它通常用字母d表示,我们可以用公式S=na+n(n−1)2×d来计算等差数列的和.(公式中的n表示数的个数,a表示第一个数的值,)
例如:3+5+7+9+11+13+15+17+19+21=10×3+10(10−1)2×2=120.
用上面的知识解决下列问题.
(1)计算:
2+8+14+20+26+32+38+44+50+56+62+68+74+80+86+92+98+104+110+116.
(2)某县决定对坡荒地进行退耕还林.从2009年起在坡荒地上植树造林,以后每年植树后坡荒地的实际面积按一定规律减少,如表为2009、2010、2011、2012四年的坡荒地面积的统计数据.问到哪一年,可以将全县所有坡荒地全部种上树木.
2009年
2010年
2011年
2012年
植树后坡荒地的实际面积(公顷)
25200
24000
22400
20400
【解题思路】(1)利用材料中的公式解答;
(2)设在2009年的基础上,再过x年可以将全县所有的坡荒地全部种上树木.从表格中可以看到2010年坡荒地是面积减少了1200公顷,则依次减少的公顷数是1600,2000+…+400(x﹣1),根据2009年植树后坡荒地是实际面积是25200公顷列方程求解.
【解答过程】解:(1)2+8+14+20+26+32+38+44+50+56+62+68+74+80+86+92+98+104+110+116=20×2+20×192×6=1180.
(2)解:设再过x年可以将全县所有的坡荒地全部种上树木.根据题意,得
1200x+x(x−1)2×400=25200,
(x﹣9)(x+14)=0,
x=9或x=﹣14(负值舍去).
答:到2017年,可以将全县所有的坡荒地全部种上树木.
【变式4-3】(2020秋•顺昌县校级月考)实验与探究:三角点阵前n行的点数计算.
如图是一个三角点阵,从上向下数有无数多行,其中第一行有1个点,第二行有2个点…第n行有n个点…容易发现,10是三角点阵中前4行的点数的和,你能发现300是前多少行的点数的和吗?
如果要用试验的方法,由上而下地逐行的相加其点数,虽然你能发现1+2+3+4+…+23+24=300.得知300是前24行的点数的和,但是这样寻找答案需我们先探求三角点阵中前n行的点数的和与n的数量关系前n行的点数的和是1+2+3+…+(n﹣2)+(n﹣1)+n,可以发现.
2×[1+2+3+…+(n﹣2)+(n﹣1)+n]=[1+2+3+…+(n﹣2)+(n﹣1)+n]+[n+(n﹣1)+(n﹣2)+…3+2+1]
把两个中括号中的第一项相加,第二项相加…第n项相加,上式等号的后边变形为这n个小括号都等于n+1,整个式子等于n(n+1),于是得到1+2+3+…+(n﹣2)+(n﹣1)+n=n(n+1)这就是说,三角点阵中前n项的点数的和是 n(n+1).
下列用一元二次方程解决上述问题
设三角点阵中前n行的点数的和为300,则有12n(n+1)=300整理这个方程,得:n2+n﹣600=0解方程得:n1=24,n2=﹣25,根据问题中未知数的意义确定n=24,即三角点阵中前24行的点数的和是300.请你根据上述材料回答下列问题:
(1)三角点阵中前n行的点数的和能是600吗?如果能,求出n;如果不能,试用一元二次方程说明道理.(2)如果把图中的三角点阵中各行的点数依次换成2、4、6、…、2n、…,你能探究出前n行的点数的和满足什么规律吗?这个三角点阵中前n行的点数的和能是600吗?如果能,求出n;如果不能,试用一元二次方程说明道理.
【解题思路】(1)假设能,设三角点阵中前n行的点数的和为600,根据探索可得出关于n的一元二次方程,解方程求出n的值,再根据方程的解均不为整数,即可得知假设不成立,从而得出结论;
(2)由探索可知:2×[1+2+3+…+(n﹣2)+(n﹣1)+n]=n(n+1),假设能,设三角点阵中前n行的点数的和为600,根据探索可得出关于n的一元二次方程,解方程求出n的值,根据未知数的意义确定n的值,此题得解.
【解答过程】解:(1)假设能,设三角点阵中前n行的点数的和为600,
则有12n(n+1)=600,整理得:n2+n﹣1200=0,
解得:n1=−1−48012,n2=−1+48012,
∵n1,n2均不为整数,
∴假设不成立,即三角点阵中前n行的点数的和不能是600.
(2)由探索可知:2×[1+2+3+…+(n﹣2)+(n﹣1)+n]=n(n+1),
假设能,设三角点阵中前n行的点数的和为600,
则有n(n+1)=600,整理得:n2+n﹣600=0,
解得:n1=24,n2=﹣25,
根据问题中未知数的意义确定n=24,即三角点阵中前24行的点数的和是600.
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