進入中學後,數系擴大到有理數,随着負數的引入,相反數和絕對值進入課本也就順理成章了。絕對值是中學數學的一個重要概念,也是七年級的學習難點之一。下面我們來談談絕對值的定義和化簡,以及相關例題的精解。
開場故事:一場激烈的辯論會小學數學和具體的數打交道,進入中學後開始接觸用字母代替數。這不僅增加了一層抽象程度,還讓一些同學感覺不适應。
初一(14)班的小李同學問小王:“-a是負數嗎?”
小王回答說:“是負數,因為a前面有個-号。”
旁邊的小張說:“不一定是負數,因為字母a可以是任何數,如果a是負數的話,那麼-a就是正數了,所以-a是負數或正數。”
另一旁的小楊插話了,他說:“如果a是零呢?”
大家“啊!”地一聲,小李激動了,大聲說:“-a到底是什麼數?怎麼回答?”大家議論紛紛。
班上的數學科代表小周站起來,他慢條斯理地說:“其實-a到底是什麼數,大家辯論得差不多了,隻是如何準确地表達的問題。”
如果用文字語言來回答,應該是:
當a為正數時,-a為負數;
當a為負數時,-a為正數;
當a為0時,-a為0。
如果用數學符号語言來表述,則是:
當a>0時,-a<0;
當a<0時,-a>0;
當a=0時,-a=0.
小周的總結非常正确。小周在這裡使用了“窮舉法”。所謂窮舉法,就是在讨論一個問題時,把所有可能的情況都一一列舉出來,一個不重,一個不漏,然後對各種情況逐一分析,去掉不合條件的,留下符合條件的,最後作出結論。這是一種重要的數學思想方法——分類讨論的思想方法。這種思想方法貫穿于初中、高中和大學的學習當中,希望同學們能引起足夠的重視。
絕對值的定義在一次數學測驗中,試卷裡有這樣一道填空題:若|a|=-a,則a____0.
小李同學填的是“<”号,即a<0.評卷的老師在這個答案的後面打了一個“✘”,并扣了分。卷子發下來,小李同學一看,認為是老師批改錯了,就去找數學陳老師,說:
圖一
圖二
這是絕對值的定義,寫得明明白白,a<0時,
|a|=-a,我怎麼會錯呢?
數學陳老師說:這兩個公式都沒錯,是絕對值的定義。絕對值記作|a|,這個公式,即|a|的表達式,符合一個不重,一個不漏的原則,但是用起來卻很容易出差錯。
由|a|=-a,應該得出a≤0,因為a=0也符合條件,如果隻得出a<0,就漏掉了一個a=0,當然是不對的。這個知識點,有一次全國初中數學競賽還考過。同理,由|a|=a,應該得出a≥0,而不是a>0.
但是,如果絕對值這樣定義:
圖三
又是不合理的!為什麼不合理?因為a=0重複了兩次!違反了“不重不漏”的原則。
總結:老師的批改沒有錯。我們應從小李同學的錯誤答案中吸取教訓,答題時應該認真、細緻、全面地考慮問題。
讓我們再重溫一下絕對值的定義。
圖一和圖二是三分支和兩分支表述的代數定義。
也請同學們理解:
若|a|=a,則a≥0,
若|a|=-a,則a≤0.
用文字語言定義:
正數的絕對值是它本身;負數的絕對值是它的相反數;0的絕對值是0。
絕對值的幾何定義:在數軸上表示一個數的點到原點的距離,叫做這個數的絕對值。
上面關于絕對值的定義蘊含着下面幾個重要的結論:
(1)任何有理數的絕對值都是非負數,即
|a|≥0;
(2)兩個絕對值相等的數,它們或者相等,或者互為相反數,即|a|=|b|,那麼a=b或a=-b;
(3)一個數的絕對值是它本身,這個數必定是非負數,即如果若|a|=a,那麼a≥0;
一個數的絕對值是它的相反數,這個數必定是非正數,即如果|a|=-a,那麼a≤0.
(4)絕對值為0的數,隻有0自身。即如果|a|=0,那麼a=0.
這些結論在解決與絕對值有關的問題時,非常有用。
絕對值化簡其實,上面說的絕對值的概念和定義,已經包含了絕對值化簡的方法。
在去掉絕對值符号時,我們需要判斷是否變号。舉個例子:
|a-b|=a-b,(a-b)≥0;
|a-b|=-(a-b)=b-a,(a-b)<0.
遇到絕對值符合裡面有字母的時候,一定要分類讨論,非負性是絕對值的重要性質,所以在去掉絕對值符号時,要保證每一個絕對值都不是負數。下面請看例題:
計算|1-a| |2a 1| |a|的值(其中a<-2)。
∵|1-a|=1-a>0;
|2a 1|=-(2a 1)>0;
|a|=-a>0.
∴原式=1-a-2a-1-a
=-4a.
把題目改一下,去掉a<-2的限制,你還會不會做呢?
題目雖然變複雜了,但是牢記絕對值的非負性,完全可以做對。解題思路是先分類讨論,再綜合在一起得到答案。
具體解法是先求出使絕對值等于0的a值,即找零點,幾個零點把數軸分為幾段再分類讨論。這就是零點分段法。最後再綜合起來寫出答案。
本題有3個零點,它們是-1/2,0,1。
∵當a<-1/2時,原式=1-a-(2a 1)-a
=1-a-2a-1-a=-4a
當-1/2≤a<0時,原式=1-a 2a 1-a
=2;
當0≤a<1時,原式=1-a 2a 1 a
=2a 2;
當a≥1時,原式=a-1 2a 1 a
=4a.
∴
運用題設中的隐含條件
例1 已知:|x-2| x-2=0,求:x 2的最大值。
因為|x-2| x-2=0,所以|x-2|=-(x-2),根據絕對值的概念,一個數的絕對值等于它的相反數時,這個數為負數或零,所以x-2≤0,即x≤2,這表示x的最大值為2,所以x 2的最大值為4。
利用數軸獲取信息
例2 有理數a,b、c在數軸上的位置如圖1所示,化簡|a| |b| |a b| |b-c|式子。
圖一
觀察數軸可知a<0,c>b>0,且|c|>|b|>|a|,則a b>0,b-c<0, 所以
原式=-a b a b-b c=b c
最後一道難題
遇到難題的慌張
例3 化簡||x-1|-2| |x 1|
這道題有點難,有的同學完全不會做。
有句話叫“難者不會,會者不難”。
明朝數學家程大位說過:“難者,難也。然似難而實非難也。……,其難題唯在乎立法,立法既明,則迎刃而破,又何難之有哉。”
找到解題方法,就不難了。
題目有三個絕對值,先确定零點值,再用零點分段法分類讨論。雙層絕對值就分步驟去絕對值符号。
題目有三個零點,即-1,1,3,這三個點把數軸分為四段,分段讨論。
解:
(1)當X<-1時,
原式=|1-x-2|-X-1
=|-X-1|-X-1
=-X-1-X-1
=-2X-2
(2)當1>X ≥-1時,
原式=|1-X-2| X 1
=|-X-1| X 1
=X 1 X 1
=2X 2
(3)當3>X≥1時,
原式=|X-1-2| X 1
=|X-3| X 1
=3-X X 1
=4
(4)當X≥3時,
原式=|X-1-2| X 1
=|X-3| X 1
=X-3 X 1
=2X-2
綜上所述,絕對值在初中數學中有着重要地位,貫穿于整個初中代數、幾何的各個角落。絕對值是重要的數學基礎知識,蘊含了豐富的數學思想和方法,如數形結合思想、化歸思想、分類讨論思想等,應當引起足夠的重視。
附錄:絕對值相關學習資料
下次我們談談絕對值的幾何意義,敬請期待。
科學尚未普及,媒體還需努力。感謝閱讀,再見。
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