例题 01 交叉相乘后仍需验根 知识清单例题·合组
题目
解下列分式方程。
(1)。
(2)(2024 湖北武汉)。
答案与解析
解析
(1)原限制 。两边乘 ,得 ,解得 。此时公分母为 ,原式两边均为 。
(2)原限制 。两边乘 ,得
展开为 ,解得 。它不等于两个禁值;原式两边均为 。交叉相乘没有取消原限制。
本题结论
(1);(2)。
约 5346 字大约 18 分钟
去分母可以把分式方程变成整式方程,但不能把原分母的限制一起去掉。解题时始终保留两份信息:变形后的等式,以及原方程允许的取值。
分母中含有该方程未知数的方程,叫分式方程。判断时看原方程,不看最后化成几次方程。
| 情形 | 判断依据 |
|---|---|
| 关于 x 的方程,分母含 x | 要先写出原分母不为零的条件 |
| 分母只是固定非零数 | 不因出现分数就叫分式方程 |
| 分母含字母,但该字母是已知参数 | 先辨清它不是待求未知数;参数本身还须使分母有意义 |
每一个原分母都不为零,这些条件共同给出原允许取值范围。即使某个因子后来约掉了,对应禁值仍要保留。
设原分母的最简公分母为 D(x)。在 D(x)=0 的范围内,两边乘 D(x) 后还可以除回去,等式变形可逆。
如果解整式方程时暂不限制 D(x),就可能得到使 D(x)=0 的候选。这个值不能代入原方程,必须剔除。
| 名称 | 必须满足什么 |
|---|---|
| 原方程的解 | 原分母均不为零,并使原等式成立 |
| 去分母后的候选根 | 满足所得整式方程,尚未完成原范围检验 |
| 增根 | 既是所得整式方程的根,又使原公分母为零 |
| 禁值 | 使某个原分母为零;不一定满足所得整式方程 |
禁值不一定是增根;有增根也不一定表示原方程无解。 如果整式方程还有其他合法根,原方程仍然有解。
原分式方程的解,是整式方程的解中仍在原允许范围的部分。若去分母得到 Ax=B,其中 A,B 含参数,应先分类,不能直接除以 A。
| 条件 | 整式方程的情况 | 还要检查什么 |
|---|---|---|
| A=0 | 唯一候选 x=B/A | 若落在禁值,原方程无解 |
| A=0, B=0 | 矛盾式,自身无解 | 原方程也无解,不必有增根 |
| A=0, B=0 | 恒等式,不再限制 x | 保留原分母限制,不能直接答全体实数或无解 |
如果去分母得到的是二次方程,要逐个筛选候选,不能看到其中一个增根就停止。
分式常来自“总量除以每份量”或“总量除以份数”。设元时把名称和单位写完整,才能读懂分母代表什么。
| 问题 | 基本关系 | 常见的分式表达 |
|---|---|---|
| 行程 | 路程=速度×时间 | 时间=路程÷速度 |
| 工程 | 工作量=效率×时间 | 工期=工作量÷效率 |
| 销售 | 销售额=单价×销量 | 单价=销售额÷销量 |
| 同数量物品 | 总耗量=单个耗量×数量 | 数量=总耗量÷单个耗量 |
效率提高 r,新效率为原效率的 1+r 倍;同量任务的时间是原来的 1+r1,并不是直接减少 r。已知变化后的量,反求原量要除以相应倍数;下降率模型还须保证 1−r>0。
利润=售价−进价,利润率以进价为基数;售价=进价×(1+利润率)。打折售价则以标价为基数。这些关系不因列成分式方程而改变。
题目
解下列分式方程。
(1)x3=x−12。
(2)(2024 湖北武汉)x−3x=x−1x+1。
解析
(1)原限制 x=0,1。两边乘 x(x−1),得 3(x−1)=2x,解得 x=3。此时公分母为 6=0,原式两边均为 1。
(2)原限制 x=3,1。两边乘 (x−3)(x−1),得
x(x−1)=(x+1)(x−3).
展开为 x2−x=x2−2x−3,解得 x=−3。它不等于两个禁值;原式两边均为 21。交叉相乘没有取消原限制。
本题结论
(1)x=3;(2)x=−3。
题目
解下列分式方程。
(1)2x−12x+1−2x5=3。
(2)x−1x+1−x2−14=1。
解析
(1)1−2x=−(2x−1),原限制 x=21。乘 2x−1,得
2x−5=3(2x−1).
展开得 2x−5=6x−3,所以 x=−21。原分母均不为零,左边为 21+25=3,通过检验。注意常数 3 也乘了公分母。
(2)x2−1=(x−1)(x+1),故 x=±1。两边乘 (x−1)(x+1),得
(x+1)2−4=(x−1)(x+1).
展开、合并得 2x=2,候选为 x=1。它使原公分母为零,是增根;整式只有这一根,所以原方程无解。x=−1 虽也是禁值,却不满足所得整式,不能也叫增根。
本题结论
(1)x=−21;(2)原方程无解。
先把候选根表示为参数的式子,再分别检查正负、整数性和原禁值。三个条件不能互相替代;“非负”包含零,“正”不包含零。
题目
已知关于 x 的方程 x−3x−2=x−3m 的解为正数,求 m 的取值范围。
解析
原限制 x=3。两边乘 x−3,得 x−2(x−3)=m,即 x=6−m。
| 要求 | 参数条件 |
|---|---|
| 根为正 | 6−m>0,即 m<6 |
| 原分母非零 | 6−m=3,即 m=3 |
两条同时成立才合格。m=6 对应零根,不是正根;m=3 对应增根,不能因它小于6就保留。
本题结论
m<6 且 m=3。
用“路程÷各自速度”表达时间,按题意决定谁减谁。先出发而同时到达,意味着先出发者用时较长;半小时要与速度的“每小时”统一。
题目
(1)学生去 9 千米外游玩,一部分骑自行车先走,半小时后其他学生乘公共汽车出发,两批同时到达。公共汽车速度是自行车速度的 3 倍。求两种速度。
(2)(2024 云南)游客从 A 地到 B 地,路程为 300 千米,乘 C 型车比乘 D 型车少用 2 小时,C 型车平均速度是 D 型车的 3 倍。按题设数据,求 D 型车的平均速度。
解析
(1)设自行车速度为 x 千米/时,x>0,公共汽车速度为 3x。
| 交通方式 | 路程/千米 | 速度/(千米/时) | 时间/小时 |
|---|---|---|---|
| 自行车 | 9 | x | 9/x |
| 公共汽车 | 9 | 3x | 9/(3x) |
骑车用时比乘车多半小时,所以 x9−3x9=21,化为 x6=21,得 x=12。汽车速度为 36 千米/时;两段用时分别为 43 与 41 小时,差为半小时,原分母均非零。
(2)设 D 型车平均速度为 v 千米/时,v>0。按题设有 v300−3v300=2,即 200/v=2,得 v=100。相应用时分别为 3 小时和 1 小时,差为 2 小时。这里仅按给定的平均速度关系求值。
本题结论
(1)自行车 12 千米/时,公共汽车 36 千米/时;(2)D 型车 100 千米/时。
同一工作量,效率越高,用时越短。把“效率为几倍”写进分母,再按较长时间减较短时间列式,不能把效率倍数直接当时间倍数。
题目
(1)甲公司安装效率是乙公司的 1.5 倍。乙公司安装 36 间教室比甲公司安装同样数量多用 3 天。设乙公司每天安装 x 间,请列出方程。
(2)甲工程队每天修路长度是乙队的 2 倍,两队各自修建 500 米,甲比乙少用 5 天。求两队每天各修路多少米。
解析
(1)乙用时为 36/x 天,甲为 36/(1.5x) 天,且 x>0。所列方程为
x36−1.5x36=3.
补作可行性核验:12/x=3 给出 x=4,甲每天6间;用时分别9天、6天,相差3天。这一步是对列式结果的验证,不是把“列方程”偷换成只报数值。
(2)设乙每天修 u 米,甲每天修 2u 米,u>0。由 u500−2u500=5,得 250/u=5,所以 u=50。甲每天100米,乙每天50米;完成各500米分别需要5天、10天,差为5天。
本题结论
(1)x36−1.5x36=3,x>0;(2)甲每天100米,乙每天50米。
先看单位:销售额除以销量是单价,总耗电量除以每盏耗电量是灯数。两个分式相等或相差多少,要由题中的数量关系决定,不能只看分子大小。
题目
某村企今年黑木耳每千克售价比去年增加 40 元,预计今年销量是去年的 3 倍、销售额为 360 万元,去年销售额为 80 万元。求去年年销量是多少万千克。
解析
设去年销量为 x 万千克,今年为 3x 万千克,x>0。
| 时期 | 销售额/万元 | 销量/万千克 | 单价/(元/千克) |
|---|---|---|---|
| 去年 | 80 | x | 80/x |
| 今年预计 | 360 | 3x | 360/(3x) |
万元除以万千克,得到元/千克,不需要再乘一万。由今年单价高40元,得
x80+40=3x360.
两边乘 x,得 80+40x=120,解得 x=1。去年单价80元/千克,今年120元/千克;预计销量3万千克,对应销售额360万元,原条件均满足。
本题结论
去年年销量为 1 万千克。
题目
(2024 山东威海)某公司安装一批 A 型节能灯,一年用电 16000 千瓦时;后来购进相同数量的 B 型节能灯,一年用电 9600 千瓦时。一盏 A 型灯年用电量比一盏 B 型灯的 2 倍少 32 千瓦时。求一盏 A 型灯每年的用电量。
解析
设一盏 B 型灯年用电量为 x 千瓦时,则 A 型为 2x−32 千瓦时。两者都为正,故 x>16。
A、B 两批灯的数量分别为 16000/(2x−32) 与 9600/x。因数量相同,
x9600=2x−3216000.
乘非零的 x(2x−32),得 9600(2x−32)=16000x,即 3200x=307200,解得 x=96。
这只是 B 型灯的耗电量。A 型为 2×96−32=160 千瓦时。两批灯数各为 9600/96=100 盏与 16000/160=100 盏,既相同又为正整数。
本题结论
一盏 A 型节能灯每年用电 160 千瓦时。
分母为零只给出禁值。题说“有增根”,还要把禁值代入去分母后的整式方程确定参数;不能代入没有定义的原分式。
题目
若关于 x 的分式方程 2+x−21−kx=2−x1 有增根,求 k。
解析
原禁值只有 x=2。注意 1/(2−x)=−1/(x−2),乘 x−2 得
2(x−2)+1−kx=−1,
即 (2−k)x=2。有增根时,x=2 必须满足这个整式方程,所以 2(2−k)=2,解得 k=1。
反查 k=1 时所得整式为 x=2,它确是整式根且使原分母为零。若只写“分母有 x−2,所以任何 k 都有增根”,就没有检查第二个条件。
本题结论
k=1。
看到含参数的 Ax=B,先检查 A=0,再讨论 A=0。未经分类直接除以 A,会把一整个参数分支丢掉。
题目
若关于 x 的方程 x−11+x−2m=(x−1)(x−2)2m+2 无解,求 m。
解析
原限制 x=1,2。乘 (x−1)(x−2),得 x−2+m(x−1)=2m+2,整理为
(m+1)x=3m+4.
| 分支 | 判断 | 对应参数 |
|---|---|---|
| m+1=0 | 所得方程为 0x=1,自身矛盾 | m=−1 |
| m+1=0,唯一候选为1 | m+1=3m+4 | m=−23 |
| m+1=0,唯一候选为2 | 2(m+1)=3m+4 | m=−2 |
后两值确使所得整式的系数 m+1 非零,且唯一整式根分别为原禁值1、2。第一种却没有整式根,不能把它也解释成“有增根”。除这三种情况外,唯一候选不落禁值,原方程有解。
本题结论
m=−1,或 m=−23,或 m=−2。
含整数条件时,先求范围,再查整除关系。下面的题还用到不等式组:各个不等式要同时成立,取公共范围;严格端点不计入整数个数。它是本页的综合例题,不用把不同未知量 x,y 当成同一个数。
题目
(2024 重庆 A)关于 x 的不等式组
⎩⎨⎧34x−1<x+1,2(x+1)≥−x+a
至少有 2 个整数解,且关于 y 的分式方程 y−1a−1=2−1−y3 的解为非负整数。求所有满足条件的整数 a 的值之和。
解析
先分别处理两个未知量。
不等式组: 第一式乘正数3,得 4x−1<3x+3,所以 x<4;第二式得 3x≥a−2,所以 x≥3a−2。
公共范围为 3a−2≤x<4。最大整数是3,第二大是2;要至少有两个整数解,下界必须不超过2,即 a≤8。
分式方程: 原限制 y=1,且 −1−y3=y−13。两边乘 y−1,得 a−1=2(y−1)+3,所以 y=2a−2。
| 条件 | 对 a 的限制 |
|---|---|
| y≥0 | a≥2 |
| y 为整数 | a−2 为偶数 |
| y=1 | a=4 |
| 不等式组至少两整数解 | a≤8 |
合并得到 a=2,6,8,对应 y=0,2,3。零是非负整数,所以不能排除 a=2;a=3,5,7 虽在区间内,却给半整数。三个参数对应不等式组分别至少含2、3两个整数,均符合条件。
本题结论
所有符合条件的整数为 2、6、8,其和为 16。
解完先回看设元句,再回看题目最后一句。若设原计划效率而问实际效率,还需按提高后的倍数换算;“验分母”不能代替这一回算。
题目
某公司接到生产 300 万部智能手机的订单,增开生产线后,每月实际生产效率比原计划提高 50%,提前 5 个月完成交货。求每月实际生产多少万部。
解析
设原计划每月生产 x 万部,实际为 1.5x 万部,x>0。工作总量相同,原计划用时减实际用时等于5个月:
x300−1.5x300=5.
即 100/x=5,解得 x=20。原分母均非零,但题问的是实际每月产量,还需计算 1.5×20=30 万部。
核验原计划用时15个月,实际10个月,差5个月;不是效率提高50%,工期也直接缩短50%。
本题结论
每月实际生产 30 万部。