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在数学学习中,待定系数法是常见的数学方法,也是重要的数学方法.一般来说,用待定系数法解数学问题时,它的结论是未知的,但结论的结构是可以判断出的某种确定的形式.在这种确定的形式中,只要求出其中一些关键的系数,问题的结论就求出来了.这些关键的系数叫作待定系数,这种解题方法叫作待定系数法.待定系数法解数学题的步骤:①确定所求问题含待定系数的解析式;②根据恒等条件,列出一组含待定系数的方程;③解方程或消去待定系数,从而使问题得到解决.
例1求(x2 x 3)5展开式中含x项的系数.
解:设(x2 x 3)5=a10x10 a9x9 … a1x a0(a1等是待定的系数),对式子两边求导数得5(2x 1)(x2 x 3)4=10a10x9 9a9x8 … a1,令x=0,則a1=5×34=405.
例2已知数列{an}的前2项分别为23、79,以后的各项由公式an 2=23an 1 13an给出,求数列{an}的通项公式.
解:由an 2=23an 1 13an可设an 2 λan 1=μ(an 1 λan)(λ、μ是待定系数),从而有an 2=(μ-λ)an 1 λμan与an 2=23an 1 13an相比较得μ-λ=23λμ=13,解得λ=13μ=1或λ=-1μ=-13,从而an 2 13an 1=an 1 13an,且an 2-an 1=-13(an 1-an).又a1=23,a2=79,于是an 1 13an=1且an 1-an=19·-13n-1.两式消去an 1得数列(an)的通项公式an=34 14×-13n.
例3已知圆过点A(1,4),且与过点B(6,8)的直线相切于点C(3,5),求圆的方程.
解:由两点式得过B,C的直线方程是x-y 2=0.设所求圆的方程为(x-3)2 (y-5)2 λ(x-y 2)=0(λ是待定系数),将点(1,4)代入此方程,解得λ=5.再代入(x-3)2 (y-5)2 λ(x-y 2)=0,求得圆方程为x2 y2-x-15y 44=0.
例4已知x,y,z都是正数,求xy 2yzx2 y2 z2的最大值.
解:由已知有:xy≤λx2 14λy2,2yz≤μy2 1μz2,λ,μ是正数(λ、μ是待定的系数)xy 2yz≤λx2 14λy2 μy2 1μz2=λx2 14λ μy2 1μz2.令λ=14λ μ=1μ,解得μ=255,λ=52.于是xy 2yz≤52x2 y2 z2.当λx2=14λy2,μy2=1μz2,即y=2λx=5x,z=μy=2λμx=2x时取等号,故xy zyzx2 y2 z2的最大值52.
例5已知函数y=mx2 43x nx2 1的最大值为7,最小值为-1,求此函数的表达式.
解:求函数的表达式,实际上就是确定系数m,n的值.将函数式变形为(y-m)x2-43x (y-n)=0.因为x∈R,所以Δ=(-43)2-4(y-m)(y-n)≥0,即y2-(m n)y (mn-12)≤0.①要使函数有最大值7,最小值-1,亦就是-1≤y≤7.显然,(y 1)(y-7)≤7,即y2-6y-7≤0.②比较①②系数得方程组:m n=6,mn-12=-7.解得m=5,n=1.或m=1,n=5.故所求函数表达式为y=5x2 43x 1x2 1或y=x2 43x 5x2 1.
总之,待定系数法是一种重要的学习方法,也是数学研究中一种不可缺少的数学方法.本文介绍了待定系数法在初等数学中数列、解析几何、导数中的应用,在以后的学习中还会遇到待定系数法在不定积分中、常微分方程中和初等数学中的应用.通过以上实例说明了待定系数法在数学学习中的重要性.
例1求(x2 x 3)5展开式中含x项的系数.
解:设(x2 x 3)5=a10x10 a9x9 … a1x a0(a1等是待定的系数),对式子两边求导数得5(2x 1)(x2 x 3)4=10a10x9 9a9x8 … a1,令x=0,則a1=5×34=405.
例2已知数列{an}的前2项分别为23、79,以后的各项由公式an 2=23an 1 13an给出,求数列{an}的通项公式.
解:由an 2=23an 1 13an可设an 2 λan 1=μ(an 1 λan)(λ、μ是待定系数),从而有an 2=(μ-λ)an 1 λμan与an 2=23an 1 13an相比较得μ-λ=23λμ=13,解得λ=13μ=1或λ=-1μ=-13,从而an 2 13an 1=an 1 13an,且an 2-an 1=-13(an 1-an).又a1=23,a2=79,于是an 1 13an=1且an 1-an=19·-13n-1.两式消去an 1得数列(an)的通项公式an=34 14×-13n.
例3已知圆过点A(1,4),且与过点B(6,8)的直线相切于点C(3,5),求圆的方程.
解:由两点式得过B,C的直线方程是x-y 2=0.设所求圆的方程为(x-3)2 (y-5)2 λ(x-y 2)=0(λ是待定系数),将点(1,4)代入此方程,解得λ=5.再代入(x-3)2 (y-5)2 λ(x-y 2)=0,求得圆方程为x2 y2-x-15y 44=0.
例4已知x,y,z都是正数,求xy 2yzx2 y2 z2的最大值.
解:由已知有:xy≤λx2 14λy2,2yz≤μy2 1μz2,λ,μ是正数(λ、μ是待定的系数)xy 2yz≤λx2 14λy2 μy2 1μz2=λx2 14λ μy2 1μz2.令λ=14λ μ=1μ,解得μ=255,λ=52.于是xy 2yz≤52x2 y2 z2.当λx2=14λy2,μy2=1μz2,即y=2λx=5x,z=μy=2λμx=2x时取等号,故xy zyzx2 y2 z2的最大值52.
例5已知函数y=mx2 43x nx2 1的最大值为7,最小值为-1,求此函数的表达式.
解:求函数的表达式,实际上就是确定系数m,n的值.将函数式变形为(y-m)x2-43x (y-n)=0.因为x∈R,所以Δ=(-43)2-4(y-m)(y-n)≥0,即y2-(m n)y (mn-12)≤0.①要使函数有最大值7,最小值-1,亦就是-1≤y≤7.显然,(y 1)(y-7)≤7,即y2-6y-7≤0.②比较①②系数得方程组:m n=6,mn-12=-7.解得m=5,n=1.或m=1,n=5.故所求函数表达式为y=5x2 43x 1x2 1或y=x2 43x 5x2 1.
总之,待定系数法是一种重要的学习方法,也是数学研究中一种不可缺少的数学方法.本文介绍了待定系数法在初等数学中数列、解析几何、导数中的应用,在以后的学习中还会遇到待定系数法在不定积分中、常微分方程中和初等数学中的应用.通过以上实例说明了待定系数法在数学学习中的重要性.