二次方程文字题:面积、数列及物理情境

文章摘要

涉及二次方程的文字题是 DSE 卷一甲部(2) 及乙部的常见题型。 本文聚焦三种经典类型:面积问题、 数字与数列问题 及 物理情境 如抛体运动。你将学会 系统化方法 将文字转化为二次方程, 使用因式分解、配方法或公式求解,并在情境中诠释结果。 内容包括逐步例题、DSE 应试贴士、练习题及作业,助你掌握此课题。


学习目标

  • 辨识未知数并设定变量。
  • 将面积、数列及物理关系转化为二次方程。
  • 以合适的方法解所得的二次方程。
  • 舍弃在实际情境中不合理的解。
  • 将答案代回原题目验算。

引言

二次方程经常出现在现实情境中。在 DSE 数学中,你会遇到需要从给定信息 建立二次方程、求解,然后诠释答案的文字题。常见情境包括:

  • 面积问题: 长方形、三角形或复合图形,其尺寸未知。
  • 数字与数列问题: 连续整数、数列之和或数字之积。
  • 物理情境: 抛体运动、自由落体或其他以二次函数建模的情境。

关键是 清楚定义变量、写出方程, 并记住 舍弃任何负数或不合理的解。

二次方程文字题的一般策略

逐步方法
  1. 仔细阅读题目,辨识已知及所求。
  2. 为未知量定义变量(例如设 \(x\) 为宽度)。
  3. 以 \(x\) 表示其他量。
  4. 利用给定关系建立二次方程。
  5. 解方程(因式分解、配方法或公式)。
  6. 舍弃在情境中无效的解(例如负长度)。
  7. 以完整句子回答问题。

第一部分:面积问题

在面积问题中,通常给定图形的面积及尺寸之间的关系,你需要求尺寸。

例题 1 – 长方形

例题 1

一个长方形的长比宽多 3 cm。若面积为 40 cm²,求其尺寸。

解:

设宽度为 \(x\) cm,则长度为 \(x+3\) cm。
面积 = 长 × 宽: \[ x(x+3) = 40. \] \[ x^2 + 3x - 40 = 0. \] 因式分解: \[ (x+8)(x-5) = 0. \] 所以 \(x = -8\) 或 \(x = 5\)。
由于宽度不能为负,故 \(x = 5\)。
宽度 = 5 cm,长度 = \(5+3 = 8\) cm。
答案: 宽 5 cm,长 8 cm。

例题 2 – 三角形

例题 2

一个三角形的底比高多 4 cm。若面积为 30 cm²,求其高。

解:

设高为 \(h\) cm,则底为 \(h+4\) cm。
三角形面积 = \(\frac{1}{2} \times \text{底} \times \text{高}\): \[ \frac{1}{2}(h+4)h = 30. \] \[ h(h+4) = 60. \] \[ h^2 + 4h - 60 = 0. \] 因式分解: \[ (h+10)(h-6) = 0. \] 所以 \(h = -10\) 或 \(h = 6\)。
由于高度必须为正,故 \(h = 6\)。
答案: 高 = 6 cm。


第二部分:数字与数列问题

这类问题涉及连续整数、连续偶数/奇数,或具有给定和或积的数字。

例题 3 – 连续整数

例题 3

两个连续正整数之积为 72。求这两个整数。

解:

设较小的整数为 \(x\),则下一个整数为 \(x+1\)。
乘积: \[ x(x+1) = 72. \] \[ x^2 + x - 72 = 0. \] 因式分解: \[ (x+9)(x-8) = 0. \] 所以 \(x = -9\) 或 \(x = 8\)。
由于整数为正,故 \(x = 8\)。
整数为 8 和 9。
答案: 8 和 9。

例题 4 – 平方和

例题 4

两个连续偶数的平方和为 100。求这两个整数。

解:

设较小的偶数为 \(x\),则下一个偶数为 \(x+2\)。
平方和: \[ x^2 + (x+2)^2 = 100. \] 展开: \[ x^2 + x^2 + 4x + 4 = 100. \] \[ 2x^2 + 4x - 96 = 0. \] 除以 2: \[ x^2 + 2x - 48 = 0. \] 因式分解: \[ (x+8)(x-6) = 0. \] 所以 \(x = -8\) 或 \(x = 6\)。
若 \(x = 6\),整数为 6 和 8;若 \(x = -8\),整数为 \(-8\) 和 \(-6\)。
两组皆有效。(通常题目可能指定正数。)
答案: 6 和 8,或 \(-8\) 和 \(-6\)。


第三部分:物理情境(抛体运动)

许多物理问题以二次方程建模。常见例子是向上抛出的物体高度, 由 \(h = -5t^2 + v_0 t + h_0\) 给出(取 \(g \approx 10\) m/s²)。

例题 5 – 抛体运动

例题 5

一个球从地面以初速 20 m/s 向上抛出。 其 \(t\) 秒后的高度 \(h\)(以米为单位)为 \(h = 20t - 5t^2\)。 求球到达 15 m 高度时的时间。

解:

设 \(h = 15\): \[ 20t - 5t^2 = 15. \] 移项: \[ 5t^2 - 20t + 15 = 0. \] 除以 5: \[ t^2 - 4t + 3 = 0. \] 因式分解: \[ (t-1)(t-3) = 0. \] 所以 \(t = 1\) 或 \(t = 3\)。
球在 \(t = 1\) 秒(上升时)及 \(t = 3\) 秒(下降时)处于 15 m 高度。
答案: \(t = 1\) 秒及 \(t = 3\) 秒。


DSE 应试技巧 – 卷一 甲部(2) 及 乙部

关键策略
  • 清楚定义变量 – 用文字写出「设 \(x\) 为……」。
  • 展示建立方程的步骤 – 这可获得步骤分。
  • 解二次方程 – 展示因式分解或公式步骤。
  • 舍弃无效解 – 长度、时间及数量必须为正(或非负)。
  • 以情境作答 – 写出完整句子并包含单位。
常见陷阱

不要忘记在情境要求正值时 舍弃负解。 同时,检查答案是否合理 – 例如时间不能为负。

DSE 式练习题

为每个问题建立并解二次方程。

练习一 – 面积
  1. 一个长方形的长比宽多 5 cm,面积为 84 cm²。求其尺寸。
  2. 一个三角形的底比高多 6 cm,面积为 36 cm²。求其高。
  3. 一个正方形的边长增加 3 cm 后,面积为 64 cm²。求原来的边长。
练习二 – 数字
  1. 两个连续正整数之积为 110。求这两个整数。
  2. 两个连续奇数的平方和为 394。求这两个整数。
  3. 一个数比另一个数多 3,其积为 40。求这两个数。
练习三 – 物理
  1. 一个球以 \(h = 30t - 5t^2\) 向上抛出。求高度为 25 m 时的时间。
  2. 一个物体从 80 m 高处落下,其 \(t\) 秒后的高度为 \(h = 80 - 5t^2\)。何时着地?
  3. 一个石头以 \(h = 40t - 5t^2\) 向上抛出。求最大高度。

练习题解

练习一 解
  1. 设宽 = \(x\),长 = \(x+5\)。\(x(x+5)=84 \Rightarrow x^2+5x-84=0 \Rightarrow (x+12)(x-7)=0 \Rightarrow x=7\)。宽 7 cm,长 12 cm。
  2. 设高 = \(h\),底 = \(h+6\)。\(\frac{1}{2}(h+6)h=36 \Rightarrow h^2+6h-72=0 \Rightarrow (h+12)(h-6)=0 \Rightarrow h=6\)。高 6 cm。
  3. 设原边长 = \(x\)。\((x+3)^2=64 \Rightarrow x+3=8 \Rightarrow x=5\)。原边长 5 cm。
练习二 解
  1. \(x(x+1)=110 \Rightarrow x^2+x-110=0 \Rightarrow (x+11)(x-10)=0 \Rightarrow x=10\)。整数 10 和 11。
  2. 设奇数为 \(x\) 和 \(x+2\)。\(x^2+(x+2)^2=394 \Rightarrow 2x^2+4x+4=394 \Rightarrow 2x^2+4x-390=0 \Rightarrow x^2+2x-195=0 \Rightarrow (x+15)(x-13)=0 \Rightarrow x=13\) 或 \(-15\)。整数 13 和 15,或 \(-15\) 和 \(-13\)。
  3. 设两数为 \(x\) 和 \(x+3\)。\(x(x+3)=40 \Rightarrow x^2+3x-40=0 \Rightarrow (x+8)(x-5)=0 \Rightarrow x=5\)。两数 5 和 8。
练习三 解
  1. \(30t-5t^2=25 \Rightarrow 5t^2-30t+25=0 \Rightarrow t^2-6t+5=0 \Rightarrow (t-1)(t-5)=0 \Rightarrow t=1\) 或 \(5\) 秒。
  2. \(80-5t^2=0 \Rightarrow 5t^2=80 \Rightarrow t^2=16 \Rightarrow t=4\) 秒(正数)。
  3. \(h=40t-5t^2 = -5(t^2-8t) = -5[(t-4)^2-16] = -5(t-4)^2+80\)。最大高度 80 m,在 \(t=4\) 秒时。

9. 基础练习

点击下列链接查看基础练习
 基础练习: 二次方程文字题:面积、数列及物理情境


复习清单

  • 定义变量: 我能为未知数设定变量并以它表示其他量。
  • 建立方程: 我能将面积、数字及物理关系转化为二次方程。
  • 求解: 我能用因式分解、配方法或公式解二次方程。
  • 舍弃无效解: 我总是舍弃负数或不合理的解。
  • 验算: 我将答案代回原题目验证。