竞赛讲座34一次方程与一次不等式.doc

竞赛讲座34
－一次方程与一次不等式
1.一次方程（组）
一次方程（组）是最简单的方程，是进一步研究函数、方程、不等式等的基础，先看一个含字母系数的一元一次方程的讨论.
例1（第36届美国中学数学竞赛题）设a，a＇b，b＇是实数，且a和a＇不为零，当且仅当（  ）时，ax+b=0的解小于a＇x+b＇=0的解．
（A）a＇b＜ab＇           （B）ab＇＜a＇b       （C）ab＜a＇b＇
（D）                  （E）
解   ∵a≠0,∴ax+b=0的解是，
∵a＇≠0,∴a＇x+b＇=0的解是，
根据题意得.
故应选（E）.
例2    （第4届美国数学邀请赛试题）若x1,x2,x3,x4和x5满足下列方程组：
①
②③④⑤

确定3x4+2x5的值.
解   将已知的五个方程加起来，然后，把所得方程的两边除以6得
x1+x2+x3+x4+x5=31,         (*)
由第4、第5个方程分别减去方程（*），得
x4=17,        x5=65,
∴    3x4+2x5=181
说明，上面解答所提供的用31代换x1+x2+x3+x4+x5的整体代换方法是一种重要的解题策略.
例3（1982年天津初中数学竞赛题）已知关于x，y的二元一次方程(a-1)x+(a+2)y+5－2a=0，当a每取一个值时就有一个方程，而这些方程有一个公共解，你能求出这个公共解，并证明对任何a值它都能使方程成立吗？
分析   依题意，即要证明存在一组与a无关的x，y的值，使等式(a-1)x+(a+2)y+5-2a=0恒成立，令a取两个特殊值（如a=1或a=-2），可得两个方程，解由这两个方程构成的方程组得到一组解，再代入原方程验证，如满足方程则命题获证，
我们也可以这样想：将原方程整理成为形如
a(x+y-2)+(-x+2y+5)=0
将原方程转化为关于字母a的一元一次方程，由题知该方程对a取任意值成立必须且只须
x+y-2=0,同时-x+2y+5=0.
联立以上两方程易得原方程的解.
以上所提出的两种解法将在本书的其它部分有更详细的讲述.
2.一次不等式
解一元一次不等式主要依据下列不等式的性质：
（1）不等式的两边加上（或减去）同一个实数，所得不等式与原不等式同向；
（2）不等式两边乘以（或除以）同一个正数，所得不等式与原不等式同向；
（3）不等式两边乘以（或除以）同一个负数，所得不等式与原不等式反向.
例4（上海1989年初二竞赛题）如果关于x的不等式(2a-b)x+a-5b＞0的解为，那么关于x的不等式ax＞b的解是多少？
分析由(2a-b)x+a-5b＞0可得（2a-b）x＞5b-a,注意到题目已给出的解得知仅当2a-b＜0时，有
．故，对不等式ax＞b,当a＞0时，x＞,a＜0,x＞
例5（1973年加拿大中学生竞赛题）求满足|x+3|-|x-1|=x+1的一切实数解.
分析   解绝对值方程的关键是去绝对值符号，令x+3=0,x-1=0，分别得x=-3,x=1,-3,1将全部实数分成3段：x＜-3或-3≤x＜1或x≥1，然后在每一段上去绝对值符号解方程，例如，当x＜-3时，|x+3|=-x-3,|x-1|=1-x,故方程化为-x-3+x-1=x+1，∴x=-5，x=-5满足x＜-3，故是原方程的一个解，求出每一段上的解，将它们合并，便得到原方程的全部解，这种方法叫做“零点”分段法，x=-3，x=1叫做零点.
例6（1978年上海竞赛题）解绝对值不等式|x-5|-|2x+3|＜1.
解  令x-5=0,或2x=3=0,得x=5,或x=,它们将实数分成三部分，如图4-1(此处无图).
原不等式的解由下面三个不等式组的解的全体组成：
（Ⅰ）
（Ⅱ）
（Ⅲ）
由（Ⅰ）得x＜-7;由（Ⅱ）得＜x＜5；由（Ⅲ）得x ≥5,所以原不等式的解为x＜-7或x＞.
例7（1978年广东数学竞赛试题）不等式|x|+|y|＜100的整数解有多少组（x≠y）？
解  |x|+|y|＜100，∴0≤|x|≤99，0≤|y|≤99，故x、y分别可取-99到99之间的199个整数，且x≠y，现将所有可能的情况列有如下：（此处无表）
故满足不等式|x|+|y|＜100且x≠y的整数解组数为：
198+2（1+3+…+99）+2（100+102+…+196）=198+
=198+100×50+296×49=19702（组）.
若有依次排列着的一列数，每后一个数与它前面一个数的差总等于一个常数，我们称这一列数形成一个等差数列，依据这一概念我们来解答下面这个题目.
例8（1988年日本大学入学试题）设有满足1＜a＜b＜c的四个数1，a，b，c，其中两两之和组成的六个数各不相同，而把它们从小到大排起来形成一个等差数列，且其和为201，求a、b、c之值.
解由条件知其两两之和为六个数，且有关系式
1+a＜1+b＜1+c；         a+b＜a+c＜b+c
1+b＜a+b;               1+c＜a+c
根据1+ c和a+b的大小关系可分为两种情况：
i)1+a＜1+b＜1+c＜a+b＜a+c＜b+c;
ii)1+a＜1+b＜a+b＜1+c＜a+c＜b+c.
在i)情况下，由等差数列性质知
(b+c)-(a+c)=(a+c)-(a+b)
          =(c+b)-(1+c)
设公差为k，即
b-a＝c-b=a+b-c-1=k从而有b=a+k  c=b+k=a+2k  代入a+b-c-1=k中，得
a+a+k-a-2k-1=k
于是a=2k+1      b=3k+1   c=4k+1
又因为六个数之和为2０１，所以
3(a+b+c+1)=20１     a+b+c=66
即(2k+1)+(3k+1)+(4k+1)=66    k=7
∴a=15    b=22    c=29
类似地在ii)情况下可解得
a=10    b=19     c＝37
3.二元一次不定方程
我们把形如ax+by=c(ab≠0)的方程叫做二元一次不定方程，在这里我们只研究方程系数a，b，c为整数的情况（以下不再作说明）.关于二元一次不定方程的整数解，有下面的简单定理.
定理1  若a，b的最大公约数d不能整除c，则方程ax+by=c没有整数解.
以下约定记号(a，b)=1表示整数a，b互质.
定理2对于方程ax+by=c，(a，b)=1如果(x0，y0)是方程的一组整数解，那么
(t为整数)
是方程的全部整数解.
我们不证明这两个定理，定理的证明完全可以仿照下面例题的解答给出.
例9x,y是满足条件2x+3y=a的整数（a是整数），证明必存在一整数b，使x，y能表示为x＝-a+3b，y=a-2b的形式.
证明：∵2x+3y=a
，
∵  x，y是整数.
∴
令，则y=a-2b.
这时，，
     2x+3y=2(3b-a)+3(a-2b)
          =6b-2a+3a-6b=a
这说明整数b能使x=-a+3b，y=a-2b满足方程2x+3y=a.
上面证明中用到的辗转相除法实际上是解二元一次不定方程常用的方法.
例10求37x+41y=1的一组整数解.
解  37x+41y=1   即

为整数，这时x=+9+1=10，故x=10，y=-9是方程的一组整数解.
说明：本题只要求求出一组整数解，依定理2这个方程的全部整数解为：
（t为参数）
例11   小张和他的朋友小王两人都有工作，小张每工作八天后休息一天，小王每工作五天后休息一天，小张今天休息，小王明天休息，问他们哪天（如果有这一天的话）一同休息？
解  出题设知小张工作周期是9天，小王工作周期是6天.如果他们在某天一同休息，则可设小张已工作了x周，小王已工作了y周，据题意列方程：
9x-6y =1.
显然  3１（9x-6y），3  1，所以方程无整数解，
故小张和小王不可能同一天休息.
例12  （中国古代数学问题）百钱买百鸡，公鸡每只值5钱，母鸡每只值3钱，雏鸡每三只值1钱，问公、母、雏鸡各买了几只？
解设买公、母、雏鸡的数目分别为x、y、z只，则
①

②

②×3-①并化简得
7x+4y=100               ③
由于（-1，2）是方程7x+4y=1的一组解，所以（-100，200）是方程③的一组解，因此通解为:

∴  t=25，26，27，28，故公、母、雏鸡的数量分别为（0，25，79），或（4，18，78）或（8，11，81）或（12，4，84）.
                          练  习  四
1.选择题
（1）如果x＜-2,那么|1-|1+x||的值应是（  ）
      (A)x        (B)-x     (C)2+x   (D)-2-x
（2）已知|x-1|+|x-2|-1，则x的值（  ）
    （A）只能为1           （B）只能为2
    （C）可能为任何实数     （D）为满足1≤x≤2的一切实数
（3）（1987年全国竞赛题）已知方程|x|=ax+1有一个负根而没有正根，那么a的取值范围是（  ）
    （A）a＞-1            (B)a=1     (C)a≥1              (D)非上述答案
2.填空题
（1）读一本书，如一天读80页，需4天多读完，如一天读90页，需3天多读完，现为使每天读的页数与读完的天数相等，则每天应读____页.
（2）某班学生不到50人，在一次测验中，有的学生得优，的学生得及格，则不及格的学生有____人.
（3）（1989年上海初一试题），方程

并且abc≠0，那么x____
（4）使得不等式3x-a≤0只有三个正整数解，那么这时正数a的取值范围是_____.
3.解不等式a(x-a)＞x-1.
4.|x-5|-|2x+3|＜1，求x的取值范围.
5.求11x+15y=7的全部整数解
6.用一元钱买15张邮票，其中有4分，8分，1角的三种邮票，问有多少种买法？
7.已知某个六位数的首位移到末位而其余数字不动，所得新数是原数的3倍，求原来的六位数.
8.（欧拉问题）一头猪卖 银币，有人用100个银币卖了这三种牲畜100头，问买猪、山羊、绵羊各几头？
9.（1978年武汉市数学竞赛题）解关于x1,x2,x3,…，xn-1,xn的方程组
x2+x3+x4+…+xn-1+xn=1,
x1+x3+x4+…+xn-1+xn=2,
x1+x2+x4+…+xn-1+xn=3,
………
x1+x2+x3+…+xn-1=n.
10.（第16届美国中学生数学竞赛题）求证：对每个正整数，恒存在它的某个整倍数，在十进制表示式中，用到所有的十个数字.