對稱與輪換

語文中的對稱,可使語言簡練、文字和諧、視覺親近、語感合口、結構緊緻、意義明達;而數學上的對稱,亦有結構完美、形式靚麗、意蘊深厚、指示明媚、解法奇絕、風景獨好。

幾何圖形中的軸對稱、中心對稱,是我們學習數學中,最先認識的"對稱"情形,其實,在代數中,有一種對稱,那才是美侖美奐!

對稱與輪換


這就是對稱式一一

對稱與輪換

像X+Y,xy,xy+yz+zx,a^2+b^2,a^3+b^3+c^3,都是對稱式,也是輪換對稱式,但a+2b+3c就不是對稱式,而x+y+3也是對稱式。

對於完全平方公式:(a+b)^2=a^2+2ab+b^2,更是個完美的輪換對稱式。

對稱與輪換


下面,我們通過一個例子,來看一看數學對稱式在某些問題中的解法,時值佳節,以管窺豹,以饗數學愛好者。

例,解方程組:

a+b=10c, ①

ab=-10d, ②

c+d=10a, ③

cd=-10b。 ④

分析:我們看①和③,對於①,如果a換c,b換d後,①就是③;對於③,如果a換c,b換d後,③就為①。

再看②和④,對於②,我們若把a換c,把b換d,②就為④;同樣,對於④,若a換c,b換d,④就為②。

這樣的①和③,②和④,就如同語文中的對偶,春節中的對聯,音韻裡的平仄相對,我們可稱其為數學對稱。

這種數學對稱,不僅形式對仗,而且數值相同,這也是解此類問題的一大亮點。

這裡,用a換c,用b換d的"換",即為代換,代替之意,也就是具有相等關係。

那麼,我們就有a=c,b=d,進而問題可解。

對稱與輪換


解:對於①和③,同時用a換c,用b換d後,仍為原式①和③,同樣,對於②和④亦然。所以原方程組的解中必有a=c,b=d。

由①知,因a=c,故b=10c-a=9c,即b=d=9c;

由②知,因b=d,故有

1)若b=d≠0,則a=-10d/b=-10,即a=c=-10,從而,b=d=9c=-90;

2)若b=d=0,由①知,c=b/9=0,即a=c=0。

所以,原方程組的解有兩個,分別為:

(一)a=0,b=0,c=0,d=0;

(二)a=-10,b=-90,c=-10,d=-90。

對稱與輪換


反饋 看看,用這種對稱關係來解這樣的方程組,是不是比用韋達定理去解更直觀易懂呢?

我是巴山老鐵,數學愛好者,希望與你共同學習,歡迎批評指正!



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