找一组都不为0的数$a,b,c,d$,使得$\frac{a}{b}=\frac{c}{d}$成立(即$a,b,c,d$成比例),由这组数值计算下面各组中的两个分式的值,看看它们之间有什么关系。
(1)$\frac{a}{c}$和$\frac{b}{d}$;
(2)$\frac{b}{a}$和$\frac{d}{c}$;
(3)$\frac{a+b}{b}$和$\frac{c+d}{d}$;
(4)$\frac{a+b}{a-b}$和$\frac{c+d}{c-d}$($a≠b,c≠d$)。
多找几组这样的数$a,b,c,d$试一试,猜想各组中的两个分式之间的关系,并证明你的猜想。
(1)$\frac{a}{c}$和$\frac{b}{d}$;
(2)$\frac{b}{a}$和$\frac{d}{c}$;
(3)$\frac{a+b}{b}$和$\frac{c+d}{d}$;
(4)$\frac{a+b}{a-b}$和$\frac{c+d}{c-d}$($a≠b,c≠d$)。
多找几组这样的数$a,b,c,d$试一试,猜想各组中的两个分式之间的关系,并证明你的猜想。
答案
解:
举例:取$a=2$,$b=4$,$c=3$,$d=6$,满足$\frac{a}{b}=\frac{c}{d}=\frac{1}{2}$,所有数均不为0。
计算各组分式的值:
(1) $\frac{a}{c}=\frac{2}{3}$,$\frac{b}{d}=\frac{4}{6}=\frac{2}{3}$,得$\frac{a}{c}=\frac{b}{d}$;
(2) $\frac{b}{a}=\frac{4}{2}=2$,$\frac{d}{c}=\frac{6}{3}=2$,得$\frac{b}{a}=\frac{d}{c}$;
(3) $\frac{a+b}{b}=\frac{2+4}{4}=\frac{3}{2}$,$\frac{c+d}{d}=\frac{3+6}{6}=\frac{3}{2}$,得$\frac{a+b}{b}=\frac{c+d}{d}$;
(4) $\frac{a+b}{a-b}=\frac{2+4}{2-4}=-3$,$\frac{c+d}{c-d}=\frac{3+6}{3-6}=-3$,得$\frac{a+b}{a-b}=\frac{c+d}{c-d}$。
猜想:若$\frac{a}{b}=\frac{c}{d}$($a,b,c,d$均不为0),则上述四组分式对应相等,证明如下:
设$\frac{a}{b}=\frac{c}{d}=k$($k≠0$),则$a=kb$,$c=kd$。
(1) $\frac{a}{c}=\frac{kb}{kd}=\frac{b}{d}$,故$\frac{a}{c}=\frac{b}{d}$;
(2) $\frac{b}{a}=\frac{b}{kb}=\frac{1}{k}$,$\frac{d}{c}=\frac{d}{kd}=\frac{1}{k}$,故$\frac{b}{a}=\frac{d}{c}$;
(3) $\frac{a+b}{b}=\frac{kb+b}{b}=k+1$,$\frac{c+d}{d}=\frac{kd+d}{d}=k+1$,故$\frac{a+b}{b}=\frac{c+d}{d}$;
(4) 由$a≠ b,c≠ d$得$k≠1$,$\frac{a+b}{a-b}=\frac{kb+b}{kb-b}=\frac{k+1}{k-1}$,$\frac{c+d}{c-d}=\frac{kd+d}{kd-d}=\frac{k+1}{k-1}$,故$\frac{a+b}{a-b}=\frac{c+d}{c-d}$。
综上,四组中的两个分式分别相等。
举例:取$a=2$,$b=4$,$c=3$,$d=6$,满足$\frac{a}{b}=\frac{c}{d}=\frac{1}{2}$,所有数均不为0。
计算各组分式的值:
(1) $\frac{a}{c}=\frac{2}{3}$,$\frac{b}{d}=\frac{4}{6}=\frac{2}{3}$,得$\frac{a}{c}=\frac{b}{d}$;
(2) $\frac{b}{a}=\frac{4}{2}=2$,$\frac{d}{c}=\frac{6}{3}=2$,得$\frac{b}{a}=\frac{d}{c}$;
(3) $\frac{a+b}{b}=\frac{2+4}{4}=\frac{3}{2}$,$\frac{c+d}{d}=\frac{3+6}{6}=\frac{3}{2}$,得$\frac{a+b}{b}=\frac{c+d}{d}$;
(4) $\frac{a+b}{a-b}=\frac{2+4}{2-4}=-3$,$\frac{c+d}{c-d}=\frac{3+6}{3-6}=-3$,得$\frac{a+b}{a-b}=\frac{c+d}{c-d}$。
猜想:若$\frac{a}{b}=\frac{c}{d}$($a,b,c,d$均不为0),则上述四组分式对应相等,证明如下:
设$\frac{a}{b}=\frac{c}{d}=k$($k≠0$),则$a=kb$,$c=kd$。
(1) $\frac{a}{c}=\frac{kb}{kd}=\frac{b}{d}$,故$\frac{a}{c}=\frac{b}{d}$;
(2) $\frac{b}{a}=\frac{b}{kb}=\frac{1}{k}$,$\frac{d}{c}=\frac{d}{kd}=\frac{1}{k}$,故$\frac{b}{a}=\frac{d}{c}$;
(3) $\frac{a+b}{b}=\frac{kb+b}{b}=k+1$,$\frac{c+d}{d}=\frac{kd+d}{d}=k+1$,故$\frac{a+b}{b}=\frac{c+d}{d}$;
(4) 由$a≠ b,c≠ d$得$k≠1$,$\frac{a+b}{a-b}=\frac{kb+b}{kb-b}=\frac{k+1}{k-1}$,$\frac{c+d}{c-d}=\frac{kd+d}{kd-d}=\frac{k+1}{k-1}$,故$\frac{a+b}{a-b}=\frac{c+d}{c-d}$。
综上,四组中的两个分式分别相等。
活动2 探究$x^2+\frac{1}{x^2}$取值的规律
活动目标
1. 通过计算不同$x$的值对应的$x^2+\frac{1}{x^2}$的结果,发现代数式取值的基本规律;
2. 会用代数变形(完全平方公式)证明猜想,理解代数式最值的推导过程;
3. 能利用规律解决相关代数式求值、最值问题,提升归纳推理与代数证明能力.
活动导引
我们已经学习了整式的乘法与完全平方公式,知道$(a\pm b)^2=a^2\pm2ab+b^2$. 当$a=x,b=\frac{1}{x}$时,$(x-\frac{1}{x})^2$可以展开为$x^2-2+\frac{1}{x^2}$,整理可得$x^2+\frac{1}{x^2}=(x-\frac{1}{x})^2+2$. 当$x$取不同的值(正数、负数、互为相反数、互为倒数)时,$x^2+\frac{1}{x^2}$的结果会有什么规律?它是否存在最小值?我们一起来探究吧!
内容探究
探究一 计算并整理数据
填写下表,分别求出当$x$取$-3,-2,-1,-\frac{1}{2},-\frac{1}{3},\frac{1}{3},\frac{1}{2},1,2,3$时,$x^2+\frac{1}{x^2}$的值.

根据表格数据回答以下问题:
(1)互为倒数的$x$值的对应结果
(2)代数式$x^2+\frac{1}{x^2}$的值是否存在最小值?若存在,最小值是多少?对应的$x$值是多少?
活动目标
1. 通过计算不同$x$的值对应的$x^2+\frac{1}{x^2}$的结果,发现代数式取值的基本规律;
2. 会用代数变形(完全平方公式)证明猜想,理解代数式最值的推导过程;
3. 能利用规律解决相关代数式求值、最值问题,提升归纳推理与代数证明能力.
活动导引
我们已经学习了整式的乘法与完全平方公式,知道$(a\pm b)^2=a^2\pm2ab+b^2$. 当$a=x,b=\frac{1}{x}$时,$(x-\frac{1}{x})^2$可以展开为$x^2-2+\frac{1}{x^2}$,整理可得$x^2+\frac{1}{x^2}=(x-\frac{1}{x})^2+2$. 当$x$取不同的值(正数、负数、互为相反数、互为倒数)时,$x^2+\frac{1}{x^2}$的结果会有什么规律?它是否存在最小值?我们一起来探究吧!
内容探究
探究一 计算并整理数据
填写下表,分别求出当$x$取$-3,-2,-1,-\frac{1}{2},-\frac{1}{3},\frac{1}{3},\frac{1}{2},1,2,3$时,$x^2+\frac{1}{x^2}$的值.
根据表格数据回答以下问题:
(1)互为倒数的$x$值的对应结果
相等
(填“相等”或“不相等”),互为相反数的$x$值的对应结果相等
(填“相等”或“不相等”).(2)代数式$x^2+\frac{1}{x^2}$的值是否存在最小值?若存在,最小值是多少?对应的$x$值是多少?
答案
填表如下:
| $x$ | -3 | -2 | -1 | $-\frac{1}{2}$ | $-\frac{1}{3}$ | $\frac{1}{3}$ | $\frac{1}{2}$ | 1 | 2 | 3 |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| $x^2+\frac{1}{x^2}$ | $\frac{82}{9}$ | $\frac{17}{4}$ | 2 | $\frac{17}{4}$ | $\frac{82}{9}$ | $\frac{82}{9}$ | $\frac{17}{4}$ | 2 | $\frac{17}{4}$ | $\frac{82}{9}$ |
(1)相等,相等
(2)存在最小值,最小值为2,对应的$x$值为-1或1.
| $x$ | -3 | -2 | -1 | $-\frac{1}{2}$ | $-\frac{1}{3}$ | $\frac{1}{3}$ | $\frac{1}{2}$ | 1 | 2 | 3 |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| $x^2+\frac{1}{x^2}$ | $\frac{82}{9}$ | $\frac{17}{4}$ | 2 | $\frac{17}{4}$ | $\frac{82}{9}$ | $\frac{82}{9}$ | $\frac{17}{4}$ | 2 | $\frac{17}{4}$ | $\frac{82}{9}$ |
(1)相等,相等
(2)存在最小值,最小值为2,对应的$x$值为-1或1.
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