SYSTEMATIC MATHEMATICS

代数与函数

本课分成八个按内容确定长度的单元,各单元分别有 4、4、5、4、4、5、5、5 章,共 36 个可见知识章节。先把字母、括号、分数线与指数读成运算树,再把普通语言翻译成符号而不颠倒关系。随后把方程与不等式理解为解集陈述,依次学习恒等式、矛盾式、直线、半平面、函数、分段规则、方程组、多项式、有限有理根候选、有理式运算、根式、指数、对数、数列、有限和与比例变化模型。线性目标只在建立可行域后求解,有理式运算也先于使用它们的有理函数。每种变形都说明定义域、可逆步骤、完整例题、独立检查及第一个失败边界。

本课程之前: 数学基础:能够准确处理有符号数、分数、比率、幂、根、单位、估算与整除。

COURSE FACTSLevel, chapters, units, prerequisite, and outcome
第 1 章

变量在明确的定义域中取值

目标: 求解 √(x−1)=x−3 时,为什么只说“x 是一个数”还不够?

变量是在某个指定集合中可以变化的符号。仅凭符号本身,无法知道它表示整数、实数、正的测量值,还是其他集合中的元素;定义域是数学陈述的一部分。在表达式 1/x 中,实数代数必须排除 x=0,因为除以零没有定义。在 √x 的实值解释中,必须要求 x≥0。忽略这些条件,就等于改变了所研究的对象。

参数也用符号表示,但作用不同:在其他变量变化时,参数暂时保持固定。在 y=mx+b 中,x 通常是输入,y 是输出,m 与 b 是从一族直线中选出某一条的参数。问题改变时角色也可能改变,因此严谨解答应明确说明。单位与情境还会进一步缩小定义域:代数解 t=−3 虽是实数,却不能表示实验开始后的经过时间。

对实值表达式,分母必须非零,偶次根式的被开方数必须非负。

除法 a/b 被定义为满足 bq=a 的唯一数 q。若 b=0,则 0q 永远为 0:当 a 非零时无解,当 a=0 时又无法确定唯一 q。

对实数偶次根 r=√[2k](u),定义关系是 r^(2k)=u 且 r≥0。任何实数的偶次幂都非负,因此负的 u 不可能满足这个关系。

把所有必要条件取交集,就得到真实定义域;长度>0 等情境条件也应与代数定义域取交集,而不是在最后随意补充。

求 F(x)=√(5−2x)/(x−3) 的实数定义域,并解释每个边界。

  1. 平方根要求 5−2x≥0。两边减 5,再除以 −2 并改变不等号方向,得到 x≤5/2。
  2. 分母要求 x−3≠0,因此 x≠3;不过 3 已经不在 x≤5/2 的范围内。
  3. 把条件取交集。每个 x≤5/2 都使被开方数非负且分母非零;端点 x=5/2 也允许,此时分子为零。

结果: 定义域为 (−∞,5/2]。