Что такое решить уравнение подбором

Диофантовы уравнения

Что такое «решение задач подбором», и можно ли их решать иначе?

По отзывам сибмам, настоящим камнем преткновения в школьном курсе математики не только для учеников, но и для родителей становятся диофантовы уравнения. Что это такое и как их правильно решать? Разобраться нам помогли учитель математики образовательного центра «Горностай» Аэлита Бекешева и кандидат физико-математических наук Юрий Шанько.

Кто такой Диофант?

Еще древние египтяне для удобства рассуждений придумали специальное слово, обозначавшее неизвестное число, но в то время не было еще знаков действий и знака равенства, поэтому и записывать уравнения они не умели.

Первым, кто придумал, как можно записать уравнение, был замечательный ученый Диофант Александрийский. Александрия была большим культурным, торговым и научным центром древнего мира. Этот город существует и сейчас, он находится на Средиземноморском побережье Египта.

Жил Диофант, по-видимому, в III веке н.э. и был последним великим математиком античности. До нас дошли два его сочинения — «Арифметика» (из тринадцати книг сохранилось шесть) и «О многоугольных числах» (в отрывках). Творчество Диофанта оказало большое влияние на развитие алгебры, математического анализа и теории чисел.

А ведь вы знаете кое-что о диофантовых уравнениях…

Диофантовы уравнения знают все! Это задачки для учеников младших классов, которые решаются подбором.

” Например, «сколькими различными способами можно расплатиться за мороженое ценой 96 копеек, если у вас есть только копейки и пятикопеечные монеты?»

Если дать диофантовому уравнению общее определение, то можно сказать, что это алгебраическое уравнение с дополнительным условием: все его решения должны быть целыми числами (а в общем случае и рациональными).

” Зачастую мамы (особенно те, кто окончил школу еще при развитом социализме) полагают, что основная цель таких задач – научить детей расплачиваться мелочью за мороженое. И вот, когда они искренне убеждены, что раскладывание мелочи кучками осталось далеко в прошлом, их любимый семиклассник (или восьмиклассник) подходит с неожиданным вопросом: «Мама, как это решать?», и предъявляет уравнение с двумя переменными. Раньше таких задачек в школьном курсе не было (все мы помним, что уравнений должно быть столько же, сколько и переменных), так что мама не-математик нередко впадает в ступор. А ведь это та же самая задача про мелочь и мороженое, только записанная в общем виде!

Кстати, а зачем к ней вдруг возвращаются в седьмом классе? Все просто: цель изучения диофантовых уравнения – дать основы теории целых чисел, которая дальше развивается как в математике, так и в информатике и программировании. Диофантовы уравнения часто встречаются среди задач части «С» единого госэкзамена. Трудность, прежде всего в том, что существует множество методов решения, из которых выпускник должен выбрать один верный. Тем не менее, линейные диофантовы уравнения ax + by = c могут быть решены относительно легко с помощью специальных алгоритмов.

Алгоритмы для решения диофантовых уравнений

— Изучение диофантовых уравнения начинается в углубленном курсе алгебры с 7 класса. В учебнике Ю.Н. Макарычева, Н.Г. Миндюка приводятся некоторые задачи и уравнения, которые решают с использованием алгоритма Евклида и метода перебора по остаткам, — рассказывает Аэлита Бекешева. — Позже, в 8 – 9 классе, когда уже рассматриваем уравнения в целых числах более высоких порядков, показываем ученикам метод разложения на множители, и дальнейший анализ решения этого уравнения, оценочный метод. Знакомим с методом выделения полного квадрата. При изучении свойств простых чисел знакомим с малой теоремой Ферма, одной из основополагающих теорем в теории решений уравнений в целых числах. На более высоком уровне это знакомство продолжается в 10 – 11 классах. В это же время мы подводим ребят к изучению и применению теории «сравнений по модулю», отрабатываем алгоритмы, с которыми знакомились в 7 – 9 классах. Очень хорошо это материал прописан в учебнике А.Г. Мордковича «Алгебра и начала анализа, 10 класс» и Г.В. Дорофеева «Математика» за 10 класс.

Алгоритм Евклида

Сам метод Евклида относится к другой математической задаче – нахождению наибольшего общего делителя: вместо исходной пары чисел записывают новую пару – меньшее число и разность между меньшим и большим числом исходной пары. Это действие продолжают до тех пор, пока числа в паре не уравняются – это и будет наибольший общий делитель . Разновидность алгоритма используется и при решении диофантовых уравнений — сейчас мы вместе с Юрием Шанько покажем на примере, как решать задачи «про монетки».

— Рассматриваем линейное диофантово уравнение ax + by = c, где a, b, c, x и y — целые числа. Как видите, одно уравнение содержит две переменных. Но, как вы помните, нам нужны только целые корни, что упрощает дело — пары чисел, при которых уравнение верно, можно найти.

Впрочем, диофантовы уравнения не всегда имеют решения. Пример: 4x + 14y = 5. Решений нет, т.к. в левой части уравнения при любых целых x и y будет получаться четное число, а 5 — число нечетное. Этот пример можно обобщить. Если в уравнении ax + by = c коэффициенты a и b делятся на какое-то целое d, а число c на это d не делится, то уравнение не имеет решений. С другой стороны, если все коэффициенты (a, b и c) делятся на d, то на это d можно поделить все уравнение.

Например, в уравнении 4x + 14y = 8 все коэффициенты делятся на 2. Делим уравнение на это число и получаем: 2𝑥 + 7𝑦 = 4. Этот прием (деления уравнения на какое-то число) позволяет иногда упростить вычисления.

Зайдем теперь с другой стороны. Предположим, что один из коэффициентов в левой части уравнения (a или b) равен 1. Тогда наше уравнение уже фактически решено. Действительно, пусть, например, a = 1, тогда мы можем в качестве y взять любое целое число, при этом x = c − by. Если научиться сводить исходное уравнение к уравнению, в котором один из коэффициентов равен 1, то мы научимся решать любое линейное диофантово уравнение!

Я покажу это на примере уравнения 2x + 7y = 4.

Его можно переписать в следующем виде: 2(x + 3y) + y = 4.

Введем новую неизвестную z = x + 3y, тогда уравнение запишется так: 2z + y = 4.

Мы получили уравнение с коэффициентом один! Тогда z — любое число, y = 4 − 2z.

Осталось найти x: x = z − 3y = z − 3(4 − 2z) = 7z − 12.

” В этом примере важно понять, как мы перешли от уравнения с коэффициентами 2 и 7 к уравнению с коэффициентами 2 и 1. В данном случае (и всегда!) новый коэффициент (в данном случае — единица) это остаток от деления исходных коэффициентов друг на друга (7 на 2).

В этом примере нам повезло, мы сразу после первой замены получили уравнение с коэффициентом 1. Такое бывает не всегда, но и мы можем повторять предыдущий трюк, вводя новые неизвестные и выписывая новые уравнения. Рано или поздно после таких замен получится уравнение с коэффициентом 1.

Давайте попрообуем решить более сложное уравнение, предлагает Аэлита Бекешева.

Рассмотрим уравнение 13x — 36y = 2.

Шаг №1

36/13=2 (10 в остатке). Таким образом, исходное уравнение можно переписать следующим образом: 13x-13 * 2y-10y=2. Преобразуем его: 13(x-2y)-10y=2. Введем новую переменную z=x-2y. Теперь мы получили уравнение: 13z-10y=2.

Шаг №2

13/10=1 (3 в остатке). Исходное уравнение 13z-10y=2 можно переписать следующим образом: 10z-10y+3z=2. Преобразуем его: 10(z-y)+3z=2. Введем новую переменную m=z-y. Теперь мы получили уравнение: 10m+3z=2.

Шаг №3

10/3=3 (1 в остатке). Исходное уравнение 10m+3z=2 можно переписать следующим образом: 3 * 3m+3z+1m=2. Преобразуем его: 3(3m+z)+1m=2. Введем новую переменную n=3m+z. Теперь мы получили уравнение: 3n+1m=2.

Ура! Мы получили уравнение с коэффициентом единица!

m=2-3n, причем n может быть любым числом. Однако нам нужно найти x и y. Проведем замену переменных в обратном порядке. Помните, мы должны выразить x и y через n, которое может быть любым числом.

y=z-m; z=n-3m, m=2-3n ⇒ z=n-3 * (2-3n), y=n-3*(2-3n)-(2-3n)=13n-8; y=13n-8

x=2y+z ⇒ x=2(13n-8)+(n-3*(2-3n))=36n-22; x=36n-22

Пусть n=5. Тогда y=57, x=158. 13_*(158)-36 _* (57)=2

Да, разобраться не очень просто, зато теперь вы всегда сможете решить в общем виде задачи, которые решаются подбором!

Решаем задачи на подбор чисел

Примеры задач для учеников младших классов, которые решаются подбором: посоревнуйтесь с ребенком, кто решит их быстрее: вы, используя алгорит Евклида, или школьник — подбором?

Задача про лапы

Условия

В клетке сидят куры и кролики. Всего у них 20 лап. Сколько там может быть кур, а сколько — кроликов?

Решение

Пусть у нас будет x кур и y кроликов. Составим уравнение: 2х+4y=20. Сократим обе части уравнения на два: x+2y=10. Следовательно, x=10-2y, где x и y — это целые положительные числа.

Ответ

Число кроликов и куриц: (1; 8), (2; 6), (3; 4), (4; 2), (5; 0)

Согласитесь, получилось быстрее, чем перебирать «пусть в клетке сидит один кролик. »

Задача про монетки

Условия

У одной продавщицы были только пяти- и двухрублевые монетки. Сколькими способами она может набрать 57 рублей сдачи?

Решение

Пусть у нас будет x двухрублевых и y пятирублевых монеток. Составим уравнение: 2х+5y=57. Преобразуем уравнение: 2(x+2y)+y=57. Пусть z=x+2y. Тогда 2z+y=57. Следовательно, y=57-2z, x=z-2y=z-2(57-2z) ⇒ x=5z-114. Обратите внимание, переменная z не может быть меньше 23 (иначе x, число двухрублевых монеток, будет отрицательным) и больше 28 (иначе y, число пятирублевых монеток, будет отрицательным). Все значения от 23 до 28 нам подходят.

Математика. 2 класс

Конспект урока

Математика, 2 класс

Урок №26. Уравнение. Решение уравнений подбором неизвестного числа

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

— Что такое уравнение, корень уравнения?

— Как решить уравнение?

Глоссарий по теме:

Уравнение – равенство, содержащее неизвестное число, которое надо найти.

Корень уравнения – это значение буквы, при котором из уравнения получается верное равенство.

Решить уравнение, значит найти его корни.

Основная и дополнительная литература по теме урока

1. Моро М. И., Бантова М. А., Бельтюкова Г. В. и др. Математика. 2 класс. Учебник для общеобразовательных организаций. В 2 ч. Ч.1.– 8-е изд. – М.: Просвещение, 2017. – С. 80-81.

2. Моро М. И., Бантова М. А. Математика. Рабочая тетрадь. 2 класс. Учебное пособие для общеобразовательных организаций. В 2 ч. Ч.1. – 6-е изд., дораб. – М.: Просвещение, 2016. – С. 60.

3. Моро М. И., Волкова С. И. Для тех, кто любит математику. Пособие для учащихся общеобразовательных организаций. 9-е изд. – М.: Просвещение, 2014. – С. 60.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Вы умеете читать буквенные выражения. Например:

Вы уже знаете, что равенства бывают верные и неверные.

Рассмотрим верное равенство с окошком: + 4 = 12

Запишем вместо окошка маленькую латинскую букву , как в буквенное выражение. Какое число надо поместить вместо буквы х, чтобы равенство стало верным?

Это число 8. Получили верное равенство: сумма чисел 8 и 4 равна 12.

Равенство с буквой , которое мы записали – это уравнение.

Неизвестное число обозначается маленькими латинскими буквами, как и в буквенном выражении.

Решить уравнение – значит найти все такие значения х (если они есть), при которых равенство будет верным. Значение буквы, при котором из уравнения получается верное равенство, называется корень уравнения.

Решим уравнение 10 – d = 6 способом подбора.

Возьмём число 5. Сейчас проверим, верно ли подобрали число. Заменим d в уравнении числом 5. Получим равенство: 10 – 5 = 6. Оно неверно. Значит, число подобрали неверно.

Попробуем взять другое число. Например, 4. При подстановке его вместо d получили верное равенство: 10 – 4 = 6. Значит, число четыре – корень уравнения, его решение.

Сейчас мы с вами рассмотрим, как по схеме составить уравнение. Перед нами такая схема. Изучим, что обозначает каждое число в схеме. Число 27 обозначает «целое». Оно состоит из двух частей. Первая «часть» – это число 20, вторая «часть» – это число х.

ЧАСТЬ + ЧАСТЬ = ЦЕЛОЕ

Рассмотрим другой пример. Перед вами другая схема. Изучим, где на схеме целое, а где части: х — это «целое», а 30 и 6 – это части.

Вывод: Уравнение – это равенство, содержащее неизвестное число, которое надо найти. Когда решение уравнения находится легко, пользуются способом подбора. Нужно подобрать такое число, чтобы получилось верное равенство.

1. Соедините уравнение с его решением.

2. Выберите и подчеркните среди математических записей уравнения.

«Уравнение. Решение уравнений способом подбора»

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Конспект урока математики на тему:

« Уравнение. Решение уравнений способом подбора »

УМК «Школа России»

Тема:«Уравнение. Решение уравнений способом подбора»

1) Обучающие: познакомить учащихся с новым математическим понятием «уравнение», с решением уравнения способом подбора значения неизвестного; сформировать умение правильно записывать уравнение и выполнять его проверку.

2) Развивающие: продолжить работу над развитием УУД; развить вычислительные навыки учащихся и умение решать текстовые задачи.

3) Воспитательные: воспитать чувство товарищества и взаимопомощи; повысить уровень познавательного интереса к предмету математики.

Оборудование: мультимедийная презентация к уроку, карточки с заданиями для групповой работы, учебник М. И. Моро и др. «Математика», 2 класс, 1 часть. – М.: Просвещение, 2017.

Тип урока: урок формирования новых умений.

Формирование познавательных УУД: добывать новые знания, найти и переработать необходимую информацию в учебнике, наблюдать и делать самостоятельные выводы, моделировать алгоритм решения уравнения способом подбора, учиться строить речевые высказывания и эффективно решать уравнения, выполнять рефлексию.

Формирование регулятивных УУД: определить цель деятельности на уроке с помощью учителя, совместно с ним обнаруживать и формулировать учебную проблему, выполнять самоанализ и самоконтроль результата учебной деятельности, оценивать свои знания и незнания, качество и уровень усвоения новых знаний.

Формирование коммуникативных УУД: учиться сотрудничать с учителем и с одноклассниками, работать в группе: контролировать, корректировать действия одноклассников; формулировать с достаточной полнотой и точностью несложные выводы и находить аргументы, подтверждающие вывод.

Любое дело надо начинать с улыбки. Ведь улыбка – это шаг к успеху.

Подарим друг другу хорошее настроение. Я улыбнусь вам, а вы улыбнитесь мне.

Сначала сядут девочки, а теперь мальчики.

Зарядка для пальчиков и настрой на урок.

Теперь повернитесь друг к другу и пожелайте успешной работы вот таким образом: Желаю (соприкасаются большими пальцами)

Во всём ( безымянными)

и везде . ( мизинцами)

Здравствуй ! (всей ладонью)

Удачи тебе! ( пальцы переплести в замок).

А сейчас покажите свои умные глазки, ровные спинки.

2.Проверка готовности к уроку.

Посмотрите внимательными глазками, всё ли готово к уроку. Учебники, тетради, ручки.

А ещё на партах лежат разноцветные карточки. Возьмите зелёную карточку. Это лист настроения. Нарисуйте соответствующий смайлик

II. Актуализация знаний.

Математика – царица наук. Девизом нашего урока станут слова: Решай! Отгадывай! Смекай!

Сейчас мы проверим ваши знания, но сначала выполним упражнение для хорошей работы нашего мозга.

Потереть носик ладошкой, подёргать левое ушко 5 раз, подёргать правое ушко 5 раз. Теперь мы готовы к работе.

Откройте тетради, запишите число, классная работа.

Эмоциональный фон (Звучит мелодия из м.ф. Трое из Простоквашино)

-Кто узнал эту мелодию? Что она вам напомнила?

-А вы любите мультфильмы?

— И я их очень люблю, особенно новогодние.

Давайте посмотрим, какой герой пришёл к нам на урок

В Простоквашино живет,

Службу там свою несет,

Почта-дом стоит у речки.

Почтальон в ней — дядя .

— Что же нам принёс почтальон Печкин? (письмо)

Чтобы открыть письмо, нужно разгадать шифр

4 7 11 16 22 … … … (29, 37, 45)

— Вспомним правильное написание чисел, запишите их к себе в тетрадь.

-сколько прибавили к 4 ,чтобы получить 7?

Что происходит дальше? Сколько прибавляют к 7?

Что происходит с числами, которые прибавляют? Продолжите ряд.

Актуализация опорных знаний

Читаю письмо: «Встретить Новый год в Простоквашино! Что может быть лучше… Вот и дядя Фёдор, кот Матроскин и пёс Шарик так решили, и отправились в Простоквашино. Но вот беда! О чём-то они совсем забыли.

Разгадаем шифр и узнаем о чём?»

Работа в парах на жёлтых карточках

Задания на индивидуальных карточках

Как называются эти выражения? (Выражения с окошками)

Какое действие выполняется в первом и втором выражениях? (Сложение)

Вспомним названия чисел при сложении (Первое слагаемое, второе слагаемое, сумма)

Какое действие выполняется в третьем и четвёртом выражениях? (Вычитание)

Вспомним названия чисел при вычитании (Уменьшаемое, вычитаемое, разность)

Чему равно неизвестное слагаемое в первом выражении? (7)

Чему равно неизвестное слагаемое во втором выражении? (13)

Чему равно неизвестное уменьшаемое в третьем выражении? (12)

Чему равно неизвестное вычитаемое в четвёртом выражении? (1)

А теперь вспомните, в каком порядке стоят буквы в алфавите. Порядковый номер буквы — это числа, полученные в окошках. Напишите в пустых клетках нужную букву. Какое слово у вас получилось? (ёлка)

Трое из Простоквашино забыли о ёлке. Нам нужно её отправить с Печкиным.

Посмотрите на ёлочку. Она похожа на новогоднюю? (Не хватает ёлочных игрушек)

Игрушки у меня есть, но они не простые, чтобы повесить их на ёлку, нужно выполнить задания, записанные на них.

Что записано на шариках? (буквенные выражения)

Как решить буквенные выражения? (Необходимо подставить вместо буквы число и вычислить значение выражения)

Ученики выходят к доске, устно находят значение выражения, украшают ёлку на интерактивной доске.

А чтобы наша ёлочка была ещё наряднее, выполните следующее задание. На доске записи, распределите их на две группы.

(Записи напечатаны на листах, дети распределяют их на группы “Примеры с окошком” и “Буквенные выражения”.)

Все ли записи вы распределили? Где возникло затруднение? Почему вы затрудняетесь?

На что похожа запись х + 5 = 13 ?( Запись х + 5 = 13 похожа одновременно и на буквенное выражение и на пример с окошком.)

Что вы можете о ней сказать?

Как мы можем ее назвать? (Эту запись можно назвать равенством, содержащим неизвестное число.)
Самоопределение темы и задач урока

– Кто нам назовет тему нашего урока математики? Кто знает, как называются такие равенства в математике?(Ученики называют тему урока, учитель открывает тему на доске.)
– Тема нашего урока – уравнение. (вывешиваю на доску тему урока)

– Сформулируйте задачи нашего сегодняшнего урока. (Ответы учеников.) (вывешиваю на доску)
– А моя учительская задача научить вас правильно работать с уравнениями.

Изучение нового материала

Ёлочку мы отправляем в Простоквашино. А за то, что мы помогли дяде Фёдору и его друзьям, они нам помогут получить знания об уравнениях.

И первое задание от галчонка. У галчонка вместо рук крылья, но он очень любит рисовать и писать, а делает он это клювиком. Вот и мы сейчас превратимся в галчат. Встаньте, ручки за спинку. Пропишем носиком по воздуху тему нашего урока. (Уравнение)

Работа с новым материалом

Рассмотрите ещё раз эту запись. Как она называется? (Уравнение)

Что же такое уравнение?

Уравнение – это равенство (показываю знак равно), содержащее неизвестное число (показываю х), которое необходимо найти.

А может ли кто-то из вас решить это уравнение?

А что значит решить уравнение? (Найти значение х, при котором равенство будет верным)

Методом подбора найдите х. (8)

Что вы сейчас сделали? (Решили уравнение)

Докажите правильность ответа (8 + 5 = 13)

Правильность выполнения уравнения надо доказывать. Для этого выполняется проверка. Сегодня мы комментируем проверку устно, неизвестное число находим методом подбора.

Итак, что такое уравнение?

Что значит решить уравнение?

Теперь мы знаем, что такое уравнения, а вот Шарик с Матроскиным сомневаются в своих знаниях. Давайте им поможем. Перед вами разные записи, выпишите только уравнения.

А теперь проверим, правильно ли сделали наши друзья. (Матроскин записал буквенное выражение, а Шарик — неравенство)

Определять уравнения вы научились, теперь потренируемся решать уравнения. Напомните мне, что значит решить уравнение?(Найти значение неизвестного числа, чтобы равенство было верным)

Задания от дяди Фёдора

На доске примеры Девочки помогают решать Матроскину, мальчики — Шарику

Танец вместе с мамой

Пока мы с вами решали уравнения, в Простоквашино приехали родители дяди Фёдора и не с пустыми руками. Они привезли нам задачу.

Дяде Фёдору 8 лет, мама на 19 лет старше Фёдора, а папе столько лет, сколько дяде Фёдору и маме вместе. Сколько лет папе?

Ф. – 8 лет

-Сколько лет дяде Фёдору?

— Знаем ли мы сколько лет маме?

— Что сказано о возрасте папы?

Что найдём в первом действии?(Возраст мамы)

Что найдём во втором действии? (Возраст папы)

Итог урока Рефлексия.

-Пора провести итог урока.

У.Ребята, вспомните, какую цель мы ставили с вами в начале урока (Узнать, что такое уравнение и как научиться его решать)

— Достигли мы этой цели? (Да)

— Что такое уравнение?

— Что значит решить уравнение?

Приготовим наши пальчики.

Нажимайте на подушечку мизинца и подумайте

-Что узнали сегодня на уроке?

Нажимайте на подушечку безымянного и скажите

Нажимайте на подушечку среднего пальца и подумайте

-Какое у вас настроение?

Нарисуйте смайлик на конец урока

Нажимайте на подушечку указательного пальца и ответьте

-Чем порадовали друзей, учителя?

Нажимайте на подушечку большого пальца и подумайте

Что сделали для своего здоровья?

(физультминутки, пальчиковая гимнастика, эмоциональный настрой, правильно сидел при письме)

Встаньте те, кто всё понял на уроке. Давайте подарим им свои аплодисменты. Молодцы! Встаньте те, кому что-то было не понятно, давайте поддержим вас аплодисментами. У вас обязательно всё получится!

Раскраски, стр. 80 выучить определения «уравнение», «решить уравнение».

Список использованных источников:

1. Методы создания благоприятной атмосферы, организации коммуникации http://www.studfiles.ru/preview/5836977/page:3/

2. Мелодия из м.ф. Трое из Простоквашино https://xmusik.me/s/25208198-Troe_iz_Prostokvashino_-_Glavnaya_tema/

3. Загадка http://zagadochki.ru/zagadka-v-prostokvashino-zhivyot.html

4. Песня «Кабы не было зимы» https://zaycev.online/tracks/кабы-не-было-зимы-из-простоквашино

5. Здоровьесберегающие технологии на уроках в начальной школе https://infourok.ru/prezentaciya-peredovogo-pedagogicheskogo-opita-uchitelya-1369812.html

6. Задания в ходе урока выбраны из учебника Математика 2 класс М.И. Моро, М.А. Бантова, Г.В. Бельтюкова, С.И. Волкова, С.В. Степанова (2014 год) Часть 1