06 利用换元法解方程(组)

绝世美人儿
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2021年01月03日 20:06
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涛的组词-鸟叫声音

2021年1月3日发(作者:邱瑶姿)


第6讲 利用换元法解方程

一、方法技巧

(一)换元法解方程是用新元代替方程中含有未知数的某个部分,达到化简的目的.

(二)运用换元法解方程,主要有三种类型:分式方程、无理方程、整式(高次)方程.
< br>解分式方程、无理方程、整式(高次)方程的基本思想是将分式方程化为整式方程、
无理方程化为 有理方程、整式(高次)方程逐步降次.

(三)换元的方法是以所讨论方程的特有性质为依 据的,不同的方程就有不同的换元方
法,因此,这种方法灵活性大,技巧性强.恰当地换元,可将复杂方 程化简,以
便寻求解题的途径.
常用换元方法有局部换元、均值换元、倒数换元、常数换元等.
x

x

x

y
例如:①

,可使用局部换元法,设
560

x1< br>
x1



x1

2

x
2
111
x0xt
,变形后也可使用局部换元法, 设
x
2
xx

x
2
x12x
2
x219

2

,看着很繁冗,变形整理成 ③
x
2
1xx16
x
2
x1x
2
119< br>1
时,就可使用局部换元法.
22
x1xx16


x3



x1

82
,可设
y
44

x3



x1

x2
,方程变成
2

y1

4< br>

y1

82
,使方程变得易解,这是均值换元法.
4
432

6x5x38x5x60
,符合与中间项等距离的项的系数相等,
如< br>6x
4

6

5x

5x
系数相等 ,可构造
x
32
3
1
换元,是倒数换元法.
x

x23x3x310
,不易求解,若反过来看,把设
x
看作已< br>223
知数,把
3
设为设
t
,则方程就变成
xt 2x1tx10


数字换元法不常用,但不失为一种巧妙的解题方法.

有时根据方程各部分特点可设双元,达到化繁为简,求解的目的.
例如:



x
2
3x2

< br>
x
2
3x2

3x
2
2x1< br>


3x
2
2x1


< br>4x
2
5x1

222
222
观察发现
x3x23x2x14x5x1
,故可设
x
2
3x2 u


3x
2
2x1v
,原方程变为
u
2
uvv
2


uv

,方程由 繁变简,可得解.

(四)本讲注重研究用换元法解方程的技能、技巧.拓宽学生知识面,培 养学生学习和
研究数学的兴趣.

二、应用举例

类型一 局部换元

(高次方程)
【例题1】解方程:
x
4
3x
2
20
【答案】
x
1
1

x
2
1
,< br>x
3
2

x
4
2

【解析】
试题分析:
通过观察发现
xx
4
2

,故设
x
2
2
2
y
,原方程变形为
y
2
3y20
,可把高次方程
降次,转化为可解的一元二次方程.
试题解析:
解:设
xy
,则原方程变形为
y3y20

解得,
y
1
1

y
2
2

2

y
1
1

x1
,解得< br>x
1
1

x
2
1

22
2

y
2
2

x2,解得
x
3
2

x
4
2

∴方程的解是
x
1
1

x
2
 1

x
3
2

x
4
2

【难度】较易

(分式方程)

x

x
【例题2】解方程:

5

60

x1

x1

【答案】
x
1

【解析】
2

32

x
2


43


试题分析:
括号里的分式相同,由这个特点,可以用换元法来解.
试题解析:
解:设
x
y
,于是原方程变形为
y
2
5y60

x1
解得
y
1
3

y
2
2
x3
3
,解得
x
1


x14
x2
2
,解得
x
2


y
2
2
时,
x13
32
经检验
x< br>1


x
2

均为原方程的根.
43
32
∴方程的解是
x
1


x
2


43

y
1
3
时,
【难度】较易

2
【例题3】已知实数
x
满足
x
111
x 0x
,那么的值是( )
x
2
xx
【答案】
2

【解析】
试题分析:
1
1

1

由于
x
2

2


x

2
,故设
xt
,可解.
x
x

x

试题解析:
解:设
x
2
1
t

x
2
1

1

原方程化简得

x

2x 0

x

x

2

t2t0

解得
t
1
1

t
2
2

1
1
化简得
x
2
x10
,△<0 ,无解,舍去
x
1

x2
x


x
点评 :方程中并无“相同”的部分时,可通过代数式间的关系变形构造出“相同”部分,
设元.
【难度】一般

(无理方程)


【例题4】解方程:
1
【答案】
x
1

【解析】
试题分析:
2x10


xx23
19

x
2


44
这是一个根号里含有分式的无理方程,也可通过换元后求解,通过变形发现
1
2x2

xx

2
110
x
互为倒数,可设1y
,则原方程变形为
y
,无理方程化为有理方程.
x2
y3
x
试题解析:
解:设
1
2
110
y

y>0

,则原方程变形为
y
y3

x
整理得
3y
2
10y30

解得
y
1
3

y
2


y
1
3
时,
1
1

3
2
1
3
,解得
x
1

4
x

y
2

21
19
时,
1
,解得
x
2


34
x3
19< br>,
x
2

都是原方程的根.
44
19
原 方程的解是
x
1


x
2


44
经检验
x
1

【难度】一般

【例题5】解方程
x13x10

【答案】
x
1
1
【解析】
试题分析:
7
7

x
2
1

2
2

注意到原方程可变为
x13x1
,可设两个未知数,利用韦达定理求解.
试题解析:
解:设
x1m

3xn


原方程变为
mn1

22
又∵

mn

mn2mn

2

142mn
,即
mn
3

2
3
0
的根
2
2
根据韦达定理,
m、 n
是方程
zz
解得
z
1

1717

z
2


22

17
<0

2

z
2
舍去

m
1717

n

22
17
17

3x
2
2
7< br>7

x
2
1
2

2

7
7

x
2
1
是原方程的解
22
7
7

x
2
1
2

2




x1
解得
x
1
1
经检验
x
1
1
∴ 方程的解是
x
1
1
【难度】一般

类型二 均值换元

【例题6】解方程:

x3



x1

82


【答案】
x
1
0

x
2
4

【解析】
试题分析:
观察方程可知

x3



x1

2
,适合使用均值法换元,故设
y
可达到降次目的.
44

x3



x1

x2
2


试题解析:
解:设
y

x3



x1

x2

2
44
原方程变为

y1


y1

82

2222
整理得


y1



y1


2

y1

y1

82


2

4y12y1

y
4
6y
2
400


2

2

2

2
82

解得
y< br>2
10
(舍),
y
2
4


y
1
2

y
1
2


x22
,得
x
1
0


x22
,得
x
2
4

∴原方 程的解为
x
1
0

x
2
4

点评:一般形如

xa



xb

c
的方程可用均值法,设
y
进行代换,化原方程为双二次方程求解.
【难度】较难

类型三 倒数换元

432
【例题7】解方程:
6x5x38x5x60

4 4
xaxbab
x
22
【答案】
x
1

【解析】
试题分析:
11

x
2
2
,
x
3
3

x
4


23< br>本题的特点是:按
x
降幂排列后,与中间项等距离的项的系数相等,如
6x
6

5x

5x
系数相等,可构造
x试题解析:
解:显然
x0
不是方程的解,故用
x
除方程两边,
整理 得
6

x
2

2
4
3
1
换元.
x


1

1

5x
380

2

x

x



yx
11
22
,则
x
2
y2

xx
2
上式变为
6y25y380


整理得
6y
2
5y500

解得
y
1

1
x
1

x
x
x
510

y
2


23
5 1

,解得
x
1


x
2
2< br>
22
101

,解得
x
3
3

x
4


33
点评:形如
ax
4< br>bx
3
cx
2
bxa0
的方程称为倒数方程,其特 点是,按某一字母降幂
排列后,与中间项等距离的项的绝对值相等,其解法是,用
x
2
除各项,构造
x
方程变为一元二次方程得解.
【难度】较难

类型四 常数换元

【例题8】解方程
x23x3x310

32
1
,使原
x
13
4
1213
4
12
,< br>x
3


【答案】
x
1
13

x
2

22
【解析】

试题分析:
这是 三次方程,且系数中含无理数,不易求解,若反过来看,把设
x
看作已知数,把
3
为设
t
,则方程就变成关于
t
的一元二次方程.
试题解析:
解:设
3t

322
则原方程变形为
x2xtxtt10

223

xt2x1tx10



xt

x
2
x1




0



t

x1



x 3

x
2
x1


3

x1


0


整理得

x 
2


31x1


x31


0





x
2

31x10

x310


13
4
1213
4
12
解 得
x
1
13

x
2


x< br>3


22
【难度】困难

三、实战演练

类型一 局部换元

(高次方程)
2222
1.已 知
xy1xy38
,则
x
2
y
2
的值 为( )

【答案】1
【解析】
试题分析:
解题 时把
x
2
y
2
当成一个整体考虑,再求解就比较简单.
试题解析:
解:设
x
2
y
2
t
,< br>
t0

,则
原方程变形为

t1
 
t3

8

整理得

t5

t1

0

解得
t
1
5

t
2
1


t0


t1


xy
的值是1
【难度】较易

2.解方程:
x2x
22

2

2
3x
2
6x 0

【答案】
x
1
0

x
2
2

x
3
3

x
4
1

【解析】
试题分析:
观察可知,方程整理后
x2x
试题解析:

2

2
3

x
2
2x
0
,可用换元法降次.


解:方程整理后
x2x< br>设
x
2
2xy
,则

2

2
3

x
2
2x

0

原方 程变为
y
2
3y0
解得
y
1
0
,< br>y
2
3



y
1
0
,得
x
2
2x0
,解得
x
1
0
,< br>x
2
2


y
2
3
,得x
2
2x3
,解得
x
3
3

x
4
1

∴原方程的解是
x
1
0
,< br>x
2
2

x
3
3

x4
1

【难度】较易

3.方程
x3

2

2
5

3x
2

2 0
,如果设
x
2
3y
,那么原方程可变形为( )
A.
y
2
5y20
B.
y
2
5y20
C.
y
2
5y20
D.
y
2
5y20

【答案】D
【解析】
试题分析:
22
注意到
x3

3x
互为相反 数,只有符号要变化,可利用换元法变形.
试题解析:
解:设
x3y
,则
3xy


y
表示
x3
后代入方程得
y
2
5y20

故选D.
【难度】较易

4.解方程:
x1
2
22

2

2
x
2
3

【答案】
x
1
1

x
2
1

【解析】
试题分析:
22
1.以
x1
为一个整体换元 ,因此要对方程进行变形使其含有
x1
.

2.把方程展开成标准的双次方程,再对
x
进行换元.
试题解析:
2


解法一:原方程可化为
x1x120


x
2
1y
,得
y
2
y20

解得
y
1
2

y
2
1


x
2
12
,解得
x
1
1

x
2
1


x
2
11

x
2
2
无实根
∴方程的解是
x
1
1

x
2
1

解法二:由方程得
x
4
x
2
20


x
2
y


y
2
y20

解得
y
1
1< br>,
y
2
2
(舍去)
2

x1
,解得
x
1
1

x
2
1


2

2
2

∴方程的解是
x
11

x
2
1

点评:换元的关键是善于发现或构 造方程中表达形式相同的部分作为换元对象.在解方程的
过程中换元的方法常常不是唯一的,解高次方程 时,只要能达到将次目的的换元方法都可以
应用.

【难度】较易

(分式方程)
5.解方程
6
2
xx1

2
xx
【答案】
x
1
2

x
2
1

【解析】
试题分析:
22
方程左边分式分母为
xx
,可将右边
xx
看成一个整体,然后用换元法解.
试题解析:
解:设
xxy
,则原方程变形为
2
6
y1

y
解得
y
1
3

y
2
2



y
1
3
时,
x
2x3
,△<0,此方程无实根

y
2
2
时,
x
2
x2
, 解得
x
1
2

x
2
1

经检验,
x
1
2

x
2
1
都是原方 程的根.
【难度】较易

6.解方程:
x

x2

2

x1

2

【答案】x
1
12

x
2
12

【解析】
试题分析:
整理后发现
x

x2

x2x
,故
x

x2

1
< br>x1

,就可换元解题了
2
2
试题解析:
2< br>x
解:方程整理后变为
2x
2

x1

2
2

两边加1得

x1

2
< br>2

x1

1



x1

y
,则
原方程变为
y
2
2
1

y
整理得
y
2
y20

解得
y1
2

y
2
1
(舍去)

y
1
2


x1

2
,解得
x
1
12

x
2
12

经检 验
x
1
12

x
2
12
是原 方程的解
∴方程的解是
x
1
12

x
2< br>12


【难度】较易
2



x
2
x12x
2
x219

2

7.解方程
x
2
1xx16
【答案】
x
1
 x
2
1

x
3

【解析】
试题分析:
22
x
2
x1
2x
2
x2
xx1

x1
x
2
1
y
,原方程 可化观察到
2
,设
1
2
2
2
x1
xx1xx1xx1
3535

x
4


22

y
119
1
,由繁变简,可解.
y6
试题解析:
x
2
x1x
2
1191
解:原方程变形得,
x
2
1x
2
x1 6
x
2
x1x
2
113


2 2
x1xx16
x
2
x1
113
y

y
设,则原方程变为
2
y6
x1
整理得
6y 13y60

解得
y
1

2
32
,< br>y
2


23
3
x
2
x13< br>
,解得
x
1
x
2
1

y< br>1


2
x
2
12
2
x
2
x12
3535


y
2

得,解得,
xx
34
2
3
x13
22
经 检验
x
1
x
2
1

x
3
< br>3535

x
4

都是原方程的解.
22
3535

x
4


22< br>∴原方程的解是
x
1
x
2
1

x
3

【难度】一般


2
8.解方程:
2 x
27
7x20

x
2
x
1

x
4
2

2
【答案】
x
1
12

x
2
12

x
3

【解析】
试题分析:
观察可发现
2x
2

271

2
1

 7x22x7x

2
,而
22

xxx

x

2
1
1

1

x
2

2


x

2
,故 可设
x
为辅助元,可得解.
x
x

x

试题解析:
2



1

1

解:将原方程转化为
2
< br>
x

2

7

x
20

x

x





x
1
y
,则
x
原方程转化为
2y
2
7y60

解得y
1
2

y
2


y
1< br>2
时,
x
3

2
1
2
,解得
x
1
12

x
2
12

x
3131

y
2

时,
x
,解得< br>x
3


x
4
2

2x22< br>1
经检验
x
1
12

x
2
1 2

x
3


x
4
2
都是原方程的解 < br>2
1
所以,原方程的解是
x
1
12

x
2
12

x
3


x
4
2

2
【难度】一般

2x3x
2
2
2
9.解方程:
2
3x2 2x
【答案】
x
1

【解析】
试题分析:
这个方程左边两个分式互为倒数关系,抓住这一特点,可设
y
试题解析:
17
17

x
2


3
3
2x

3x
2
2


解 :设
y
1
2x
,则原方程可化为
y2

2
3x2
y

y
2
2y10



y1

0
,解得
y1


2
2x
1
,得
3x
2
2x20

2
3x2
解得:
x
1

17
1 7

x
2


3
3
17
17

x
2

都是原方程的根
3
3
经检验< br>x
1

点评:解有倒数关系的分式方程时,常把原方程中的一个分式作为整体进 行换元,换元时要
注意分子、分母互换时分式可以用一个新元和它的倒数来表示,即
形如
af

x


【难度】较易
< br>10.解方程:
b
c0
的方程,可设
yf

x


f

x

122

222
x2x7x2x2x2x1
【答案】
x
1
 15

x
2
15

【解析】
试题分析:
观察方程的分母,发现各分母均是关于
x
的二次三项式,仅常数 项不同,抓住这一特点,可

yx2x

试题解析:
解:设
yx2x
,原方程可化为

2
2
12
122


,即,
y7 y2y1
y7

y2

y1

2
yy120

解得:
y
1
4

y
2
3

2

x2x4
,解得
x
1
15< br>,
x
2
15

2

x2x3
,△<0,方程无解


经检验
x1
15

x
2
15
,都是原方程的解.
∴方程的解是
x
1
15

x
2
15

【难度】较难

11.解方程:
111
0

x
2
11x 10x
2
2x10x
2
13x10
【答案】
x1
5

x
2
2

x
3
 5

x
4
2

【解析】
试题分析:观察方 程的分母,发现三个分母都是关于
x
的二次三项式,仅一次项不同,抓住
这一特点,可 设
yx
2
2x10

试题解析:
解:设
yx
2
2x10

则原方程可化为
111
0
y9xyy15x

整理得:
y
2
4xy45x
2
0

解得:
y
1
9x

y
2
5x
2

x2x109x
,解得
x
1
5

x
2
2

2

x2x105x
,解得
x
3
5

x
4
2

经检验知,它们都是原方程的解.
点评:以上三个例子可以看出,换元时必须对原方程仔细观 察、分析,抓住方程的特点,恰
当换元,花繁为简,达到解方程的目的.
【难度】较难

(双元换元)
13xx
2

13x

12.解方程:

x

42

x1

x1

【答案】
x
1
1

x
2
6

x
3
32

x
4
32

【解析】
试题分析:

13xx
2

x< br>2
13

13xx
2

x
2
13

13x13
本题整理后

13


42
,发现




x1

x1

x1

x1

x1


13xx
2
x
2
13
a

b
,可得
ab13

ab42
,利用韦达定理可 求解. 设
x1
x1
试题解析:
13xx
2
x2
13
a

b
解:设
x1
x1
可得
ab13

ab42

由韦达定理,知
a
b
是方程
z
2
13z420
的两根
解得
z
1
6

z
2
7


a6

a7




< br>b7b6


13xx
2

13xx2
6

7


x1

x1< br>即

2


2


x13
7

x13
6


x1

x 1
经检验
x
1
1

x
2
6

x
3
32

x
4
32
都是原方 程的根.
所以方程的解是
x
1
1

x
2
6

x
3
32

x
4
32< br>
【难度】较难

13
x3x2

2



x
2
2
3x2

3x
2
2x1



3x
2
2x1



4x
2
5x1


22
【答案】
x
1
x
3
1

x
2
2

x
4

【解析】
试题分析:
1

3
222
2
观察发现
x3x23x2 x14x5x1
,故可设
x3x2u


3x
2
2x1v
,原方程变为
u
2
uvv
2


uv

,方程由繁变简,可得解
试题解析:
222
解:∵
x3x23x2x14x5x1

2

22

x3x2u

3x2x1v< br>
22
原方程变为
uuvv

uv


22

u2uvv

uv


2
2



uv0
,即
u0

v0


x
2
3x20

3x
2
2x10

解得
x
1
1

x
2
2

x
3
1

x
4
1
3

1
∴方程的解是
x
1
x
3< br>1

x
2
2

x
4


3

点评:对于本题这样繁冗的方程,直接展开求解不可取,可通过观察,找到代 数式间的联系,
不妨设两个辅助元,将方程变形,目的是使方程有繁变简,可解.
【难度】较难

(无理方程)
14.解方程:
x2x11

【答案】
x1

【解析】
试题分析:
解无理方程的基本思想是将其转化为有理方程,通常是设根式 为元,本题的两根式存在

x1

+1

x2

的关系,故设一个辅助元即可.
试题解析:
解:设
yx1
,则
x1y
2
,即
x2y
2
1

y
2
1y1

原方程可化为
变形为
y
2
11y

两边平方,并整理得
y0


x10
,解得
x1

经检验
x1
是原方程的解
点评:解无理方程时,常把方程中的一个含有 未知数的根式作为整体换元,达到化去根号转
化为可解的方程的目的.
【难度】一般



xy18
15.解方程组:




x3y23

x19
【答案】


y1

【解析】
试题分析:


此题是整式方程 与无理方程合并的方程组,解题时应从无理方程出发,将其化为有理方程求
解.
试题解析:
解:设
x3u

y2v
,则

u
2
v
2
17

1


原方程组可化为:


uv3
2


由(2)得,
u3v
,(3)
2< br>将(3)代入(1),得

3v

v17

2
解得,
v
1
1

v
2
4


u4

y2
不能为负)


x 19

x34


,解得


< br>y1


y21
经检验,知


x 19
是原方程组的解
y1


x19


y1
∴原方程组的解为

点评:妙用换元法,将无理方程组化为有理方 程组,从而把繁杂而生疏的问题转化为简单而
熟悉的问题.
【难度】一般

16.解方程:
2x6x5x3x150

【答案】
x
1
5

x
2
2

【解析】
试题分析:
22
由于根号里面
x3x
与根号 外面
2x6x
,对应系数成比例,故可以将其变形
22
2

x
2
3x1

5x
2
3x130
, 不难找到辅助元.
试题解析:
解:设
x
2
3x1y< br>,则原方程可以化为
2y5y30

解得
y
1

2
2
1
(舍去),
y
2
3

2

x3x13


解得x
1
5

x
2
2

经检验x
1
5

x
2
2
是原方程的解. 点评:以前学过的取平方去根号法解无理方程,是种普遍方法.现在的换元法必须构造出根
号内外两 个相同的式子才行.
【难度】较难

类型二 均值换元

1 7.解方程:

x2

x1

x4

x7

19

【答案】
x
1

55
58558555

x
2

x
3


x
4


2
222
【解析】
试题分析:
方程的左边是四个二项式乘积,故 展开求解不可取,应通过观察找突破口,左边重组后,
22



x 2

x7






x 1

x4





x5x1 4

x5x4

,可设元求解.
试题解析:
解: 原方程变形后



x2

x7






x1

x4



19

2
整理后得
x5x14

x
2
5x4

19

x


y
2
5x14



x
2
5x4

2
x
2
 5x5

2
方程可变为

y9

y 9

19
,即
y100

解得
y
1
10

y
2
10

2

y
1
10

x5x510< br>,解得
x
1

585585

x
2


22
55
55

x
4


2
2
2

y
2
10

x5x510
,解得
x
3

∴方程的解是
x
1

55
58558555

x2


x
3


x
4

2
222
2
点评:本题也可设
x5x
为辅助元,但 没有均值法计算快捷,恰当的重组变形得到



x2
x7






x1
x4



是解本题的关键.


【难度】一般

18.解方程:

6x7

【答案】
x
1

2

3x4

x1

6

25

x
2


33
【解析】
试题分析:
方程左边四个二次项的乘积,显然展开求解不可 取,可尝试变形后

6x7

6x8

6x6< br>
72
,取均值,将其由繁变简.
试题解析:
解:方程变形为< br>
6x7

2
2

6x8

6x6

72

4

y

6x7



6x7



6x8



6x6

6x7

2
原方程变成
y

y1

y1

72
整理得
y
4
y
2
720

解 得
y
2
9

y
2
8
(舍去)

y
1
3

y
2
3


6x73

6x73

解得
x
1

25

x
2


33
【难度】较难

类型三 倒数换元

432
19.解方程:
2x3x16x3x20

【答案 】
x
1
23

x
2
23
,< br>x
3
2

x
4

1

2
【解析】
试题分析:
此题符合倒数方程的特点:按
x
降幂排列后,与中间项等距离的项的系数相等,两边同时除

x
,可构造
x
试题解析:
解:∵这是个倒数方程,且知
x0

2
1
为元得解.
x


两边除以
x
2
,并整理得
2

x
2


x


1

1

3x

160< br>
2

x

x

11
y
,则
x
2

2
y
2
2

xx
原方程化为
2y
2
3y200

解得< br>y
1
4

y
2


y
1
4

x
5

2
1
4
,解得
x
1
23

x
2
23

x
5151

y
2


x
, 解得
x
3
2

x
4


2x2 2
1
∴方程的解是
x
1
23

x
2
23

x
3
2

x
4


2
【难度】较难

20.解方程
526
【答案】
y2

【解析】
试题分析:
此题无法用通常的方法解决,但注意到
526

5 26
互为倒数且指数均为
y
,因此,
利用换元法换元后再利用根与系数的关系 就可以顺利解决此题了.
试题解析:
解:设
a526

< br>


526

yy
98


y

b526


y

ab98


ab1
a
b
可看作
t
2
98t10
的根
解得
t
1
49206

t
2
49206



a49206


a49206







b49206

b49206

a526

y2

点评:本题是指数方程,不是中考考点,但解法巧妙,可用来拓展思路,不妨试试!
y
49206526



526
22


【难度】较难

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