经历过进入初中以来的第一次月考,我们正式进入代数式的学习。
先来看一个小问题:小明今年12岁,爸爸比他大26岁。爸爸今年几岁?——12+26=38,很简单,一步就能算出来。可如果问:再过n年,爸爸几岁?可能就会有孩子卡住了。
这里,恰恰就是“算术”和“代数”的分界线。
算术解决的是“具体数字是多少”,代数解决的是“数量关系是什么”。从算术到代数,表面上看只差了一个字母,但跨过这个字母,我们看到的就不再是一个个孤立的数字,而是一类类普遍的关系。这是代数思维的符号化,也是数量关系的抽象化。
而这,才是中学数学真正的起点。
代数式-我们表达现实世界的数学语言
我们不知道一个数是多少,但知道它加上3等于8,就可以设它为x,写出方程x+3=8,解出x=5。这是最基础的代数思维——用符号表示未知,再通过运算找到答案。
我们学习数学的终极目标,是要学会用数学的眼光观察现实世界,用数学的思维思考现实世界,用数学的语言表达现实世界。而在所有的数学语言中,代数语言是最通用、最常见的一种。
简单来说,代数就是用字母和符号(比如x、y、a、b)来代替具体的数字,研究数量关系和结构的一般规律。它最核心的思想,正是“用符号表示数”——包括已知数、未知数和变量,并形成了约定俗成的习惯,用a、b、c表示已知数,x、y、z表示未知数。
学好代数,就像盖房子,代数式是最基础的“砖块”。如果连砖块都搞不清楚,后面解方程、函数这些“高楼大厦”也就无从谈起了。
再一个小问题:单独的一个数字5,是不是代数式?
很多学生在这里会犯迷糊——既然说以字母代替数才叫代数,那5肯定不算代数式了。但事实并非如此。
我们来看代数式的定义:用加、减、乘、除、乘方、开方这些运算符号,把数和表示数的字母连接起来的式子,就是代数式。单独的一个数或一个字母,也是代数式。按照这个定义,5是代数式,x是代数式,2x是代数式,2x+5也是代数式。
代数式还有一个基本性质:对四则运算是封闭的——只要分母不为零,代数式之间做加减乘除,结果依然是代数式。比如,5可以看作两个代数式2x+5与2x的差,从这个角度讲,5当然也是代数式。
所以,单独一个数字5,确实是代数式。理解了这一点,我们就拿到了搭建代数大厦的第一块砖。
需要特别注意的是,像
这类表达式,里面也有字母,但它们不是代数式。虽然它们都可以通过某种方式展开成幂级数,但这里的幂级数有无穷多项,超出了代数式“有限次运算”的范畴。
有意思的是,|a|却是一个代数式,因为

从这里来看,绝对值符号也是一种运算符号,对一个数取绝对值,可以看作先平方再开方,而平方和开方都属于代数运算,所以|a|完全符合代数式的定义。

代数式背后往往承载着具体的物理意义。比如mgh表示质量为m的物体在高度h处相对参考面所具有的重力势能;而mv则表示质量为m、速度为v的物体所具有的动量。
代数式,是我们表达现实世界最具体的数学语言。
整体思想:不拆开,把它当成一个“块”
代数式这一节,难度不大,但会接触一个非常重要的数学思想方法:整体思想。
整体思想和换元法经常一起出现,但它们属于两个不同的层面:前者是一种看待问题的视角,后者是一种具体操作的手段。整体思想告诉我们把一团东西看成一个整体”,换元法告诉我们“一个新的字母去代表这个整体”,把复杂的表达式替换成简洁的形式。
两者之所以总是结伴出现,是因为它们互为前提:没有整体思想,你不知道该换谁;没有换元法,你看到了整体也无法简化运算。前者负责发现,后者负责执行。有了整体的眼光,再配上换元的操作,复杂的问题才能被一步步化繁为简。
整体思想的核心是:不纠结于局部,把一整个式子当成一个“零件”来使用。

很多孩子会先解出x的值,再代回去算。但用整体法,直接把3x^2-4x当成一个整体,得出来它的值是3,然后代入后面的代数式计算。这就是整体思想——不拆开,直接用整体参与运算。
进阶一点:

数学家拉马努金经常用的方法,叫瞪眼法,开头经典用语是,我们不难看出:

但是,有时候表达式过于复杂,我们再怎么“瞪眼”也看不出门道。这时候,就需要更系统化的方法——待定系数法。

我们可以把要求解的代数式,看作是已知代数式的一种“组合”。在高等代数里,这被称为“线性组合”。

换元法,等以后学到二次方程时再说。
月考小结
这次月考成绩,有点超出预期,也算是稳住阵脚。就是数学有一道选择题,选对了,但是填错答题卡了,错失3分。那种感觉,比丢300块还让人难受。