初中数学竞赛专题选讲

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初中数学竞赛专题选讲(初三.2)完全平方数和完全平方式一、内容提要一定义1.如果一个数恰好是某个有理数的平方,那么这个数叫做完全平方数.例如0,1,0.36,254,121都是完全平方数.在整数集合里,完全平方数,都是整数的平方.2.如果一个整式是另一个整式的平方,那么这个整式叫做完全平方式.如果没有特别说明,完全平方式是在实数范围内研究的.例如:在有理数范围m2,(a+b-2)2,4x2-12x+9,144都是完全平方式.在实数范围(a+3)2,x2+22x+2,3也都是完全平方式.二.整数集合里,完全平方数的性质和判定1.整数的平方的末位数字只能是0,1,4,5,6,9.所以凡是末位数字为2,3,7,8的整数必不是平方数.2.若n是完全平方数,且能被质数p整除,则它也能被p2整除..若整数m能被q整除,但不能被q2整除,则m不是完全平方数.例如:3402能被2整除,但不能被4整除,所以3402不是完全平方数.又如:444能被3整除,但不能被9整除,所以444不是完全平方数.三.完全平方式的性质和判定在实数范围内如果ax2+bx+c(a≠0)是完全平方式,则b2-4ac=0且a0;如果b2-4ac=0且a0;则ax2+bx+c(a≠0)是完全平方式.在有理数范围内当b2-4ac=0且a是有理数的平方时,ax2+bx+c是完全平方式.四.完全平方式和完全平方数的关系1.完全平方式(ax+b)2中当a,b都是有理数时,x取任何有理数,其值都是完全平方数;当a,b中有一个无理数时,则x只有一些特殊值能使其值为完全平方数.2.某些代数式虽不是完全平方式,但当字母取特殊值时,其值可能是完全平方数.例如:n2+9,当n=4时,其值是完全平方数.所以,完全平方式和完全平方数,既有联系又有区别.五.完全平方数与一元二次方程的有理数根的关系1.在整系数方程ax2+bx+c=0(a≠0)中①若b2-4ac是完全平方数,则方程有有理数根;②若方程有有理数根,则b2-4ac是完全平方数.2.在整系数方程x2+px+q=0中①若p2-4q是整数的平方,则方程有两个整数根;②若方程有两个整数根,则p2-4q是整数的平方.二、例题例1.求证:五个连续整数的平方和不是完全平方数.证明:设五个连续整数为m-2,m-1,m,m+1,m+2.其平方和为S.那么S=(m-2)2+(m-1)2+m2+(m+1)2+(m+2)2=5(m2+2).∵m2的个位数只能是0,1,4,5,6,9∴m2+2的个位数只能是2,3,6,7,8,1∴m2+2不能被5整除.而5(m2+2)能被5整除,即S能被5整除,但不能被25整除.∴五个连续整数的平方和不是完全平方数.例2m取什么实数时,(m-1)x2+2mx+3m-2是完全平方式?解:根据在实数范围内完全平方式的判定,得当且仅当010m△=时,(m-1)x2+2mx+3m-2是完全平方式△=0,即(2m)2-4(m-1)(3m-2)=0.解这个方程,得m1=0.5,m2=2.解不等式m-10,得m1.即125.0mmm或它们的公共解是m=2.答:当m=2时,(m-1)x2+2mx+3m-2是完全平方式.例3.已知:(x+a)(x+b)+(x+b)(x+c)+(x+c)(x+a)是完全平方式.求证:a=b=c.证明:把已知代数式整理成关于x的二次三项式,得原式=3x2+2(a+b+c)x+ab+ac+bc∵它是完全平方式,∴△=0.即4(a+b+c)2-12(ab+ac+bc)=0.∴2a2+2b2+2c2-2ab-2bc-2ca=0,(a-b)2+(b-c)2+(c-a)2=0.要使等式成立,必须且只需:000accbba解这个方程组,得a=b=c.例4.已知方程x2-5x+k=0有两个整数解,求k的非负整数解.解:根据整系数简化的一元二次方程有两个整数根时,△是完全平方数.可设△=m2(m为整数),即(-5)2-4k=m2(m为整数),解得,k=4252m.∵k是非负整数,∴的倍数是42502522mm由25-m2≥0,得5m,即-5≤m≤5;由25-m2是4的倍数,得m=±1,±3,±5.以m的公共解±1,±3,±5,分别代入k=4252m.求得k=6,4,0.答:当k=6,4,0时,方程x2-5x+k=0有两个整数解例5.求证:当k为整数时,方程4x2+8kx+(k2+1)=0没有有理数根.证明:(用反证法)设方程有有理数根,那么△是整数的平方.∵△=(8k)2-16(k2+1)=16(3k2-1).设3k2-1=m2(m是整数).由3k2-m2=1,可知k和m是一奇一偶,下面按奇偶性讨论3k2=m2+1能否成立.当k为偶数,m为奇数时,左边k2是4的倍数,3k2也是4的倍数;右边m2除以4余1,m2+1除以4余2.∴等式不能成立.;当k为奇数,m为偶数时,左边k2除以4余1,3k2除以4余3右边m2是4的倍数,m2+1除以4余1∴等式也不能成立.综上所述,不论k,m取何整数,3k2=m2+1都不能成立.∴3k2-1不是整数的平方,16(3k2-1)也不是整数的平方.∴当k为整数时,方程4x2+8kx+(k2+1)=0没有有理数根三、练习1.如果m是整数,那么m2+1的个位数只能是____.分析:m2的个位数是0,1,4,5,6,9m2+1的个位数是1,2,5,7,02.如果n是奇数,那么n2-1除以4余数是__,n2+2除以8余数是___,3n2除以4的余数是__.分析:(1)n2-1=(n+1)(n-1)且n为奇数n+1与n-1同为偶数,故被4整除,n2-1除以4余数是0(2)设n=2k+1(k为正整数),n2+2=(2k+1)2+2=4k(k+1)+3,而k(k+1)是偶数,4k(k+1)是8的倍数,n2+2除以8余数是3,(3)设n=2k+1(k为正整数),3n2=3(2k+1)2=3[4k(k+1)+1]=12k(k+1)+3而k(k+1)是偶数,12k(k+1)是4的倍数,3n2除以4的余数是33.如果k不是3的倍数,那么k2-1除以3余数是_____.分析:k不是3的倍数,k被3除的余数是1或2,不妨设k=3m+1或k=3m+2,当k=3m+1时,k2-1=(k+1)(k-1)=3m(3m+2)是3的倍数,那么k2-1除以3余数是0;当k=3m+2时,k2-1=(k+1)(k-1)=(3m+3)(3m+1)是3的倍数,那么k2-1除以3余数也是0;综上所述,k2-1除以3余数是0。4.一个整数其中三个数字是1,其余的都是0,问这个数是平方数吗?为什么?分析:不是平方数,原因是能被3整除,却不能被9整除。5.一串连续正整数的平方12,22,32,………,1234567892的和的个位数是__.分析:因为平方数的个位数是(1+4+9+6+5+6+9+4+1+0)×12345678+(1+4+9+6+5+6+9+4+1)即个位数为5×8+56.m取什么值时,代数式x2-2m(x-4)-15是完全平方式?分析:7.m取什么正整数时,方程x2-7x+m=0的两个根都是整数?8.a,b,c满足什么条件时,代数式(c-b)x2+2(b-a)x+a-b是一个完全平方式?9.判断下列计算的结果,是不是一个完全平方数:①四个连续整数的积;②两个奇数的平方和.10.一个四位数加上38或减去138都是平方数,试求这个四位数.11.已知四位数aabb是平方数,试求a,b.12.已知:n是自然数且n1.求证:2n-1不是完全平方数.13.已知:整系数的多项式4x4+ax3+13x2+bx+1是完全平方数,求整数a和b的值.14.已知:a,b是自然数且互质,试求方程x2-abx+21(a+b)=0的自然数解.

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