中学数学

字母表示数:代数的起点

10 分钟

从「算一个数」到「代表一类数」

算术回答的是具体问题:3 加 5 等于几。代数要回答一类问题:任意两个数相加,交换位置结果一样吗?这时数字不够用了,数学家请字母来「站岗」——用 a、b 代表任意的数,一句话写成 a + b = b + a,加法交换律就概括了无穷多个算式。这一步看似简单,却是数学史上的分水岭:算术从此升级为代数。

字母的三个用处

  • 表示未知数:「某数的两倍是 14」写成 2x = 14,x 就是藏在后面的 7
  • 表示规律:第 n 个偶数是 2n——n = 1 时是 2,n = 100 时是 200,一个式子装下整个数列
  • 表示关系:汽车匀速行驶,路程 s = 60t,t 开几小时,s 就是几个 60 公里

代数式的书写规矩

数字与字母相乘,乘号省略且数字在前:3×a 写成 3a,不写 a3。除法写成分数:s÷t 写成 (分数线就是除号)。这些规矩不是故意刁难,是为了全世界的人看到同一个式子时理解完全一致。

一个震撼的例子

任意选一个数,把它乘 2 加 6,再除以 2,减去原来的数——结果永远是 3。不信试试:选 5,得 10、16、8、3;选 −2,得 −4、2、1、3。为什么?设原数为 n,整个过程是 。字母一出手,魔术变定理。

一段小历史

用字母代表数不是一开始就有的。古希腊的丢番图在《算术》里开始用缩写符号表示未知数;一千多年后,法国数学家韦达系统地把字母引入代数,既表示未知数也表示已知数,代数才真正成为一门「关于式子的学问」。今天我们随手写下的 x,背后是两千年慢慢磨出来的记号。

常见误区:把 3a 当成「3 和 a 两个东西」。3a 是一个整体,意思是 3 个 a 相加。

练一练:用含 n 的式子表示「第 n 个奇数」(提示:从 1、3、5 找规律),并算出第 50 个。

小纸条

用字母写出「长方形周长」公式,并算出长 7、宽 3 时的周长。

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