一元一次方程式是什麼
「一元一次方程式」這個名字可以拆成三塊來理解。「一元」就是裡面只有一個我們還不知道數值的字母,叫做未知數。「一次」代表這個未知數的次方最高是 1,也就是它沒有被乘兩次或更多次。「方程式」就是裡面有未知數,而且兩邊用等號連起來的句子。如果有一個數值填進未知數的位置,讓等號兩邊的結果一樣,這個數值就叫方程式的解。例如 x = 4 可以讓 2x + 3 = 11 成立,所以 x = 4 就是它的解。
要判斷一個式子是不是一元一次方程式,必須同時符合三個條件。下面有幾個例子,第一個完全符合,其他三個都差了一個條件。
解法:等量公理和移項
解一元一次方程式的道理是等量公理:把方程式想成一個平衡的天平,兩邊做一樣的事,天平仍然平衡。移項是等量公理的簡便寫法,例如 2x + 3 = 11,兩邊同減 3 得到 2x = 11 − 3,看起來就像把 +3 搬到右邊變成 −3。
不管原本長什麼樣子,所有的一元一次方程式整理到最後,都會變成 ax = b 的樣子。這裡的 a 不能是 0,所以我們只要兩邊同時除以 a,就能算出 x = b ÷ a。有人把 ax + b = 0 這種形式的解,寫成 x = −b ÷ a,叫做一元一次方程式公式解。其實它就是先移項,再相除,道理是一樣的。
用天平理解移項法則
想像一個平平的天平。左邊放一個盒子 x 和 3 顆小球,右邊放 7 顆小球,兩邊一樣重,所以 x + 3 = 7。兩邊同時拿走 3 顆小球,天平還是平的,左邊只剩盒子 x,右邊剩 4 顆,所以 x = 4。解方程式就是這樣:等號兩邊同時減去一樣的數,兩邊還是相等。
一元一次方程式題目:由淺入深
下面六題從基本的移項開始,再加上括號、分數和小數,最後一步都代回原式檢查。遇到分數先乘以分母的最小公倍數,遇到小數先乘以 10 或 100,把係數變成整數,比較不容易算錯。
例 1解 3x − 5 = 16
- 把 −5 移到右邊變成 +5:3x = 16 + 5 = 21
- 兩邊都除以 3,得到 x = 21 ÷ 3 = 7
- 把答案代回去檢查:3 × 7 − 5 = 21 − 5 = 16,等式成立
答:x = 7
例 2解 5x + 4 = 2x − 11
- 把有 x 的項移到左邊、數字移到右邊:5x − 2x = −11 − 4
- 3x = −15
- x = −15 ÷ 3 = −5
- 我們來檢查一下答案對不對。把 x = −5 代入左邊:5 × (−5) + 4 = −21。再算右邊:2 × (−5) − 11 = −21。兩邊的結果都是 −21,相等,所以答案正確。
答:x = −5
例 3請解這個方程式:4(x − 3) = 2(x + 5)。
- 第一步,先把括號打開。左邊 4 乘進括號變成 4x − 12,右邊 2 乘進括號變成 2x + 10。現在方程式變成:4x − 12 = 2x + 10。
- 第二步,把含 x 的項移到左邊,數字移到右邊。左邊 4x − 2x,右邊 10 + 12。算出來就是:2x = 22。
- x = 11
- 最後檢查:把 x = 11 代入左邊,4 × (11 − 3) = 32。再算右邊,2 × (11 + 5) = 32。兩邊都是 32,相等,答案正確。
答:x = 11
例 4解 x/3 + x/4 = 7
- 3 和 4 的最小公倍數是 12,兩邊同乘以 12:4x + 3x = 84
- 7x = 84
- x = 12
- 檢查:12/3 + 12/4 = 4 + 3 = 7,等式成立
答:x = 12
例 5解 (x + 1)/2 − (x − 2)/3 = 2
- 把等號兩邊都乘以 6,每個部分都要乘到:3(x + 1) − 2(x − 2) = 12
- 去掉括號,要注意減號後面括號裡的符號要反過來:3x + 3 − 2x + 4 = 12
- 合併後變成 x + 7 = 12,所以 x = 5
- 檢查一下:(5 + 1)/2 − (5 − 2)/3 = 3 − 1 = 2,等式成立
答:x = 5
例 6解 0.2x + 1.5 = 0.5x − 0.3
- 兩邊同乘以 10,化成整數係數:2x + 15 = 5x − 3
- 把數字移到等號的另一邊:15 + 3 = 5x − 2x,算出來是 18 = 3x
- x = 6
- 檢查一下:左邊 0.2 × 6 + 1.5 = 2.7,右邊 0.5 × 6 − 0.3 = 2.7,兩邊的結果一樣
答:x = 6
一元一次方程式觀念:最常見的四個錯誤
解一元一次方程式的步驟其實不多,但很容易在符號上寫錯。寫完答案前,先別急著交卷,把答案代回原本的算式裡算一次,這樣幾乎都能發現錯誤。
- 移項時忘了把正負號變過來:3x − 5 = 16 如果寫成 3x = 16 − 5,答案就會錯了。
- 去掉分母時只乘了部分數字:x/3 + x/4 = 7 兩邊都要乘 12,右邊的 7 也要乘成 84。
- 減號後面有括號的時候,裡面的符號要變號。−2(x − 2) 要展開成 −2x + 4,不是 −2x − 4。
- 最後一步除的時候,方向不要弄反。3x = −15 是用 −15 ÷ 3,不是 3 ÷ (−15)。
一元一次方程式應用題:列式四步驟
做應用題最難的是列出算式。你可以照這個順序做:先決定要設什麼為 x,通常就設題目問的那個量;再找出題目裡兩個相等的量;把兩邊都用 x 寫出來,中間接上等號;解完後回到題目檢查,答案要合理,例如人數不能是負數或小數。
我們在國小學過的雞兔同籠,用一元一次方程式來解就不必假設,直接設其中一種的數量就能列式,下面第二題就是這種題型。
例 1爸爸今年 40 歲,兒子今年 12 歲,幾年後爸爸的年齡會是兒子的 2 倍?
- 設 x 年後,爸爸 40 + x 歲,兒子 12 + x 歲
- 爸爸是兒子的 2 倍:40 + x = 2(12 + x)
- 先把等號右邊的 2 乘進去,變成 40 + x = 24 + 2x。接著把兩邊的 x 移到同一邊,把數字移到另一邊,變成 40 − 24 = 2x − x,算出來就是 x = 16。
- 我們來檢查一下:16 年後爸爸是 56 歲,兒子是 28 歲,56 確實等於 2 × 28,所以答案對了。
答:16 年後
例 2鉛筆一枝 8 元,原子筆一枝 15 元,兩種筆一共買了 12 枝,總共花了 145 元,請問原子筆買了幾枝?
- 我們假設原子筆買了 x 枝,因為總共買 12 枝,所以鉛筆就是 12 − x 枝。
- 原子筆的錢加上鉛筆的錢就是總花費,所以算式是:15x + 8(12 − x) = 145。
- 把算式整理一下,變成 15x + 96 − 8x = 145。合併相同的部分後,得到 7x = 49。最後算出 x = 7。
- 我們來檢查一下:原子筆 7 枝、鉛筆 5 枝,15 × 7 + 8 × 5 = 105 + 40 = 145。
答:原子筆 7 枝
例 3哥哥每分鐘走 60 公尺,他先出發 10 分鐘。弟弟騎腳踏車每分鐘走 180 公尺,從同一個地方出發去追哥哥。弟弟要騎幾分鐘才追上哥哥?
- 我們假設弟弟騎了 x 分鐘才追上。因為哥哥先走了 10 分鐘,所以當弟弟追上時,哥哥已經走了 x + 10 分鐘。
- 追上的時候,兩個人走的距離是一樣的。所以可以寫出算式:180x = 60(x + 10)。
- 把算式打開變成 180x = 60x + 600。把有 x 的移到同一邊,得到 120x = 600。最後算出 x = 5。
- 我們來檢查一下:弟弟走了 180 × 5 = 900 公尺,哥哥走了 60 × 15 = 900 公尺。
答:5 分鐘
例 4老師要分糖果。如果每人分 5 顆,會多出來 8 顆;如果每人分 7 顆,就會少 4 顆。請問有幾個學生?糖果總共有幾顆?
- 我們假設有 x 個學生。因為糖果的總數不會變,所以兩種分法算出來的糖果總數是一樣的。
- 5x + 8 = 7x − 4
- 8 + 4 = 7x − 5x,12 = 2x,x = 6
- 糖果總數是 5 × 6 + 8 = 38 顆。再檢查一下:7 × 6 − 4 = 38,兩種算法得到的答案一樣。
答:6 個學生,38 顆糖果
例 5一件外套先打 8 折,再減掉 100 元,最後賣 700 元,原價是多少元?
- 我們把原價設成 x 元。打 8 折的意思是原價乘以 0.8,所以變成 0.8x 元。
- 0.8x − 100 = 700
- 0.8x = 800,x = 800 ÷ 0.8 = 1000
- 檢查一下:1000 × 0.8 = 800,800 − 100 = 700,算對了。
答:1000 元
一元一次方程式計算機:自己用計算機解
數學王現在沒有專門解一元一次方程式的計算機。不過解一元一次方程式的步驟很固定,先自己移項整理,最後只剩一個除法,用手機或一般計算機就能算出答案。
整理方程式的方法是:先把算式寫成 ax + b = cx + d 的樣子。接著,把有 x 的項移到等號左邊,把純數字移到右邊。這樣就會得到 (a − c)x = d − b。最後,x = (d − b) ÷ (a − c)。注意哦,a 和 c 不能是一樣的數字。舉個例子:7x + 12 = 3x − 8,這裡 a = 7、b = 12、c = 3、d = −8。算出來 x = (−8 − 12) ÷ (7 − 3) = −20 ÷ 4 = −5。
有些工程計算機有解方程式的功能,不過不同機型的按法不一樣,你要看那台計算機的說明書才知道怎麼按。不管你用哪一種計算機,最後都要把答案代回原式檢查。代回時記得四則運算要先做乘除,後做加減的順序。
- 如果有括號,先去掉括號;如果有分數或小數,先乘成整數。
- 把含 x 的項移到等號左邊,把數字移到右邊。移項的時候,正負號要變換。
- 把左邊和右邊各自合併,變成 ax = b。
- 用計算機算 b ÷ a,就能得到 x。
- 把 x 代回原本的方程式,左右兩邊相等才算完成。
比例式和連比例式
比例式就是兩個比相等的式子,例如 a : b = c : d。108 課綱把比和比例式排在國一,但我們國小六年級學過的比與比值就是它的基礎。比例式有一個很重要的特性,就是最外面的兩個數相乘,等於中間兩個數相乘,也就是 a × d = b × c。利用這個特性,我們就能把比例式變成一元一次方程式來解。
連比例式是三個以上的數連在一起的比,例如 x : y : z = 2 : 3 : 5,意思是 x、y、z 依序是 2 份、3 份、5 份。解題時設每一份是 k,寫成 x = 2k、y = 3k、z = 5k,就只剩一個未知數 k。比例的關係延伸到函數,就是正比反比。
比例式和連比例式例題
把比例式變成一元一次方程式以後,解法和前面學的一樣。遇到連比例式的題目,最重要的方法是先設每一份是 k。
例 1x : 6 = 4 : 3,x 是多少?
- 外項乘積等於內項乘積:3x = 6 × 4 = 24
- x = 8
- 檢查:8 : 6 的比值是 8/6 = 4/3,和 4 : 3 相同
答:x = 8
例 2(x + 2) : 5 = (x − 1) : 2,x 是多少?
- 2(x + 2) = 5(x − 1)
- 2x + 4 = 5x − 5,4 + 5 = 5x − 2x,3x = 9
- x = 3
- 檢查:(3 + 2) : 5 = 5 : 5,(3 − 1) : 2 = 2 : 2,比值都是 1
答:x = 3
例 3x : y : z = 2 : 3 : 5,而且 x + y + z = 60,求 x、y、z。
- 我們先假設 x 是 2k、y 是 3k、z 是 5k。這裡的 k 就像一個共同的單位,用來代表每一份的大小。
- 把三個數加起來:2k + 3k + 5k = 60。合併後變成 10k = 60,所以 k = 6。
- x = 12,y = 18,z = 30
- 檢查一下:12 + 18 + 30 = 60,12 : 18 : 30 同除以 6 是 2 : 3 : 5,完全正確。
答:x = 12,y = 18,z = 30
例 4題目告訴我們 x : y = 2 : 3,y : z = 4 : 5,請求出 x : y : z 是多少。
- 注意 y 在第一個比裡佔 3 份,在第二個比裡佔 4 份。為了讓 y 的份數一樣,我們找 3 和 4 的最小公倍數,也就是 12。
- x : y = 2 : 3 = 8 : 12,y : z = 4 : 5 = 12 : 15
- x : y : z = 8 : 12 : 15
- 檢查:8 : 12 = 2 : 3,12 : 15 = 4 : 5
答:8 : 12 : 15
先把國小的比練熟:試做 5 題
數學王的練習題目是給國小一到六年級小朋友做的,裡面沒有國中才會學的方程式練習。做比例式之前,要先認識國小六年級學的「比」和「比值」。這一關會出像 1 : 3 = 4 : ? 這種題目,要你把問號換成數字,還有要把比化成最簡單的整數比,這些正好是比例式的基礎。不用登入,做完會告訴你答對幾題。
準備好就開始,一共 5 題。
學完一元一次方程式,接下來學什麼
一元一次方程式學熟了,國一下學期的二元一次方程式就是把兩個未知數變成一個,再用這頁的方法解;把等號換成不等號,就是一元一次不等式。如果解題時常在正負號上出錯,可以回頭複習負數的運算。
常見問題
一元一次方程式怎麼解?
把含 x 的項移到等號一邊、數字移到另一邊,移項時要變號,整理成 ax = b,再兩邊同除以 a。例如 3x − 5 = 16,3x = 21,x = 7。最後代回原式檢查。
移項為什麼要變號?
移項其實是等量公理。x + 3 = 11 兩邊同減 3,左邊的 +3 不見了,右邊多了 −3,看起來就像 +3 搬過去變成 −3。乘除也一樣,兩邊同除以 2,就像乘 2 搬過去變成除以 2。
一元一次方程式是幾年級學的?
108 課綱把它排在國中七年級,也就是國一,包括方程式的意義、等量公理、移項法則、驗算和應用問題。
比例式怎麼算?
比例題有一個好用的方法,叫做「外項乘積等於內項乘積」。比例式 a : b = c : d 裡面,最外面的 a 和 d 叫做外項,中間的 b 和 c 叫做內項。你可以把外面的兩個數相乘,等於中間兩個數相乘,也就是 a × d = b × c。舉個例子,如果題目是 x : 6 = 4 : 3,我們就用外面的 x 乘 3,等於中間的 6 乘 4。算出來就是 3x = 24,最後求出 x = 8。