方程应用题-工程

📘 一元一次方程·
⭐⭐⭐
·工作总量、工作效率

🎯 学习目标

  • 理解工程问题中工作总量、工作效率和工作时间三者之间的关系
  • 能设未知数建立一元一次方程解决简单工程应用题
  • 掌握将实际问题抽象为数学模型的基本方法

📚 核心概念

在工程问题中,通常把一项工作看作单位“1”(即工作总量为1)。工作效率是指单位时间内完成的工作量,常用“每天完成几分之几”来表示。工作时间则是完成这项工作所用的天数或小时数。

三者之间的基本关系是:

工作总量=工作效率×工作时间\text{工作总量} = \text{工作效率} \times \text{工作时间}

如果一个人单独完成一项工作需要 aa 天,那么他每天的工作效率就是 1a\frac{1}{a}。如果有两个人合作,他们的总工作效率就是各自效率之和。例如,甲单独做需6天,乙单独做需3天,则甲效率为 16\frac{1}{6},乙效率为 13\frac{1}{3},两人合作每天完成 16+13=12\frac{1}{6} + \frac{1}{3} = \frac{1}{2},所以合作需要2天完成全部工作。

解这类问题的关键是:设工作总量为1,根据题意找出各人的工作效率,再根据“已完成工作量之和 = 1”列方程

📝 关键公式

  • 基本关系式:工作总量 = 工作效率 × 工作时间
    示例:某人每天做 15\frac{1}{5} 的工作,做3天共完成 15×3=35\frac{1}{5} \times 3 = \frac{3}{5}

  • 单人效率公式:若单独完成需 aa 天,则效率为 1a\frac{1}{a}
    示例:小明单独修完路要10天,效率是 110\frac{1}{10}

  • 多人合作效率:总效率 = 各人效率之和
    示例:甲效率 14\frac{1}{4},乙效率 16\frac{1}{6},合作效率为 14+16=512\frac{1}{4} + \frac{1}{6} = \frac{5}{12}

💡 经典例题

例题1(基础):一项工程,甲单独做需要12天完成,乙单独做需要8天完成。现在两人合作,几天可以完成?

解题过程

  1. 设两人合作需 xx 天完成。
  2. 甲的效率:112\frac{1}{12},乙的效率:18\frac{1}{8}
  3. 合作每天完成:112+18=224+324=524\frac{1}{12} + \frac{1}{8} = \frac{2}{24} + \frac{3}{24} = \frac{5}{24}
  4. xx 天共完成:524×x\frac{5}{24} \times x
  5. 因为完成全部工作,所以 524x=1\frac{5}{24}x = 1
  6. 解得:x=245=4.8x = \frac{24}{5} = 4.8(天)。 答:两人合作需4.8天完成。

例题2(进阶):一项工程,甲单独做需10天完成,乙单独做需15天完成。两人合作了3天后,剩下的由乙单独完成,还需几天?

解题过程

  1. 设乙还需 xx 天完成剩余工作。
  2. 甲效率:110\frac{1}{10},乙效率:115\frac{1}{15}
  3. 合作3天完成的工作量:(110+115)×3=(330+230)×3=530×3=12(\frac{1}{10} + \frac{1}{15}) \times 3 = (\frac{3}{30} + \frac{2}{30}) \times 3 = \frac{5}{30} \times 3 = \frac{1}{2}
  4. 剩余工作量:112=121 - \frac{1}{2} = \frac{1}{2}
  5. 乙单独做 xx 天完成 12\frac{1}{2},即 115×x=12\frac{1}{15} \times x = \frac{1}{2}
  6. 解得:x=152=7.5x = \frac{15}{2} = 7.5(天)。 答:乙还需7.5天完成。

⚠️ 易错点

  • 错误1:混淆效率与时间。学生常把“需6天完成”误认为效率是6。正确应为效率是 16\frac{1}{6}。避免方法:牢记“效率 = 1 ÷ 时间”。

  • 错误2:忘记设总量为1。有些学生设总量为具体数字(如100),导致计算复杂。建议统一设总量为1,简化运算。

  • 错误3:合作时漏加效率。例如只写甲的效率而忽略乙的。应明确:多人合作时,总效率是各人效率之和。

  • 错误4:方程右边不等于1。完成全部工作时,已完成工作量之和应等于1。若题目说“完成一半”,则右边是 12\frac{1}{2},需仔细审题。

💡 例题

1

a,b,ca, b, cdd为正实数,且满足

\begin{array}{c@{\hspace{3pt}}c@{\hspace{3pt}}c@{\hspace{3pt}}c@{\hspace{3pt}}c}a^2+b^2&=&c^2+d^2&=&2008,\\ ac&=&bd&=&1000.\end{array}

S=a+b+c+dS=a+b+c+d,求S\lfloor S\rfloor的值。

  1. 注意到c=1000ac = \tfrac{1000}{a}d=1000bd = \tfrac{1000}{b}
  2. ccdd代入,得到1000000a2+1000000b2=1000000(a2+b2)a2b2=2008\frac{1000000}{a^2} + \frac{1000000}{b^2} = \frac{1000000(a^2 + b^2)}{a^2 b^2} = 2008
  3. 因为a2+b2=2008a^2 + b^2 = 2008,所以a2b2=1000000a^2 b^2 = 1000000,从而ab=1000ab = 1000
  4. 因此a2+2ab+b2=4008a^2 + 2ab + b^2 = 4008,所以a+b=4008=21002a+b = \sqrt{4008} = 2\sqrt{1002}
  5. 注意:若先解出aabb再代入,可沿用相同步骤推出c+d=21002c+d = 2\sqrt{1002}
  6. 所以S=41002126.62S = 4\sqrt{1002} \approx 126.62,即S=126\lfloor S\rfloor = \boxed{126}
2

计算无穷级数n=1nn4+4\sum_{n=1}^{\infty}\frac{n}{n^4+4}

第一步:对分母进行因式分解:

n4+4=n4+4n2+44n2=(n2+2)2(2n)2=(n2+2n+2)(n22n+2).\begin{aligned} n^4 + 4 &= n^4 + 4n^2 + 4 - 4n^2 \\ &= (n^2 + 2)^2 - (2n)^2 \\ &= (n^2 + 2n + 2)(n^2 - 2n + 2). \end{aligned}

第二步:代入原式,拆项:

n=1nn4+4=n=1n(n2+2n+2)(n22n+2)=14n=1(n2+2n+2)(n22n+2)(n2+2n+2)(n22n+2)=14n=1(1n22n+21n2+2n+2)=14n=1(1(n1)2+11(n+1)2+1)=14[(102+1122+1)+(112+1132+1)+(122+1142+1)+].\begin{aligned} \sum_{n=1}^\infty \frac{n}{n^4 + 4} & = \sum_{n=1}^\infty \frac{n}{(n^2 + 2n + 2)(n^2 - 2n + 2)} \\ &= \frac{1}{4} \sum_{n = 1}^\infty \frac{(n^2 + 2n + 2) - (n^2 - 2n + 2)}{(n^2 + 2n + 2)(n^2 - 2n + 2)} \\ &= \frac 1 4 \sum_{n=1}^\infty \left( \frac{1}{n^2 - 2n + 2} - \frac{1}{n^2 + 2n + 2} \right) \\ &= \frac 1 4 \sum_{n=1}^\infty \left( \frac{1}{(n-1)^2 + 1} - \frac{1}{(n+1)^2 + 1} \right) \\ &= \frac{1}{4} \left[ \left( \frac{1}{0^2 + 1} - \frac{1}{2^2 + 1} \right) + \left( \frac{1}{1^2 + 1} - \frac{1}{3^2 + 1} \right) + \left( \frac{1}{2^2 + 1} - \frac{1}{4^2 + 1} \right) + \dotsb \right]. \end{aligned}

第三步:观察发现这是望远镜求和(相邻项相消),只留下前两项: 102+1\frac{1}{0^2 + 1} + 112+1\frac{1}{1^2 + 1} = 1 + 12\frac{1}{2} = 32\frac{3}{2},再乘以14\frac{1}{4},得38\frac{3}{8}

✏️ 练习

1

FnF_n为第nn个斐波那契数,其中按惯例F1=F2=1F_1 = F_2 = 1Fn+1=Fn+Fn1.F_{n + 1} = F_n + F_{n - 1}.。则

k=2100(FkFk1FkFk+1)=FaFb\prod_{k = 2}^{100} \left( \frac{F_k}{F_{k - 1}} - \frac{F_k}{F_{k + 1}} \right) = \frac{F_a}{F_b}

(其中aab.b.为正整数)。请填入有序对(a,b).(a,b).

2

如果x+1x=5,x + \frac{1}{x} = 5,,请计算

(x2)2+25(x2)2.(x - 2)^2 + \frac{25}{(x - 2)^2}.

的值。

3

a,a,b,b,cc为非负实数,且满足a+b+c=1.a + b + c = 1.。求

aba+b+aca+c+bcb+c.\frac{ab}{a + b} + \frac{ac}{a + c} + \frac{bc}{b + c}.

的最大值。

4

找出所有满足下列等式的复数zz

z2=7736i.z^2 = -77 - 36i.

把所有复数答案用逗号隔开。

5

a,b,ca,b,c为正实数,且满足a+b+c=10a+b+c=10ab+bc+ca=25ab+bc+ca=25。令m=min{ab,bc,ca}m=\min\{ab,bc,ca\}。求mm的最大可能值。