初中数学竞赛专题选讲《完全平方数和完全平方式》.doc

初中数学竞赛专题选讲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，，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+）2, x2+2x+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a>0；
如果 b2－4ac=0且a>0；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2 m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－1>0 ， 得m>1.
即
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：

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=.
∵　k是非负整数，
∴ 　　
由25－m2≥0，　得　，　　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=.
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＿＿＿＿.
2. 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＿＿.
3. 如果k不是3的倍数，那么k2－1 除以3余数是＿＿＿＿＿.
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？
5. 一串连续正整数的平方12，22，32，………，1234567892的和的个位数是＿＿.
（1990年全国初中数学联赛题）
6. m取什么值时，代数式x2－2m(x－4)－15是完全平方式？
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. 已知四位数是平方数，试求a, b.
12. 已知：n是自然数且n>1. 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+(a+b)=0的自然数解.
(1990年泉州市初二数学双基赛题)

练习题参考答案
1.　1，2，5，6，7，0　　　　　2.　0，3，3　　　　　3.　0
4. 不是平方数，因为能被3整除而不能被9整除
5. 5。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＋5
6. 3，5　　　7.　12，10，6　　　8.　a=b,a=c且c>b 　9. 都不是
10.　1987．　∵　　A2－B2＝176＝2×2×2×2×11　　……
11.　7744（882）.　　∵是平方数，　a+b是11的倍数　
∴可从中检验，得出答案.
12 用反证法，设2n－1=A2,A必是奇数，　　设A＝2k+1……
13 　　
14 　x1=1,　　x2=2