2019-2020學(xué)年高中數(shù)學(xué) 第1章 算法初步 1-3-1 輾轉(zhuǎn)相除法與更相減損術(shù)、秦九韶算法學(xué)案 新人教A版必修3

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1、第1課時(shí) 輾轉(zhuǎn)相除法與更相減損術(shù)、秦九韶算法 1.理解輾轉(zhuǎn)相除法與更相減損術(shù)的含義,了解其執(zhí)行過程. 2.理解秦九韶算法的計(jì)算過程,并了解它提高計(jì)算效率的實(shí)質(zhì). 1.輾轉(zhuǎn)相除法與更相減損術(shù) (1)輾轉(zhuǎn)相除法 ①輾轉(zhuǎn)相除法,又叫歐幾里得算法,是一種求兩個(gè)正整數(shù)的最大公約數(shù)的古老而有效的算法. ②輾轉(zhuǎn)相除法的算法步驟 第一步,給定兩個(gè)正整數(shù)m,n. 第二步,計(jì)算m除以n所得的余數(shù)r. 第三步,m=n,n=r. 第四步,若r=0,則m,n的最大公約數(shù)等于m;否則,返回第二步. (2)更相減損術(shù)的算法步驟 第一步,任意給定兩個(gè)正整數(shù),判斷它們是否都是偶數(shù).若是,用2

2、約簡;若不是,執(zhí)行第二步. 第二步,以較大的數(shù)減去較小的數(shù),接著把所得的差與較小的數(shù)比較,并以大數(shù)減小數(shù).繼續(xù)這個(gè)操作,直到所得的數(shù)相等為止,則這個(gè)數(shù)(等數(shù))或這個(gè)數(shù)與約簡的數(shù)的乘積就是所求的最大公約數(shù). (3)輾轉(zhuǎn)相除法和更相減損術(shù)的區(qū)別與聯(lián)系 名稱 輾轉(zhuǎn)相除法 更相減損術(shù) 區(qū)別 (1)以除法為主; (2)兩個(gè)整數(shù)的差值較大時(shí),運(yùn)算次數(shù)較少; (3)相除,余數(shù)為0時(shí)得結(jié)果 (1)以減法為主; (2)兩個(gè)整數(shù)的差值較大時(shí),運(yùn)算次數(shù)較多; (3)相減,減數(shù)與差相等時(shí)得結(jié)果; (4)相減前要進(jìn)行是否都是偶數(shù)的判斷 聯(lián)系 (1)都是求兩個(gè)正整數(shù)最大公約數(shù)的方法;

3、(2)二者的實(shí)質(zhì)都是遞推的過程; (3)二者都要用循環(huán)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn) 2.秦九韶算法 (1)秦九韶算法簡介 ①秦九韶算法要解決的問題是求多項(xiàng)式的值. ②秦九韶算法的特點(diǎn) 通過一次式的反復(fù)計(jì)算,逐步得到高次多項(xiàng)式的值,即將一個(gè)n次多項(xiàng)式的求值問題歸結(jié)為重復(fù)計(jì)算n個(gè)一次多項(xiàng)式的值的問題. ③秦九韶算法的原理 將f(x)=anxn+an-1xn-1+…+a1x+a0改寫為: f(x)=(anxn-1+an-1xn-2+…+a1)x+a0 =((anxn-2+an-1xn-3+…+a2)x+a1)x+a0 =… 先計(jì)算最內(nèi)層括號(hào)內(nèi)一次多項(xiàng)式的值,即v1=anx+an-1,再由內(nèi)

4、向外逐層計(jì)算一次多項(xiàng)式vk的值. (2)秦九韶算法的操作方法 ①算法步驟如下 第一步,輸入多項(xiàng)式次數(shù)n、最高次項(xiàng)的系數(shù)an和x的值. 第二步,將v的值初始化為an,將i的值初始化為n-1. 第三步,輸入i次項(xiàng)的系數(shù)ai. 第四步,v=vx+ai,i=i-1. 第五步,判斷i是否大于或等于0.若是,則返回第三步;否則,輸出多項(xiàng)式的值v. ②程序框圖如圖所示 ③程序如下 1.實(shí)際應(yīng)用更相減損術(shù)時(shí)要做的第一步工作是什么? [提示] 先判斷a,b是否為偶數(shù),若是,都除以2再進(jìn)行. 2.判斷正誤.(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”) (1)輾轉(zhuǎn)相除法的基本步驟是用較大

5、的數(shù)除以較小的數(shù).(  ) (2)求最大公約數(shù)的方法除輾轉(zhuǎn)相除法之外,沒有其他方法.(  ) (3)編寫輾轉(zhuǎn)相除法的程序時(shí),要用到循環(huán)語句.(  ) [提示] (1)√ (2)× (3)√ 題型一輾轉(zhuǎn)相除法和更相減損術(shù)的應(yīng)用 【典例1】 用輾轉(zhuǎn)相除法求612與468的最大公約數(shù),并用更相減損術(shù)檢驗(yàn)所得結(jié)果. [思路導(dǎo)引] 將612作為大數(shù),468作為小數(shù),執(zhí)行輾轉(zhuǎn)相除法和更相減損術(shù)的步驟即可. [解] 用輾轉(zhuǎn)相除法: 612=468×1+144,468=144×3+36,144=36×4, 即612和468的最大公約數(shù)是36. 用更相減損術(shù)檢驗(yàn): 612和468為偶

6、數(shù),兩次用2約簡得153和117,153-117=36,117-36=81,81-36=45,45-36=9,36-9=27,27-9=18,18-9=9, 所以612和468的最大公約數(shù)為9×2×2=36.  求最大公約數(shù)的兩種方法步驟 (1)利用輾轉(zhuǎn)相除法求給定的兩個(gè)數(shù)的最大公約數(shù),即利用帶余除法,用數(shù)對(duì)中較大的數(shù)除以較小的數(shù),若余數(shù)不為零,則將余數(shù)和較小的數(shù)構(gòu)成新的數(shù)對(duì),再利用帶余除法,直到大數(shù)被小數(shù)除盡,則這時(shí)的較小數(shù)就是原來兩個(gè)數(shù)的最大公約數(shù). (2)利用更相減損術(shù)求兩個(gè)正整數(shù)的最大公約數(shù)的一般步驟是:首先判斷兩個(gè)正整數(shù)是否都是偶數(shù).若是,用2約簡,也可以不除以2

7、,直接求最大公約數(shù),這樣不影響最后結(jié)果. [針對(duì)訓(xùn)練1] 用輾轉(zhuǎn)相除法求80與36的最大公約數(shù),并用更相減損術(shù)檢驗(yàn)?zāi)愕慕Y(jié)果. [解] 80=36×2+8, 36=8×4+4,8=4×2+0, 即80與36的最大公約數(shù)是4. 驗(yàn)證: 80÷2=40,36÷2=18; 40÷2=20,18÷2=9; 20-9=11,11-9=2; 9-2=7,7-2=5; 5-2=3,3-2=1; 2-1=1,1×2×2=4; 所以80與36的最大公約數(shù)為4. 題型二求三個(gè)正整數(shù)的最大公約數(shù) 【典例2】 求325,130,270三個(gè)數(shù)的最大公約數(shù) [思路導(dǎo)引] 求三個(gè)數(shù)的最大公約

8、數(shù),可先求兩個(gè)數(shù)的最大公約數(shù),再求這個(gè)最大公約數(shù)與第三個(gè)數(shù)的最大公約數(shù). [解] 解法一(輾轉(zhuǎn)相除法):因?yàn)?25=130×2+65,130=65×2,所以325和130的最大公約數(shù)為65. 因?yàn)?70=65×4+10,65=10×6+5,10=5×2, 所以65和270的最大公約數(shù)為5, 故325,130,270三個(gè)數(shù)的最大公約數(shù)為5. 解法二(更相減損術(shù)):325-130=195,195-130=65,130-65=65. 所以325和130的最大公約數(shù)是65. 270-65=205,205-65=140,140-65=75,75-65=10,65-10=55,5

9、5-10=45,45-10=35,35-10=25,25-10=15,15-10=5,10-5=5. 所以65和270的最大公約數(shù)為5,故325,130,270三個(gè)數(shù)的最大公約數(shù)為5. 理解輾轉(zhuǎn)相除法的實(shí)質(zhì),從計(jì)算結(jié)果上看,輾轉(zhuǎn)相除法是以相除余數(shù)為零而得到結(jié)果的. [針對(duì)訓(xùn)練2] 求三個(gè)數(shù)175,100,75的最大公約數(shù). [解] 先求175與100的最大公約數(shù): 175=100×1+75,100=75×1+25,75=25×3, ∴175與100的最大公約數(shù)是25. 再求25與75的最大公約數(shù): 75-25=50,50-25=25, ∴75和25

10、的最大公約數(shù)是25. ∴175,100,75的最大公約數(shù)是25. 題型三秦九韶算法 【典例3】 已知一個(gè)5次多項(xiàng)式為f(x)=4x5+2x4+3.5x3-2.6x2+1.7x-0.8,用秦九韶算法求這個(gè)多項(xiàng)式當(dāng)x=5時(shí)的值. [思路導(dǎo)引] 可根據(jù)秦九韶算法的原理,將所給的多項(xiàng)式改寫,然后由內(nèi)到外逐次計(jì)算. [解] 將f(x)改寫為f(x)=((((4x+2)x+3.5)x-2.6)x+1.7)x-0.8, 由內(nèi)向外依次計(jì)算一次多項(xiàng)式,當(dāng)x=5時(shí)的值: v0=4; v1=4×5+2=22; v2=22×5+3.5=113.5; v3=113.5×5-2.6=564.9;

11、 v4=564.9×5+1.7=2826.2; v5=2826.2×5-0.8=14130.2. 所以當(dāng)x=5時(shí),多項(xiàng)式的值等于14130.2. (1)用秦九韶算法求多項(xiàng)式f(x)當(dāng)x=x0的值的思路為: ①改寫. ②計(jì)算 ③結(jié)論f(x0)=vn. (2)應(yīng)用秦九韶算法計(jì)算多項(xiàng)式的值應(yīng)注意的3個(gè)問題 ①要正確將多項(xiàng)式的形式進(jìn)行改寫. ②計(jì)算應(yīng)由內(nèi)向外依次計(jì)算. ③當(dāng)多項(xiàng)式函數(shù)中間出現(xiàn)空項(xiàng)時(shí),要以系數(shù)為零的齊次項(xiàng)補(bǔ)充. [針對(duì)訓(xùn)練3] 用秦九韶算法計(jì)算多項(xiàng)式f(x)=12+35x-8x2+6x4+5x5+3x6在x=-4時(shí)的值時(shí),v3的值為(  ) A.

12、-144 B.-136 C.-57 D.34 [解析] 根據(jù)秦九韶算法多項(xiàng)式可化為f(x)=(((((3x+5)x+6)x+0)x-8)x+35)x+12. 由內(nèi)向外計(jì)算v0=3; v1=3×(-4)+5=-7; v2=-7×(-4)+6=34; v3=34×(-4)+0=-136. [答案] B 課堂歸納小結(jié) 1.求兩個(gè)正整數(shù)的最大公約數(shù)的問題,可以用輾轉(zhuǎn)相除法,也可以用更相減損術(shù).用輾轉(zhuǎn)相除法,即根據(jù)a=nb+r這個(gè)式子,反復(fù)相除,直到r=0為止;用更相減損術(shù),即根據(jù)r=|a-b|這個(gè)式子,反復(fù)相減,直到r=0為止. 2.秦九韶算法的關(guān)鍵在于把n次多項(xiàng)式

13、轉(zhuǎn)化為一次多項(xiàng)式,注意體會(huì)遞推的實(shí)現(xiàn)過程,實(shí)施運(yùn)算時(shí)要由內(nèi)向外,一步一步執(zhí)行. 1.輾轉(zhuǎn)相除法可解決的問題是(  ) A.求兩個(gè)正整數(shù)的最大公約數(shù) B.多項(xiàng)式求值 C.求兩個(gè)正整數(shù)的最小公倍數(shù) D.排序問題 [解析] 輾轉(zhuǎn)相除法可以求兩個(gè)正整數(shù)的最大公約數(shù). [答案] A 2.用輾轉(zhuǎn)相除法求72與120的最大公約數(shù)時(shí),需要做除法次數(shù)為(  ) A.4 B.3 C.5 D.6 [解析] 120=72×1+48,72=48×1+24,48=24×2. [答案] B 3.用更相減損術(shù)求36與134的最大公約數(shù),第一步應(yīng)為________. [解析] ∵3

14、6與134都是偶數(shù),∴第一步應(yīng)先除以2,得到18與67. [答案] 先分別除以2,得到18與67 4.用秦九韶算法求f(x)=2x3+x-3當(dāng)x=3時(shí)的值v2=________. [解析] f(x)=((2x+0)x+1)x-3,v0=2,v1=2×3+0=6,v2=6×3+1=19. [答案] 19 5.用秦九韶算法求多項(xiàng)式f(x)=8x7+5x6+3x4+2x+1,當(dāng)x=2時(shí)的值. [解] 根據(jù)秦九韶算法,把多項(xiàng)式改寫成如下形式: f(x)=8x7+5x6+0·x5+3·x4+0·x3+0·x2+2x+1=((((((8x+5)x+0)x+3)x+0)x+0)x+2)x+1.

15、 而x=2,所以有v0=8, v1=8×2+5=21, v2=21×2+0=42, v3=42×2+3=87, v4=87×2+0=174, v5=174×2+0=348, v6=348×2+2=698, v7=698×2+1=1397. 所以當(dāng)x=2時(shí),多項(xiàng)式的值為1397. 算法案例在實(shí)際生活中的應(yīng)用 通過算法案例的學(xué)習(xí),知道算法的核心是一般意義上的解決問題的策略的具體化.對(duì)于一個(gè)實(shí)際問題,我們?cè)诜治?、思考后可將之轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題,從而獲得解決它的基本思路. 【典例】 現(xiàn)有長度為2.4 m和5.6 m兩種規(guī)格的鋼筋若干,要焊接一批棱上無接點(diǎn)的正方體模型,問怎樣設(shè)

16、計(jì)才能保證正方體的體積最大且不浪費(fèi)材料? [思路導(dǎo)引] 要焊接正方體,就是將兩種規(guī)格的鋼筋截成長度相等的鋼筋條.為了保證不浪費(fèi)材料,應(yīng)使得每種規(guī)格的鋼筋截取后沒有剩余,因此截取的長度應(yīng)為2.4與5.6的公約數(shù);為使得正方體的體積最大,因此截取的長度應(yīng)為2.4與5.6的最大公約數(shù). [解] 用更相減損術(shù)來求2.4與5.6的最大公約數(shù): 5.6-2.4=3.2, 3.2-2.4=0.8, 2.4-0.8=1.6, 1.6-0.8=0.8, 因此2.4與5.6的最大公約數(shù)為0.8. 所以使得正方體的棱長為0.8 m時(shí),正方體的體積最大且不浪費(fèi)材料. [針對(duì)訓(xùn)練] 甲,

17、乙,丙三種溶液的質(zhì)量分別為147 g,343 g,133 g,現(xiàn)要將它們分別全部裝入小瓶中,每個(gè)小瓶中裝入溶液的質(zhì)量相同,問每瓶最多裝多少? [解] 由題意,每個(gè)小瓶中裝入的溶液的質(zhì)量應(yīng)是三種溶液質(zhì)量的最大公約數(shù). 先求147與343的最大公約數(shù): 343-147=196,196-147=49,147-49=98,98-49=49, 所以147與343的最大公約數(shù)是49. 再求49與133的最大公約數(shù): 133-49=84,84-49=35,49-35=14,35-14=21,21-14=7,14-7=7, 所以147,343,133的最大公約數(shù)為7,即每瓶最多裝7 g. 課后

18、作業(yè)(八) (時(shí)間45分鐘) 學(xué)業(yè)水平合格練(時(shí)間25分鐘) 1.秦九韶算法與直接計(jì)算相比較,下列說法錯(cuò)誤的是(  ) A.秦九韶算法與直接計(jì)算相比,大大節(jié)省了做乘法的次數(shù),使計(jì)算量減少,并且邏輯結(jié)構(gòu)簡單 B.秦九韶算法減少了做乘法的次數(shù),在計(jì)算機(jī)上也就加快了計(jì)算的速度 C.秦九韶算法減少了做乘法的次數(shù),在計(jì)算機(jī)上也就降低了計(jì)算的速度 D.秦九韶算法避免了對(duì)自變量x單獨(dú)做冪的計(jì)算,而且與系數(shù)一起逐次增長冪次,從而提高計(jì)算的精度 [解析] 秦九韶算法減少了做乘法的次數(shù),在計(jì)算機(jī)上也就加快了計(jì)算的速度,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤. [答案] C 2.下列說法中正確的個(gè)數(shù)為(  ) ①輾轉(zhuǎn)

19、相除法也叫歐幾里得算法; ②輾轉(zhuǎn)相除法的基本步驟是用較大的數(shù)除以較小的數(shù); ③求最大公約數(shù)的方法,除輾轉(zhuǎn)相除法之外,沒有其他方法; ④編寫輾轉(zhuǎn)相除法的程序時(shí),要用到循環(huán)語句. A.1 B.2 C.3 D.4 [解析]?、?、②、④正確,③錯(cuò)誤. [答案] C 3.利用秦九韶算法求f(x)=1+2x+3x2+…+6x5當(dāng)x=2時(shí)的值時(shí),下列說法正確的是(  ) A.先求1+2×2 B.先求6×2+5,第二步求2×(6×2+5)+4 C.f(2)=1+2×2+3×22+4×23+5×24+6×25直接運(yùn)算求解 D.以上都不對(duì) [解析] 利用秦九韶算法應(yīng)先算anx

20、+an-1,再算(anx+an-1)x+an-2,故選B. [答案] B 4.中國古代有計(jì)算多項(xiàng)式值的秦九韶算法,下圖是實(shí)現(xiàn)該算法的程序框圖.執(zhí)行該程序框圖,若輸入的x=2,n=2,依次輸入的a為2,2,5,則輸出的s=(  ) A.7 B.12 C.17 D.34 [解析] 該題考查程序框圖的運(yùn)行及考生的識(shí)圖能力. 由程序框圖知, 第一次循環(huán):x=2,n=2,a=2,s=0×2+2=2,k=1; 第二次循環(huán):a=2,s=2×2+2=6,k=2; 第三次循環(huán):a=5,s=6×2+5=17,k=3.結(jié)束循環(huán),輸出s的值為17,故選C. [答案] C 5.用更

21、相減損術(shù)求117和182的最大公約數(shù)時(shí),需做減法的次數(shù)是(  ) A.8 B.7 C.6 D.5 [解析] ∵182-117=65,117-65=52,65-52=13,52-13=39,39-13=26,26-13=13,∴13是117和182的最大公約數(shù),需做減法的次數(shù)是6. [答案] C 6.用秦九韶算法求n次多項(xiàng)式f(x)=anxn+an-1xn-1+…+a1x+a0當(dāng)x=x0時(shí)的值,求f(x0)需要乘方、乘法、加法的次數(shù)分別為(  ) A.,n,n B.n,2n,n C.0,2n,n D.0,n,n [解析] 因?yàn)閒(x)=(…((anx+an-1)x+a

22、n-2)x+…+a1)x+a0,所以乘方、乘法、加法的次數(shù)分別為0,n,n. [答案] D 7.用秦九韶算法求多項(xiàng)式f(x)=12+35x-8x2+79x3+6x4+5x5+3x6當(dāng)x=-4的值時(shí),其中v1的值為________. [解析] ∵f(x)=12+35x-8x2+79x3+6x4+5x5+3x6,∴v0=a6=3,v1=v0x+a5=3×(-4)+5=-7. [答案]?。? 8.378和90的最大公約數(shù)為________. [解析] 378=90×4+18,90=18×5+0, ∴378與90的最大公約數(shù)是18. [答案] 18 9.求1356和2400的最小公倍

23、數(shù). [解] 2400=1356×1+1044, 1356=1044×1+312, 1044=312×3+108, 312=108×2+96, 108=96×1+12, 96=12×8. 所以1356與2400的最大公約數(shù)為12. 則1356與2400的最小公倍數(shù)為(1356×2400)÷12=271200. 10.用秦九韶算法求多項(xiàng)式f(x)=7x7+6x6+5x5+4x4+3x3+2x2+x當(dāng)x=3時(shí)的值. [解] f(x)=((((((7x+6)x+5)x+4)x+3)x+2)x+1)·x,所以v0=7, v1=7×3+6=27, v2=27×3+5=86, v

24、3=86×3+4=262, v4=262×3+3=789, v5=789×3+2=2369, v6=2369×3+1=7108, v7=7108×3=21324. 故x=3時(shí),多項(xiàng)式f(x)=7x7+6x6+5x5+4x4+3x3+2x2+x的值為21324. 應(yīng)試能力等級(jí)練(時(shí)間20分鐘) 11.下列哪組的最大公約數(shù)與1855,1120的最大公約數(shù)不同(  ) A.1120,735 B.385,350 C.385,735 D.1855,325 [解析] ∵(1855,1120)→(735,1120)→(735,385)→(350,385)→(350,35),

25、 ∴1855與1120的最大公約數(shù)是35, 由以上計(jì)算過程可知選D. [答案] D 12.用秦九韶算法計(jì)算多項(xiàng)式f(x)=3x6+4x5+5x4+6x3+7x2+8x+1,當(dāng)x=0.4時(shí)的值時(shí),需要做乘法和加法的次數(shù)分別是(  ) A.6,6 B.5,6 C.5,5 D.6,5 [解析] 根據(jù)秦九韶算法,把多項(xiàng)式改寫為f(x)=(((((3x+4)x+5)x+6)x+7)x+8)x+1,∴需要做6次加法運(yùn)算,6次乘法運(yùn)算,故選A. [答案] A 13.已知a=333,b=24,則使得a=bq+r(q,r均為自然數(shù),且0≤r≤b)成立的q和r的值分別為________. [

26、解析] 用333除以24,商即為q,余數(shù)就是r.333÷24的商為13,余數(shù)是21. ∴q=13,r=21. [答案] 13,21 14.用秦九韶算法求多項(xiàng)式f(x)=1-5x-8x2+10x3+6x4+12x5+3x6當(dāng)x=-4時(shí)的值時(shí),v0,v1,v2,v3,v4中最大值與最小值的差是________. [解析] 多項(xiàng)式變形為 f(x)=3x6+12x5+6x4+10x3-8x2-5x+1 =(((((3x+12)x+6)x+10)x-8)x-5)x+1, v0=3, v1=3×(-4)+12=0, v2=0×(-4)+6=6, v3=6×(-4)+10=-14, v

27、4=-14×(-4)-8=48, 所以v4最大,v3最小,所以v4-v3=48+14=62. [答案] 62 15.用輾轉(zhuǎn)相除法和更相減損術(shù)兩種方法求三個(gè)數(shù)72,120,168的最大公約數(shù). [解] (輾轉(zhuǎn)相除法): 先求120,168的最大公約數(shù). 因?yàn)?68=120×1+48, 120=48×2+24,48=24×2, 所以120,168的最大公約數(shù)是24. 再求72,24的最大公約數(shù). 因?yàn)?2=24×3,所以72,24的最大公約數(shù)為24, 即72,120,168的最大公約數(shù)為24. (更相減損術(shù)): 先求120,168的最大公約數(shù). 168-120=48,120-48=72, 72-48=24,48-24=24, 所以120,168的最大公約數(shù)為24. 再求72,24的最大公約數(shù). 72-24=48,48-24=24, 所以72,24的最大公約數(shù)為24, 即72,120,168的最大公約數(shù)為24. 13

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