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完全平方数解题秘诀:看图理解平方差公式:典型例题精讲

适用年级

几何

难度等级

⭐⭐⭐

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最近更新

2025-12-21

完全平方数解题指南:用“帽子戏法”揭开数字奥秘

💡 阿星解密:为什么公式长这样?

想象一个数字正在玩“帽子戏法”。它戴上一顶“+100”的帽子,就变成了一个完美的正方形(比如25²);戴上一顶“+168”的帽子,又变成了另一个更大的完美正方形。问题的核心是:同一个数字,戴上不同高度的帽子,变成了不同大小的正方形。 这两个正方形面积(也就是那两个完全平方数)的差,正好是两顶帽子的高度差:168 - 100 = 68。

👀 看图说话:

(n+168) (n+100) b-a b-a b+a 面积差 = 68 68 = (b - a) × (b + a) 一个“边长差” × 一个“边长和”

关键点拨:
看图上的L形黄色区域,它的面积就是两个平方数的差68。阿星用“剪刀”沿着虚线把它剪下来,重新拼一下,神奇地变成了一个长方形。这个长方形的就是两个正方形的边长差 (b-a)就是两个正方形的边长和 (b+a)。所以,68 = (b-a) × (b+a)。这就是平方差公式的几何意义!接下来,我们只需要找出哪两个整数相乘等于68,并且满足b-ab+a的关系。

🔥 三级跳挑战:从陷阱到精通

【母题演示】求一个正整数,它加上100后是一个完全平方数,加上168后是另一个完全平方数。

🔍

阿星的显微镜

标准算式:设这个数为 \( n \)。根据题意:
\[ \begin{cases} n + 100 = a^2 \\ n + 168 = b^2 \end{cases} \]
两式相减,得到平方差:
\[ b^2 - a^2 = 68 \quad \Rightarrow \quad (b-a)(b+a) = 68 \]
\( b \) 和 \( a \) 都是正整数,且 \( b > a \)。我们将68分解成两个正整数的乘积,同时注意 (b-a)(b+a) 必须同奇偶(因为两数相加或相减,奇偶性相同),且(b+a) > (b-a)

68的因数对有:(1,68), (2,34), (4,17)。

• (1,68) 同奇偶?1是奇,68是偶,不行。

• (2,34) 同偶,可以。令 \( b-a=2 \), \( b+a=34 \),解得 \( b=18, a=16 \)。

• (4,17) 一奇一偶,不行。

代入 \( n = a^2 - 100 = 16^2 - 100 = 256 - 100 = 156 \)。

检验:\( 156+168=324=18^2 \)。完美!

【易错陷阱】如果把题目改成:一个数加上44是平方数,加上99也是平方数。很多同学会直接设未知数列方程,但在分解平方差时出错。

⚠️

阿星的避雷针:

大多数人会怎么错:两数差为 \( 99-44=55 \),得到 \( (b-a)(b+a)=55 \)。分解因数(1,55), (5,11)。可能忘记“同奇偶”条件,误以为(1,55)和(5,11)都可行,从而解出多组错误答案。

图解陷阱:回到面积图,(b-a)和(b+a)是拼成长方形的长和宽。如果它们一奇一偶,长方形的长和宽就不是整数了吗?不是,它们仍是整数。但关键在于,由 \( b-a \) 和 \( b+a \) 解出的 \( b \) 和 \( a \) 必须是整数。如果它们一奇一偶,那么 \( b = \frac{(b+a)+(b-a)}{2} \) 就不是整数了!

正确思路:严格应用“同奇偶”筛选。55的因数对:

(1,55):1奇55奇 → 同奇,可行。解得 \( b=28, a=27 \)。

(5,11):5奇11奇 → 同奇,可行。解得 \( b=8, a=3 \)。

因此有两个解:\( n = 27^2-44 = 685 \) 或 \( n = 3^2-44 = -35 \)。由于题目常隐含“正整数”条件,所以答案是685。这里漏掉筛选忽略负数情况都是常见错误。

【高手进阶】小明的生日是两位数,这个数加上爸爸的年龄(也是一个完全平方数),正好是爷爷年龄的平方。已知爸爸比小明大28岁,且三人的年龄都是完全平方数。求小明的年龄。

🚀

思维迁移:这本质上还是“平方差”问题!设小明年龄为 \( n \)(完全平方数),爸爸年龄为 \( a^2 \),爷爷年龄为 \( b^2 \)。条件“这个数加上爸爸的年龄是爷爷年龄的平方”转化为 \( n + a^2 = b^2 \),即 \( b^2 - a^2 = n \)。条件“爸爸比小明大28岁”即 \( a^2 - n = 28 \)。联立后,核心仍是处理一个关于完全平方数的方程组,需要灵活运用平方差公式进行因式分解和讨论。

📝 阿星的定海神针(口诀):
平方数,藏猫腻,加数不同变兄弟。
兄弟面积差多少?大数减小数立刻晓。
面积差,巧分解,平方差公式是锁钥。
(因数和差)要配对,同奇同偶别忘了!

🚀 举一反三:巩固练习

练习一

一个正整数,加上50后是一个完全平方数,加上122后也是一个完全平方数。求这个数。

练习二

(陷阱识别)一个数加上24是平方数,加上85也是平方数。有人说这个数是12,对吗?为什么?

练习三

(生活应用)一块正方形草坪,边长增加3米后,总面积增加了81平方米。求原来草坪的边长。


📚 答案与解析

【答案速查】
练习一:11 (提示:差值为72,分解(2,36)或(6,12),根据同奇偶及大小筛选)
练习二:不对。差值为61,是质数,因数对只有(1,61)。解得b=31,a=30,原数为30²-24=876,不是12。错因可能是没有正确列出方程或计算错误。
练习三:12米。(提示:设原边长为a米,(a+3)² - a² = 81,用平方差公式:(2a+3)×3=81,快速求解)

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