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笔算开立方和N次方

今年在某次物理竞赛中忘了带计算器,需要计算开立方。

当时不知道怎么笔算,所以只好一位一位地试。

因此,我便想研究出一种开立方的笔算方法(我知道现在有,但是苦于找不到,所以只好自己来了)。

在刚开始研究是我不知道该如何入手,所以就去找了初二时候的代数书,里面有开平方笔算法和推导过程。

它是这么写的:在这里,我“定义”a^b=a的b次方。

(10a+b)^2 = 100a^2+20ab+b^2 = 100a^2+b(20a+b)a代表的是已经计算出来的结果,b代表的是当前需要计算的位上的数。

在每次计算过程中,100a^2都被减掉,剩下b(20a+b)。

然后需要做的就是找到最大的整数b'使b'(20a+b')<=b(20a+b)。

因此,我就照着书里的方法,推导开立方笔算法。

(10a+b)^3 = 1000a^3+300a^2*b+30a*b^2+b^3 = 1000a^3+b[300a^2+b(30a%2笔算开立方一天,我遇到了一道需要用到310的近似值的物理题。

我没带计算器或《中学数学用表》,只好逐个计算一些数的立方,并与10比较,好不容易才把小数点后第二位数字确定下来。

这促使我寻求笔算开立方的方法。

笔算开平方的方法我是掌握的。

我想笔算开立方的方法应该与它有些关联,不妨先把笔算开平方的主要步骤回忆一下:1.将被开方数的整数部分从个位起向左每两位分为一组;2.根据最左边一组,求得平方根的最高位数;3.用第一组数减去平方根最高位数的平方,在其差右边写上第二组数;4.用求得的最高位数的20倍试除上述余数,得出试商。

再用最高位数的20倍与试商的和乘以试商,若所得的积不大于余数,试商就是平方根的第二位数,若大于,就减小试商再试。

5.用同样方法继续进行下去。

类似地,若要写出笔算开立方的法则,显然第1步中的“两”应改为“三”,第2、3步中的“平”应改为“立”,而第5步不变化。

关键是第4步如何进行。

当天晚上,我想到完全平方公式是(a+b)2=a2+2ab+b2,完全立方公式是(a+b)3=a3+3a2b+3ab2+b3。

于是我猜想“20倍”应该与“2ab”有关。

我先后想出了几种可能的方法,经检验,都是行不通的。

那么我有必要分析笔算开平方的本质。

以两位数ab为例,2ab= (10a+b)2=100a2+20ab+b2。

这里a代表平方根的最高位数,b代表试商。

事实上,100a2已在第3步里被减去了。

那么剩下的就是20ab+b2,即(20a+b)·b,也就是“求得的最高位数的20倍与试商的和再乘以试商”。

这样,如果被开方数是(10a+b)2,那么最后所得的余数恰好为零;如果被开方数比(10a+b)2大,就把10a+b看作a继续进行下去。

同样的道理,这个法则对多位数、一位数和小数也适用。

类似地,(10a+b)3=1000a3+300a2b+30ab2+b3,其中1000a3在开立方法则第3 步里被减去了。

那么我就应该把求得的最高位数的平方的300倍与试商的积,求得的最高位数的30倍与试商的平方的积和试商的立方写在竖式的左边,用第3 步所得余数减去它们的和。

举几个简单的例子验证一下:(300=12×300× 1 (600=12×300× 2 (1200=22×300×1)30=1×30×12 120=1×30×22 60=2×30×121=13) 8=23) 1=13)为了进一步验证这种方法的正确性,我求出了310的近似值,并与计算器的结果进行比照:(为了书写简便,我把10.000……后面的“0”省略了。

)用这种方法算出10的立方根约等于2.1544,而计算器的结果是2.1544347,这说明求出的结果是正确的。

现将笔算开立方的方法总结如下:1.将被开立方数的整数部分从个位起向左每三位分为一组;2.根据最左边一组,求得立方根的最高位数;3.用第一组数减去立方根最高位数的立方,在其右边写上第二组数;4.用求得的最高位数的平方的300倍试除上述余数,得出试商;并把求得的最高位数的平方的300倍与试商的积、求得的最高位数的30倍与试商的平方的积和试商的立方写在竖式左边,观察其和是否大于余数,若大于,就减小试商再试,若不大于,试商就是立方根的第二位数;5.用同样方法继续进行下去。

这种方法肯定早就有人发明了。

其运算量相当大,实用价值也不高。

但我毕竟是独立地发现了它。

虽然欣喜无法与发现新大陆相比,但这至少使我体验到在数学世界中探索的快乐。

此后不久,我居然发现这种方法在期中考试中发挥了作用──期中考试物理试卷中有这样一道题:“神舟”三号飞船的运行周期约是91分钟,地球半径约是6370㎞,求飞船的轨道高度(以km为单位,保留两个有效数字)。

这道题并不难。

根据所学知识,我很快就列出方程,并求出了结果的表达式。

经过近似计算和约分、化简,结果大约是(10003300-6370)㎞。

我想大多数同学能够算到这里,而对于3300就束手无策了。

但它难不倒我。

我运用了笔算开立方的方法。

由于法则是自己总结的,所以记得很牢,用起来也得心应手。

很快,我求出3300≈6.7,最终结果约是3.3×102㎞。

严格地说,这个答案是不可靠的。

要保证最终结果的第二个有效数字准确,应该把3300计算到百分位。

但因时间有限,且300这个数本身就是不准确的,我只好这样写。

后来我看到答案,知道我的结果是正确的。

我感到高兴,因为我自己发现并总结出的规律在考试中得到应用。

我觉得这种笔算开立方的方法不能为大家所知似乎是个遗憾。

但它的应用似乎仅限于这类由周期求轨道半径的物理题,除此之外,别的意义很是寥寥。

换言之,这种方法仅是雕虫小技而已。

然而探索的过程使我体会到初步的数学研究方法,或许将有更大的意义──因为“对真理的探求比对真理的占有更为可贵”。

举例说明: 17开立方.首先求17以内的最大立方数为2^3=8,17-8 =9,在9的后面加上三个0,9000在9000范围内,设立方根的第二位是A,则用2A*A*2*30+A^3,此算式不>9000,A=5,及立方根的第二位是5用9000-7625=1375,在1 375后面加上三个0来求立方根的第三位,设第三位是B,则用25B*25*B*30+B^3,则B=7,及1375000-13495 93=25407,依此类推,求第四位的算式是257C*257*C*30+C^3,可以算出C=1,及25407000-19822411=5584589,在往下5584589000求第五位.17立方根的1前四位是2.571。

2571D*2571*D*30+D^3,D=2==================================================== ===徒手开n次方根的方法:原理:设被开方数为X,开n次方,设前一步的根的结果为a,现在要试根的下一位,设为b,则有:(10*a+b)^n-(10*a)^n<=c(前一步的差与本段合成);且b取最大值用纯文字描述比较困难,下面用实例说明:我们求2301781.9823406 的5次方根:第1步:将被开方的数以小数点为中心,向两边每隔n位分段(下面用'表示);不足部分在两端用0补齐;23'01781.98234'06000'00000'00000'..........从高位段向低位段逐段做如下工作:初值a=0,差c=23(最高段)第2步:找b,条件:(10*a+b)^n-(10*a)^n<=c,即b^5<=23,且为最大值;显然b=1差c=23-b^5=22,与下一段合成,c=c*10^n+下一段=22*10^5+01781=2201781第3步:a=1(计算机语言赋值语句写作a=10*a+b),找下一个b, 条件:(10*a+b)^n-(10*a)^n<=c,即:(10+b)^5-10^5<=2201781,b取最大值8,差c=412213,与下一段合成,c=c*10^5+下一段=412213*10^5+98234=41221398234第4步:a=18,找下一个b,条件:(10*a+b)^n-(10*a)^n<=c,即:(180+b)^5-180^5<=41221398234,b取最大值7说明:这里可使用近似公式估算b的值:当10*a>>b时,(10*a+b)^n-(10*a)^n≈n*(10*a)^(n-1)*b,即:b≈41221398234/n/(10*a)^(n-1)=41221398234/5/180^4≈7.85,取b=7以下各步都更加可以使用此近似公式估算b之值差c=1508808527;与下一段合成,c=c*10^5+下一段=1508808527*10^5+06000=150880852706000第5步:a=187,找下一个b,条件:(10*a+b)^n-(10*a)^n<=c,即:(1870+b)^5-1870^5<=150880852706000,b取最大值2,差c=28335908584368;与下一段合成,c=c*10^5+下一段=2833590858436800000第6步:a=1872,找下一个b,条件:(10*a+b)^n-(10*a)^n<=c,即:(18720+b)^5-18720^5<=2833590858436800000,b取最大值4,差c=376399557145381376;与下一段合成,c=c*10^5+下一段=37639955714538137600000 .............................最后结果为:18.724......==================================================== ===开立方求一个数的立方根的运算法,叫做开立方。

最早在我国的九章算术中有对开立方的记载。

笔算开立方的方法方法一1.将被开立方数的整数部分从个位起向左每三位分为一组;2.根据最左边一组,求得立方根的最高位数;3.用第一组数减去立方根最高位数的立方,在其右边写上第二组数;4.用求得的最高位数的平方的300倍试除上述余数,得出试商;并把求得的最高位数的平方的300倍与试商的积、求得的最高位数的30倍与试商的平方的积和试商的立方写在竖式左边,观察其和是否大于余数,若大于,就减小试商再试,若不大于,试商就是立方根的第二位数;5.用同样方法继续进行下去。

方法二第1、2步同上。

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