初中数学的自然原理
第三部分:式

整式的加减

对应人教版七年级上册第四章。

整式的加减只做两件事:去括号,合并同类项;这两件事的依据都是乘法分配律。

单项式和多项式#

上一页列出的代数式里,有一类只含加、减、乘、乘方运算,字母不在分母里,也不在根号下,比如 、、。它们叫整式。整式按项数分成两种。

单项式:数与字母的积。 比如 、、。单独一个数或一个字母也是单项式。

  • 系数: 单项式中的数字因数。
  • 次数: 单项式中所有字母的指数的和。
单项式 系数 次数 说明
3 的指数 2 加 的指数 1
1 2 系数 1 省略不写
1 就是
2 是一个确定的数,不是字母
,即 3 是数,它的指数不算进次数
5 0 不含字母的单项式次数是 0

多项式:几个单项式的和。 比如 是 、、 这三个单项式的和。

  • 项: 组成多项式的每个单项式,连同它前面的符号。 的一次项是 ,不是 。
  • 常数项: 不含字母的项,这里是 5。
  • 次数: 次数最高的项的次数。 有三项,最高次是 2,叫二次三项式。

为什么说 是“和”,式子里明明有减号?因为减去一个数等于加上它的相反数(见第二部分“有理数的运算”):。把减法都看成加法,每一项都带着自己的符号,后面的计算就不会丢符号。

单项式和多项式统称整式。写多项式时,一般按某个字母的指数从大到小排列(降幂排列),比如 写成 ,这样各项一目了然,也方便检查有没有同类项。

同类项和合并同类项#

先看一个面积的问题:一块长方形由 5 个宽为 1、高为 的小长方形拼成,左边 3 个,右边 2 个。

左边 3 个、右边 2 个宽 1 高 a 的长方形,合起来是 5 个,面积 3a + 2a = 5a

左边面积是 ,右边是 ,合起来是 5 个同样的小长方形,面积是 。用分配律写出来就是

能这样合并,是因为 和 都是“若干个 ”,分配律可以把共同的 提出来,只把个数相加。换成 就不行了: 和 不是同一种“块”,没有共同的部分可以提出来,结果只能写成 。

所以规定:所含字母相同,并且相同字母的指数也相同的项,叫同类项。 所有常数项也都是同类项。同类项与系数无关,与字母的顺序无关: 和 是同类项, 和 不是。

把多项式中的同类项合并成一项,叫合并同类项。 由分配律直接得到法则:系数相加,字母和字母的指数不变。

例 1 合并同类项:。

思路: 先找出同类项:二次项 和 ,一次项 和 ,常数项 和 。每一项带着自己前面的符号移动位置(加法交换律),再分别合并。

解:

检验: 取 ,原式 ,结果 ,一致。化简前后的两个式子对任何 的值都相等,随便代一个数进去,是检查化简有没有出错的简便办法。

去括号#

去括号也是分配律:括号前面的数,要乘括号里的每一项。

括号前只有正号或负号时,把它看成乘 或 :

所以:括号前是“+”号,去掉括号,括号里各项都不变号;括号前是“−”号,去掉括号,括号里各项都改变符号。 这不是另外的规定,只是乘 和乘 的结果。

整式的加减#

有了去括号和合并同类项,整式的加减就是:有括号先去括号,再合并同类项。

例 2 先化简,再求值:,其中 ,。

思路: 可以直接代入,但式子里有好几项,每项都要算;先化简,式子变短了,代入只算一次。

解:

当 , 时,原式 。

检验: 不化简直接代入,,,,一致。

例 3 如图,一个台阶形图形的底边长 ,左边长 ,右上方是三级台阶。求它的周长。

台阶形图形,底边长 a,左边长 b,右上方是三级台阶

思路: 每一级台阶的长和高都不知道,好像求不出来。但周长只要各段长度的和,不必知道每一段。三段横的台阶面向上平移,正好拼成顶边,和底边一样长;三段竖的台阶面向右平移,正好拼成右边,和左边一样长。

解: 设三段横的台阶面长 ,,,三段竖的长 ,,。把横的三段向上平移到顶边,竖的三段向右平移到右边:

横的台阶面 x₁、x₂、x₃ 平移到顶边,竖的台阶面 y₁、y₂、y₃ 平移到右边,拼成长方形的周长

由图,,。周长是

台阶形的周长和长 、宽 的长方形的周长相同。

例 4 说明:任意三个连续整数的和都是 3 的倍数。

解: 设中间一个整数是 ,三个数是 ,,。它们的和是

是 3 的倍数,而且正好是中间那个数的 3 倍。设中间的数,比设最小的数更方便: 和 正好抵消。

易错点#

  • 次数算错。 次数只看字母的指数: 的次数是 3,不是 6; 的次数是 2, 不是字母。多项式的次数是最高次项的次数,不是各项次数的和。
  • 同类项判断错。 看的是“字母相同,相同字母的指数也相同”: 和 系数相同,却不是同类项; 和 字母顺序不同,却是同类项。
  • 合并时把指数也加了。 ,不是 。分配律只把系数相加,“若干个 ”加起来还是 。 也不是 。
  • 去括号漏变号、漏乘。 ;,括号前的数要乘括号里的每一项,连同符号。
  • 丢了项的符号。 的一次项是 ,一次项系数是 。

联系#

  • 代数式: 用火柴棒摆 个正方形,一种数法得 根,另一种数法得 根; 去括号、合并同类项后就是 ,两种数法得到的是同一个式子。见第三部分“代数式”。
  • 有理数的运算: 减法变成加相反数,是“多项式是单项式的和”的由来;合并同类项就是用分配律,和有理数的简便运算一回事。见第二部分“有理数的运算”。
  • 整式的乘法: 单项式乘多项式、多项式乘多项式,都是分配律的进一步使用,最后一步总是合并同类项。见第三部分“整式的乘法”。
  • 周长和面积: 图形的周长用字母表示出来是整式,求周长就是整式的加减,比如例 3 里底边长 、左边长 的台阶形,周长是 ;长方形的面积是长乘宽,要用到整式的乘法。见第三部分“整式的乘法”。
  • 一元一次方程: 解方程时的去括号、合并同类项,和这里完全一样。见第四部分“一元一次方程”。
  • 二次根式: 被开方数相同的二次根式合并,,道理和合并同类项相同。见第三部分“二次根式”。

真题: 2025 年第 16 题、2024 年第 11 题、2023 年第 16 题。