分式有理化的核心目的是消除分母中的无理数(如根式)或虚数单位 i,将其转化为一个有理数或实数,以便于简化表达式和后续计算。
1. 分母为单一平方根
形式:ba
方法:分子分母同乘以 b。
公式:
ba=ba⋅bb=bab
示例:有理化 53
53=53⋅55=535
2. 分母为二项根式之和或差
形式:a±bc
方法:利用平方差公式 (x+y)(x−y)=x2−y2,分子分母同乘以分母的共轭式。
- 对于 a+b,其共轭式为 a−b
- 对于 a−b,其共轭式为 a+b
公式:
a+bc=a+bc⋅a−ba−b=a−bc(a−b)
a−bc=a−bc⋅a+ba+b=a−bc(a+b)
示例:有理化 1+32
1+32=1+32⋅1−31−3=12−(3)22(1−3)=1−32(1−3)=−22(1−3)=−(1−3)=3−1
3. 分母包含高次根式
形式:nba
方法:分子分母同乘以 nbn−1,使得分母变为 b。
通用公式:
nba=nba⋅nbn−1nbn−1=ba⋅nbn−1
示例:有理化 321
321=321⋅322322=32334=234
4. 分母为复数
形式:a+bi1,其中 i2=−1
方法:分子分母同乘以分母的共轭复数 a−bi。
公式:
a+bi1=a+bi1⋅a−bia−bi=a2+b2a−bi
示例:有理化 2+3i1
2+3i1=2+3i1⋅2−3i2−3i=22+322−3i=4+92−3i=132−3i
总结
分式有理化的一般步骤是:
- 识别分母中的无理部分或虚数部分。
- 选择一个能与分母相乘后将其有理化的因子。
- 操作,分子和分母同时乘以这个因子。
- 化简得到最终结果。
其主要目的在于简化计算、求极限或积分,以及将表达式转为标准形式。