交叉相乘
jiāo chā xiāng chéng
交叉相乘是求解比例式的一种方法,把每个分数的分子乘以另一个分数的分母,并使两个乘积相等。
Formula
\text{if } \frac{a}{b} = \frac{c}{d}, \text{ then } ad = bc
Definition
交叉相乘是求解比例式的一种捷径:当两个分数相等时($a/b = c/d$),你可以按对角线相乘,左上乘右下等于右上乘左下,这是一种只在两个分数被设为相等时才适用的"X"模式。形式上,这表示$a/b = c/d$当且仅当$ad = bc$(其中$b, d \neq 0$),可通过把等式$a/b = c/d$两边同乘以$bd$来证明;它可以求出比例式中的未知数,或比较两个分数(当$b, d > 0$时,$a/b < c/d$当且仅当$ad < bc$)。更抽象地说,交叉相乘是把域公理应用于清除分母,在任何域或消去律成立的整环中都成立,它也出现在代数簇之间有理映射的定义中。
Example
求解$3/4 = x/12$:交叉相乘得$3 \times 12 = 4 \times x$,所以$36 = 4x$,$x = 9$(验证:$3/4 = 9/12 = 3/4$)。比较$7/11$和$8/13$:$7 \times 13 = 91$,$11 \times 8 = 88$,由于$91 > 88$,所以$7/11 > 8/13$。清除分母也能求解有理方程:$1/(x-1) + 1/(x+1) = 4/(x^2-1)$,注意到$x^2-1 = (x-1)(x+1)$,两边同乘以该乘积得$(x+1) + (x-1) = 4$,所以$2x = 4$,$x = 2$(验证:$1/1 + 1/3 = 4/3$)。
Key Insight
交叉相乘通过一次性清除所有分母,把分数等式转化为更简单的乘法等式,它实际上就是"分母相同则比较"这一技巧的代数形式:把等式两边同乘以分母之积,把比例式转化为可用标准方法求解的线性方程。这种"清除分母"的原理有着更为广泛的应用,是部分分式分解、复分析中留数的计算,以及数值方法中有理插值的基础。