На данном уроке мы вспомним все ранее изученные методы разложения многочлена на множители и рассмотрим примеры их применения, кроме того, изучим новый метод - метод выделения полного квадрата и научимся применять его при решении различных задач.
Тема: Разложение многочленов на множители
Урок: Разложение многочленов на множители. Метод выделения полного квадрата. Комбинация методов
Напомним основные методы разложения многочлена на множители, которые были изучены ранее:
Метод вынесения общего множителя за скобки, то есть такого множителя, который присутствует во всех членах многочлена. Рассмотрим пример:
Напомним, что одночлен есть произведение степеней и чисел. В нашем примере в обоих членах есть некоторые общие, одинаковые элементы.
Итак, вынесем общий множитель за скобки:
;
Напомним, что перемножив вынесенный множитель на скобку можно проверить правильность вынесения.
Метод группировки. Не всегда в многочлене можно вынести общий множитель. В таком случае нужно его члены разбить на группы таким образом, чтобы в каждой группе можно было вынести общий множитель и постараться разбить так, чтобы после вынесения множителей в группах появился общий множитель у всего выражения, и можно было бы продолжить разложение. Рассмотрим пример:
Сгруппируем первый член с четвертым, второй с пятым, и третий соответственно с шестым:
Вынесем общие множители в группах:
У выражения появился общий множитель. Вынесем его:
Применение формул сокращенного умножения. Рассмотрим пример:
;
Распишем выражение подробно:
Очевидно, что перед нами формула квадрата разности, так как есть сумма квадратов двух выражений и из нее вычитается их удвоенное произведение. Свернем по формуле:
Сегодня мы выучим еще один способ - метод выделения полного квадрата. Он базируется на формулах квадрата суммы и квадрата разности. Напомним их:
Формула квадрата суммы(разности);
Особенность этих формул в том, что в них есть квадраты двух выражений и их удвоенное произведение. Рассмотрим пример:
Распишем выражение:
Итак, первое выражение это , а второе .
Для того, чтобы составить формулу квадрата суммы или разности не хватает удвоенного произведения выражений. Его нужно прибавить и отнять:
Свернем полный квадрат суммы:
Преобразуем полученное выражение:
Применим формулу разности квадратов, напомним, что разность квадратов двух выражений есть произведение и суммы на их разность:
Итак, данный метод заключается, прежде всего, в том, что нужно выявить выражения a и b, которые стоят в квадрате, то есть определить, квадраты каких выражений стоят в данном примере. После этого нужно проверить наличие удвоенного произведения и если его нет, то прибавить и отнять его, от этого смысл примера не изменится, но многочлен можно будет разложить на множители, используя формулы квадрата суммы или разности и разности квадратов, если есть такая возможность.
Перейдем к решению примеров.
Пример 1 - разложить на множители:
Найдем выражения, которые стоят в квадрате:
Запишем, каким должно быть их удвоенное произведение:
Прибавим и отнимем удвоенное произведение:
Свернем полный квадрат суммы и приведем подобные::
Распишем по формуле разности квадратов:
Пример 2 - решить уравнение:
;
В левой части уравнения стоит трехчлен. Нужно разложить его на множители. Используем формулу квадрата разности :
У нас есть квадрат первого выражения и удвоенное произведение, не хватает квадрата второго выражения, прибавим и отнимем его:
Свернем полный квадрат и приведем подобные члены:
Применим формулу разности квадратов:
Итак, имеем уравнение 
Мы знаем, что произведение равно нулю только если хотя бы один из множителей равен нулю. Составим на этом основании уравнения:
Решим первое уравнение:
Решим второе уравнение:
Ответ: или
;
Поступаем аналогично предыдущему примеру - выделяем квадрат разности.
Что такое разложение на множители? Это способ превращения неудобного и сложного примера в простой и симпатичный.) Оч-ч-чень мощный приём! Встречается на каждом шагу и в элементарной математике, и в высшей.
Подобные превращения на математическом языке называются тождественными преобразованиями выражений. Кто не в теме - прогуляйтесь по ссылке. Там совсем немного, просто и полезно.) Смысл любого тождественного преобразования - это запись выражения в другом виде с сохранением его сути.
Смысл разложения на множители предельно прост и понятен. Прямо из самого названия. Можно забыть (или не знать), что такое множитель, но то, что это слово происходит от слова "умножить" сообразить-то можно?) Разложить на множители означает: представить выражение в виде умножения чего-то на чего-то. Да простят мне математика и русский язык...) И всё.
Например, надо разложить число 12. Можно смело записать:
Вот мы и представили число 12 в виде умножения 3 на 4. Прошу заметить, что циферки справа (3 и 4) совсем другие, чем слева (1 и 2). Но мы прекрасно понимаем, что 12 и 3·4 одно и то же. Суть числа 12 от преобразования не изменилась.
А можно разложить 12 по-другому? Легко!
12=3·4=2·6=3·2·2=0,5·24=........
Вариантов разложения - бесконечное количество.
Разложение чисел на множители - штука полезная. Очень помогает, например, при действиях с корнями. Но разложение на множители алгебраических выражений вещь не то, что полезная, она - необходимая! Чисто для примера:
Упростить:
Кто не умеете раскладывать выражение на множители, отдыхает в сторонке. Кто умеет - упрощает и получает:
Эффект потрясающий, правда?) Кстати, решение достаточно простое. Ниже сами увидите. Или, например, такое задание:
Решить уравнение:
х 5 - x 4 = 0
Решается в уме, между прочим. С помощью разложения на множители. Ниже мы решим этот пример. Ответ: x 1 = 0; x 2 = 1 .
Или, то же самое, но для старшеньких):
Решить уравнение:
На этих примерах я показал основное назначение разложения на множители: упрощение дробных выражений и решение некоторых типов уравнений. Рекомендую запомнить практическое правило:
Если перед нами страшное дробное выражение, можно попробовать разложить на множители числитель и знаменатель. Очень часто дробь сокращается и упрощается.
Если перед нами уравнение, где справа - ноль, а слева - не пойми что, можно попробовать разложить левую часть на множители. Иногда помогает).
Основные способы разложения на множители.
Вот они, самые популярные способы:
4. Разложение квадратного трёхчлена.
Эти способы надо запомнить. Именно в таком порядке. Сложные примеры проверяются на все возможные способы разложения. И лучше уж проверять по порядочку, чтобы не запутаться... Вот по порядочку и начнём.)
1. Вынесение общего множителя за скобки.
Простой и надёжный способ. От него плохо не бывает! Бывает либо хорошо, либо никак.) Поэтому он и стоит первым. Разбираемся.
Все знают (я верю!)) правило:
a(b+c) = ab+ac
Или, в более общем виде:
a(b+c+d+.....) = ab+ac+ad+....
Все равенства работают как слева направо, так и наоборот, справа налево. Можно записать:
ab+ac = a(b+c)
ab+ac+ad+.... = a(b+c+d+.....)
Вот и вся суть вынесения общего множителя за скобки.
В левой части а - общий множитель для всех слагаемых. Умножается на всё, что есть). Справа это самое а находится уже за скобками.
Практическое применение способа рассмотрим на примерах. Сначала вариант простой, даже примитивный.) Но на этом варианте я отмечу (зелёным цветом) очень важные моменты для любого разложения на множители.
Разложить на множители:
ах+9х
Какой общий множитель сидит в обоих слагаемых? Икс, разумеется! Его и будем выносить за скобки. Делаем так. Сразу пишем икс за скобками:
ах+9х=х(
А в скобках пишем результат деления каждого слагаемого на этот самый икс. По порядочку:
Вот и всё. Конечно, так подробно расписывать не нужно, Это в уме делается. Но понимать, что к чему, желательно). Фиксируем в памяти:
Пишем общий множитель за скобками. В скобках записываем результаты деления всех слагаемых на этот самый общий множитель. По порядочку.
Вот мы и разложили выражение ах+9х на множители. Превратили его в умножение икса на (а+9). Замечу, что в исходном выражении тоже было умножение, даже два: а·х и 9·х. Но оно не было разложено на множители! Потому, что кроме умножения, в этом выражении было ещё и сложение, знак "+"! А в выражении х(а+9) кроме умножения ничего нет!
Как так!? - слышу возмущённый глас народа - А в скобках!?)
Да, внутри скобок есть сложение. Но фишка в том, что пока скобки не раскрыты, мы рассматриваем их как одну букву. И все действия со скобками делаем целиком, как с одной буквой. В этом смысле в выражении х(а+9) кроме умножения ничего нет. В этом вся суть разложения на множители.
Кстати, можно ли как-то проверить, всё ли правильно мы сделали? Запросто! Достаточно обратно умножить то, что вынесли (икс) на скобки и посмотреть - получилось ли исходное выражение? Если получилось, всё тип-топ!)
х(а+9)=ах+9х
Получилось.)
В этом примитивном примере проблем нет. Но если слагаемых несколько, да ещё с разными знаками... Короче, каждый третий ученик косячит). Посему:
При необходимости проверяем разложение на множители обратным умножением.
Разложить на множители:
3ах+9х
Ищем общий множитель. Ну, с иксом всё ясно, его можно вынести. А есть ли ещё общий множитель? Да! Это тройка. Можно же записать выражение вот так:
3ах+3·3х
Здесь сразу видно, что общий множителем будет 3х . Вот его и выносим:
3ах+3·3х=3х(а+3)
Разложили.
А что будет, если вынести только х? Да ничего особенного:
3ах+9х=х(3а+9)
Это тоже будет разложение на множители. Но в этом увлекательном процессе принято раскладывать всё до упора, пока есть возможность. Здесь в скобках есть возможность вынести тройку. Получится:
3ах+9х=х(3а+9)=3х(а+3)
То же самое, только с одним лишним действием.) Запоминаем:
При вынесении общего множителя за скобки, стараемся вынести максимальный общий множитель.
Продолжаем развлечение?)
Разложить на множители выражение:
3ах+9х-8а-24
Что будем выносить? Тройку, икс? Не-е-е... Нельзя. Напоминаю, выносить можно только общий множитель, который есть во всех слагаемых выражения. На то он и общий. Здесь такого множителя нету... Что, можно не раскладывать!? Ну да, обрадовались, как же... Знакомьтесь:
2. Группировка.
Собственно, группировку трудно назвать самостоятельным способом разложения на множители. Это, скорее, способ выкрутиться в сложном примере.) Надо сгруппировать слагаемые так, чтобы всё получилось. Это только на примере показать можно. Итак, перед нами выражение:
3ах+9х-8а-24
Видно, что какие-то общие буквы и числа имеются. Но... Общего множителя, чтобы был во всех слагаемых - нет. Не падаем духом и разбиваем выражение на кусочки. Группируем. Так, чтобы в каждом кусочке был общий множитель, было чего вынести. Как разбиваем? Да просто ставим скобки.
Напомню, что скобки можно ставить где угодно и как угодно. Лишь бы суть примера не менялась. Например, можно так:
3ах+9х-8а-24 =(3ах+9х)-(8а+24 )
Прошу обратить внимание на вторые скобки! Перед ними стоит знак минус, а 8а и 24 стали положительными! Если, для проверки, обратно раскрыть скобки, знаки поменяются, и мы получим исходное выражение. Т.е. суть выражения от скобок не изменилась.
Но если вы просто воткнули скобки, не учитывая смену знака, например, вот так:
3ах+9х-8а-24 =(3ах+9х)-(8а-24 )
это будет ошибкой. Справа - уже другое выражение. Раскройте скобки и всё станет видно. Дальше можно не решать, да...)
Но возвращаемся к разложению на множители. Смотрим на первые скобки (3ах+9х) и соображаем, можно ли чего вынести? Ну, этот пример мы выше решали, можно вынести 3х:
(3ах+9х)=3х(а+3)
Изучаем вторые скобки, там можно вынести восьмёрку:
(8а+24)=8(а+3)
Всё наше выражение получится:
(3ах+9х)-(8а+24)=3х(а+3)-8(а+3)
Разложили на множители? Нет. В результате разложения должно получиться только умножение, а у нас знак минус всё портит. Но... В обоих слагаемых есть общий множитель! Это (а+3) . Я не зря говорил, что скобки целиком - это, как бы, одна буква. Значит, эти скобки можно вынести за скобки. Да, именно так и звучит.)
Делаем, как было рассказано выше. Пишем общий множитель (а+3) , во вторых скобках записываем результаты деления слагаемых на (а+3) :
3х(а+3)-8(а+3)=(а+3)(3х-8)
Всё! Справа кроме умножения ничего нет! Значит, разложение на множители завершено успешно!) Вот оно:
3ах+9х-8а-24=(а+3)(3х-8)
Повторим кратенько суть группировки.
Если в выражении нет общего множителя для всех слагаемых, разбиваем выражение скобками так, чтобы внутри скобок общий множитель был. Выносим его и смотрим, что получилось. Если повезло, и в скобках остались совершенно одинаковые выражения, выносим эти скобки за скобки.
Добавлю, что группировка - процесс творческий). Не всегда с первого раза получается. Ничего страшного. Иногда приходится менять слагаемые местами, рассматривать разные варианты группировки, пока не найдётся удачный. Главное здесь - не падать духом!)
Примеры.
Сейчас, обогатившись знаниями, можно и хитрые примеры порешать.) Была в начале урока тройка таких...
Упростить:
В сущности, этот пример мы уже решили. Незаметно для себя.) Напоминаю: если нам дана страшная дробь, пробуем разложить числитель и знаменатель на множители. Других вариантов упрощения просто нет.
Ну, знаменатель здесь не раскладывается, а числитель... Числитель мы уже разложили по ходу урока! Вот так:
3ах+9х-8а-24=(а+3)(3х-8)
Пишем результат разложения в числитель дроби:
По правилу сокращения дробей (основное свойство дроби), мы можем разделить (одновременно!) числитель и знаменатель на одно и то же число, или выражение. Дробь от этого не меняется. Вот и делим числитель и знаменатель на выражение (3х-8) . И там и там получим единички. Окончательный результат упрощения:
Особо подчеркну: сокращение дроби возможно тогда и только тогда, когда в числителе и знаменателе кроме умножения выражений ничего нет. Именно потому превращение суммы (разности) в умножение так важно для упрощения. Конечно, если выражения разные, то и не сократится ничего. Бывет. Но разложение на множители даёт шанс. Этого шанса без разложения - просто нет.
Пример с уравнением:
Решить уравнение:
х 5 - x 4 = 0
Выносим общий множитель х 4 за скобки. Получаем:
х 4 (x-1)=0
Соображаем, что произведение множителей равно нулю тогда и только тогда, когда какой-нибудь из них равен нулю. Если сомневаетесь, найдите мне парочку ненулевых чисел, которые при умножении ноль дадут.) Вот и пишем, сначала первый множитель:
При таком равенстве второй множитель нас не волнует. Любой может быть, всё равно в итоге ноль получится. А какое число в четвёртой степени ноль даст? Только ноль! И никакое другое... Стало быть:
С первым множителем разобрались, один корень нашли. Разбираемся со вторым множителем. Теперь нас не волнует уже первый множитель.):
Вот и нашли решение: x 1 = 0; x 2 = 1 . Любой из этих корней подходит к нашему уравнению.
Очень важное замечание. Обратите внимание, мы решали уравнение по кусочкам! Каждый множитель приравнивали к нулю, не обращая внимания на остальные множители. Кстати, если в подобном уравнении будет не два множителя, как у нас, а три, пять, сколько угодно - решать будем точно так же. По кусочкам. Например:
(х-1)(х+5)(х-3)(х+2)=0
Тот, кто раскроет скобки, перемножит всё, тот навсегда зависнет на этом уравнении.) Правильный ученик сразу увидит, что слева кроме умножения ничего нет, справа - ноль. И начнёт (в уме!) приравнивать к нулю все скобочки по порядочку. И получит (за 10 секунд!) верное решение: x 1 = 1; x 2 = -5; x 3 = 3; x 4 = -2.
Здорово, правда?) Такое элегантное решение возможно, если левая часть уравнения разложена на множители. Намёк понятен?)
Ну и, последний пример, для старшеньких):
Решить уравнение:
Чем-то он похож на предыдущий, не находите?) Конечно. Самое время вспомнить, что в алгебре седьмого класса под буквами могут скрываться и синусы, и логарифмы, и всё, что угодно! Разложение на множители работает во всей математике.
Выносим общий множитель lg 4 x за скобки. Получаем:
lg 4 x=0
Это один корень. Разбираемся со вторым множителем.
Вот и окончательный ответ: x 1 = 1; x 2 = 10 .
Надеюсь, вы осознали всю мощь разложения на множители в упрощении дробей и решении уравнений.)
В этом уроке мы познакомились с вынесением общего множителя и группировкой. Остаётся разобраться с формулами сокращённого умножения и квадратным трёхчленом.
Если Вам нравится этот сайт...
Кстати, у меня есть ещё парочка интересных сайтов для Вас.)
Можно потренироваться в решении примеров и узнать свой уровень. Тестирование с мгновенной проверкой. Учимся - с интересом!)
можно познакомиться с функциями и производными.
Частично использовать разложение на множители разность степеней мы уже умеем - при изучении темы «Разность квадратов» и «Разность кубов» мы научились представлять как произведение разность выражений, которые можно представить как квадраты или как кубы некоторых выражений или чисел.
Формулы сокращенного умножения
По формулам сокращенного умножения:
разность квадратов можно представить как произведение разности двух чисел или выражений на их сумму
Разность кубов можно представить как произведение разности двух чисел на неполный квадрат суммы
Переход к разности выражений в 4 степени
Опираясь на формулу разности квадратов, попробуем разложить на множители выражение $a^4-b^4$
Вспомним, как возводится степень в степень - для этого основание остается прежним, а показатели перемножаются, т. е ${(a^n)}^m=a^{n*m}$
Тогда можно представить:
$a^4={{(a}^2)}^2$
$b^4={{(b}^2)}^2$
Значит, наше выражение можно представить, как $a^4-b^4={{(a}^2)}^2$-${{(b}^2)}^2$
Теперь в первой скобке мы вновь получили разность чисел, значит вновь можно разложить на множители как произведение разности двух чисел или выражений на их сумму: $a^2-b^2=\left(a-b\right)(a+b)$.
Теперь вычислим произведение второй и третьей скобок используя правило произведения многочленов, - умножим каждый член первого многочлена на каждый член второго многочлена и сложим результат. Для этого сначала первый член первого многочлена - $a$ - умножим на первый и второй член второго (на $a^2$ и $b^2$),т.е. получим $a\cdot a^2+a\cdot b^2$, затем второй член первого многочлена -$b$- умножим на первый и второй члены второго многочлена (на $a^2$ и $b^2$),т.е. получим $b\cdot a^2 + b\cdot b^2$ и составим сумму получившихся выражений
$\left(a+b\right)\left(a^2+b^2\right)=a\cdot a^2+a\cdot b^2+ b \cdot a^2 + b\cdot b^2 = a^3+ab^2+a^2b+b^3$
Запишем разность одночленов 4 степени с учетом вычисленного произведения:
$a^4-b^4={{(a}^2)}^2$-${{(b}^2)}^2={(a}^2-b^2)(a^2+b^2)$=$\ \left(a-b\right)(a+b)(a^2+b^2)\ $=
Переход к разности выражений в 6 степени
Опираясь на формулу разности квадратов попробуем разложить на множители выражение $a^6-b^6$
Вспомним, как возводится степень в степень - для этого основание остается прежним, а показатели перемножаются, т. е ${(a^n)}^m=a^{n\cdot m}$
Тогда можно представить:
$a^6={{(a}^3)}^2$
$b^6={{(b}^3)}^2$
Значит, наше выражение можно представить, как $a^6-b^6={{(a}^3)}^2-{{(b}^3)}^2$
В первой скобке мы получили разность кубов одночленов, во второй сумму кубов одночленов, теперь вновь можно разложить на множители разность кубов одночленов как произведение разности двух чисел на неполный квадрат суммы $a^3-b^3=\left(a-b\right)(a^2+ab+b^2)$
Исходное выражение принимает вид
$a^6-b^6={(a}^3-b^3)\left(a^3+b^3\right)=\left(a-b\right)(a^2+ab+b^2)(a^3+b^3)$
Вычислим произведение второй и третье скобок используя правило произведения многочленов, - умножим каждый член первого многочлена на каждый член второго многочлена и сложим результат.
$(a^2+ab+b^2)(a^3+b^3)=a^5+a^4b+a^3b^2+a^2b^3+ab^4+b^5$
Запишем разность одночленов 6 степени с учетом вычисленного произведения:
$a^6-b^6={(a}^3-b^3)\left(a^3+b^3\right)=\left(a-b\right)(a^2+ab+b^2)(a^3+b^3)=(a-b)(a^5+a^4b+a^3b^2+a^2b^3+ab^4+b^5)$
Разложение на множители разности степеней
Проанализируем формулы разности кубов, разности $4$ степеней, разности $6$ степеней
Мы видим, что в каждом из данных разложений присутствует некоторая аналогия, обобщая которую получим:
Пример 1
Разложить на множители ${32x}^{10}-{243y}^{15}$
Решение: Сначала представим каждый одночлен как некоторый одночлен в 5 степени:
\[{32x}^{10}={(2x^2)}^5\]\[{243y}^{15}={(3y^3)}^5\]
Используем формулу разности степеней
Рисунок 1.
- 1. Вынесение общего множителя за скобки и способ группировки . В ряде случаев, целесообразно заменить некоторые члены на сумму (разность) подобных слагаемых или ввести взаимно уничтожающиеся члены.
- 2. Использование формул сокращённого умножения. Иногда приходится выносить множители за скобки, группировать члены, выделять полный квадрат и только затем сумму кубов, разность квадратов или разность кубов представлять в виде произведения.
- 3. Использование теоремы Безу и метода неопределённых коэффициентов .
Пример . Разложить на множители:
P 3 (x)= x 3 +4x 2 +5x+2;
Так как P 3 (-1)=0, то многочлен P 3 (x) делится на x+1. Методом неопределённых коэффициентов найдём частное от деления многочлена
P 3 (x)= x 3 +4x 2 +5x+2 на двучлен x+1.
Пусть частное есть многочлен x 2 +. Так как x 3 +4x 2 +5x+2=(x+1)·(x 2 +)=
X 3 +(+1)·x 2 +()·x+, получим систему:
Откуда. Следовательно, P 3 (x)=(x+1)·(x 2 +3x+2).
Поскольку x 2 +3x+2=x 2 +x+2x+2=x·(x+1)+2·(x+1)=(x+1)·(x+2), то P 3 (x)=(x+1) 2 ·(x+2).
4. Использование теоремы Безу и деления «столбиком».
Пример . Разложить на множители
P 4 (x) = 5·x 4 +9·x 3 -2·x 2 -4·x -8.
Решение . Поскольку P 4 (1) = 5+9-2-4-8 = 0, то P 4 (x) делится на (x-1). Деление «столбиком» найдем частное
Следовательно,
P 4 (x) = (x-)·(5·x 3 +14x 2 +12x+8)=
= (x-1) ·P 3 (x).
Так как P 3 (-2) = -40+56-24+8=0, то многочлен P 3 (x) = 5·x 3 +14x 2 +12x+8 делится на x+2.
Найдем частное делением «столбиком»:
Следовательно,
P 3 (x) = (x+2)·(5·x 2 +4x+4).
Так как дискриминант квадратного трехчлена 5·x 2 +4x+4 равен D = -24<0, то этот
квадратный трехчлен на линейные множители не разлагается.
Итак, P 4 (x) = (x-1)·(x+2)·(5·x 2 +4x+4)
5. Использование теоремы Безу и схемы Горнера. Полученное этими способами частное можно разлагать на множители любым другим или этим же способом.
Пример . Разложить на множители:
P 3 (x) = 2·x 3 -5·x 2 -196·x+99;
Решение .
Если данный многочлен имеет рациональные корни, то они могут быть только среди чисел 1/2, 1, 3/2, 3, 9/2, 11/2, 9, 33, 99, 11.
Для нахождения корня данного многочлена воспользуемся следующим утверждением:
Если на концах некоторого отрезка значения многочлена имеют разные знаки, то на интервале (a; b) существует хотя бы один корень этого многочлена.
Для данного многочлена P 3 (0) =99, P 3 (1) = - 100. Следовательно, на интервале (0; 1) имеется по крайней мере один корень данного многочлена. Поэтому среди выписанных выше 24 чисел целесообразно вначале проверить те числа, которые принадлежат интервалу
(0; 1). Из этих чисел только число принадлежит этому интервалу.
Значение P 3 (x) при x=1/2 можно находить не только непосредственной подстановкой, но и другими способами, например по схеме Горнера, так как P() равно остатку от деления многочлена P(x) на x-. Более того, во многих примерах этот способ предпочтительнее, так как одновременно находятся и коэффициенты частного.
По схеме Горнера для данного примера получим:
Так как P 3 (1/2) = 0, то x =1/2 является корнем многочлена P 3 (x), и многочлен P 3 (x) делится на x-1/2, т.е. 2·x 3 -5·x 2 -196·x+99 =(x-1/2)·(2·x 2 -4·x-198).
Поскольку 2·x 2 -4·x-198 = 2·(x 2 -2·x+1-100) = 2·((x-1) 2 -10 2) = 2·(x+9)·(x-11), то
P 3 (x) = 2·x 3 -5·x 2 -196·x+99 = 2·(x-1/2)·(x+9)·(x-11).
Понятие кольца многочлена
Пусть К и L коммутативные кольца
Определение 1 : Кольцо К называется простым расширением кольца K с помощью элементов x и пишут:
L=K[x] , если выполняются условия:
подкольцо кольца
Основное множество K[x] обозначают сомволами L, K[x].
Определение 2 : Простое расширение L=K[x] кольца K с помощью x - простое трансцендентное расширение кольца K с помощью x , если выполняются условия:
подкольцо кольца
Если, то
Определение 3 : Элемент x называется трансцендентным над кольцом K , если выполняется условие: , если, то
Предложение . Пусть K[x] простое трансцендентное расширение. Если и, где, то
Доказательство . По условию, вычтем из первого выражения второе, получим: так как элемент x трансцендентен над K , то из (3) получим:.
Вывод. Любой элемент простого трансцендентного расширения неравного нулю, коммутативного кольца K с помощью элемента x допускает единственное представление в виде линейной комбинации целых неотрицательных степеней элемента x
Определение: Кольцом многочлена от неизвестного x над, неравным нулю, кольцом K называется простое трансцендентное расширение не нулевого коммутативного кольца K с помощью элемента x .
Теорема . Для любого не нулевого коммутативного кольца K, существует его простое трансцендентное расширение с помощью элемента x, k[x]
Операции над многочленами
Пусть k[x] кольцо многочленов не нулевого коммутативного кольца K
Определение 1: Многочлены f и g принадлежащие k[x], называются равными и пишут f = g, если равны между собой все коэффицинты многочленов f и g, стоящие при одних степенях неизвестного x.
Следствие . В записи многочлена порядок следования слагаемых не существенно. Приписывая и исключая из записи многочлена слагаемые с нулевым коэффициентом, не изменит многочлен.
Определение 2. Суммой многочленов f и g называется многочлен f + g, определяемый равенством:
Определение 3 : - произведение многочленов, обозначается, который определяется по правилу:
Степень многочленов
Пусть коммутативное кольцо. k[x] кольцо многочленов над полем K : ,
Определение : Пусть - любой многочлен. Если, то целое неотрицательное число n - степень многочленов f . При этом пишут n=deg f .
Числа - коэффициенты многочлена, где - старший коэффициент.
Если, f - нормированный. Степень нулевого многочлена неопределенна.
Свойства степени многочлена
K - область целостности
Доказательство :
Так как и. К - область целостности.
Следствие 1 : k[x] над полем К (область целостности) в свою очередь является областью целостности. Для любой области целостности существует область частности.
Следствие 2 : Для любого k[x] над областью целостности К существует поле частных.
Деление на двучлен и корни многочлена.
Пусть, элемент называется значением многочлена f от аргумента.
Теорема Безу : Для любого многочлена и элемента, существует элемент: .
Доказательство : Пусть - любой многочлен
Следствие : Остаток от деления многочлена на, равно.
Определение : Элемент называется корнем многочлена f , если.
Теорема : Пусть, элемент является корнем f тогда и только тогда, когда делит f
Доказательство:
Необходимости. Пусть, из теоремы Безу следует, что, из свойств делимости следует, что
Достаточности. Пусть, что. ч.т.д.
Максимальное число корней многочлена над областью целостности.
Теорема : Пусть k - область целостности. Число корней многочлена f в области целостности k не больше степени n многочлена f .
Доказательство :
Индукцией по степени многочлена. Пусть многочлен f имеет ноль корней, и их число не превосходит.
Пусть теорема доказана для любого.
Покажем, что из пункта 2 следует истинность утверждения теоремы для многочленов.
Пусть и, возможны два случая:
- А) Многочлен f не имеет корней, следовательно, утверждение теоремы истинно.
- Б) Многочлен f имеет, по крайней мере, корень, по теореме Безу, так как k - область целостности то по свойству 3 (степени многочлена), следует, что
Так как, k - область целостности.
Таким образом, все корни многочлена, является корнем многочлена g так как, то по индукционному предположению, число всех корней многочлена g не больше n , следовательно, f имеет не больше (n+ 1) корень.
Следствие : Пусть k - область целостности, если число корней многочлена f больше числа n, где, то f - нулевой многочлен.
Алгебраическое и функциональное равенство многочленов
Пусть, - какой-то многочлен, он определяет некоторую функцию
в общем случае, любой многочлен может определять одну функцию.
Теорема : Пусть k - область целостности, таким образом, для равенства многочленов и равенство (тождественное равенство ()) определяемыми и.
Доказательство :
Необходимости. Пусть и - область целостности, .
Пусть, то есть
Достаточности. Предположим, что. Рассмотрим, так как k область целостности, то многочлен h имеет число корней, из следствия следует, что h нулевой многочлен. Таким образом, ч.т.д.
Теорема о делимости с остатком
Определение : Евклидовым кольцом K называется такая область целостности k, что на множестве определена функция h, приминающая целые неотрицательные значения и удовлетворяет условию
В процессе нахождения элементов для данных элементов называется делением с остатком, - неполное частное, - остаток от деления.
Пусть - кольцо многочленов над полем.
Теорема (о делении с остатком) : Пусть - кольцо многочленов над полем и многочлен существует единственная пара многочленов, такая, что и выполняется условие или. или
Доказательство : Существование многочлена. Пусть, то есть. Теорема верна, очевидно, если - нулевой или, так как или. Докажем теорему, когда. Доказательство проведём по индукции степени многочлена, предположим, что теорема доказана (кроме единственности), для многочлена. Покажем, что в этом случае утверждение теоремы выполнено для. Действительно, пусть - старший коэффициент многочлена, следовательно, многочлен будет иметь тот же старший коэффициент и тужу степень, что у многочлена, следовательно многочлен будет иметь или является нулевым многочленом. Если, то, следовательно, при и получим. Если, то по индуктивному предположению, следовательно, то есть, при получаем или. Существование многочлена доказано.
Покажем, что такая пара многочленов единственна.
Пусть существует или, вычтем: . Возможны два случая или.
С другой стороны. По условию степени или, или.
Если. Получено противоречие, таким образом. Единственность доказана.
Следствие 1 : Кольцом многочленов над полем, является Евклидово пространство.
Следствие 2 : Кольцом многочленов над, является кольцом главных идеалов (любой идеал имеет единственную образующую)
Любое Евклидово кольцо факториально: Кольцо многочлена над, называется факториальным кольцом.
Алгоритм Евклида. НОД двух многочленов
Пусть кольцо многочленов над.
Определение 1 : Пусть и, если существует многочлен, то остаток от деления равен нулю, то называется делителем многочлена и обозначается: ().
Определение 2 : Наибольший общий делитель многочленов и называется многочлен:
и (- общий делитель и).
(на любой общий делитель и).
Наибольший общий делитель многочленов и обозначается НОД(;). К числу общих делителей любых многочленов относят все многочлены нулевой степени из, то есть не нулевого поля. Может оказаться так, что два данных многочлена и не имеют общих делителей, не являющиеся нулевыми многочленами.
Определение : Если многочлены и не имеют общих делителей не являющихся многочленами нулевой степени, то они называются взаимно простыми.
Лемма : Если многочлены от над полем, имеет место, то наибольшим общим делителем многочленов и ассоциированы НОД. ~
Запись (a~b ) означает, что (и) по определению.
Доказательство : Пусть и
и, отсюда следует, что и поучаем, что - общий делитель многочлена и.
общий делитель и, получаем
Алгоритм Евклида
В общем случае эта задача предполагает творческий подход, так как не существует универсального метода ее решения. Но все же попробуем дать несколько наводок.
В подавляющем числе случаев, разложение многочлена на множители основано на следствии из теоремы Безу, то есть находится или подбирается корень и понижается степень многочлена на единицу делением на . У полученного многочлена ищется корень и процесс повторяется до полного разложения.
Если же корень найти не удается, то используются специфические способы разложения: от группировки, до ввода дополнительных взаимоисключающих слагаемых.
Дальнейшее изложение базируется на навыках решения уравнений высших степеней с целыми коэффициентами.
Вынесение за скобки общего множителя.
Начнем с простейшего случая, когда свободный член равен нулю, то есть многочлен имеет вид .
Очевидно, что корнем такого многочлена является , то есть многочлен представим в виде .
Этот способ есть ни что иное как вынесение общего множителя за скобки .
Пример.
Разложить многочлен третьей степени на множители.
Решение.
Очевидно, что является корнем многочлена, то есть х можно вынести за скобки:
Найдем
корни квадратного трехчлена 
Таким
образом,
К началу страницы
Разложение на множители многочлена с рациональными корнями.
Сначала рассмотрим способ разложения многочлена с целыми коэффициентами вида , коэффициент при старшей степени равен единице.
В этом случае, если многочлен имеет целые корни, то они являются делителями свободного члена.
Пример.
Решение.
Проверим,
имеются ли целые корни. Для этого
выписываем делители числа -18
: .
То есть, если многочлен имеет целые
корни, то они находятся среди выписанных
чисел. Последовательно проверим эти
числа по схеме
Горнера. Ее удобство еще и в том, что
в итоге получим и коэффициенты разложения
многочлена:
То есть, х=2 и х=-3 являются корнями исходного многочлена и он представим в виде произведения:
Осталось разложить квадратный трехчлен .
Дискриминант этого трехчлена отрицательный, следовательно, он не имеет действительных корней.
Ответ:
Замечание:
вместо схемы Горнера можно было воспользоваться подбором корня и последующим делением многочлена на многочлен.
Теперь рассмотрим разложение многочлена с целыми коэффициентами вида , причем коэффициент при старшей степени не равен единице.
В этом случае многочлен может иметь дробно рациональные корни.
Пример.
Разложить на множители выражение .
Решение.
Выполнив
замену переменной y=2x
,
перейдем к многочлену с коэффициентом
равным единице при старшей степени. Для
этого сначала домножим выражение на 4
.
Если полученная функция имеет целые корни, то они находятся среди делителей свободного члена. Запишем их:
Вычислим
последовательно значения функции g(y)
в
этих точках до получения нуля.
То
есть, y=-5
является
корнем 
,
следовательно, является
корнем исходной функции. Проведем
деление столбиком (уголком) многочлена на
двучлен .
Таким
образом,
Проверку
оставшихся делителей продолжать
нецелесообразно, так как проще разложить
на множители полученный квадратный
трехчлен 
Следовательно,
Незведені многочлени. Теорема про розклад многочлена у добуток незведених. Канонічний розклад многочлена.