Как найти результат многочленов

Содержание:

Многочлены

Многочлен

Выражение Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Определение: Многочленом называют сумму нескольких одночленов.

Одночлены, составляющие многочлен, называют членами этого многочлена.

Например, членами многочлена Многочлены - определение и вычисление с примерами решения являются одночлены Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Многочлен, состоящий из двух членов, называют двучленом, многочлен, состоящий из трех членов, — трехчленом и т. д. Так,

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения — двучлены;

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения — трехчлены.

Считают, что каждый одночлен является многочленом, который состоит из одного члена.

Многочлен стандартного вида

Рассмотрим многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения Два его члена Многочлены - определение и вычисление с примерами решения являются подобными слагаемыми, поскольку отличаются только числовыми множителями. Члены -6 и 3 не содержат переменных. Они также являются подобными слагаемыми. Подобные слагаемые многочлена называют подобными членами многочлена.

Приведем в многочлене Многочлены - определение и вычисление с примерами решения его подобные члены:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения уже не имеет подобных членов, и каждый его член является одночленом стандартного вида. Такой многочлен называют многочленом стандартного вида.

Определение:

Многочлен, являющийся суммой одночленов стандартного вида, среди которых нет подобных членов, называют многочленом стандартного вида.

Среди многочленов

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

только первый является многочленом стандартного вида, а два другие — нет, поскольку во втором многочлене первый член не является одночленом стандартного вида, а третий многочлен имеет подобные члены.

Степень многочлена

МногочленМногочлены - определение и вычисление с примерами решения имеет стандартный вид, и его членами являются одночлены соответственно четвертой, третьей и первой степени. Наибольшую из этих степеней называют степенью данного многочлена. Итак, Многочлены - определение и вычисление с примерами решения — многочлен четвертой степени.

Определение:

Степенью многочлена стандартного вида называют наибольшую степень одночленов, образующих данный многочлен.

По этому определению Многочлены - определение и вычисление с примерами решения — многочлены первой степени; Многочлены - определение и вычисление с примерами решения — многочлен второй степени; Многочлены - определение и вычисление с примерами решения — многочлен шестой степени.

Члены многочлена можно записывать в произвольном порядке. Для многочленов стандартного вида, содержащих одну переменную, члены, как правило, записывают в порядке убывания или возрастания показателей степеней. Например:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Каждый многочлен является целым выражением. Однако не каждое целое выражение является многочленом. Например, целые выражения Многочлены - определение и вычисление с примерами решения Многочлены - определение и вычисление с примерами решения – не многочлены, поскольку они не являются суммами одночленов.

Примеры выполнения заданий:

Пример №117

Записать в стандартному виде многочлен:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Сложение и вычитание многочленов

Сложение многочленов

Сложим многочлены Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения.

Раскрыв скобки и приведя подобные слагаемые, мы записали сумму данных многочленов в виде многочлена. Итак, суммой многочленов Многочлены - определение и вычисление с примерами решения является многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Таким же образом находят сумму трех и более многочленов. Сумму любых многочленов всегда можно записать в виде многочлена.

Вычитание многочленов

Вычтем из многочлена Многочлены - определение и вычисление с примерами решения многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Раскрыв скобки и приведя подобные слагаемые, мы записали разность данных многочленов в виде многочлена. Итак, разностью многочленов Многочлены - определение и вычисление с примерами решения является многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Разность любых многочленов всегда можно записать в виде многочлена.

Примеры выполнения заданий:

Пример №118

Найти сумму многочленов:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Пример №119

Найти разность многочленов Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Решение:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Пример №120

Решить уравнение Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Решение:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Ответ.-1,5.

Пример №121

Доказать, что сумма трех последовательных нечетных чисел делится на 3.

Решение:

Пусть из трех последовательных нечетных чисел наименьшим является Многочлены - определение и вычисление с примерами решения где Многочлены - определение и вычисление с примерами решения — некоторое целое число. Тогда следующие нечетные числа — Многочлены - определение и вычисление с примерами решения Сумма этих трех чисел

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

делится на 3, поскольку имеет делитель 3.

Умножение одночлена на многочлен

Умножим одночлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения на многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения Используя распределительное свойство умножения, получим:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Итак, произведением одночлена Многочлены - определение и вычисление с примерами решения и многочлена Многочлены - определение и вычисление с примерами решения является многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения Чтобы найти произведение, мы умножили одночлен на каждый член многочлена и полученные результаты сложили.

Чтобы умножить одночлен на многочлен, нужно одночлен умножить на каждый член многочлена и полученные произведения сложить.

По этому правилу можно умножать и многочлен на одночлен. Например:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Произведение любого одночлена и любого многочлена всегда можно :ать в виде многочлена.

Примеры выполнения заданий:

Пример №122

Выполнить умножение:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Сокращенная запись: Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Сокращенная запись: Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Пример №123

Упростить выражение Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Решение:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Пример №124

Решить уравнение Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Решение:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Ответ. 0,5.

Умножение многочлена на многочлен

Умножим многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения на многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения Сведем умножение этих многочленов к умножению многочлена на одночлен. Для этого обозначим многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения через Многочлены - определение и вычисление с примерами решения Тогда:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Возвращаясь к замене Многочлены - определение и вычисление с примерами решения получаем:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Итак, произведением многочлена Многочлены - определение и вычисление с примерами решения и многочлена Многочлены - определение и вычисление с примерами решения является многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Выражение Многочлены - определение и вычисление с примерами решения мы получили бы сразу, если бы умножили Многочлены - определение и вычисление с примерами решения, потом Многочлены - определение и вычисление с примерами решения и полученные произведения сложили. Можно сказать и так: произведение Многочлены - определение и вычисление с примерами решения можно получить, если умножить каждый член многочлена Многочлены - определение и вычисление с примерами решения на каждый член многочлена Многочлены - определение и вычисление с примерами решения и полученные произведения сложить.

Приходим к такому правилу:

Чтобы умножить многочлен на многочлен, достаточно каждый член одного многочлена умножить на каждый член другого многочлена и полученные произведения сложить.

Умножим по этому правилу многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения на многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Выполняя умножение многочленов, промежуточные результаты можно не записывать:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

В каждом из рассмотренных примеров произведение двух многочленов мы записывали в виде многочлена. Вообще, произведение любых многочленов всегда можно записать в виде многочлена.

  • Заказать решение задач по высшей математике

Примеры выполнения заданий:

Пример №125

Выполнить умножение:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

б) Найдем произведение первых двух многочленов, а потом полученное произведение умножим на третий многочлен:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Пример №126

Решить уравнение Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Решение:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Ответ.-1,8.

Разложение многочленов на множители способом вынесения общего множителя за скобки

1. В шестом классе мы изучали разложение чисел на множители. Например, число 60 можно записать в виде произведения двух чисел 12 и 5:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Говорят, что число 60 разложили на два множителя 12 и 5.

На множители можно разложить и многочлены. Например,

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Записав многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения в виде произведения Многочлены - определение и вычисление с примерами решения говорят, что многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения разложили на два множителя Многочлены - определение и вычисление с примерами решения Каждый из этих множителей — многочлен (первый многочлен состоит только из одного члена).

Разложить многочлен на множители значит представить его в виде произведения нескольких многочленов.

Сравните

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

2. Рассмотрим один из способов разложения многочленов на множители. Выполним умножение одночлена на многочлен:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Перепишем эти равенства в обратном порядке:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения разложили на два множителя Многочлены - определение и вычисление с примерами решения Чтобы разложить многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения на множители, достаточно в его членах Многочлены - определение и вычисление с примерами решения и Многочлены - определение и вычисление с примерами решения выделить общий множитель Многочлены - определение и вычисление с примерами решения а потом на основании распределительного свойства умножения записать полученное выражение в виде произведения многочленов Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Такой способ разложения многочленов на множители называют способом вынесения общего множителя за скобки.

Примеры выполнения заданий:

Пример №127

Разложить на множителя многочлен 12х3у – 18х2у2.

Решение:

Сначала найдем общий числовой множитель для коэффициентов 12 и -18. Если коэффициентами являются целые числа, то в качестве общего числового множителя берут, как правило, наибольший общий делитель модулей этих коэффициентов. В нашем случае это число 6. Степени с основанием Многочлены - определение и вычисление с примерами решения входят в оба члена многочлена. Поскольку первый член содержит Многочлены - определение и вычисление с примерами решения а второй — Многочлены - определение и вычисление с примерами решения, то общим множителем для степеней с основанием Многочлены - определение и вычисление с примерами решения является Многочлены - определение и вычисление с примерами решения (за скобки выносят переменную с меньшим показателем). В члены многочлена входят соответственно множители Многочлены - определение и вычисление с примерами решения и Многочлены - определение и вычисление с примерами решения, за скобки можно вынести Многочлены - определение и вычисление с примерами решения. Таким образом, за скобки можно вынести одночлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Пример №128

Разложить на множители многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Решение:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Пример №129

Разложить на множители: Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Решение:

Данное выражение является суммой двух слагаемых, для которых общим множителем является выражение Многочлены - определение и вычисление с примерами решения Вынесем этот множитель за скобки:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Пример №130

Разложить на множители: Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Решение:

Слагаемые имеют множители Многочлены - определение и вычисление с примерами решения и Многочлены - определение и вычисление с примерами решения которые отличаются только знаками. В выражении Многочлены - определение и вычисление с примерами решения вынесем за скобки -1, тогда второе слагаемое будет иметь вид Многочлены - определение и вычисление с примерами решения и оба слагаемых будут иметь общий множитель Многочлены - определение и вычисление с примерами решения.

Следовательно,

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Пример №131

Найти значение выражения Многочлены - определение и вычисление с примерами решения при Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Решение:

Разложим сначала многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения на множители:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

При Многочлены - определение и вычисление с примерами решения получим:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Пример №132

Решить уравнение Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Решение:

Разложим левую часть уравнения на множители:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Произведение Многочлены - определение и вычисление с примерами решения равно нулю только тогда, когда хотя бы один из множителей равен нулю:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Ответ. 0; -1,25.

Разложение многочленов на множители способом группировки

Изучение этого способа разложения многочленов на множители начнем с рассмотрения примера умножения многочленов. Выполним умножение двучлена Многочлены - определение и вычисление с примерами решения на двучлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения следующим образом:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Выполняя преобразования в обратном порядке, многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения можно разложить на два множителя Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Проанализируем последние преобразования. Имеем многочлен, члены которого можно группировать так, чтобы каждая группа имела общий множитель: для группы Многочлены - определение и вычисление с примерами решения — общий множитель Многочлены - определение и вычисление с примерами решения для группы Многочлены - определение и вычисление с примерами решения — общий множитель Многочлены - определение и вычисление с примерами решения В каждой группе выносим общий множитель за скобки. В образованной разности Многочлены - определение и вычисление с примерами решения имеем общий множитель Многочлены - определение и вычисление с примерами решения Выносим его за скобки и получаем Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Рассмотренный способ разложения многочленов на множители называют способом группировки. При применении этого способа нужно образовывать такие группы членов, чтобы они имели общий множитель. После вынесения в каждой группе общего множителя за скобки должен образоваться общин множитель для всех групп, который также нужно вынести за скобки.

Многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения можно разложить на множители, группируя его члены иначе:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Сравните

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Примеры выполнения заданий:

Пример №133

Разложить на множители многочлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Решение:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Пример №134

Разложить на множители трехчлен Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

Решение:

Представим второй член Многочлены - определение и вычисление с примерами решения в виде Многочлены - определение и вычисление с примерами решения Тогда:

Многочлены - определение и вычисление с примерами решения

  • Формулы сокращенного умножения
  • Разложение многочленов на множители
  • Системы линейных уравнений с двумя переменными
  • Рациональные выражения
  • Выражения и уравнения 
  • Линейное уравнение с одной переменной
  • Целые выражения
  • Одночлены

Мы уже разобрали, что из себя представляют многочлены. В рамках данной статьи мы расскажем, как правильно вычитать, умножать, складывать и делить подобные выражения, а также как возводить их в натуральную степень, т.е. определим правила совершения данных действий с многочленами.

Правила сложения и вычитания многочленов

Складывать и вычитать многочлены достаточно просто. Оба эти действия рассматриваются вместе, поскольку осуществляются по одним и тем же принципам:

  1. Начинаем с правильной записи суммы или разности исходных многочленов. Для этого их надо заключить в скобки и поместить между ними нужный знак.
  2. Далее выполняем раскрытие скобок и получаем новый многочлен.
  3. После этого нужно привести многочлен к стандартному виду (если это необходимо).

Поясним алгоритм примером.

Пример 1

Условие: выполните сложение и вычитание двух многочленов x·y−x2+2 и 7·x2−1 .

Решение

Сначала выполним сложение. Записываем сумму:

(7·x2−1)+(x·y−x2+2)

Раскрываем скобки и получаем новый многочлен в следующей форме:

7·x2−1+x·y−x2+2

Нам осталось только привести результат к стандартному виду:

7·x2−1+x·y−x2+2=6·x2+1+x·y

Далее проводим вычитание по аналогии со сложением:

(7·x2−1)−(x·y−x2+2)=7·x2−1−x·y+x2−2=8·x2−3−x·y

Ответ: (7·x2−1)+(x·y−x2+2)=6·x2+1+x·y и (7·x2−1)−(x·y−x2+2)=8·x2−3−x·y.

Другие примеры вы можете найти в отдельной статье, посвященной сложению и вычитанию многочленов.

Правила умножения одного многочлена на другой

Перейдем к рассмотрению следующего действия – умножения. Основное правило его выполнения основано на распределительном свойстве умножения. С его помощью мы можем свести умножение многочленов к последовательному перемножению всех их членов друг на друга. Запишем правило:

Определение 1

Чтобы умножить один многочлен на другой, необходимо выполнить умножение каждого члена первого множителя на каждый член второго множителя, после чего провести сложение итоговых произведений.

Результатом умножения двух многочленов друг на друга будет новый многочлен.

Пример 2

Условие: выполните умножение двух многочленов  a−b и −3·a+b.

Решение

Начнем с записи произведения.

(a−b)·(−3·a+b)

После этого нам нужно взять первый член первого многочлена (т.е. a) и перемножить его с каждым членом второго многочлена. У нас получится a·(−3·a) и a·b. То же самое проделаем и со вторым членом. В итоге мы пришли к произведениям −b·(−3·a) и −b·b. Теперь складываем все, что у нас получилось:

a·(−3·a)+a·b−b·(−3·a)−b·b=−3·a2+4·a·b−b2

Вот запись всего решения:

(a−b)·(−3·a+b)==a·(−3·a)+a·b−b·(−3·a)−b·b==−3·a2+4·a·b−b2

Ответ: (a−b)·(−3·a+b)=−3·a2+4·a·b−b2.

Мы также можем выполнить умножение многочлена на одночлен. Это можно рассматривать как частный случай умножения, приведенного выше. Советуем прочесть отдельную статью об умножении многочленов, где представлены более подробные теоретические положения и приведены более сложные примеры.

Правила возведения многочлена в степень

После того, как мы разобрались с правилами умножения многочленов, можем перейти к возведению в натуральную степень. Это действие может быть приравнено к умножению имеющегося многочлена на аналогичный  столько раз, сколько написано в показателе. Так, возведению 3·x+1  в степень 4 мы можем поставить в соответствие произведение 4-х многочленов: (3·x+1)·(3·x+1)·(3·x+1)·(3·x+1).

Пример 3

Условие: выполните возведение многочлена 2·a·b−b3  в квадрат.

Решение

представим эту степень как произведение двух одинаковых множителей и вычислим нужный результат.

(2·a·b−b3)2==(2·a·b−b3)·(2·a·b−b3)= =2·a·b·(2·a·b)+2·a·b·(−b3)−b3·(2·a·b)−b3·(−b3)==4·a2·b2−4·a·b4+b6

Ответ: (2·a·b−b3)2=4·a2·b2−4·a·b4+b6.

Подводя итог этого пункта, отметим, что возведение в степень можно выполнять намного быстрее, если пользоваться формулами сокращенного умножения. Советуем вам изучить эту тему более подробно.

Правила деления многочлена на многочлен

Мы уже выяснили, что результатом всех рассмотренных действий является новый многочлен. Действие деления отличается от них тем, что чаще всего его результат не будет многочленом. Так, если мы разделим x·y−1  на x2+y2 , то в итоге у нас получится дробь x·y-1×2+y2.

Однако в принципе получить в результате многочлен можно, например, здесь: (x2·y+x·y2−x+x·y+y2−1):(x+1)=x·y+y2−1. В таких случаях мы можем говорить о делимости одного многочлена на другой, так же, как мы отмечали это для целых чисел. Тогда при делении нам нужно представить делимый многочлен в виде произведения двух многочленов – делителя и частного от деления. Во взятом нами примере делимое x2·y+x·y2−x+x·y+y2−1  рассматривается как произведение (x+1)·(x·y+y2−1).

Если у обоих многочленов есть только одна переменная, то тогда речь идет о делении без остатка. Сформулируем правило для многочлена, включающего в себя одну действительную переменную x. Обозначим данный многочлен P(x).

Определение 2

Деление многочлена P(x) на другой многочлен M(x), без остатка происходит тогда, когда есть другой многочлен Q(x) , удовлетворяющий условию P(x)=M(x)·Q(x).

Так, мы можем разделить x3+2·x2+3·x+6 на x+2 без остатка в силу существования многочлена x2+3. Тогда равенство x3+2·x2+3·x+6=(x+2)·(x2+3) будет справедливым.

А вот x2+1  поделить на x3−5  без остатка мы не сможем, поскольку нет такого Q(x), которое подошло бы для равенства x2+1=(x3−5)·Q(x).

Деление без остатка есть частный случай деления с остатком, ведь при нем мы также получаем остаток, равный 0. В общем случае можно сказать, что когда мы делим многочлен P(x) степени n, которая будет больше единицы, на другой многочлен Q(x)  степени k (причем 1≤k≤n), мы получаем в итоге новый многочлен M(x)  степени n−k и остаток в виде многочлена R(x), степень которого будет меньше, чем k. Представим данное утверждение как теорему.

Определение 3

Мы можем представить любой многочлен P(x) степени n (n≥1) как P(x)=M(x)·Q(x)+R(x). Здесь Q(x)  будет некоторым многочленом степени k (1≤k≤n), M(x) – многочленом степени n−k и R(x) – многочленом степени, меньшей k. Это представление будет единственным.  

Под  Q(x), M(x) и R(x) в данном случае понимается любой многочлен из множества тождественно равных многочленов.

Так, если мы делим 3·x4+2·x2−1 на x2+x , то у нас получится частное 3·x2−3·x+5  с остатком −5·x−1.

Это так, потому что равенство 3·x4+2·x2−1=(x2+x)·(3·x2−3·x+5)−5·x−1 является справедливым. Его справедливость легко проверить, выполнив все нужные действия с правой стороны.

Если мы делим P(x) на Q(x), причем степень делимого будет больше степени делителя, то в итоге мы всегда получаем частное в виде нулевого многочлена и остаток, равный делимому. Так, разделив x2+1 на x3+2·x2−1, мы получим нулевое частное и остаток x2+1.

Удобно производить деление, предварительно  сделав запись уголком, так же, как мы делаем это для целых чисел. Подробнее это действие разобрано в статье, посвященной делению многочлена на многочлен.

План урока:

Многочлен, вычисление значений многочлена

Стандартный вид многочлена

Сложение и вычитание многочленов

Умножение одночлена на многочлен

Умножение многочлена на многочлен

Многочлен, вычисление значений многочлена

В предыдущем уроке мы познакомились с понятием одночлена. При записи одночленов не используется операция сложения. Если же возникает необходимость сложить несколько одночленов, то в результате получается многочлен.

1 opredelenie

В качестве примера многочленов можно привести следующие выражения:

2 formula

Стоит обратить внимание, что в записи многочлена может использоваться и знак минус, при этом его всё равно можно считать суммой одночленов, а не разностью. Дело в том, что можно условно считать, что знак минус относится к коэффициенту одночлена, например:

3 formula

Для некоторых видов многочленов существуют особые названия. Если многочлен состоит из двух одночленов, то его называют двучленом. Многочлен, состоящий из 3 одночленов, называют трехчленом.

Иногда в литературе используются такие термины, как «моном» (синоним «одночлена»), «бином» (синоним «двучлена»), «полином» (синоним «многочлена»).

Если известно значение переменных, входящих в полином, то возможно вычисление значения многочлена.

Пример. Найдем значение полинома x3+2x2+5y+1 при значении x=2 и y = 3.

Решение.

4 formula

Пример. Вычислим значение полинома v4– d4при значении переменных v = 4 и d = 3.

Решение.

5 formula

Стандартный вид многочлена

Иногда некоторые мономы, входящие в состав полинома, имеют одинаковую буквенную часть. Например, в выражении

6 formula

первый и третий мономы отличаются лишь своими коэффициентами. Такие слагаемые называются подобными.

7 opredelenie

У подобных слагаемых одинаковый набор переменных, и при этом они возведены в одинаковые степени. Так, подобными являются мономы:

  • 7a2s3 и 2a2s3, так как совпадает буквенная часть a2s3;
  • 5v9m7t5 и – 4v9m7t5, так как у них одинаковая буквенная часть – 4v9m7t5;
  • a2 и 1000a2, так как есть одинаковая буквенная часть a2.

Также подобными слагаемыми можно считать и числа без буквенной части, например 8 и 2.

В качестве примеров неподобных слагаемых можно привести:

  • 7a2s3и 2a2s4 – у переменной s разные степени (3 и 4) в этих мономах;
  • 4x2yи 5x2– в буквенной части первого монома есть переменная y, а у второго его нет.

У подобных слагаемых может быть изменен порядок множителей. Так, подобными являются мономы 5p2u4и 9u4p2, так как у одних и тех же переменных стоят одинаковые показатели.

Подобные слагаемые можно складывать друг с другом. В этом случае буквенная часть останется неизменной, а коэффициенты сложатся друг с другом. Например:

8 formula

Такое действие называется приведением подобных слагаемых.

Пример. Приведите подобные слагаемые полинома:

9 formula

Решение. В данном полиноме есть три пары подобных слагаемых:

10 formula

Сгруппируем подобные слагаемые друг с другом, после чего сложим их:

11 formula

Если в полиноме нет подобных слагаемых, а все входящие в него мономы записаны в стандартном виде, то его называют многочленом стандартного вида.

12 opredelenie

Что такое одночлен стандартного вида, можно узнать из ранее изученного урока. Примерами полиномов стандартного вида являются:

13 formula

Далее рассмотрим понятие степени многочлена. Каждый из входящих в полином мономов имеет свой показатель степени(см. урок 3). Степенью полинома стандартного вида называется наибольшая из всех степеней одночленов, входящих в его состав.

14 opredelenie

Рассмотрим пример. Дан трехчлен 2y2 + x3y + 5y2x, требуется найти его степень.

Решение. Рассматриваемый трехчлен находится в стандартном виде. Он состоит из трех мономов:

15 formula

Найдем степень каждого из них:

  • 2y2 – степень равна 2;
  • x3y – степень равна 4 = (3+1);
  • 5y2x – степень равна 3 = (2+1).

Получается, что максимальную степень, равную 4, имеет моном x3y. Соответственно, и степень трехчлена также равна 4.

Ответ: 4.

Если же рассматривается полином, не находящийся в стандартном виде, то для вычисления его степени сначала надо привести полином к этому виду.

Пример. Найдите степень полинома с6 + ac2 + 9 – с6.

Решение. На первый взгляд может показаться, что она равна 6, так как один из его мономов, с6, имеет показатель, равный 6. Но это не так. Приведем полином к стандартному виду:

16 formula

Оказалось, что подобные мономы c6 и – с6 сократились. Получившийся полином состоит из двух мономов, ac2 и 9, чьи степени равны 3 и 0 соответственно. Значит, и степень всего двучлена равна трём.

Ответ: 3.

Определение степени полинома потребуется для решения уравнений в старших классах. Если в одной части уравнения стоит полином, например, третьей степени, в другой части – ноль, то его называют уравнением третьей степени:

17 formula

Аналогично выделяют уравнения первой, второй, четвертой и любой другой степени.

В зависимости от степени уравнения используются различные методы их решения. Ранее (ссылка на урок уравнения) мы уже научились решать линейные уравнения, которые являются уравнениями 1-ой степени. Обычно чем выше степень уравнения, тем сложнее его решать. Также существует интересная зависимость – количество корней уравнения не превышает его степень (за исключением одного частного случая, при котором есть бесконечное множество решений).

Особое значение в алгебре имеют те полиномы, в которых содержится только одна переменная, например:

  • m2 + 4m4 + 5m3 +9(здесь переменная m);
  • c6 + 1(единственная переменная – с);
  • 3x + 10(запись содержит только x);
  • – y4 + 89y10– 2,56y100(используется только y).

Их называют полиномами с одной переменной. Обычно их принято записывать по мере убывания степеней одночленов. То есть впереди пишется моном с максимальной степенью, а в самом конце – число без буквенной части:

18 formula

То число, которое стоит перед одночленом в наибольшей степени, называют старшим коэффициентом, а число, не имеющее буквенной части – свободным членом (реже свободным коэффициентом):

19 formula

Для некоторых полиномов с одной переменной есть особое название. Так, многочлен второй степени называют квадратным трехчленом. Дело в том, вторую степень в математике часто называют квадратом, а состоит квадратный трехчлен из трех монов. В качестве примера можно привести:

20 formula

21 formula

Конечно, квадратный многочлен может содержать и меньше трех одночленов:

22 formula

В этом случае иногда бывает удобно добавить «недостающее» слагаемое, поставив перед ним коэффициент, равный нулю:

23 formula

В общем случае квадратным трехчленом называют выражение вида

24 formula

где x – произвольная переменная, а, b и c являются произвольными действительными числами. При этом a не должно равняться нулю, иначе получится полином уже только 1-ой степени.

Квадратные трехчлены будут изучены подробнее в старших классах при изучении темы «Квадратные уравнения».

Сложение и вычитание многочленов

Полиномы можно складывать друг с другом, а также вычитать. При этом, возможно, придется приводить подобные слагаемые.

Пример. Произведите сложение многочленов 8z2 + 3z +12 и 2z4 + 9z.

Решение. Запишем интересующую нас сумму:

25 formula

Если перед скобками стоит знак «+», то можно просто опустить скобки:

26 formula

Осталось привести полином к стандартному виду. Здесь есть лишь одна пара подобных одночленов, 3z и 9z:

27 formula

При вычитании многочленов надо учитывать следующее правило:

28 opredelenie

Пример. Вычтите из полинома x5 + 3x3– 7y3 + 9x2 + 17 трехчлен 2y4 + 0,4y3– 25.

Решение:

Запишем разность полиномов:

29 formula

Первые скобки можно опустить, так как перед ними нет никакого знака. Перед вторыми скобками стоит минус, а потому для раскрытия скобок знаки слагаемых в них надо поменять на противоположные. Вместо 2y4 надо написать – 2y4, вместо 0,4y3 поставим – 0,4y3, а – 25 заменим на + 25:

30 formula

Осталось привести подобные слагаемые:

31 formula

Стоит заметить, что при сложении и вычитании полиномов их степени не могут увеличиться. Так, если складываются два полинома 5-ой и 4-ой степени, то в результате получится многочлен, чья степень будет не больше 5.

Рассмотрим более сложный пример с вложенными (внутренними) скобками. Необходимо упростить выражение

32 formula

33 formula

Решение. Раскроем первые скобки. Перед ними стоит минус, поэтому знаки слагаемых должны поменяться на противоположные. Однако обратите внимание, что здесь есть вложенные скобки (2a2b – ab) и (ab2 + 2a2b). Менять следует только знак перед ними, а знаки внутри вложенных скобок не меняются! Они рассматриваются как единые, неизменяемые слагаемые:

34 formula

Теперь раскроем оставшиеся две скобки:

35 formula

Приведем подобные слагаемые. Для наглядности пары подобных мономов подчеркнуты. Одной чертой подчеркнуты мономы с буквенной частью ab2, двумя чертами – мономы с a2b, а штриховой линией выделены мономы с буквенной частью ab:

36 formula

Умножение одночлена на многочлен

Напомним распределительный закон умножения:

37 formula

Используя этот закон, можно производить умножение одночлена на многочлен.

Пример. Перемножьте выражения 5v2 и 9v3 + 2t4.

Решение: Запишем произведение выражений:

38 formula

Такое раскрытие скобок можно объяснить с помощью «метода фонтанчика»:

39 formula

От множителя 5v2 строят линии (синего цвета к) КАЖДОМУ слагаемому в скобке. Каждой такой линии соответствует отдельное произведение в получаемом полиноме.

После раскрытия скобок получили два произведения одночлена на одночлен, которые считаем по отдельности (см. урок 3):

40 formula

Можно сформулировать следующее правило умножения многочлена на одночлен:

41 opredelenie

Ещё один пример. Перемножьте полином 2x2y + 4xy2 – 1 и моном – 3ху.

Решение:

42 formula

Здесь метод «фонтанчика» будет выглядеть так:

43 formula

Можно заметить, что после умножения монома на полином получится столько одночленов, сколько их было в исходном полиноме. Это правило можно использовать для самоконтроля.

Умножение многочлена на многочлен

Пусть нам надо перемножить два полинома, a+bи c+d. Запишем их произведение:

44 formula

Заменим выражение a + b переменной k:

45 formula

Теперь исходное произведение можно выразить как произведение монома и полинома:

46 formula

Проведем обратное преобразование, заменив k на a + b:

47 formula

Наконец, раскроем скобки в этом выражении:

48 formula

Эту формулу можно проиллюстрировать геометрически. Рассмотрим прямоугольник со сторонами a + b и c + d:

49 raschety

Площадь этого прямоугольника, как и любого другого, равна произведению его сторон, то есть(a + b)(c + d).С другой стороны, она состоит из 4 прямоугольников, чьи площади также вычисляются как произведения их сторон, и составляют ac, bc, ad и bd. Поэтому можно записать равенство

50 formula

Получается, что для умножения многочлена на многочлен нужно перемножать попарно все мономы, входящие в их состав, после чего сложить их.

51 opredelenie

Если в одном полиноме содержится m слагаемых, а в другом n, то результатом их перемножения окажется новый полином, содержащий m•n мономов (до приведения подобных слагаемых). Для перемножения многочленов также используется метод «фонтанчика».

Пример. Найдем произведение выражений 3a2 – 4ab + b2и 2a– b.

Решение: В первом полиноме содержится 3 монома, а во втором – 2, поэтому после их перемножения мы получим сумму 3•2 = 6 одночленов:

52 formula

Раскрытие скобок «фонтанчиком» будет выглядеть так:

53 formula

В результате действительно получилась сумма 6 мономов. Осталось вычислить каждый из них, после чего привести подобные слагаемые:

54 formula

Заметим, что при перемножении полиномов происходит сложение степеней многочленов. Действительно, в рассмотренном выше примере мы умножили полином второй степени 3a2 – 4ab + b2 на полином первой степени 2a– b, и получили в результате многочлен 3-ей (2+1) степени.

Также возможно умножение многочленов в столбик. Особенно это удобно делать в случае с полиномами с одной переменной.

Пример. Найдите произведение выражений 2x3 + 3x2 +5x + 9 и x2 + 4x + 7.

Решение: Запишем полиномы в столбик, один под другим:

55 formula

Далее умножим самый правый моном второго многочлена, то есть число 7, на первый полином, и запишем его ниже:

56 raschety

Далее умножим следующий моном, 4х, на первый полином, и запишем результат ещё ниже, причем сместим запись чуть влево, чтобы подобные члены оказались друг под другом:

57 raschety

Также умножим последний одночлен, x2, на первый полином:

58 raschety

Осталось сложить подобные слагаемые (то есть переменные х с одинаковыми степенями), которые записаны друг под другом:

59 raschety

Ещё раз цветом выделим подобные слагаемые и результаты их суммирования:

60 raschety

Ответ: 2х5 + 11х4 + 31х3 + 50х2 + 71х +63.

Добавить комментарий