教材 · 数学 Course 1 · 数与式 · 数与式

多项式与因式分解

多項式の計算と因数分解

1 数と式 / 多項式の加法と減法および乗法1 数と式 / 因数分解
一句话结论

展开只靠分配律,乘法公式是预先算好的分配律;因式分解是把公式倒过来读。分解的顺序:提公因式 → 按次数最低的字母整理 → 套公式或十字相乘 → 重复出现的块换元 → 换回后每个因式再查一遍,直到在有理数范围内分不动为止。

x2+5x+6x^2+5x+6 和 (x+2)(x+3)(x+2)(x+3) 是同一个式子的两种写法。前一种是展开(展開)后的样子,便于相加和比较系数;后一种是因式分解(因数分解)后的样子,一眼看出 x=−2x=-2、−3-3 时它等于 0,也看得出它什么时候为正、什么时候为负。解方程、解不等式、约分、求值,几乎都卡在「能不能换成另一种写法」这一步。

为什么是这样

多项式(多項式)是若干个单项式(単項式)的和,单项式是数与字母的积。字母部分相同的项叫同类项(同類項),合并就是把系数相加。5ax35ax^3 含 4 个字母,是 4 次;只着眼于 xx 时 aa 当作数,它变成 3 次、系数(係数)是 5a5a。多项式的次数取各项中最高的,不含着眼字母的项叫常数项(定数項)。整理时按着眼字母从高次到低次排(降べきの順),结构才看得清。

展开只用一条规则:分配律,让前一个括号的每一项去乘后一个括号的每一项,再合并同类项。乘法公式不是新规则,只是把常用的几种结果预先算好。图里边长 a+ba+b 的正方形说明了 (a+b)2(a+b)^2 为什么多出 2ab2ab:除了 a2a^2、b2b^2 两块,还有两块 a×ba\times b 的长方形。

因式分解是把展开倒过来读,没有万能算法,只能认形状。(ax+b)(cx+d)(ax+b)(cx+d) 展开得 acx2+(ad+bc)x+bdacx^2+(ad+bc)x+bd,所以分解二次三项式时,把 x2x^2 的系数拆成 a×ca\times c、常数项拆成 b×db\times d,交叉相乘之和 ad+bcad+bc 恰好等于一次项系数,就找到了。这就是十字相乘(たすき掛け)。

展开就是把大长方形切成小块:(a+b)² 多出两块 ab;(a+b)(c+d) 切成四块边长 a+b 的正方形a²ababb²abab(a+b)² = a² + 2ab + b²宽 a+b、高 c+d 的长方形acbcadbdabcd(a+b)(c+d) = ac + ad + bc + bd每一小块都是「前一个括号的一项 × 后一个括号的一项」,这就是分配律。因式分解反过来:看到 a² + 2ab + b² 这四块,就能拼回边长 a+b 的正方形。

定量表达

指数法则:aman=am+na^ma^n=a^{m+n},(am)n=amn(a^m)^n=a^{mn},(ab)n=anbn(ab)^n=a^nb^n。单项式相乘先定符号(负因数偶数个为正、奇数个为负),再乘系数,最后乘字母。多项式相减时,减号后面括号里的每一项都要变号;括号有几层就从里往外去。

公式块从左往右读是因式分解,反过来是展开。三次的两组最容易混:a3+b3a^3+b^3 分成一次因式乘二次因式,一次因式与原式同号,二次因式的中间项变号,末项总是正;(a+b)3(a+b)^3 是四项,系数为 1, 3, 3, 11,\,3,\,3,\,1。没有特别说明时只在有理数范围内分解,x2−2x^2-2 就算分完了。

十字相乘:交叉积之和等于一次项系数时,就找到了分解一般形ab→bccd→adad+bcacx² + (ad+bc)x + bd= (ax+b)(cx+d)例:6x² − x − 122−3→−934→8−1 ✓6x² − x − 12= (2x−3)(3x+4)左列相乘得 x² 的系数,右列相乘得常数项,斜着相乘再相加要等于 x 的系数。同一行读成一个因式:第一行 2 与 −3 是 2x−3,第二行 3 与 4 是 3x+4。一行里两个数有公约数(如 2 与 4,即 2x+4)就不用试:原式没有公因式,因式里也不会有。
a2±2ab+b2=(a±b)2,a2−b2=(a+b)(a−b)x2+(a+b)x+ab=(x+a)(x+b)acx2+(ad+bc)x+bd=(ax+b)(cx+d)a3±b3=(a±b)(a2∓ab+b2)a3±3a2b+3ab2±b3=(a±b)3\begin{aligned}&a^2\pm2ab+b^2=(a\pm b)^2,\qquad a^2-b^2=(a+b)(a-b)\\&x^2+(a+b)x+ab=(x+a)(x+b)\\&acx^2+(ad+bc)x+bd=(ax+b)(cx+d)\\&a^3\pm b^3=(a\pm b)(a^2\mp ab+b^2)\\&a^3\pm3a^2b+3ab^2\pm b^3=(a\pm b)^3\end{aligned}
a, b, c, da,\ b,\ c,\ d
任意的数或式子(公式是恒等式,可以整块代入,如 a=2xa=2x、b=3yb=3y)
xx
着眼的字母(按它整理成降幂排列)
±, ∓\pm,\ \mp
复号:同一行里同时取上面的符号,或同时取下面的符号
适用条件
  • 从左往右读是因式分解,从右往左读是展开;两个方向都要熟
  • 没有特别说明时,因式分解在有理数系数范围内进行:x2−2x^2-2、x2+1x^2+1 算是已经分解完了
  • a3±b3a^3\pm b^3 的二次因式 a2∓ab+b2a^2\mp ab+b^2 不能再分解,不要和 (a∓b)2(a\mp b)^2 混

怎么用

拿到式子按这个顺序试:① 有公因式先提出;② 字母多时,按次数最低的字母整理,它的系数常有公因式;③ 看是否是公式、能否十字相乘;④ 同一块反复出现就设成 XX,四个一次式相乘时,先把常数项之和相同的两对配起来;⑤ 换回原字母,每个因式再查能不能分。x4+3x2+4x^4+3x^2+4 这类复二次式(複2次式),加一项再减一项凑成平方差:(x2+2)2−x2=(x2+x+2)(x2−x+2)(x^2+2)^2-x^2=(x^2+x+2)(x^2-x+2)。

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