教材 · 数学 Course 2 · 数与式 · 各种式子

多项式除法与分式

多項式の除法と分数式

8 いろいろな式 / 多項式の除法,分数式,二項定理,恒等式
一句话结论

多项式除法的结果写成 A=BQ+RA=BQ+R,余式 RR 的次数一定低于除式 BB。竖式要按降幂排列、缺项留空位;分式的约分、通分、乘除全部照搬分数的规则,动手前先把分子分母因式分解。

小学时你学过 187 除以 12 得 15 余 7,并且知道余数必须比 12 小,否则还能再除。多项式也能这样除,竖式的样子几乎一样,只是「位」换成了 x 的次数,「余数比除数小」换成了「余式的次数比除式低」。学会这一步,后面的分式化简、恒等式、余数定理都建立在它上面。

为什么是这样

竖式除法每一步做的事都一样:用除式的最高次项去对准被除式当前的最高次项,商出一项,乘回去再减掉。减完以后最高次项消失,剩下的式子次数至少降一次。一直降到余下部分的次数比除式低,再也对不准了,就停。所以余式的次数一定比除式低:除以二次式,余式是一次式或常数;除以一次式,余式是常数。

必须按降幂排、缺项留空位,原因和整数竖式里百位对百位一样:每次减法都是同类项对齐相减。被除式 x3−2x2+4x^3-2x^2+4 没有 xx 项,若不在 xx 那一列留空,后面的 xx 项就会和常数项挤在同一列,从那一步起全错。

除完得到的等式 A=BQ+RA=BQ+R 对所有 xx 都成立。拿图里的例子代 x=10x=10:A=804A=804,B=109B=109,Q=7Q=7,R=41R=41,恰好是整数等式 804=109×7+41804=109\times7+41。它在 xx 取任何值时都对,所以已知其中三样就能求第四样。

分式 AB\dfrac{A}{B} 的分母 BB 含字母。它的规则全部来自分数:分子分母同乘或同除一个不为 00 的式子,值不变。约分要找公因式,通分要找公分母,这两件事都靠因式分解才看得见,所以分式计算的第一步总是分解。

多项式的竖式除法:x³−2x²+4 除以 x²+x−1,商 x−3,余式 4x+1按降幂对齐,缺的 x 项留空列;余式次数比除式低时停x−3x² + x − 1x³−2x²空位+4x³+x²−x−3x²+x+4−3x²−3x+34x+1① x³ ÷ x²,商 x② x 乘除式,减掉③ −3x² ÷ x²,商 −3④ −3 乘除式,减掉⑤ 4x+1 是一次式,停A = BQ + R:x³ − 2x² + 4 = (x² + x − 1)(x − 3) + (4x + 1)这条等式对所有 x 成立。代 x = 10:804 = 109 × 7 + 41,正好是整数除法 804 ÷ 109 = 7 余 41。整数要求余数比除数小,多项式要求余式的次数比除式低。

定量表达

除法的结果用下面的公式块表示。已知被除式、商、余式求除式时,移项得 BQ=A−RBQ=A-R,于是 B=(A−R)÷QB=(A-R)\div Q,这次除法一定除得尽。两个字母的多项式要说清按哪个字母降幂,另一个字母当常数;选的字母不同,商和余式可能不同。

分式的乘除:AB×CD=ACBD\dfrac{A}{B}\times\dfrac{C}{D}=\dfrac{AC}{BD},AB÷CD=AB×DC\dfrac{A}{B}\div\dfrac{C}{D}=\dfrac{A}{B}\times\dfrac{D}{C}。加减先通分成同分母再合并分子,公分母取各分母因式的最高次幂之积。结果要约到既约分式。分母不含字母的 x+12\dfrac{x+1}{2} 只是系数为分数的整式,不算分式。

两个常用变形。分子次数不低于分母时先做除法:AB=Q+RB\dfrac{A}{B}=Q+\dfrac{R}{B},分子次数降下来,加减就轻松了。分母是两个一次式之积、两式之差为常数时,拆成部分分式:1(x+a)(x+b)=1b−a(1x+a−1x+b)\dfrac{1}{(x+a)(x+b)}=\dfrac{1}{b-a}\left(\dfrac{1}{x+a}-\dfrac{1}{x+b}\right)(a≠ba\ne b),连加时中间项成对抵消。繁分式把分子、分母同乘最里层的分母,一次去掉一层。

A=BQ+R(R 的次数<B 的次数,或 R=0)A=BQ+R\qquad(R\text{ 的次数}<B\text{ 的次数,或 }R=0)
AA
被除式(割られる式)
BB
除式(割る式),不是 00
QQ
商
RR
余式(余り)。R=0R=0 时说 AA 能被 BB 整除(割り切れる)
适用条件
  • AA、BB 是同一个字母的多项式,按这个字母的降幂排列后再除
  • 满足「RR 的次数比 BB 低」的 QQ、RR 只有一组,所以商和余式是确定的
  • 这个等式对所有 xx 都成立(是恒等式),可以代入任何数值

怎么用

EJU 常这样问:「整式 P(x)P(x) を x2+x−2x^2+x-2 で割ると,商が ⋯\cdots,余りが ⋯\cdots である」,再求 P(x)P(x) 或除式。先写出 A=BQ+RA=BQ+R,缺什么就从这条等式里求什么:求被除式直接展开 BQ+RBQ+R,求除式用 (A−R)÷Q(A-R)\div Q。做竖式时每一行都核一下次数,商的项数等于被除式与除式的次数差加一。

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