- многочленами . В этой статье мы изложим все начальные и необходимые сведения о многочленах. К ним, во-первых, относится определение многочлена с сопутствующими определениями членов многочлена, в частности, свободного члена и подобных членов. Во-вторых, остановимся на многочленах стандартного вида, дадим соответствующее определение и приведем их примеры. Наконец, введем определение степени многочлена, разберемся, как ее найти, и скажем про коэффициенты членов многочлена.
Навигация по странице.
Многочлен и его члены – определения и примеры
В 7 классе многочлены изучаются сразу после одночленов, это и понятно, так как определение многочлена дается через одночлены. Дадим это определение, объясняющее что такое многочлен.
Определение.
Многочлен – это сумма одночленов; одночлен считается частным случаем многочлена.
Записанное определение позволяет привести сколько угодно примеров многочленов. Любой из одночленов 5 , 0 , −1 , x , 5·a·b 3 , x 2 ·0,6·x·(−2)·y 12 , и т.п. является многочленом. Также по определению 1+x , a 2 +b 2 и - это многочлены.
Для удобства описания многочленов вводится определение члена многочлена.
Определение.
Члены многочлена – это составляющие многочлен одночлены.
Например, многочлен 3·x 4 −2·x·y+3−y 3 состоит из четырех членов: 3·x 4 , −2·x·y , 3 и −y 3 . Одночлен считается многочленом, состоящим из одного члена.
Определение.
Многочлены, которые состоят из двух и трех членов, имеют специальные названия – двучлен и трехчлен соответственно.
Так x+y – это двучлен, а 2·x 3 ·q−q·x·x+7·b – трехчлен.
В школе наиболее часто приходится работать с линейным двучленом
a·x+b
, где a
и b
– некоторые числа, а x
– переменная, а также с квадратным трехчленом
a·x 2 +b·x+c
, где a
, b
и c
– некоторые числа, а x
– переменная. Вот примеры линейных двучленов: x+1
, x·7,2−4
, а вот примеры квадратных трехчленов: x 2 +3·x−5
и 
.
Многочлены в своей записи могут иметь подобные слагаемые . Например, в многочлене 1+5·x−3+y+2·x подобными слагаемыми являются 1 и −3 , а также 5·x и 2·x . Они имеют свое особое название – подобные члены многочлена.
Определение.
Подобными членами многочлена называются подобные слагаемые в многочлене.
В предыдущем примере 1 и −3 , как и пара 5·x и 2·x , являются подобными членами многочлена. В многочленах, имеющих подобные члены, можно для упрощения их вида выполнять приведение подобных членов .
Многочлен стандартного вида
Для многочленов, как и для одночленов, существует так называемый стандартный вид. Озвучим соответствующее определение.
Исходя из данного определения, можно привести примеры многочленов стандартного вида. Так многочлены 3·x 2 −x·y+1
и 
записаны в стандартном виде. А выражения 5+3·x 2 −x 2 +2·x·z
и x+x·y 3 ·x·z 2 +3·z
не являются многочленами стандартного вида, так как в первом из них содержатся подобные члены 3·x 2
и −x 2
, а во втором – одночлен x·y 3 ·x·z 2
, вид которого отличен от стандартного.
Заметим, что при необходимости всегда можно привести многочлен к стандартному виду .
К многочленам стандартного вида относится еще одно понятие – понятие свободного члена многочлена.
Определение.
Свободным членом многочлена называют член многочлена стандартного вида без буквенной части.
Иными словами, если в записи многочлена стандартного вида есть число, то его называют свободным членом. Например, 5 – это свободный член многочлена x 2 ·z+5 , а многочлен 7·a+4·a·b+b 3 не имеет свободного члена.
Степень многочлена – как ее найти?
Еще одним важным сопутствующим определением является определение степени многочлена. Сначала определим степень многочлена стандартного вида, это определение базируется на степенях одночленов , находящихся в его составе.
Определение.
Степень многочлена стандартного вида – это наибольшая из степеней входящих в его запись одночленов.
Приведем примеры. Степень многочлена 5·x 3 −4 равна 3 , так как входящие в его состав одночлены 5·x 3 и −4 имеют степени 3 и 0 соответственно, наибольшее из этих чисел есть 3 , оно и является степенью многочлена по определению. А степень многочлена 4·x 2 ·y 3 −5·x 4 ·y+6·x равна наибольшему из чисел 2+3=5 , 4+1=5 и 1 , то есть, 5 .
Теперь выясним, как найти степень многочлена произвольного вида.
Определение.
Степенью многочлена произвольного вида называют степень соответствующего ему многочлена стандартного вида.
Итак, если многочлен записан не в стандартном виде, и требуется найти его степень, то нужно привести исходный многочлен к стандартному виду, и найти степень полученного многочлена – она и будет искомой. Рассмотрим решение примера.
Пример.
Найдите степень многочлена 3·a 12 −2·a·b·c·a·c·b+y 2 ·z 2 −2·a 12 −a 12 .
Решение.
Сначала нужно представить многочлен в стандартном виде:
3·a 12 −2·a·b·c·a·c·b+y 2 ·z 2 −2·a 12 −a 12 =
=(3·a 12 −2·a 12 −a 12)−
2·(a·a)·(b·b)·(c·c)+y 2 ·z 2 =
=−2·a 2 ·b 2 ·c 2 +y 2 ·z 2
.
В полученный многочлен стандартного вида входят два одночлена −2·a 2 ·b 2 ·c 2 и y 2 ·z 2 . Найдем их степени: 2+2+2=6 и 2+2=4 . Очевидно, наибольшая из этих степеней равна 6 , она по определению является степенью многочлена стандартного вида −2·a 2 ·b 2 ·c 2 +y 2 ·z 2 , а значит, и степенью исходного многочлена. , 3·x и 7 многочлена 2·x−0,5·x·y+3·x+7 .
Список литературы.
- Алгебра: учеб. для 7 кл. общеобразоват. учреждений / [Ю. Н. Макарычев, Н. Г. Миндюк, К. И. Нешков, С. Б. Суворова]; под ред. С. А. Теляковского. - 17-е изд. - М. : Просвещение, 2008. - 240 с. : ил. - ISBN 978-5-09-019315-3.
- Мордкович А. Г. Алгебра. 7 класс. В 2 ч. Ч. 1. Учебник для учащихся общеобразовательных учреждений / А. Г. Мордкович. - 17-е изд., доп. - М.: Мнемозина, 2013. - 175 с.: ил. ISBN 978-5-346-02432-3.
- Алгебра и начала математического анализа. 10 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / [Ю. М. Колягин, М. В. Ткачева, Н. Е. Федорова, М. И. Шабунин]; под ред. А. Б. Жижченко. - 3-е изд. - М.: Просвещение, 2010.- 368 с. : ил. - ISBN 978-5-09-022771-1.
- Гусев В. А., Мордкович А. Г. Математика (пособие для поступающих в техникумы): Учеб. пособие.- М.; Высш. шк., 1984.-351 с., ил.
Определение 3.3. Одночленом называют выражение, представляющее собой произведение чисел, переменных и степеней с натуральным показателем.
Например, каждое
из выражений
,
,
является одночленом.
Говорят, что одночлен имеет стандартный вид , если он содержит только один числовой множитель, стоящий на первом месте, а каждое произведение одинаковых переменных в нем представлено степенью. Числовой множитель одночлена, записного в стандартном виде, называют коэффициентом одночлена . Степенью одночлена называют сумму показателей степеней всех его переменных.
Определение 3.4. Многочленом называют сумму одночленов. Одночлены, из которых составлен многочлен, называют членами многочлена .
Подобные слагаемые – одночлены в многочлене – называют подобными членами многочлена .
Определение 3.5. Многочленом стандартного вида называют многочлен, в котором все слагаемые записаны в стандартном виде и приведены подобные члены. Степенью многочлена стандартного вида называют наибольшую из степеней входящих в него одночленов.
Например, – многочлен стандартного вида четвертой степени.
Действия над одночленами и многочленами
Сумму и разность многочленов можно преобразовать в многочлен стандартного вида. При сложении двух многочленов записываются все их члены и приводятся подобные члены. При вычитании знаки всех членов вычитаемого многочлена меняются на противоположные.
Например:
Члены многочлена можно разбивать на группы и заключать в скобки. Поскольку это тождественное преобразование, обратное раскрытию скобок, то устанавливается следующее правило заключения в скобки : если перед скобками ставится знак «плюс», то все члены, заключаемые в скобки, записывают с их знаками; если перед скобками ставится знак «минус», то все члены, заключаемые в скобки, записывают с противоположными знаками.
Например,
Правило умножения многочлена на многочлен : чтобы умножить многочлен на многочлен, достаточно каждый член одного многочлена умножить на каждый член другого многочлена и полученные произведения сложить.
Например,
Определение
3.6. Многочленом от одной переменной
степени
называют
выражение вида
где
–
любые числа, которые называют коэффициентами
многочлена
,
причем
,
–
целое неотрицательное число.
Если
,
то коэффициент
называютстаршим
коэффициентом многочлена
,
одночлен
–
его старшим
членом
,
коэффициент
–
свободным
членом
.
Если вместо
переменной
в многочлен
подставить действительное число
,
то в результате получится действительное
число
,
которое называютзначением
многочлена
при
.
Определение
3.7.
Число
называют
корнем
многочлена
,
если
.
Рассмотрим деление
многочлена
на многочлен,
где
и
- натуральные числа. Деление возможно,
если степень многочлена-делимого
не меньше степени многочлена-делителя
,
то есть
.
Разделить многочлен
на многочлен
,
,–
значит найти два таких многочлена
и
,
чтобы
При этом многочлен
степени
называютмногочленом-частным
,
–
остатком
,
.
Замечание 3.2.
Если делитель
–
не нуль-многочлен, то деление
на
,
,
всегда выполнимо, а частное и остаток
определяются однозначно.
Замечание 3.3.
В случае, когда
при всех
,
то есть
говорят, что
многочлен
нацело делится
(или
делится
)
на многочлен
.
Деление многочленов выполняется аналогично делению многозначных чисел: сначала старший член многочлена-делимого делят на старший член многочлена-делителя, затем частное от деления этих членов, которое будет старшим членом многочлена-частного, умножают на многочлен-делитель и полученное произведение вычитают из многочлена-делимого. В результате получают многочлен – первый остаток, который делят на многочлен-делитель аналогичным образом и находят второй член многочлена-частного. Этот процесс продолжают до тех пор, пока получится нулевой остаток или степень многочлена остатка будет меньше степени многочлена-делителя.
При делении многочлена на двучлен можно воспользоваться схемой Горнера.
Схема Горнера
Пусть требуется разделить многочлен
на двучлен
.
Обозначим частное от деления как
многочлен
а остаток –
.
Значение
,
коэффициенты многочленов
,
и остаток
запишем в следующей форме:
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
В этой схеме каждый
из коэффициентов
,
,
,
…,
получается из предыдущего числа нижней
строки умножением на число
и прибавлением к полученному результату
соответствующего числа верхней строки,
стоящего над искомым коэффициентом.
Если какая-либо степень
в многочлене отсутствует, то соответствующий
коэффициент равен нулю. Определив
коэффициенты по приведенной схеме,
записываем частное
и результат деления,
если
,
или
,
если
,
Теорема 3.1.
Для того чтобы несократимая дробь
(
,
)
была корнем многочлена
с целыми коэффициентами, необходимо,
чтобы число
было делителем свободного члена
,
а число
- делителем старшего коэффициента
.
Теорема 3.2.
(Теорема
Безу
)
Остаток
от деления многочлена
на двучлен
равен значению многочлена
при
,
то есть
.
При делении
многочлена
на двучлен
имеем равенство
Оно справедливо,
в частности, при
,
то есть
.
Пример 3.2.
Разделить
на
.
Решение. Применим схему Горнера:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Следовательно,
Пример 3.3.
Разделить
на
.
Решение. Применим схему Горнера:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Следовательно,
,
Пример 3.4.
Разделить
на
.
Решение.
В итоге получаем
Пример 3.5.
Разделить
на
.
Решение. Проведем деление многочленов столбиком:
|
|
Тогда получаем
.
Иногда бывает полезным представление многочлена в виде равного ему произведения двух или нескольких многочленов. Такое тождественное преобразование называют разложением многочлена на множители . Рассмотрим основные способы такого разложения.
Вынесение общего множителя за скобки. Для того чтобы разложить многочлен на множители способом вынесения общего множителя за скобки, необходимо:
1) найти общий множитель. Для этого, если все коэффициенты многочлена – целые числа, в качестве коэффициента общего множителя рассматривают наибольший по модулю общий делитель всех коэффициентов многочлена, а каждую переменную, входящую во все члены многочлена, берут с наибольшем показателем, который она имеет в данном многочлене;
2) найти частное от деления данного многочлена на общий множитель;
3) записать произведение общего множителя и полученного частного.
Группировка членов. При разложении многочлена на множители способом группировки его члены разбиваются на две или более групп с таким расчетом, чтобы каждую из них можно было преобразовать в произведение, и полученные произведения имели бы общий множитель. После этого применяется способ вынесения за скобки общего множителя вновь преобразованных членов.
Применение формул сокращенного умножения. В тех случаях, когда многочлен, подлежащий разложению на множители, имеет вид правой части какой-либо формулы сокращенного умножения, его разложение на множители достигается применением соответствующей формулы, записанной в другом порядке.
Пусть
,
тогда справедливы следующиеформулы
сокращенного умножения:
|
Для
|
|
|
Если
|
|
|
Бином Ньютона: где
|
|
:
нечетное (
):
– число сочетаний из
по
.Введение новых вспомогательных членов. Данный способ заключается в том, что многочлен заменяется другим многочленом, тождественно равным ему, но содержащим другое число членов, путем введения двух противоположных членов или замены какого-либо члена тождественно равной ему суммой подобных одночленов. Замена производится с таким расчетом, чтобы к полученному многочлену можно было применить способ группировки членов.
Пример 3.6. .
Решение.
Все
члены многочлена содержат общий множитель
.
Следовательно,.
Ответ: .
Пример 3.7.
Решение.
Группируем
отдельно члены, содержащие коэффициент
,
и члены, содержащие
.
Вынося за скобки общие множители групп,
получаем:
.
Ответ:
.
Пример 3.8.
Разложить
на множители многочлен
.
Решение. Используя соответствующую формулу сокращенного умножения, получаем:
Ответ: .
Пример 3.9.
Разложить
на множители многочлен
.
Решение. Используя способ группировки и соответствующую формулу сокращенного умножения, получаем:
.
Ответ: .
Пример 3.10.
Разложить
на множители многочлен
.
Решение.
Заменим
на
,
сгруппируем члены, применим формулы
сокращенного умножения:
.
Ответ:
.
Пример 3.11. Разложить на множители многочлен
Решение.
Так
как
,
,
,
то
Например, выражения:
a - b + c , x 2 - y 2 , 5x - 3y - z - многочлены.
Одночлены, входящие в состав многочлена, называются членами многочлена . Рассмотрим многочлен:
7a + 2b - 3c - 11
выражения: 7a , 2b , -3c и -11 - это члены многочлена. Обратите внимание на член -11 . Он не содержит переменной. Такие члены, состоящие только из числа, называются свободными .
Принято считать, что любой одночлен - это частный случай многочлена, состоящий из одно члена. В этом случае одночлен является названием для многочлена с одним членом. Для многочленов, состоящих из двух и трёх членов, тоже есть специальные названия - двучлен и трёхчлен соответственно:
7a - одночлен
7a + 2b - двучлен
7a + 2b - 3c - трёхчлен
Подобные члены
Подобные члены - одночлены, входящие в многочлен, которые отличаются друг от друга только коэффициентом , знаком или совсем не отличаются (противоположные одночлены тоже можно назвать подобными). Например, в многочлене:
| 3a 2 b | + | 5abc 2 | + | 2a 2 b | - | 7abc 2 | - | 2a 2 b |
члены 3a 2 b , 2a 2 b и -2a 2 b , так же как и члены 5abc 2 и -7abc 2 - это подобные члены.
Приведение подобных членов
Если многочлен содержит подобные члены, то его можно привести к более простому виду путём соединения подобных членов в один. Такое действие называется приведением подобных членов . Первым делом заключим в скобки отдельно все подобные члены:
(3a 2 b + 2a 2 b - 2a 2 b ) + (5abc 2 - 7abc 2)
Чтобы соединить несколько подобных одночленов в один, надо сложить их коэффициенты, а буквенные множители оставить без изменений:
((3 + 2 - 2)a 2 b ) + ((5 - 7)abc 2) = (3a 2 b ) + (-2abc 2) = 3a 2 b - 2abc 2
Приведение подобных членов - это операция замены алгебраической суммы нескольких подобных одночленов одним одночленом.
Многочлен стандартного вида
Многочлен стандартного вида - это многочлен, все члены которого являются одночленами стандартного вида, среди которых нет подобных членов.
Чтобы привести многочлен к стандартному виду, достаточно сделать приведение подобных членов. Например, представьте в виде многочлена стандартного вида выражение:
3xy + x 3 - 2xy - y + 2x 3
Сначала найдём подобные члены:
Если все члены многочлена стандартного вида содержат одну и ту же переменную, то его члены принято располагать от большей степени к меньшей. Свободный член многочлена, если он есть, ставится на последнее место - справа.
Например, многочлен
3x + x 3 - 2x 2 - 7
должен быть записан так:
x 3 - 2x 2 + 3x - 7
Странно, что делается равенство между полиномом и многочленом. Хотя насколько я помню это разные вещи. Многочлен это то, о чём тут пишут. А полином это отношение 2-х многочленов. Посмотрел в словаре перевод на английский слова многочлен увидел, что переводится как polynomial чему был немало удивлён…. Выходит они даже не видят разницу. По поводу 1-го примера… Это всё хорошо, но есть ли способ непосредственного преобразования без ввода неизвестных коэффициентов? Этот метод слишком вычурный… О многочленах можно говорить много. Это выходит далеко за рамки ср школы. Исследования ведутся до сих пор! Т.е. тема многочленов не завершена. Могу ответить на вопрос о корнях в радикалах. В общем случае доказано, что многочлены степени выше 4 не имеют решения в радикалах. И вообще не решаются аналитически. Хотя некоторые виды вполне решаются. Но не все… Уравнение 3-ей степени имеет решение Кардано. У уравнения 4-й степени есть 2 вида формул. Они достаточно сложны и вобщем заранее неясно есть ли действительные решения, они все могут быть комплексными. У многочлена нечётной степени всегда есть хотя бы 1 действ корень. В теории формулы для решения уравнений даже 3-ей или 4-ой степени особого распространения не получили из-за их сложности. И возникает вопрос с тем какие из корней рассматривать. Ведь у уравнения n-ой степени ровно n корней с учётом их кратности. Вот к примеру можно решать методом ньютона численно уравнение. Там всё просто. Пишется итерационная формула и нет проблем. Линейное приближение. С осью OX прямая пересекается только в 1-ой точке. Может не пересекаться, тогда корень комплексный. Но тоже 1-й. Ну понятно, что если многочлен с действительными коэффиициентами имеет комплексный корень, то он так же имеет так же и комплексно сопряжённый. Однако уже в квадратичном приближении(этот метод именуется как метод парабол и др варианты этого метода Мюллера по 2-м предыдущим точкам и т.п) возникают проблемы. Во первых там 2 корня(мб если дискриминант > 0) еакой из них выбирать? Хотя уравнение квадратное. Можно пойти дальше взять кубическое приближение(4-й член в ряде Тейлора, для кв берётся 3) И даже приближение 4-ой степени взяв 5 членов ряда Тейлора. Сходимость будет супер быстрая. Аналитически всё решается! Но я нигде в математической литературе не встречал таких методов. Как правило пользуются методом Ньютона потому что он беспроблемный! И везде где в теории встречаются кубические или уравнения 4-ой степени такое имеет место быть. Хотите, сами попробуйте! Не думаю что вы будете в восторге. Хотя повторяю всё решается аналитически. Просто формулы будут оч сложные. Но не в этом дело. Возникают массы других проблем, не связанных со сложностью.
Согласно определению, многочлен это алгебраическое выражение представляющее собой сумму одночленов.
Для примера: 2*a^2 + 4*a*x^7 - 3*a*b^3 + 4; 6 + 4*b^3 - многочлены, а выражение z/(x - x*y^2 + 4) не является многочленом потому, что оно не является суммой одночленов. Многочлен еще иногда называют полиномом, а одночлены которые входят в состав многочлена членами многочлена или мономами.
Комплексное понятие многочлена
Если многочлен состоит из двух слагаемых, то его называют двучлен, если из трех - трехчлен. Названия четырехчлен, пятичлен и другие не используются, а в таких случаях говорят просто, многочлен. Такие названия, в зависимости от количества слагаемых, ставят все на свои места.
И термин одночлен становится интуитивно понятным. С точки зрения математики, одночлен является частным случаем многочлена. Одночлен это многочлен, который состоит из одного слагаемого.
Так же как и у одночлена, у многочлена есть свой стандартный вид. Стандартным видом многочлена называется такая запись многочлена, при которой все входящие в него в качестве слагаемых одночлены, записаны в стандартном виде и приведены подобные члены.
Стандартный вид многочлена
Процедура приведения многочлена к стандартному виду состоит в том, чтобы привести каждый из одночленов к стандартному виду, а потом все подобные одночлены между собой сложить. Сложение подобных членов многочлена называют приведением подобных.
Например, приведем подобные слагаемые в многочлене 4*a*b^2*c^3 + 6*a*b^2*c^3 - a*b.
Подобными здесь являются слагаемые 4*a*b^2*c^3 и 6*a*b^2*c^3. Суммой этих слагаемых будет одночлен 10*a*b^2*c^3. Следовательно, исходный многочлен 4*a*b^2*c^3 + 6*a*b^2*c^3 - a*b можно переписать в виде 10*a*b^2*c^3 - a*b. Эта запись и будет стандартным видом многочлена.
Из того, что любой одночлен можно привести к стандартному виду, следует также и тот факт, что любой многочлен можно привести к стандартному виду.
Когда многочлен приведен к стандартному виду, можно говорить о таком понятии как степень многочлена. Степенью многочлена называется наибольшая степень одночлена, входящего в данный многочлен.
Так, например, 1 + 4*x^3 - 5*x^3*y^2 - многочлен пятой степени, так как максимальная степень одночлена входящего в многочлен (5*x^3*y^2) пятая.