Start › Definicje i teoria › Matematyka › Wielomiany
∑ Matematyka⚛ Fizyka⬡ Chemia📖 Język polski

Definicje: Wielomiany

Definicja wielomianu, stopień i współczynniki, pierwiastek i jego krotność, twierdzenie Bézouta i dzielenie wielomianów.

12 definicji
Wielomiany LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Twierdzenie Bézouta

Pojęcia podstawowe

Wielomian stopnia $n$: $W(x)=a_nx^n+\ldots+a_1x+a_0$, gdzie $a_n\ne0$. Liczbę $a_n$ nazywamy współczynnikiem wiodącym, a $a_0$ — wyrazem wolnym.

Twierdzenie Bézouta

$$W(x)=(x-a)Q(x)+W(a)$$

Reszta z dzielenia przez dwumian $(x-a)$ równa się wartości wielomianu w punkcie $a$. Stąd kluczowy wniosek:

$$(x-a)\mid W(x) \iff W(a)=0$$

Uwaga na znak: dla dzielnika $(x+2)$ podstawiamy $a=-2$.

Pierwiastki wymierne

Jeśli współczynniki są całkowite, każdy pierwiastek wymierny $\frac{p}{q}$ (ułamek nieskracalny) spełnia: $p$ dzieli wyraz wolny, $q$ dzieli współczynnik wiodący. Gdy $a_n=1$, pierwiastki wymierne są całkowite i dzielą wyraz wolny.

Rozkład na czynniki

Metody: wyłączanie przed nawias, grupowanie, wzory skróconego mnożenia, dzielenie przez znaleziony dwumian (schemat Hornera).

$$a^3-b^3=(a-b)(a^2+ab+b^2),\qquad a^3+b^3=(a+b)(a^2-ab+b^2)$$

Nierówności wielomianowe

Rozkładamy na czynniki, zaznaczamy pierwiastki na osi i rysujemy krzywą od prawej góry (gdy współczynnik wiodący jest dodatni). Przy pierwiastku o krotności nieparzystej krzywa przechodzi przez oś, przy parzystej — odbija się.

Na co uważać

Twierdzenie o pierwiastkach wymiernych wskazuje tylko kandydatów — każdego trzeba sprawdzić podstawieniem. Nie gwarantuje też, że pierwiastki wymierne w ogóle istnieją (wielomian $x^3-2$ nie ma żadnego).

Nierówności wielomianowe i wymierne LO · szkoła średnia

Schemat rozwiązywania

  1. przenieś wszystko na jedną stronę, żeby po drugiej zostało zero
  2. rozłóż na czynniki
  3. znajdź pierwiastki i zaznacz je na osi
  4. ustal znaki w przedziałach
  5. odczytaj odpowiedź, pilnując nawiasów

Rysowanie krzywej znaków

Zaznaczamy pierwiastki na osi. Krzywą prowadzimy od prawej strony z góry, jeśli współczynnik przy najwyższej potędze jest dodatni. Przy każdym pierwiastku jednokrotnym krzywa przechodzi przez oś, przy dwukrotnym (ogólnie: parzystej krotności) tylko jej dotyka i wraca.

Dlatego $W(x)=(x-1)^2(x+4)$ zmienia znak wyłącznie w $x=-4$.

Przykład

$(x-1)(x-2)(x-3)\lt 0$. Pierwiastki $1$, $2$, $3$; znaki od prawej: $+,-,+,-$. Odpowiedź: $x\in(-\infty,1)\cup(2,3)$.

Nierówności wymierne — zamiana na iloczyn

Ułamek ma taki sam znak jak iloczyn licznika i mianownika, więc:

$$\frac{L(x)}{M(x)}>0 \iff L(x)\cdot M(x)>0 \quad\text{przy } M(x)\neq0$$

To pozwala korzystać z tej samej krzywej znaków co przy wielomianach.

Czego nie wolno robić

Nie mnożymy nierówności przez mianownik z niewiadomą — nie znamy jego znaku, a mnożenie przez liczbę ujemną odwraca zwrot nierówności. Zamiast tego przenosimy wszystko na jedną stronę i sprowadzamy do wspólnego mianownika:

$$\frac{x+2}{x-1}\ge1 \quad\Rightarrow\quad \frac{x+2-(x-1)}{x-1}\ge0 \quad\Rightarrow\quad \frac{3}{x-1}\ge0 \quad\Rightarrow\quad x>1$$

Nawiasy — najczęstsze źródło utraty punktu

  • nierówność ostra ($\lt $, $>$) — nawiasy zawsze otwarte
  • nierówność nieostra ($\le$, $\ge$) — pierwiastki licznika domykamy
  • pierwiastki mianownika zostają wyłączone zawsze, nawet przy $\le$

Stąd $\frac{x}{x-3}\ge0$ daje $x\in(-\infty,0\rangle\cup(3,+\infty)$ — zero domknięte, trójka nie.

Nierówności bez dzielenia przez zmienną

Z $x^3\ge4x$ nie wolno skracać przez $x$ (gubimy rozwiązania i mylimy znak). Poprawnie:

$$x^3-4x\ge0 \iff x(x-2)(x+2)\ge0 \iff x\in\langle-2,0\rangle\cup\langle2,+\infty)$$

Kontrola wyniku

Podstaw jedną liczbę z każdego wyznaczonego przedziału do wyjściowej nierówności. To zajmuje kilkanaście sekund i wyłapuje niemal każdy błąd znaku.

Na co uważać

Trzy klasyczne błędy: dzielenie przez wyrażenie z niewiadomą, pominięcie warunku na dziedzinę oraz mechaniczne naprzemienne wpisywanie znaków bez sprawdzenia krotności pierwiastków.

Rozkład wielomianów — techniki i kolejność kroków LO · szkoła średnia

Po co rozkładać

Rozkład na czynniki zamienia równanie wielomianowe na iloczyn, który jest zerem tylko wtedy, gdy zeruje się któryś czynnik. To najskuteczniejsza metoda rozwiązywania równań wyższych stopni.

Kolejność działań

  1. Wspólny czynnik — zawsze najpierw wyłączamy największy wspólny czynnik.
  2. Wzory skróconego mnożenia — różnica kwadratów, sześcianów, kwadrat sumy/różnicy.
  3. Grupowanie — gdy powyższe nie działają.

Przykład pełnego rozkładu: $2x^3-8x=2x(x^2-4)=2x(x-2)(x+2)$.

Grupowanie

$$x^3-3x^2+2x-6=x^2(x-3)+2(x-3)=(x-3)(x^2+2)$$

Grupujemy wyrazy tak, by po wyłączeniu powstał ten sam nawias.

Różnica i suma sześcianów

$$a^3-b^3=(a-b)(a^2+ab+b^2)$$

$$a^3+b^3=(a+b)(a^2-ab+b^2)$$

W drugim czynniku różnicy sześcianów wszystkie znaki są dodatnie.

Czego nie da się rozłożyć

Suma kwadratów $x^2+a^2$ (dla $a\neq0$) nie ma pierwiastków rzeczywistych — nie rozkłada się na czynniki liniowe.

Krotność pierwiastka

W $(x-1)^2(x+3)$ pierwiastek $1$ jest podwójny, $-3$ pojedynczy — dwie różne wartości, ale trzy czynniki liniowe.

Na co uważać

Zawsze doprowadzaj rozkład do końca. Pominięcie wyłączenia wspólnego czynnika daje rozkład niepełny.

Dzielenie wielomianów i twierdzenie Bézouta LO · szkoła średnia

Twierdzenie Bézouta

Reszta z dzielenia wielomianu $W(x)$ przez dwumian $(x-a)$ jest równa $W(a)$:

$$R=W(a)$$

Pozwala policzyć resztę bez wykonywania dzielenia — wystarczy podstawić jedną liczbę.

Kryterium podzielności

$$W(a)=0 \iff (x-a)\mid W(x)$$

Liczba $a$ jest pierwiastkiem dokładnie wtedy, gdy $(x-a)$ jest czynnikiem wielomianu. To most między pierwiastkami a rozkładem na czynniki.

Uwaga na znak

Pierwiastek $a=3$ odpowiada czynnikowi $(x-3)$, a dzielnik $(x+2)$ oznacza $a=-2$. Łatwo pomylić znak.

Stopnie przy dzieleniu

$$\deg(\text{iloraz})=\deg(\text{dzielna})-\deg(\text{dzielnik})$$

Reszta ma stopień mniejszy od dzielnika. Przy dzieleniu przez dwumian reszta jest więc stałą.

Dzielenie pisemne

Uzupełniamy brakujące potęgi zerami, dzielimy najwyższe wyrazy, odejmujemy i powtarzamy. Przykład: $(x^3-1):(x-1)=x^2+x+1$.

Pierwiastki całkowite

Pierwiastki całkowite wielomianu o współczynnikach całkowitych są dzielnikami wyrazu wolnego. To zawęża listę kandydatów do sprawdzenia.

Równość wielomianów

Dwa wielomiany są równe, gdy mają identyczne współczynniki przy tych samych potęgach. Stąd metoda współczynników nieoznaczonych.

Na co uważać

Przy dzieleniu pisemnym nie gub brakujących potęg. Sprawdzaj znak przy przechodzeniu od pierwiastka do czynnika.

Dodawanie i odejmowanie wielomianów (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia

Wielomian

Wyrażenie postaci $a_nx^n+\ldots+a_1x+a_0$. Stopień to najwyższy wykładnik zmiennej o niezerowym współczynniku.

Dodawanie

Redukujemy wyrazy podobne — o tej samej potędze $x$.

Odejmowanie

Zmieniamy znaki wszystkich wyrazów odjemnika, a potem dodajemy.

Stopień sumy

Nie przekracza większego ze stopni; może się obniżyć, gdy skasują się wyrazy najwyższego stopnia.

Mnożenie wielomianów (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia

Zasada

Każdy wyraz pierwszego wielomianu mnożymy przez każdy wyraz drugiego, a następnie redukujemy wyrazy podobne.

Stopień iloczynu

Równy sumie stopni czynników.

Wzory skróconego mnożenia

$(a\pm b)^2$, $a^2-b^2=(a-b)(a+b)$, $(a\pm b)^3$, $a^3\pm b^3$.

Przykład

$(x+1)(x^2-x+1)=x^3+1$.

Stopień i współczynniki wielomianu (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia

Stopień

To najwyższy wykładnik zmiennej o niezerowym współczynniku.

Współczynnik wiodący

Współczynnik przy najwyższej potędze; wyraz wolny to $a_0$.

Wartość

$W(0)$ równa się wyrazowi wolnemu.

Równość wielomianów

Dwa wielomiany są równe, gdy mają równe współczynniki przy tych samych potęgach.

Trójkąt Pascala (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Trójkąt Pascala

Budowa

Każda liczba to suma dwóch nad nią; brzegi to jedynki.

Symbol Newtona

Wiersz $n$ zawiera $\binom{n}{0},\binom{n}{1},\ldots,\binom{n}{n}$.

Dwumian

Wiersze dają współczynniki rozwinięcia $(a+b)^n$.

Przykład

$(a+b)^2=a^2+2ab+b^2$ — współczynniki $1,2,1$.

Równania wielomianowe (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia

Metoda

Rozwiązujemy przez rozkład na czynniki i twierdzenie o pierwiastkach wymiernych (dzielniki wyrazu wolnego).

Twierdzenie Bézouta

$x_0$ jest pierwiastkiem $\iff (x-x_0)$ dzieli wielomian.

Równania wyższych stopni

Sprowadzamy do iloczynu czynników niższych stopni.

Wzór Cardano

Pozwala rozwiązać równanie trzeciego stopnia postaci $x^3+px+q=0$.

Wykres wielomianu (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Wykres wielomianu

Miejsca zerowe

To pierwiastki wielomianu; w nich wykres przecina lub dotyka osi $OX$.

Krotność

Krotność nieparzysta — przecięcie osi; parzysta — dotknięcie.

Zachowanie na końcach

Zależy od stopnia i znaku współczynnika wiodącego.

Szkic

Ustalamy pierwiastki, ich krotności i kierunek ramion.

Wielomiany — zastosowania (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia

Modele

Wielomiany opisują objętości, pola i zależności w zadaniach.

Równania

Rozwiązujemy je, rozkładając na czynniki.

Optymalizacja

Ekstrema wyznaczamy, badając wielomian i jego wykres.

Przykład

Objętość pudełka jako funkcja długości boku prowadzi do wielomianu trzeciego stopnia.

Wielomiany — zagadnienia uzupełniające (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia

Działania

Dodawanie, mnożenie i dzielenie wielomianów (z resztą).

Twierdzenie Bézouta

Reszta z dzielenia $W(x)$ przez $(x-a)$ równa się $W(a)$.

Pierwiastki wymierne

Szukamy ich wśród dzielników wyrazu wolnego.

Rozkład

Postać iloczynowa ułatwia rozwiązywanie równań wielomianowych.

Zacznij dziś

Zacznij naukę już dziś — to nic nie kosztuje

Załóż bezpłatne konto i otwórz dostęp do pełnego śledzenia postępów, planów nauki i quizów. Arkusze i zadania podstawowe są dostępne bez rejestracji. Już ponad 5 000 uczniów uczy się z Matematix.