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中四數學

續多項式

多項式的除法、餘式定理和因式定理,以及怎樣分解三次多項式。DSE 卷一較長的題目經常用到這些技巧。

學習重點

  • 4.1 多項式的除法(長除法或其他方法)。
  • 4.2 餘式定理。
  • 4.3 因式定理;用它分解多項式,例如 x³ − a³。
  • 非基礎 4.4 多項式的 H.C.F. 和 L.C.M.。
  • 非基礎 4.5 有理函數(代數分式)的加、減、乘、除,最多含兩個變數。

先要懂:多項式與因式分解、一元二次方程

重要詞彙

中文English
被除式,除式dividend, divisor
商式,餘式quotient, remainder
長除法long division
餘式定理remainder theorem
因式定理factor theorem
最大公因式/最小公倍式H.C.F. / L.C.M. of polynomials
有理函數rational function

標準步驟

餘式定理

f(x) 除以 (x − a) 時,餘數是 f(a)。除以 (ax − b) 時,餘數是 f(b/a)。

  1. 找出令除式等於零的值:x − a 得 a;2x + 1 得 −1/2。
  2. 把這個值代入 f(x)。
  3. 所得的結果就是餘數,不用做長除法。

*為甚麼:*f(x) = (x − a) × Q(x) + R。代入 x = a,第一部分變成 0,只剩下 R。

因式定理

(x − a) 是 f(x) 的因式,若且唯若 f(a) = 0。

  1. 找出令除式等於零的值(x − a 得 a)。
  2. 計算 f(a)。
  3. 如果 f(a) = 0,(x − a) 是因式;否則不是因式,而 f(a) 就是餘數。

分解三次多項式(不用計算機的解方程功能)

  1. 試 x = ±1、±2、±3……(常數項的因數),直至 f(a) = 0。
  2. 那麼 (x − a) 是一個因式。
  3. 把 f(x) 除以 (x − a),得出一個二次式。
  4. 分解這個二次式(不能分解時用二次公式)。

求未知係數

  1. 「f(x) 可被 (x − a) 整除」表示 f(a) = 0。
  2. 「f(x) 除以 (x − a) 時餘數是 r」表示 f(a) = r。
  3. 兩個條件得出兩條方程,解聯立方程。

H.C.F. 和 L.C.M.(非基礎)

  1. 把每個多項式完全因式分解。
  2. H.C.F.:取公因式,每個因式取最低的冪。
  3. L.C.M.:取所有因式,每個因式取最高的冪。

例題

例 1:餘式定理:求 x³ − 2x² + 4x − 7 除以 x − 2 的餘數。

f(2) = 8 − 8 + 8 − 7 = 1。(用長除法得商式 x² + 4,餘數 1。)

例 2:因式定理:分解三次多項式 f(x) = x³ − 4x² + x + 6。
f(−1) = −1 − 4 − 1 + 6 = 0,所以 (x + 1) 是因式
f(x) ÷ (x + 1) = x² − 5x + 6
f(x) = (x + 1)(x − 2)(x − 3)
例 3:2x³ + kx² − 5x + 2 可被 x − 2 整除。求 k。
f(2) = 16 + 4k − 10 + 2 = 0
4k = −8
k = −2
例 4:分解 x³ − 8。

f(2) = 0,所以 x − 2 是因式:(x − 2)(x² + 2x + 4)。

例 5:非基礎:求 x² − 1 和 x² + 3x + 2 的 H.C.F. 和 L.C.M.。
x² − 1      = (x − 1)(x + 1)
x² + 3x + 2 = (x + 1)(x + 2)
H.C.F. = x + 1
L.C.M. = (x − 1)(x + 1)(x + 2)

常見錯誤

  • 除以 (x + 1) 時代入 x = 1(應代入 x = −1)。
  • 長除法漏了某些項:要寫成 x³ + 0x² − 8,各項才對齊。
  • 找到一個因式便停下:商式的二次式可能還可以再分解。
  • 以為「餘數是 0」和「可整除」是兩回事(兩者其實相同)。

DSE 怎樣考

  • 甲部(2):由兩個條件求未知係數,分解一個三次多項式,然後問及它的根(例如「所有根是否都是有理數?」,要用二次因式的判別式判斷)。
  • 卷二:餘式定理的題目,經常有兩個未知數;非基礎的 H.C.F./L.C.M. 和有理函數化簡。

不敢問的問題

為甚麼 f(a) 就是餘數?

因為當 x = a 時,「除式 × 商式」那部分變成零,只剩下餘數。

應該先試哪些數?

只試常數項的因數(正和負)。常數項是 6 時,試 ±1、±2、±3、±6。

可以用計算機的三次方程功能嗎?

可以用來檢查答案。但題目通常要求「因式分解」,需要寫出步驟,所以要寫出用因式定理的過程。

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