Matematyka Krok po Kroku
Wielomiany
Lekcja z wielomianów

Rozkład wielomianów i pierwiastki wielomianu

W tej lekcji przejdziemy od prostego wyłączania wspólnego czynnika przed nawias, przez metodę grupowania, aż do szukania pierwiastków wielomianu i dzielenia wielomianu przez dwumian. To jeden z najważniejszych zestawów umiejętności przy rozwiązywaniu zadań z wielomianów.

1. Wspólny czynnik Wyłączanie jednomianu przed nawias.
2. Grupowanie Łączenie wyrazów tak, aby pojawił się wspólny nawias.
3. Pierwiastki Sprawdzanie, kiedy wielomian przyjmuje wartość zero.
4. Dzielenie Rozkład przez dwumian postaci \(x-a\).
Część 1

Wyłączanie jednomianu przed nawias

Wyłączanie jednomianu przed nawias z sumy algebraicznej polega na wyciągnięciu wspólnego czynnika z kilku wyrazów sumy. Dzięki temu wyrażenie zapisujemy w prostszej postaci iloczynowej.

Po co wyłączać wspólny czynnik? Bardzo często robimy to po to, aby uprościć wielomian, rozłożyć go na czynniki i później znaleźć jego miejsca zerowe, czyli pierwiastki równania.
1
Zidentyfikuj wspólny czynnik.

Sprawdź, jaka liczba oraz jakie zmienne występują w każdym wyrazie.

2
Podziel każdy wyraz przez ten czynnik.

W nawiasie zapisujesz dokładnie to, co zostaje po podzieleniu.

3
Zapisz postać iloczynową.

Wspólny czynnik stawiasz przed nawiasem, a wyniki dzielenia wpisujesz do nawiasu.

Przykład 1. Wyłączanie jednomianu przed nawias
wielomian jednej zmiennej

Załóżmy, że mamy wielomian:

\[ W(x)=5x^3-10x^2+15x \]

Zidentyfikujmy wspólny czynnik. Widzimy, że przy każdym jednomianie występuje co najmniej \(x\) w pierwszej potędze. Możemy więc wyciągnąć \(x\) przed nawias:

\[ W(x)=x(5x^2-10x+15) \]

Zauważmy również, że każda liczba stojąca przy jednomianach jest podzielna przez \(5\). Możemy więc wyciągnąć także \(5\):

\[ W(x)=5x(x^2-2x+3) \]
Kontrola wyniku Aby sprawdzić, czy rozkład jest poprawny, możemy wymnożyć nawias: \[ 5x(x^2-2x+3)=5x^3-10x^2+15x \] Dostaliśmy początkowy wielomian, więc rozkład jest poprawny.
Przykład 2. Wyłączanie jednomianu krok po kroku
dwie zmienne

Rozważmy wielomian:

\[ 12x^2y-18xy^2+6xy \]

Krok 1. Szukamy wspólnego czynnika

Wszystkie wyrazy są podzielne przez \(6\) oraz mają wspólny czynnik \(xy\). Wspólnym czynnikiem będzie więc:

\[ 6xy \]

Krok 2. Dzielimy każdy wyraz przez \(6xy\)

\[ \begin{aligned} 12x^2y : 6xy &= 2x \\ -18xy^2 : 6xy &= -3y \\ 6xy : 6xy &= 1 \end{aligned} \]

Krok 3. Zapisujemy wyrażenie w postaci iloczynu

\[ 12x^2y-18xy^2+6xy=6xy(2x-3y+1) \]
Ważna uwaga Jeżeli po podzieleniu wyrazu przez wspólny czynnik nic nie zostaje, to w nawiasie wpisujemy \(1\), a nie zostawiamy pustego miejsca. Dlatego: \[ 6xy : 6xy = 1 \]
Część 2

Rozkład wielomianu metodą grupowania

Metoda grupowania jest szczególnie przydatna, gdy wielomian ma co najmniej cztery wyrazy albo gdy na pierwszy rzut oka nie da się wyłączyć jednego wspólnego czynnika ze wszystkich wyrazów.

1
Podziel wielomian na grupy.

Najczęściej grupujemy wyrazy parami.

2
Wyłącz wspólny czynnik w każdej grupie.

Robimy to tak, aby w nawiasach pojawiło się to samo wyrażenie.

3
Wyłącz wspólny nawias przed nawias.

Jeżeli dwa fragmenty mają ten sam nawias, możemy potraktować go jak wspólny czynnik.

Cel metody grupowania Chcemy doprowadzić do sytuacji, w której w dwóch częściach wyrażenia pojawi się ten sam nawias. Wtedy ten nawias można wyłączyć jako wspólny czynnik.
Przykład 3. Schemat ogólny metody grupowania
wzór schematyczny

Rozważmy wyrażenie:

\[ ax+ay+bx+by \]

Grupujemy wyrazy:

\[ (ax+ay)+(bx+by) \]

Wyłączamy wspólny czynnik w każdej grupie:

\[ a(x+y)+b(x+y) \]

Widzimy wspólny nawias \((x+y)\), więc wyłączamy go przed nawias:

\[ a(x+y)+b(x+y)=(a+b)(x+y) \]
Przykład 4. Grupowanie wyrazu pierwszego z trzecim
pierwiastki w zapisie

Rozważmy wielomian:

\[ W(x)=2x^3-\sqrt{3}x^2+4x-2\sqrt{3} \]

Na pierwszy rzut oka możemy połączyć pierwszy i trzeci wyraz oraz drugi i czwarty. Otrzymujemy:

\[ (2x^3+4x)-(\sqrt{3}x^2+2\sqrt{3}) \]
Uwaga na znak minus W drugim nawiasie zapisaliśmy: \[ -(\sqrt{3}x^2+2\sqrt{3}) \] ponieważ po wymnożeniu minusa wrócimy do: \[ -\sqrt{3}x^2-2\sqrt{3} \]

Wyłączamy wspólny czynnik w obu grupach:

\[ 2x(x^2+2)-\sqrt{3}(x^2+2) \]

W obu częściach pojawił się wspólny nawias \((x^2+2)\), więc:

\[ 2x(x^2+2)-\sqrt{3}(x^2+2) = (2x-\sqrt{3})(x^2+2) \]
Przykład 5. Ten sam wielomian pogrupowany inaczej
równoważny sposób

Rozważmy ponownie wielomian:

\[ W(x)=2x^3-\sqrt{3}x^2+4x-2\sqrt{3} \]

Tym razem połączmy pierwszy i drugi wyraz oraz trzeci i czwarty:

\[ (2x^3-\sqrt{3}x^2)+(4x-2\sqrt{3}) \]

Wyłączamy wspólny czynnik przed nawias:

\[ x^2(2x-\sqrt{3})+2(2x-\sqrt{3}) \]

Widzimy wspólny nawias \((2x-\sqrt{3})\), dlatego:

\[ x^2(2x-\sqrt{3})+2(2x-\sqrt{3}) = (x^2+2)(2x-\sqrt{3}) \]
Wniosek W tym przykładzie niezależnie od sposobu grupowania dostajemy ten sam wynik: \[ W(x)=(2x-\sqrt{3})(x^2+2) \] Czynniki mogą być zapisane w innej kolejności, ale oznaczają ten sam iloczyn.
Część 3

Pierwiastki wielomianu

Pierwiastkiem wielomianu nazywamy taką liczbę, która po podstawieniu do wielomianu daje wartość \(0\). Innymi słowy, liczba \(a\) jest pierwiastkiem wielomianu \(W(x)\), gdy \(W(a)=0\).

\[ W(x)=a_nx^n+a_{n-1}x^{n-1}+\ldots+a_1x+a_0 \]

Przy szukaniu pierwiastków całkowitych zwracamy szczególną uwagę na dwa współczynniki:

\(a_0\) Wyraz wolny, czyli liczba stojąca zwykle na końcu wielomianu.
\(a_n\) Współczynnik przy najwyższej potędze zmiennej.
Jak szukać pierwiastków całkowitych? Najpierw wypisujemy wszystkie dzielniki całkowite wyrazu wolnego \(a_0\). Następnie podstawiamy je kolejno do wielomianu i sprawdzamy, czy otrzymamy \(0\).
Przykład 6. Szukanie pierwiastka wielomianu
dzielniki wyrazu wolnego

Znajdź pierwiastek wielomianu:

\[ W(x)=x^3-4x^2-7x+10 \]

Wyraz wolny to \(a_0=10\). Jego dzielniki całkowite to:

\[ \pm 1,\ \pm 2,\ \pm 5,\ \pm 10 \]

Podstawiamy kolejne liczby i sprawdzamy, czy wielomian się zeruje.

\[ \begin{aligned} W(-1) &=(-1)^3-4\cdot(-1)^2-7\cdot(-1)+10 \\ &=-1-4+7+10 \\ &=12 \neq 0 \end{aligned} \]

Zatem \(-1\) nie jest pierwiastkiem tego wielomianu. Sprawdźmy kolejną liczbę:

\[ \begin{aligned} W(1) &=(1)^3-4\cdot(1)^2-7\cdot(1)+10 \\ &=1-4-7+10 \\ &=0 \end{aligned} \]
Wniosek Liczba \(1\) jest pierwiastkiem wielomianu \(W(x)\), ponieważ \(W(1)=0\). Teraz można podzielić wielomian przez dwumian \((x-1)\) i szukać pozostałych pierwiastków.
Przykład 7. Pierwiastek potrzebny do dzielenia przez dwumian
ważny przykład

Znajdź pierwiastek wielomianu:

\[ W(x)=2x^3-3x^2-8x+12 \]

Wyraz wolny to \(a_0=12\). Jego dzielniki całkowite to:

\[ \pm 1,\ \pm 2,\ \pm 3,\ \pm 4,\ \pm 6,\ \pm 12 \]

Zacznijmy podstawiać kolejne liczby:

\[ \begin{aligned} W(-1) &=2\cdot(-1)^3-3\cdot(-1)^2-8\cdot(-1)+12 \\ &=-2-3+8+12 \\ &=15 \neq 0 \end{aligned} \]
\[ \begin{aligned} W(1) &=2\cdot(1)^3-3\cdot(1)^2-8\cdot(1)+12 \\ &=2-3-8+12 \\ &=3 \neq 0 \end{aligned} \]
\[ \begin{aligned} W(2) &=2\cdot(2)^3-3\cdot(2)^2-8\cdot(2)+12 \\ &=2\cdot 8-3\cdot 4-16+12 \\ &=16-12-16+12 \\ &=0 \end{aligned} \]
Wniosek Liczba \(2\) jest pierwiastkiem wielomianu, ponieważ \(W(2)=0\). To oznacza, że wielomian jest podzielny przez dwumian \((x-2)\).
Część 4

Dzielenie wielomianu przez dwumian

Jeżeli znamy jeden pierwiastek wielomianu, możemy wykorzystać go do podzielenia wielomianu przez odpowiedni dwumian i rozłożyć wielomian dalej.

Wielomian \(W(x)\) możemy zapisać w postaci:

\[ W(x)=(x-a)Q(x)+r \]

gdzie \(Q(x)\) to wynik dzielenia wielomianu przez dwumian \((x-a)\), a \(r\) to reszta z dzielenia.

Najważniejszy przypadek Jeżeli \(a\) jest pierwiastkiem wielomianu, czyli \(W(a)=0\), to reszta z dzielenia wynosi \(0\). Wtedy: \[ W(x)=(x-a)Q(x) \]
Przykład 8. Dzielenie wielomianu przez dwumian
kontynuacja przykładu

Znajdź wszystkie pierwiastki wielomianu:

\[ W(x)=2x^3-3x^2-8x+12 \]

Z poprzedniego przykładu wiemy, że jednym z pierwiastków jest \(2\). Oznacza to, że dzielimy przez dwumian \((x-2)\).

\[ \renewcommand{\arraystretch}{1.3} \begin{array}{r|l} 2x^2+x-6 \quad \\ \hline 2x^3-3x^2-8x+12 & : (x-2)\\ -2x^3+4x^2 \quad \quad \quad \quad \\ \hline x^2-8x+12 \\ -x^2+2x \quad \quad\\ \hline -6x+12 \\ 6x-12 \\ \hline 0 & \end{array} \]

Zatem:

\[ W(x)=2x^3-3x^2-8x+12=(x-2)(2x^2+x-6) \]

Teraz musimy sprawdzić, czy trójmian \(2x^2+x-6\) da się jeszcze rozłożyć. Korzystamy z delty:

\[ \begin{aligned} \Delta &= b^2-4ac \\ \Delta &= 1^2-4\cdot 2\cdot(-6) \\ \Delta &= 1+48 \\ \Delta &= 49 \gt 0 \end{aligned} \]

Mamy \(\sqrt{\Delta}=7\), więc są dwa pierwiastki:

\[ x_1=\frac{-b+\sqrt{\Delta}}{2a} \quad \text{oraz} \quad x_2=\frac{-b-\sqrt{\Delta}}{2a} \]
\[ \begin{aligned} x_1&=\frac{-1+7}{4}=\frac{6}{4}=\frac{3}{2} \\ x_2&=\frac{-1-7}{4}=\frac{-8}{4}=-2 \end{aligned} \]
Odpowiedź Ostatecznie pierwiastkami wielomianu są: \[ -2,\quad \frac{3}{2},\quad 2 \] Wielomian możemy zapisać w postaci: \[ W(x)=2\left(x-\frac{3}{2}\right)(x-2)(x+2) \]
Uwaga o współczynniku przed nawiasami Jeżeli zapisujemy wielomian w postaci liniowych czynników, trzeba zachować współczynnik prowadzący. Dla wielomianu \(2x^3-3x^2-8x+12\) współczynnik przy \(x^3\) wynosi \(2\), dlatego pełny rozkład to: \[ W(x)=2\left(x-\frac{3}{2}\right)(x-2)(x+2) \]
Przykład 9. Zadanie od początku do końca
pełne rozwiązanie

Znajdź wszystkie pierwiastki wielomianu:

\[ W(x)=x^3-2x^2-5x+6 \]

Musimy najpierw znaleźć jeden pierwiastek wielomianu. Wyraz wolny to \(a_0=6\), więc wypisujemy jego dzielniki:

\[ \pm 1,\ \pm 2,\ \pm 3,\ \pm 6 \]

Sprawdzamy, czy \(1\) jest pierwiastkiem:

\[ \begin{aligned} W(1) &=(1)^3-2\cdot(1)^2-5\cdot(1)+6 \\ &=1-2-5+6 \\ &=0 \end{aligned} \]

Liczba \(1\) jest pierwiastkiem, więc dzielimy wielomian przez \((x-1)\).

\[ \renewcommand{\arraystretch}{1.3} \begin{array}{r|l} x^2-x-6 \quad \\ \hline x^3-2x^2-5x+6 & : (x-1) \\ -x^3+x^2 \quad \quad \quad \quad \\ \hline -x^2-5x \quad \quad \\ x^2-x \quad \quad \\ \hline -6x+6 \\ 6x-6 \\ \hline 0 & \end{array} \]

Otrzymujemy:

\[ W(x)=x^3-2x^2-5x+6=(x-1)(x^2-x-6) \]

Teraz rozkładamy trójmian kwadratowy \(x^2-x-6\). Liczymy deltę:

\[ \begin{aligned} \Delta &= b^2-4ac \\ \Delta &= (-1)^2-4\cdot 1\cdot(-6) \\ \Delta &= 1+24 \\ \Delta &= 25 \end{aligned} \]

Mamy \(\sqrt{\Delta}=5\), więc:

\[ \begin{aligned} x_1&=\frac{-(-1)+5}{2}=\frac{6}{2}=3 \\ x_2&=\frac{-(-1)-5}{2}=\frac{-4}{2}=-2 \end{aligned} \]
Odpowiedź Pierwiastki wielomianu to: \[ 1,\quad 3,\quad -2 \] A wielomian możemy zapisać w postaci: \[ W(x)=(x-1)(x-3)(x+2) \]
Narzędzie

Kalkulator: sprawdź pierwiastek i dzielenie przez \((x-a)\)

Wpisz współczynniki wielomianu trzeciego stopnia \(W(x)=ax^3+bx^2+cx+d\) oraz liczbę \(r\), którą chcesz sprawdzić. Kalkulator obliczy \(W(r)\) i pokaże wynik dzielenia przez \((x-r)\).

Wprowadź dane i kliknij przycisk „Sprawdź”.
Najważniejsze informacje

Podsumowanie lekcji

Rozkład wielomianów polega na takim przekształceniu, aby zamiast sumy otrzymać iloczyn. To bardzo pomaga przy znajdowaniu pierwiastków i rozwiązywaniu równań wielomianowych.

Wyłączanie jednomianu Szukamy wspólnego czynnika we wszystkich wyrazach i zapisujemy go przed nawiasem.
Metoda grupowania Dzielimy wyrazy na grupy tak, aby po wyłączeniu czynników pojawił się wspólny nawias.
Pierwiastek wielomianu Liczba \(a\) jest pierwiastkiem, jeżeli po podstawieniu do wielomianu dostaniemy \(W(a)=0\).
Dzielenie przez dwumian Jeżeli \(W(a)=0\), to wielomian jest podzielny przez \((x-a)\), czyli: \[ W(x)=(x-a)Q(x) \]
Najczęstszy błąd Gdy wielomian ma współczynnik prowadzący różny od \(1\), trzeba go zachować w pełnym rozkładzie. Na przykład: \[ 2x^3-3x^2-8x+12 = 2\left(x-\frac{3}{2}\right)(x-2)(x+2) \] a nie samo: \[ \left(x-\frac{3}{2}\right)(x-2)(x+2) \]