5.5: Ділильні многочлени
Цілі навчання
- Використовуйте довге ділення для поділу многочленів.
- Використовуйте синтетичне ділення для поділу поліномів.
Зовнішній вигляд Меморіалу Лінкольна у Вашингтоні, округ Колумбія, являє собою велику прямокутну тверду61.5 речовину довжиною метрів (м), шириною40 м та висотою30 м.1
Ми легко можемо знайти обсяг, використовуючи елементарну геометрію.
V=l⋅w⋅h=61.5⋅40⋅30=73,800
Так обсяг дорівнює73,800 кубічним метрам (m3).

Припустимо, ми знали обсяг, довжину і ширину. Ми могли б розділити, щоб знайти висоту.
h=Vl⋅w=73,80061.5⋅40=30
Як ми можемо підтвердити з розмірів вище, висота 30 м Ми можемо використовувати аналогічні методи, щоб знайти будь-який з відсутніх розмірів. Ми також можемо використовувати той самий метод, якщо будь-яке або всі вимірювання містять змінні вирази. Наприклад, припустимо, що обсяг прямокутного твердого тіла задається многочленом3x4−3x3−33x2+54x. Довжина твердого тіла задається по3x; ширина задається поx−2.
Щоб знайти висоту твердого тіла, ми можемо використовувати поліноміальне ділення, яке є фокусом цього розділу.
Використання довгого ділення для поділу многочленів
Ми знайомі з алгоритмом поділу довгих для звичайної арифметики. Починаємо з поділу на цифри дивідендів, які мають найбільше місце значення. Ділимо, множимо, віднімаємо, включаємо цифру в наступне місце значення позиції, і повторюємо. Наприклад, давайте розділимо 178 на 3, використовуючи довге ділення.
Ще один спосіб подивитися на рішення - це сума частин. Це повинно виглядати звично, оскільки це той самий метод, який використовується для перевірки ділення в елементарній арифметиці.
dividend=(divisor⋅quotient)+remainder178=(3⋅59)+1=177+1=178
Ми називаємо це алгоритмом поділу і обговоримо його більш формально, подивившись на приклад.
Поділ многочленів, що містять більше одного члена, має подібність до довгого ділення цілих чисел. Ми можемо записати поліноміальний дивіденд як добуток дільника, а частка додається до залишку. Умови поліноміального поділу відповідають цифри (і значення місця) цілого числового ділення. Цей метод дозволяє розділити два многочлена. Наприклад, якби ми ділили за2x3−3x2+4x+5x+2 допомогою алгоритму довгого ділення, це виглядало б так:
\ [\ require {enclose}\ begin {масив} {rll}\ великий x+2\ inclose {longdiv} {2x^3-3x^2+4x+5\ фантом {0}} &
\ qquad &\ large2x^3\ текст {розділений на} х\ текст {є} 2x^2.\\ [-3pt]
\ великий x+2\ inclose { longdiv} {2x^3-3x^2+4x+5\ фантом {0}} &\ qquad &\\
\ [8pt]\ великий 2x^2\ hпробіл {5.45em} &\ qquad\\ [-3pt]
\ великий x+2\ вкласти {2x^3-3x^2+4x+5\ фантом {0}} &\ qquad\\ [[-3pt]
\ великий\ підкреслення {-\ ліворуч (2x^3 + 4x^2\ праворуч)}\ hspace {4.9em} & \ qquad &\ великий\ текст {Множення} x+2\ текст {на} 2x^2\ текст {і відніміть.}\\ [-3pt]
\ великий -7x^2+4x\ hspace {2.8em} &\ qquad &\ великий\ текст {Збити наступний термін.}\\ [8pt]
\ великий 2x^2 - 7x\ hspace {2.85em}\ qquad &\ великий -7x^2\ текст {розділений на} x\ текст {is} -7x.\\ [-3pt]
\ великий x+2\ вкласти {longdiv} {2x^3-3x^2+4x+5\ фантом {0}} &\ qquad\\ [-3pt]
\ великий\ підкреслення {-\ ліворуч (2x^3 + 4x^2\ праворуч)}\ hspace {4.9em} &\ qquad\\\ [-3* pt]
\ великий -7x^2+4x\ hspace {2.8em} &\ qquad &\\ [-3pt]
\ великий\ підкреслення {-\ ліворуч (-7x^2 - 14x\ праворуч)}\ hspace {2.0em} &\ qquad &\ великий\ текст {Множення} x+2\ текст {на} -7x.\\ [-3pt]
\ великий 18x+5\ фантом {0} &\ qquad &\ великий\ текст {Відніміть і збити наступний термін.}\ [8pt]
\ великий 2x^2 - 7х+18 &\ qquad &\ великий 18x\ текст {розділений на} х\ текст {є} 18.\\ [-3pt]
\ великий x+2\ вкласти {longdiv} {2x^3-3x^2+4x+5\ фантом {0}} &\ qquad &\\ [-3pt]
\ великий\ підкреслення {-\ лівий (2x^3+ 4x^2\ праворуч)}\ hspace 4.9em} &\ qquad &\\ [-3pt]
\ великий -7x^2+4x\ hspace {2.8 em} &\ qquad &\\ [-3pt]
\ великий\ підкреслення {-\ лівий (-7x^2 - 14x\ праворуч)}\ hspace {2.0em} &\ qquad &\\ [-3pt]
\ великий 18x+\ фантом {0} 5 &\ qquad &\\ [-3pt]
\ великий\ підкреслення {-\ лівий (18x + 36\ право)}\ hspace {-0.45em} &\ qquad &\ великий\ текст {Множення} x+2\ текст {на} 18.\\ [-3pt]
\ великий -31 &\ qquad &\ великий\ текст {Відняти.}\\ [8pt]
\ end {масив}\ nonumber\]
Ми знайшли
2x3−3x2+4x+5x+2=2x2−7x+18−31x+2
або
2x3−3x2+4x+5=(x+2)(2x2−7x+18)−31
Ми можемо визначити дивіденд, дільник, частку та залишок.
Написання результату таким чином ілюструє алгоритм поділу.
Алгоритм поділу
Алгоритм поділу стверджує, що, враховуючи поліноміальний дивідендf(x) і ненульовий поліноміальний дільник,d(x) де ступінь менше або дорівнює ступеняf(x), існують унікальні поліномиq(x) іr(x) такі, щоd(x)
f(x)=d(x)q(x)+r(x)
q(x)є часткою іr(x) є залишком. Залишок або дорівнює нулю, або має ступінь строго меншеd(x).
Якщоr(x)=0, тоd(x) поділяє рівномірно наf(x). Це означає, що в даному випадку обидваd(x) іq(x) є факторамиf(x).
Задано многочлен та біном, використовуйте довге ділення, щоб розділити многочлен на біном
- Налаштуйте проблему поділу.
- Визначте перший член частки шляхом ділення провідного члена дивіденду на провідний член дільника.
- Помножте відповідь на дільник і запишіть його нижче аналогічних термінів дивіденду.
- Відніміть нижній біном від верхнього біном.
- Збити наступний термін дивідендів.
- Повторюйте кроки 2—5 до досягнення останнього терміну дивідендів.
- Якщо залишок ненульовий, виражаємо як дріб, використовуючи дільник як знаменник.
Приклад5.5.1: Using Long Division to Divide a Second-Degree Polynomial
Розділити5x2+3x−2 наx+1.
Рішення
Коефіцієнт є5x−2. Залишок дорівнює 0. Пишемо результат як
5x2+3x−2x+1=5x−2
або
5x2+3x−2=(x+1)(5x−2)
Аналіз
Ця задача поділу мала залишок 0. Це говорить нам про те, що дивіденд ділиться рівномірно на дільник, і що дільник є коефіцієнтом дивідендів.
Приклад5.5.2: Using Long Division to Divide a Third-Degree Polynomial
Розділити6x3+11x2−31x+15 на3x−2.
Рішення
\ [\ вимагають {вкласти}\ почати {масив} {rll}
\ великий 2x^2 +\ фантом {0} 5x-\ фантом {0} 7 &\ qquad &\ великий 6x^3\ текст {розділений на} 3x\ текст {є} 2x^2.\\ [-3pt]
\ великий 3x-2\ вкласти {longdiv} {6x^3+x2 ^2-31x+15} &\ qquad &\\ [-3pt]
\ великий\ підкреслення {-\ лівий (6x^3 - 4x^2 \ право)}\ hspace {5.8em} &\ qquad &\ великий\ текст {Множення} 3x-2\ текст {на} 2x^2.\\ [-3pt]
\ великий 15x^2-31x\ hspace {3.0em} &\ qquad &\ великий\ текст {Відніміть. Збити наступний член.} 15x^2\ текст {розділений на} 3x\ text {є} 5x.\\ [-3pt]
\ великий\ підкреслення {-\ лівий (15x^2 - 10x\ праворуч)}\ hspace {2.5em} &\ qquad &\ великий\ текст {множити} 3x-2\ текст {на} 5x.\\ [-3pt]
\ великий 21x+15\ hspace {0.5em} &\ qquad &\ великий\ текст {Відняти. Збити наступний член.} -21x\ текст {розділений на} 3x\ text {є} -7.\\ [-3pt]
\ великий\ підкреслення {-\ ліворуч (-21x + 14\ праворуч)}\ hspace {0.1em} &\ qquad &\ великий\ текст {множити} 3x-2\ текст {на} -7.\\ [-3pt]
\ великий 1\ hx пробіл {0.5em} &\ qquad &\ великий\ текст {Відняти. Залишок дорівнює 1.}\\ [8pt]
\ end {масив}\ nonumber\]
Є залишок 1. Ми можемо висловити результат у вигляді:
6x3+11x2−31x+153x−2=2x2+5x−7+13x−2
Аналіз
Ми можемо перевірити нашу роботу за допомогою алгоритму поділу, щоб переписати рішення. Потім розмножуємо.
(3x−2)(2x2+5x−7)+1=6x3+11x2−31x+15
Зверніть увагу, як ми пишемо наш результат,
- дивіденд6x3+11x2−31x+15
- дільник3x−2
- частка2x2+5x−7
- залишок -1
Спробуйте! 5.5.2
Розділити16x3−12x2+20x−3 на4x+5.
- Рішення
-
4x2−8x+15−784x+5
Використання синтетичного ділення для поділу поліномів
Як ми бачили, довгий поділ многочленів може включати багато кроків і бути досить громіздким. Синтетичне ділення - це стенографічний метод ділення многочленів для окремого випадку ділення на лінійний коефіцієнт, провідний коефіцієнт якого дорівнює1.
Для ілюстрації процесу нагадаємо приклад на початку розділу.
Розділіть2x3−3x2+4x+5 заx+2 допомогою алгоритму поділу довгих.
Остаточна форма процесу виглядала так:
\ [\ вимагають {вкласти}\ почати {масив} {rl}\ великий 2x^2 - 7x+18 &\\ [-3pt]
\ великий x+2\\ вкласти {longdiv} {2x^3-3x^2+4x+5\ фантом {0}} &\\ [-3pt]
\ великий\ підкреслення {-\ ліворуч (2x^3 + 4x^2\ праворуч)\\ h пробіл {4.9em} &\\ [-3pt]
\ великий -7x^2+4x\ hspace {2.8em} &\\\ [-3pt]
\ великий\ підкреслення {-\ ліворуч (-7x^2 - 14x\ праворуч)}\ hspace {2.0em} &\\ [-3pt]
\ великий 18x+\ фантом {0} 5 &\\ [-3pt]
\ великий\ підкреслення {-\ ліворуч (18x + 36\ праворуч)}\ hspace {-0.45em} &\\ [-3pt]
\ великий -31 &\\ [8pt]
\ кінець {масив}\ nonumber \]
У таблиці багато повторень. Якщо ми не запишемо змінні, а замість цього вибудовуємо їх коефіцієнти в стовпці під знаком ділення, а також усуваємо часткові добутки, у нас вже є простіша версія всієї проблеми.
Синтетичне поділ несе таке спрощення ще на кілька кроків. Згорніть таблицю, перемістивши кожен з рядків вгору, щоб заповнити всі вільні місця. Також замість ділення на 2, як ми б при діленні цілих чисел, потім множимо і віднімаємо середній твір, змінюємо знак «дільника» на —2, множимо і складаємо. Процес починається зі збивання провідного коефіцієнта.
Потім множимо його на «дільник» і додаємо, повторюючи цей процес стовпець за стовпцем, поки не залишиться ніяких записів. Нижній рядок представляє коефіцієнти частки; останній запис нижнього ряду - залишок. У цьому випадку частка є,2x2–7x+18 а решта -–31. Процес буде зрозумілішим у прикладі5.5.3.
Синтетичний поділ
Синтетичне ділення - це ярлик, який може бути використаний, коли дільник є біноміальним за формоюx−k. При синтетичному поділі в процесі ділення використовуються тільки коефіцієнти.
За даними двох поліномів використовуйте синтетичне ділення для поділу
- Запишітьk для дільника.
- Напишіть коефіцієнти дивідендів.
- Знизити коефіцієнт свинцю.
- Помножте коефіцієнт відведення наk. Запишіть товар в наступну графу.
- Додайте терміни другого стовпця.
- Помножте результат наk. Запишіть товар в наступну графу.
- Повторіть кроки 5 і 6 для інших стовпчиків.
- Використовуйте нижні цифри, щоб написати частку. Число в останньому стовпці є залишком і має ступінь 0, наступне число праворуч має ступінь 1, наступне число праворуч має ступінь 2, і так далі.
Приклад5.5.3: Using Synthetic Division to Divide a Second-Degree Polynomial
Використовуйте синтетичне поділ, щоб розділити5x2−3x−36 наx−3.
Рішення
Почніть з налаштування синтетичного поділу. Напишітьk і коефіцієнти.
Збити коефіцієнт свинцю. Помножте коефіцієнт відведення наk.
Продовжуйте, додаючи цифри у другому стовпці. Помножте отримане числоk на.Запишіть результат в наступний стовпець. Потім складіть цифри в третьому стовпці.
Результат є5x+12. Залишок дорівнює 0. Такx−3 і коефіцієнт початкового многочлена.
Аналіз
Так само, як і при довгому діленні, ми можемо перевірити нашу роботу, помноживши частку на дільник і додаючи залишок.
(x−3)(5x+12)+0=5x2−3x−36
Приклад5.5.4: Using Synthetic Division to Divide a Third-Degree Polynomial
Використовуйте синтетичне поділ, щоб розділити4x3+10x2−6x−20 наx+2.
Рішення
Біноміальний дільникx+2 такk=−2. Додайте кожен стовпець, помножте результат на —2 і повторюйте, поки не буде досягнутий останній стовпець.
\ [\ large {\ begin {масив} {c} -2\\\\\\ кінець {масив}} {
\ begin
{align*} &\\ [0pt]
& {\ begin {масив} {r|}\\ [0pt]\ [0pt]\ end {масив}
\\ [1pt] &\\ end {align*}}\\ [1pt]
&\\ end {align*}}\ [1pt] &\\ end {align*}\! \!
{\ begin {масив} {rrrr}
1 & -1 & -11
& 18\\ & 2 & -18\\
\ hline 1 & 1 & -9 & 0
\ кінець {масив}}
\ nonumber\]
Результат є4x2+2x−10.
Залишок дорівнює 0. Таким чином,x+2 є фактором4x3+10x2−6x−20.
Аналіз
Графік функції полінома наf(x)=4x3+10x2−6x−20 малюнку5.5.2 показує нуль атx=k=−2. Це підтверджує, щоx+2 є фактором4x3+10x2−6x−20.

Приклад5.5.5: Using Synthetic Division to Divide a Fourth-Degree Polynomial
Використовуйте синтетичне поділ, щоб розділити−9x4+10x3+7x2−6 наx−1.
Рішення
Зверніть увагу, що немаєx -термін. Ми будемо використовувати нуль як коефіцієнт для цього терміну.
\ [\ large {\ begin {масив} {c} 1\\\\\ кінець {масив}} {
\ почати {вирівнювати*}
&\\ [0pt] & {\ begin {масив} {r|}\\ [0pt]
\ [0pt]\ [0pt]\ end {масив}
\\ [1pt] &\\ end {align*}}\\ [1pt]
&\\ end {align*}}\ [1pt] &\\ end {align*}\! \!
{\ begin {масив} {rrrrr}
-9 & 10 & 7 & 0 &-6\\
& -9 & 1 & 8\\\ hline -9\
\\ рядок -9 & 1 & 1 & 1 & 1 & 8 & 2
\ кінець {масив}}
\ nonumber\]
Результат є−9x3+x2+8x+8+2x−1.
Спробуйте! 5.5.3
Використовуйте синтетичне поділ, щоб розділити3x4+18x3−3x+40 наx+7.
- Рішення
-
3x3−3x2+21x−150+1090x+7
Використання поліноміального поділу для розв'язання прикладних задач
Поліноміальне ділення може бути використано для вирішення різноманітних прикладних задач, що включають вирази для площі та обсягу. Ми розглянули додаток на початку цього розділу. Тепер ми вирішимо цю проблему в наступному прикладі.
Приклад5.5.6: Using Polynomial Division in an Application Problem
Обсяг прямокутного твердого тіла задається многочленом3x4−3x3−33x2+54x. Довжина твердого тіла задається,3x а ширина задаєтьсяx−2. Знайдіть висотуh твердого тіла.
Рішення
Є кілька способів підходу до цієї проблеми. Нам потрібно розділити вираз для обсягу твердого тіла на вирази для довжини і ширини. Створимо ескіз, як на малюнку5.5.3. Нехайh дорівнює висоті коробки.

Тепер ми можемо записати рівняння, підставивши відомі значення в формулу об'єму прямокутного твердого тіла.
V=l⋅w⋅h3x4−3x3−33x2+54x=3x⋅(x−2)⋅h
Щоб вирішити дляh, спочатку розділіть обидві сторони на3x.
3x⋅(x−2)⋅h3x=3x4−3x3−33x2+54x3x
(x−2)h=x3−x2−11x+18x−2
Тепер вирішуйте заh допомогою синтетичного поділу.
h=x3−x2−11x+18x−2
\ [\ large {\ begin {масив} {c} -2\\\\\\ кінець {масив}} {
\ begin
{align*} &\\ [0pt]
& {\ begin {масив} {r|}\\ [0pt]\ [0pt]\ end {масив}
\\ [1pt] &\\ end {align*}}\\ [1pt]
&\\ end {align*}}\ [1pt] &\\ end {align*}\! \!
{\ begin {масив} {rrrr}
1 & -1 & -11
& 18\\ & 2 & -18\\
\ hline 1 & 1 & -9 & 0
\ кінець {масив}}
\ nonumber\]
Частка є,x2+x−9 а залишок -0. Висота твердого тіла єx2+x−9.
Спробуйте! 5.5.4
Площа прямокутника задається значенням3x3+14x2−23x+6. Ширина прямокутника задається за допомогоюx+6. Знайдіть вираз для довжини прямокутника.
- Рішення
-
3x2−4x+1
Ключові рівняння
Алгоритм поділуf(x)=d(x)q(x)+r(x) деq(x)≠0
Ключові поняття
- Поліноміальне довге ділення може бути використано для поділу многочлена на будь-який многочлен з рівним або нижчим ступенем.
- Алгоритм поділу говорить нам, що поліноміальний дивіденд може бути записаний як добуток дільника, а частка додається до залишку.
- Синтетичне ділення - це ярлик, який може бути використаний для поділу многочлена на біном у виглядіx−k.
- Поліноміальне поділ може бути використано для вирішення прикладних задач, включаючи площу та об'єм.
Виноски
1Служба національних парків. «Статистика будівлі Меморіалу Лінкольна». www.nps.gov/linc/historycultu... statistics.htm. Доступ до 04.03.2014
Глосарій
Алгоритм поділу
заданий поліноміальний дивідендf(x) і ненульовий поліноміальний дільник,d(x) де ступінь менше або дорівнює ступеняf(x), існують унікальні поліномиq(x) іr(x) такі, щоf(x)=d(x)q(x)+r(x) деq(x)r(x) частка і єd(x) залишок. Залишок або дорівнює нулю, або має ступінь строго меншеd(x).
синтетичне поділ
метод швидкого доступу, який може бути використаний для поділу многочлена на біном формиx−k