6.4: Факторинг ax² + bx+c при a1
- Page ID
- 58301
У цьому розділі ми продовжуємо враховувати тріноми форми\(ax^2 + bx + c\). В останньому розділі, всі наші приклади були\(a = 1\), і ми були в змозі «падіння на місці» наша обведена ціла пара. Однак в цьому розділі і ми скоро побачимо\(a \neq 1\), що ми не зможемо використовувати техніку «Drop in place». Однак читачам буде приємно дізнатися, що\(ac\) -метод все одно буде застосовуватися.
Приклад\(\PageIndex{1}\)
Фактор:\(2x^2 −7x−15\).
Рішення
Діємо наступним чином:
- Порівняйте\(2x^2 −7x−15\) з\(ax^2 + bx + c\) і ідентифікувати\(a = 2\)\(b = −7\), і\(c = −15\). Зверніть увагу, що провідним коефіцієнтом є\(a = 2\), тому цей випадок відрізняється від усіх випадків, розглянутих у розділі 6.3.
- Розрахувати\(ac\). Зверніть увагу\(ac = (2)(−15)\), що, так\(ac = −30\).
- Перерахуйте всі цілі пари, добуток яких є\(ac =−30\). \[\begin{array}{ll}{1,-30} & {-1,30} \\ {2,-15} & {-2,15} \\ {3,-10} & {-3,10} \\ {5,-6} & {-5,6}\end{array} \nonumber \]
- Обведіть впорядковану пару, сума якої дорівнює\(b =−7\). \[\begin{array}{cc}{1,-30} & {-1,30} \\ {2,-15} & {-2,15} \\ {\color {Red}3,-10} & {-3,10} \\ {5,-6} & {-5,6}\end{array} \nonumber \]
- Зверніть увагу, що якщо ми «впадемо на місце» наша обведена впорядкована пара,\((x+3)(x-10) \neq 2x^2-7x-15\). Право oкажана, добуток термінів в позиції «Перший» не дорівнює\(2x^2\). Замість цього, ми розбиваємо середній член\(2x^2 −7x−15\) на суму подібних термінів, використовуючи нашу обведену пару цілих чисел\(3\) і\(−10\). \[2x^2{\color {Red}-7x}-15 = 2x^2{\color {Red}+3x-10x}-15 \nonumber \]Тепер ми враховуємо групування. Фактор\(x\) з перших двох термінів і\(−5\) з двох двох термінів. \[= x(2x + 3)−5(2x + 3) \nonumber \]Тепер ми можемо перерахувати (2x + 3). \[=(x−5)(2x + 3) \nonumber \]
- Використовуйте ярлик FOIL, щоб подумки перевірити свою відповідь. Для множення\((x−5)(2x + 3)\) скористайтеся наступними кроками:
- Помножте члени в позиціях «Перші»:\(2x^2\).
- Помножте члени в положеннях «Зовнішнє» і «Внутрішнє» і об'єднайте результати подумки:\(3x−10x = −7x\).
- Помножте члени в позиціях «Останній»:\(−15\). Тобто:\[(x-5)(2x+3)=\begin{array}{ccccccc} \color {Red}F & & \color {Red}O & & \color {Red}I & & \color {Red}L \\ 2x^2&+&3x&-&10x&-&15 \end{array} \nonumber \]
Поєднуючи подібні терміни\((x − 5)(2x + 3) = 2x^2 − 7x − 15\), що є оригінальним триноміалом, тому наше рішення перевіряє. Врахуйте, що якщо подумки поєднувати продукти «Зовнішній» і «Внутрішній», перевірка йде ще швидше.
Вправа\(\PageIndex{1}\)
Фактор:\(3x^2 + 13x + 14\)
- Відповідь
-
\((x + 2)(3x + 7)\)
Прискорення речей трохи
Деякі читачі, можливо, вже запитують: «Чи справді мені потрібно перераховувати всі ці замовлені пари, якщо я вже бачу потрібну пару?» Відповідь: «Ні!» Якщо ви бачите потрібну вам пару, використовуйте її, щоб розбити середній термін тріноміалу як суму подібних термінів.
Приклад\(\PageIndex{2}\)
Фактор:\(3x^2 −7x−6\).
Рішення
Порівняйте\(3x^2−7x−6\) з\(ax^2+bx+c\) і зверніть увагу\(a = 3\), що\(b =−7\), і\(c = −6\). Розрахуйте\(ac = (3)(−6)\), так\(ac = −18\). Тепер ви можете думати про цілу пару, чий\(ac = −18\) добуток і чия сума є\(b = −7\)? У деяких пара просто вискакує їм в голову:\(2\) і\(−9\). Розбийте середній термін на суму подібних термінів за допомогою пари\(2\) і\(−9\).
\[\begin{align*} 3x^2{\color {Red}-7x}-6 &= 3x^2{\color {Red}+2x-9x}-6 \quad \color {Red} -7x=2x-9x\\ &= x(3x+2)-3(3x+2) \quad \color {Red} \text {Factor by grouping.}\\ &= (x-3)(3x+2) \quad \color {Red} \text {Factor out} (3x+2). \end{align*} \nonumber \]
Використовуйте ярлик FOIL, щоб перевірити свою відповідь.
\[(x-3)(3x+2)=\begin{array}{ccccccc} \color {Red}F & & \color {Red}O & & \color {Red}I & & \color {Red}L \\ 3x^2&+&2x&-&9x&-&6 \end{array} \nonumber \]
Поєднуючи подібні терміни\((x−3)(3x+2) = 3x^2−7x−6\), оригінальний триноміал. Наше рішення перевіряє. Врахуйте, що якщо подумки поєднувати продукти «Зовнішній» і «Внутрішній», перевірка йде ще швидше.
Вправа\(\PageIndex{2}\)
Фактор:\(2x^2 −9x + 10\)
- Відповідь
-
\((x−2)(2x−5)\)
З іншого боку, деякі читачі можуть сказати: «Ну, потрібна замовлена пара не вискакує мені в голову. Чи є у мене спосіб вирубати роботу?» Відповідь - «Так!» Коли ви перераховуєте впорядковані пари, чий продукт дорівнює\(ac\), пам'ятайте, що вам потрібна впорядкована пара, сума якої дорівнює\(b\). Якщо ви натрапите на потрібну пару, зупиніть процес лістингу і «скиньте» замовлену пару на місце.
Приклад\(\PageIndex{3}\)
Фактор:\(3x^2 −33x + 54\).
Рішення
Порівняйте\(3x^2 −33x + 54\) з\(ax^2 + bx + c\) і зверніть увагу\(a = 3\), що\(b = −33\), і\(c = 54\). Розрахуйте\(ac = (3)(54)\), так\(ac = 162\). Ой! Це велика кількість! Однак почніть перераховувати цілочисельні пари, чиї добуток є\(ac = 162\), але пам'ятайте, що вам потрібна ціла пара, сума якої дорівнює\(b = −33\).
\[\begin{array}{ll}{1,162} \\ {2,81} \\ {3,54} \\ {6,27} & {\color {Red}-6,-27}\end{array} \nonumber\]
Як тільки ми записали пару\(6\) і\(27\), наш розум сказав «сума\(6\) і\(7\) є»\(33\). Однак, нам потрібно сума дорівнює\(b = −33\), тому ми в коробці\(−6\) і\(−27\) замість цього. Далі ми розбиваємо середній термін на суму подібних термінів, використовуючи нашу обведену пару.
\[\begin{align*} 3x^2{\color {Red}-33x}-54 &= 3x^2{\color {Red}-6x-27x}-54 \quad \color {Red} -33x=-6x-27x\\ &= 3x(x-2)-27(x-2) \quad \color {Red} \text {Factor by grouping.}\\ &= (3x-27)(x-2) \quad \color {Red} \text {Factor out} (x-2). \end{align*} \nonumber\]
Ой-ой! Тепер ми розуміємо, що ми можемо враховувати кожен термін у першому факторі!\(3\)
\[= 3(x−9)(x−2) \nonumber \]
Ми пропустили виймання\(\mathrm {GCF}\)! Давайте спробуємо ще раз, тільки цього разу давайте зробимо те, що ми завжди повинні робити на першому кроці: Фактор з\(\mathrm {GCF}\).
\[3x^2 −33x + 54 = 3(x^2 −11x + 18) \nonumber \]
Порівнюючи\(x^2 − 11x + 18\) з\(ax^2 + bx + c\), ми бачимо\(a = 1\), що\(b = −11\), і\(c = 18\). Нам потрібна ціла пара, добуток якої\(ac = 18\) і чия сума дорівнює\(b = −11\). Зверніть увагу, що ці цифри значно менші, ніж числа, з якими ми мали справу, коли ми забули спочатку перерахувати\(\mathrm {GCF}\). Оскільки числа менше, ціла пара\(−9\) і\(−2\) легко приходить на розум. Крім того, тому що\(a = 1\), ми можемо фактор, просто скинувши цілу пару\(−9\) і\(x^2 − 11x + 18\) на\(−2\) місці.
\[3(x2 −11x + 18) = 3(x−9)(x−2) \nonumber \]
Набагато простіше рішення!
Вправа\(\PageIndex{3}\)
Фактор:\(5x^2 −35x−40\)
- Відповідь
-
\(5( x−8)(x + 1)\)
У прикладі ми побачили\(\PageIndex{3}\), наскільки складніше ми зробили проблему, забувши спочатку перерахувати найбільший загальний фактор (\(\mathrm {GCF}\)). Давайте спробуємо не зробити цю помилку знову.
Перше правило факторингу
Першим кроком у факторингу будь-якого полінома є врахування найбільшого спільного фактора.
Приклад\(\PageIndex{4}\)
Фактор:\(30x^3 −21x^2 −18x\).
Рішення
Зверніть увагу, що\(\mathrm {GCF}\)\(30x^3\) of\(21x^2\), і\(18x\) є\(3x\). Фактор це\(\mathrm {GCF}\).
\[\begin{align*} 30x^3-21x^2-18x &= {\color{Red}3x}\cdot 10x^2-{\color{Red}3x}\cdot 7x -{\color{Red}3x}\cdot 6\\ &= {\color{Red}3x}(10x^2-7x-6) \end{align*} \nonumber \]
Далі порівняємо\(10x^2 −7x−6\) з\(ax^2 + bx + c\) і відзначаємо\(a = 10\), що\(b =−7\), і\(c = −6\). Почніть перераховувати цілочисельні пари\(ac = −60\), чиї добуток, але пам'ятайте, що вам потрібна ціла пара, сума якої дорівнює\(b = −7\).
\[\begin{array}{ll}{1,-60} \\ {2,-30} \\ {3,-20} \\ {4,-15} \\ {\color {Red}5,-12}\end{array} \nonumber\]
Розбийте середній термін на суму подібних термінів, використовуючи нашу обведену пару.
\[\begin{align*} 3x(10x^2-7x-6) &= 3x(10x^2+5x-12x-18) \quad \color {Red} -7x=5x-12x\\ &= 3x[5x(2x+1)-6(2x+1)] \quad \color {Red} \text {Factor by grouping.}\\ &= 3x(5x-6)(2x+1) \quad \color {Red} \text {Factor out} (2x+1). \end{align*} \nonumber\]
Отже,\(30x^3 −21x^2 −18x =3x(5x−6)(2x + 1)\).
Перевірка: Спочатку використовуйте ярлик FOIL, щоб помножити два біноміальні множники, а потім розподілити мономіальний коефіцієнт.
\[\begin{align*} 3x(5x-6)(2x + 1) &= 3x(10x^2-7x-6) \quad \color {Red} \text {Apply the FOIL shortcut}\\ &= 3x^3-21x^2-18x \quad \color {Red} \text {Distribute the } 3x. \end{align*} \nonumber\]
Оскільки це оригінальний многочлен, рішення перевіряє.
Вправа\(\PageIndex{4}\)
Фактор:\(12x^4 +2x^3 −30x^2\)
- Відповідь
-
\(2x^2(3x+5)(2x−3)\)
Нелінійні рівняння переглянуті
Давайте використаємо метод факторингу цієї глави для розв'язання деяких нелінійних рівнянь.
Приклад\(\PageIndex{5}\)
Вирішіть рівняння\(2x^2 = 13 x−20\) як алгебраїчно, так і графічно, а потім порівняйте свої відповіді.
Рішення
Оскільки існує сила х більше одиниці, рівняння нелінійне. Зробіть одну сторону рівною нулю.
\[\begin{align*} 2x^2 &= 13x-20 \quad \color {Red} \text {Original equation}\\2x^2-13x+20 &= 0 \quad \color {Red} \text {Make one side zero.} \end{align*} \nonumber\]
Порівняйте\(2x^2 −13x + 20\) з\(ax^2 + bx + c\) і зверніть увагу\(a = 2\), що,\(b = −13\) і\(c = 20\). Нам потрібна ціла пара, добуток якої\(ac = 40\) і чия сума дорівнює\(b = −13\). Ціла пара\(−5\) і\(−8\) приходить на розум. Запишіть середній член як суму подібних термінів, використовуючи цю пару.
\[\begin{align*} 2x^2-5x-8x+20 &= 0 \quad \color {Red} -13x=-5x-8x\\x(2x-5)(2x-5) &= 0 \quad \color {Red} \text {Factor by grouping.}\\(x-4)(2x-5) &= 0 \quad \color {Red} \text {Factor out } 2x-5 \end{align*} \nonumber\]
У нас є добуток, який дорівнює нулю. Використовуйте властивість нульового продукту, щоб завершити рішення.
\[\begin{align*} x-4 &= 0 \\x & = 4 \end{align*} \nonumber\]
або
\[\begin{align*} 2x-5 &= 0 \\2x & = 5\\x & = \dfrac{5}{2} \end{align*} \nonumber\]
Таким чином, рішення\(2x^2 = 13x−20\) є\(x = 4\) і\(x =5 /2\).
Графічне рішення:
Завантажте кожну сторону рівняння\(2x^2 = 13x−20\) в меню Y = вашого графічного калькулятора,\(y =2x^2\) в\(\mathbb{Y1}\),\(y = 13 x−20\) в\(\mathbb{Y2}\)
(Див. Малюнок\(\PageIndex{1}\)). Виберіть 6:ZStandard в меню ZOOM, щоб створити зображення зліва на малюнку 6.18. Однак навіть після налаштування параметрів WINDOW (\(\mathbb{Xmin} =−10\),,\(\mathbb{Xmax} = 10\)\(\mathbb{Ymin} = −10\), і\(\mathbb{Ymax} = 60\)) зображення, отримане в результаті натискання кнопки GRAPH (див. Зображення праворуч на малюнку\(\PageIndex{1}\)) не показує чітко дві точки перетину.

Давайте переключимо нашу стратегію і попрацюємо з рівнянням\(2x2 −13x + 20 = 0 \) замість цього. Завантажте\(y =2x^2 − 13x + 20\)\(\mathbb{Y1}\) в меню Y=, а потім виберіть 6:ZStandard з меню ZOOM, щоб створити зображення праворуч на малюнку\(\PageIndex{2}\).

Щоб знайти рішення\(2x^2−13x+20 = 0\), ми повинні ідентифікувати\(x\) -перехоплення графіка на малюнку\(\PageIndex{1}\). Виберіть 2: нуль у меню CALC, а потім перемістіть стрілки вліво та вправо =, щоб перемістити курсор ліворуч від першого\(x\) перехоплення. Натисніть ENTER, щоб позначити «Ліва межа», потім перемістіть курсор праворуч від\(x\) -intercept і натисніть ENTER, щоб позначити «Праворуч». Нарешті, натисніть ENTER, щоб використати поточне положення курсора для вашого «Вгадати». Результат показаний на зображенні зліва на малюнку\(\PageIndex{3}\). Повторіть процес, щоб знайти крайній правий\(x\) -перехоплення. Результат показаний на зображенні праворуч на малюнку\(\PageIndex{3}\).

Повідомлення про рішення по домашньому завданню:
Дублюйте зображення у вікні перегляду калькулятора на сторінці домашнього завдання. Використовуйте лінійку, щоб намалювати всі лінії, але від руки будь-які криві.
- Позначте горизонтальну і вертикальну\(x\) осі і\(y\) відповідно (див. Рис.\(\PageIndex{4}\)).
- Розмістіть параметри WINDOW в кінці кожної осі (див. Рис.\(\PageIndex{4}\)).
- Позначте графік його рівнянням (див. Рис.\(\PageIndex{4}\)).
- Пропустіть пунктирні вертикальні лінії через кожну\(x\) -перехоплення. Затіньте та позначте\(x\) -значення точок, де пунктирна вертикальна лінія перетинає\(x\) вісь -. Це розв'язки рівняння\(2x^2 − 13x + 20 = 0\) (див. Рис.\(\PageIndex{4}\)).

Нарешті, зверніть увагу на те, як графічні рішення\(2x^2−13x+20=0\), а саме\(x =2.5\) і\(x = 4\), відповідають розв'язкам\(x =5 /2\) і\(x = 4\) знайденим за допомогою алгебраїчного методу. Це є вагомим доказом того, що обидва способи вирішення є правильними. Однак не завадить перевірити остаточні відповіді у вихідному рівнянні, підставляючи\(x\) і\(5/2\)\(4\) для\(x\).
\ [\ почати {вирівнювати*}
2x^2 &= 13x-20\\
2\ ліворуч (\ dfrac {5} {2}\ праворуч) ^2 & = 13\ ліворуч (\ dfrac {5} {2}\ праворуч) -20\\
2\ ліворуч (\ dfrac {25} {4}\ праворуч) & = 13\ ліворуч (\ dfrac {5} {2}\ праворуч) -20
\\ dfrac {25} {2} & =\ dfrac {65} {2} -\ dfrac {40} {2}
\ end {вирівнювати*}\ nonumber\]
і
\[\begin{align*} 2x^2 &= 13x-20 \\ 2(4)^2 & = 13(4) -20\\ 2(16) & = 13(4) -20\\ 32 & = 52 - 20 \end{align*} \nonumber\]
Оскільки останні два твердження є істинними твердженнями, рішення\(x =5 /2\) і\(x = 4\) перевіряють у вихідному рівнянні\(2x^2 = 13x−20\).
Вправа\(\PageIndex{5}\)
Вирішіть рівняння\(5x^2 = 12x + 9\) як алгебраїчно, так і графічно, а потім порівняйте свої відповіді.
- Відповідь
-
\(-3/5\),\(3\)
Приклад\(\PageIndex{6}\)
Вирішіть рівняння\(2x^3 + x^2 = 28x\) як алгебраїчно, так і графічно, а потім порівняйте свої відповіді.
Рішення
Оскільки існує сила х більше одиниці, рівняння нелінійне. Зробіть одну сторону рівною нулю.
\[\begin{align*} 2x^3+x^2 &= 28x \quad \color {Red} \text {Original equation}\\2x^3+x^2-28x &= 0 \quad \color {Red} \text {Make one side zero.} \end{align*} \nonumber\]
Зверніть увагу, що\(\mathrm {GCF}\)\(2x^3\) of\(x^2\), і\(28x\) є\(x\). Фактор вихід\(x\).
\[x(2x^2 + x−28) = 0 \quad \color {Red} \text {Factor out the GCF} \nonumber \]
Порівняйте\(2x^2+x−28\) з\(ax^2+bx+c\) і зверніть увагу\(a = 2\), що,\(b = 1\) і\(c = −28\). Нам потрібна ціла пара, добуток якої\(ac = −56\) і чия сума дорівнює\(b = 1\). Ціла пара\(−7\) і\(8\) приходить на розум. Запишіть середній член як суму подібних термінів, використовуючи цю пару.
\[\begin{align*} x(2x^2-7x+8x-28) &= 0 \quad \color {Red} x=-7x+8x\\x[x(2x-7)+4(2x-7)] &= 0 \quad \color {Red} \text {Factor by grouping.}\\x(x+4)(2x-7) &= 0 \quad \color {Red} \text {Factor out } 2x-7. \end{align*} \nonumber\]
У нас є добуток трьох факторів, що дорівнює нулю. За властивістю нульового добутку хоча б один з факторів повинен дорівнювати нулю.
\[x=0 \nonumber \]
або
\[\begin{align*} x+4 &= 0 \\x & = -4 \end{align*} \nonumber\]
або
\[\begin{align*} 2x-7 & = 0 \\ 2x & = 7\\ x & = \dfrac{7}{2} \end{align*} \nonumber\]
Таким чином, рішення\(2x^3 + x^2 = 28x\) є\(x = 0\)\(x =−4\), і\(x =7 /2\).
Графічне рішення:
Замість того\(2x^3+x^2 = 28x\), щоб працювати з, графікувати кожну сторону окремо і знайти, де графіки перетинаються, ми будемо працювати замість того\(2x^3 + x^2 − 28x = 0\), щоб знайти, де графік\(y =2x^3 + x^2 − 28x\) перетинає\(x\) -вісь. Завантажте\(y =2x^3 + x^2 −28x\)\(\mathbb{Y1}\) в меню Y=, а потім виберіть 6:ZStandard з меню ZOOM, щоб створити зображення праворуч на малюнку\(\PageIndex{5}\).

На зображенні праворуч на малюнку ми побачили\(\PageIndex{6}\), як графік піднімається з нижньої частини екрана, залишаємо верхню частину екрана, повертаємося і залишаємо через нижню частину екрана, а потім, нарешті, повернутися і залишити через верхню частину екрана. Зрозуміло, що є принаймні дві поворотні точки графіка, які не видно в поточному вікні перегляду. Встановіть параметри WINDOWS, як показано на зображенні зліва на малюнку\(\PageIndex{6}\), а потім натисніть кнопку GRAPH, щоб створити зображення праворуч на малюнку\(\PageIndex{6}\). Зауважте, що це вікно тепер показує\(x\) -перехоплення, а також поворотні точки графіка многочлена.

Щоб знайти рішення\(2x^3 + x2 −28x = 0\), ми повинні ідентифікувати\(x\) -перехоплення графіка на малюнку\(\PageIndex{6}\). Виберіть 2: нуль у меню CALC, а потім за допомогою клавіш зі стрілками вліво та вправо перемістіть курсор ліворуч від першого\(x\) перехоплення. Натисніть ENTER, щоб позначити «Ліва межа», потім перемістіть курсор праворуч від\(x\) -intercept і натисніть ENTER, щоб позначити «Праворуч». Нарешті, натисніть ENTER, щоб використати поточне положення курсора для вашого «Вгадати». Результат показаний на першому зображенні зліва на малюнку\(\PageIndex{7}\). Повторіть процес, щоб знайти інші\(x\) -перехоплення. Результати показані на наступних двох зображеннях на рис\(\PageIndex{7}\).

Повідомлення про рішення по домашньому завданню:
Дублюйте зображення у вікні перегляду калькулятора на сторінці домашнього завдання. Використовуйте лінійку, щоб намалювати всі лінії, але від руки будь-які криві.
- Позначте горизонтальну і вертикальну\(x\) осі і\(y\) відповідно (див. Рис.\(\PageIndex{8}\)).
- Розмістіть параметри WINDOW в кінці кожної осі (див. Рис.\(\PageIndex{8}\)).
- Позначте графік його рівнянням (див. Рис.\(\PageIndex{8}\)).
- Пропустіть пунктирні вертикальні лінії через кожну\(x\) -перехоплення. Затіньте та позначте\(x\) -значення точок, де пунктирна вертикальна лінія перетинає\(x\) вісь -. Це розв'язки рівняння\(2x^3 + x^2 −28x = 0\) (див. Рис.\(\PageIndex{8}\)).

Нарешті, зверніть увагу на те, як графічні рішення\(2x^3+x^2−28x = 0\)\(x =−4\), а саме\(x = 0\), і\(x =3.5\), збігаються з\(x = 0\) розв'язками\(x = −4\), і\(x =7 /2\) знайдені за допомогою алгебраїчного методу.
Вправа\(\PageIndex{6}\)
Вирішіть рівняння\(4x^3 = −x^2 + 14x\) як алгебраїчно, так і графічно, а потім порівняйте свої відповіді.
- Відповідь
-
\(−2\),\(0\),\(7/4\)