Или, строго, - конечная формальная сумма вида
∑ I c I x 1 i 1 x 2 i 2 ⋯ x n i n {\displaystyle \sum _{I}c_{I}x_{1}^{i_{1}}x_{2}^{i_{2}}\cdots x_{n}^{i_{n}}} , гдеВ частности, многочлен от одной переменной есть конечная формальная сумма вида
c 0 + c 1 x 1 + ⋯ + c m x m {\displaystyle c_{0}+c_{1}x^{1}+\dots +c_{m}x^{m}} , гдеС помощью многочлена выводятся понятия алгебраическое уравнение и алгебраическая функция .
1 / 5
Изучение полиномиальных уравнений и их решений составляло едва ли не главный объект «классической алгебры».
С изучением многочленов связан целый ряд преобразований в математике: введение в рассмотрение нуля , отрицательных , а затем и комплексных чисел , а также появление теории групп как раздела математики и выделение классов специальных функций в анализе.
Техническая простота вычислений, связанных с многочленами, по сравнению с более сложными классами функций, а также тот факт, что множество многочленов плотно в пространстве непрерывных функций на компактных подмножествах евклидова пространства (см. аппроксимационная теорема Вейерштрасса), способствовали развитию методов разложения в ряды и полиномиальной интерполяции в математическом анализе .
Многочлены также играют ключевую роль в алгебраической геометрии , объектом которой являются множества, определённые как решения систем многочленов.
Особые свойства преобразования коэффициентов при умножении многочленов используются в алгебраической геометрии, алгебре , теории узлов и других разделах математики для кодирования или выражения многочленами свойств различных объектов.
Пусть A {\displaystyle A} есть алгебра над кольцом R {\displaystyle R} . Произвольный многочлен p (x) ∈ R [ x 1 , x 2 , … , x n ] {\displaystyle p(x)\in R} определяет полиномиальную функцию
p R: A → A {\displaystyle p_{R}:A\to A} .Чаще всего рассматривают случай A = R {\displaystyle A=R} .
В случае, если R {\displaystyle R} есть поле вещественных или комплексных чисел (а также любое другое поле с бесконечным числом элементов), функция f p: R n → R {\displaystyle f_{p}:R^{n}\to R} полностью определяет многочлен p. Однако в общем случае это неверно, например: многочлены p 1 (x) ≡ x {\displaystyle p_{1}(x)\equiv x} и p 2 (x) ≡ x 2 {\displaystyle p_{2}(x)\equiv x^{2}} из Z 2 [ x ] {\displaystyle \mathbb {Z} _{2}[x]} определяют тождественно равные функции Z 2 → Z 2 {\displaystyle \mathbb {Z} _{2}\to \mathbb {Z} _{2}} .
Например, многочлен x 4 − 2 {\displaystyle x^{4}-2} , неприводимый в поле рациональных чисел, разлагается на три множителя в поле вещественных чисел и на четыре множителя в поле комплексных чисел.
Вообще, каждый многочлен от одного переменного x {\displaystyle x} разлагается в поле вещественных чисел на множители первой и второй степени, в поле комплексных чисел - на множители первой степени (основная теорема алгебры).
Для двух и большего числа переменных этого уже нельзя утверждать. Над любым полем для любого n > 2 {\displaystyle n>2} существуют многочлены от n {\displaystyle n} переменных, неприводимые в любом расширении этого поля. Такие многочлены называются абсолютно неприводимыми.
- многочленами . В этой статье мы изложим все начальные и необходимые сведения о многочленах. К ним, во-первых, относится определение многочлена с сопутствующими определениями членов многочлена, в частности, свободного члена и подобных членов. Во-вторых, остановимся на многочленах стандартного вида, дадим соответствующее определение и приведем их примеры. Наконец, введем определение степени многочлена, разберемся, как ее найти, и скажем про коэффициенты членов многочлена.
Навигация по странице.
В 7 классе многочлены изучаются сразу после одночленов, это и понятно, так как определение многочлена дается через одночлены. Дадим это определение, объясняющее что такое многочлен.
Определение.
Многочлен – это сумма одночленов; одночлен считается частным случаем многочлена.
Записанное определение позволяет привести сколько угодно примеров многочленов. Любой из одночленов 5 , 0 , −1 , x , 5·a·b 3 , x 2 ·0,6·x·(−2)·y 12 , и т.п. является многочленом. Также по определению 1+x , a 2 +b 2 и - это многочлены.
Для удобства описания многочленов вводится определение члена многочлена.
Определение.
Члены многочлена – это составляющие многочлен одночлены.
Например, многочлен 3·x 4 −2·x·y+3−y 3 состоит из четырех членов: 3·x 4 , −2·x·y , 3 и −y 3 . Одночлен считается многочленом, состоящим из одного члена.
Определение.
Многочлены, которые состоят из двух и трех членов, имеют специальные названия – двучлен и трехчлен соответственно.
Так x+y – это двучлен, а 2·x 3 ·q−q·x·x+7·b – трехчлен.
В школе наиболее часто приходится работать с линейным двучленом
a·x+b
, где a
и b
– некоторые числа, а x
– переменная, а также с квадратным трехчленом
a·x 2 +b·x+c
, где a
, b
и c
– некоторые числа, а x
– переменная. Вот примеры линейных двучленов: x+1
, x·7,2−4
, а вот примеры квадратных трехчленов: x 2 +3·x−5
и .
Многочлены в своей записи могут иметь подобные слагаемые . Например, в многочлене 1+5·x−3+y+2·x подобными слагаемыми являются 1 и −3 , а также 5·x и 2·x . Они имеют свое особое название – подобные члены многочлена.
Определение.
Подобными членами многочлена называются подобные слагаемые в многочлене.
В предыдущем примере 1 и −3 , как и пара 5·x и 2·x , являются подобными членами многочлена. В многочленах, имеющих подобные члены, можно для упрощения их вида выполнять приведение подобных членов .
Для многочленов, как и для одночленов, существует так называемый стандартный вид. Озвучим соответствующее определение.
Исходя из данного определения, можно привести примеры многочленов стандартного вида. Так многочлены 3·x 2 −x·y+1
и 
записаны в стандартном виде. А выражения 5+3·x 2 −x 2 +2·x·z
и x+x·y 3 ·x·z 2 +3·z
не являются многочленами стандартного вида, так как в первом из них содержатся подобные члены 3·x 2
и −x 2
, а во втором – одночлен x·y 3 ·x·z 2
, вид которого отличен от стандартного.
Заметим, что при необходимости всегда можно привести многочлен к стандартному виду .
К многочленам стандартного вида относится еще одно понятие – понятие свободного члена многочлена.
Определение.
Свободным членом многочлена называют член многочлена стандартного вида без буквенной части.
Иными словами, если в записи многочлена стандартного вида есть число, то его называют свободным членом. Например, 5 – это свободный член многочлена x 2 ·z+5 , а многочлен 7·a+4·a·b+b 3 не имеет свободного члена.
Еще одним важным сопутствующим определением является определение степени многочлена. Сначала определим степень многочлена стандартного вида, это определение базируется на степенях одночленов , находящихся в его составе.
Определение.
Степень многочлена стандартного вида – это наибольшая из степеней входящих в его запись одночленов.
Приведем примеры. Степень многочлена 5·x 3 −4 равна 3 , так как входящие в его состав одночлены 5·x 3 и −4 имеют степени 3 и 0 соответственно, наибольшее из этих чисел есть 3 , оно и является степенью многочлена по определению. А степень многочлена 4·x 2 ·y 3 −5·x 4 ·y+6·x равна наибольшему из чисел 2+3=5 , 4+1=5 и 1 , то есть, 5 .
Теперь выясним, как найти степень многочлена произвольного вида.
Определение.
Степенью многочлена произвольного вида называют степень соответствующего ему многочлена стандартного вида.
Итак, если многочлен записан не в стандартном виде, и требуется найти его степень, то нужно привести исходный многочлен к стандартному виду, и найти степень полученного многочлена – она и будет искомой. Рассмотрим решение примера.
Пример.
Найдите степень многочлена 3·a 12 −2·a·b·c·a·c·b+y 2 ·z 2 −2·a 12 −a 12 .
Решение.
Сначала нужно представить многочлен в стандартном виде:
3·a 12 −2·a·b·c·a·c·b+y 2 ·z 2 −2·a 12 −a 12 =
=(3·a 12 −2·a 12 −a 12)−
2·(a·a)·(b·b)·(c·c)+y 2 ·z 2 =
=−2·a 2 ·b 2 ·c 2 +y 2 ·z 2
.
В полученный многочлен стандартного вида входят два одночлена −2·a 2 ·b 2 ·c 2 и y 2 ·z 2 . Найдем их степени: 2+2+2=6 и 2+2=4 . Очевидно, наибольшая из этих степеней равна 6 , она по определению является степенью многочлена стандартного вида −2·a 2 ·b 2 ·c 2 +y 2 ·z 2 , а значит, и степенью исходного многочлена. , 3·x и 7 многочлена 2·x−0,5·x·y+3·x+7 .
Список литературы.
Среди различных выражений, которые рассматриваются в алгебре, важное место занимают суммы одночленов.
Приведем примеры таких выражений:
\(5a^4 - 2a^3 + 0,3a^2 - 4,6a + 8 \)
\(xy^3 - 5x^2y + 9x^3 - 7y^2 + 6x + 5y - 2 \)
Сумму одночленов называют многочленом. Слагаемые в многочлене называют членами многочлена. Одночлены также относят к многочленам, считая одночлен многочленом, состоящим из одного члена.
Например, многочлен
\(8b^5 - 2b \cdot 7b^4 + 3b^2 - 8b + 0,25b \cdot (-12)b + 16 \)
можно упростить.
Представим все слагаемые в виде одночленов стандартного вида:
\(8b^5 - 2b \cdot 7b^4 + 3b^2 - 8b + 0,25b \cdot (-12)b + 16 = \)
\(= 8b^5 - 14b^5 + 3b^2 -8b -3b^2 + 16 \)
Приведем в полученном многочлене подобные члены:
\(8b^5 -14b^5 +3b^2 -8b -3b^2 + 16 = -6b^5 -8b + 16 \)
Получился многочлен, все члены которого являются одночленами стандартного вида, причем среди них нет подобных.
Такие многочлены называют многочленами стандартного вида
.
За степень многочлена стандартного вида принимают наибольшую из степеней его членов. Так, двучлен \(12a^2b - 7b \) имеет третью степень, а трехчлен \(2b^2 -7b + 6 \) - вторую.
Обычно члены многочленов стандартного вида, содержащих одну переменную, располагают в порядке убывания показателей ее степени.
Например:
\(5x - 18x^3 + 1 + x^5 = x^5 - 18x^3 + 5x + 1 \)
Сумму нескольких многочленов можно преобразовать (упростить) в многочлен стандартного вида.
Иногда члены многочлена нужно разбить на группы, заключая каждую группу в скобки. Поскольку заключение в скобки - это преобразование, обратное раскрытию скобок, то легко сформулировать правила раскрытия скобок:
Если перед скобками ставится знак «+», то члены, заключаемые в скобки, записываются с теми же знаками.
Если перед скобками ставится знак «-», то члены, заключаемые в скобки, записываются с противоположными знаками.
С помощью распределительного свойства умножения можно преобразовать (упростить) в многочлен произведение одночлена и многочлена. Например:
\(9a^2b(7a^2 - 5ab - 4b^2) = \)
\(= 9a^2b \cdot 7a^2 + 9a^2b \cdot (-5ab) + 9a^2b \cdot (-4b^2) = \)
\(= 63a^4b - 45a^3b^2 - 36a^2b^3 \)
Произведение одночлена и многочлена тождественно равно сумме произведений этого одночлена и каждого из членов многочлена.
Этот результат обычно формулируют в виде правила.
Чтобы умножить одночлен на многочлен, надо умножить этот одночлен на каждый из членов многочлена.
Мы уже неоднократно использовали это правило для умножения на сумму.
Вообще, произведение двух многочленов тождественно равно сумме произведении каждого члена одного многочлена и каждого члена другого.
Обычно пользуются следующим правилом.
Чтобы умножить многочлен на многочлен, надо каждый член одного многочлена умножить на каждый член другого и сложить полученные произведения.
С некоторыми выражениями в алгебраических преобразованиях приходится иметь дело чаще, чем с другими. Пожалуй, наиболее часто встречаются выражения \((a + b)^2, \; (a - b)^2 \) и \(a^2 - b^2 \), т. е. квадрат суммы, квадрат разности и разность квадратов. Вы заметили, что названия указанных выражений как бы не закончены, так, например, \((a + b)^2 \) - это, конечно, не просто квадрат суммы, а квадрат суммы а и b. Однако квадрат суммы а и b встречается не так уж часто, как правило, вместо букв а и b в нем оказываются различные, иногда довольно сложные выражения.
Выражения \((a + b)^2, \; (a - b)^2 \) нетрудно преобразовать (упростить) в многочлены стандартного вида, собственно, вы уже встречались с
таким заданием при умножении многочленов:
\((a + b)^2 = (a + b)(a + b) = a^2 + ab + ba + b^2 = \)
\(= a^2 + 2ab + b^2 \)
Полученные тождества полезно запомнить и применять без промежуточных выкладок. Помогают этому краткие словесные формулировки.
\((a + b)^2 = a^2 + b^2 + 2ab \) - квадрат суммы равен сумме квадратов и удвоенного произведения.
\((a - b)^2 = a^2 + b^2 - 2ab \) - квадрат разности равен сумме квадратов без удвоенного произведения.
\(a^2 - b^2 = (a - b)(a + b) \) - разность квадратов равна произведению разности на сумму.
Эти три тождества позволяют в преобразованиях заменять свои левые части правыми и обратно - правые части левыми. Самое трудное при этом - увидеть соответствующие выражения и понять, чем в них заменены переменные а и b. Рассмотрим несколько примеров использования формул сокращенного умножения.
В математике многочлен (или полином) – это сумма или разность одночленов. Одночлены включают переменные и постоянные, например, одночленами являются 4, -10x и 3x 3 . Многочлен состоит из любого конечного числа одночленов, которые не содержат отрицательных показателей степени (x -3), переменных в знаменателе (1/х) и переменных под знаком квадратного корня. Чтобы решить многочлен, нужно выяснить, при каких значениях х многочлен равен нулю.
Упорядочите члены многочлена в порядке убывания показателей степени. Перепишите данный многочлен так, чтобы член с наибольшим показателем степени располагался первым, а член с наименьшим показателем степени – последним. Например, многочлен -1 + 3x 2 - x 5 перепишите так: -x 5 + 3x 2 - 1.
Упростите многочлен. Иногда каждый член многочлена содержит множитель, который можно вынести за скобки и, таким образом, упростить многочлен. Например, в многочлене 2x 2 + 4x - 12 каждый член делится на 2, то есть 2 можно вынести за скобки: 2 * (x 2 +2x - 6), при этом значение исходного многочлена не изменится. Помните, что этот метод применим только тогда, когда у каждого члена есть общий множитель.
Определите, можно ли решить многочлен. Помните, что многочлен включает любое конечное число одночленов, которые не содержат отрицательных показателей степени (x -3), переменных в знаменателе (1/х) и переменных под знаком квадратного корня. Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, то данное уравнение решается методами, которые не рассматриваются в этой статье.
Запомните главные математические термины. Довольно сложно решать многочлены, если не знать терминологию. Запомните следующие термины:
Решите многочлен, который дан в виде трехчлена. В этой статье рассматриваются только квадратные трехчлены (показатель их степени не превышает 2, например, x 2 , 3x 2 и так далее), потому что такие трехчлены являются наиболее распространенными и их легко решить. Трехчлен нужно разложить на произведение двух биномов первой степени. Рассмотрим пример: x 2 + 9x - 20.
Помните, что трехчлен можно разложить на множители в виде двух биномов. Чтобы решить трехчлен, нужно упростить его, а для этого разложите трехчлен на произведение двух биномов, показатель степени которых не превышает 1 (например, х, 5х и так далее). Запомните порядок перемножения двух двучленов: первые члены, первый и второй члены, второй и первый члены, вторые члены. Например, перемножим двучлены (x+3) и (x+2):
Разложите трехчлен на множители. Большинство трёхчленов можно разложить на два множителя, каждый из которых является двучленом первой степени. Этот метод включает метод проб и ошибок. Обратите внимание на следующее:
Найдите первые одночлены (для каждой пары скобок). Рассмотрим пример: x 2 + x – 20. Чтобы найти первые одночлены, посмотрите на первый член трехчлена и разложите его на пары простейших множителей. В нашем примере такими множителями являются х и х, так как х * х = x 2 .
Найдите два числа, произведение которых равно третьему члену трехчлена. Для этого посмотрите на третий член трехчлена и разложите его на все возможные пары множителей. В нашем примере (третий член – это число -20) такими парами множителей являются следующие числа:
Среди найденных (на предыдущем шаге) пар множителей выберите такую пару чисел, при сложении которых получается второй член трехчлена. Постоянная (константа) всегда находится перед переменной. В нашем примере второй член трехчлена – это х. Так как константа не указана, то она равна 1, потому что х * 1 = х. Таким образом, нужно выбрать такую пару чисел, при сложении которых получается 1. В нашем примере такой парой являются числа -4 и 5: -4 + 5 = 1. Итак, произведение двучленов будет выглядеть так: (х - 4)(х + 5).
Перемножьте члены двучленов, чтобы проверить полученный результат. В нашем примере:
Практикуйтесь в разложении трехчленов на множители. Некоторые трехчлены сложнее раскладывать, чем другие. Попробуйте разложить на множители следующие квадратные трехчлены и сравните полученные ответы с приведенными ниже.
Чтобы решить многочлен, нужно приравнять его к нулю. В задачах требуется «найти значения переменной, при которых многочлен равен 0», или «найти корни многочлена», или просто «решить многочлен». Перед тем как приравнять многочлен к нулю, воспользуйтесь советами, изложенными в первом разделе этой статьи. Рассмотрим пример: 3x(2x - 4)(х + 5) = 0.
Приравняйте каждый двучлен (если вы разложили многочлен на множители) к нулю. Так как многочлен раскладывается на несколько множителей, то основная задача разбивается на несколько подзадач. Если 0 умножить на любое выражение или число, то получится 0, поэтому можно рассматривать каждый множитель по отдельности. Таким образом, в нашем примере задача разбивается на 3 подзадачи:
Решите все уравнения, то есть найдите «х». Каждое решение будет являться корнем исходного многочлена. Чтобы найти «х», обособьте эту переменную на одной стороне уравнения.
