因式分解技巧——实数域与复数域上的分解

《因式分解技巧》,单墫著

因式分解应当分解到“底”,即应当把多项式分解为既约(不可约)多项式的乘积。怎样算“既约”,这要由分解所在的数域决定。例如, x^2-3) 没有有理根,因而不能分解为两个有理系数的一次因式的乘积,即在有理数域上 x^2-3) 是既约多项式。若将其放在实数域内考虑,因为 x^2-3=x-sqrt{3})x+sqrt{3})), 所以 x^2-3) 不是实数域上的既约多项式。

前面我们的讨论都是在有理数域上进行的。 下面我们看看实数域和复数域上的分解。

求根公式

一次多项式永远是既约的。

关于 x) 的二次三项式 ax^2+bx+c) 在复数域上的因式分解非常简单:根据求根公式 $$x=frac{-bpm sqrt{b^2-4ac}}{2a}$$
我们就得到一个分解 $$ax^2+bx+c=aleftx-frac{-b+ sqrt{b2-4ac}}{2a}ight)leftx-frac{-b-sqrt{b2-4ac}}{2a}ight). qquad 1)$$

在实数域上,若 b^2-4acgeq 0), 1)) 就是一个分解;若 b^2-4ac<0), 那么 ax^2+bx+c) 就是实数域上的一个既约多项式。

如果 b^2-4ac) 不是有理数的平方,那么 ax^2+bx+c) 就是有理数域上既约多项式。如果 b^2-4ac) 是有理数的平方,那么 ax^2+bx+c) 就可以分解。当然,这时候用十字相乘法更方便。

分解因式:2x^2-3x-7).
因为 b^2-4ac=65>0), 65) 不是有理数的平方,所以 2x^2-3x-7) 是有理数域上的既约多项式。但在实数域和复数域上,它是可以分解的:

[2x^2-3x-7=2leftx-frac{3+sqrt{65}}{4}ight)leftx-frac{3-sqrt{65}}{4}ight).
]

分解因式:2x^2-3x+7).
因为 b^2-4ac=-47<0), 所以 2x^2-3x+7) 是实数域上的既约多项式。在复数域上它可分解为

[2x^2-3x+7=2leftx-frac{3+sqrt{47}i}{4}ight)leftx-frac{3-sqrt{47}i}{4}ight).
]

分解因式:2x^2-3x-2).
因为 b^2-4ac=25) 是有理数的平方,所以原式可在有理数域上分解。利用十字相乘也可以得到结果

[2x^2-3x-2=2x+1)x-2).
]

代数基本定理

在复数域上,每个形如 fx)=a_nx^n+a_{n-1}x^{n-1}+cdots+a_1x+a_0) n>0)) 的多项式至少有一个根。

由此可以很自然的得到

n) 次多项式 fx)) 恰好有 n) 个根.

这只是一个理论上的结果,具体操作起来还是很麻烦的。

单位根

根据代数基本定理,方程 x^3-1=0) 有三个根,我们把 dfrac{-1+sqrt{3}i}{2}) 记作 omega). 明显的有 omega^2+omega+1=0).

一个小结论:如果三次单位根 omega)fx)) 的根,那么根据复根配对可知 x^2+x+1) 就是 fx)) 的因式。

分解因式:x^5+x^4+x^2+x+2).
经验证可知 omega) 是原式的一个根,于是原式有因式 x^2+x+1)。因此原式可在有理数域上分解为

[x^5+x^4+x^2+x+2=x^2+x+1)x^3-x+2).
]

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风君子

独自遨游何稽首 揭天掀地慰生平

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