多项式理论及其应用
多项式理论及其应用
许洋
巢湖学院 数学系 安徽 巢湖 238000
摘 要
多项式是代数学中最基本的对象之一。它不但与高次方程的讨论有关,而且在进一步学习代数以及其他数学分支时也会碰到。本文将介绍一些有关多项式的基本理论以及多项式在矩阵问题,行列式问题和初等数学中的运用。 关键词:多项式;矩阵;行列式
Abstract
Abstract:polymial is the most basic object of algebra one.It does not but with high times equation,and discussion about the further study algebra and other branches of mathematic may encounter.This paper will intraduce the basic theory of some relevant polynomial in matrix,determinants and polynomial in the application,elementary algebra
Keywords:polynomial;matrix;determinants
引言:多项式理论是古典代数的主要内容。多项式的研究源于“代数方程求解”,是最古老的数学问题之一。16世纪以前,人们对一般的一元二次方程已经有了公式解法,但对于一般的一元二次方程,数学家却束手无策。16世纪的欧洲数学家们都致力于寻求一般的一元三次方程的求根公式。1799年,高斯(Garss,1777-1855)在他的博士论文中第一次严格证明了代数基本定理:在复数域中,任何n(n ≥1)次多项式至少有一个根。经过多年,数学家仍找不到用根式求解五次多项式的一般解法。终于在1824年阿贝尔(Galois,1811-1832)引入了群的概念,证明不存在用根式求解五次或以上的多项式的一般方法,这理论被引申为伽罗华理论。以下本文将介绍多项式的有关理论及其应用。 一,多项式的有关理论 (一)多项式的有关概念
定义1:f(x)= 110...n n x x x -++++n n-1a a a a (0≠n a ,n N ∈)称为关于x 的一元n 次多项式,n 称为f(x)的次数,记作:deg f(x)=n 。
定义2:如果在多项式f(x)与g(x)中,除去系数为零的项外,同次项的系数全相等,那么f(x)与g(x)就称为相等,记为f(x)=g (x ).系数全为零的多项式称为零多项式。 性质:设f(x)≠0与g(x)≠0是两个多项式,且f(x)±g(x) ≠0,则 deg[f(x)±g(x)]
≤max{deg f (x ),deg g(x)};deg[f(x)·g(x)]=deg f(x)+ deg g(x) . (二)多项式的整除法
定理1(带余除法定理):设f(x)与g(x)是两个多项式,且g(x)≠0,那么存在唯一的一对多项式 q(x)与r(x),使得f(x)= g(x)q(x)+ r(x);其中r(x)=0或deg r(x) 定理2(余数定理):多项式f(x)除以 x-a 所得的余式为f(a); 推论1(因式定理):多项式f(x)有因式x-a 的充要条件是f(a)=0 。 推论2:如果f(x)∈Z[x],a 与b 为不相等的整数,则(a-b)丨[f(a)-f(b)] 。 (三)最大公因式 定义3:设f(x) ,g(x)是F[x]中的两个多项式。P[x]中多项式d(x)称为f(x) ,g(x)的一个最大公因式。那么它满足 下面两个条件: 1. d(x)是f(x) ,g(x)的公因式; 2. f(x) ,g(x)的公因式全是d(x)的公因式。 引理:如果有等式f(x)=g(x)q(x)+ r(x)成立,那么,f(x),g(x)和g(x),r(x)有相同的公因式。 定理3:设多项式f(x)与g(x)的最大公因式为d(x),那么存在两个多项式u(x)和v(x),使f(x)u(x)+g(x)v(x)=d(x) . 定理4:两个多项式f(x)与g(x)互素的充要条件为:存在两个多项式u(x)和v(x),使f(x)u(x)+g(x)v(x)=1. (四)因式分解定理 定理5:(复数范围内的唯一分解定理) 如果不考虑因式的顺序,复系数n (n ≥1)次多项式f(x)可以唯一地分解为一次因式的乘积f(x)=0a ,其中1n + 2n +…+ k n =n 。 定理6:如果不考虑因式的顺序,实系数n(n ≥1)次多项式f(x)可以唯一地分解为一次因式和有非零共轭复根的二次因式的乘积。f(x)=a 2 1 1 ()[()]k m i i i i i x x x a b ==--+∏∏,其中 i a ,i b ,i x ∈R,且i b >0,k+2m=n 。 推论3:实系数n(n ≥1)次多项式的虚根成对出现。 推论4:任何奇次数实系数多项式至少有一个实根。 (五)多项式的根 定理7(代数基本定理) 在复数域中,任何n(n ≥1)次多项式至少有一个根。 定理8:在复数域中,任何n(n ≥1)次多项式恰有 n 个根。 定理9:若f(x)= 1 10...n n x x x -++++n n-1a a a a (0≠n a ,n N ∈)是一个整系数多项式, 而既约分数q/p 是它的一个根,则p 丨n a ,q 丨0a 。 定理10:如果整系数多项式的首项是1,那么他的有理根只能是整数,且是常数项的约数。 定理11(爱森斯坦因判别法): 设f(x)= 110...n n x x x -++++n n-1a a a a (0≠n a ,n N ∈)是一个整系数多项式,如果有 一个系数为p ,且满足: 1. p 不整除n a ; 2. p 整除120,,...,n n a a a --; 3. 2p 不整除0a ; 那么f(x)在有理数集上是不可约的。 (六)本原多项式 定义4:如果一个非零整系数多项式的系数是互素的,则称这个多项式是本原多项式。 定理12(高斯引理):两个本原多项式的乘积还是本原多项式。 二.多项式理论的应用 (一)多项式理论在初等代数中的应用 1.多项式理论在因式分解中的应用 在高等代数里已经证明任意一个多项式分解成若干个不可约多项式的积的形式。这种分解除各因式的次序和非零数值因式外是唯一确定的。并且,我们只能对于给定的数域 来谈论多项式的可约或不可约。例如:4x -4在有理数范围内分解为(2x -2)(2x +2),在实 数范围内可分解为(x+2 x +2),在复数范围内分解为()((i ) ()。 例1,能否将有理系数多项式4x +4kx+1(k 为整数)进行分解? 解:(1).待定系数法 就是按已知条件把原式假设为若干个因式的乘积使这些因式的乘积与原式组成恒等式然后利用多项式恒等关系求各待定系数值观察所求值是否是有理数 令f(x)= 4x +4kx+1 (k 为 整数),显然f (±1) ≠0,所以f(x)无一次因式。若f(x)可约,只能是2个二次有理因式的积,由于f(x)是整系数多项式,因此f(x)可化为两个整系数多项式的积。即f(x)=(2x +ax+1)(2x +bx+1),其中a,b 是整数,则4x +4kx+1=4x +(a+b ) 3x +(2+ab)2x +(a+b)x+1,得a+b=0,2+ab=4k,得2a =2 使a 为整数是不可约的。因此f(x)不可约。即 有理系数多项式4 x +4kx+1 (k 为整数) 不可因式分解。 (2)爱森斯坦因判别法 设f (x )=0a +1a x+…+n a n x 是整系数多项式,若能找到一个系数p ,使得p 丨i a (i=0,1,..,n-1),p 不能整除n a 且2 p 不能整除0a ,则f(x)在有理数域不可约。把f(x)变形,令x=y+1.这样得 g(y)=f(y+1)= 4y +43y +62 y +(4k+4)y+4k+2 由爱森斯坦因判别法,取p=2 即可证 g(y)不可约。即4 x +4kx+1 (k 为整数) 在有理数域上不可因式分解。 以上,用两种方法解决了初等代数中判断某一多项式能否因式分解的问题! 2.用多项式理论分解因式 初中代数已经介绍了提取公因式法,公式法,分组分解法和十字相乘法等基本方法。这里根据多项式的理论再讨论两种因式分解的方法以便解决高次方程的因式分解问题。 例2 在 有理数域上分解因式5x -103x -202x -15x-4 解: 分离重因式法 因为1 f -(x )=54x -302x -40x-15 用辗转相除法,得d(x)=[f(x), 1f -(x)]= 3x +32x +3x+1 。 h(x)= ()() f x d x =2 x -3x-4=(x+1)(x-4), 因此,f(x)的所有不可约因式为x-4,x+1,其中x-4 在f(x)中是单因式,x+1是f(x)的四重因式,于是,f(x)=(x-4)4 (1)x +.即 5x -103x -202x -15x-4=(x-4)4(1)x + (二)多项式理论在解高次方程中的运用 对于某些特殊的一元高次方程,在中学代数教材中仅介绍了因式分解法和换元法,但在许多实际问题中仅掌握这两种方法是远远不够的,这里,利用多项式理论中的韦达定理和实系数多项式的非实复根两两成对的理论,通过例子求一些高次方程的解. 例3 已知方程25x -74x +83x -22x +6x+5=0有两个根是2-i ,i 。解此方程。 解:由于实系数方程的虚根成对出现,故2+i ,-i 也是方程所给的根,由代数基本定理可知此方程有5个根。设此方程第五个根是?,由韦达定理得(2+i )+(2-i )+i-i+?=7/2; 得?=-1/2 故此方程的根是2±i, ±i ,-1/2 。 例4 已知实系数方程3x +22x +qx+r 有一个根是,试求q,r ;并解此方程。 解:设方程的三个根是-1± ,? 。则由韦达定理,可知 ()?=-2 得?=0 由韦达定理可进一步推知:q=3;r=0 例5 解方程34x +53x +2x +5x+2=0 解:易知,-2.1/3是f(x)= 34x +53x +2x +5x+2=0的两个根。令g(x)=(x+2)(x-1/3)= 2x +5x/3+2/3,由带余除法,得f(x)=g(x)(32x +3),求32x +3=0的解,±i 是它的根。 经验算原方程的根是-2,±i ,1/3. 二.多项式理论在矩阵问题中的应用 (一).利用多项式互素理论求抽象矩阵的逆矩阵 命题1 设f(λ)是复系数多项式,n 阶方阵A 的特征值不是f(λ)的零点,则f(A)可逆,且f(A)的逆矩阵可表示为A 的多项式。 命题2 设f(x)和g(x)为互素的两个复系数多项式,A 为n 阶方阵,且g(A)=0,则f(A) 可逆,且f(A)的逆矩阵可表示为A 的多项式。 例1 设2A =2E , B=2A -2A+2E,证明B 可逆,并且求B 的逆矩阵。 证明:设f(x)= 3x -2,g(x)= 2x -2x+2, 则(f(x),g(x))=1 于是有 -110(x+1)f(x)+( 1 102x +310 x+2/5)g(x)=1 因为f(A)= 3A -2E=0 故 (-1102x +310x+25E )g(A)=E 因此B=g(A)可逆,且1B -=1102A +310A+2 5E 例2 设2A -2A+3E=0,证明A+2E 可逆,并把A+2E 的逆矩阵表示成A 的多项式。 证明:设f(x)= 2x -2x+3, g(x)=x+2, 则(f(x),g(x))=1 于是f(x)=(x-4)g(x)+11,因为f(A)= 2A -2A+3E=0 故(A-4E )g(x)+11E=0 即 (A-4E )(A+2E )=-11E, 故114 1111(2)A E A E -+=-+ 例3 设方阵A 的特征多项式为f(λ)= 3λ-32λ-λ-1,用A 的多项式表示1()A E --. 解:由条件可知f(A)= 3A -32A -A-E=0 因为1不是A 的特征值,故A-E 可逆,由(3λ-32λ-λ-1,λ-1)=1,得 3λ-32λ-λ-1=(2λ-2λ-3)(λ-1)-4 因此 (2A -2A-3E )(A-E )-4E=0 即 (2A -2A-3E )(A-E )=4E 故1()A E --=2A /4-A/2-3E/4 (二)利用多项式 整除理论求矩阵的秩 例4 已知矩阵 A 的特征多项式为f(λ)= 3λ-102λ+28λ-24,求2(2)A E -和 A-6E 的秩。 解:设g(λ)= 2 (2)λ-. 由综合除法知 f(λ)= 2 (2)λ-(λ-6) 令h(λ)= λ-6,则f(λ)= g(λ) h(λ),且(g(λ) ,h(λ))=1 又 g(A)= 2 (2)A E -,h(A)=A-6E, 根据题意 知道 秩(2(2)A E -)=deg h(λ)=1 秩(A-6E )=deg g(λ)=2 . 命题3 设f(λ)为矩阵A 的特征多项式 ,若f(λ)= g(λ) h(λ),且(h(λ) ,g(λ))=1,则秩(g(A))= h(λ)的次数,秩(h(A))= g(λ)的次数 例5,已知矩阵A=211212122 21 1 1111 n n n n n n n a a a a a a a a a a a a a a a a a ?? + ?++ ? ? ? ?++?? ,其中1n i i a =∑=21 n i i a =∑=1,求A 的特征多项 式,并判断矩阵2 () n A E -+是否可逆。 解:因为A=121 2 1111 11n n a a a a a a ???? ??? ??? ??? ???? ? ?? -n E =2 n E A λλ-B-n E , 其中B=12111n a a a ?? ??? ,n E 为n 阶单位矩阵。 则 n E A λ-= T n n E B B E λ-+= (1)n T E B B λ+-= 2(1)(1)n T n E BB λλ-++-= 2 (1)n λ-+2 11 1 1001n n i i i i n i i a a a n λλ===?? ?+?? ?- ?+ ??? ??? ∑∑∑ 注意 : 1 n i i a =∑= 21 n i i a =∑=1 , 于 是 A 的 特 征 多 项 式 为 n E A λ-=2 (1)n λ-+111n λ λ--+-=2(1)n λ-+[2 λ-(n-1)λ-1] L 令g(λ)= 2(1)n λ-+,h(λ)= 2λ-(n-1)λ-1,显然(g(λ),h(λ))=1,由命题3知,秩(g(A))=秩 (2()n A E -+)=deg(h(λ))=2 。故2()n A E -+不可逆 (三)利用多项式因式分解理论判定矩阵能否对角化 命题4 设f (λ)为n 阶矩阵多项式,且g(λ)=1() ((),()) f f f λλλ-,则A 与对角矩阵相似的充要条 件是 g(A)=0. 证明:必要性:因为A 与对角矩阵相似,那么A 的最小多项式011,,...,n n i x x εεε-取f(λ)的所有根,又g(λ)= 1() ((),()) f f f λλλ-无重根且与f(λ)的根相同,故g(λ)= ()A m λ,因而g(A)=0 。 充分性:由g(A)=0知()()A m g λλ,且g(x)无重根,从而()A m λ无重根,故A 与对角矩阵相似。 例6 判定矩阵A=332152139-?? ? -- ? ?-?? 能否对角化? 解 :A 的特征多项式为f (λ)= E A λ-=3λ-82λ+20λ-16 ,1()f λ-=32λ-16λ+20 由辗转相除法可得,(f (λ),1 ()f λ-)=λ-2,则g(λ)= 1 ()((),()) f f f λλλ-= 2 λ-6λ+8=(λ-2)(λ-4) 且g(A)=(A-2E)(A-2E)=0 由命题 4知,A 可以对角化。 三.利用多项式理论计算行列式 (一)直接构造多项式 例1,计算n D = 1 2121 2 n n n a a a a a x a a a a x ++ 解:n D =(x+) 2323233 2 1111n n n n a a a a x a a a a x a a a x a +++ ; 令 f( 23,,n x x x )= 2323233 2 1111n n n n a a a a x a a a a x a a a x a +++ , 显 然 f(0, 3,n x x )=f(2,0,,n x x )=……=f(23,,,0x x )=0;所以,f(23,,n x x x )=2 n i i x =∏ 即n D =(x+ 1 n i i a =∑)1 n x - (二)构造辅助多项式 例2 计算n D = 123121 23 41 n n n - 。 解:令f(x)=1+2x+32 x +…+n 1 n x -,并设1n x -=0的n 个根为0ε,1ε, …, 1n ε- 且0ε=1,则 n D =2 ()n i i f x =∏=f(1) 1 ()n i i f ε-=∏ =f(1) (1)12 n -+=f(1) 1 11 ()(1) n n i i n ε--=--∏ 而1 1 ()n i i x ε-=-∏=1 n x -+2 n x -+…+x+1 即1 1 (1)n i i ε-=-∏=n 所以n D =f(1) 1()n n n --=1 1(1)(1)2 n n n n --+-. 例3,计算n D =00000 0000000a b a b a b b a ; 解:令f(x)=a+bx ·n x -1=0的n 个根为i x (i=1,2,…,n ),则n D = 10 ()n i i f x -=∏=1 ()n i i a bx -=+∏ ;可知 10 ()n i i f x -=∏=2112...(1)n n n n b x x x a b ++-=…= 12,..,1 121,...n n i i rn i i i x x x --∑ =0 而12n x x x = (1)n -· (-1)=1(1)n +- 所以,n D =12...n n n b x x x a +=21(1)n n a b +- 。 例4 计算n D =a b b b c a b b c c a b c c c a ≠ (abc ≠0,b ≠c ); 解:显然,n D 是一个k= c b 的n 阶k 循环行列式。故我们可以令f(x)=a+b(x+()()1 i i a b x c a x -+--),并设n x -c b =0的n 个根为i x (i=1,2,…,n ) 则n D =1 ()n i i f x =∏ 又 f(x)=a+b(11 n c c x x b b x x - -+--),且n i x =c b 。故f(i x )=()()1i i a b x c a x -+-- 则有 n D =n x 再如,n D 是一个k=-1的n 阶k 循环行列式,与例3相似,可令f(x)=x+2 x +…+1 n x -,并设i x (i=1,2,…,n )是n x +1=0的n 个根,则可求得n D =(1)1 2 n -+ . (三)用多项式理论计算主对角线俩旁的元素完全相同的行列式 例5 计算n D =1(2)n b a --; 解:n D 是一个n 阶循环行列式,故可令f(x)=(b-a)+a(x+2 x +…+1 n x -),并设n x -1=0的n 个根i x (i=1,2,..,n ),则n D = 1()n i i f x =∏=f(1)2 ()n i i f x =∏ 从而可求得n D =[b+(n-2)a] 1(2)n b a --. 结束语:本文首先叙述了多项式有关基本概念和基本性质,比如介绍了有关一元n 次多项式的定义,多项式的整除,多项式的最大公因式,因式分解定理,多项式的根和本原多项式。然后主要介绍了多项式理论在初等代数,解高次方程,以及在矩阵问题中的一些应用。我们可以注意到利用多项式理论在解决某些问题时,思路清晰,方法巧妙,尤其是对抽象矩阵求逆矩阵和秩具有无比的优越性.另外,对这些理论方法的探讨和应用,更能让学生在以后的学习过程中不断领略到多项式理论的重要性,使所学代数知识前后呼应,相互渗透,最终达到融会贯通之目的. 参考文献 [1] 张禾瑞,郝柄新,高等代数(第四版)[M].北京:高等教育出版社。 [2] 陈志杰,高等代数与解析几何[M],北京:高等教育出版社。 [3] 王萼芳,石生明,高等代数(第三版)[M],北京:高等教育出版社。 [4] 王莲花.矩阵理论在多项式中的某些应用[J].河南教育学院学报:自然科学版, 2009, 18(1): 9-11. [5] 北京大学数学系几何与代数教研室前代数小组.高等代数[M].北京:高等教育出版社, 2003. [6] 王品超.高等代数新方法:下册[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2003. [7] 杨子青.高等代数习题解.山东科学技术出版社,1982 [8] 北京大学.高等代数.人民教育出版社.1978 [9] 北京大学数学系几何与代数教研室代数小组.高等代数(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1988.1-34 [10] 周立任. n 个一元多项式的最大公因式的矩阵求法[J].湖南理工学院学报(自然科学版), 2004, (4): 8-11. [11] 杨荣友,蒋炜.高等代数理论在多项式分解中的应用[J].唐山师范学院学报, 2006, (9): 33-34. 本科学生毕业论文 题目多项式理论及其应用 系别数学系 专业数学与应用数学 学生姓名许洋 学号 07025050 指导教师吴永生职称副教授 完成日期: 年月日 2.1整式---多项式 教学内容: 教科书第56—59页,2.1整式:2.多项式。 教学目标和要求: 1.通过本节课的学习,使学生掌握整式多项式的项及其次数、常数项的概念。 2.通过小组讨论、合作交流,让学生经历新知的形成过程,培养比较、分析、归纳的能力。由单项式与多项式归纳出整式,这样更有利于学生把握概念的内涵与外延,有利于学生知识的迁移和知识结构体系的更新。 3.初步体会类比和逆向思维的数学思想。 教学重点和难点: 重点:掌握整式及多项式的有关概念,掌握多项式的定义、多项式的项和次数,以及常数项等概念。 难点:多项式的次数。 教学方法: 分层次教学,讲授、练习相结合。 教学过程: 一、旧知复习 1、练习巩固 复习提问:什么是单项式、系数、次数? 二、讲授新课: 创设情境:1、小明房间的窗户如图所示,其中上方的装饰物由两个四分之一圆和一个半圆组成(它们的半径相同)(1)装饰物所占的面积是多少?(2)窗户能射进阳光部分的面积是多少?(让学生讨论) 2、填空 (1)一个数比数x的2倍小3,则这个数为____; (2)如图1,三角板的面积为____; (3)买一个篮球需要x元,买一个排球需要y元买一个足球需要40元,买3个篮球、5个排球、2个足球共需要元; 得出结果让学生观察 (由学生小组派代表回答,教师应肯定每一位学生说出的特点,培养学生观察、比较、归纳的能力,同时又锻炼他们的口表能力。通过特征的讲述,由学生自己归纳出多项式的定义,教室可给予适当的提示及补充。) 3多项式: 板书由学生自己归纳得出的多项式概念。上面这些代数式都是由几个单项式相加而成的。像这样,几个单项式的和叫做多项式。 在多项式中,每个单项式叫做多项式的项其中,不含字母的项,叫做常数项 一个多项式含有几项,就叫几项式。多项式里,次数最高项的次数,就是这个多项式的次数。 注意: (1)多项式的次数不是所有项的次数之和; (2)多项式的每一项都包括它前面的符号。 (教师介绍多项式的项和次数、以及常数项等概念,并让学生比较多项式的次数与单项式的次数的区别与联系,渗透类比的数学思想。) 2.例题: 例1:判断: ①多项式a 3-a 2b+a b 2-b 3的项为a 3、a 2b、a b 2、b 3,次数为12; ②多项式3n 4-2n 2+1的次数为4,常数项为1。 (这两个判断能使学生清楚的理解多项式中项和次数的概念,第(1)题中第二、四项应为 -a 2b 、-b 3,而往往很多同学都认为是a 2b 和b 3,不把符号包括在项中。另外也有同学认为该多项式的次数为12,应注意:多项式的次数为最高次项的次数。) 例2:指出下列多项式的项和次数: (1)3x -1+3x 2;(2)4x 3+2x -2y 2。 解:略。 例3:指出下列多项式是几次几项式。 (1)x 3-x +1;(2)x 3-2x 2y 2+3y 2。 3540x y ++23x -2 12 ab r π-216ab b π - 单项式的定义: 由数与字母的乘积组成的代数式称为单项式。(单独一个数或一个字母也是单项式。) 单项式系数的定义: 单项式中的数字因数叫做单项式的系数。 单项式的次数定义: 一个单项式中,所有字母的指数和叫做这个单项式的次数。 同类项的定义: 多项式中,所含字母相同,并且相同字母的指数也相同的项叫做同类项。 合并同类项的定义: 把多项式中的同类项合并成一项,叫做合并同类项。合并同类项后,所得的系数是合并前各同类项的系数和,且字母部分不变。 去括号的规律: 如果括号外的因数是正数,去括号后原括号内各项的符号与原来的符号相同。 如果括号外的因数是负数,去括号后原括号内各项的符号与原来的符号相反。 例1 判断下列各代数式是否是单项式.如果不是,请简要说明理由;如果是,请指出它的系数和次数: ⑴ a+2 ⑵ x 1 ⑶ 2r π ⑷ b a 22 3- ⑸ m ⑹ -3×104t 解:⑴ 不是.因为原代数式中出现了加法运算. ⑵ 不是.因为原代数式是1与x 的商. ⑶ 是.它的系数是π,次数是2. ⑷是.它的系数是- 23,次数是3. ⑸是.它的系数是1,次数是1. ⑹是.它的系数是-3×104,次数是1. 例2.判断下列各代数式哪些是单项式?如是,请指出它的系数和次数。 (1)2 1+x ; (2)abc ; (3)b 2; (4)-5a b 2; (5)y ; (6)-xy 2; (7)-5。 多项式的定义: 几个单项式的和叫做多项式。 多项式的项的定义: 在多项式中,每个单项式叫做多项式的项。 多项式常数项的定义 多项式中不含字母的项叫做常数项。 多项式的次数: 多项式里次数最高项的次数,叫做多项式的次数。 整式的定义: 单项式和多项式统称为整式。 例如,多项式5232+-x x 有三项,它们是23x ,( ),5。其中5是( )项。 (2)一个多项式含有几项,就叫几项式。多项式里,次数最高项的次数叫做这个多项式的次数。例如,多项式5232+-x x 是一个二次三项式。 例2:化简,并将结果按x 的降幂排列: (1)(2x 4―5x 2―4x+1)―(3x 3―5x 2―3x); (2)―[―(―x+2 1)]―(x ―1); (3)―3(21x 2―2xy+y 2)+ 21(2x 2―xy ―2y 2)。 01多项式的概念 多项式的概念 一、代数式的有关概念. 1.代数式:代数式是由运算符号(加、减、乘、除、乘方、开方)把数或表示数的字母连结而成的式子.单独的一个数或者一个字母也是代数式. 2.代数式的值;用数值代替代数式里的字母,计算后所得的结果叫做代数式的值. 求代数式的值可以直接代入、计算.如果给出的代数式可以化简,要先化简再求值. 3.代数式的分类 2.整式的有关概念 二、单项式 1.单项式的概念:数与字母的乘积这样的代数式叫做单项式,包括以下几类: ⑴单独的一个数,如56; ⑵单独的一个字母,如a; ⑶数与字母的乘积,如3b; ⑷字母与字母的乘积,如abc。 ⑸【注意事项】是数,不是字母;②分母不能包含字母 2.单项式的次数:一个单项式中,所有字母的指数和叫做这个单项式的次数。 【注意事项】单独一个非零数的次数是0。如5的次数是0 3.单项式的系数:单项式中的数字因数叫做单项式的系数。 【注意事项】①单个字母的系数是1.如:a的系数是1;②单项式的系数包括它前面的符号,如的系数是 三、多项式:几个单项式的和,叫做多项式 1.多项式的概念:几个单项式的和叫做哦多项式。 2.多项式的次数:在一个多项式中,次数最高的项的次数叫做这个多项式的次数。 3.多项式的项数:多项式中单项式的个数叫做多项式的项数。 4.多项式的降幂排列与升幂排列 把一个多项式按某一个字母的指数从大到小的顺序排列起来,叫做把这个多项式按这 个字母降幂排列把—个多项式按某一个字母的指数从小到大的顺序排列起来,叫做把这 个多项式技这个字母升幂排列, 给出一个多项式,要会根据要求对它进行降幂排列或升幂排列. 四、同类项 1.概念:所含的字母相同,且相同字母的指数也相同的单项式叫做同类项.几个常 数项也是同类项 2.合并同类项 ⑴概念:把多项式中的同类项合并成一项,叫做合并同类项.一个多项式合并后含有 几项,这个多项式就叫做几项式. ⑵法则归纳:把同类项的系数相加的结果作为合并后的系数,字母和字母的指数不变. ⑶注意事项: ①如果多项式中项数较多、较复杂时,可在同类项上标注记号,便于认清同类项,做 到不遗漏、不重复. ②所有常数项都是同类项,都可进行合并 【例题1】说出下列单项式中各字母的的次数和系数 ⑴5ax2y 【例题2】指出下列多项式的项数、次数 【例题3】 ⑴如果是关于x、y的单项式,且系数为2,次数为3,则a、b分别是多少? ⑵如果多项式的次数为4次,且有三项,则m为多少? 22⑶如果多项式不含xy的项,求:的值 设 多项式在建模中的应用 1 插值公式 在实际问题中,遇到研究的两个变量y与x之间的依赖关系,通过实验或观测可得到这两个变量对应数值:x取值时,y取值,i=0,1,2,…,n.我们希望找一个函数y=f(x),使得,i=0,1,2,…,n,并且它能尽量准确地反映y与x之间的依赖关系,而计算又比较简单.变量y与x之间的依赖关系是客观存在的,设为.所找的函数f(x)称为的一个插值函数.求插值函数的问题称为插值问题,求插值函数的方法称为插值法. 实际问题中,若我们用某种办法已经知道变量y与x之间的依赖关系是一个很“光滑”的函数,则常常取多项式f(x)确定的函数作为这个函数的插值函数,此时f(x)称为插值多项 式.于是,现在的插值问题是:设是数域F上的n+1个不同元素,是F的n+1个元素.我们要在F[x]中找一个次数≤n的多项式f(x),使得,i=0,1, 2,…,n.由推论4.5.1,若这个问题的解存在,则它是唯一的.现在我们来证明插值问题的解一定存在. 定理1设是数域F的n+1个不同的元素,是F的n+1个元素,则在F[x]中存在唯一的次数不超过n的多项式f(x),使得 ,i=0,1,2,…,n 证如上所述,若这个插值问题的解存在,则它是唯一的,现在来证存在性. 先看一个特殊情形: 若存在一个次数≤n的多项式,使得 ,j=0,1,2,…,n 则 ,…,, ,…,. 这表明是的n个不同的根.由于,所以 (1) 因为,所以由(1)式得 , (2) 从而得 . (3) 现在看一般情形.令 =, (4) 则deg f(x) n,并且对任意j(j=0,1,2,…,n)有f(c j)=d j .所以由(4)式给出的f(x) 是插值问题的解.… 公式(4)称为拉格朗日(Lagrange)插值公式. 定理也可以采用待定系数法来证明,设 是插值问题的解,由,i=0,1,2,…,n,可以得到一个含n+1个未知量 的由n+1个方程组成的线性方程组,它的系数行列式是Vandermonde行列式.由于 是n+1个不同的数,所以这个行列式不等于零.据Cramer法则,该方程组有唯一解,并且解有一个公式表示(这个解也可以用消元法求出).当然Lagrange插值公式更为方便,因为它既简单又容易记. 上述插值问题的解还可以用牛顿(Newton)插值公式给出: §1-5多项式的因式分解定理 多项式44-x 在有理数域、实数域、复数域上的因式分解 ][)2)(2)(2)(2(4][)2)(2)(2(4][)2)(2(4424224x C i x i x x x x x R x x x x x Q x x x +-+-=-++-=-+-=-(不能再分)(不能再分) 在不同的系数域上,具有不同形式的分解式 什么叫不能再分? 平凡因式: 零次多项式(不等于零的常数)、多项式自身、前两个的乘积 Definition8:(不可约多项式)令][)(x P x f 是的一个次数大于零的多项式,如果][)(x P x f 在中只有平凡因式,就称f(x )为数域P 上(或在P[x]中)的不可约多项式.(p(x)在数域P 上不能表示成两个次数低的多项式的乘积) 若)(x f 除平凡因式外,在P[x]中还有其它因式,f(x )就说是在数域P 上(或在P[x]中)是可约的. 如果不是平凡因式)(,)()()(x g x h x g x f =, 的次数显然和则)()(x h x g 都小于)(x f 的次数. 反之,若)(x f 能写成两个这样多项式的乘积,那么)(x f 有 非平凡因式;如果P[x]的一个n 次多项式能够分解成P[x]中两个次数都 小于n 的多项式 的乘积和)()(x h x g 即 )()()(x h x g x f 那么)(x f 在P 上可约. 由不可约多项式的定义可知: 任何一次多项式都是不可约多项式的. 不可约多项式的重要性质: 一个多项式是否不可约是依赖于系数域; 1.如果多项式)(x f 不可约,那么P 中任意不为零的元素c 与)(x f 的乘积c )(x f 都不可约. 2.设)(x f 是一个不可约多项式而P(x)是一个任意多项式,那么或者)(x f 与P(x)互素,或者)(x f 整除P(x). 3.如果多项式)(x f 与)(x g 的乘积能被不可约多项式P(x)整除,那么至少有一个因式被P(x)整除. Theorem5.如果)(x p 是一个不可约多项式,P(x)整除一些多项式)(,),(),(21x f x f x f s 的乘积,那么)(x p 一定整除这些多项式之中的一个. 证明:对被除多项式的个数s 用数学归纳法 当s=1时,显然成立;多项式教案
单项式的定义
01多项式的概念
多项式应用
-多项式的因式分解定理
单项式与多项式 教学设计