КВАДРАТНЫЙ ТРЕХЧЛЕН III
§ 54. Разложение квадратного трехчлена на линейные множители
В этом параграфе мы рассмотрим следующий вопрос: в каком случае квадратный трехчлен ax 2 + bx + c можно представить в виде произведения
(a 1 x + b 1) (a 2 x + b 2)
двух линейных относительно х множителей с действительными коэффициентами a 1 , b 1 , a 2 , b 2 (a 1 =/=0, a 2 =/=0) ?
1. Предположим, что данный квадратный трехчлен ax 2 + bx + c представим в виде
ax 2 + bx + c = (a 1 x + b 1) (a 2 x + b 2). (1)
Правая часть формулы (1) обращается в нуль при х = - b 1 / a 1 и х = - b 2 / a 2 (a 1 и a 2 по условию не равны нулю). Но в таком случае числа - b 1 / a 1 и - b 2 / a 2 являются корнями уравнения
ax 2 + bx + c = 0.
Следовательно, дискриминант квадратного трехчлена ax 2 + bx + c должен быть неотрицательным.
2. Обратно, предположим, что дискриминант D = b 2 - 4ас квадратного трехчлена ax 2 + bx + c неотрицателен. Тогда этот трехчлен имеет действительные корни x 1 и x 2 . Используя теорему Виета, получаем:
ax 2 + bx + c = а (x 2 + b / a х + c / a ) = а [x 2 - (x 1 + x 2) х + x 1 x 2 ] =
= а [(x 2 - x 1 x ) - (x 2 x - x 1 x 2)] = а [х (х - x 1) - x 2 (х - x 1) =
= a (х - x 1)(х - x 2).
ax 2 + bx + c = a (х - x 1)(х - x 2), (2)
где x 1 и x 2 - корни трехчлена ax 2 + bx + c . Коэффициент а можно отнести к любому из двух линейных множителей, например,
a (х - x 1)(х - x 2) = (aх - ax 1)(х - x 2).
Но это означает, что в рассматриваемом случае квадратный трехчлен ax 2 + bx + c представим в виде произведения двух линейных множителей с действительными коэффициентами.
Объединяя результаты, полученные в пунктах 1 и 2, мы приходим к следующей теореме.
Теорема. Квадратный трехчлен ax 2 + bx + c тогда и тoлько тогда можно представить в виде произведения двух линейных множителей с действительными коэффициентами,
ax 2 + bx + c = (aх - ax 1)(х - x 2),
когда дискриминант этого квадратного трехчлена неотрицателен (то есть когда этот трехчлен имеет действительные корни) .
Пример 1 . Разложить на линейные множители 6x 2 - х -1.
Корни этого квадратного трехчлена равны x 1 = 1 / 2 и x 2 = - 1 / 3 .
Поэтому по формуле (2)
6x 2 - х -1 = 6 (х - 1 / 2)(х + 1 / 3) = (2х - 1) (3x + 1).
Пример 2 . Разложить на линейные множители x 2 + х + 1. Дискриминант этого квадратного трехчлена отрицателен:
D = 1 2 - 4 1 1 = - 3 < 0.
Поэтому данный квадратный трехчлен на линейные множители с действительными коэффициентами не раскладывается.
Упражнения
Разложить на линейные множители следующие выражения (№ 403 - 406):
403. 6x 2 - 7х + 2. 405. x 2 - х + 1.
404. 2x 2 - 7ах + 6а 2 . 406. x 2 - 3ах + 2а 2 - аb - b 2 .
Сократить дроби (№ 407, 408):
Решить уравнения:
Разложение квадратных трехчленов на множители относится к школьным заданиям, с которыми рано или поздно сталкивается каждый. Как его выполнить? Какова формула разложения квадратного трехчлена на множители? Разберемся пошагово с помощью примеров.
Разложение квадратных трехчленов на множители осуществляется решением квадратного уравнения. Это несложная задача, которую можно решить несколькими методами - нахождением дискриминанта, при помощи теоремы Виета, существует и графический способ решения. Первые два способа изучаются в средней школе.
Общая формула выглядит так: lx 2 +kx+n=l(x-x 1)(x-x 2) (1)
Для того чтобы выполнить разложение квадратных трехчленов на множители, нужно знать теорему Вита, иметь под рукой программу для решения, уметь находить решение графически или искать корни уравнения второй степени через формулу дискриминанта. Если дан квадратный трехчлен и его надо разложить на множители, алгоритм действий такой:
1) Приравнять исходное выражение к нулю, чтобы получить уравнение.
2) Привести подобные слагаемые (если есть такая необходимость).
3) Найти корни любым известным способом. Графический метод лучше применять в случае, если заранее известно, что корни - целые и небольшие числа. Нужно помнить, что количество корней равно максимальной степени уравнения, то есть у квадратного уравнения корней два.
4) Подставить значение х в выражение (1).
5) Записать разложение квадратных трехчленов на множители.
Окончательно понять, как выполняется это задание, позволяет практика. Иллюстрируют разложение на множители квадратного трехчлена примеры:
необходимо разложить выражение:
Прибегнем к нашему алгоритму:
1) х 2 -17х+32=0
2) подобные слагаемые сведены
3) по формуле Виета найти корни для этого примера сложно, потому лучше воспользоваться выражением для дискриминанта:
D=289-128=161=(12,69) 2
4) Подставим найденные нами корни в основную формулу для разложения:
(х-2,155) * (х-14,845)
5) Тогда ответ будет таким:
х 2 -17х+32=(х-2,155)(х-14,845)
Проверим, соответствуют ли найденные дискриминантом решения формулам Виета:
14,845 . 2,155=32
Для данных корней применяется теорема Виета, они были найдены правильно, а значит полученное нами разложение на множители тоже правильно.
Аналогично разложим 12х 2 +7х-6.
x 1 =-7+(337) 1/2
x 2 =-7-(337) 1/2
В предыдущем случае решения были нецелыми, но действительными числами, найти которые легко, имея перед собой калькулятор. Теперь рассмотрим более сложный пример, в котором корни будут комплексными: разложить на множители х 2 +4х+9. По формуле Виета корни найти не получится, и дискриминант отрицательный. Корни будут на комплексной плоскости.
D=-20
Исходя из этого, получаем нтересующие нас корни -4+2i*5 1/2 и -4-2i * 5 1/2 , поскольку (-20) 1/2 =2i*5 1/2 .
Получаем искомое разложение, подставив корни в общую формулу.
Еще один пример: нужно разложить на множители выражение 23х 2 -14х+7.
Имеем уравнение 23х 2 -14х+7 =0
D=-448
Значит, корни 14+21,166i и 14-21,166i. Ответ будет такой:
23х 2 -14х+7 =23(х-14-21,166i )*(х-14+21,166i ).
Приведем пример, решить который можно без помощи дискриминанта.
Пусть нужно разложить квадратное уравнение х 2 -32х+255. Очевидно, его можно решить и дискриминантом, однако быстрее в данном случае подобрать корни.
x 1 =15
x 2 =17
Значит х 2 -32х+255 =(х-15)(х-17).
На данном уроке мы с вами научимся раскладывать квадратные трёхчлены на линейные множители. Для этого необходимо вспомнить теорему Виета и обратную ей. Данное умение поможет нам быстро и удобно раскладывать квадратные трёхчлены на линейные множители, а также упростит сокращение дробей, состоящих из выражений.
Итак вернёмся к квадратному уравнению , где .
То, что стоит у нас в левой части, называется квадратным трёхчленом.
Справедлива теорема: Если - корни квадратного трёхчлена, то справедливо тождество
Где - старший коэффициент, - корни уравнения.
Итак, мы имеем квадратное уравнение - квадратный трёхчлен, где корни квадратного уравнения также называются корнями квадратного трёхчлена. Поэтому если мы имеем корни квадратного трёхчлена, то этот трёхчлен раскладывается на линейные множители.
Доказательство:
Доказательство данного факта выполняется с помощью теоремы Виета, рассмотренной нами в предыдущих уроках.
Давайте вспомним, о чём говорит нам теорема Виета:
Если - корни квадратного трёхчлена, у которого , то .
Из данной теоремы вытекает следующее утверждение, что .
Мы видим, что, по теореме Виета, , т. е., подставив данные значения в формулу выше, мы получаем следующее выражение
что и требовалось доказать.
Вспомним, что мы доказали теорему, что если - корни квадратного трёхчлена, то справедливо разложение .
Теперь давайте вспомним пример квадратного уравнения , к которому с помощью теоремы Виета мы подбирали корни . Из этого факта мы можем получить следующее равенство благодаря доказанной теореме:
Теперь давайте проверим правильность данного факта простым раскрытием скобок:
Видим, что на множители мы разложили верно, и любой трёхчлен, если он имеет корни, может быть разложен по данной теореме на линейные множители по формуле
Однако давайте проверим, для любого ли уравнения возможно такое разложение на множители:
Возьмём, к примеру, уравнение . Для начала проверим знак дискриминанта
А мы помним, что для выполнения выученной нами теоремы D должен быть больше 0, поэтому в данном случае разложение на множители по изученной теореме невозможно.
Поэтому сформулируем новую теорему: если квадратный трёхчлен не имеет корней, то его нельзя разложить на линейные множители.
Итак, мы рассмотрели теорему Виета, возможность разложения квадратного трёхчлена на линейные множители, и теперь решим несколько задач.
Задача №1
В данной группе мы будем по факту решать задачу, обратную к поставленной. У нас было уравнение, и мы находили его корни, раскладывая на множители. Здесь мы будем действовать наоборот. Допустим, у нас есть корни квадратного уравнения
Обратная задача такова: составьте квадратное уравнение, чтобы были его корнями.
Для решения данной задачи существует 2 способа.
Поскольку - корни уравнения, то 
- это квадратное уравнение, корнями которого являются заданные числа. Теперь раскроем скобки и проверим:
Это был первый способ, по которому мы создали квадратное уравнение с заданными корнями, в котором нет каких-либо других корней, поскольку любое квадратное уравнение имеет не более двух корней.
Данный способ предполагает использование обратной теоремы Виета.
Если - корни уравнения, то они удовлетворяют условию, что .
Для приведённого квадратного уравнения 
, , т. е. в данном случае , а .
Таким образом, мы создали квадратное уравнение, которое имеет заданные корни.
Задача №2
Необходимо сократить дробь .
Мы имеем трёхчлен в числителе и трёхчлен в знаменателе, причём трёхчлены могут как раскладываться, так и не раскладываться на множители. Если же и числитель, и знаменатель раскладываются на множители, то среди них могут оказаться равные множители, которые можно сократить.
В первую очередь необходимо разложить на множители числитель .
Вначале необходимо проверить, можно ли разложить данное уравнении на множители, найдём дискриминант . Поскольку , то знак зависит от произведения ( должно быть меньше 0), в данном примере , т. е. заданное уравнение имеет корни.
Для решения используем теорему Виета:
В данном случае, поскольку мы имеем дело с корнями, то просто подобрать корни будет довольно сложно. Но мы видим, что коэффициенты уравновешены, т. е. если предположить, что , и подставить это значение в уравнение, то получается следующая система: , т. е. 5-5=0. Таким образом, мы подобрали один из корней данного квадратного уравнения.
Второй корень мы будем искать методом подставления уже известного в систему уравнений, к примеру, , т.е. .
Таким образом, мы нашли оба корня квадратного уравнения и можем подставить их значения в исходное уравнение, чтобы разложить его на множители:
Вспомним изначальную задачу, нам необходимо было сократить дробь .
Попробуем решить поставленную задачу, подставив вместо числителя .
Необходимо не забыть, что при этом знаменатель не может равняться 0, т. е. , .
Если данные условия будут выполняться, то мы сократили исходную дробь до вида .
Задача №3 (задача с параметром)
При каких значениях параметра сумма корней квадратного уравнения
Если корни данного уравнения существуют, то 
, вопрос: когда .
Квадратным трехчленом называется многочлен вида ax^2+bx+c, где х – переменная, a, b и с – некоторые числа, причем а не равно нулю.
Собственно, первое что нам нужно знать, чтобы разложить злополучный трехчлен на множители – теорема. Выглядит она следующим образом: “Если х1 и х2 – корни квадратного трехчлена ax^2+bx+c, то ax^2+bx+c=a(x-x1)(x-x2)”. Конечно, существует и доказательство этой теоремы, но оно требует некоторых теоретических знаний (при вынесении за скобки в многочлене ax^2+bx+c множителя а получаем ax^2+bx+c=a(x^2+(b/a)x + c/a). По теореме Виетта x1+x2=-(b/a), х1*х2=с/а, следовательно b/a=-(x1+x2), с/а=х1*х2. значит, x^2+ (b/a)x+c/a= x^2- (x1+x2)x+ x1x2=x^2-x1x-x2x+x1x2=x(x-x1)-x2(x-x1)= (x-x1)(x-x2). значит, ax^2+bx+c=a(x-x1)(x-x2) . Иногда учителя заставляют учить доказательство, но если оно не востребовано, советую просто запомнить итоговую формулу.
Возьмем как пример трехчлен 3x^2-24x+21. Первое, что нам нужно сделать – приравнять трехчлен к нулю: 3x^2-24x+21=0. Корни полученного квадратного уравнения и будут корнями трехчлена, соответственно.
Решим уравнение 3x^2-24x+21=0. a=3, b=-24, c=21. Итак, решаем. Кто не знает как решать квадратные уравнения, смотрите в мою инструкцию с 2-мя способами их решения на примере этого же уравнения. Получились корни х1=7, х2=1.
Теперь, когда у нас есть корни трехчлена, можно смело подставлять их в формулу =) ax^2+bx+c=a(x-x1)(x-x2)
получаем:3x^2-24x+21=3(х-7)(х-1)
Можно избавиться от члена а, внеся его в скобки: 3x^2-24x+21=(х-7)(х*3-1*3)
в итоге получаем: 3x^2-24x+21=(х-7)(3х-3). Примечание: каждый из полученных множителей ((х-7), (3х-3) являются многочленами первой степени. Вот и все разложение =) Если сомневаетесь в полученном ответе, всегда можно его проверить, перемножив скобки.
Проверка решения. 3x^2-24x+21=3(х-7)(х-3)
(x-7)(3x-3)=3x^2-3x-21x+21=3x^2-24x+21. Теперь мы точно знаем, что наше решение верно! Надеюсь, моя инструкция кому-нибудь поможет =) Удачи в учебе!
Квадратный трехчлен ax 2 +bx+c можно разложить на линейные множители по формуле:
ax 2 +bx+c=a (x-x 1)(x-x 2) , где x 1, x 2 — корни квадратного уравнения ax 2 +bx+c=0.
Разложить квадратный трехчлен на линейные множители:
Пример 1). 2x 2 -7x-15.
Решение. 2x 2 -7x-15=0.
a =2; b =-7; c =-15. Это общий случай для полного квадратного уравнения. Находим дискриминант D .
D=b 2 -4ac=(-7) 2 -4∙2∙(-15)=49+120=169=13 2 >0; 2 действительных корня.
Применим формулу: ax 2 +bx+c=a (x-x 1)(x-x 2).
2x 2 -7x-15=2 (х+1,5)(х-5)=(2х+3)(х-5). Мы представили данный трехчлен 2x 2 -7x-15 2х+3 и х-5.
Ответ: 2x 2 -7x-15=(2х+3)(х-5).
Пример 2). 3x 2 +2x-8 .
Решение. Найдем корни квадратного уравнения:
a =3; b =2; c =-8. Это частный случай для полного квадратного уравнения с четным вторым коэффициентом (b =2). Находим дискриминант D 1 .
Применим формулу: ax 2 +bx+c=a (x-x 1)(x-x 2).
Мы представили трехчлен 3x 2 +2x-8 в виде произведения двучленов х+2 и 3х-4 .
Ответ: 3x 2 +2x-8=(х+2) (3х-4) .
Пример 3) . 5x 2 -3x-2.
Решение. Найдем корни квадратного уравнения:
a =5; b =-3; c =-2. Это частный случай для полного квадратного уравнения с выполненным условием: a+b+c=0 (5-3-2=0). В таких случаях первый корень всегда равен единице, а второй корень равен частному от деления свободного члена на первый коэффициент:
Применим формулу: ax 2 +bx+c=a (x-x 1)(x-x 2).
5x 2 -3x-2=5 (х-1)(х+0,4)=(х-1)(5х+2). Мы представили трехчлен 5x 2 -3x-2 в виде произведения двучленов х-1 и 5х+2.
Ответ: 5x 2 -3x-2=(х-1) (5х+2).
Пример 4). 6x 2 +x-5.
Решение. Найдем корни квадратного уравнения:
a =6; b =1; c =-5. Это частный случай для полного квадратного уравнения с выполненным условием: a-b+c=0 (6-1-5=0). В таких случаях первый корень всегда равен минус единице, а второй корень равен минус частному от деления свободного члена на первый коэффициент:
Применим формулу: ax 2 +bx+c=a (x-x 1)(x-x 2).
Мы представили трехчлен 6x 2 +x-5 в виде произведения двучленов х+1 и 6х-5 .
Ответ: 6x 2 +x-5=(х+1) (6х-5) .
Пример 5). x 2 -13x+12.
Решение. Найдем корни приведенного квадратного уравнения:
x 2 -13x+12=0. Проверим, можно ли применить . Для этого найдем дискриминант и убедимся, что он является полным квадратом целого числа.
a =1; b =-13; c =12. Находим дискриминант D.
D=b 2 -4ac =13 2 -4∙1∙12=169-48=121=11 2 .
Применим теорему Виета: сумма корней должна быть равна второму коэффициенту, взятому с противоположным знаком, а произведение корней должно быть равно свободному члену:
x 1 +x 2 =13; x 1 ∙x 2 =12. Очевидно, что x 1 =1; x 2 =12.
Применим формулу: ax 2 +bx+c=a (x-x 1)(x-x 2).
x 2 -13x+12=(х-1)(х-12).
Ответ: x 2 -13x+12=(х-1) (х-12) .
Пример 6). x 2 -4x-6.
Решение. Найдем корни приведенного квадратного уравнения:
a =1; b =-4; c =-6. Второй коэффициент — четное число. Находим дискриминант D 1 .
Дискриминант не является полным квадратом целого числа, поэтому, теорема Виета нам не поможет, и мы найдем корни по формулам для четного второго коэффициента:
Применим формулу: ax 2 +bx+c=a (x-x 1)(x-x 2) и запишем ответ.
