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第6章 多項式的運算

本章小節
  1. 6.1 次數看最高的非零項
  2. 6.2 加法逐次方合併
  3. 6.3 減法先改變整個被減式的符號
  4. 6.4 乘法要寫出全部分配項
  5. 6.5 本章回顧
  6. 6.6 練習
  7. 6.7 完整解答

多項式把不同次方的項組在一起。整理時要同時追蹤係數、次方及正負號;不是把所有看起來有x的東西都合成同一項。

本章以一個實數變數x為主,係數是固定實數,指數為非負整數。例如2x³−5x+7是多項式;1/x和√x不是這個定義下的x多項式。

6.1 次數看最高的非零項

5x³−2x+7的最高非零次方是3,次數為3,最高次項係數為5,常數項為7。缺少的x²項可用係數0記錄,但不會因此改變多項式的值。

非零常數多項式的次數是0。本冊不為零多項式指定通常的非負整數次數;有些其他語境另設約定,不能默默混用。多項式在一個取值時算出0,也不表示它就是零多項式。

多項式5x³減2x加7的係數位置:三次項5、二次項0、一次項負2、常數項7;缺項的0只是位置記錄。
圖11|多項式5x³減2x加7的係數位置:三次項5、二次項0、一次項負2、常數項7;缺項的0只是位置記錄。

6.2 加法逐次方合併

例題1 計算(2x²−3x+1)+(x²+5x−4)

  1. 加上整個括號,不改變其中各項符號,得到2x²−3x+1+x²+5x−4。
  2. x²項合併為(2+1)x²=3x²。
  3. x項合併為(−3+5)x=2x。
  4. 常數合併為1−4=−3。
  5. 結果是3x²+2x−3。

反向依次拆開三組係數,就能回到原來兩個多項式的和。取x=1作算術檢查,原兩括號分別為0與2,和為2;結果式為3+2−3=2。一般恆等的理由是同類項合併,不是只靠x=1。

6.3 減法先改變整個被減式的符號

例題2 計算(x²−2x+3)−(2x²+x−1)

  1. 括號前的負號作用到全部三項:−(2x²+x−1)=−2x²−x+1。
  2. 原式變成x²−2x+3−2x²−x+1。
  3. x²項是x²−2x²=−x²。
  4. x項是−2x−x=−3x,常數為3+1=4。
  5. 所以結果是−x²−3x+4。

取x=0,原式3−(−1)=4,結果也為4。若把末項錯改成−1,就會錯得2;數值反查可發現這類符號錯誤。

6.4 乘法要寫出全部分配項

例題3 展開(2x−1)(x²+x+3)

  1. 把左邊兩項分配到整個右括號,得2x(x²+x+3)−1(x²+x+3)。
  2. 第一組產生2x³+2x²+6x。
  3. 第二組產生−x²−x−3。
  4. 合起來為2x³+2x²+6x−x²−x−3。
  5. 合併同類項,得到2x³+x²+5x−3。
兩項乘三項的乘積表共有六格,依序保留2x與負1乘到x²、x及3的結果;色塊是代數項的表格,不表示負的物理面積。
圖12|兩項乘三項的乘積表共有六格,依序保留2x與負1乘到x²、x及3的結果;色塊是代數項的表格,不表示負的物理面積。

六個乘積都要出現,才再合併。反向把結果拆成2x³+2x²+6x與−x²−x−3兩組,即可分別提出2x及−1,回到原式。

若兩個非零實係數多項式相乘,各自最高次項相乘會產生「兩者次數相加」的項,係數是兩個非零係數的乘積,因此仍非零。其他任何乘積只要至少選到其中一式較低次的項,次數就嚴格小於這個和,不能與最高次項合併抵消。因此,乘積次數是兩者次數的和。這個說明需要「兩者非零」;加法則可能因最高次項抵消而降次,不能照搬乘法結論。

6.5 本章回顧

加減法按相同次方對齊,減法先照顧整個括號;乘法逐項分配,再合併。最後重新檢查最高非零次方。不要把一個代入值為0、零多項式和次數為0混成同一件事。

6.6 練習

  1. B02-C06-Q01 指出5x³−2x+7的次數、最高次項係數及常數項。
  2. B02-C06-Q02 非零常數多項式−4的次數是多少?
  3. B02-C06-Q03 x²−x²整理後是什麼?本冊是否把它的次數說成0?
  4. B02-C06-Q04 計算(3x²+x−2)+(−x²+4x+5)。
  5. B02-C06-Q05 計算(4x²−x+6)−(x²+2x−1)。
  6. B02-C06-Q06 展開x(x²−3x+2)。
  7. B02-C06-Q07 展開(2x+1)(x−3)。
  8. B02-C06-Q08 整理(x²+1)+(−x²+x),並說明次數為什麼不是2。

6.7 完整解答

Q01

最高非零次方是3,所以次數為3;相應係數為5,常數項為7。x²項係數為0,不會把最高次項換掉。

Q02

−4不含變數,且不是零多項式,所以次數為0。這不是說−4的值等於0。

Q03

x²−x²的每一項都抵消,得到零多項式。本冊不給它通常的非負整數次數,不能直接回答「次數0」;次數0是非零常數的情形。

Q04

去掉加號後的括號,按次方合併:(3−1)x²+(1+4)x+(−2+5)=2x²+5x+3。每組都只合併同類項。

Q05

先把被減式的三項改成−x²−2x+1,再與4x²−x+6相加。得到(4−1)x²+(−1−2)x+(6+1)=3x²−3x+7。

Q06

x分配到三項:x × x²−3x × x+2x=x³−3x²+2x。每個乘積的次方來自相同底數的因子相乘,不是把次方直接乘上x的值。

Q07

四個乘積是2x²、−6x、x、−3。合併中間兩項,得到2x²−5x−3。取x=0,原式1 × (−3)=−3,常數項也相符。

Q08

x²與−x²抵消,剩x+1。最高非零次方是1,所以次數為1,不是2。加法的最高次項可能抵消,不能只看原來哪裡印著最大的指數。