第7章 因式分解
展開把乘積寫成和,因式分解則把和改寫成乘積。兩個方向都依運算規則進行;得到一個好看的括號後,仍要展開檢查,不能只靠「很像公式」。
本章變數取實數。先練習整係數的常見例子,不宣稱每個多項式都能用整數配出一次因子。
7.1 提出公因式不等於任意約分
例題1 分解6x²+9x
- 兩項都可以寫成3x乘另一個式子:6x²=3x × 2x,9x=3x × 3。
- 反向使用分配律,得到6x²+9x=3x(2x+3)。
- 展開回查:3x × 2x+3x × 3=6x²+9x,對每個實數x成立。
這裡沒有把等式兩邊除以x,因此x=0也包含在恆等式的範圍中。提出因式與做一個可能除以0的約分,是不同的操作。
7.2 平方差來自交叉項抵消
例題2 分解x²−9
- 9=3²,所以原式是x²−3²。
- 展開(x−3)(x+3),得到x²+3x−3x−9。
- 中間兩項抵消,結果正是x²−9。
- 因此x²−9=(x−3)(x+3),對所有實數x成立。
一般形式是a²−b²=(a−b)(a+b)。若原式是平方和a²+b²,不能把同一個減號公式直接搬過來。
7.3 由係數尋找兩個整數
例題3 分解x²+5x+6
- 展開(x+r)(x+s),會得到x²+(r+s)x+rs。
- 要符合原式,須同時有r+s=5及rs=6。
- r=2、s=3同時符合這兩條;只符合乘積而不符合和,還不夠。
- 因此候選分解是(x+2)(x+3)。
- 展開檢查為x²+3x+2x+6=x²+5x+6,確認恆等。
整數配對是這類例子的方便方法,不是全部二次式都能成功。例如x²−2的實根牽涉√2,不會因為找不到整數配對就變成沒有實根;下一章再處理一般二次方程。
7.4 分解式子與求解方程不同
x(x−2)本身是一個乘積式子。只有在方程x(x−2)=0中,才能進一步使用實數的零乘積性質:乘積為0時,至少一個因子為0。
理由是:若第一個因子不為0,就能合法除以它,迫使第二個因子為0;若第一個因子已為0,就在另一個分支。不能直接除以未知數x,把第一種可能性丟掉。
若乘積等於6,則不可以要求其中一個因子等於0。零乘積性質的右邊必須真的是0。
7.5 本章回顧
先找共同因式,再看平方差或適合的二次配對;最後一律展開回查。若用分解來解方程,先把方程整理成乘積等於0,再保留每個可能的零因子。
7.6 練習
- B02-C07-Q01 分解4x+8。
- B02-C07-Q02 分解5x²−10x,並說明x=0是否仍在恆等式範圍內。
- B02-C07-Q03 分解x²−16。
- B02-C07-Q04 分解9x²−1。
- B02-C07-Q05 分解x²−7x+12。
- B02-C07-Q06 分解x²−x−6。
- B02-C07-Q07 解x(x−2)=0,說明直接約掉x會漏掉什麼。
- B02-C07-Q08 檢查x²+4=(x−2)(x+2)是否恆等,並用x=0提供反例。
7.7 完整解答
Q01
4x=4 × x,8=4 × 2,所以4x+8=4(x+2)。展開右邊為4x+8,回查相符。
Q02
兩項都有5x,分解為5x(x−2)。展開得到5x²−10x,沒有做除以x的操作,因此x=0仍在恆等式的範圍內。
Q03
16=4²,使用平方差得到(x−4)(x+4)。展開為x²+4x−4x−16=x²−16。
Q04
9x²=(3x)²,1=1²,因此分解為(3x−1)(3x+1)。展開中間的正負3x抵消,剩9x²−1。
Q05
需要兩個數的和為−7、積為12。−3與−4符合,所以分解為(x−3)(x−4)。展開x²−4x−3x+12=x²−7x+12。
Q06
需要兩個數的和為−1、積為−6。−3與2符合,所以分解為(x−3)(x+2)。展開x²+2x−3x−6=x²−x−6。
Q07
按零乘積性質,x=0或x−2=0,因此全部解是0與2。兩者代回原乘積都為0;反過來,每個解必須使至少一個因子為0,所以沒有其他解。直接約掉x會預先排除x=0,漏掉這個有效解。
Q08
右邊展開是x²−4,不是x²+4。給定x=0,左邊4、右邊−4,不相等,所以不是恆等式。不能把平方差的公式用來改寫平方和。