Chủ đề Phéo chia đa thức Định lý bézout & áp dụng

– ĐỊNH LÝ BÉZOUT & ÁP DỤNG HAI ĐỊNH LÝ CƠ BẢN 1- CÁC KHÁI NIỆM _ Giả sử f(x) là đa thức bậc n với biến x _ Ta đặt f(x) = anxn + an-1xn-1 + … + a1x + a0 (xỴR, ai là hệ số các hạng tử) ® Khi đó f(x) = 0 ,"x Û ai = 0 "i = 0,…,n f(x) khác 0 Û có ít nhất ai = 0 _ Giả sử g(x) = bnxn + bn-1xn-1 + … + b1x + b0 ® Khi đó f(x) = g(x) "x Û ai = bi ,"i = 0,…,n 2- ĐỊNH NGHĨA ■ Phép chia đa thức f(x) cho đa thức g(x) (khác 0) ta được thương và dư lần lượt là những đa thức q(x), r(x). Ta viết : f(x) = g(x).q(x) + r(x) với bậc r(x) < bậc g(x) ■ Trường hợp nếu đa thức r(x) bằng 0, ta được : f(x) = g(x).q(x) Và khi đó ta nói : f(x) chia hết cho g(x) 3- ĐỊNH LÝ ► Liên quan đến phép chia hết giữa các đa thức ta cần biết hai định lý sau : ỊNH LÝ BÉZOUT Đ (1730-1783, Nhà Toán học Pháp) Số dư trong phép chia đa thức f(x) cho đa thức (x – a) là f(a)) ■ Hệ quả : a là nghiệm của đa thức f(x) Û f(x) chia hết cho (x – a)) Và như vậy khi phân tích f(x) thành nhân tử, f(x) chứa nhân tử x – a ■ Sơ đồ Horner : Xét phép chia f(x) cho x – a _ Số dư trong phép chia là f(a), điều này ta đã biết ! _ Như vậy, ta có thể viết : f(x) = (x – a).q(x) + f(a) _ Vấn đề ở đây là ta cần xác định hệ số của q(x). Việc xác định này có thể làm theo cách xếp phép chia ra và thực hiện phép chia để tìm. _ Ở đây ta sẽ làm quen một thuật toán để tìm hệ số của q(x), ta gọi là sơ đồ Horner. Giả sử f(x) = anxn + an-1xn-1 + … + a1x + a0 q(x) = bnxn-1 + bn-1xn-2 + … + b2x + b1 Các hệ số bi được tính như sau : an an-1 an-2 … a1 a bn = an bn-1 = a.bn + an-1 bn-2 = a.bn-1 + an-2 … b1 = a.b2 + a1 ■ Ví dụ : Phân tích f(x) = 3x4 – 4x3 + 1 thành nhân tử _ Nhận xét x = 1 là nghiệm đa thức f(x) _ Dùng sơ đồ Horner, tìm thương phép chia f(x) cho x – 1 3 -4 0 0 1 1 3 -1 -1 -1 0 _ Vậy f(x) = (x – 1)(3x3 – x2 – x – 1) _ Tiếp tục, ta có x = 1 là nghiệm của đa thức 3x3 – x2 – x – 1 3 -1 -1 -1 1 3 2 1 0 _ Kết quả : f(x) = (x – 1)2(3x2 + 2x + 1) ỊNH LÝ NGHIỆM NGUYÊN CỦA ĐA THỨC Đ a) Ký hiệu : Q[x] là tập hợp các đa thức có hệ số là các số hữu tỉ Z[x] là tập hợp các đa thức có hệ số là các số nguyên b) Đặt vấn đề : Thực tế, việc tìm nghiệm của một đa thức là công việc “rộng và khó”. Thông thường các dạng toán tìm nghiệm đa thức chúng ta gặp đều dựa vào các phương trình chuẩn để giải (lớp 8 có pt tích; lớp 9 có pt trùng phương, đối xứng), tuy nhiên bấy nhiêu thế cũng chưa giải quyết được vấn đề tìm nghiệm các đa thức.Việc tìm nghiệm đa thức trong phần này nhằm chỉ nói lên một khía cạnh của việc tìm nghiệm tổng quát – đó là tìm nghiệm nguyên của đa thức trong Z[x]. _ Trước hết ta thấy rằng nếu f(x)ỴQ[x] thì ta có thể đưa về dạng f(x)ỴZ[x] để tìm nghiệm. _ Như vậy việc tìm nghiệm của f(x)ỴQ[x] ta có thể đưa về việc tìm nghiệm của g(x) = m.f(x)ỴZ[x] (m là mẫu chung của các hệ số trong f(x)) c) ĐỊNH LÝ CƠ BẢN : Cho đa thức f(x) = anxn + an-1xn-1 + … + a1x + a0 (aiỴZ , an ≠ 0) Nếu (tối giản) là nghiệm của f(x) thì p là ước của a0 và q là ước của an. (việc chứng minh định lý này không khó, các bạn cố gắng nhé !) HỆ QUẢ _ Nếu f(x) có nghiệm nguyên thì nghiệm nguyên đó là ước của a0 _ Khi an = 1 thì mọi nghiệm hữu tỉ của f(x) đều là nghiệm nguyên. d) Ví dụ : Tìm nghiệm hữu tỉ của đa thức f(x) = x4 + 2x3 – 4x2 – 5x – 6 _ Nghiệm hữu tỉ của đa thức trên (nếu có) phải là số nguyên và ước của -6 _ Thử lần lượt các ước của -6, ta có f(2) = 0 và f(-3) = 0 à 2; -3 là nghiệm của f(x) _ Chia f(x) cho x – 2; x – 3 theo sơ đồ Horner 1 2 -4 -5 -6 2 1 4 4 3 0 -3 1 1 1 0 _ Khi đó f(x) = (x – 2)(x + 3)(x2 + x + 1) à f(x) có 2 nghiệm. (không cần thử 6; -6 vì x2 + x + 1 > 0 với mọi x) ---oOo--- ÁP DỤNG – TỰ LUYỆN TÌM HỆ SỐ ĐỂ f(x) CHIA HẾT CHO g(x) 1- Ví dụ : Xác định các hệ số a, b sao cho x4 + ax3 + b chia hết cho x2 – 1. Hướng dẫn Cách 1 (Tìm số dư và cho dư bằng 0) x4 + ax3 + b x2 – 1 – x4 - x2 x2 + ax + 1 ax3 + x2 + b – ax3 - ax x2 + ax + b – x2 - 1 ax + b + 1 Như vậy, để x4 + ax3 + b chia hết cho x2 – 1 thì ax + b + 1 = 0 ,"x à a = 0 và b + 1 = 0 hay a = 0 ; b = -1 Cách 2 (Đồng nhất hệ số) Đặt x4 + ax3 + b = (x2 – 1)(x2 + cx + d) = x4 + cx3 + (d – 1)x2 – cx – d ,"x Do đó : c = a d – 1 = 0 c = 0 b = -d à a = 0 ; b = -1 ; c = 0 ; d = 1 Vậy với a = 0 ; b = -1 ta có x4 + ax3 + b chia hết cho x2 – 1 Cách 3 (Thay 1 giá trị đặc biệt của biến - giá trị riêng) Gọi Q là đa thức thương trong phép chia x4 + ax3 + b cho x2 – 1 à x4 + ax3 + b = (x2 – 1).Q = (x – 1)(x + 1).Q (*) Vì (*) đúng với mọi x nên khi cho x = 1 , x = -1 ta có : 1 + a + b = 0 1 – a + b = 0 à a = 0 ; b = -1 (các bạn nghĩ thử xem, tại sao chọn x = 1; -1) 2- Tương tự : Tìm hệ số a, b sao cho x4 + ax2 + b chia hết cho x2 – 3x + 2 (a = -5, b = 4) DÙNG ĐỊNH LÝ BÉZOUT ĐỂ PHÂN TÍCH ĐA THỨC THÀNH NHÂN TỬ 1- Ví dụ 1 : Phân tích đa thức f(x) = x3 – x2 – 8x + 12 thành nhân tử Nếu a là nghiệm của f(x) thì f(x) chia hết cho x – a (hệ quả Bézout) _ Như vậy ta phải tìm một nghiệm của f(x). Thông thường, ta dùng định lý nghiệm đa thức để tìm một nghiệm của f(x). Hướng dẫn _ Thử các ước của 12 ta thấy f(2) = 0. Ta xem f(x) = (x – 2).Q _ Tới đây có thể lấy f(x) chia cho x – 2 à thương là x2 + x – 6 _ Phân tích tiếp tục thương có được, cuối cùng ta có f(x) = (x – 2)2(x + 3). 2- Ví dụ 2 : Phân tích đa thức A = a3 + b3 + c3 – 3abc thành nhân tử Hướng dẫn Cách 1 (Dùng phương pháp thông thường) _ Ta có (a + b)3 = a3 + 3ab(a + b) + b3 à a3 + b3 = (a + b)3 – 3ab(a + b) _ Thay a3 + b3 vào A, ta có : A = (a + b)3 – 3ab(a + b) + c3 – 3abc = (a + b)3 + c3 – 3ab(a + b) – 3abc = (a + b + c)[(a + b)2 – (a + b)c + c2] – 3ab(a + b + c) = (a + b + c)[ (a + b)2 – (a + b)c + c2 – 3ab] = (a + b + c)(a2 + b2 + c2 – ab – ac – bc) Cách 2 (Định lý Bézout) _ Xem A là đa thức bậc 3 đối với biến a _ Đặt A = f(a) = a3 – 3abc + b3 + c3. Dễ dàng tính được f(-b-c) = 0 à f(a) chia hết cho a – (-b-c) = a + b + c _ Thực hiện phép chia đa thức f(a) cho a + b + c, hoặc dùng sơ đồ Horner tìm hệ số đa thức thương : 1 0 -3bc b3 + c3 -b-c 1 -b-c b2 + c2 – bc 0 _ Đa thức thương là : q(a) = a2 – (b + c)a + b2 + c2 – bc à f(a) = (a + b + c)[a2 – (b + c)a + b2 + c2 – bc] = (a + b + c)(a2 + b2 + c2 – ab – ac – bc) 3- Tương tự : 1) Phân tích các đa thức sau thành nhân tử : a) 3x3 + 5x2 – 14x + 4 (x = là nghiệm) b) 2x3 – x2 – 3x – 1 (x = -½ là nghiệm) 2) Phân tích các đa thức sau thành nhân tử : a) a(b2 + c2 + bc) + b(c2 + a2 + ac) + c(a2 + b2 + ab) b) (a + b + c)(ab + bc + ac) – abc 3) Dùng định lý về nghiệm đa thức, định lý Bézout, phân tích các đa thức sau thành nhân tử : a) x3 – 9x2 + 15x + 25 b) x3 – 4x2 – 11x + 30 c) 2x4 + x3 – 22x2 + 15x – 36 d) 3x3 + 5x2 – 14x + 4 e) 2x3 – x2 – 3x – 1 . 1- Cho biết đa thức 4x3 + ax + b chia hết cho đa thức x – 2 và x + 1. Tính 2a – 3b ? 2- Xác định các hằng số a, b sao cho : a) x4 + ax2 + b chia hết cho x2 – x + 1 b) ax3 + bx2 + 5x – 50 chia hết cho x2 + 3x – 10 c) ax3 + bx – 24 chia hết cho (x + 1)(x + 3) 3- Xác định các hằng số a, b để đa thức f(x) = 2x3 + ax + b chia cho x + 1 dư -6 và khi chia f(x) chia cho x – 2 dư 21. 4- Xác định các hằng số a, b sao cho x3 + ax + b chia cho x + 1 thì dư 7 và khi chia cho x – 3 thì dư -5. 5- Xác định các hằng số a, b, c sao cho ax3 + bx2 + c chia hết cho x + 2 và khi chia cho x2 – 1 thì dư x + 5. 6- Chứng minh rằng nếu x4 – 4x3 + 5ax2 – 4bx + c chia hết cho x3 + 3x2 – 9x – 3 thì tổng a + b + c = 0. 7- Tìm đa thức dư trong phép chia x54 + x45 + x36 + … + x9 + 1 cho x2 – 1. 8- Chứng minh rằng không tồn tại số tự nhiên n để giá trị của n6 – n4 – 2n2 + 9 chia hết cho giá trị của biểu thức n4 + n2 9- Tìm số nguyên n sao cho : a) n3 – 2 chia hết cho n – 2 b) n3 – 3n2 – 3n – 1 chia hết cho n2 + n + 1 c) n4 – 2n3 + 2n2 – 2n + 1 chia hết cho n4 – 1 10- Không xếp phép chia, xét xem x3 – 9x2 + 6x + 16 có chia hết cho : a) x + 1 b) x – 3 11- Tìm dư khi chia x + x3 + x9 + x27 cho : a) x – 1 b) x2 – 1 12- Tìm dư khi chia x99 + x55 + x11 + x + 7 cho : a) x + 1 b) x2 + 1 13- Chứng minh rằng : a) x50 + x10 + 1 chia hết cho x20 + x10 + 1 b) x2 – x9 – x1945 chia hết cho x2 – x + 1 c) x10 – 10x + 9 chia hết cho (x – 1)2 d) (x2 – 3x + 1)31 – (x2 – 4x + 5)30 + 2 chia hết cho x – 2 14- Chứng minh rằng với mọi số tự nhiên n : a) (x + 1)2n – x2n – 2x – 1 chia hết cho x(x + 1)(2x + 1) b) x4n + 2 + 2x2n + 1+ 1 chia hết cho (x + 1)2 c) (x + 1)4n + 2 + (x – 1)4n + 2 chia hết cho x2 + 1 d) (xn – 1)(xn + 1 – 1) chia hết cho (x + 1)(x – 1)2 15- Tìm số dư khi chia f(x) = x50 + x49 + … + x2 + x + 1 cho x2 – 1 . PHHS ký : Được đi học, được vui chơi như các bạn là rất hạnh phúc. Hãy chăm chút cho hạnh phúc đó ! ---HẾT---