4. Korkeamman asteen polynomifunktiot

Yleinen potenssi ja juuri

Yleinen potenssifunktio ja juuri

 
Neliöjuuren määritelmän mukaan
\sqrt{a}=b\ \ \Leftrightarrow\ \ b\ge0\ ja\ b^2=a

Luvun a kuutiojuurta (3. juuri) merkitään
\sqrt[3]{a}{,}\ jonka\ määritelmä:\ \sqrt[3]{a}=b\ \ \Leftrightarrow\ \ b^3=a\ \left(b\ voi\ olla\ myös\ negatiivinen{,}\ samoin\ a\right)

Luvun a yleistä juurta eli n. juurta merkitään
\sqrt[n]{a}{,}\ jonka\ määritelmä:\ \sqrt[n]{a}=b\ \ \Leftrightarrow\ b^n=a
Huom!\ Jos\ n\ on\ parillinen\ niin\ b\ge0


Ratkaise yhtälö
a.\ \ 54x^3+2=0\ \ \left(3.\ asteen\ yhtälö\right)
ratkaistaan ensin x^3:n suhteen
54x^3=-2\ \ \ \Leftrightarrow\ \ x^3=-\frac{2}{54}=-\frac{1}{27}\ \ \mid\sqrt[3]{}

\Leftrightarrow\ x=\sqrt[3]{-\frac{1}{27}}=-\frac{\sqrt[3]{1}}{\sqrt[3]{27}}=-\frac{1}{3}
Voidaan\ päätellä\ myös\ siten{,}\ että\ \left(-\frac{1}{3}\right)^3=-\frac{1}{27}
 
b.\ \ \ x^4-1=0\ \ \ \Leftrightarrow\ \ x^4=1\ \ \mid\sqrt[4]{}

\Leftrightarrow x=\pm\sqrt[4]{1}=\pm1
Huom!
1^4=1\ \ ja\ \left(-1\right)^4=1
 

Korkeamman asteen yhtälö ja epäyhtälöt

Korkeamman asteen yhtälöt

 
- ovat muotoa p(x) = 0 (määritetään polynomin p(x) nollakohdat), jossa polynomin asteluku on 3, 4, 5, jne
 
 
2.\ asteen\ yhtälöt:\ ax^2+bx+c=0
3.\ asteen\ yhtälöt:\ ax^3+bx^2+cx+d=0

- ei löydy yleistä ratkaisukaavaa
- ratkaiseminen:
1. Jaetaan polynomi p(x) enintään 2. astetta oleviin tekijöihin
2. Käytetään tulon nollasääntöä
 
Huom! Yhtälöissä, joissa on vain korkeimman asteluvun termi ja vakiotermi, ei tarvita tekijöihinjakoa
esim.\ \ \ 16x^3+2=0\ \ tai\ x^4-16=0

Kotitehtävät: 422, 424, 429b, 387

Ratkaise yhtälö
a.\ \ x^3-x^2-2x=0
Huomataan, että saadaan x yhteiseksi tekijäksi
x\left(x^2-x-2\right)=0
tulon nollasäännön mukaan
x=0\ \ tai\ x^2-x-2=0\ \ \left(ratk\ vielä\ 2.\ asteen\ yhtälö\right)

x=\frac{1\pm\sqrt{\left(-1\right)^2-4\cdot1\cdot\left(-2\right)}}{2}=\frac{1\pm3}{2}
x=2\ \ tai\ x=-1
Yhtälön ratkaisut: x = 0, x = 2 ja x = -1
 
b.\ \left(2x+1\right)\left(x^2+3x\right)=0
Nyt voidaan suoraan käyttää tulon nollasääntöä
2x+1=0\ \ \ tai\ x^2+3x=0
x=-\frac{1}{2}\ \ tai\ \ x\left(x+3\right)=0\ \ \Leftrightarrow\ x=0\ tai\ x=-3
 
c.\ 2x^4+3x^2=0
nyt\ yhteinen\ tekijä\ on\ x^2{,}\ sillä\ x^4=x^2\cdot x^2
x^2\left(2x^2+3\right)=0\ \ \Leftrightarrow\ \ x^2=0\ \ tai\ 2x^2+3=0
x=0\ tai\ x^2=-\frac{3}{2}\ \ \left(ei\ ole\ ratkaisua\right)
d.\ \ x^2\left(2x-3\right)-4\left(2x-3\right)=0
Huomataan, että yhteinen tekijä on 2x - 3
\left(2x-3\right)\left(x^2-4\right)=0

2x-3=0\ \ tai\ x^2-4=0
x=\frac{3}{2}\ \ tai\ x^2=4\ \ \Leftrightarrow\ x=\pm2
 
 
 
Ratkaise yhtälö
x^3+3x^2+2x+6=0
Yhteistä tekijää ei näyttäisi olevan. Yritetään jakaa tekijöihin ryhmittelemällä: katsotaan polynomin kahta eka termiä ja viimeisiä termejä erikseen
x^3+3x^2=x^2\left(x+3\right)\ ja\ 2x+6=2\left(x+3\right)

x^2\left(x+3\right)+2\left(x+3\right)=0\ \ \left(yhteinen\ tekijä\ on\ x+3\right)
\left(x+3\right)\left(x^2+2\right)=0
x=-3\ \ tai\ x^2=-2\ \left(ei\ ratkaisua\right)
eli\ x=-3

Kotitehtävät: 430, 435 ja 440 ab


Korkeamman asteen epäyhtälöt

 
Ratkaise epäyhtälö
-x^3+4x^2>3x
Muokataan epäyhtälö perusmuotoon eli muotoon p(x) > 0 (p(x)<0)
-x^3+4x^2-3x>0

Ratkaistaan vastaava yhtälö p(x) = 0 eli määritetään polynomin p(x) nollakohdat, koska polynomifunktio merkki voi vaihtua vain nollakohdissa (eli funktion arvo voi muuttua positiivisesta negatiiviseksi tai päivastoin vain nollakohdissa).

-x^3+4x^2-3x=0
x\left(-x^2+4x-3\right)=0
x=0\ tai\ -x^2+4x-3=0
x=\frac{-4\pm\sqrt{4^2-4\cdot\left(-1\right)\cdot\left(-3\right)}}{-2}=\frac{-4\pm2}{-2}
x=1\ \ tai\ x=3
eli\ p\left(x\right):n\ nollakohdat\ ovat\ x=0{,}\ x=1\ ja\ x=3
 
Laaditaan merkkikaavio, johon merkitään nollakohdat sekä lasketaan polynomin arvoja nollakohtien välissä
\begin{array}{l|l}
p\left(x\right)\ \ \ \ \ \ +\ \ &0\ \ \ \ -\ \ \ &1\ \ \ \ +\ \ \ &3\ \ \ -\ \ \\
\hline
&&&
\end{array}
p(-1) >0, p(0,5) < 0, p(2) > 0 ja p(4) <0
 
Merkkikaaviosta nähdään, että 
-x^3+4x^2-3x>0{,}\ kun\ x<0\ tai\ 1<x<3


Kotitehtävät: 445, 449c, 451