5. Polynomin jakaminen tekijöihin

Polynomin tekijöihinjako

2. asteen polynomin jakaminen tekijöihin
 
- voidaan jakaa tekijöihin
 
1. Yhteisen tekijön avulla (kun vakiotermi c = 0)

-x^2+3x=x\left(-x+3\right)

2. Muistikaavojen avulla

x^2-9=\left(x-3\right)\left(x+3\right)\ \ \left(summan\ ja\ erotuksen\ tulo\right)

x^2+4x+4=\left(x+2\right)^2\ \ \left(bino\min\ neliö\right)
 
3. Nollakohtien avulla
 
Tekijälause: Polynomilla p(x) on tekijä x - a silloin ja vain silloin kun polynomin nollakohta on x = a eli p(a) = 0

esimerkiksi polynomin
p\left(x\right)=x^2-9\ nollakohdat\ saadaan\ ratkaisemalla\ yhtälö\ x^2-9=0\ \ joko
a) perinteisesti
x^2=9\ \ \ \Leftrightarrow\ \ x=\pm3\ \
eli kun nollakohta on x = 3 ⇒ tekijänä on x - 3 ja kun nollakohta on x = - 3 ⇒ tekijänä on x + 3
 
b) tulon nollasäännöllä jakamalla p(x) tekijöihin summan ja erotuksen tulon avulla
x^2-9=\left(x-3\right)\left(x+3\right)=0
x-3=0\ \ \Leftrightarrow\ x=3\ \ tai\ \ x+3=0\ \ \Leftrightarrow x=-3
 
Olkoon 2. asteen polynomin 
p\left(x\right)=ax^2+bx+c\ nollakohdat\ \left(eli\ yhtälön\ ax^2+bx+c=0\ ratkaisut\right)\ x=x_1\ \ ja\ x=x_2
Nyt polynomin tekijät ovat
x-x_1\ \ ja\ x-x_2\ sekä\ koko\ polynomi\ jaettuna\ tekijöihin
ax^2+bx+c=a\left(x-x_1\right)\left(x-x_2\right)
 
Esimerkki: Jaa polynomi p(x) tekijöihin, kun 
p\left(x\right)=2x^2+3x+1
 
Kyseessä on täydellinen 2.asteen polynomi (kaikki eriasteiset termit ovat mukana) niin nyt polynomi joudutaan jakamaan tekijöihin nollakohtien avulla (binomin neliö ei toimi tässä)
2x^2+3x+1=0
x=\frac{-3\pm\sqrt{3^2-4\cdot2\cdot1}}{4}=\frac{-3\pm1}{4}
x=-\frac{1}{2}\ \ tai\ x=-1\ \ \Rightarrow\ tekijät\ x-\left(-\frac{1}{2}\right)=x+\frac{1}{2}\ \ ja\ x-\left(-1\right)=x+1
nyt\ koko\ polynomi\ tulomuodossa
p\left(x\right)=2x^2+3x+1=2\left(x+\frac{1}{2}\right)\left(x+1\right)=\left(2x+1\right)\left(x+1\right)

4. Ryhmittelemällä

- koskee korkeamman asteen polynomeja



Määritä vakio a siten, että polynomin p(x) tekijänä on x + 3, kun
p\left(x\right)=x^2+2x+a
Mikä on polynomin toinen tekijä?
 
tekijänä on x + 3 ⇒ nollakohtana on x = -3 eli p(-3) = 0
\left(-3\right)^2+2\cdot\left(-3\right)+a=0\ \ \Leftrightarrow\ \ a=-3

eli\ p\left(x\right)=x^2+2x-3=\left(x+3\right)\left(x-1\right)
Nyt toinen tekijä x - 1 voidaan päätellä ihan polynomin kertolaskun avulla, koska on tiedossa, että yksi tekijä on varmuudella x + 3
polynomin toinen nollakohta on nyt x=1 (saadaan, kun x - 1 = 0)
Huom! Nollakohdat tai toinen nollakohta saadaan yhtälöstä
p\left(x\right)=\left(x+3\right)\left(x-1\right)=0
tulon nollasäännön mukaan (x + 3 = 0) tai x - 1 = 0 eli (x = -3) tai x = 1
 
Muodosta polynomin lauseke, kun tiedetään, että polynomin nollakohdat ovat x = -1, x = 0 ja x = 2 sekä kuvaaja kulkee pisteen (1, -2) kautta.
 
Nollakohtien avulla saadaan tekijät
Nollakohta x = -1 ⇒ tekijä x + 1
nollakohta x = 0 ⇒ tekijä x - 0 = x
nollakohta x =2 ⇒ tekijä x - 2
Polynomi on näiden tekijöiden tulo
p\left(x\right)=a\cdot x\left(x+1\right)\left(x-2\right)

vakio\ a\ saadaan\ selville\ kun\ tie\detään{,}\ että\ p\left(1\right)=-2\ \left(kulkee\ \left(1{,}-2\right)\ kautta\right)
a\cdot1\cdot2\cdot\left(-1\right)=-2\ \ \left(a\cdot1\cdot\left(1+1\right)\left(1-2\right)=-2\right)
-2a=-2\ \ \Leftrightarrow\ \ a=1
joten\ p\left(x\right)=x\left(x+1\right)\left(x-2\right)=x\left(x^2-2x+x-2\right)=x\left(x^2-x-2\right)=x^3-x^2-2x




Ratkaise epäyhtälö
a.\ \ \left(x+3\right)\left(2x-1\right)<0
b.\ \ x^3-3x\ge3x^2-9
Muokataan perusmuotoon p(x) ≥ 0 siirtämällä termit samalle puolelle
x^3-3x^2-3x+9\ge0
Jaetaan tekijöihin ryhmittelemällä
x^3-3x^2=x^2\left(x-3\right)\ \ ja\ -3x+9=-3\left(x-3\right)

x^2\left(x-3\right)-3\left(x-3\right)=\left(x-3\right)\left(x^2-3\right)=0
x-3=0\ \ tai\ x^2-3=0
x=3\ \ tai\ x^2=3\ \ \ \Leftrightarrow\ x=\pm\sqrt{3}
eli\ nollakohdat\ ovat\ x=3{,}\ x=\sqrt{3}\ ja\ x=-\sqrt{3}
laaditaan merkkikaavio, josta nähdään epäyhtälön p(x) ≥ 0 ratkaisut
\begin{array}{l|l}
\ -&-\sqrt{3}\ \ +\ \ \ \ &\sqrt{3}\ -\ \ \ &3\ \ +\ \ \ \ \\
\hline
&&&
\end{array}
eli\ p\left(x\right)\ge0{,}\ kun\ -\sqrt{3}\le x\le\sqrt{3}\ \ \ tai\ x\ge3