16.1 Wielomiany jednej zmiennej rzeczywistej
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (3 pkt)
Określ stopień jednomianu \(P(x)\), jeśli:
a) \(P(x) = -3(x^4)^2\)
b) \(P(x) = x^6 \cdot (x^3)^3\)
c) \(P(x) = 7(x^2 \cdot x^4)^3 \cdot (x^5)^2\)
a) \(P(x) = -3(x^4)^2\)
b) \(P(x) = x^6 \cdot (x^3)^3\)
c) \(P(x) = 7(x^2 \cdot x^4)^3 \cdot (x^5)^2\)
a) stopień \(8\)
b) stopień \(15\)
c) stopień \(28\)
b) stopień \(15\)
c) stopień \(28\)
Wskazówki:
- Stopniem niezerowego jednomianu jednej zmiennej \(a x^n\) (gdzie \(a \neq 0\)) nazywamy wykładnik potęgi zmiennej \(x\), czyli liczbę \(n\).
- Aby wyznaczyć stopień jednomianu, należy go najpierw uporządkować (zapisać w postaci iloczynu liczby i zmiennej podniesionej do jednej potęgi) za pomocą praw działań na potęgach:
- potęgowanie potęgi: \((x^n)^m = x^{n \cdot m}\),
- mnożenie potęg o tych samych podstawach: \(x^n \cdot x^m = x^{n + m}\).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Podpunkt a) Uporządkowanie jednomianu \(P(x) = -3(x^4)^2\) i wyznaczenie jego stopnia:
W pierwszej kolejności wykonujemy potęgowanie potęgi zmiennej \(x\), mnożąc wykładniki: $$ (x^4)^2 = x^{4 \cdot 2} = x^8 $$ Zapisujemy jednomian w postaci uporządkowanej: $$ P(x) = -3x^8 $$ Współczynnik liczbowy jednomianu to \(-3\), a wykładnik potęgi zmiennej \(x\) wynosi \(8\). Zatem stopień jednomianu \(P(x)\) jest równy \(8\). -
Podpunkt b) Uporządkowanie jednomianu \(P(x) = x^6 \cdot (x^3)^3\) i wyznaczenie jego stopnia:
Najpierw podnosimy potęgę do potęgi dla drugiego czynnika: $$ (x^3)^3 = x^{3 \cdot 3} = x^9 $$ Następnie wykonujemy mnożenie potęg o jednakowych podstawach, dodając ich wykładniki: $$ \begin{aligned} P(x) &= x^6 \cdot x^9 \\[8pt] &= x^{6 + 9} \\[8pt] &= x^{15} \end{aligned} $$ Wykładnik potęgi zmiennej \(x\) w uporządkowanym jednomianie wynosi \(15\). Oznacza to, że stopień jednomianu \(P(x)\) jest równy \(15\). -
Podpunkt c) Uporządkowanie jednomianu \(P(x) = 7(x^2 \cdot x^4)^3 \cdot (x^5)^2\) i wyznaczenie jego stopnia:
Najpierw upraszczamy wyrażenie wewnątrz pierwszego nawiasu, dodając wykładniki potęg: $$ x^2 \cdot x^4 = x^{2 + 4} = x^6 $$ Podnosimy otrzymany wynik do potęgi trzeciej oraz potęgujemy ostatni czynnik: $$ (x^6)^3 = x^{6 \cdot 3} = x^{18} $$ $$ (x^5)^2 = x^{5 \cdot 2} = x^{10} $$ Wstawiamy przekształcone czynniki do wzoru jednomianu i mnożymy potęgi o tej samej podstawie: $$ \begin{aligned} P(x) &= 7 \cdot x^{18} \cdot x^{10} \\[8pt] &= 7 \cdot x^{18 + 10} \\[8pt] &= 7x^{28} \end{aligned} $$ Wykładnik potęgi zmiennej \(x\) wynosi \(28\), zatem stopień jednomianu \(P(x)\) jest równy \(28\).
Odpowiedź:
a) stopień \(8\)
b) stopień \(15\)
c) stopień \(28\)
a) stopień \(8\)
b) stopień \(15\)
c) stopień \(28\)
Zadanie 2 (4 pkt)
Oblicz wartość wielomianu \(W(x) = x^4 + 2x^3 - 4x + 3\) dla liczb: \(-2, 0, \sqrt{3}\).
\(W(-2) = 11\)
\(W(0) = 3\)
\(W(\sqrt{3}) = 12 + 2\sqrt{3}\)
\(W(0) = 3\)
\(W(\sqrt{3}) = 12 + 2\sqrt{3}\)
Wskazówki:
- Aby obliczyć wartość wielomianu dla danej liczby, wstaw tę liczbę w miejsce każdej zmiennej \(x\) we wzorze \(W(x)\).
- Pamiętaj o zasadach potęgowania liczb ujemnych: liczba ujemna podniesiona do potęgi parzystej daje wynik dodatni, np. \((-2)^4 = 16\), a do potęgi nieparzystej wynik ujemny, np. \((-2)^3 = -8\).
- Przy obliczaniu potęg pierwiastka kwadratowego skorzystaj z zależności: \((\sqrt{3})^4 = \left((\sqrt{3})^2\right)^2 = 3^2 = 9\) oraz \((\sqrt{3})^3 = (\sqrt{3})^2 \cdot \sqrt{3} = 3\sqrt{3}\).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Obliczenie wartości wielomianu dla argumentu \(x = -2\):
Wstawiamy \(x = -2\) do wzoru wielomianu \(W(x) = x^4 + 2x^3 - 4x + 3\): $$ \begin{aligned} W(-2) &= (-2)^4 + 2 \cdot (-2)^3 - 4 \cdot (-2) + 3 \\[8pt] &= 16 + 2 \cdot (-8) - (-8) + 3 \\[8pt] &= 16 - 16 + 8 + 3 \\[8pt] &= 11 \end{aligned} $$ -
Obliczenie wartości wielomianu dla argumentu \(x = 0\):
Wstawiamy \(x = 0\) do wzoru wielomianu \(W(x) = x^4 + 2x^3 - 4x + 3\): $$ \begin{aligned} W(0) &= 0^4 + 2 \cdot 0^3 - 4 \cdot 0 + 3 \\[8pt] &= 0 + 0 - 0 + 3 \\[8pt] &= 3 \end{aligned} $$ -
Obliczenie wartości wielomianu dla argumentu \(x = \sqrt{3}\):
Wstawiamy \(x = \sqrt{3}\) do wzoru wielomianu: $$ W(\sqrt{3}) = (\sqrt{3})^4 + 2 \cdot (\sqrt{3})^3 - 4 \cdot \sqrt{3} + 3 $$ Wyznaczamy poszczególne potęgi pierwiastka: $$ (\sqrt{3})^4 = \left((\sqrt{3})^2\right)^2 = 3^2 = 9 $$ $$ (\sqrt{3})^3 = (\sqrt{3})^2 \cdot \sqrt{3} = 3\sqrt{3} $$ Podstawiamy otrzymane potęgi i redukujemy wyrazy podobne: $$ \begin{aligned} W(\sqrt{3}) &= 9 + 2 \cdot 3\sqrt{3} - 4\sqrt{3} + 3 \\[8pt] &= 9 + 6\sqrt{3} - 4\sqrt{3} + 3 \\[8pt] &= (9 + 3) + (6\sqrt{3} - 4\sqrt{3}) \\[8pt] &= 12 + 2\sqrt{3} \end{aligned} $$
Odpowiedź:
\(W(-2) = 11\)
\(W(0) = 3\)
\(W(\sqrt{3}) = 12 + 2\sqrt{3}\)
\(W(-2) = 11\)
\(W(0) = 3\)
\(W(\sqrt{3}) = 12 + 2\sqrt{3}\)
Zadanie 3 (3 pkt)
Wyznacz współczynnik \(a\) wielomianu \(W(x) = -x^4 + 2x^3 + ax^2 + 3\), jeśli \(W(-1) = 8\).
\(a = 8\)
Wskazówki:
- Aby obliczyć wartość wielomianu dla danego argumentu, podstaw liczbę \(-1\) w miejsce każdej zmiennej \(x\) we wzorze \(W(x)\).
- Zwróć uwagę na kolejność działań i potęgowanie liczb ujemnych: \((-1)^4 = 1\), \((-1)^3 = -1\) oraz \((-1)^2 = 1\). Pamiętaj, że minus przed \(x^4\) oznacza \(-((-1)^4)\).
- Otrzymane wyrażenie algebraiczne przyrównaj do podanej wartości \(8\) i rozwiąż powstałe równanie liniowe z niewiadomą \(a\).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Wyznaczenie wartości wielomianu \(W(x)\) dla argumentu \(x = -1\):
Wstawiamy \(x = -1\) do wzoru wielomianu \(W(x) = -x^4 + 2x^3 + ax^2 + 3\): $$ \begin{aligned} W(-1) &= -(-1)^4 + 2 \cdot (-1)^3 + a \cdot (-1)^2 + 3 \\[8pt] &= -(1) + 2 \cdot (-1) + a \cdot 1 + 3 \\[8pt] &= -1 - 2 + a + 3 \end{aligned} $$ Redukujemy wyrazy podobne: $$ \begin{aligned} W(-1) &= (-1 - 2 + 3) + a \\[8pt] &= 0 + a \\[8pt] &= a \end{aligned} $$ -
Wyznaczenie wartości współczynnika \(a\):
Z warunku podanego w treści zadania wiemy, że: $$ W(-1) = 8 $$ Ponieważ wykazaliśmy, że \(W(-1) = a\), otrzymujemy bezpośrednio: $$ a = 8 $$
Odpowiedź:
\(a = 8\)
\(a = 8\)
Zadanie 4 (3 pkt)
Jeden ze współczynników wielomianu \(W(x) = ax^5 + bx^3 + cx^2\) wyznaczony jest przez warunek \(W(1) + W(-1) = 18\). Podaj wartość tego współczynnika.
Tym współczynnikiem jest \(c = 9\) (współczynnik przy wyrazie \(x^2\)).
Wskazówki:
- Oblicz wartości wielomianu dla argumentów \(x = 1\) oraz \(x = -1\), wstawiając je do wzoru \(W(x)\).
- Zwróć uwagę na parzystość wykładników potęg: \((-1)^5 = -1\), \((-1)^3 = -1\) oraz \((-1)^2 = 1\). Wyrazy o wykładnikach nieparzystych zmienią znak na przeciwny.
- Dodaj otrzymane wyrażenia stronami zgodnie z warunkiem \(W(1) + W(-1) = 18\). Zredukowanie współczynników przy nieparzystych potęgach pozwoli jednoznacznie wyliczyć pozostały współczynnik.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Wyznaczenie wartości wielomianu dla argumentów \(x = 1\) oraz \(x = -1\):
Podstawiamy \(x = 1\) do wzoru wielomianu \(W(x) = ax^5 + bx^3 + cx^2\): $$ \begin{aligned} W(1) &= a \cdot 1^5 + b \cdot 1^3 + c \cdot 1^2 \\[8pt] &= a \cdot 1 + b \cdot 1 + c \cdot 1 \\[8pt] &= a + b + c \end{aligned} $$ Następnie obliczamy wartość dla \(x = -1\), pamiętając o znakach potęg liczb ujemnych: $$ \begin{aligned} W(-1) &= a \cdot (-1)^5 + b \cdot (-1)^3 + c \cdot (-1)^2 \\[8pt] &= a \cdot (-1) + b \cdot (-1) + c \cdot 1 \\[8pt] &= -a - b + c \end{aligned} $$ -
Zastosowanie warunku \(W(1) + W(-1) = 18\) i wyznaczenie współczynnika:
Wstawiamy otrzymane wyrażenia do równania podanego w poleceniu: $$ W(1) + W(-1) = 18 $$ $$ (a + b + c) + (-a - b + c) = 18 $$ Redukujemy wyrazy podobne. Współczynniki stojące przy nieparzystych potęgach zmiennej \(x\) (czyli \(a\) oraz \(b\)) znoszą się wzajemnie: $$ \begin{aligned} a - a + b - b + c + c &= 18 \\[8pt] 2c &= 18 \\[8pt] c &= \dfrac{18}{2} = 9 \end{aligned} $$ Jedynym współczynnikiem, którego wartość można w ten sposób jednoznacznie określić (niezależnie od wartości \(a\) i \(b\)), jest współczynnik przy \(x^2\), czyli \(c = 9\).
Odpowiedź:
Tym współczynnikiem jest \(c = 9\) (współczynnik przy wyrazie \(x^2\)).
Tym współczynnikiem jest \(c = 9\) (współczynnik przy wyrazie \(x^2\)).
Zadanie 5 (5 pkt)
Wyznacz \(a\) i \(b\), jeśli:
a) \(W(x) = 2x^3 + ax^2 - 5x + b\) oraz \(W(1) = -1\) i \(W(-2) = 11\),
b) \(W(x) = a(a + 2)x^4 + bx^3\), \(W(-1) = 3\) oraz suma współczynników wielomianu \(W(x)\) jest równa \(15\).
a) \(W(x) = 2x^3 + ax^2 - 5x + b\) oraz \(W(1) = -1\) i \(W(-2) = 11\),
b) \(W(x) = a(a + 2)x^4 + bx^3\), \(W(-1) = 3\) oraz suma współczynników wielomianu \(W(x)\) jest równa \(15\).
a) \(a = 5\), \(b = -3\)
b) \(\begin{cases} a = -1 - \sqrt{10} \\ b = 6 \end{cases}\) lub \(\begin{cases} a = -1 + \sqrt{10} \\ b = 6 \end{cases}\)
b) \(\begin{cases} a = -1 - \sqrt{10} \\ b = 6 \end{cases}\) lub \(\begin{cases} a = -1 + \sqrt{10} \\ b = 6 \end{cases}\)
Wskazówki:
- Aby obliczyć wartość wielomianu dla podanego argumentu \(x_0\), podstaw liczbę \(x_0\) w miejsce każdej zmiennej \(x\) we wzorze wielomianu.
- Suma współczynników dowolnego wielomianu \(W(x)\) jest zawsze równa wartości tego wielomianu dla argumentu \(x = 1\), czyli \(W(1)\).
- Podane warunki pozwalają ułożyć układy równań z niewiadomymi \(a\) i \(b\). W podpunkcie b) w pierwszej kolejności wygodnie jest potraktować wyrażenie \(a(a+2)\) jako jedną całość, a dopiero na końcu rozwiązać równanie kwadratowe.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Podpunkt a) Wyznaczenie parametrów \(a\) i \(b\) dla wielomianu \(W(x) = 2x^3 + ax^2 - 5x + b\):
W pierwszej kolejności obliczamy wartość wielomianu dla argumentu \(x = 1\): $$ \begin{aligned} W(1) &= 2 \cdot 1^3 + a \cdot 1^2 - 5 \cdot 1 + b \\[8pt] &= 2 \cdot 1 + a \cdot 1 - 5 + b \\[8pt] &= a + b - 3 \end{aligned} $$ Z treści zadania wiemy, że \(W(1) = -1\), co daje równanie: $$ \begin{aligned} a + b - 3 &= -1 \\[8pt] a + b &= 2 \end{aligned} $$ Następnie obliczamy wartość wielomianu dla argumentu \(x = -2\): $$ \begin{aligned} W(-2) &= 2 \cdot (-2)^3 + a \cdot (-2)^2 - 5 \cdot (-2) + b \\[8pt] &= 2 \cdot (-8) + a \cdot 4 + 10 + b \\[8pt] &= -16 + 4a + 10 + b \\[8pt] &= 4a + b - 6 \end{aligned} $$ Ponieważ \(W(-2) = 11\), otrzymujemy drugie równanie: $$ \begin{aligned} 4a + b - 6 &= 11 \\[8pt] 4a + b &= 17 \end{aligned} $$ Tworzymy układ równań liniowych: $$ \begin{cases} a + b = 2 \\ 4a + b = 17 \end{cases} $$ Odejmujemy pierwsze równanie od drugiego stronami: $$ \begin{aligned} (4a + b) - (a + b) &= 17 - 2 \\[8pt] 3a &= 15 \\[8pt] a &= 5 \end{aligned} $$ Podstawiamy obliczoną wartość \(a = 5\) do pierwszego równania, aby wyznaczyć \(b\): $$ \begin{aligned} 5 + b &= 2 \\[8pt] b &= 2 - 5 = -3 \end{aligned} $$ -
Podpunkt b) Wyznaczenie parametrów \(a\) i \(b\) dla wielomianu \(W(x) = a(a + 2)x^4 + bx^3\):
Suma współczynników wielomianu odpowiada wartości \(W(1)\): $$ \begin{aligned} W(1) &= a(a + 2) \cdot 1^4 + b \cdot 1^3 \\[8pt] &= a(a + 2) + b \end{aligned} $$ Z treści zadania suma współczynników wynosi \(15\), stąd: $$ a(a + 2) + b = 15 $$ Wyznaczamy teraz wartość wielomianu dla argumentu \(x = -1\): $$ \begin{aligned} W(-1) &= a(a + 2) \cdot (-1)^4 + b \cdot (-1)^3 \\[8pt] &= a(a + 2) \cdot 1 + b \cdot (-1) \\[8pt] &= a(a + 2) - b \end{aligned} $$ Wiedząc, że \(W(-1) = 3\), otrzymujemy drugie równanie: $$ a(a + 2) - b = 3 $$ Tworzymy układ równań: $$ \begin{cases} a(a + 2) + b = 15 \\ a(a + 2) - b = 3 \end{cases} $$ Dodajemy oba równania stronami: $$ \begin{aligned} 2a(a + 2) &= 18 \\[8pt] a(a + 2) &= 9 \end{aligned} $$ Odejmując drugie równanie od pierwszego stronami, obliczamy wartość parametru \(b\): $$ \begin{aligned} 2b &= 12 \\[8pt] b &= 6 \end{aligned} $$ Aby wyznaczyć wartość \(a\), rozwiązujemy równanie kwadratowe powstałe z warunku \(a(a + 2) = 9\): $$ \begin{aligned} a^2 + 2a &= 9 \\[8pt] a^2 + 2a - 9 &= 0 \end{aligned} $$ Obliczamy wyróżnik trójmianu kwadratowego (\(\Delta\)): $$ \begin{aligned} \Delta &= 2^2 - 4 \cdot 1 \cdot (-9) \\[8pt] &= 4 + 36 = 40 \end{aligned} $$ $$ \sqrt{\Delta} = \sqrt{40} = \sqrt{4 \cdot 10} = 2\sqrt{10} $$ Wyznaczamy możliwe wartości parametru \(a\): $$ \begin{aligned} a_1 &= \dfrac{-2 - 2\sqrt{10}}{2} = -1 - \sqrt{10} \\[8pt] a_2 &= \dfrac{-2 + 2\sqrt{10}}{2} = -1 + \sqrt{10} \end{aligned} $$ Otrzymujemy dwie możliwe pary parametrów spełniające warunki zadania: $$ \begin{cases} a = -1 - \sqrt{10} \\ b = 6 \end{cases} \quad \text{lub} \quad \begin{cases} a = -1 + \sqrt{10} \\ b = 6 \end{cases} $$
Odpowiedź:
a) \(a = 5\), \(b = -3\)
b) \(\begin{cases} a = -1 - \sqrt{10} \\ b = 6 \end{cases}\) lub \(\begin{cases} a = -1 + \sqrt{10} \\ b = 6 \end{cases}\)
a) \(a = 5\), \(b = -3\)
b) \(\begin{cases} a = -1 - \sqrt{10} \\ b = 6 \end{cases}\) lub \(\begin{cases} a = -1 + \sqrt{10} \\ b = 6 \end{cases}\)
Grupa B
Zadanie 1 (3 pkt)
Określ stopień jednomianu $P(x)$, jeśli:
a) $P(x)=-5(x^3)^4$
b) $P(x)=x^7 \cdot (x^2)^4$
c) $P(x)=11(x^4 \cdot x^2)^3 \cdot (x^3)^5$
a) Stopień jednomianu $P(x)$ wynosi $12$.
b) Stopień jednomianu $P(x)$ wynosi $15$.
c) Stopień jednomianu $P(x)$ wynosi $33$.
Zadanie 2 (4 pkt)
Oblicz wartość wielomianu $W(x) = 2x^4 - x^3 - 3x + 1$ dla liczb: -1, 2, $\sqrt{5}$.
a) Wartość wielomianu dla $x = -1$ wynosi $W(-1) = 7$.
b) Wartość wielomianu dla $x = 2$ wynosi $W(2) = 19$.
c) Wartość wielomianu dla $x = \sqrt{5}$ wynosi $W(\sqrt{5}) = 51 - 8\sqrt{5}$.
Zadanie 3 (3 pkt)
Wyznacz współczynnik $a$ wielomianu $W(x)=-2x^4+x^3+ax^2+10$, jeśli $W(2)=-20$.
Współczynnik $a$ wielomianu wynosi $a = -\frac{3}{2}$.
Zadanie 4 (3 pkt)
Jeden ze współczynników wielomianu $W(x) = ax^5 + bx^3 + cx^2$ wyznaczony jest przez warunek $W(1) + W(-1) = 24$. Podaj wartość tego współczynnika.
Wartość współczynnika wynosi $c = 12$.
Zadanie 5 (5 pkt)
Wyznacz $a$ i $b$, jeśli:
a) $W(x) = -3x^3 + ax^2 - 2x + b$ oraz $W(1) = 6$ i $W(-2) = 14$
b) $W(x) = a(a+1)x^4 + bx^3$, $W(-1) = 2$ oraz suma współczynników wielomianu $W(x)$ jest równa 12.
a) Szukane wartości to $a = -\frac{25}{3}$ i $b = \frac{58}{3}$.
b) Szukane wartości to $a = \frac{-1 - \sqrt{29}}{2}$ i $b = 5$ lub $a = \frac{-1 + \sqrt{29}}{2}$ i $b = 5$.
