16.9 Pierwiastek wielomianu. Twierdzenie Bézouta
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (2 pkt)
Sprawdź, czy liczby $-1$, $1$ oraz $\sqrt{2}$ spełniają równanie $W(x) = x^4 - x^3 - 7x^2 + x + 6 = 0$, czyli czy są pierwiastkami tego wielomianu.
Liczba $x = -1$ spełnia równanie $W(x) = 0$, zatem jest pierwiastkiem wielomianu $W(x)$.
Liczba $x = 1$ spełnia równanie $W(x) = 0$, zatem jest pierwiastkiem wielomianu $W(x)$.
Liczba $x = \sqrt{2}$ nie spełnia równania $W(x) = 0$, zatem nie jest pierwiastkiem wielomianu $W(x)$.
Mamy dany wielomian $W(x) = x^4 - x^3 - 7x^2 + x + 6$.
Sprawdzenie dla $x = -1$:\[ W(-1) = (-1)^4 - (-1)^3 - 7(-1)^2 + (-1) + 6 \]\[ W(-1) = 1 - (-1) - 7 \cdot 1 - 1 + 6 \]\[ W(-1) = 1 + 1 - 7 - 1 + 6 \]\[ W(-1) = 0 \]Zatem $x = -1$ jest pierwiastkiem wielomianu $W(x)$.
Sprawdzenie dla $x = 1$:\[ W(1) = (1)^4 - (1)^3 - 7(1)^2 + (1) + 6 \]\[ W(1) = 1 - 1 - 7 \cdot 1 + 1 + 6 \]\[ W(1) = 1 - 1 - 7 + 1 + 6 \]\[ W(1) = 0 \]Zatem $x = 1$ jest pierwiastkiem wielomianu $W(x)$.
Sprawdzenie dla $x = \sqrt{2}$:\[ W(\sqrt{2}) = (\sqrt{2})^4 - (\sqrt{2})^3 - 7(\sqrt{2})^2 + (\sqrt{2}) + 6 \]\[ W(\sqrt{2}) = 4 - 2\sqrt{2} - 7 \cdot 2 + \sqrt{2} + 6 \]\[ W(\sqrt{2}) = 4 - 2\sqrt{2} - 14 + \sqrt{2} + 6 \]\[ W(\sqrt{2}) = (4 - 14 + 6) + (-2\sqrt{2} + \sqrt{2}) \]\[ W(\sqrt{2}) = -4 - \sqrt{2} \]Zatem $x = \sqrt{2}$ nie jest pierwiastkiem wielomianu $W(x)$.
Zadanie 2 (1 pkt)
Wyznacz pierwiastki wielomianu $W(x) = x(x+2)(x-5)(x^2+9)$.
Pierwiastkami wielomianu $W(x) = x(x+2)(x-5)(x^2+9)$ w zbiorze liczb rzeczywistych są $x_1 = 0$, $x_2 = -2$ oraz $x_3 = 5$.
Aby wyznaczyć pierwiastki wielomianu $W(x)$, należy go przyrównać do zera.\[ W(x) = x \cdot (x+2) \cdot (x-5) \cdot (x^2+9) = 0 \]Wielomian jest w postaci iloczynowej. Pierwiastki wielomianu znajdujemy, przyrównując każdy czynnik do zera. Rozważamy tylko pierwiastki rzeczywiste.
1) Pierwszy czynnik:\[ x = 0 \]Pierwszy pierwiastek to $x_1 = 0$.
2) Drugi czynnik:\[ x+2 = 0 \]\[ x = -2 \]Drugi pierwiastek to $x_2 = -2$.
3) Trzeci czynnik:\[ x-5 = 0 \]\[ x = 5 \]Trzeci pierwiastek to $x_3 = 5$.
4) Czwarty czynnik:\[ x^2+9 = 0 \]\[ x^2 = -9 \]Równanie $x^2 = -9$ nie ma rozwiązań w zbiorze liczb rzeczywistych, ponieważ kwadrat dowolnej liczby rzeczywistej jest zawsze nieujemny. Zatem ten czynnik nie wprowadza pierwiastków rzeczywistych.
Zadanie 3 (3 pkt)
Nie wykonując dzielenia, zbadaj, czy wielomian $W(x)$, gdzie $W(x) = x^3 + 2x - 12$, jest podzielny przez dwumiany: $x - 2$ oraz $x + 3$.
a) Wielomian $W(x)$ jest podzielny przez $x - 2$, ponieważ $W(2) = 0$.,
b) Wielomian $W(x)$ nie jest podzielny przez $x + 3$, ponieważ $W(-3) = -45$.
a) Sprawdzenie podzielności przez $x - 2$:
Ponieważ dwumian jest postaci $x - 2$, obliczamy wartość wielomianu dla $x = 2$.\[ W(x) = x^3 + 2x - 12 \]\[ W(2) = 2^3 + 2 \cdot 2 - 12 \]\[ W(2) = 8 + 4 - 12 \]\[ W(2) = 12 - 12 \]\[ W(2) = 0 \]Ponieważ $W(2) = 0$, wielomian $W(x)$ jest podzielny przez dwumian $x - 2$.
b) Sprawdzenie podzielności przez $x + 3$:
Ponieważ dwumian jest postaci $x + 3$, czyli $x - (-3)$, obliczamy wartość wielomianu dla $x = -3$.\[ W(x) = x^3 + 2x - 12 \]\[ W(-3) = (-3)^3 + 2 \cdot (-3) - 12 \]\[ W(-3) = -27 - 6 - 12 \]\[ W(-3) = -33 - 12 \]\[ W(-3) = -45 \]Ponieważ $W(-3) = -45 \ne 0$, wielomian $W(x)$ nie jest podzielny przez dwumian $x + 3$.
Zadanie 4 (5 pkt)
Wyznacz wszystkie pierwiastki wielomianu $W(x)$, gdzie $W(x) = 2x^3 - 3x^2 - 11x + 6$, wiedząc, że jest on podzielny przez dwumian $x - 3$. Następnie wielomian $W(x)$ zapisz w postaci iloczynu wielomianów możliwie najniższych, niezerowych stopni.
Pierwiastkami wielomianu $W(x)$ są $x = 3$, $x = -2$ oraz $x = \frac{1}{2}$. Wielomian $W(x)$ w postaci iloczynowej to $W(x) = (x-3)(x+2)(2x-1)$.
Ponieważ wielomian $W(x) = 2x^3 - 3x^2 - 11x + 6$ jest podzielny przez dwumian $x - 3$, oznacza to, że $x = 3$ jest jednym z pierwiastków tego wielomianu. Możemy wykorzystać schemat Hornera (regułę Ruffiniego) do podzielenia wielomianu $W(x)$ przez dwumian $(x-3)$.
Wyniki schematu Hornera dla $x=3$:\[
\begin{array}{c|cccc}
3 & 2 & -3 & -11 & 6 \\
& & 6 & 9 & -6 \\
\hline
& 2 & 3 & -2 & 0 \\
\end{array}
\]Po podzieleniu otrzymujemy wielomian kwadratowy $2x^2 + 3x - 2$. Aby znaleźć pozostałe pierwiastki, rozwiązujemy równanie kwadratowe $2x^2 + 3x - 2 = 0$.
Obliczamy wyróżnik $\Delta$:\[
\Delta = b^2 - 4ac
\]\[
\Delta = 3^2 - 4 \cdot 2 \cdot (-2)
\]\[
\Delta = 9 + 16
\]\[
\Delta = 25
\]Następnie obliczamy pierwiastki równania kwadratowego:\[
x = \frac{-b \pm \sqrt{\Delta}}{2a}
\]\[
x_1 = \frac{-3 - \sqrt{25}}{2 \cdot 2}
\]\[
x_1 = \frac{-3 - 5}{4}
\]\[
x_1 = \frac{-8}{4}
\]\[
x_1 = -2
\]\[
x_2 = \frac{-3 + \sqrt{25}}{2 \cdot 2}
\]\[
x_2 = \frac{-3 + 5}{4}
\]\[
x_2 = \frac{2}{4}
\]\[
x_2 = \frac{1}{2}
\]Wszystkie pierwiastki wielomianu $W(x)$ to $x = 3$, $x = -2$ i $x = \frac{1}{2}$.
Teraz zapiszemy wielomian $W(x)$ w postaci iloczynu wielomianów możliwie najniższych, niezerowych stopni.
Ogólna postać iloczynowa wielomianu stopnia trzeciego z pierwiastkami $x_1, x_2, x_3$ i współczynnikiem wiodącym $a$ to:\[
W(x) = a(x-x_1)(x-x_2)(x-x_3)
\]Dla naszego wielomianu $a = 2$, a pierwiastki to $3, -2, \frac{1}{2}$:\[
W(x) = 2(x-3)(x-(-2))(x-\frac{1}{2})
\]\[
W(x) = 2(x-3)(x+2)(x-\frac{1}{2})
\]Aby pozbyć się ułamka w ostatnim czynniku, możemy pomnożyć go przez $2$:\[
W(x) = (x-3)(x+2) \cdot 2(x-\frac{1}{2})
\]\[
W(x) = (x-3)(x+2)(2x-1)
\]
Zadanie 5 (4 pkt)
Wyznacz stopień i wszystkie pierwiastki wielomianu $W(x)$ i $P(x)$:
a) $W(x) = (x^3 - 8)(x - 3)$
b) $P(x) = 2x(x + 4)(x - 1)(x + 3)$
a) Stopień wielomianu $W(x)$ wynosi $4$, a jego pierwiastki rzeczywiste to $x = 2$ oraz $x = 3$.
b) Stopień wielomianu $P(x)$ wynosi $4$, a jego pierwiastki rzeczywiste to $x = 0$, $x = -4$, $x = 1$ oraz $x = -3$.
a) Wyznaczenie stopnia i pierwiastków wielomianu $W(x) = (x^3 - 8)(x - 3)$.
Stopień wielomianu jest sumą stopni poszczególnych czynników.
Stopień pierwszego czynnika $(x^3 - 8)$ wynosi $3$.
Stopień drugiego czynnika $(x - 3)$ wynosi $1$.
Stopień wielomianu $W(x)$:\[ Stopień(W(x)) = 3 + 1 = 4 \]Aby znaleźć pierwiastki, należy rozwiązać równanie $W(x) = 0$.\[ (x^3 - 8)(x - 3) = 0 \]Rozpatrujemy dwa przypadki:
Pierwszy czynnik:\[ x^3 - 8 = 0 \]Stosujemy wzór na różnicę sześcianów $a^3 - b^3 = (a - b)(a^2 + ab + b^2)$.\[ (x - 2)(x^2 + 2x + 4) = 0 \]Rozwiązujemy poszczególne części:\[ x - 2 = 0 \]\[ x = 2 \]Dla części kwadratowej:\[ x^2 + 2x + 4 = 0 \]Obliczamy wyróżnik (deltę):\[ \Delta = 2^2 - 4 \cdot 1 \cdot 4 \]\[ \Delta = 4 - 16 \]\[ \Delta = -12 \]Ponieważ $\Delta < 0$, ten czynnik nie ma pierwiastków rzeczywistych.
Drugi czynnik:\[ x - 3 = 0 \]\[ x = 3 \]Pierwiastki rzeczywiste wielomianu $W(x)$ to $x = 2$ i $x = 3$.
b) Wyznaczenie stopnia i pierwiastków wielomianu $P(x) = 2x(x + 4)(x - 1)(x + 3)$.
Stopień wielomianu jest sumą stopni poszczególnych czynników.
Stopień czynnika $2x$ wynosi $1$.
Stopień czynnika $(x + 4)$ wynosi $1$.
Stopień czynnika $(x - 1)$ wynosi $1$.
Stopień czynnika $(x + 3)$ wynosi $1$.
Stopień wielomianu $P(x)$:\[ Stopień(P(x)) = 1 + 1 + 1 + 1 = 4 \]Aby znaleźć pierwiastki, należy rozwiązać równanie $P(x) = 0$.\[ 2x(x + 4)(x - 1)(x + 3) = 0 \]Rozpatrujemy każdy czynnik oddzielnie:
Pierwszy czynnik:\[ 2x = 0 \]\[ x = 0 \]Drugi czynnik:\[ x + 4 = 0 \]\[ x = -4 \]Trzeci czynnik:\[ x - 1 = 0 \]\[ x = 1 \]Czwarty czynnik:\[ x + 3 = 0 \]\[ x = -3 \]Pierwiastki rzeczywiste wielomianu $P(x)$ to $x = 0$, $x = -4$, $x = 1$ i $x = -3$.
Grupa B
Zadanie 1 (2 pkt)
Sprawdź, czy liczby $-1$, $1$ oraz $\sqrt{2}$ spełniają równanie $W(x) = x^4 + 2x^3 - 5x^2 - 4x + 4 = 0$, czyli czy są pierwiastkami tego wielomianu.
Liczba $x = -1$ nie spełnia równania $W(x) = 0$, zatem nie jest pierwiastkiem wielomianu $W(x)$.
Liczba $x = 1$ nie spełnia równania $W(x) = 0$, zatem nie jest pierwiastkiem wielomianu $W(x)$.
Liczba $x = \sqrt{2}$ nie spełnia równania $W(x) = 0$, zatem nie jest pierwiastkiem wielomianu $W(x)$.
Zadanie 2 (1 pkt)
Wyznacz pierwiastki wielomianu $W(x) = x(x+1)(x-7)(x^2+16)$.
Pierwiastkami wielomianu $W(x) = x(x+1)(x-7)(x^2+16)$ w zbiorze liczb rzeczywistych są $x_1 = 0$, $x_2 = -1$ oraz $x_3 = 7$.
Zadanie 3 (3 pkt)
Nie wykonując dzielenia, zbadaj, czy wielomian $W(x)$, gdzie $W(x) = x^3 - 4x + 3$, jest podzielny przez dwumiany: $x - 1$ oraz $x + 2$.
a) Wielomian $W(x)$ jest podzielny przez $x - 1$, ponieważ $W(1) = 0$.
b) Wielomian $W(x)$ nie jest podzielny przez $x + 2$, ponieważ $W(-2) = 3$.
Zadanie 4 (5 pkt)
Wyznacz wszystkie pierwiastki wielomianu $W(x)$, gdzie $W(x) = 3x^3 + 5x^2 - 2x - 4$, wiedząc, że jest on podzielny przez dwumian $x + 1$. Następnie wielomian $W(x)$ zapisz w postaci iloczynu wielomianów możliwie najniższych, niezerowych stopni.
Pierwiastkami wielomianu $W(x)$ są $x = -1$, $x = \frac{-1 - \sqrt{13}}{3}$ oraz $x = \frac{-1 + \sqrt{13}}{3}$. Wielomian $W(x)$ w postaci iloczynowej to $W(x) = 3(x+1)\left(x + \frac{1 + \sqrt{13}}{3}\right)\left(x + \frac{1 - \sqrt{13}}{3}\right)$.
Zadanie 5 (4 pkt)
Wyznacz stopień i wszystkie pierwiastki wielomianu $W(x)$ i $P(x)$:
a) $W(x) = (x^3 - 27)(x + 5)$
b) $P(x) = 4x(x + 2)(x - 4)(x - 3)$
a) Stopień wielomianu $W(x)$ wynosi $4$, a jego pierwiastki rzeczywiste to $x = 3$ oraz $x = -5$.
b) Stopień wielomianu $P(x)$ wynosi $4$, a jego pierwiastki rzeczywiste to $x = 0$, $x = -2$, $x = 4$ oraz $x = 3$.
