16.9 Pierwiastek wielomianu. Twierdzenie Bézouta
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (3 pkt)
Pierwiastkami wielomianu $W(x)$ stopnia trzeciego są liczby: $1, 2, -3$. Wiedząc, że reszta z dzielenia tego wielomianu przez dwumian $x + 1$ jest równa $24$, wyznacz wzór tego wielomianu.
Wzór wielomianu $W(x)$ wynosi $W(x) = 2x^3 - 14x + 12$.
Zapisanie wielomianu w postaci iloczynowej:
Ponieważ liczby $1, 2, -3$ są pierwiastkami wielomianu $W(x)$ stopnia trzeciego, możemy go zapisać w postaci iloczynowej:\[ W(x) = a(x - x_1)(x - x_2)(x - x_3) \]Podstawiając pierwiastki $x_1 = 1$, $x_2 = 2$, $x_3 = -3$:\[ W(x) = a(x - 1)(x - 2)(x - (-3)) \]\[ W(x) = a(x - 1)(x - 2)(x + 3) \]Wykorzystanie informacji o reszcie z dzielenia:
Zgodnie z twierdzeniem o reszcie, jeśli wielomian $W(x)$ jest dzielony przez dwumian $x + 1$, to reszta jest równa $W(-1)$.
Z treści zadania wiemy, że reszta wynosi $24$. Zatem:\[ W(-1) = 24 \]Obliczenie współczynnika $a$:
Podstawiamy $x = -1$ do postaci iloczynowej $W(x)$ i przyrównujemy do $24$:\[ a(-1 - 1)(-1 - 2)(-1 + 3) = 24 \]\[ a \cdot (-2) \cdot (-3) \cdot 2 = 24 \]\[ a \cdot 12 = 24 \]\[ a = \frac{24}{12} \]\[ a = 2 \]Zapisanie pełnej postaci iloczynowej wielomianu:
Podstawiając $a = 2$ do wzoru, otrzymujemy:\[ W(x) = 2(x - 1)(x - 2)(x + 3) \]Rozwinięcie wielomianu do postaci ogólnej:
Najpierw wymnażamy pierwsze dwa nawiasy:\[ (x - 1)(x - 2) = x^2 - 2x - x + 2 \]\[ = x^2 - 3x + 2 \]Następnie mnożymy przez trzeci nawias:\[ (x^2 - 3x + 2)(x + 3) = x^2(x + 3) - 3x(x + 3) + 2(x + 3) \]\[ = x^3 + 3x^2 - 3x^2 - 9x + 2x + 6 \]\[ = x^3 - 7x + 6 \]Na koniec mnożymy przez współczynnik $a = 2$:\[ W(x) = 2(x^3 - 7x + 6) \]\[ W(x) = 2x^3 - 14x + 12 \]
Zadanie 2 (4 pkt)
Oblicz współczynniki $a$ i $b$ wielomianu $W(x)$, $W(x) = 3x^3 + ax^2 + bx + 10$, jeśli wielomian $W(x)$ jest podzielny przez wielomian $P(x)$, gdzie $P(x) = (x - 1)(3x + 2)$.
Współczynniki wielomianu wynoszą $a = -16$ i $b = 3$.
Wielomian $W(x)$ jest podzielny przez $P(x)$, co oznacza, że pierwiastki wielomianu $P(x)$ są również pierwiastkami wielomianu $W(x)$.
Pierwiastkami wielomianu $P(x) = (x - 1)(3x + 2)$ są $x_1 = 1$ i $x_2 = -\frac{2}{3}$.
Podstawiamy $x_1 = 1$ do $W(x)$:\[W(1) = 3 \cdot (1)^3 + a \cdot (1)^2 + b \cdot (1) + 10 = 0\]\[3 + a + b + 10 = 0\]\[a + b + 13 = 0 \quad (1)\]Podstawiamy $x_2 = -\frac{2}{3}$ do $W(x)$:\[W\left(-\frac{2}{3}\right) = 3 \cdot \left(-\frac{2}{3}\right)^3 + a \cdot \left(-\frac{2}{3}\right)^2 + b \cdot \left(-\frac{2}{3}\right) + 10 = 0\]\[3 \cdot \left(-\frac{8}{27}\right) + a \cdot \left(\frac{4}{9}\right) - \frac{2}{3}b + 10 = 0\]\[-\frac{8}{9} + \frac{4}{9}a - \frac{2}{3}b + 10 = 0\]Mnożymy całe równanie przez $9$ w celu usunięcia mianowników:\[-8 + 4a - 6b + 90 = 0\]\[4a - 6b + 82 = 0\]\[2a - 3b + 41 = 0 \quad (2)\]Z równania (1) wyznaczamy $b$:\[b = -a - 13\]Podstawiamy to wyrażenie na $b$ do równania (2):\[2a - 3 \cdot (-a - 13) + 41 = 0\]\[2a + 3a + 39 + 41 = 0\]\[5a + 80 = 0\]\[5a = -80\]\[a = -16\]Teraz podstawiamy wartość $a = -16$ do wzoru na $b$:\[b = -(-16) - 13\]\[b = 16 - 13\]\[b = 3\]Ostatecznie współczynniki wynoszą $a = -16$ i $b = 3$.
Zadanie 3 (4 pkt)
Wielomian $x^3 + 9x^2 + ax + b$ ma trzy pierwiastki $x_1, x_2, x_3$. Wiedząc, że $x_2 = x_1 + 3$ oraz $x_3 = x_1 + 6$, wyznacz współczynniki $a$ i $b$.
Współczynniki wielomianu wynoszą odpowiednio $a = 18$ oraz $b = 0$.
Zgodnie ze wzorami Viète’a dla wielomianu $x^3 + px^2 + qx + r$ mamy:
Suma pierwiastków:\[ x_1 + x_2 + x_3 = -p \]Suma iloczynów pierwiastków po dwa:\[ x_1x_2 + x_1x_3 + x_2x_3 = q \]Iloczyn pierwiastków:\[ x_1x_2x_3 = -r \]W naszym przypadku wielomian to $x^3 + 9x^2 + ax + b$, co oznacza, że $p=9$, $q=a$, $r=b$.
Obliczenie pierwiastków:
Podstawiamy dane zależności do wzoru na sumę pierwiastków:\[ x_1 + (x_1 + 3) + (x_1 + 6) = -9 \]\[ 3x_1 + 9 = -9 \]\[ 3x_1 = -18 \]\[ x_1 = -6 \]Następnie obliczamy pozostałe pierwiastki:\[ x_2 = x_1 + 3 = -6 + 3 = -3 \]\[ x_3 = x_1 + 6 = -6 + 6 = 0 \]Pierwiastki wielomianu to $x_1 = -6$, $x_2 = -3$, $x_3 = 0$.
Obliczenie współczynnika $a$:
Korzystamy ze wzoru na sumę iloczynów pierwiastków po dwa:\[ a = x_1x_2 + x_1x_3 + x_2x_3 \]\[ a = (-6) \cdot (-3) + (-6) \cdot (0) + (-3) \cdot (0) \]\[ a = 18 + 0 + 0 \]\[ a = 18 \]Obliczenie współczynnika $b$:
Korzystamy ze wzoru na iloczyn pierwiastków:\[ -b = x_1x_2x_3 \]\[ -b = (-6) \cdot (-3) \cdot (0) \]\[ -b = 0 \]\[ b = 0 \]Współczynniki wielomianu wynoszą $a = 18$ i $b = 0$.
Zadanie 4 (5 pkt)
Liczby $1$ i $2$ są pierwiastkami wielomianu $W(x) = 4x^3 - (2a + b)x^2 - (4 - a)x + a$.a) Oblicz $a$ i $b$.b) Wyznacz trzeci pierwiastek tego wielomianu.
a) Wartości parametrów wynoszą $a = 4.8$ i $b = 0$.
b) Trzecim pierwiastkiem wielomianu jest $x_3 = -0.6$.
a) Obliczenie $a$ i $b$. Podstawiamy $x = 1$ do wielomianu $W(x)$ i przyrównujemy do zera:$$4(1)^3 - (2a + b)(1)^2 - (4 - a)(1) + a = 0$$$$4 - 2a - b - 4 + a + a = 0$$$$-b = 0$$$$b = 0 \quad (1)$$Podstawiamy $x = 2$ do wielomianu $W(x)$ i przyrównujemy do zera:$$4(2)^3 - (2a + b)(2)^2 - (4 - a)(2) + a = 0$$$$32 - 4(2a + b) - (8 - 2a) + a = 0$$$$32 - 8a - 4b - 8 + 2a + a = 0$$$$24 - 5a - 4b = 0$$$$5a + 4b = 24 \quad (2)$$Z równania $(1)$ mamy $b = 0$. Podstawiamy do równania $(2)$:$$5a + 4 \cdot 0 = 24$$$$5a = 24$$$$a = \frac{24}{5}$$ $$a = 4.8$$ Obliczamy $b$:$$b = 0$$b) Wyznaczenie trzeciego pierwiastka tego wielomianu. Korzystamy ze wzoru Viète'a na iloczyn pierwiastków dla wielomianu $Ax^3 + Bx^2 + Cx + D = 0$, który wynosi $x_1 \cdot x_2 \cdot x_3 = -\frac{D}{A}$. W naszym wielomianie $W(x) = 4x^3 - (2a + b)x^2 - (4 - a)x + a$, współczynnik $A=4$ i $D=a$. Zatem, iloczyn pierwiastków wynosi $-\frac{a}{4}$.$$x_1 \cdot x_2 \cdot x_3 = -\frac{a}{4}$$Podstawiamy znane pierwiastki $x_1 = 1$, $x_2 = 2$ oraz obliczone $a = 4.8$:$$1 \cdot 2 \cdot x_3 = -\frac{4.8}{4}$$$$2 x_3 = -1.2$$Dzielimy obie strony przez $2$:$$x_3 = -\frac{1.2}{2}$$$$x_3 = -0.6$$
Zadanie 5 (3 pkt)
Wielomian $W(x) = 2x^3 - 6x^2 + bx + c$ ma trzy pierwiastki. Jeden z nich jest średnią arytmetyczną dwóch pozostałych. Wykaż, że $b + c = 4$.
Wykazano, że $b+c = 4$.
Wielomian dany jest jako $W(x) = 2x^3 - 6x^2 + bx + c$.
Pierwiastki wielomianu, oznaczone jako $x_1, x_2, x_3$, tworzą ciąg arytmetyczny. Możemy je zapisać jako:
$x_1 = a - d$
$x_2 = a$
$x_3 = a + d$
Zastosujemy wzory Viète'a dla wielomianu sześciennego $Ax^3 + Bx^2 + Cx + D = 0$:
$x_1 + x_2 + x_3 = -\frac{B}{A}$
$x_1x_2 + x_1x_3 + x_2x_3 = \frac{C}{A}$
$x_1x_2x_3 = -\frac{D}{A}$
Dla $W(x)$ mamy $A=2$, $B=-6$, $C=b$, $D=c$.
1. Suma pierwiastków:\[ (a-d) + a + (a+d) = -\frac{-6}{2} \]\[ 3a = 3 \]\[ a = 1 \]Zatem pierwiastki to $1-d, 1, 1+d$.
2. Suma iloczynów pierwiastków wziętych po dwa:\[ (1-d) \cdot 1 + (1-d) \cdot (1+d) + 1 \cdot (1+d) = \frac{b}{2} \]\[ 1-d + (1-d^2) + 1+d = \frac{b}{2} \]\[ 3-d^2 = \frac{b}{2} \]\[ b = 2(3-d^2) = 6-2d^2 \]3. Iloczyn pierwiastków:\[ (1-d) \cdot 1 \cdot (1+d) = -\frac{c}{2} \]\[ 1-d^2 = -\frac{c}{2} \]\[ c = -2(1-d^2) = 2d^2-2 \]4. Obliczenie sumy $b+c$:\[ b+c = (6-2d^2) + (2d^2-2) \]\[ b+c = 6-2d^2+2d^2-2 \]\[ b+c = 4 \]Wykazano, że $b+c = 4$.
Grupa B
Zadanie 1 (3 pkt)
Pierwiastkami wielomianu $W(x)$ stopnia trzeciego są liczby: $-1, 1, 2$. Wiedząc, że reszta z dzielenia tego wielomianu przez dwumian $x - 3$ jest równa $36$, wyznacz wzór tego wielomianu.
Wzór wielomianu $W(x)$ wynosi $W(x) = \frac{9}{2}x^3 - 9x^2 - \frac{9}{2}x + 9$.
Zadanie 2 (4 pkt)
Oblicz współczynniki $a$ i $b$ wielomianu $W(x)$, $W(x) = 4x^3 + ax^2 + bx + 12$, jeśli wielomian $W(x)$ jest podzielny przez wielomian $P(x)$, gdzie $P(x) = (x + 3)(4x - 1)$.
Współczynniki wielomianu wynoszą $a = -5$ i $b = -47$.
Zadanie 3 (4 pkt)
Wielomian $x^3 + 3x^2 + ax + b$ ma trzy pierwiastki $x_1, x_2, x_3$. Wiedząc, że $x_2 = x_1 + 2$ oraz $x_3 = x_1 + 4$, wyznacz współczynniki $a$ i $b$.
Współczynniki wielomianu wynoszą odpowiednio $a = -1$ oraz $b = -3$.
Zadanie 4 (5 pkt)
Liczby $-1$ i $\frac{1}{4}$ są pierwiastkami wielomianu $W(x) = 4x^3 - (2a + b)x^2 - (4 - a)x + a$.a) Oblicz $a$ i $b$.b) Wyznacz trzeci pierwiastek tego wielomianu.
a) Wartości parametrów wynoszą $a = 0.75$ i $b = -1.5$.
b) Trzecim pierwiastkiem wielomianu jest $x_3 = 0.75$.
Zadanie 5 (3 pkt)
Wielomian $W(x) = 3x^3 - 9x^2 + bx + c$ ma trzy pierwiastki. Jeden z nich jest średnią arytmetyczną dwóch pozostałych. Wykaż, że $b + c = 6$.
Wykazano, że $b+c = 6$.
