Wielomiany
Sprawdzian 3
Grupa A
Zadanie 1 (3 pkt)
Suma reszt, jakie otrzymujemy, dzieląc wielomian \(W(x) = (x^2 + p)(x - q) + qx^2\) przez dwumiany \((x - (\sqrt{6} + 1))\) i \((x + \sqrt{6} + 1)\), jest równa \(8p\), gdzie \(p \neq 0\). Oblicz \(W(-4)\).
\(W(-4) = -64\)
Wskazówki:
- Z twierdzenia o reszcie wynika, że reszta z dzielenia wielomianu \(W(x)\) przez dwumian liniowy \(x - c\) jest równa wartości wielomianu dla argumentu \(c\), czyli \(R = W(c)\).
- Rozpisanie i uporządkowanie wielomianu \(W(x)\) redukuje wyrazy stopnia drugiego i pozwala zauważyć symetrię składników.
- Zauważ, że liczby \(c_1 = \sqrt{6} + 1\) oraz \(c_2 = -(\sqrt{6} + 1)\) są liczbami przeciwnymi. Przy ich sumowaniu potęgi nieparzyste ulegną redukcji do zera.
- Wyznacz wartość parametru \(q\) z podanego warunku sumy reszt, a następnie oblicz wartość \(W(-4)\).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Zastosowanie twierdzenia o reszcie:
Zgodnie z twierdzeniem o reszcie, reszta z dzielenia wielomianu \(W(x)\) przez dwumian postaci \(x - c\) wynosi \(R = W(c)\).
Dla pierwszego dwumianu \(x - (\sqrt{6} + 1)\) mamy: $$c_1 = \sqrt{6} + 1 \implies R_1 = W(\sqrt{6} + 1)$$ Dla drugiego dwumianu \(x + \sqrt{6} + 1 = x - (-(\sqrt{6} + 1))\) mamy: $$c_2 = -(\sqrt{6} + 1) \implies R_2 = W(-(\sqrt{6} + 1))$$ Dla ułatwienia zapisu oznaczmy \(a = \sqrt{6} + 1\). Wtedy \(c_1 = a\), a \(c_2 = -a\).
Z treści zadania suma obu reszt wynosi \(8p\): $$W(a) + W(-a) = 8p$$ -
Przekształcenie i uporządkowanie wzoru wielomianu \(W(x)\):
Wymnażamy nawiasy w wyjściowym wzorze wielomianu i redukujemy wyrazy podobne: $$\begin{aligned} W(x) &= (x^2 + p)(x - q) + qx^2 \\[8pt] &= x^3 - qx^2 + px - pq + qx^2 \\[8pt] &= x^3 + px - pq \end{aligned}$$ Wyrazy \(-qx^2\) oraz \(qx^2\) zredukowały się wzajemnie, dzięki czemu wielomian zawiera jedynie potęgi nieparzyste zmiennej \(x\) oraz wyraz wolny. -
Wyznaczenie sumy reszt i obliczenie wartości parametru \(q\):
Obliczamy wartości wielomianu dla argumentów \(x = a\) oraz \(x = -a\): $$\begin{aligned} W(a) &= a^3 + pa - pq \\[8pt] W(-a) &= (-a)^3 + p(-a) - pq \\[8pt] &= -a^3 - pa - pq \end{aligned}$$ Dodajemy wyznaczone wartości stronami: $$\begin{aligned} W(a) + W(-a) &= (a^3 + pa - pq) + (-a^3 - pa - pq) \\[8pt] &= a^3 - a^3 + pa - pa - 2pq \\[8pt] &= -2pq \end{aligned}$$ Wyrazy nieparzyste zawierające \(a\) zniosły się do zera. Przyrównujemy otrzymaną sumę do wartości podanej w treści zadania: $$-2pq = 8p$$ Ponieważ z założenia \(p \neq 0\), możemy podzielić obie strony równania przez \(-2p\): $$\begin{aligned} q &= \dfrac{8p}{-2p} \\[8pt] q &= -4 \end{aligned}$$ -
Obliczenie szukanej wartości \(W(-4)\):
Podstawiamy obliczoną wartość \(q = -4\) do uporządkowanego wzoru wielomianu: $$\begin{aligned} W(x) &= x^3 + px - p \cdot (-4) \\[8pt] &= x^3 + px + 4p \end{aligned}$$ Wstawiamy argument \(x = -4\): $$\begin{aligned} W(-4) &= (-4)^3 + p \cdot (-4) + 4p \\[8pt] &= -64 - 4p + 4p \\[8pt] &= -64 \end{aligned}$$ Składniki zawierające parametr \(p\) redukują się, co daje ostateczną wartość liczbową niezależną od \(p\).
Weryfikacja z postaci pierwotnej: Wstawiając \(q = -4\) bezpośrednio do wzoru \(W(x) = (x^2 + p)(x - q) + qx^2\), otrzymujemy: $$\begin{aligned} W(-4) &= \left((-4)^2 + p\right)\left(-4 - (-4)\right) + (-4) \cdot (-4)^2 \\[8pt] &= (16 + p) \cdot 0 - 4 \cdot 16 \\[8pt] &= -64 \end{aligned}$$
Odpowiedź:
Wartość wielomianu dla argumentu \(-4\) wynosi \(W(-4) = -64\).
Wartość wielomianu dla argumentu \(-4\) wynosi \(W(-4) = -64\).
Zadanie 2 (3 pkt)
Wielomian \(W(x) = 3x^4 + ax^3 + bx^2 + 8x - 2\) jest podzielny przez trójmian \(P(x) = 3x^2 + 2x - 1\). Wyznacz liczby \(a\) i \(b\).
\(a = -10, \quad b = -3\)
Wskazówki:
- Jeżeli wielomian \(W(x)\) jest podzielny przez trójmian kwadratowy \(P(x)\), to każdy pierwiastek trójmianu \(P(x)\) musi być również pierwiastkiem wielomianu \(W(x)\) (twierdzenie Bézouta).
- Alternatywną metodą jest metoda współczynników nieoznaczonych: iloraz \(Q(x) = \dfrac{W(x)}{P(x)}\) jest trójmianem kwadratowym, którego skrajne współczynniki można natychmiast odczytać.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Sposób I – Wyznaczenie pierwiastków trójmianu \(P(x)\):
Rozpatrujemy równanie wyjściowe trójmianu \(P(x) = 3x^2 + 2x - 1 = 0\). Obliczamy wyróżnik \(\Delta\): $$\begin{aligned} \Delta &= 2^2 - 4 \cdot 3 \cdot (-1) \\[8pt] &= 4 + 12 = 16 = 4^2 \end{aligned}$$ Wyznaczamy miejsca zerowe trójmianu: $$\begin{aligned} x_1 &= \dfrac{-2 - 4}{2 \cdot 3} = \dfrac{-6}{6} = -1 \\[8pt] x_2 &= \dfrac{-2 + 4}{2 \cdot 3} = \dfrac{2}{6} = \dfrac{1}{3} \end{aligned}$$ Trójmian \(P(x)\) można więc zapisać w postaci iloczynowej: $$P(x) = (x + 1)(3x - 1)$$ -
Sposób I – Zastosowanie twierdzenia Bézouta i ułożenie układu równań:
Skoro wielomian \(W(x) = 3x^4 + ax^3 + bx^2 + 8x - 2\) jest podzielny przez \(P(x)\), to zachodzą równości \(W(-1) = 0\) oraz \(W\left(\dfrac{1}{3}\right) = 0\).
Podstawiamy \(x = -1\): $$\begin{aligned} W(-1) &= 3 \cdot (-1)^4 + a \cdot (-1)^3 + b \cdot (-1)^2 + 8 \cdot (-1) - 2 \\[8pt] &= 3 \cdot 1 - a + b - 8 - 2 \\[8pt] &= -a + b - 7 \end{aligned}$$ Przyrównujemy do zera: $$-a + b - 7 = 0 \implies b = a + 7$$ Podstawiamy \(x = \dfrac{1}{3}\): $$\begin{aligned} W\left(\dfrac{1}{3}\right) &= 3 \cdot \left(\dfrac{1}{3}\right)^4 + a \cdot \left(\dfrac{1}{3}\right)^3 + b \cdot \left(\dfrac{1}{3}\right)^2 + 8 \cdot \dfrac{1}{3} - 2 \\[8pt] &= 3 \cdot \dfrac{1}{81} + \dfrac{a}{27} + \dfrac{b}{9} + \dfrac{8}{3} - 2 \\[8pt] &= \dfrac{1}{27} + \dfrac{a}{27} + \dfrac{3b}{27} + \dfrac{72}{27} - \dfrac{54}{27} \\[8pt] &= \dfrac{a + 3b + 19}{27} \end{aligned}$$ Przyrównujemy do zera: $$a + 3b + 19 = 0$$ -
Sposób I – Wyznaczenie liczb \(a\) i \(b\):
Wstawiamy zależność \(b = a + 7\) do drugiego równania: $$\begin{aligned} a + 3(a + 7) + 19 &= 0 \\[8pt] a + 3a + 21 + 19 &= 0 \\[8pt] 4a + 40 &= 0 \\[8pt] 4a &= -40 \\[8pt] a &= -10 \end{aligned}$$ Wyliczamy wartość współczynnika \(b\): $$b = -10 + 7 = -3$$ -
Sposób II – Metoda współczynników nieoznaczonych:
Wielomian \(W(x)\) jest stopnia 4, a trójmian \(P(x)\) jest stopnia 2. Z podzielności wynika, że iloraz \(Q(x) = \dfrac{W(x)}{P(x)}\) jest trójmianem stopnia drugiego postaci: $$Q(x) = c x^2 + d x + e$$ Porównując współczynniki przy najwyższej potędze oraz wyrazie wolnym: - Przy \(x^4\): \(3x^4 = 3x^2 \cdot c x^2 \implies c = 1\) - Wyraz wolny: \(-2 = -1 \cdot e \implies e = 2\) Otrzymujemy postać ilorazu \(Q(x) = x^2 + d x + 2\). Wymnażamy iloczyn \(P(x) \cdot Q(x)\): $$\begin{aligned} P(x) \cdot Q(x) &= (3x^2 + 2x - 1)(x^2 + dx + 2) \\[8pt] &= 3x^2(x^2 + dx + 2) + 2x(x^2 + dx + 2) - 1(x^2 + dx + 2) \\[8pt] &= 3x^4 + 3dx^3 + 6x^2 + 2x^3 + 2dx^2 + 4x - x^2 - dx - 2 \\[8pt] &= 3x^4 + (3d + 2)x^3 + (2d + 5)x^2 + (4 - d)x - 2 \end{aligned}$$ Porównujemy współczynniki z wielomianem \(W(x) = 3x^4 + ax^3 + bx^2 + 8x - 2\): - Przy \(x\): $$4 - d = 8 \implies d = -4$$ - Przy \(x^3\): $$a = 3d + 2 = 3 \cdot (-4) + 2 = -12 + 2 = -10$$ - Przy \(x^2\): $$b = 2d + 5 = 2 \cdot (-4) + 5 = -8 + 5 = -3$$
Odpowiedź:
Szukane liczby to \(a = -10\) oraz \(b = -3\).
Szukane liczby to \(a = -10\) oraz \(b = -3\).
Zadanie 3 (3 pkt)
Przedstaw wielomian \(W(x) = x^4 + 2x^3 - 3x^2 - 12x - 9\) w postaci iloczynu dwóch wielomianów stopnia drugiego o współczynnikach całkowitych i takich, że współczynniki przy drugich potęgach są równe jeden.
\(W(x) = (x^2 + 3x + 3)(x^2 - x - 3)\)
Wskazówki:
- Zapisz poszukiwaną postać jako iloczyn dwóch trójmianów \((x^2 + ax + b)(x^2 + cx + d)\), wymnóż nawiasy i porównaj współczynniki przy odpowiednich potęgach zmiennej \(x\).
- Alternatywnie zauważ, że wyrazy \(x^4 + 2x^3\) stanowią początek kwadratu sumy \((x^2 + x)^2\), co pozwala sprowadzić wielomian do różnicy kwadratów \(A^2 - B^2 = (A - B)(A + B)\).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Sposób I – Metoda współczynników nieoznaczonych:
Poszukujemy rozkładu wielomianu \(W(x) = x^4 + 2x^3 - 3x^2 - 12x - 9\) na iloczyn dwóch trójmianów kwadratowych o współczynnikach całkowitych ze współczynnikami \(1\) przy najwyższych potęgach: $$W(x) = (x^2 + ax + b)(x^2 + cx + d), \quad \text{gdzie } a, b, c, d \in \mathbb{Z}$$ Wymnażamy oba nawiasy i porządkujemy wyrazy według potęg zmiennej \(x\): $$\begin{aligned} (x^2 + ax + b)(x^2 + cx + d) &= x^4 + cx^3 + dx^2 + ax^3 + acx^2 + adx + bx^2 + bcx + bd \\[8pt] &= x^4 + (a + c)x^3 + (ac + b + d)x^2 + (ad + bc)x + bd \end{aligned}$$ Porównujemy współczynniki otrzymanego wyrażenia ze współczynnikami wyjściowego wielomianu: $$\begin{cases} a + c = 2 \\[6pt] ac + b + d = -3 \\[6pt] ad + bc = -12 \\[6pt] bd = -9 \end{cases}$$ Współczynniki \(b\) i \(d\) są liczbami całkowitymi, a ich iloczyn wynosi \(bd = -9\). Rozpatrujemy całkowite dzielniki liczby \(-9\). Sprawdzamy parę \(b = 3\) oraz \(d = -3\):
Wówczas \(b + d = 3 + (-3) = 0\). Wstawiamy tę sumę do drugiego równania: $$\begin{aligned} ac + 0 &= -3 \\[8pt] ac &= -3 \end{aligned}$$ Z pierwszego równania wyznaczamy \(c = 2 - a\) i podstawiamy do zależności \(ac = -3\): $$\begin{aligned} a(2 - a) &= -3 \\[8pt] 2a - a^2 &= -3 \\[8pt] a^2 - 2a - 3 &= 0 \\[8pt] (a - 3)(a + 1) &= 0 \end{aligned}$$ Otrzymujemy dwa rozwiązania: \(a = 3\) (wtedy \(c = -1\)) lub \(a = -1\) (wtedy \(c = 3\)).
Sprawdzamy trzecie równanie dla zestawu \(a = 3\), \(c = -1\), \(b = 3\), \(d = -3\): $$\begin{aligned} ad + bc &= 3 \cdot (-3) + 3 \cdot (-1) \\[8pt] &= -9 - 3 \\[8pt] &= -12 \end{aligned}$$ Równość jest spełniona. Wszystkie współczynniki są liczbami całkowitymi, zatem poszukiwana postać iloczynowa to: $$W(x) = (x^2 + 3x + 3)(x^2 - x - 3)$$ -
Sposób II – Grupowanie i sprowadzenie do różnicy kwadratów:
Wielomian możemy rozłożyć bez układania układu równań, wykorzystując wzory skróconego mnożenia. Rozpatrujemy wyjściowy wielomian: $$W(x) = x^4 + 2x^3 - 3x^2 - 12x - 9$$ Zauważamy, że dwa pierwsze wyrazy \(x^4 + 2x^3\) stanowią początek rozwinięcia kwadratu sumy \((x^2 + x)^2 = x^4 + 2x^3 + x^2\).
Dodajemy i odejmujemy wyraz \(x^2\), aby uzupełnić wyrażenie do pełnego kwadratu: $$\begin{aligned} W(x) &= (x^4 + 2x^3 + x^2) - x^2 - 3x^2 - 12x - 9 \\[8pt] &= (x^2 + x)^2 - (4x^2 + 12x + 9) \end{aligned}$$ Zauważamy, że wyrażenie w drugim nawiasie to kwadrat sumy: $$4x^2 + 12x + 9 = (2x + 3)^2$$ Otrzymujemy postać różnicy kwadratów \(A^2 - B^2\): $$W(x) = (x^2 + x)^2 - (2x + 3)^2$$ Stosujemy wzór skróconego mnożenia \(A^2 - B^2 = (A - B)(A + B)\) dla \(A = x^2 + x\) oraz \(B = 2x + 3\): $$\begin{aligned} W(x) &= [(x^2 + x) - (2x + 3)][(x^2 + x) + (2x + 3)] \\[8pt] &= (x^2 + x - 2x - 3)(x^2 + x + 2x + 3) \\[8pt] &= (x^2 - x - 3)(x^2 + 3x + 3) \end{aligned}$$ Otrzymany iloczyn spełnia wszystkie warunki zadania.
Odpowiedź:
\(W(x) = (x^2 + 3x + 3)(x^2 - x - 3)\)
\(W(x) = (x^2 + 3x + 3)(x^2 - x - 3)\)
Zadanie 4 (3 pkt)
Wielomian \(W(x) = x^5 + 2x^4 + px^3 + qx^2 + 12x + r\) jest podzielny przez wielomian \(R(x) = x^3 - 2x + 5\). Wyznacz liczby \(p\), \(q\) i \(r\).
\(p = -3\)
\(q = 1\)
\(r = -5\)
\(q = 1\)
\(r = -5\)
Wskazówki:
- Podzielność wielomianu \(W(x)\) przez \(R(x)\) oznacza, że reszta z dzielenia tych wielomianów jest równa zero (jest wielomianem zerowym).
- Zadanie możesz rozwiązać na dwa sposoby: wykonując pisemne dzielenie wielomianów z parametrami i przyrównując współczynniki reszty do zera (Sposób I) lub wykorzystując postać iloczynową \(W(x) = R(x) \cdot Q(x)\) i porównując współczynniki wielomianów (Sposób II).
- Stopień ilorazu wynosi \(\text{st.}(W) - \text{st.}(R) = 5 - 3 = 2\), a współczynnik przy \(x^2\) wynosi \(1\), co pozwala zapisać iloraz w postaci \(Q(x) = x^2 + bx + c\).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Sposób I – Dzielenie pisemne wielomianów z parametrami:
Wykonujemy dzielenie wielomianu \(W(x) = x^5 + 2x^4 + px^3 + qx^2 + 12x + r\) przez wielomian \(R(x) = x^3 - 2x + 5\):
• Dzielimy wyraz o najwyższej potędze \(x^5\) przez \(x^3\), otrzymując \(x^2\), i odejmujemy iloczyn \(x^2(x^3 - 2x + 5) = x^5 - 2x^3 + 5x^2\): $$\begin{aligned} &(x^5 + 2x^4 + px^3 + qx^2 + 12x + r) - (x^5 - 2x^3 + 5x^2) \\[8pt] &= 2x^4 + (p + 2)x^3 + (q - 5)x^2 + 12x + r \end{aligned}$$ • Dzielimy wyraz \(2x^4\) przez \(x^3\), otrzymując \(2x\), i odejmujemy iloczyn \(2x(x^3 - 2x + 5) = 2x^4 - 4x^2 + 10x\): $$\begin{aligned} &[2x^4 + (p + 2)x^3 + (q - 5)x^2 + 12x + r] - (2x^4 - 4x^2 + 10x) \\[8pt] &= (p + 2)x^3 + [q - 5 - (-4)]x^2 + (12 - 10)x + r \\[8pt] &= (p + 2)x^3 + (q - 1)x^2 + 2x + r \end{aligned}$$ • Dzielimy wyraz \((p + 2)x^3\) przez \(x^3\), otrzymując \((p + 2)\), i odejmujemy iloczyn \((p + 2)(x^3 - 2x + 5) = (p + 2)x^3 - 2(p + 2)x + 5(p + 2)\): $$\begin{aligned} &[(p + 2)x^3 + (q - 1)x^2 + 2x + r] - [(p + 2)x^3 - 2(p + 2)x + 5(p + 2)] \\[8pt] &= (q - 1)x^2 + [2 - (-2(p + 2))]x + [r - 5(p + 2)] \\[8pt] &= (q - 1)x^2 + (2p + 6)x + (r - 5p - 10) \end{aligned}$$ Otrzymana reszta z dzielenia ma postać: $$R_{\text{reszta}}(x) = (q - 1)x^2 + (2p + 6)x + (r - 5p - 10)$$ -
Wyznaczenie parametrów z warunku zerowania się reszty (dokończenie Sposobu I):
Wielomian \(W(x)\) jest podzielny przez \(R(x)\) wtedy i tylko wtedy, gdy reszta jest wielomianem tożsamościowo równym zero. Oznacza to, że wszystkie jej współczynniki muszą wynosić zero: $$\begin{cases} q - 1 = 0 \\[6pt] 2p + 6 = 0 \\[6pt] r - 5p - 10 = 0 \end{cases}$$ Rozwiązujemy układ równań: $$\begin{aligned} q - 1 = 0 &\implies q = 1 \\[8pt] 2p + 6 = 0 &\implies 2p = -6 \implies p = -3 \\[8pt] r - 5(-3) - 10 = 0 &\implies r + 15 - 10 = 0 \implies r + 5 = 0 \implies r = -5 \end{aligned}$$ -
Sposób II – Wykorzystanie iloczynu wielomianów i twierdzenia o równości wielomianów:
Wielomian \(W(x)\) ma stopień \(5\), a wielomian \(R(x)\) stopień \(3\). Z definicji podzielności iloraz \(Q(x)\) musi być trójmianem kwadratowym stopnia drugiego: $$\text{st.}(Q) = 5 - 3 = 2$$ Ponieważ współczynniki przy najwyższych potęgach w \(W(x)\) oraz \(R(x)\) są równe \(1\), iloraz możemy zapisać w postaci: $$Q(x) = x^2 + bx + c$$ Zgodnie z warunkiem podzielności zachodzi tożsamość: $$W(x) = R(x) \cdot Q(x)$$ Wymnażamy wielomiany: $$\begin{aligned} R(x) \cdot Q(x) &= (x^3 - 2x + 5)(x^2 + bx + c) \\[8pt] &= x^3(x^2 + bx + c) - 2x(x^2 + bx + c) + 5(x^2 + bx + c) \\[8pt] &= x^5 + bx^4 + cx^3 - 2x^3 - 2bx^2 - 2cx + 5x^2 + 5bx + 5c \\[8pt] &= x^5 + bx^4 + (c - 2)x^3 + (5 - 2b)x^2 + (5b - 2c)x + 5c \end{aligned}$$ -
Porównanie odpowiednich współczynników (dokończenie Sposobu II):
Przyrównujemy otrzymane współczynniki do współczynników wielomianu \(W(x) = x^5 + 2x^4 + px^3 + qx^2 + 12x + r\): $$\begin{cases} x^4:\quad b = 2 \\[6pt] x:\quad 5b - 2c = 12 \\[6pt] x^3:\quad p = c - 2 \\[6pt] x^2:\quad q = 5 - 2b \\[6pt] x^0:\quad r = 5c \end{cases}$$ Podstawiamy \(b = 2\) do równania dla współczynnika przy zmiennej \(x\): $$\begin{aligned} 5 \cdot 2 - 2c &= 12 \\[8pt] 10 - 2c &= 12 \\[8pt] -2c &= 2 \implies c = -1 \end{aligned}$$ Mając wartości \(b = 2\) oraz \(c = -1\), wyznaczamy szukane liczby \(p\), \(q\) i \(r\): $$\begin{aligned} p &= -1 - 2 = -3 \\[8pt] q &= 5 - 2 \cdot 2 = 5 - 4 = 1 \\[8pt] r &= 5 \cdot (-1) = -5 \end{aligned}$$
Odpowiedź:
Szukane liczby to: \(p = -3\), \(q = 1\), \(r = -5\).
Szukane liczby to: \(p = -3\), \(q = 1\), \(r = -5\).
Zadanie 5 (3 pkt)
Wyznacz wszystkie wartości parametrów \(a\), \(b\) i \(c\), dla których wielomian \(W(x) = 10(x - 2)^2 + a(x + 1)^3 + b(x - 1)^5 + c\) jest podzielny przez wielomian \(P(x) = x^3 - 2x^2 - x + 2\).
\(a = \dfrac{2}{5}, \quad b = \dfrac{12}{5}, \quad c = -\dfrac{66}{5}\)
Wskazówki:
- Rozłóż wielomian \(P(x)\) na czynniki liniowe metodą grupowania wyrazów, aby wyznaczyć wszystkie jego pierwiastki.
- Wielomian \(W(x)\) jest podzielny przez wielomian \(P(x)\) będący iloczynem różnych dwumianów liniowych wtedy i tylko wtedy, gdy każdy pierwiastek wielomianu \(P(x)\) jest jednocześnie pierwiastkiem wielomianu \(W(x)\) (twierdzenie Bézouta).
- Ułóż układ trzech równań liniowych z niewiadomymi \(a\), \(b\) i \(c\), wstawiając wyznaczone pierwiastki do wzoru wielomianu \(W(x)\).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Rozkład wielomianu \(P(x)\) na czynniki i wyznaczenie jego pierwiastków:
Zapisujemy wielomian dzielący \(P(x)\) i grupujemy jego wyrazy: $$\begin{aligned} P(x) &= x^3 - 2x^2 - x + 2 \\[8pt] &= x^2(x - 2) - 1 \cdot (x - 2) \\[8pt] &= (x^2 - 1)(x - 2) \\[8pt] &= (x - 1)(x + 1)(x - 2) \end{aligned}$$ Przyrównując wielomian \(P(x)\) do zera, otrzymujemy trzy różne pierwiastki rzeczywiste: $$x_1 = 1, \quad x_2 = -1, \quad x_3 = 2$$ -
Zastosowanie warunku podzielności wielomianów:
Wielomian \(W(x)\) jest podzielny przez wielomian \(P(x) = (x - 1)(x + 1)(x - 2)\) wtedy i tylko wtedy, gdy reszta z dzielenia wynosi zero, co oznacza, że pierwiastki wielomianu \(P(x)\) zerują wielomian \(W(x)\): $$\begin{cases} W(2) = 0 \\[6pt] W(1) = 0 \\[6pt] W(-1) = 0 \end{cases}$$ -
Wyznaczenie wartości wielomianu \(W(x)\) dla poszczególnych pierwiastków:
Wstawiamy kolejno liczby \(2\), \(1\) oraz \(-1\) do wzoru wielomianu \(W(x) = 10(x - 2)^2 + a(x + 1)^3 + b(x - 1)^5 + c\):
Dla \(x = 2\): $$\begin{aligned} W(2) &= 10(2 - 2)^2 + a(2 + 1)^3 + b(2 - 1)^5 + c \\[8pt] &= 10 \cdot 0^2 + a \cdot 3^3 + b \cdot 1^5 + c \\[8pt] &= 27a + b + c \end{aligned}$$ Z warunku \(W(2) = 0\) otrzymujemy pierwsze równanie: $$27a + b + c = 0$$ Dla \(x = 1\): $$\begin{aligned} W(1) &= 10(1 - 2)^2 + a(1 + 1)^3 + b(1 - 1)^5 + c \\[8pt] &= 10 \cdot (-1)^2 + a \cdot 2^3 + b \cdot 0^5 + c \\[8pt] &= 10 \cdot 1 + 8a + 0 + c \\[8pt] &= 8a + c + 10 \end{aligned}$$ Z warunku \(W(1) = 0\) otrzymujemy drugie równanie: $$8a + c + 10 = 0 \iff 8a + c = -10$$ Dla \(x = -1\): $$\begin{aligned} W(-1) &= 10(-1 - 2)^2 + a(-1 + 1)^3 + b(-1 - 1)^5 + c \\[8pt] &= 10 \cdot (-3)^2 + a \cdot 0^3 + b \cdot (-2)^5 + c \\[8pt] &= 10 \cdot 9 + 0 + b \cdot (-32) + c \\[8pt] &= 90 - 32b + c \end{aligned}$$ Z warunku \(W(-1) = 0\) otrzymujemy trzecie równanie: $$90 - 32b + c = 0 \iff -32b + c = -90$$ -
Rozwiązanie układu trzech równań liniowych:
Zestawiamy otrzymane równania w układ: $$\begin{cases} 27a + b + c = 0 \\[6pt] 8a + c = -10 \\[6pt] -32b + c = -90 \end{cases}$$ Z drugiego równania wyznaczamy parametr \(c\): $$c = -8a - 10$$ Wstawiamy wyrażenie na \(c\) do trzeciego równania: $$\begin{aligned} -32b + (-8a - 10) &= -90 \\[8pt] -8a - 32b &= -80 \quad / : (-8) \\[8pt] a + 4b &= 10 \end{aligned}$$ Wstawiamy wyrażenie na \(c\) do pierwszego równania: $$\begin{aligned} 27a + b + (-8a - 10) &= 0 \\[8pt] 19a + b - 10 &= 0 \\[8pt] b &= 10 - 19a \end{aligned}$$ Podstawiamy \(b = 10 - 19a\) do równania \(a + 4b = 10\): $$\begin{aligned} a + 4(10 - 19a) &= 10 \\[8pt] a + 40 - 76a &= 10 \\[8pt] -75a &= -30 \quad / : (-75) \\[8pt] a &= \dfrac{30}{75} = \dfrac{2}{5} \end{aligned}$$ Obliczamy wartość parametru \(b\): $$\begin{aligned} b &= 10 - 19 \cdot \dfrac{2}{5} \\[8pt] &= \dfrac{50}{5} - \dfrac{38}{5} = \dfrac{12}{5} \end{aligned}$$ Obliczamy wartość parametru \(c\): $$\begin{aligned} c &= -8 \cdot \dfrac{2}{5} - 10 \\[8pt] &= -\dfrac{16}{5} - \dfrac{50}{5} = -\dfrac{66}{5} \end{aligned}$$
Odpowiedź:
Wielomian \(W(x)\) jest podzielny przez wielomian \(P(x)\) dla parametrów \(a = \dfrac{2}{5}\), \(b = \dfrac{12}{5}\) oraz \(c = -\dfrac{66}{5}\).
Wielomian \(W(x)\) jest podzielny przez wielomian \(P(x)\) dla parametrów \(a = \dfrac{2}{5}\), \(b = \dfrac{12}{5}\) oraz \(c = -\dfrac{66}{5}\).
Grupa B
Zadanie 1 (3 pkt)
Suma reszt, jakie otrzymujemy, dzieląc wielomian $W(x) = (x^2 + px + q)(x - p)$ przez dwumiany $(x - \sqrt{5} + \sqrt{3})$ i $(x + \sqrt{5} - \sqrt{3})$, jest równa $6q$, gdzie $q \neq 0$. Oblicz $W(-3)$.
Wartość wielomianu $W(-3)$ wynosi $0$.
Zadanie 2 (3 pkt)
Wielomian $W(x) = 6x^4 + x^3 + ax^2 + bx - 20$ jest podzielny przez trójmian $P(x) = 2x^2 - x + 4$. Wyznacz liczby $a$ i $b$.
Szukane wartości to $(a, b) = (0, 13)$.
Zadanie 3 (3 pkt)
Przedstaw wielomian $W(x) = x^4 - 6x^3 + 8x^2 + 4x - 4$ w postaci iloczynu dwóch wielomianów stopnia drugiego o współczynnikach całkowitych i takich, że współczynniki przy drugich potęgach są równe jeden.
$(x^2 - 4x + 2)(x^2 - 2x - 2)$
Zadanie 4 (3 pkt)
Wielomian $W(x) = x^4 + 2x^3 - 8x^2 + px + q$ jest podzielny przez wielomian $R(x) = x^2 - x - 6$. Wyznacz liczby p i q.
(p, q) = (-19, -6)
Zadanie 5 (3 pkt)
Wyznacz wszystkie wartości parametrów $a, b \text{ i } c$, dla których wielomian $W(x) = 50(x-2)^2 + a(x+1)^3 + b(x-1)^5 + c$ jest podzielny przez wielomian $P(x) = x^3 - 2x^2 - x + 2$.
Wartości parametrów wynoszą $a = 2$, $b = 12$ oraz $c = -66$.
