Un polinomio in x è una somma di termini del tipo axk con esponenti naturali; il grado è l'esponente più alto che compare con coefficiente diverso da zero.
Somma e differenza: si sommano i termini simili. Prodotto: ogni termine per ogni termine, e i gradi si sommano.
I prodotti notevoli vanno saputi a memoria nei due versi: da sinistra a destra per sviluppare, da destra a sinistra per scomporre.
La regola di Ruffini divide un polinomio per x−a in pochi passaggi; per il teorema del resto il resto è il valore del polinomio in a.
x−a è un fattore di P(x) se e solo se P(a)=0. Le radici razionali si cercano tra le frazioni ±divisore del coefficiente direttivodivisore del termine noto, sia con il segno più sia con il segno meno.
Per scomporre si segue un ordine: raccoglimento totale, prodotti notevoli, trinomio somma e prodotto, raccoglimento parziale, Ruffini. Poi si controlla se i fattori trovati si scompongono ancora.
Non tutti i polinomi si scompongono: x2+1 e x2+x+1 non hanno fattori di primo grado.
Nelle frazioni algebriche si semplificano solo i fattori, mai gli addendi, e si scrivono le condizioni di esistenza (denominatore diverso da zero).
Il nome viene dal greco e vuol dire "molti termini": un polinomio è una somma di monomi.
Un polinomio è ordinato se i termini sono scritti per esponenti decrescenti ed è completo se ci sono tutte le potenze di x, dal grado massimo fino al termine noto. Un termine che manca ha coefficiente 0: 4x3−x+2=4x3+0x2−x+2. Nella divisione e nella regola di Ruffini questi zeri vanno scritti.
Il valore di un polinomio in un numero a si ottiene sostituendo a al posto di x e si indica con P(a). Se P(x)=2x3−x+5, allora P(−1)=2(−1)3−(−1)+5=−2+1+5=4. Metti sempre tra parentesi i numeri negativi che sostituisci.
Il simbolo ± ("più o meno") riassume due formule in una: quella con tutti i segni di sopra e quella con tutti i segni di sotto. Nelle formule A e B possono essere qualunque cosa: numeri, x, 3x, x2…
Il motivo: P(x)=(x−a)⋅Q(x)+R, dove R è un numero (il resto ha grado minore di quello del divisore x−a, che è 1). Sostituendo x=a il primo pezzo si annulla e resta P(a)=R. Nell'esempio di prima: 3⋅23−5⋅22+4=24−20+4=8, proprio il resto trovato con Ruffini.
Scomporre (o fattorizzare) un polinomio vuol dire scriverlo come prodotto di polinomi di grado più basso. Un polinomio che non si può scomporre si dice irriducibile. La forma scomposta serve per semplificare le frazioni algebriche, per risolvere equazioni e disequazioni (moduli 3 e 4) e per studiare il segno di un'espressione.
La tabella riassume quale metodo provare guardando la forma del polinomio.
come si presenta
metodo
esempio
un fattore comune a tutti i termini
raccoglimento totale
6x3−9x2=3x2(2x−3)
due quadrati separati dal meno
differenza di quadrati
4x2−9=(2x−3)(2x+3)
due cubi
somma o differenza di cubi
x3+8=(x+2)(x2−2x+4)
tre termini: due quadrati e il loro doppio prodotto
Se a è una radice di P(x), per il teorema di Ruffini P(x)=(x−a)⋅Q(x), e il quoziente Q(x) si trova proprio con la regola di Ruffini. Il problema è trovare una radice: per quelle razionali c'è un criterio preciso.
−2−1123−6−4−22468xyO
y=x3−2x2−5x+6=(x−1)(x−3)(x+2) taglia l'asse x nelle radici −2, 1 e 3
(2x−3)2=4x2−12x+9: il doppio prodotto è 2⋅2x⋅(−3)=−12x.
(x+1)3=x3+3x2+3x+1.
(5−x)(5+x)=25−x2.
Esercizio 2.4BaseRaccoglimenti
Scomponi: 4x3−8x2; 10x4+15x3+5x2; x(x−1)+3(x−1).
Soluzione
4x3−8x2=4x2(x−2).
10x4+15x3+5x2=5x2(2x2+3x+1). Il trinomio si scompone ancora: somma 3 e prodotto 2⋅1=2 danno 2 e 1, quindi 2x2+2x+x+1=2x(x+1)+(x+1)=(x+1)(2x+1). Risultato: 5x2(x+1)(2x+1).
x(x−1)+3(x−1)=(x−1)(x+3).
Esercizio 2.5BaseRuffini
Dividi P(x)=x3−4x2+x+6 per x−3 con la regola di Ruffini. Che cosa puoi concludere? Poi scomponi P(x) completamente.
Soluzione
311−43−11−3−26−60
Quoziente x2−x−2, resto 0: P(x) è divisibile per x−3, cioè 3 è una radice. Infatti P(3)=27−36+3+6=0.
Il quoziente si scompone con somma −1 e prodotto −2, cioè −2 e 1. Quindi P(x)=(x−3)(x−2)(x+1).
x3−x2+x−1=x2(x−1)+(x−1)=(x−1)(x2+1), e x2+1 è irriducibile.
Esercizio 2.9MedioTeorema del resto
Senza fare la divisione, trova il resto di (x5−3x2+2):(x+1).
Trova k in modo che x3+kx2−4 sia divisibile per x−2.
Soluzione
Con P(x)=x5−3x2+2: il divisore si annulla per x=−1, quindi il resto è P(−1)=(−1)5−3(−1)2+2=−1−3+2=−2.
Con P(x)=x3+kx2−4 serve P(2)=0: 8+4k−4=0, cioè 4k=−4 e k=−1. Controllo: x3−x2−4 in 2 vale 8−4−4=0.
Esercizio 2.10MedioRuffini due volte
Scomponi P(x)=x4−x3−7x2+x+6.
Soluzione
Candidati: ±1,±2,±3,±6. La somma dei coefficienti è 1−1−7+1+6=0, quindi P(1)=0.
111−110−70−71−7−66−60
P(x)=(x−1)(x3−7x−6). Per Q(x)=x3−7x−6 provo −1: Q(−1)=−1+7−6=0.
−1110−1−1−71−6−660
Q(x)=(x+1)(x2−x−6)=(x+1)(x−3)(x+2). In conclusione
P(x)=(x−1)(x+1)(x−3)(x+2)
Esercizio 2.11Livello provaRiconoscere la scomposizione giusta
Quale delle seguenti è la scomposizione di x2−2x−15?
(a) (x+5)(x−3) (b) (x−5)(x+3) (c) (x−5)(x−3) (d) (x−15)(x+1)
Soluzione
Metodo veloce: il termine noto è −15, quindi i due numeri hanno segni opposti e la (c), che ha prodotto +15, è da scartare. La somma deve essere −2: nella (a) è 5−3=2, nella (d) è −15+1=−14, nella (b) è −5+3=−2. Risposta (b).
Controllo: (x−5)(x+3)=x2+3x−5x−15=x2−2x−15.
Esercizio 2.12Livello provaSemplificare una frazione algebrica
Semplifica x2−4x2−4x+4, con le condizioni di esistenza, e calcolane il valore per x=3.
Soluzione
Numeratore: (x−2)2. Denominatore: (x−2)(x+2). C.E.: x=2 e x=−2.
(x−2)(x+2)(x−2)2=x+2x−2
Per x=3, che rispetta le C.E.: 3+23−2=51.
Esercizio 2.13Livello provaSomma di frazioni algebriche
Calcola x−12−x2−14 e semplifica il risultato.
Soluzione
x2−1=(x−1)(x+1), quindi le C.E. sono x=1 e x=−1, e il denominatore comune è (x−1)(x+1):
Per quale valore di k il polinomio x3−kx+6 è divisibile per x+2? Con quel valore di k, scomponi il polinomio.
Soluzione
Chiamo P(x)=x3−kx+6. Il divisore si annulla per x=−2, quindi serve P(−2)=0: (−2)3−k⋅(−2)+6=−8+2k+6=2k−2=0, quindi k=1.
Con k=1 il polinomio è x3−x+6, con coefficienti 1,0,−1,6. Ruffini con −2:
−2110−2−2−1436−60
Quindi x3−x+6=(x+2)(x2−2x+3). Il secondo fattore è irriducibile: x2−2x+3=(x−1)2+2 vale sempre almeno 2.
Esercizio 2.15Livello provaVero o falso
x2+9=(x+3)2.
x2+9 non si può scrivere come prodotto di due polinomi di primo grado a coefficienti reali.
x3−1=(x−1)(x2+x+1).
(x−y)2=(y−x)2.
x4−1=(x2−1)2.
Soluzione
Falso: (x+3)2=x2+6x+9. Con x=1 si vede subito: 10=16.
Vero: x2+9≥9 per ogni x reale, quindi non ha radici e non ha fattori di primo grado.
Vero: è la differenza di cubi con A=x e B=1.
Vero: y−x=−(x−y) e il quadrato cancella il segno.
Falso: x4−1=(x2−1)(x2+1)=(x−1)(x+1)(x2+1). Con x=0: −1=1.
Esercizio 2.16Livello provaUna radice frazionaria
Verifica che 32 è una radice di P(x)=3x3−2x2+3x−2. Quale fattore di primo grado compare di sicuro nella scomposizione? Scomponi P(x).
Soluzione
P(32)=3⋅278−2⋅94+3⋅32−2=98−98+2−2=0.
Per il teorema di Ruffini compare il fattore x−32, o equivalentemente 3x−2=3(x−32). Con un raccoglimento parziale:
Nel prodotto i gradi si sommano: 3+2=5. Il termine di grado più alto è 2x3⋅x2=2x5.
A che cosa è uguale (x−3)2?
Quadrato del primo termine, doppio prodotto 2⋅x⋅(−3)=−6x, quadrato del secondo (−3)2=9.
Vero o falso: (a−b)3=a3−b3 per ogni a e b.
(a−b)3=a3−3a2b+3ab2−b3. Controesempio: con a=2 e b=1 a sinistra si ha 1, a destra 7.
Qual è la scomposizione di x2−x−20?
Servono due numeri con prodotto −20 e somma −1: −5 e 4. (x+5)(x−4) ha somma +1, (x−5)(x−4) ha prodotto +20, (x−10)(x+2) ha somma −8.
Qual è il resto della divisione di x3−2x+5 per x−2?
9
Per il teorema del resto è il valore del polinomio in 2: 23−2⋅2+5=8−4+5=9.
Quali dei seguenti polinomi sono fattori di x3−4x?
Una o più risposte giuste
x3−4x=x(x2−4)=x(x−2)(x+2). x−4 non è un fattore perché il polinomio in 4 vale 64−16=48=0; x2+4 non compare nella scomposizione.
Qual è la scomposizione di 8x3+1?
Somma di cubi con A=2x e B=1: (A+B)(A2−AB+B2). Il cubo (2x+1)3 avrebbe anche i termini 12x2+6x; (2x−1)(4x2+2x+1) è la scomposizione di 8x3−1; in (2x+1)(4x2+2x+1) il falso quadrato ha il segno sbagliato.
Vero o falso: x2+4 si può scrivere come prodotto di due polinomi di primo grado a coefficienti reali.
x2+4≥4 per ogni x reale: non ha radici, quindi non ha fattori di primo grado. Attenzione: (x+2)2=x2+4x+4 e (x+2)(x−2)=x2−4.
Per quale valore di k il polinomio x2+kx+6 è divisibile per x−2?
-5
Serve che il polinomio valga zero in 2: 4+2k+6=0, quindi k=−5. Infatti x2−5x+6=(x−2)(x−3).
Qual è il quoziente della divisione (x3−1):(x−1)?
Con Ruffini (coefficienti 1,0,0,−1 e numero 1) l'ultima riga è 1,1,1 con resto 0. È la differenza di cubi: x3−1=(x−1)(x2+x+1).
Quali numeri sono radici di P(x)=x3−x2−4x+4?
Una o più risposte giuste
Raccoglimento parziale: x2(x−1)−4(x−1)=(x−1)(x−2)(x+2), quindi le radici sono 1, 2 e −2. Invece P(4)=36 e P(−1)=6.
A che cosa è uguale x2+2x+1x2−1, per x=−1?
(x+1)2(x−1)(x+1)=x+1x−1. 2x+1−1 nasce dall'errore di "cancellare" x2, che è un addendo e non un fattore.
Qual è la somma dei coefficienti del polinomio che si ottiene sviluppando (2x−1)5?
1
La somma dei coefficienti di un polinomio è il suo valore in x=1: (2⋅1−1)5=15=1. Non serve sviluppare.
A che cosa è uguale x−32+x+31?
Denominatore comune (x−3)(x+3)=x2−9; numeratore 2(x+3)+(x−3)=3x+3. 2x3 viene dall'errore di sommare numeratori con numeratori e denominatori con denominatori.
Quale delle seguenti espressioni non è un polinomio?
x21=x−2 ha esponente negativo. Nelle altre gli esponenti di x sono naturali: frazioni e radici nei coefficienti vanno bene.
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