初高衔接[2]十字相乘法与猜根

因式分解中还有一类最常见的就是对二次三项式$ax^2+bx+c$的分解,最简单有效的方法是十字相乘法(注意,并不是所有二次三项式都能分解).初中时,对$a=1$的情况关注较多,我们重点练习$a\ne 1$的情况.这是高中必备基本功,需要熟练掌握.

十字相乘的思路很简单,如果$$\begin{split} ax^2+bx+c=&(a_1x+c_1)(a_2x+c_2)\\=&a_1a_2x^2+(a_1c_2+a_2c_1)x+c_1c_2.\end{split}$$我们将系数按以下方式排列:屏幕快照 2016-06-29 下午3.07.50第一列是$a$分解出的数$a=a_1a_2$,第二列是$c$分解出的数$c=c_1c_2$,一次项是交叉相乘后相加得到的数$b=a_1c_2+a_2c_1$.第一列的数是$x$前面的系数,第一行与第二行分别对应一个因式.

在十字相乘过程中,先对$a$与$c$进行因数分解,然后进行尝试.比如分解因式$$6x^2-7x+2.$$ 因为一次项系数为$-7$,尝试分解$6,2$,有$$6=2\times 3=1\times 6,2=(-1)\times (-2),$$再去检验各种排列,最后得到屏幕快照 2016-06-29 上午10.53.03所以$6x^2-7x+2=(2x-1)(3x-2)$.


例题一 分解因式:

(1)$6x^2-13x+6$;
(2)$4x^2+4x-15$;
(3)$10x^2-21xy+2y^2$;
(4)$-8a^2x^2-7ax+1$.

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分析 注意二次齐次式$ax^2+bxy+cy^2$的分解与二次三项式一样,且二次三项式中的$x$也可以是$x^2,xy$,或者可以看成整体的任何式子.以(4)为例,将系数拿出十字相乘屏幕快照 2016-06-29 下午3.16.47第一列是$ax$的系数,故分解为$(-8ax+1)(ax+1)$.

答案 (1)$(2x-3)(3x-2)$;
(2)$(2x-3)(2x+5)$;
(3)$(x-2y)(10x-y)$;
(4)$(ax+1)(-8ax+1)$.


除了二次三项式之外,高中有时会遇到简单的三次多项式的分解,比如:分解因式$$6x^3-5x^2-2x+1.$$分解的思路有很多,比如可以进行各种拆项分组等,但涉及的技巧较多,这里介绍一种以后常用易上手的方式——猜根

对于多项式来说,如果当$x=a$时,多项式的值为零(我们称$a$为多项式的零点或根),则此多项式有一个因式为$x-a$.对于一个三次多项式来说,一旦得到一个一次因式,那么剩下的一定是个二次三项式,我们就可以通过十字相乘法尝试分解了.我们以$6x^3-5x^2-2x+1$为例看看猜根法分解因式的过程.

 当$x=1$时,$6x^3-5x^2-2x+1=0$,所以此多项式有因式$x-1$,即$$6x^3-5x^2-2x+1=(x-1)(ax^2+bx+c).$$再去求$a,b,c$的值.

通过右边展开式的系数对比,先考虑$x^3$项知$a=6$;再考虑常数项知$c=-1$;求$b$的值可以考虑$x^2$项系数,有$b-a=-5$,从而$b=a-5=1$;也可以考虑$x$项系数,有$c-b=-2$,解得$b=c+2=1$.于是有$$\begin{split} 6x^3-5x^2-2x+1=&(x-1)(6x^2+x-1)\\=&(x-1)(2x+1)(3x-1).\end{split}$$通过多项式的除法(长除法)可以直接求出因式$ax^2+bx+c$,与数的除法类似,一直考虑最高次项的抵消即可,过程如下:

屏幕快照 2016-06-29 下午3.55.09

猜根时,常见的零点有$$1,-1,2,-2,\dfrac 12,-\dfrac 12.$$得到零点$a$后,多项式有因式$x-a$.不要忘记得到这个一次式后,剩下的二次式也要考虑是否可以分解.


例题二 分解因式:
(1)$x^3+2x^2+2x+1$;
(2)$x^3-9x^2+26x-24$;
(3)$24x^3-14x^2-x+1$.

分析与解 (1)很容易猜出(1)中有根$-1$,于是(1)中有因式$x+1$,从而有$$x^3+2x^2+2x+1=(x+1)(x^2+x+1);$$注意,$x^2+x+1$不可再分解,因为它的判别式为负;

对于(2)(3),猜根也有一些方向,如果一个三次多项式$$ax^3+bx^2+cx+d=(mx+n)(px^2+qx+l),$$则$m$是$a$的因数,$n$是$d$的因数.所以(2)中的根不是分数,往$\pm 1,\pm 2$上猜;(3)中的根应该是分数,试根$\dfrac 12,-\dfrac 12,\dfrac 13\cdots$.

(2)计算知$2$是它的一个根,故$$\begin{split} x^3-9x^2+26x-24=&(x-2)(x^2-7x+12)\\=&(x-2)(x-3)(x-4);\end{split}$$(3)计算知$\dfrac 12$是它的一个根,故$$\begin{split}24x^3-14x^2-x+1=&(2x-1)(12x^2-x-1)\\=&(2x-1)(3x-1)(4x+1).\end{split}$$


最后给出两组练习:

练习一 分解因式:
(1)$2x^2+x-6$;
(2)$4x^2+15x+9$;
(3)$8x^2+6x-35$;
(4)$18x^2-21x+5$;
(5)$20-9y-20y^2$;
(6)$5x^2-8x-13$;
(7)$12x^2-19xy+7y^2$;
(8)$12x^2y^2-11xy-15$.

答案 (1)$(x+2)(2x-3)$;
(2)$(x+3)(4x+3)$;
(3)$(2x+5)(4x-7)$;
(4)$(3x-1)(6x-5)$;
(5)$(4-5y)(5+4y)$;
(6)$(x+1)(5x-13)$;
(7)$(x-y)(12x-7y)$;
(8)$(3xy-5)(4xy+3)$.


练习二 分解因式:
(1)$2x^3-x^2-5x-2$;
(2)$3x^3-5x^2-11x-3$.

答案 (1)$(x+1)(x-2)(2x+1)$;
(2)$(x+1)(x-3)(3x+1)$.

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