因式分解技巧——待定系数法

《因式分解技巧》,单墫著

这里主要讨论整系数的四次多项式。根据高斯引理,一个整系数多项式如果能分解为两个有理系数的因式之积,那么它必定可分解为两个整系数的因式之积。所以我们直接考虑有没有整系数因式就可以了。

二次因式

  • 分解因式:(x^4+x^3+2x^2-x+3).
    根据前面的知识,此式的有理根只可能是 (pm 1), (pm 3). 经过验证,它们都不是原式的根。因此原式没有有理根,即没有有理系数的一次因式。
    因此我们设想它可分解为两个整系数的二次因式的乘积。因为原式是首一的,因此两个二次因式也应当是首一的,于是不妨设

[x^4+x^3+2x^2-x+3=(x^2+ax+b)(x^2+cx+d). ]

其中 (a,b,c,d) 都是整数。【2015.5.8注:原来的公式是错误的,现已修改。】
比较两边对应项的系数和常数项,可得

[a+c=1quad b+d+ac=2 quad bc+ad=-1quad bd=3 ]

这样的方程组通常是不好求解的。但我们这里有优势:各数都是整数!先从最后一个等式入手,然后逐步回代,联立方程。最后可得到分解

[x^4+x^3+2x^2-x+3=(x^2-x+1)(x^2+2x+3). ]

这里有一点需要注意,一开始的 (bd=3) 可以得到两组解。如果其中一组解可以导出一个分解,那么另外一组解的情形就没必要再考虑了,因为分解是唯一的。(这里涉及复数的知识,不多提。)

再来看一个例子:

  • 分解因式:(2x^4-x^3+6x^2-x+6).
    由于首项系数为 (2), 所以不妨设

[2x^4-x^3+6x^2-x+6=(2x^2+ax+b)(x^2+cx+d). ]

比较两边的系数及常数项,可得

[2c+a=-1,quad 2d+b+ac=6,quad ad+bc=-1,quad bd=6 ]

由最后一个式子我们可得 (8)(b, d) 的值。经过试验发现 (b=3), (d=2) 可以导出一个分解

[x^4-x^3+6x^2-x+6=(2x^2+x+3)(x^2-x+2). ]

根据前面的提醒,余下的几种情况就没必要再讨论了。

其实十字相乘法是这种方法的一种特殊情况,但比较简单。待定系数法是一种很基本的方法,应用范围非常广。这是一种方程思想,先以未知为已知,然后逆向求解。

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