Σημειώσεις Πολυωνύμων Β Λυκείου

Transcript

1 Χατζημανώλης Νίκος Μαθηματικός, M. Ed. Διδακτικής και Μεθοδολογίας των Μαθηματικών Σημειώσεις Πολυωνύμων Β Λυκείου ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 015 (Α ΕΚΔΟΣΗ)

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Με τις σημειώσεις αυτές προσπαθώ να αποτυπώσω τη δική μου διδακτική προσέγγιση πάνω στα πολυώνυμα. Επίσης προσπάθησα να παρουσιάσω όσο το δυνατόν πιο απλά τις αποδείξεις των βασικότερων προτάσεων (βλέπε κυρίως ενότητα ) που χρησιμοποιούμε στη θεωρία πολυωνύμων και που δυστυχώς λείπουν στις μέρες μας από τη φροντιστηριακή βιβλιογραφία. Υπάρχουν ωστόσο και αποδείξεις που είναι δύσκολες ή που χρησιμοποιούν την τεχνική της μαθηματικής επαγωγής η οποία είναι άγνωστη στους μαθητές. Για να μην χαλάσω τη ροή του κειμένου αποφάσισα λοιπόν ότι αυτές έπρεπε να παρουσιαστούν σε ξεχωριστή ενότητα (παράρτημα ). Κύριο μέλημά μου ήταν επίσης να παρουσιάσω λυμένα παραδείγματα που να καλύπτουν ένα σημαντικό μέρος της σχολικής και φροντιστηριακής ασκησιολογίας. Στην πέμπτη ενότητα θέλησα να παρουσιάσω μερικές χρήσιμες προτάσεις που ωστόσο υπερβαίνουν το πνεύμα της σχολικής ύλης. Αυτή η ενότητα απευθύνεται στον απαιτητικό αναγνώστη. Στο παράρτημα 1 επίσης προσπάθησα να αναφέρω βασικά στοιχεία του συνόλου (δακτυλίου) των πολυωνύμων. Αποφάσισα σε κάποια σημεία να διαφοροποιηθώ από τις υπεραπλουστεύσεις του σχολικού βιβλίου και κυρίως στην έννοια της «μεταβλητής». Το όπως παρουσιάζεται στις σημειώσεις και κυρίως στο παράρτημα 1, και όπως εύκολα θα αντιληφθεί ένας καθηγητής μαθηματικών, θεωρείται μια ξεχωριστή οντότητα στο Δακτύλιο των πολυωνύμων, ότι περίπου είναι και η φανταστική μονάδα στο σύνολο των μιγαδικών. Φυσικά ένας μαθητής μπορεί να αγνοήσει όλα τα δύσκολα θεωρητικά σημεία και να επικεντρωθεί μόνο στην ανάγνωση των βασικών προτάσεων και στη μεθοδολογία των παραδειγμάτων. Κάθε καλόπιστη κριτική είναι ευπρόσδεκτη. Ο συγγραφέας

3 Το παρόν πόνημα διατίθεται ελεύθερα μέσω του διαδικτύου, ωστόσο διέπεται από τους νόμους περί πνευματικών δικαιωμάτων. Copyright Φεβρουάριος 015 Νίκος Χατζημανώλης

4 Αφιερώνεται στη μνήμη του Αλκιβιάδη Λεβέτα, ενός μεγάλου δασκάλου της Φυσικής και των Μαθηματικών.

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Ενότητα 1: Εισαγωγή στην έννοια του πολυωνύμου. 1 Ενότητα : Διαίρεση Πολυωνύμων. 13 Ενότητα 3: Πολυωνυμικές Εξισώσεις-Ανισώσεις. 30 Ενότητα 4: Εξισώσεις-Ανισώσεις που ανάγονται σε πολυωνυμικές. 41 Ενότητα 5: Ειδικά θέματα πάνω στα πολυώνυμα. 47 Παράρτημα 1: Η «μεταβλητή» και ο Δακτύλιος των Πολυωνύμων. 53 Παράρτημα : Αποδείξεις θεωρημάτων. 55 Βιβλιογραφία. 59

6 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 1 ΠΟΛΥΩΝΥΜΑ ΕΝΟΤΗΤΑ 1 η : Εισαγωγή στην έννοια του πολυωνύμου 1) Εισαγωγικά Έστω μια μεταβλητή 1 την οποία στη θέση της, υπό προϋποθέσεις, μπορούμε να αντικαθιστούμε έναν οποιοδήποτε πραγματικό αριθμό, εκτός από τον αριθμό μηδέν στην περίπτωση της παράστασης 0. Σε αυτή την περίπτωση θέτουμε πρώτα 0 =1 και μετά κάνουμε αντικατάσταση. Ας δούμε τις παρακάτω εφαρμογές: Εφαρμογή 1: Έστω η παράσταση Αν αντικαταστήσουμε στη θέση του τον αριθμό 1, τότε προκύπτει: =1+68= 1. Εφαρμογή : Έστω η παράσταση Για να αντικαταστήσουμε στη θέση του τον αριθμό μηδέν, τότε πρέπει πρώτα να θέσουμε 0 =1. Δηλαδή: = = Άρα αντικαθιστώντας όπου τον αριθμό μηδέν, τότε έχουμε = 6. ) Ορισμοί ΜονωνύμουΠολυωνύμου ως προς Ορισμός: Οι παραστάσεις της μορφής α ν, όπου αir και νιν, λέγονται μονώνυμα του. Για παράδειγμα, οι παραστάσεις 7 3, 5 1, 4=4 0 είναι όλες μονώνυμα του. Ορισμός: Οι παραστάσεις της μορφής α 0 +α 1 +α + +α ν ν, όπου α 0, α 1, α,, α ν IR και νιν, λέγονται πολυώνυμα του. 1 Το στην πραγματικότητα δεν είναι πραγματικός αριθμός, αλλά στοιχείο ενός υπερσυνόλου του IR. Ως εκ τούτου ο όρος «μεταβλητή» είναι παραπλανητικός και δεν έχει την έννοια της μεταβλητής όπως συμβαίνει στις συναρτήσεις. Ωστόσο αυτός ό όρος έχει επικρατήσει στη βιβλιογραφία. Για αυτό είναι σωστό να λέμε για παράδειγμα ότι «αντικαθιστούμε» το με τον αριθμό 5 και όχι να λέμε «για =5». Ωστόσο, για συντομία παρακάτω θα γράφουμε π.χ. «για =5» υποδηλώνοντας την αντικατάσταση και όχι την ισότητα. Για περισσότερες πληροφορίες που αφορούν τη φύση της «μεταβλητής», βλ. στο παράρτημα 1.

7 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα Για παράδειγμα οι παραστάσεις P()= και Q()=4 +51 είναι πολυώνυμα του. Όπως βλέπουμε από τα παραπάνω παραδείγματα, τα πολυώνυμα συμβολίζονται με P(), Q(), A() κ.τ.λ. Στο πολυώνυμο P()=α ν ν +α ν1 ν1 + +α 1 +α 0, οι αριθμοί α ν, α ν1,,α 1 και α 0 λέγονται συντελεστές του πολυωνύμου. Οι παραστάσεις α ν ν, α ν1 ν1,,α 1 και α 0 λέγονται όροι του πολυωνύμου. Ειδικά ο όρος α 0 λέγεται σταθερός όρος του πολυωνύμου. Για παράδειγμα, το πολυώνυμο P()= έχει συντελεστές τους αριθμούς 5,, 4, 7 και οι όροι του είναι οι 7 8, 4, και 5. Το πολυώνυμο Q()= 5 + μπορεί να γραφτεί και ως Q()= + 5. Στην πρώτη περίπτωση λέμε ότι είναι γραμμένο κατά τις φθίνουσες δυνάμεις του, διότι σε κάθε όρο ο εκθέτης του είναι μεγαλύτερος του εκθέτη του στον αμέσως επόμενο όρο. Στη δεύτερη περίπτωση λέμε ότι το Q() είναι γραμμένο κατά τις αύξουσες δυνάμεις του. Αν κάποιος όρος έχει μηδενικό συντελεστή, τότε ο όρος αυτός λέγεται μηδενικός όρος. Για παράδειγμα στο πολυώνυμο P()= , ο όρος 0 είναι μηδενικός. Σύμφωνα με όσα είπαμε, το πολυώνυμο για παράδειγμα P()= 5+6 έχει τρεις όρους. Στην πραγματικότητα, μπορούμε να θεωρήσουμε ότι κάθε πολυώνυμο έχει άπειρους όρους και αν τους γράψουμε κατά τις αύξουσες δυνάμεις του, τότε από ένα σημείο και μετά οι όροι του είναι μηδενικοί. Μπορούμε να γράψουμε δηλαδή ότι P()= ή κατά τις φθίνουσες δυνάμεις του ότι P()= Το γεγονός ότι κάθε πολυώνυμο μπορεί να γραφτεί με άπειρους όρους, μας δίνει την ευκολία να δώσουμε τους παρακάτω ορισμούς. Ορισμός: Μηδενικό λέγεται το πολυώνυμο του οποίου όλοι οι όροι είναι ίσοι με μηδέν, δηλαδή το πολυώνυμο Επειδή =0, το μηδενικό πολυώνυμο γράφεται και πιο απλά ως 0. Επίσης συμβολίζεται με 0(), δηλαδή 0()=0.

8 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 3 Ορισμός: Το πολυώνυμο P()=α 0 +α 1 +α +α με α 1 =α =α 3 = =0 λέγεται σταθερό πολυώνυμο. Το πολυώνυμο Q()= ή πιο απλά Q()=5 είναι σταθερό. Επίσης και το μηδενικό πολυώνυμο είναι ένα σταθερό πολυώνυμο. 3) Βαθμός Πολυωνύμου Ορισμός: Βαθμό ενός πολυωνύμου ορίζεται ο μεγαλύτερος εκθέτης του που εμφανίζεται στους μη μηδενικούς όρους. Για παράδειγμα στο πολυώνυμο Q()= , ο μεγαλύτερος εκθέτης του που αντιστοιχεί σε μη μηδενικό όρο είναι ο αριθμός 5. Άρα το πολυώνυμο Q() έχει βαθμό ίσο με 5. Έστω το σταθερό μη μηδενικό πολυώνυμο P()=6. Επειδή 0 =1, τότε μπορούμε να γράψουμε P()= = και επομένως συμπεραίνουμε ότι έχει βαθμό μηδέν. Γενικά κάθε μη μηδενικό σταθερό πολυώνυμο έχει βαθμό μηδέν. Έστω το μηδενικό πολυώνυμο 0()= Σύμφωνα με τον προηγούμενο ορισμό δεν μπορούμε να ορίσουμε σε αυτό βαθμό διότι δεν έχει μη μηδενικούς όρους. Άρα στο μηδενικό πολυώνυμο δεν ορίζεται βαθμός. Το βαθμό ενός πολυωνύμου P(), όταν ορίζεται, θα τον συμβολίζουμε ως βαθμ[p()] ή ως deg[p()]. 4) Ισότητα Πολυωνύμων Ορισμός: Έστω δύο πολυώνυμα P()=α ν ν +α ν1 ν1 + +α 0 και Q()= β μ μ +β μ1 μ1 + +β 0 με μ ν. Τότε λέμε ότι τα δύο πολυώνυμα είναι ίσα, και γράφουμε P()=Q(), αν και μόνο αν α 0 =β 0, α 1 =β 1,,α ν =β ν και β ν+1 =β ν+ = =β μ =0. Ωστόσο στην πανεπιστημιακή βιβλιογραφία μπορεί να συναντήσουμε να ορίζεται ως βαθμός του μηδενικού πολυωνύμου το.

9 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 4 Εφαρμογή 3: Τα πολυώνυμα P()=3 5+1 και Q()=α 3 +β +γ+δ είναι ίσα αν και μόνο αν δ=1, γ= 5, β=3 και α=0. 5) Αριθμητική τιμή Πολυωνύμου Έστω το πολυώνυμο P()=α ν ν +α ν1 ν1 + +α 0. Αν αντικαταστήσουμε το με ένα πραγματικό αριθμό ρ, τότε ο αριθμός α ν ρ ν +α ν1 ρ ν1 + +α 0 συμβολίζεται με P(ρ) και λέγεται αριθμητική τιμή του πολυωνύμου για =ρ. 3 Αν μάλιστα ισχύει ότι P(ρ)=0, τότε ο αριθμός ρ λέγεται ρίζα του πολυωνύμου. Για παράδειγμα έστω το πολυώνυμο P()= 5+6. Έχουμε P(1)=1 51+6= και P(3)=3 53+6=915+6=0, δηλαδή ο αριθμός 3 είναι ρίζα του πολυωνύμου P(). 6) Πράξεις με πολυώνυμα Ορίζουμε πρόσθεση και πολλαπλασιασμό μεταξύ δύο η περισσοτέρων πολυωνύμων με τον ίδιο τρόπο που ορίζονται στις αριθμητικές παραστάσεις. Δηλαδή : Ορισμός: Αν P()=α 0 +α 1 +α + και Q()=β 0 +β 1 +β +, τότε ορίζουμε: P()+Q()= (α 0 +β 0 ) +(α 1 +β 1 ) +(α +β ) + P()Q()= α 0 β 0 +(α 0 β 1 +α 1 β 0 ) +(α 0 β +α 1 β 1 +α β 0 ) + όπου ο συντελεστής του κ είναι ο α 0 β κ +α 1 β κ1 +α β κ1 + +α κ β 0. Ο προσεκτικός αναγνώστης θα παρατηρήσει ότι ο περίεργος ορισμός που αναφέρεται στον πολλαπλασιασμό των πολυωνύμων προκύπτει στην πραγματικότητα από την εφαρμογή της επιμεριστικής ιδιότητας. Εφαρμογή 4: Δίνονται τα πολυώνυμα P()= , Q()= και Ζ()=3 5. Τότε: P()+Q()=( )+( )= = = P()Q()=( )( )= = 3 Να τονίσουμε για άλλη μια φορά ότι ο συμβολισμός «=ρ» δεν σημαίνει στην πραγματικότητα ισότητα, διότι το δεν είναι πραγματικός αριθμός. Σημαίνει αντικατάσταση, δηλαδή στη θέση του αφαιρούμε το και τοποθετούμε τον πραγματικό αριθμό ρ.

10 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα P()+Z()= ( )+( 3 5 )= = +61 Αν το άθροισμα δύο μη μηδενικών πολυωνύμων δεν είναι το μηδενικό, τότε ο βαθμός του αθροίσματος είναι μικρότερος (περίπτωση P()+Z()) ή ίσος (περίπτωση P()+Q()) με το μέγιστο των βαθμών των δύο πολυωνύμων. Δηλαδή αν P(), Q() και P()+Q() διάφορα από το μηδενικό πολυώνυμο, τότε ισχύει ότι: Βαθμ[P()+Q(] ma{βαθμ[p()], βαθμ[q()]}. (Ιδιότητα 1) Εφαρμογή 5: Δίνονται τα πολυώνυμα P()=1 και Q()=. Τότε P()Q()=(1) = 3. Βλέπουμε ότι βαθμ(p()q())=3. Γενικά: Αν P(), Q() διάφορα από το μηδενικό πολυώνυμο, τότε και P()Q() διάφορο από το μηδενικό και μάλιστα ισχύει: Βαθμ[P()Q()]=βαθμ[P()]+βαθμ[Q()]. (Ιδιότητα ) Η ιδιότητα, για να αποδειχτεί, προϋποθέτει την ισχύ του παρακάτω θεωρήματος : Θεώρημα 1.1: Ισχύει ότι P()Q()=0() αν και μόνο αν P()=0() ή Q()=0(). Απόδειξη: Έστω τα πολυώνυμα P()=α ν ν +α ν1 ν1 + +α ο και P()=β μ μ +β μ1 β1 + +β ο, ώστε P()Q()=0(). Έστω επιπλέον ότι P() 0() και Q() 0(). Αυτό σημαίνει ότι α ν 0 και β μ 0. Τότε θα ισχύει ότι P()Q()=α ν β μ ν+μ + +α ο β ο με α ν β μ 0, δηλαδή P()Q() 0(), άτοπο από υπόθεση. Άρα θα ισχύει P()=0() ή Q()=0(). 7) Γιατί διδασκόμαστε πολυώνυμα; Τα πολυώνυμα αποτελούν βασικό κορμό της άλγεβρας με εφαρμογές στη θεωρία αριθμών, τη γεωμετρία και την ανάλυση. Ήδη από το 000 π.χ. οι αρχαίοι βαβυλώνιοι ήξεραν να λύνουν πολυωνυμικές εξισώσεις

11 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 6 πρώτου και δευτέρου βαθμού κυρίως για πρακτικούς λόγους. Το γεγονός ότι δεν μπορούμε να σχεδιάσουμε χρησιμοποιώντας μόνο κανόνα και διαβήτη ένα τετράγωνο που να έχει το ίδιο εμβαδόν με ένα δεδομένο κύκλο (πρόβλημα τετραγωνισμού του κύκλου) το γνωρίζουμε μέσω της θεωρίας πολυωνύμων. Με τη βοήθεια της θεωρίας πολυωνύμων αποδεικνύεται επίσης ότι τα μόνα κανονικά πολύγωνα με ν πλευρές που είναι κατασκευάσιμα με κανόνα και διαβήτη είναι αυτά για τα οποία ισχύει ότι ν= r p 1 p p s, όπου r φυσικός αριθμός και p 1,p,,p s διαφορετικοί πρώτοι αριθμοί για τους οποίους με τη σειρά τους ισχύει ότι p i r i 1 όπου r i φυσικοί αριθμοί (Θεώρημα Gauss). Μια κλασική εφαρμογή στο χώρο της ανάλυσης είναι ότι τα πολυώνυμα μπορούν υπό προϋποθέσεις να προσεγγίσουν άλλες συναρτήσεις. Για παράδειγμα μια καλή προσέγγιση της συνάρτησης y=συν για 0 4 είναι η πολυωνυμική συνάρτηση με τύπο: g() 1. 4 Ο παρακάτω πίνακας δίνει τις τιμές του πολυωνύμου g() και τις τιμές της συνάρτησης y=συν, με προσέγγιση 9 δεκαδικών ψηφίων (το εκφράζει τη γωνία σε rad): = g() y=συν 1 0, , , , , , , , ) Παραδείγματα Παράδειγμα 1: Να βρείτε για ποιες τιμές του λir, το πολυώνυμο P()=(λ 3 λ+λ 1) 3 +(λ+1)(3λ λ) +λ 1 είναι το μηδενικό πολυώνυμο. Λύση: Το P() είναι το μηδενικό πολυώνυμο αν και μόνο αν όλοι οι συντελεστές του είναι ίσοι με το μηδέν, δηλαδή αν και μόνο αν ισχύει: 4 Φυσικά μπορούμε να βρούμε και καλύτερη πολυωνυμική προσέγγιση της συνάρτησης y=συν.

12 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 7 λ 3 λ+λ 1=0 (1) και (λ+1)(3λ λ)=0 () και λ 1=0 (3). Επειδή (3)(λ+1)(λ1)=0λ=1 ή λ= 1, θα εξετάσουμε αν για αυτές τις τιμές επαληθεύονται και οι άλλες εξισώσεις. Για λ=1: (1) =00=0 ισχύει και () (1+1)(31 1)=00=0 ισχύει. Άρα για λ=1 ισχύει P()=0(). Για λ=1: (1) (1) 3 (1)+(1) 1=00=0 ισχύει και () (1+1)[3(1) (1)]=00=0 ισχύει. Άρα για λ=1 ισχύει επίσης ότι P()=0(). Παράδειγμα : Δίνονται τα πολυώνυμα P()=κ 3 +(λ3μ) +(λ+μ)+4 και Q()=8 3+4 όπου κ, λ, μir. Να βρείτε τις τιμές των αριθμών κ, λ και μ, ώστε P()=Q(). Λύση: Για να είναι ίσα τα πολυώνυμα θα πρέπει οι συντελεστές των ομοβαθμίων όρων να είναι ίσοι, δηλαδή πρέπει κ=0, λ3μ=8 και λ+μ=3. Από το σύστημα των δύο τελευταίων εξισώσεων προκύπτει ότι λ=1 και μ=. Παράδειγμα 3: Δίνεται το πολυώνυμο P()=(α+β) 3 +(αβ) +3 όπου α,βir. Να βρείτε τις τιμές των α και β, ώστε P(1)=1 και P()= 1. Λύση: P(1)=1 (α+β)1 3 +(αβ)1 +13=1αβ= και P()= 1 (α+β) 3 +(αβ) +3= 11α= α= 1/6. Άρα β=α= 1/3= 7/3. Παράδειγμα 4: Δίνεται το πολυώνυμο P()=(1λ ) 3 +(λ1) +(λ1), λir. Να βρείτε το βαθμό του P() για τις διάφορες τιμές του λ. Λύση: Εξετάζουμε τις ρίζες του μεγιστοβαθμίου όρου: 1λ =0λ =1λ=1 ή λ= 1. Αν λ 1 και λ 1, τότε το πολυώνυμο είναι 3 ου βαθμού. Αν λ=1, τότε οι υπόλοιποι συντελεστές παίρνουν την τιμή λ1=11=0. Σε αυτή την περίπτωση το πολυώνυμο P()=0() και άρα δεν έχει βαθμό. Αν λ= 1, τότε οι υπόλοιποι συντελεστές παίρνουν την τιμή λ1=11=. Τότε P()= και άρα βαθμ[p()]=.

13 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 8 Παράδειγμα 5: Να βρείτε πολυώνυμο P(), ώστε να ισχύει (+3)P()= Λύση: Επειδή βαθμ[+3]=1 και βαθμ[ ]=3, έπεται από την ιδιότητα ότι βαθμ[p()]=. Άρα P()=α +β+γ με α 0. Τότε (+3)P()= (+3)(α +β+γ)=α 3 +(β+3α) 3 +(γ+3β)+3γ. Άρα α 3 +(β+3α) 3 +(γ+3β)+3γ= γ=18 (1), γ+3β=3 (), β+3α= 7 (3) και α= (4). Έχουμε (4)α=1, (1) γ=6. Για γ=6 η () δίνει β= 5 και για α=1 η (3) δίνει επίσης β= 5. Άρα P()= 5+6. Παράδειγμα 6: Δίνεται το πολυώνυμο P()=α 0 +α 1 +α +α Τότε το άθροισμα των συντελεστών των άρτιων δυνάμεων του είναι P(1) P( 1) ίσο με , ενώ το άθροισμα των συντελεστών των περιττών δυνάμεων του είναι ίσο με P(1) P( 1) Λύση: 3 P Είναι (1) και 3 0 P( 1) 1 ( 1) ( 1) 3 ( 1) Επομένως P(1) P( 1) ( ) ( P(1) P( 1) ( ) Όμοια προκύπτει ότι :...) P(1) P( 1) ( ( ) ) ( )

14 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 9 P(1) P( 1) και άρα Παράδειγμα 7: Να βρείτε πολυώνυμο P() δευτέρου βαθμού, ώστε να ισχύουν οι συνθήκες (i) P(0)=0 και (ii) P()P(1)=. Κατόπιν να ( 1) αποδείξετε ότι Λύση: Το άθροισμα αποτελεί γνωστή εφαρμογή από τη θεωρία των αριθμητικών προόδων. Εδώ θα δούμε πώς φτάνουμε στο ίδιο αποτέλεσμα με τη βοήθεια της θεωρίας πολυωνύμων, ενώ μετά θα γενικεύσουμε αυτή τη μέθοδο και σε άλλα αθροίσματα. Έστω P()=α +β+γ. με α 0. Τότε P(0)=0γ=0. Άρα P()=α +β. Ακόμη P(1)=α(1) +β(1). Τότε 1 P()P(1)= α+(βα)= α=1 και βα=0. Επομένως P() 1 1. Τώρα έχουμε: P(1) P(0) 1 P() P(1) ( ) P(3) P() 3 P( ) P(0) P( ) P(1) 1 1 ( 1) Όμως P(0)=0. Άρα P( ). Με παρόμοιο τρόπο υπολογίζουμε οποιοδήποτε άθροισμα της μορφής 1 κ1 + κ1 +3 κ1 + +ν κ1 κιν με κ, προσδιορίζοντας πρώτα το κατάλληλο πολυώνυμο P() κ βαθμού για το οποίο ισχύει P(0)=0 και P()P(1)= κ1 (βλ. και άσκηση 10 παρακάτω).

15 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 10 ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1) Αν P()= και Q()= 3 +1, τότε να βρείτε τα πολυώνυμα: (α) P()+3Q() και (β) P() Q() ) Δίνονται τα πολυώνυμα P()= + και Q()= +1. Να βρείτε τα πολυώνυμα: (α) P()+()Q(), (β) P()Q()+( 1)P() και (γ) [P()] +Q()( ++1). 3) Να βρείτε για τις διάφορες τιμές του λir το βαθμό του πολυωνύμου P()=(4λ 3 9λ) 3 +(4λ 9) λ+3. 4) Να βρείτε για τις διάφορες τιμές του λir το βαθμό του πολυωνύμου P()=(λ 9) 5 +(λ3) +(λ+3)6. 5) Να βρείτε για ποιες τιμές του λir το πολυώνυμο με τύπο: P()=(λ 1) 4 +(λ +λ) 3 +(λ 4 +λ) +(λ 5 +3λ 4) +λ 4λ+3 είναι το μηδενικό. 6) Να βρείτε για ποιες τιμές του λir το πολυώνυμο με τύπο: P()=(λ+1) 4 +(λ +3λ+) +λ 3 +λ +λ+ είναι το μηδενικό.

16 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 11 7) Να βρείτε τις τιμές των πραγματικών αριθμών α, β, γ και δ ώστε τα πολυώνυμα P()=4 3 +(α4) (β+1)+4β και Q()=γ 3 +5+δ να είναι ίσα. 8) Να βρείτε για ποιες τιμές των πραγματικών αριθμών κ, λ και μ το πολυώνυμο P()= κ +λ+3 είναι ίσο με το τετράγωνο του πολυωνύμου Q()= μ, δηλαδή να ισχύει (Q()) =P(). 9) Να βρείτε το πολυώνυμο P(), για το οποίο ισχύει η ισότητα: (+3)P()= ) Να αποδείξετε ότι (α) 1 (β) 1 ( 1)( 1) ( 1) ) Να βρείτε πολυώνυμο P() τρίτου βαθμού, ώστε να ισχύουν οι συνθήκες (i) P(0)=0 και (ii) P(+1)P()=(+1). Κατόπιν να υπολογίσετε το άθροισμα ν(ν+1). 1) Να βρείτε πολυώνυμο P() τετάρτου βαθμού, ώστε να ισχύουν οι συνθήκες (i) P(0)=0 και (ii) P(+1)P()=(+1). Κατόπιν να υπολογίσετε το άθροισμα ν(ν+1).

17 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 1 13) Να βρείτε πολυώνυμο P() δευτέρου βαθμού, ώστε να ισχύει η ισότητα P(P())= P()P()+1. 14) Να βρείτε πολυώνυμα P() δευτέρου βαθμού, ώστε να ισχύει η ισότητα P(1)=P(). 15) Να βρείτε όλα τα πολυώνυμα P() για τα οποία ισχύει η ισότητα P()=P(). 16) Αν ισχύει η σχέση P()+Q()=P()Q(), τότε να δείξετε ότι τα πολυώνυμα P() και Q() είναι σταθερά.

18 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 13 ΕΝΟΤΗΤΑ η : Διαίρεση Πολυωνύμων 1) Ταυτότητα της Ευκλείδειας Διαίρεσης για Πολυώνυμα Ισχύει το παρακάτω θεώρημα: Θεώρημα.1(Θεώρημα ευκλείδειας διαίρεσης για πολυώνυμα): Για κάθε ζεύγος πολυωνύμων Δ() και δ() με δ() 0() υπάρχουν δύο μοναδικά πολυώνυμα π() και υ(), τέτοια ώστε Δ()=δ()π()+υ(), όπου υ()=0() ή βαθμ[υ()]<βαθμ[δ()]. Απόδειξη: Βλέπε παράρτημα. To Δ() ονομάζεται διαιρετέος, το δ() διαιρέτης, το π() πηλίκο και το υ() υπόλοιπο της διαίρεσης. Εφαρμογή 1: Να εκτελέσετε τη διαίρεση ( ): ( 3 +6). Λύση: Για να προσδιορίσουμε το πηλίκο και το υπόλοιπο της διαίρεσης ακολουθούμε διαδικασία παρόμοια με αυτή της διαίρεσης δύο φυσικών αριθμών: (α) κάνουμε το σχήμα της διαίρεσης γράφοντας το διαιρετέο στην πλήρη μορφή του (β) Βρίσκουμε τον πρώτο όρο του πηλίκου διαιρώντας τον πρώτο όρο του διαιρετέου με τον πρώτο όρο του διαιρέτη ή αντίστροφα σκεφτόμαστε με τι πρέπει να πολλαπλασιαστεί το 3, ώστε να γίνει

19 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 14 (γ) Πολλαπλασιάζουμε το με το 3 +6 και το γινόμενο το αφαιρούμε από το διαιρετέο. Έτσι βρίσκουμε το μερικό υπόλοιπο (δ) Επαναλαμβάνουμε τα βήματα (β) και (γ) με νέο διαιρετέο το Βρίσκουμε το νέο μερικό υπόλοιπο (ε) Επαναλαμβάνουμε τα βήματα (β) και (γ) έως ότου το μερικό υπόλοιπο γίνει 0 (μηδενικό πολυώνυμο) ή όταν ο βαθμός του μερικού υπολοίπου γίνει μικρότερος από το βαθμό του διαιρέτη. Επειδή στο βήμα (δ) ισχύει βαθμ[1]<βαθμ[ 3 +6], η διαίρεση τελειώνει σε εκείνο ακριβώς το σημείο. Επομένως το πηλίκο της διαίρεσης είναι το π()= + και το υπόλοιπο είναι το υ()= 1. Από την ταυτότητα της ευκλείδειας διαίρεσης προκύπτει ότι = ( 3 +6)( +)+ 1. Εφαρμογή : Να εκτελέσετε τη διαίρεση ( 3 + 5): (). Λύση: Όπως και στην προηγούμενη εφαρμογή ακολουθώντας τα βήματα της διαίρεσης λαμβάνουμε Σε αυτή τη διαίρεση το υπόλοιπο είναι το μηδενικό πολυώνυμο.

20 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 15 Ορισμός 1: Αν σε μια διαίρεση του Δ() με το δ() το υπόλοιπο υ()=0(), τότε η διαίρεση λέγεται τέλεια. Τότε ισχύει η ισότητα Δ()=δ()π() και λέμε ότι το δ() διαιρεί το Δ() και γράφουμε δ()δ(). Λέμε επίσης ότι το Δ() διαιρείται με το δ(). Ορισμός : Θα λέμε ότι το πολυώνυμο δ() είναι παράγοντας ή διαιρέτης του Δ() αν υπάρχει πολυώνυμο π(), ώστε να ισχύει Δ()=δ()π(). Από την προηγούμενη εφαρμογή, προκύπτει ότι το είναι παράγοντας του 3 + 5, διότι 3 + 5=()( +3+1). ) Διαίρεση πολυωνύμου με το ρ. Θεώρημα.: Το υπόλοιπο της διαίρεσης ενός πολυωνύμου P() με το ρ είναι ίσο με την τιμή του πολυωνύμου για =ρ, δηλαδή υ=p(ρ). Απόδειξη: Αφού ο διαιρέτης δ()=ρ είναι πρώτου βαθμού τότε σύμφωνα με το θεώρημα.1 της ευκλείδειας διαίρεσης για πολυώνυμα, για το υπόλοιπο υ() θα ισχύει υ()=0 ή βαθμ[υ()]<βαθμ[ρ]=1. Δηλαδή υ()=0 ή βαθμ[υ()]=0, δηλαδή υ()=c 1 με c 1 0. Σε κάθε περίπτωση λοιπόν ισχύει ότι υ()=c (σταθερό πολυώνυμο). Άρα P()=(ρ)π()+c. Για =ρ προκύπτει ότι P(ρ)= (ρρ)π(ρ)+c=0+c=c. Άρα P()= (ρ)π()+ P(ρ). Είναι λοιπόν χρήσιμο στα επόμενα να θυμόμαστε το παρακάτω σχήμα διαίρεσης: P(). υ=p(ρ) ρ π() P()= (ρ)π()+ P(ρ) Δηλαδή όπως επαληθεύεται και στην παρακάτω εφαρμογή το υπόλοιπο της διαίρεσης με διαιρέτη ένα πολυώνυμο της μορφής ρ είναι πάντα ένας σταθερός αριθμός (σταθερό πολυώνυμο).

21 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 16 Εφαρμογή 3: Να εκτελέσετε τη διαίρεση ( ): (1). Λύση: Εκτελούμε τη διαίρεση και λαμβάνουμε το υπόλοιπο υ()=1: Με τη βοήθεια του προηγούμενου θεωρήματος θα αποδείξουμε το παρακάτω θεώρημα που μας βοηθάει να παραγοντοποιήσουμε ένα πολυώνυμο, όταν γνωρίζουμε μία ρίζα του: Θεώρημα.3: Το πολυώνυμο ρ είναι διαιρέτης του πολυωνύμου P() αν και μόνο αν το ρ είναι ρίζα του πολυωνύμου P(), δηλαδή αν και μόνο αν ισχύει ότι P(ρ)=0. Απόδειξη: Έστω ότι το πολυώνυμο ρ είναι διαιρέτης του πολυωνύμου P(). Τότε σύμφωνα με τον ορισμό αυτής της ενότητας θα υπάρχει πολυώνυμο π(), ώστε P()= (ρ) π(). Άρα P(ρ)= (ρρ) π(ρ)=0. Αντίστροφα, έστω ότι P(ρ)=0. Τότε σύμφωνα με το θεώρημα.1, αν εκτελέσουμε τη διαίρεση του P() με το ρ, θα ισχύει η ισότητα P()=(ρ) π()+υ, με υ= P(ρ). Σύμφωνα με την υπόθεση όμως, ισχύει ότι P(ρ)=0, και άρα η προηγούμενη ισότητα γράφεται ως P()=(ρ)π(). Δηλαδή το πολυώνυμο ρ είναι διαιρέτης του πολυωνύμου P(). Εφαρμογή 4: Να εξεταστεί αν τα πολυώνυμα και +1 είναι παράγοντες του πολυωνύμου P()= Λύση: Σύμφωνα με το θεώρημα.3 το πολυώνυμο είναι παράγοντας του P() αν και μόνο αν P()=0. Για =, έχουμε: P()= 3 +36=88+66=0. Άρα το πολυώνυμο είναι παράγοντας του P().

22 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 17 Επειδή +1=(1), το πολυώνυμο +1 είναι παράγοντας του πολυωνύμου P() αν και μόνο αν P(1)=0. Όμως P(1)=(1) 3 (1) +3(1)6= 136= 1 0. Άρα το πολυώνυμο +1 δεν είναι παράγοντας του πολυωνύμου P(). Σε αυτή την εφαρμογή θα μπορούσαμε εναλλακτικά να εκτελέσουμε τις διαιρέσεις του P() με τα πολυώνυμα και 1 αντίστοιχα και να διαπιστώσουμε ποια πολυώνυμα είναι διαιρέτες και ποια όχι του P(). Υπάρχουν περιπτώσεις όμως που η διαίρεση απαιτεί μεγάλο πλήθος πράξεων, ενώ η αντικατάσταση όχι. 3) Χρήσιμες προτάσεις που αφορούν τα πολυώνυμα. Με τη βοήθεια του θεωρήματος.3 θα αποδείξουμε μερικά πολύ χρήσιμα πορίσματα που αφορούν τα πολυώνυμα. Λήμμα.4: Έστω ρ 1, ρ IR, με ρ 1 ρ. Τότε ισχύει η ισοδυναμία: (ρ 1 )(ρ )P() (ρ 1 )P() και (ρ )P(). Απόδειξη: Έστω ότι (ρ 1 )( ρ )P(). Τότε P()=(ρ 1 )( ρ )Q(). Άρα P()=(ρ 1 )Q 1 (), όπου Q 1 ()=(ρ )Q(). Άρα (ρ 1 )P(). Όμοια ( ρ )P(). Αντίστροφα: Έστω (ρ 1 )P() και ( ρ )P(). Επειδή το ρ 1 διαιρεί το P(), έπεται ότι υπάρχει πολυώνυμο Q() τέτοιο ώστε P()=(ρ 1 )Q(). Όμως ( ρ )P() και από το θεώρημα.3 έπεται ότι P(ρ )=0. Άρα (ρ ρ 1 )Q(ρ )=0 και επειδή ρ 1 ρ, προκύπτει ότι Q(ρ )=0. Από το θεώρημα.3, συνεπάγεται ότι ( ρ )Q() Q()=(ρ )Q 1 (). Άρα P()=(ρ 1 )Q()=(ρ 1 )(ρ )Q 1 () και επομένως (ρ 1 )(ρ )P(). Το παρακάτω λήμμα γενικεύει το λήμμα.4 Λήμμα.5: Έστω ρ 1, ρ,,ρ ν IR, διαφορετικά ανά δύο μεταξύ τους. Τότε ισχύει η ισοδυναμία: (ρ 1 )(ρ ) (ρ ν )P() (ρ 1 )P() και (ρ )P() και (ρ ν )P().

23 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 18 Απόδειξη: Βλέπε παράρτημα. Ορισμός 3: Έστω νιν. Θα λέμε ότι το πολυώνυμο P() είναι το πολύ βαθμού ν, όταν 0 βαθμ[p()] ν ή όταν P()=0(). 1 Θεώρημα.6: Έστω ότι το πολυώνυμο P() είναι βαθμού το πολύ ν. Αν το πολυώνυμο αυτό έχει ν+1 διαφορετικές ρίζες, τότε θα είναι το μηδενικό. Απόδειξη: Έστω πολυώνυμο P() βαθμού το πολύ ν. Τότε P()=α ν ν +α ν1 ν1 + +α 0. Έστω ρ 1,ρ,,ρ ν+1 οι διαφορετικές ρίζες του P(). Τότε σύμφωνα με το θεώρημα.3 και το λήμμα.5, θα ισχύει P()=(ρ 1 )(ρ ) (ρ ν+1 )Q(). Αν P() 0(), τότε από το θεώρημα 1.1 προκύπτει ότι Q() 0(). Κατά συνέπεια, από την ιδιότητα της πρώτης ενότητας θα έχουμε ότι βαθμ[p()]= βαθμ[ρ 1 ]+βαθμ[ρ ]+ + βαθμ[ρ ν+1 ]+ βαθμ[q()] ν+1, άτοπο από υπόθεση. Άρα P()=0(). 5 Η άσκηση 17 (α) γενικεύει το προηγούμενο θεώρημα. Εφαρμογή 5: Δίνεται το πολυώνυμο P()=α 3 +β +γ+δ όπου α, β, γ, δir. Να βρεθούν οι αριθμοί α, β, γ και δ αν ισχύει ότι P(1)=P()=P(3)=P(4)=0. Λύση: Επειδή το πολυώνυμο είναι το πολύ 3 ου βαθμού, ενώ έχει τέσσερις ρίζες, τότε έπεται από το θεώρημα.6 ότι είναι το μηδενικό. Άρα α=β=γ=δ=0. Πόρισμα.7: Ένα πολυώνυμο P() βαθμού ν, έχει το πολύ ν ρίζες. Απόδειξη: Έπεται άμεσα από το θεώρημα.6. Πόρισμα.8: Αν το πολυώνυμο P() έχει άπειρες ρίζες, τότε είναι το μηδενικό και αντίστροφα. 5 Οι φράσεις «το πολύ βαθμού» ή «βαθμού το πολύ» θα σημειώνονται με έντονους χαρακτήρες, για να θυμάται ο αναγνώστης ότι υπάρχει ξεχωριστός ορισμός και ότι δεν εννοούμε μόνο την περίπτωση 0 βαθμ[p()] ν.

24 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 19 Απόδειξη: Έπεται άμεσα από το θεώρημα.6. Πόρισμα.9: Αν για το πολυώνυμο P() ισχύει P(ρ)=c για άπειρες τιμές του ρ, τότε το P() είναι το σταθερό πολυώνυμο c και αντίστροφα. Απόδειξη: Έστω ότι P(ρ)=c για άπειρες τιμές του ρ. Θεωρούμε το πολυώνυμο G()=P()c. Τότε σύμφωνα με το πόρισμα.8, το G()=0(). Άρα P()=c. Το αντίστροφο είναι προφανές. Πόρισμα.10: Αν για δύο πολυώνυμα P() και Q() ισχύει P(ρ)=Q(ρ) για άπειρες τιμές του ρ, τότε τα πολυώνυμα P() και Q() είναι ίσα και αντίστροφα. Απόδειξη: Έστω ότι P(ρ)=Q(ρ) για άπειρες τιμές του ρ. Θεωρούμε το πολυώνυμο G()=P()Q(). Τότε σύμφωνα με το πόρισμα.8, το G()=0(). Άρα P()G()=0() P()=G(). Το αντίστροφο είναι προφανές. Πόρισμα.11: Ισχύει ότι τα πολυώνυμα P() και Q() είναι ίσα, αν και μόνο αν P(ρ)=Q(ρ) για κάθε ρir. Απόδειξη: Έπεται άμεσα από το πόρισμα.10. Πρόταση.1: Αν το πολυώνυμο ν βαθμού έχει ν στο πλήθος ρίζες, όχι αναγκαστικά διαφορετικές μεταξύ τους, τότε P()=α ν (ρ 1 )(ρ ) (ρ ν ), όπου ρ 1, ρ,, ρ ν είναι οι ρίζες του πολυωνύμου. Απόδειξη: Έπεται άμεσα από το λήμμα.5. 4) Το σχήμα Ηοrner Το σχήμα Horner είναι ένας εναλλακτικός και πιο γρήγορος τρόπος για να κάνουμε διαίρεση, όταν ο διαιρέτης είναι της μορφής ρ. Για παράδειγμα η διαίρεση ( ): () με το σχήμα Horner εκτελείται ως εξής:

25 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα ρ= (α) Την πρώτη γραμμή συμπληρώνουμε με τους συντελεστές του διαιρετέου. Δεν πρέπει να ξεχνούμε να βάζουμε το μηδέν όταν λείπει κάποιος όρος. (β) Στην τελευταία στήλη της πρώτης γραμμής γράφουμε τον αριθμό ρ, όπου ρ είναι ο σταθερός όρος του διαιρέτη ρ. (γ) Στην πρώτη θέση της τρίτης γραμμής κατεβάζουμε τον πρώτο συντελεστή της πρώτης γραμμής. (δ) Κάθε στοιχείο της δεύτερης γραμμής προκύπτει με πολλαπλασιασμό του αμέσως προηγούμενου στοιχείου της τρίτης γραμμής με τον αριθμό ρ. (ε) Κάθε στοιχείο της τρίτης γραμμής, εκτός βέβαια από το πρώτο, προκύπτει ως το άθροισμα των στοιχείων της πρώτης με τη δεύτερη γραμμή. Το τελευταίο στοιχείο της τρίτης γραμμής είναι το υπόλοιπο της διαίρεσης. Τα άλλα στοιχεία της τρίτης γραμμής είναι οι συντελεστές του πηλίκου της διαίρεσης, το οποίο πηλίκο βέβαια έχει βαθμό κατά ένα μικρότερο από αυτό του διαιρετέου. Άρα το υπόλοιπο αυτής της διαίρεσης είναι το σταθερό πολυώνυμο υ()=4 και το πηλίκο είναι το π()= ) Παραδείγματα Παράδειγμα 1: Να αποδειχτεί ότι το υπόλοιπο της διαίρεσης ενός πολυωνύμου P() με το πολυώνυμο α+β, όπου α 0, ισούται με P. Λύση: Επειδή το πολυώνυμο α+β είναι πρώτου βαθμού, τότε το υπόλοιπο έπεται ότι θα είναι το πολύ 0 ου βαθμού, δηλαδή υ=c. Άρα

26 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 1 P()=(α+β)Q()+c. Επομένως P Q c =0+c=c. Δηλαδή υ= P θεωρήματος... Το παράδειγμα αυτό είναι γενίκευση του Παράδειγμα : Πολυώνυμο P() διαιρούμενο με το δίνει υπόλοιπο 4, ενώ διαιρούμενο με το +1 δίνει υπόλοιπο. Να υπολογιστεί το υπόλοιπο της διαίρεσης του P() με το ()(+1). Λύση: Η διαίρεση του P() με το ()(+1) θα αφήνει υπόλοιπο ένα πολυώνυμο το πολύ 1 ου βαθμού. Άρα υ()=α+β. Επομένως P()=()(+1)Q()+α+β. Όμως η διαίρεση του P() με το δίνει υπόλοιπο 4 και σύμφωνα με το θεώρημα. θα ισχύει P()=4 όπως φαίνεται και στο παρακάτω σχήμα: P(). υ=p() (υ=4) π() Όμοια, επειδή η διαίρεση του P() με το +1 δίνει υπόλοιπο θα ισχύει P(1)=. Άρα P()=4 P()=()(+1)Q()+α+β=4α+β=4 (1). Ακόμη P(1)=(1)(1+1)Q(1)+α(1)+β= α+β= (). Από το σύστημα των (1) και () προκύπτει ότι α= και β=0, δηλαδή υ()=. Παράδειγμα 3: Να υπολογιστούν οι αριθμοί α, βir, ώστε το πολυώνυμο P()=α ν+1 +β ν +1 να έχει παράγοντα το (1). Λύση: Αφού το P() θέλουμε να έχει παράγοντα το (1), τότε θα έχει παράγοντα και το 1. Από το θεώρημα.3 λοιπόν έπεται ότι P(1)=0α+β+1=0β=1α. Άρα P()=α ν+1 (α+1) ν +1. Εφαρμόζοντας τη διαίρεση του P() με το 1 με τη βοήθεια του σχήματος Horner, παίρνουμε:

27 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα α 1α ρ=1 α α Άρα P()=(1)Q(), όπου Q()=α ν ν1 ν 1. Θέλουμε όμως το P() να έχει παράγοντα το (1), δηλαδή να υπάρχει πολυώνυμο π() ώστε P()=(1) π(). Άρα πρέπει Q()=(1)π(), δηλαδή το 1 να διαιρεί και το Q(). Αυτό σημαίνει ισοδύναμα, από το θεώρημα.3, ότι Q(1)= Άρα α=ν και τότε ό παίρνουμε ότι β= 1ν. Παράδειγμα 4: Να αποδειχτεί ότι το πολυώνυμο P()=(+1) ν ν 1 διαιρείται από το πολυώνυμο Q()= Λύση: Έχουμε Q()= =( +3+1)=(+)(+1) Δηλαδή Q()=(+)(+1). Να υπενθυμίσουμε ότι α +β+γ=α(ρ 1 )(ρ ), όπου ρ 1 και ρ είναι οι ρίζες του τριωνύμου. Τώρα Q()P() P()= Q()π 1 () P()= (+)(+1) π 1 ()= (+)(+1)π(), όπου π 1 ()=π(). Δηλαδή Q()P() (+)(+1)P(). Η τελευταία σχέση σύμφωνα με το λήμμα.5 είναι ισοδύναμη με τη σχέση: (P() και (+)P() και (+1)P()) (P(0)=0 και P()=0 και P(1)=0). Εύκολα τώρα επαληθεύουμε με αντικατάσταση ότι ισχύουν οι τρεις τελευταίες ισότητες, άρα ισχύει και Q()P(). Παράδειγμα 5: Να αποδειχτεί η ταυτότητα α ν β ν = (αβ)(α ν1 +α ν β+α ν3 β + +β ν1 ). Λύση: Πριν δούμε την απόδειξη, να παρατηρήσουμε ότι στη η παρένθεση οι εκθέτες του α «κατεβαίνουν», ενώ οι εκθέτες του β «ανεβαίνουν». Το άθροισμα των εκθετών είναι πάντα ίσο με ν1 δεδομένου ότι ο πρώτος και ο τελευταίος όρος γράφονται αντίστοιχα ως α ν1 β 0 και α 0 β ν1. Επομένως για ν= και ν=3 παίρνουμε τις γνωστές

28 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 3 ταυτότητες α β =(αβ)(α+β) και α 3 β 3 =(αβ)(α +αβ+β ). Για ν=4 παίρνουμε α 4 β 4 =(αβ)(α 3 +α β+αβ +β 3 ) κ.ο.κ. Για να αποδείξουμε τη γενική μορφή της ταυτότητας θέτουμε για ευκολία =α. Θα αποδείξουμε δηλαδή ότι ν β ν = (β)( ν1 + ν β+ ν3 β + +β ν1 ). Προς τούτο, εκτελούμε τη διαίρεση του ν β ν με το β χρησιμοποιώντας το σχήμα Horner: ν ν1 ν 1 = ν(ν1) β ν ρ=β β β β ν1 β ν 1 β β β ν1 0 Άρα το υπόλοιπο της διαίρεσης είναι υ=0 (μηδενικό πολυώνυμο) και το πηλίκο είναι το π()= ν1 + ν β+ ν3 β + +β ν1. Άρα ν β ν = (β)( ν1 + ν β+ ν3 β + +β ν1 ). Πάνω από την πρώτη γραμμή που δείχνει του συντελεστές του διαιρετέου γράφουμε το με τον αντίστοιχο εκθέτη του, διότι ο εκθέτης αυτός μας βοηθάει να βρούμε τον αντίστοιχο εκθέτη του β σε κάθε στήλη. Πιο συγκεκριμένα όταν ο εκθέτης του είναι της μορφής νκ, τότε ο αριθμός κ είναι ο εκθέτης του β. Παράδειγμα 6: Να αποδειχτεί ότι οι καμπύλες της μορφής (y1)+λ(+y5)=0 όπου λir (1), διέρχονται από το ίδιο σημείο (οικογένεια καμπυλών). Λύση: Αν υπάρχει σημείο ( 0,y 0 ) ώστε οι καμπύλες της μορφής (1) να διέρχονται από αυτό, τότε θα ισχύει (y 0 0 1)+λ( 0 +y 0 5)=0 για κάθε λir. Δηλαδή το πολυώνυμο P(λ)=Αλ+Β όπου Α=y και Β= 0 +y 0 5, θα πρέπει να έχει άπειρες ρίζες και σύμφωνα με το πόρισμα.8 πρέπει να είναι το μηδενικό. Αυτό συμβαίνει όταν Α=Β=0 y y0 1. Από την επίλυση του συστήματος 0 y y0 5 βρίσκουμε ότι 0 =3 και y 0 =. Άρα όλες οι καμπύλες διέρχονται από το σημείο (3,).

29 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 4 Παράδειγμα 7: Να βρεθούν οι τιμές των πραγματικών αριθμών Α και Β, 1 A B ώστε να ισχύει 5 6 (1) για κάθε ΙR, με και 3 3. Λύση: A B A B A B =A(3)+B() () Για να συνεχίσουμε υπάρχουν δύο τρόποι: Ά τρόπος: Παίρνουμε τη σχέση () και μεταφέρουμε όλους τους όρους στο πρώτο μέλος: ()(ΑΒ)+1+A+3B=0. Επειδή η εξίσωση αυτή θέλουμε να έχει άπειρες ρίζες, τότε το πολυώνυμο P()=(ΑΒ)+1+A+3B πρέπει να είναι το μηδενικό. Άρα πρέπει (ΑΒ=0 και 1+A+3B=0) (Α+Β=0 και A+3B= 1). Η επίλυση του συστήματος δίνει Α= 5 και Β=7. Να παρατηρήσουμε ότι αν στη () θέσουμε όπου =, τότε παίρνουμε αμέσως ότι Α= 5 και αν θέσουμε όπου =3 παίρνουμε ότι Β=7. Είναι ένας εύκολος τρόπος για επαλήθευση, ωστόσο η τεκμηρίωση είναι λίγο πιο δύσκολη όπως φαίνεται και παρακάτω: Β τρόπος: Αναζητούμε τους αριθμούς Α και Β, ώστε η εξίσωση () να έχει άπειρες λύσεις. Δηλαδή, σύμφωνα με το πόρισμα.10 ψάχνουμε δύο αριθμούς Α και Β, ώστε τα πολυώνυμα P()=+1 και Q()=A(3)+B() να είναι ίσα. Αν είναι ίσα όμως, από το πόρισμα.11 θα ισχύουν οι ισότητες P()=Q() και P(3)=Q(3). Δηλαδή στην εξίσωση () νομιμοποιούμαστε να θέσουμε όπου = και =3 παρόλο που στην εξίσωση (1) έχουμε εξαιρέσει αυτές τις τιμές. Για =, η εξίσωση (), μας δίνει 5=Α. Για =3, η εξίσωση (), μας δίνει 7=Β. Άρα Α= 5 και Β=7. Τώρα για Α= 5 και Β=7 επαληθεύουμε ότι τα

30 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 5 πολυώνυμα P() και Q() είναι ίσα. Πράγματι +1= 5(3)+7() +1=+1 ισχύει. Όπως είπαμε, ο β τρόπος είναι πιο δύσκολος να τεκμηριωθεί, ωστόσο βρίσκουμε πιο γρήγορα τους ζητούμενους αριθμούς. Με το σκεπτικό του β τρόπου, η επαλήθευση είναι απαραίτητη διότι δεν γνωρίζουμε αν οι τιμές που βρίσκουμε για τα Α και Β καθιστούν τα πολυώνυμα ίσα (αναγκαίες αλλά όχι κατ ανάγκη και ικανές συνθήκες). Στην πραγματικότητα πάντα οι τιμές που θα βρίσκουμε θα καθιστούν τα πολυώνυμα ίσα, και μάλιστα θα είναι μοναδικές, σύμφωνα με την εκφώνηση της άσκησης 15 παρακάτω. ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1) Να κάνετε τις παρακάτω διαιρέσεις: (α) ( ) : ( 1) (γ) ( ) : ( ) (β) ( ) : ( 3+) (δ) ( 5 +1) : (+) ) Να κάνετε τις παρακάτω διαιρέσεις με τη βοήθεια του σχήματος Horner: (α) ( ) : (+) (β) ( ) : (1) (γ) ( 4 +3) : (+ 1 ). 3) Να κάνετε τις διαιρέσεις : (α) ( 3 +3αβα 3 +β 3 ) : (α+β) (β) ( 4 α +α4) : (+α) 4) Να βρείτε τα υπόλοιπα των παρακάτω διαιρέσεων: (α) ( ) : (+1)

31 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 6 (β) [() 18 4(3) ] : () (γ) [(49) ν 4(9 3 ) ν +31] : () 5) (α) Να βρείτε τους πραγματικούς αριθμούς α και β, ώστε τα πολυώνυμα 1 και + να είναι παράγοντες του πολυωνύμου P()=(αβ) 3 +3α (5βα)+α+β+1. (β) Για τις παραπάνω τιμές που βρήκατε, να αναλύσετε το P() σε γινόμενο τριών πρωτοβαθμίων παραγόντων. 6) Να δείξετε ότι τα παρακάτω πολυώνυμα δεν έχουν παράγοντα της μορφής ρ: (α) P()= (β) Q()= ) Να αποδείξετε τις ταυτότητες: (α) α ν β ν =(α+β)(α ν1 α ν β+α ν3 β β ν1 ) για ν άρτιο αριθμό. (β) α ν +β ν =(α+β)(α ν1 α ν β+α ν3 β +β ν1 ) για ν περιττό αριθμό. 8) Να αποδείξετε ότι αν το ν είναι παράγοντας του μ, τότε και το ν α ν είναι παράγοντας του μ α μ. 9) (α) Να δείξετε ότι το πολυώνυμο g()= 3+ διαιρεί το πολυώνυμο f()=() ν +(1) ν 1, νιν*. (β) Όμοια να δείξετε ότι το g()= διαιρεί το πολυώνυμο f()=(1) ν ν +1, νιν*.

32 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 7 10) (α) Να βρείτε τους πραγματικούς αριθμούς α και β, ώστε το πολυώνυμο P()= 4 +(αβ) 3 +α 5+4 να διαιρείται με το (1). (β) Να βρείτε τους πραγματικούς αριθμούς α και β, ώστε το πολυώνυμο P()= ν+1 +(α1)+β να διαιρείται με το (+1). 11) (α) Να αποδείξετε ότι οι καμπύλες της μορφής (λ+1)+(λ+1)y+4λ=0, λιr, διέρχονται από σταθερό σημείο. (β) Να δείξετε το ίδιο για τις καμπύλες της μορφής (λ +λ+1)+(λ λ)y3λ1=0, λιr. 1) Να αποδείξετε ότι όλες οι καμπύλες της μορφής +y +λ( +y 1)=0 όπου λιr, διέρχονται από δύο σταθερά σημεία. 13) (α) Να βρείτε τους πραγματικούς αριθμούς Α και Β, ώστε να ισχύει: A B 3 4 για κάθε ΙR, με 3 και 4. (β) Όμοια, ώστε A B 1 για κάθε ΙR, με 1 και 14) Να βρείτε τους πραγματικούς αριθμούς Α, Β και Γ ώστε να ισχύει 1 A B για κάθε ΙR, με 0, 1 και ( 1)( ) 1.

33 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 8 15) Αν ρ 1 ρ, τότε να δείξετε ότι υπάρχουν μοναδικοί πραγματικοί A B αριθμοί Α και Β ώστε να ισχύει για ( )( ) κάθε ΙR, με ρ 1 και ρ ) Έστω πολυώνυμο P(). Όταν το P() διαιρείται με το (+1) δίνει υπόλοιπο, ενώ όταν διαιρείται με το (+) δίνει υπόλοιπο 8. Να βρείτε το υπόλοιπο της διαίρεσης του P() με το (+1)(+). 17) (α) Έστω πολυώνυμο P() βαθμού το πολύ ν. 6 Αν υπάρχουν ρ 1,ρ,,ρ ν+1 ΙR διαφορετικά ανά δύο μεταξύ τους ώστε P(ρ 1 )= P(ρ )= = P(ρ ν+1 )=c, τότε να δείξετε ότι το P() είναι σταθερό πολυώνυμο. (β) Αν α,β,γιr διαφορετικά ανά δύο μεταξύ τους, τότε να δείξετε ότι το ( )( ) ( )( ) ( )( ) πολυώνυμο P() είναι ( )( ) ( )( ) ( )( ) σταθερό. 18) Να βρείτε το λιr, ώστε η διαίρεση [(λ+9) 3 +(λ +11)+7λ] : (1) να είναι τέλεια. (Υπόδειξη: Μπορείτε να εφαρμόσετε την εκφώνηση του παραδείγματος 1.) 19) (α) Να δείξετε ότι το υπόλοιπο τη διαίρεσης ενός πολυώνυμου P() με το α (α 0) είναι το πολυώνυμο P( ) P( ) P( ) P( ) ( ). (β) Να βρείτε το υπόλοιπο της διαίρεσης ( ) : ( 1). 6 Βλέπε ορισμό.

34 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 9 0) Να βρείτε το υπόλοιπο της διαίρεσης [( 1) ( 1) ] : ( 3 ). 1) Έστω πολυώνυμο P() με P()=P(+). Να δείξετε ότι υπάρχει πολυώνυμο Q() και σταθερός αριθμός c, ώστε P()=( +)Q()+c. ) Να δείξετε ότι το P()=(ν) ν ν ν1 +νν+ διαιρείται με το (1) 3. 3) Δίνονται τα πολυώνυμα P()= ++1 και το Q()=P(P())P(). Να δείξετε ότι το P()+1 είναι παράγοντας του Q(). 4) Δίνεται το P()= 3 +α +β+1 το οποίο έχει παράγοντα το (1). (α) Να βρείτε τους πραγματικούς αριθμούς α και β. (β) Να βρείτε τις ρίζες του πολυωνύμου. (γ) Να παραγοντοποιήσετε το P().

35 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 30 ΕΝΟΤΗΤΑ 3 η : Πολυωνυμικές Εξισώσεις-Ανισώσεις 1) Επίλυση πολυωνυμικών Εξισώσεων 7 Ορισμός: Πολυωνυμική εξίσωση βαθμού ν ονομάζεται κάθε εξίσωση της μορφής α ν ν +α ν1 ν1 + +α 0 =0 με α ν 0. 1 Σε πολυωνυμικές εξισώσεις βαθμού 3 και άνω προσπαθούμε να παραγοντοποιήσουμε το 1 ο μέλος της εξίσωσης, ώστε να σχηματιστούν παράγοντες πρώτου και δευτέρου βαθμού. Εφαρμογή 1: Να λυθεί η εξίσωση =0. Λύση: =0 ()+5()=0()( +5)=0 = ή = 5 (αδύνατο). Άρα =. Πολλές φορές η παραγοντοποίηση δεν είναι τόσο εύκολη υπόθεση. Χρήσιμο εργαλείο για την παραγοντοποίηση αποτελεί το παρακάτω θεώρημα: Θεώρημα 3.1 (Ακεραίων Ριζών): Έστω η πολυωνυμική εξίσωση α ν ν +α ν1 ν1 + +α 0 =0 με ακέραιους συντελεστές. Αν ο ακέραιος ρ 0 είναι ρίζα της εξίσωσης, τότε ο ρ είναι διαιρέτης του σταθερού όρου α 0. Απόδειξη: Αν ο ακέραιος ρ 0 είναι ρίζα της εξίσωσης, τότε α ν ρ ν +α ν1 ρ ν1 + +α 1 ρ+α 0 =0 α 0 = α ν ρ ν α ν1 ρ ν1 α 1 ρ α 0 = ρ(α ν ρ ν-1 α ν1 ρ ν α 1 ). Όμως οι αριθμοί ρ, α ν, α ν1,,α 1 είναι ακέραιοι και άρα το ίδιο συμβαίνει και με την παράσταση: ρ(α ν ρ ν-1 α ν1 ρ ν α 1 ). Αυτό σημαίνει ότι ο αριθμός ρ είναι διαιρέτης του σταθερού όρου α 0. Παρατήρηση: Το θεώρημα αυτό λέει πως αν το πολυώνυμο P() έχει ακέραιες ρίζες, τότε αυτές θα είναι διαιρέτες του σταθερού όρου. Για παράδειγμα το πολυώνυμο 5+6 έχει ρίζες τους αριθμούς και 3 που είναι διαιρέτες του 6. 7 Σε αντίθεση με τα πολυώνυμα, στις πολυωνυμικές εξισώσεις το εκφράζει έναν πραγματικό αριθμό.

36 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 31 Ωστόσο το αντίστροφο του θεωρήματος δεν ισχύει. Για παράδειγμα οι διαιρέτες του 6 είναι οι αριθμοί 1,, 3 και 6. Όμως μόνο οι αριθμοί και 3 είναι ρίζες του προηγούμενου πολυωνύμου. Επιπλέον, έστω το πολυώνυμο P()= Οι διαιρέτες του 3 είναι οι αριθμοί 1 και 3. Όμως κανένας από αυτούς δεν είναι ρίζα του P(). Εφαρμογή : Να λυθεί η εξίσωση =0. Λύση: Θέτουμε P()= Σύμφωνα με το θεώρημα ακεραίων ριζών οι πιθανές ακέραιες ρίζες είναι οι αριθμοί 1 και 3. Παρατηρούμε ότι P(1) 0, P(1) 0, αλλά P(3)= =0. Η παραγοντοποίηση του πολυωνύμου θα επιτευχθεί με τη βοήθεια του σχήματος Horner για ρ=3 (που είναι ρίζα του πολυωνύμου): ρ= (=P(3)) Άρα P()=(3)( 1). Επομένως =0 (3)( 1)=0 3=0 ή 1=0 =3 ή 1 5. ) Πρόσημο πολυωνυμικής παράστασης 8 Έστω το πολυώνυμο P()=6() 3 (1) (4). Παρατηρούμε ότι P()=P(1)=P(4)=0. Δηλαδή οι αριθμοί ρ 1 =1, ρ = και ρ 3 =4 είναι ρίζες του πολυωνύμου. Ωστόσο λόγω των εκθετών θα λέμε ότι ο ρ 1 =1 είναι ρίζα πολλαπλότητας (διπλή ρίζα), ο ρ = είναι ρίζα πολλαπλότητας 3 και ο ρ 3 =4 είναι ρίζα πολλαπλότητας 1 (απλή ρίζα). Χάρη στην ισχύ του θεωρήματος.3 μπορούμε να δώσουμε τον παρακάτω τυπικό ορισμό για την πολλαπλότητα της ρίζας ενός πολυωνύμου: 8 Για ευκολία μια πολυωνυμική παράσταση ( ή ακόμη και μια πολυωνυμική συνάρτηση) της μορφής P()=α ν ν +α ν1 ν1 + +α 0 θα λέγεται πολυώνυμο. Στην πραγματικότητα η ταύτιση δεν είναι δυνατή, διότι στην πολυωνυμική παράσταση (ή συνάρτηση) εννοούμε ότι το είναι πραγματικός αριθμός πράγμα που δεν ισχύει στα πολυώνυμα.

37 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 3 Ορισμός: Έστω νιν*. Τότε θα λέμε ότι ο αριθμός ρ είναι ρίζα του πολυωνύμου P() πολλαπλότητας ν, όταν το (ρ) ν διαιρεί το P() ενώ το πολυώνυμο (ρ) ν+1 δεν διαιρεί το P(). Ισοδύναμα, θα λέγαμε ότι το πολυώνυμο P() έχει ρίζα τον αριθμό ρ πολλαπλότητας ν, όταν P()=(ρ) ν Q(), με Q(ρ) 0. Εφαρμογή 3: Να λυθεί η ανίσωση 3(1) 3 () 7 (4)>0. Λύση: Θέτουμε P()= 3(1) 3 () 7 (4). Όλες οι ρίζες ρ 1 =1, ρ = και ρ 3 =4 του πολυωνύμου αυτού είναι περιττής πολλαπλότητας. Για >4, όλοι οι παράγοντες είναι θετικοί. Άρα P()>0. Για <<4, ο παράγοντας 4 είναι αρνητικός και οι υπόλοιποι θετικοί. Άρα P()<0. Για 1<<, οι παράγοντες () 7 και (4) είναι αρνητικοί ενώ ο (1) 3 είναι θετικός. Άρα P() ( ) 3 ( ) 7 Για <1, όλοι οι παράγοντες είναι αρνητικοί, οπότε P() ( ) ( ) ( ) Τα αποτελέσματα συνοψίζονται στον παρακάτω πίνακα:. ( ). Παρατηρήστε ότι το πρώτο κουτάκι από τα δεξιά είναι ομόσημο του αριθμού α=3. Γενικά αν έχουμε πολυώνυμο της μορφής P() ν 1 ν ν ρ ρ... κ α με α 0, ρ 1 <ρ < <ρ κ και 1 ρ κ ν 1,ν,,ν κ περιττοί, τότε για >ρ κ το πολυώνυμο P() είναι ομόσημο του α. Δηλαδή το πρώτο δεξιό κουτάκι είναι ομόσημο του α, ενώ τα πρόσημα στα άλλα πάνε εναλλάξ. Για παράδειγμα έστω για α 0 το πολυώνυμο P()=α(ρ 1 ) (ρ ) (ρ ), του οποίου οι ρίζες ρ 1 <ρ <ρ 3 είναι απλές και άρα περιττής πολλαπλότητας. Τότε σύμφωνα με όσα είπαμε ισχύει:

38 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 33 Εφαρμογή 4: Να βρεθεί το πρόσημο του πολυωνύμου Q()= 3(+4)() 3 (8) 9 για τις διάφορες τιμές του. Λύση: Παρατηρούμε ότι όλες οι ρίζες είναι περιττής πολλαπλότητας. Σύμφωνα με τον κανόνα που είδαμε παραπάνω, το πρόσημο του πολυωνύμου για τις διάφορες τιμές, φαίνεται σε αυτόν τον πίνακα: Τι γίνεται όμως αν έχουμε μια ρίζα άρτιας πολλαπλότητας; Στην περίπτωση αυτή το πρόσημο εκατέρωθεν της άρτιας ρίζας παραμένει ίδιο. Για παράδειγμα το πρόσημο του πολυωνύμου P()= 3(1) 3 () 8 (4) έχει ως εξής: Δηλαδή όπως και πριν το πρώτο κουτάκι από δεξιά είναι ομόσημο του α, οπότε στην περίπτωση αυτή γράφουμε. Στο δεύτερο κουτάκι από δεξιά βάζουμε «+», δηλαδή αλλάζουμε το πρόσημο, διότι η ρίζα ρ 1 =4 είναι περιττής πολλαπλότητας. Επειδή η ρίζα ρ = είναι άρτιας πολλαπλότητας, το πρόσημο στο τρίτο κουτάκι από δεξιά θα διατηρηθεί, άρα γράφουμε «+». Τέλος επειδή η ρίζα ρ 3 =1 είναι περιττής πολλαπλότητας, θα αλλάξει το πρόσημο στο τέταρτο κουτάκι από δεξιά, δηλαδή θα γίνει.

39 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 34 3) Παραδείγματα Παράδειγμα 1: Να βρεθεί το πρόσημο του πολυωνύμου P()=(1)( 3+)( +1) για τις διάφορες τιμές του πραγματικού αριθμού. Λύση: Αυτό το παράδειγμα αποτελεί μια γενίκευση του προηγούμενου κανόνα εύρεσης προσήμων ενός πολυωνύμου, όταν αυτό εκφράζεται ως γινόμενο πρωτοβαθμίων και δευτεροβαθμίων παραγόντων. Πρώτα υπολογίζουμε τις ρίζες των παραγόντων: 1: Ρίζα έχει τον αριθμό ρ 1 =1. 3+: Ρίζες έχει τους αριθμούς ρ 1 =1 και ρ = (με διακρίνουσα) +1: Το τριώνυμο αυτό έχει αρνητική διακρίνουσα, οπότε δεν έχει πραγματικές ρίζες. Συνοψίζοντας, το πολυώνυμο έχει διπλή ρίζα τον αριθμό ρ 1 =1 και απλή ρίζα τον αριθμό ρ =, διότι P()=(1)( 3+)( +1)= =(1) ()( +1). Το α είναι ο συντελεστής του γινομένου των μεγιστοβαθμίων όρων: ( )= 1 5. Άρα α= 1. Επομένως ο πίνακας προσήμων του P() είναι ο ακόλουθος: Προσέξτε ότι η ρίζα ρ 1 =1 είναι άρτιας πολλαπλότητας και για αυτό δεν αλλάζει το πρόσημο του P() εκατέρωθέν της. Ένας δεύτερος τρόπος είναι να υπολογίσουμε πρώτα τα πρόσημα κάθε παράγοντα χωριστά:

40 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 35 Παράδειγμα : Να λυθεί η ανίσωση Λύση: Θέτουμε P()= Πιθανές ακέραιες ρίζες της εξίσωσης είναι οι αριθμοί 1,, 3, 6. Παρατηρούμε ότι P(1)=0. Άρα με τη βοήθεια του σχήματος Horner για ρ= 1 πραγματοποιούμε την παραγοντοποίηση του πολυωνύμου: ρ= Άρα P()=(+1)( 3 +36)=(+1)[ ()+3()]= =(+1)()( +3). Επειδή +3>0, ο παράγοντας αυτός δεν έχει ρίζες. Πολλαπλασιάζουμε τους μεγιστοβάθμιους όρους: =1 4, άρα α=1. Επομένως P() 0 1 ή.

41 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 36 Παράδειγμα 3: Δίνεται το πολυώνυμο P()= 5 +α 4 +β , όπου α και β πραγματικοί αριθμοί. Να βρεθούν οι αριθμοί α και β, ώστε το πολυώνυμο P() να έχει παράγοντες τα πολυώνυμα +1 και. Ύστερα να λυθεί η εξίσωση P()=0. Λύση: Το πολυώνυμο +1 είναι παράγοντας του P() αν και μόνο αν P(1)=0 1+αβ =0 αβ= (1). Όμοια το πολυώνυμο είναι παράγοντας του P() αν και μόνο αν P()=0 4α+β=38 (). Από τη λύση του συστήματος των εξισώσεων (1) και () προκύπτει ότι α= 11 και β=41. Άρα P()= Επειδή τα πολυώνυμα +1 και είναι παράγοντες του P(), θα ισχύει ότι P()=(+1)()Q()=( )Q(). Εκτελώντας τη διαίρεση του P() με το ή εναλλακτικά εφαρμόζοντας διαδοχικά Horner για ρ 1 = 1 και ρ =, προκύπτει ότι Q()= Άρα: P()= (+1)() ( ). Οι πιθανές ακέραιες ρίζες του Q() είναι οι 1,, 3, 4, 6, 1, 18, 36. Επειδή όμως διαδοχικά τα πρόσημα του πολυωνύμου είναι διαφορετικά και επειδή ο εκθέτης του μεγιστοβαθμίου όρου είναι περιττός, τότε οι πιθανές ακέραιες ρίζες είναι μόνο οι θετικές. (Πράγματι δοκιμάστε και παρατηρήστε ότι για κάθε o <0, ισχύει ότι Q( o )<0.) Βλέπουμε ότι Q(3)=0. Άρα εφαρμόζουμε Horner για ρ=3: ρ= Άρα P()=(+1)()(3)( 7+1). Οι ρίζες του 7+1 είναι οι αριθμοί ρ 3 =3 και ρ 4 =4. Άρα το πολυώνυμο P() έχει ρίζες τους αριθμούς ρ 1 =1, ρ =, ρ 3 =3 (διπλή ρίζα) και ρ 4 =4, δηλαδή P()=(+1)()(3) (4). Παράδειγμα 4: Δίνεται το πολυώνυμο P()= 3 (λ+1) +λ+, λζ. Να βρεθούν οι τιμές του λ, ώστε η εξίσωση P()=0 (1) να έχει ακέραιες ρίζες. Για κάθε τέτοια τιμή του λ, να λυθεί η εξίσωση (1).

42 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 37 Λύση: Επειδή λζ, το πολυώνυμο P() έχει ακέραιους συντελεστές. Επομένως οι πιθανές ακέραιες ρίζες του είναι οι αριθμοί 1,. P(1)=0 1 3 (λ+1)1 +λ1+=0 =0 αδύνατο. P(1)=0(1) 3 (λ+1)(1) +λ(1)+=0 λ=0. Άρα P()= 3 +. Εφαρμόζοντας σχήμα Horner για ρ= 1: ρ= Άρα P()=(+1)( +). Επειδή το τριώνυμο στη δεύτερη παρένθεση έχει αρνητική διακρίνουσα, έπεται ότι P()=0 = 1. P()=0 3 (λ+1) +λ+=0 λ=3. Τότε P()= Όμοια όπως και στην προηγούμενη περίπτωση, εφαρμόζοντας σχήμα Horner για ρ=, προκύπτει ότι P()=()( -1). Επομένως σε αυτήν την περίπτωση η εξίσωση P()=0 έχει ρίζες τους αριθμούς ρ 1 = και 1. ρ, 3 P()=0() 3 (λ+1)() 5 +λ()+=0 λ Ζ, 3 απορρίπτεται. Παράδειγμα 5: Να αποδειχθεί ότι το πολυώνυμο P()= κ κ + έχει διπλή ρίζα τον αριθμό ρ=1 (όπου κιν με κ>3). Λύση: Αν ο αριθμός ρ=1 είναι διπλή ρίζα του πολυωνύμου P(), τότε θα ισχύει ότι P()=(1) Q(), με Q(1) 0. Πράγματι P()= κ κ += = κ ( 1)(1)=(1)[ κ (+1)]=(1)( κ1 + κ ). Θέτουμε F()= κ1 + κ. Παρατηρούμε ότι F(1)=0. Άρα F()=(1)Q(), επομένως ισχύει ότι P()=(1)[(1)Q()]=(1) Q(). Το πολυώνυμο Q() είναι το υπόλοιπο της διαίρεσης του F() με το 1: ρ=

43 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 38 Άρα Q()= κ + κ3 + κ Επομένως Q(1) 1... =1+(κ)>0. κ φορές ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1) Να αποδείξετε ότι οι παρακάτω εξισώσεις δεν έχουν ακέραιες λύσεις: (α) 3 +4=0 (β) 8 4 +=0 (γ) =0 (δ) 3 +3=0 (ε) 4 3=0 (στ) 6 3 =0 ) Να λύσετε τις παρακάτω εξισώσεις: (α) =0 (γ) =0 (ε) =0 (β) =0 (δ) =0 (στ) =0 3) Να λύσετε τις παρακάτω ανισώσεις: (α) >0 (γ) (ε) >0 (β) <0 (δ) (στ) <0 4) Να λύσετε τις παρακάτω εξισώσεις: (α) (β) (γ)

44 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 39 5) Να βρείτε τα διαστήματα στα οποία η γραφική παράσταση της συνάρτησης f βρίσκεται πάνω από τον άξονα : (α) f()= (β) f()= ) Να βρείτε τα σημεία τομής των γραφικών παραστάσεων των συναρτήσεων με τύπους f()= και g()= Σε ποια διαστήματα η γραφική παράσταση της f βρίσκεται πάνω από αυτή της g; 7) Δίνεται το πολυώνυμο P()=(λ1) 3 +λ λ 3 +λ1, λζ. Να βρείτε τις τιμές του λ, ώστε το πολυώνυμο να έχει ρίζα τον αριθμό ρ=1. Ύστερα να λύσετε την εξίσωση P()=0. 8) Δίνεται το πολυώνυμο P()=(λ 1) 3 (λ +1) 5+8, λζ. Να βρείτε τις τιμές του λ, ώστε το πολυώνυμο να έχει μία τουλάχιστον ακέραια ρίζα. 9) Δίνεται το πολυώνυμο P()= 3 +κ +λ. Αν είναι γνωστό ότι το πολυώνυμο έχει διαιρέτες τα πολυώνυμα 1 και +3, τότε να βρείτε τους αριθμούς κ και λ. Ύστερα να λύσετε την εξίσωση P()=0. 10) Δίνεται το πολυώνυμο P()=(3λ 3 1) 4 (6λ+4) 3 +(7λ+8)9λ, λζ. Αν είναι γνωστό ότι το πολυώνυμο έχει ρίζα τον αριθμό ρ=1, τότε να βρείτε το λ και τις άλλες ρίζες του πολυωνύμου. 11) Δίνεται η εξίσωση ν (3λ+)+4=0, λζ. Να εξετάσετε για ποιες τιμές του λ η εξίσωση αυτή έχει ακέραιες ρίζες.

45 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 40 1) Να αποδείξετε ότι οι παρακάτω εξισώσεις δεν έχουν ακέραιες ρίζες: (α) ν λ=0, όταν νιν* και λζ, με λ 0 και λ 1. (β) 6 ν 3λ1=0, όταν νιν* και λζ.

46 Χατζημανώλης Νίκος-Σημειώσεις στα Πολυώνυμα 41 ΕΝΟΤΗΤΑ 4 η : Εξισώσεις-Ανισώσεις που ανάγονται σε πολυωνυμικές. 1) Παραδείγματα Παράδειγμα 1 (Κλασματικές εξισώσεις): Να λυθεί η εξίσωση: (1). Λύση: Κλασματική λέγεται μία εξίσωση, όταν σε ένα τουλάχιστον παρονομαστή βρίσκεται άγνωστος όρος. Η μεθοδολογία για την επίλυση τέτοιων εξισώσεων έχει ως εξής: (α) Παραγοντοποιούμε τους παρονομαστές, χωρίς να κάνουμε καμία απλοποίηση. (β) Βρίσκουμε τους περιορισμούς. (γ) Βρίσκουμε το ΕΚΠ των παρονομαστών και πολλαπλασιάζουμε με αυτό κατά μέλη την εξίσωση, ώστε να απαλειφθούν οι παρονομαστές. Λύνουμε κατόπιν την εξίσωση που προκύπτει και ελέγχουμε αν πρέπει να απορρίψουμε κάποιες λύσεις λόγω περιορισμών. Επομένως σύμφωνα με τα παραπάνω έχουμε τα εξής: (α) (1) () 1 ( 1) (β) Για να ορίζεται η παράσταση πρέπει 0 και και 1. (γ) ΕΚΠ[1, (1), ]=(1) (οι κοινοί και μη κοινοί παράγοντες στο μέγιστο εκθέτη) Άρα 3 1 () ( 1) ( 1) ( 1) 1 ( 1) 3 (3 1) ( 1)( 3 ) ( +3)=0 =0 (απορρ.) ή +3=0 =1 (απορρ.) ή = 3. Άρα = 3.