Решение уравнений с помощью таблицы горнера. III. Примеры задач с решениями. Изучение нового материала

Пусть имеется простой двухчлен вида ax + b = 0. Решить его не представляет никакого труда. Нужно просто неизвестное перенести в одну сторону, а коэффициенты в другую. В итоге x = - b/a. Рассматриваемое уравнение можно усложнить, добавив квадрат ax2 + bx + c = 0. Решается оно с помощью нахождения дискриминанта. Если он больше нуля, то решения будет два, при его равенстве нулю - корень только один, а когда он меньше, то решений и вовсе нет.

Следующий тип уравнения пусть содержит третью степень ax3 + bx2 + c + d = 0. Это равенство у многих вызывает затруднения. Хотя и существуют различные способы, позволяющие решить такое уравнение, например, формула Кордана, но их уже нельзя применять для степеней пятого и высших порядков. Поэтому математики задумывались об универсальном способе, с помощью которого можно было бы вычислять уравнения любой сложности.

В школе обычно предлагают использовать метод группировки и анализа, при котором многочлен можно разложить на хотя бы два множителя. Для кубического уравнения можно записать: (x - x0) (ax2 + bx + c) = 0. Затем используют то, что произведение будет равно нулю лишь в том случае, если линейный двучлен или квадратное уравнение равняется ему. Затем выполняют стандартное решение. Проблема при вычислении такого типа приведённых равенств возникает во время поиска x0. Вот в этом случае и поможет схема Горнера.

Алгоритм, предложенный Горнером, на самом деле был открыт раньше итальянским математиком и доктором медицины Паоло Руффини. Он первый доказал невозможность нахождения радикала в выражениях пятой степени. Но его работа содержала много противоречий, которые не позволили её принять математическим миром учёных. Основываясь на его трудах, в 1819 году британец Уильям Джордж Горнер опубликовал способ приближённого нахождения корней многочлена. Эта работа была напечатана Королевским научным обществом и получила название метод Руффини-Горнера.

После шотландец Огастес де Морган расширил возможности использования метода. Способ нашёл применение в теоретико-множественных соотношениях и теории вероятности. По сути, схема является алгоритмом для вычисления частного и остатка отношения записи Р (х) на х-с.

Принцип метода

Впервые учащихся знакомят со способом нахождения корней с использованием схемы Горнера в высших классах средней школы на уроках алгебры. Объясняют её на примере решения уравнения третьей степени: x3 + 6x - x - 30 = 0. При этом в условии задачи дано, что корнем этого уравнения является цифра два. Задача заключается в том, чтобы определить другие корни.

Обычно это делается следующим образом. Если многочлен p (x) имеет корень x0, то p (x) можно представить как произведение разности икс минус икс нулевое на некий другой многочлен q (x), степень которого будет на единицу меньше. Выделяют нужный многочлен обычно способом деления. Для рассматриваемого примера уравнение будет иметь вид: (x3 + 6x - x - 30) / (x - x2). Деление лучше выполнять «уголком». В итоге получится выражение: x 2 + 8x + 15 .

Таким образом, искомое выражение можно переписать в виде (x - 2)* (x 2 + 8x + 15) = 0. Далее, для того чтобы найти решение, нужно выполнить следующее:

• Найти корни в первом члене равенства, приравняв его к нулю: x - 2 = 0. Отсюда x = 2, что также следует из условия.
• Решить квадратное уравнение, приравняв второй член многочлена к нулю: x 2 + 8x + 15 = 0. Найти корни можно через дискриминант или по формулам Виета. Так можно записать, что (x+3) * (x+5) = 0, то есть икс один равняется трём, а икс два - минус пяти.

Все три корня найдены. Но тут возникает резонный вопрос, где же используется в примере схема Горнера? Так вот, всё это громоздкое вычисление можно заменить на скоростной алгоритм решения. Состоит он из простых действий. Вначале нужно начертить таблицу, содержащую несколько столбцов и строчек. Начиная со второго столбца начальной строчки, записывают коэффициенты, стоящие в уравнении исходного многочлена. В первом столбике ставят то число, на которое будет выполняться деление, то есть потенциальные члены решения (х0).

После того как в таблицу записали выбранное х0, заполнение происходит по следующему принципу:

• в первый столбец сносится просто то, что стоит в верхнем элементе второго столбика;
• для нахождения следующего числа нужно снесённое число умножить на выбранное x0 и добавить стоящее число в заполняемом столбике сверху;
• аналогичные операции проделывают до окончательного заполнения всех ячеек;
• строки в последнем столбике равные нулю и будут искомым решением.

Для рассматриваемого примера при подстановке двойки строчка будет состоять из ряда: 2, 1, 8, 15, 0. Таким образом, находятся все члены. При этом схема работает для любого порядка степенного уравнения.

Пример использования

Для того чтобы понять, как пользоваться схемой Горнера, нужно подробно рассмотреть типовой пример . Пусть требуется определить кратность корня х0 многочлена p (x) = x 5 - 5x 4 + 7x 3 - 2x 2 + 4x - 8. Часто в задачах приходится подбирать корни методом перебора, но для того чтобы сэкономить время, будем считать, что они уже известны и их нужно просто проверить. Тут следует понимать, что применяя схему, расчёт всё равно будет быстрее, чем использование других теорем или метода понижения.

Согласно алгоритму решения, в первую очередь нужно начертить таблицу. В первой строчке указывают основные коэффициенты. Для уравнения необходимо будет начертить восемь столбцов. Затем узнать, сколько раз в исследуемом многочлене поместится х0 = 2. Во второй строчке второго столбца просто сносят коэффициент. Для рассматриваемого случая он будет равняться единице. В находящейся рядом ячейке значение вычисляют как 2 *1 -5 = -3. В следующей: 2 *(-3) + 7 = 1. Таким же образом заполняют оставшиеся ячейки.

Как видно, минимум один раз двойка помещается в многочлен. Теперь нужно проверить, является ли двойка корнем низшего полученного выражения. После выполнения аналогичных действий в таблице должен получиться следующий ряд: 1, -1, -1. -2, 0. Фактически это квадратное уравнение, которое также необходимо проверить. В результате вычисленный ряд будет состоять из 1, 1, 1, 0.

В последнем выражении двойка не может быть рациональным решением. То есть в исходном многочлене цифра два используется три раза, а значит можно записать: (x - 2) 3 * (x 2 + x + 1). То, что двойка не является корнем квадратного выражения, можно понять по следующим фактам:

• свободный коэффициент не делится на два;
• все три коэффициента положительны, значит, что график неравенства будет увеличиваться начиная с двух.

Таким образом, применение системы позволяет избавиться от использования сложных числителей и делителей. Все действия сводятся к простому перемножению целых чисел и выделения нулей.

Пояснение способа

Подтверждение справедливости существования схемы Горнера объясняется рядом факторов. Представим, что есть многочлен третьей степени: x3 + 5x – 3x + 8. Из этого выражения икс можно вынести за скобку: x * (x2 + 5x – 3) + 8. Из полученной формулы можно снова вынести икс: x * (x * (x + 5) – 3) + 8 = x * (x* ((x * 1) + 5) – 3) + 8.

По сути, чтобы посчитать полученное выражение, можно подставить предполагаемое значение икс в первую внутреннюю скобку и выполнить алгебраические операции, согласно старшинству. Фактически это все те действия, которые выполняются в методе Горнера. При этом числа 8, -3, 5, 1 - это коэффициенты исходного многочлена.

Пусть имеется многочлен P (x) = an * x n + an -1 * x n-1 + 1x1 + a0 = 0. Если у этого выражения есть некий корень x = x0, то это означает, что рассматриваемое выражение можно переписать в виде: P (x) = (x-x0) * Q(x). Это следствие из теоремы Безу. Здесь важно то, что степень многочлена Q(x) будет на единицу меньше, чем имеет P(x). Следовательно, его можно расписать в меньшем виде: P (x) = (x-x0) * (bn-1 * x n-1 + bn-2 * x n-2 + b0) = 0. Две конструкции тождественно равны между собой.

А это значит, что все коэффициенты рассматриваемых многочленов равны, в частности, (x0)b) = a0. Используя это, можно утверждать, что какими бы ни были числа a0 и b0, икс всегда является делителем, то есть a0 всегда можно разделить на корни многочлена. Иными словами, найти рациональные варианты решения.

Общий случай, объясняющий метод, будет выглядеть следующим образом: an * x n + an-1 * x n-1 + … + a1x + a0 = x * (an * x n-1 + an-1 * x n-2 + … + a1) + a0 = x * (x * (... (an * x + an -1)+ an-2...an-m)+ a0). То есть схема работает вне зависимости от степени многочлена. Она универсальная. При этом подходит как для неполных уравнений, так и полных. Это инструмент, позволяющий проверить х0 на корень. Если же он не является решением, то число, оставшееся в конце, будет остатком от деления рассматриваемого многочлена.

В математике правильной записью метода будет выражение: Pn(x) = ∑i = 0naixn−i = a0xn + a1xn − 1 + a2xn − 2 +…+ an − 1x + an. В нём значение i изменяется от нуля до эн, а сам многочлен делится на бином x – a. После выполнения этого действия получается выражение, степень которого на единицу меньше от исходного. Другими словами, определяется как n – 1.

Расчёт на онлайн-калькуляторе

Использовать ресурсы, предоставляющие доступ к вычислениям корней высших степеней многочленов, довольно удобно. Чтобы воспользоваться такими сайтами, особые знания в математике или программировании иметь не нужно. Всё, что необходимо пользователю - это доступ к интернету и браузер, поддерживающий работу Java скриптов.

Существует несколько десятков таких сайтов. При этом некоторые из них могут просить за предоставленное решение денежное вознаграждение. Хотя большинство ресурсов бесплатны и не только рассчитывают корни в степенных уравнениях, но и предоставляют подробное решение с комментариями. Кроме этого, на страницах расчётчиков любой желающий сможет ознакомиться с кратким теоретическим материалом и рассмотреть решение примеров различной сложности. Так что вопросов с понятием, откуда взялся ответ, возникнуть не должно.

Из всего множества считающих онлайн–калькуляторов по схеме Горнера можно выделить следующие три:

• Kontrolnaya-rabota. Сервис ориентирован на старшеклассников, но по своим возможностям довольно функционален. С его помощью можно очень быстро проверить корни на соответствие.
• Nauchniestati. Приложение позволяет определить корни методом Горнера буквально за две-три секунды. На сайте можно найти всю необходимую теорию. Для выполнения расчёта нужно ознакомиться с правилами ввода математической формулы, указанными тут же на сайте.
• Сalc. Используя этот сайт, пользователь сможет получить подробное описание решения с изображением таблицы. Для этого в специальную форму необходимо ввести уравнение и нажать кнопку «решение».

Программы, используемые для расчётов, отличаются интуитивно понятным интерфейсом и не содержат рекламного и вредоносного кода. Выполнив несколько вычислений на этих ресурсах, пользователь вполне сможет самостоятельно научится определять корни, используя метод Горнера.

При этом онлайн-калькуляторы полезны не только учащимся, но и инженерам, проводящим сложные вычисления. Ведь самостоятельный расчёт требует внимания и сосредоточенности. Любая незначительная ошибка в итоге приведёт к неверному ответу. В то же время появление ошибки при вычислениях с помощью онлайн-расчётчиков невозможно.

1. Разделить 5x 4 + 5 x 3 + x 2 − 11 на x − 1 , используя схему Горнера.

Решение:

Составим таблицу из двух строк: в первой строке запишем коэффициенты многочлена 5x 4 +5x 3 +x 2 −11, расположенные по убыванию степеней переменной x . Заметьте, что данный многочлен не содержит x в первой степени, т.е. коэффициент перед x в первой степени равен 0. Так как мы делим на x −1, то во второй строке запишем единицу:

Начнем заполнять пустые ячейки во второй строке. Во вторую ячейку второй строки запишем число 5 , просто перенеся его из соответствующей ячейки первой строки:

Следующую ячейку заполним по такому принципу: 1⋅ 5 + 5 = 10 :

Аналогично заполним и четвертую ячейку второй строки: 1⋅ 10 + 1 = 11 :

Для пятой ячейки получим: 1⋅ 11 + 0 = 11 :

И, наконец, для последней, шестой ячейки, имеем: 1⋅ 11 + (−11)= 0 :

Задача решена, осталось только записать ответ:

Как видите, числа, расположенные во второй строке (между единицей и нулём), есть коэффициенты многочлена, полученного после деления 5x 4 +5x 3 +x 2 −11 на x −1. Естественно, что так как степень исходного многочлена 5x 4 +5x 3 +x 2 −11 равнялась четырём, то степень полученного многочлена 5x 3 +10x 2 +11x +11 на единицу меньше, т.е. равна трём. Последнее число во второй строке (ноль) означает остаток от деления многочлена 5x 4 +5x 3 +x 2 −11 на x −1.
В нашем случае остаток равна нулю, т.е. многочлены делятся нацело. Этот результат ещё можно охарактеризовать так: значение многочлена 5x 4 +5x 3 +x 2 −11 при x =1 равно нулю.
Можно сформулировать вывод и в такой форме: так как значение многочлена 5x 4 +5x 3 +x 2 −11 при x =1 равно нулю, то единица является корнем многочлена 5x 4 +5x 3 +x 2 −11.

2. Найдите неполное частное, остаток от деления многочлена

А (х ) = х 3 – 2х 2 + 2х – 1 на двучлен х – 1.

Решение:

Ответ: Q (x ) = х 2 – х + 1 , R (x ) = 0.

3. Вычислите значение многочлена А (х ) при х = – 1, если А (х ) = х 3 – 2 х – 1.

Решение:

Ответ:А (– 1) = 0.

4. Вычислите значение многочлена А (х ) при х = 3, неполное частное и остаток, где

А (х )= 4 х 5 – 7х 4 + 5х 3 – 2 х + 1.

Решение:

Ответ: R (x ) = A (3) = 535, Q (x ) = 4 х 4 + 5х 3 + 20х 2 + 60х +178.

5. Найдите корни уравнения х 3 + 4 х 2 + х – 6 = 0.

Решение:

Находим делители свободного члена ±1; ± 2; ± 3; ± 6

С айт «профессиональный репетитор по математике» продолжает цикл методических статей о преподавании. Я публикую описания методик своей работы с наиболее сложными и проблемным темами школьной программы. Данный материал будет полезен преподавателям и репетиторам по математике, работающим с учениками 8-11 классов как по обычной программе, так и по программе математических классов.

Репетитор по математике не всегда может объяснить материал, который неудачно изложен в учебнике. К сожалению, таких тем становится все больше и больше, и ошибки изложения вслед за авторами пособий совершаются в массовом порядке. Это относится не только к начинающим репетиторам по математики и репетиторам по совместительству (репетиторы — студенты и репетиторы ВУЗов), но и к опытным преподавателям, репетиторам — профессионалам, репетиторам со стажем и квалификацией. Талант грамотного корректора шероховатостей школьных учебников имеют далеко не все репетиторы математики. Не все также понимают, что эти коррекции (или дополнении) необходимы. Адаптацией материала для его качественного восприятия детьми занимаются единицы. К сожалению, ушло то время, когда преподаватели математики вместе методистами и авторами изданий в массовом порядке обсуждали каждую букву учебника. Раньше, прежде чем пустить учебник в школы, проводили серьезные анализы и исследования результатов обучения. Пришло время дилетантов, стремящихся сделать пособия универсальными, подгоняя их под стандарты сильных математических классов.

Гонка за увеличение количества информации приводит только к снижению качества ее усвоения и, как следствие снижению уровня реальных знаний по математике. Но на это никто не обращает внимание. И наши дети вынуждены уже в 8 классе изучать то, что мы с вами проходили в институте: теорию вероятности, решение уравнений высоких степеней и кое-что еще. Адаптация материала в книжках для его полноценного восприятия ребенком оставляет желать лучшего и репетитор по математике вынужден как-то с этим бороться.

Поговорим о методике преподавания такой специфической темы, как «деление уголком многочлена на многочлен», более известной во взрослой математике как «теорема Безу и схема Горнера». Еще каких-нибудь пару лет назад вопрос не стоял перед репетитором по математике так остро, ибо он не входил в основную школьную программу. Теперь уважаемые авторы учебника под редакцией Теляковского внесли изменения в последнее издание лучшего, на мой взгляд, учебника, и, окончательно испортив его, только добавили репетитору лишних забот. Преподаватели школ и классов, не имеющих статус математических, ориентируясь на нововведения авторов, стали чаще включать дополнительные параграфы в свои уроки, а любознательные дети, рассматривая красивые странички их учебника математики, все чаще спрашивают репетитора: «Что это за деление уголком? Мы будем это проходить? Как делить уголком?» От таких прямых вопросов уже не спрятаться. Репетитору придется что-то рассказывать ребенку.

А как? Наверное, я бы не стал описывать метод работы с темой, если бы в учебниках она грамотно преподносилась. У нас ведь как все происходит? Учебники нужно печатать и продавать. А для этого их надо регулярно обновлять. Преподаватели Вузов жалуются, что дети приходят к ним с пустыми головами, без знаний и навыков? Требования к математическим знаниям растут? Отлично! Давайте мы уберем некоторые упражнения, а вместо них вставим темы, которые изучаются по другим программам. Чем наш учебник хуже? Включим какие-нибудь дополнительные главы. Школьники не знают правило деления уголком? Это же элементарная математика. Надо сделать такой параграф необязательным, озаглавив его «для тех, кто хочет знать больше». Репетиторы против? А какое нам дело до репетиторов вообще? Методисты и преподаватели школ тоже против? Мы не будем усложнять материал и рассмотрим наиболее простую его часть.

И вот тут начинается. Простота темы и качество ее усвоения заключатся, прежде всего, в понимании ее логики, а не в том, чтобы согласно предписанию авторов учебника выполнить некий набор не понятно как связанных друг с другом операций. Иначе туман в голове школьника будет обеспечен. Если расчет авторов идет на относительно сильных учеников (но обучающихся по обычной программе), то не стоит подавать тему в командной форме. А что мы видим в учебнике? Дети, надо делить по такому правилу. Получите многочлен под уголком. Таким образом, первоначальный многочлен разложится на множители. Однако, понять, почему именно так подбираются слагаемые под уголком, почему их надо умножать на многочлен над уголком, а затем вычитать из текущего остатка — непонятно. И самое главное не понятно, почему подобранные одночлены надо в итоге сложить и почему получившиеся скобки будут разложением первоначального многочлена. Любой грамотный математик поставит жирный знак вопроса над теми объяснениями, которые даются в учебнике.

Я предлагаю вниманию репетиторов и преподавателей математики свое решение проблемы, которое практически делает для ученика очевидным все то, что изложено в учебнике. Фактически мы докажем теорему Безу: если число а — корень многочлена, то этот многочлен можно разложить на множитлей, один из который x-a, а второй получается из первоначального одним из трех способов: выделением линейного множителя через преобразования, делением уголком или по схеме Горнера. Именно с такой форомулировкой репетитору по математике будет легче работать.

Что такое методика преподавания? Прежде всего это четкий порядок в последовательности объяснений и примеров, на основе которых делаются математические выводы. Данная тема не исключение. Репетитору по математике очень важно познакомить ребенка с теоремой Безу до того, как будет выполняться деление уголком . Это очень важно! Добиться понимания лучше всего на конкретном примере. Возьмем какой-нибдуь многочлен с подобранным корнем и показажем технику его разложения на множители при помощи знакомого школьнику еще с 7 класса метода тождественных преобразований. При соответствующих сопроводительных пояснениях, акцентах и подсказках репетитора по математике вполне реально донести материал без каких-либо общих математических выкладок, произвольных коэффициентов и степеней.

Важный совет репетитору по математике — следовать инструкциям от начала и до конца и не менять эту последовательнотсь.

Итак, допустим, что перед нами многочлен . Если мы подставим вместо его икса число 1, то значение многочлена будет равно нулю. Следовательно х=1 — его корень. Попробуем разложить на два слагаемых так, чтобы одно из них было произведением линейного выражения и некоторого одночлена, а второе имело бы степень на единицу меньше, чем . То есть представим его в виде

Одночлен для красного поля подберем так, чтобы при при умножении его на старший член полностью совпадал со старшим членом первоначального многочлена. Если ученик не самый слабый, то он вполне способен будет назвать репетитору по математике искомое выражение: . Репетитору следует тут же предложить вставить его в красное поле и показать что будет получаться при их раскрытии. Лучше всего этот виртуальный временный многочлен подписать под стрелочками (под фотанчиком), выделяя его каким-нибудь цветом, например, синим. Это поможет подоборать слагаемое для красного поля, называемое остатком от выделения. Я бы советовал репетиторам именно здесь указывать на то, что этот остаток можно находить вычитанием. Выполняя такую операцию получим:

Репетитор по математике должен обратить внимание ученика на то, что подставляя единицу в данное равенство, мы гарантировано получим нуль в его левой части (так как 1 — корень первоначального многочлена), а в правой, очевидно, тоже обнулим первое слагаемое. Значит без всякой проверки можно сказать, что единица — корень «зеленого остатка».

Поступим с ним так же, как мы это сделали с первоначальным многочленом, выделяя из него такой же линейный множитель . Репетитор по математике рисует перед учеником две рамки и просит заполнить слева направо.

Ученик подбирает репетитору одночлен для красного поля так, чтобы он при умножении на старшее слагаемое линейного выражения давал старшее слагаемое раскладывающегося многочлена. Вписываем в касную рамку, тут же раскрываем скобку и выделяем синим цветом то выражение, которое надо вычесть их раскладывающегося. Выполняя эту операцию получаем

И, наконец, проделывая тоже самое с последним остатком

получим окончательно

Теперь вынесем выражение за скобку и перед нами окажется разложение первоначального многочлена на множители один из которых «икс минус подобранный корень».

Для того, чтобы ученику не казалось, что последний «зеленый остаток» случайно разложился на нужные множители, репетитор по математкие должен указать на важное свойство всех зеленых остатков — каждый из них имеет корень 1. Поскольку степени этих остатков убывают, то какая бы степень начального многочлена ни была нам дана, рано или поздно, мы получим линейный «зеленый остаток» с корнем 1, а следовательно он обязательно разложиться на произведение некоторого числа и выражения .

После такой подготовительной работы репетитору по математкие не составит труда объяснить ученику, что происходит при делении уголком. Это тот же самый процесс, только в более краткой и компактной форме, без знаков равно и без переписываний одних и тех же выделенных слагаемых. Многочлен из которого выделяется линейный множитель записываем слева от уголка, подбираемые красные одночлены собираем под уголом (теперь становится понятно, почему они должны складываться), для получения «синих многочленов» надо «красные» умножать на x-1, а затем вычитать из текущего выделяемого как это делается при обычном делении чисел в столбик (вот она аналогия с раннее изученным). Получаемые «зеленые остатки» подвергаются новому выделению и подбору «красных одночленов» . И так до получения нулевого «зеленого остатка». Самое главное, что ученику становится понятна дальнейшая судьба записанных многочленов над и под уголком. Очевидно, это скобки, произведение которых равно первоначальному многочлену.

Следующий этап работы репетитора по математике — формулирование теоремы Безу. Cобственно ее формулировка при таком подходе репетитора становится очевидной: если число а — корень многочлена, то его можно разложить на множители, один из которых , а другой получается из первоначального одним из трех способов:

• непосредственным разложением (аналогом метода группировки)
• делением уголком (в столбик)
• через схему Горнера

Надо сказать, что схему горнера показывают ученикам далеко не все репетиторы математики и не все школьные преподаватели (к счастью для самих репетиторов) заходят на уроках так глубоко в тему. Однако, для учащегося математического класса я не вижу никаких оснований для остановки на делении в столбик. Более того, самый удобный и быстрый прием разложения основан именно на схеме Горнера. Для того, чтобы объяснить ребенку откуда она берется достаточно проследить на примере деления уголком появление старших коэффициентов у зеленых остатках. Становится ясно, что старший коэффициент начального многочлена сносится в коэффициент первого «красного одночлена», а дальше от второго коэффициента текущего верхнего многочлена вычитается результат умножения текущего коэффициента «красного одночлена» на . Поэтому можно прибавлять результат умножения на . После акцентирования внимания ученика на специфике действий с коэффициентами репетитор по математике может показать как обычно эти действия выполняют без записи самих переменных. Для этого удобно корень и коэффициенты первоначального многочлена по старшинству занести в такую таблицу:

Если в многочлене пропущена какая-нибудь степень, то в таблицу принудительно вносится ее нулевой коэффициент. В нижнюю строчку поочередно вписываются коэффициенты «красных многочленов» по правилу «крючка»:

Корень умножается на последний снесенный «красный коэффициент», прибавляется к следующему коэффициенту верхней строки и результат сносится в нижнюю строчку. В последней колонке гарантированно получим старший коэффициент последнего «зеленого остатка», то есть нуль. После завершения процесса, числа, зажатые между подобранным корнем и нулевым остатком оказываются коээффициентами второго (нелинейного) множителя.

Поскольку корень а дает в конце нижней строки нуль, то схему Горнера можно использовать для проверки чисел на звание корень многочлена. Если специальная теорема о подборе рационального корня. Все кандидаты на это звание, полученные с ее помощью, просто вставляются по очереди слева в схему Горнера. Как только мы получим нуль, тестируемое число будет корнем, и одновременно его строчке получим коэффициенты разложения первоначального многочлена на множители. Очень удобно.

В завершение хотелось бы отметить, что для аккуратного ввдения схемы Горнера, а также для практического закрепления темы, репетитор по математике должен иметь в своем распоряжении достаточное количество часов. Репетитору, работающему с режимом «раз в неделю» не стоит заниматься делением уголком. На Егэ по математике и на ГИА по математике вряд ли в первой части когда-нибудь встретится уравнение третьей степени, решаемое такими средствами. Если репетитор готовит ребенка экзамену по математике в МГУ — изучение темы становится обязательным. Очень уж любят преподаватели ВУЗов, не в пример составителям ЕГЭ, проверить глубину знаний абитуриента.

Колпаков Александр Николаевич, репетитор по математике Москва, Строгино

Многочлен вида
a n x n + a n-1 x n-1 + a n-2 x n-2 + ... + a 1 x + a 0
можно разложить на множители по схеме Горнера, если известен хотя бы 1 его корень.

Разберем деление по схеме Горнера на примере:

2x 4 + 9x 3 - 10x 2 - 27x - 10

Для начала нужно методом подбора найти один корень. Обычно он является делителем свободного члена. В данном случае делителями числа -10 являются ±1, ±2, ±5, ±10. Начнем их подставлять по-очереди:

1: 2 + 9 - 10 - 27 - 10 = -36 ⇒ число 1

-1: 2 - 9 - 10 + 27 - 10 = 0 ⇒ число -1 является корнем многочлена

Мы нашли 1 из корней многочлена. Корнем многочлена является -1, а значит исходный многочлен должен делиться на x + 1 . Для того, чтобы выполнить деление многочленов, воспользуемся схемой Горнера:

В верхней строке выставляются коэффициенты исходного многочлена. В первой ячейке второй строки ставится найденный нами корень -1. Во второй строке пишутся коэффициенты многочлена, который получится в результате деления. Они считаются так:

Последнее число - это остаток от деления. Если он равен 0, значит мы все верно посчитали.

2x 4 + 9x 3 - 10x 2 - 27x - 10 = (x + 1)(2x 3 + 7x 2 - 17x - 10)

Но это еще не конец. Можно попробовать разложить таким же способом многочлен 2x 3 + 7x 2 - 17x - 10.

Опять ищем корень среди делителей свободного члена. Как мы уже выяснили, делителями числа -10 являются ±1, ±2, ±5, ±10.

1: 2 + 7 - 17 - 10 = -18 ⇒ число 1 не является корнем многочлена

-1: -2 + 7 + 17 - 10 = 12 ⇒ число -1 не является корнем многочлена

2: 2 ∙ 8 + 7 ∙ 4 - 17 ∙ 2 - 10 = 0 ⇒ число 2 является корнем многочлена

Напишем найденный корень в нашу схему Горнера и начнем заполнять пустые ячейки:

Таким образом мы исходный многочлен разложили на множители:

2x 4 + 9x 3 - 10x 2 - 27x - 10 = (x + 1)(x - 2)(2x 2 + 11x + 5)

Многочлен 2x 2 + 11x + 5 тоже можно разложить на множители. Для этого можно решить квадратное уравнение через дискриминант , а можно поискать корень среди делителей числа 5. Так или иначе, мы придем к выводу, что корнем этого многочлена является число -5

Таким образом мы исходный многочлен разложили на линейные множители.

Теорема Безу , невзирая на кажущуюся простоту и очевидность, является одной из базовых теорем теории многочленов . В данной теореме алгебраические характеристики многочленов (они позволяют работать с многочленами как с целыми числами) связываются с их функциональными характеристиками (которые позволяют рассматривать многочлены как функции).

Теорема Безу утверждает, что остаток от деления многочлена на многочлен - это .

Коэффициенты многочлена лежат в неком коммутативном кольце с единицей (к примеру, в поле вещественных либо комплексных чисел).

Теорема Безу - доказательство.

Делим с остатком многочлен P(x) на многочлен (x-a) :

Исходя из того, что deg R(x) < deg (x-a) = 1 - многочлен степени не выше нуля. Подставляем , так как , получаем .

Но наиболее важна не именно теорема, а следствие теоремы Безу:

1. Число - корень многочлена P(x) тогда и только тогда, когда P(x) делится без остатка на двучлен x-a .

Исходя из этого - множество корней многочлена P(x) тождественно множеству корней соответствующего уравнения x-a .

2. Свободный член многочлена делится на любой целый корень многочлена с целыми коэффициентами (когда старший коэффициент равен единице - все рациональные корни целые).

3. Предположим, что - целый корень приведенного многочлена P(x) с целыми коэффициентами. Значит, для любого целого число делится на .

Теорема Безу дает возможность, найдя один корень многочлена, искать дальше корни многочлена, степень которого уже на 1 меньше: если , то данный многочлен P(x) будет выглядеть так:

Теорема Безу примеры:

Найти остаток от деления многочлена на двучлен .

Теорема Безу примеры решения:

Исходя из теоремы Безу, искомый остаток соответствует значению многочлена в точке . Тогда найдем , для этого значение подставляем в выражение для многочлена вместо . Получаем:

Ответ : Остаток = 5.

Схема Горнера.

Схема Горнера - это алгоритм деления (деление схемой Горнера) многочленов, записываемый для частного случая, если частное равно двучлену .

Построим этот алгоритм:

Предположим, что - делимое

Частное (его степень, вероятно, будет на удиницу меньше), r - остаток (т.к. деление осуществляется на многочлен 1-ой степени, то степень остатка будет на единицу меньше, т.е. нулевая, таким образом, остаток это константа).

По определению деления с остатком P(x) = Q(x) (x-a) + r . После подстановки выражений многочленов получаем:

Раскрываем скобки и приравниваем коэффициенты при одинаковых степенях, после чего выражаем коэффициенты частного через коэффициенты делимого и делителя:

Удобно вычисления сводить в такую таблицу:

В ней выделены те клетки, содержимое которых участвует в вычислениях на очередном шаге.

Схема Горнера примеры:

Пусть надо поделить многочлен на двучлен x-2 .

Составляем таблицу с двумя строками. В 1 строку выписываем коэффициенты нашего многочлена. Во второй строке будем получать коэффициенты неполного частного по следующей схеме: в первую очередь переписываем старший коэффициент данного многочлена, далее, дабы получить очередной коэффициент, умножаем последний найденный на а=2 и складываем с соответствующим коэффициентом многочлена F(x) . Самый последний коэффициент будет остатком, а все предыдущие - коэффициентами неполного частного.