Skillnad mellan versioner av "1.1 Polynom"

Från Mathonline
Hoppa till: navigering, sök
m (→‎Vad är ett polynom?)
m
 
(812 mellanliggande versioner av samma användare visas inte)
Rad 1: Rad 1:
 
{| border="0" cellspacing="0" cellpadding="0" height="30" width="100%"
 
{| border="0" cellspacing="0" cellpadding="0" height="30" width="100%"
 
| style="border-bottom:1px solid #797979" width="5px" |  
 
| style="border-bottom:1px solid #797979" width="5px" |  
−
{{Selected tab|[[1.2 Polynom|Teori]]}}
+
{{Not selected tab|[[1.1 Repetition Algebra från Matte 2|Repetition: Algebra]]}}
−
{{Not selected tab|[[1.2 Övningar till Polynom|Övningar]]}}
+
{{Selected tab|[[1.1 Polynom|Teori]]}}
 +
{{Not selected tab|[[1.1 Övningar till Polynom|Övningar]]}}
 +
{{Not selected tab|[[1.1 Fördjupning till Polynom|Fördjupning]]}}
 +
{{Not selected tab|[[1.2 Faktorisering av polynom|Nästa avsnitt -->]]}}
 
| style="border-bottom:1px solid #797979"  width="100%"|  
 
| style="border-bottom:1px solid #797979"  width="100%"|  
 
|}
 
|}
  
  
−
== Vad är ett polynom? ==
 
  
−
Ordet "poly" betyder på latin många och "nom" som egentligen betyder namn, har i matematiken innebörden term. Så "polynom" betyder många termer. Närmare bestämt är ett polynom en <span style="color:red">summa av många termer</span>. Men vad exakt är en term och hur ser den ut? När man pratar om polynom menar man med <span style="color:red">term</span> ett uttryck av formen:
+
[[Media: Lektion_1_Polynom_Rutac.pdf|<strong><span style="color:blue">Lektion 1 Polynom</span></strong>]]
  
−
::::::::::::::::<math> a \cdot x^n </math>
+
[[Media: Lektion_2_PolynomF_Rutab.pdf|<strong><span style="color:blue">Lektion 2 Polynom: Fördjupning</span></strong>]]
  
−
där <span style="color:red">n är ett positivt heltal eller 0</span>. Dvs n får varken vara negativt eller ett bråk (decimaltal). a är en godtycklig konstant som också kallas <span style="color:red">kofficient</span>. x däremot är en <span style="color:red">variabel</span> som kan anta vilka värden som helst. Ett exempel på en term är:
+
__TOC__
  
−
::::::::::::::::<math> -8 \cdot x^3 </math>
 
  
−
Om ett polynom ska vara en summa av många sådana termer då måste polynom vara en speciell form av ett uttryck. Och tilldelar man det till ett y blir det en speciell form av en <span style="color:red">funktion</span> därför att varje term innehåller variabeln x. Samma sak gäller förstås för en summa av termer. Polynom är en generalisering samt utvidgning av de typer av funktioner vi sysslat hittills med. I Matte A-kursen hade vi bara linjära eller 1:a gradsfunktioner av typ:
+
== Exempel på polynom ==
  
−
<math> y = 4\,x + 12 </math>  
+
Det kan vara bra att friska upp sina kunskaper om [[Potenser|<strong><span style="color:blue">potenser</span></strong>]] som kommer att användas i detta avsnitt. För att få en repetition om [[Potenser|<strong><span style="color:blue">potenser</span></strong>]] <-- klicka här!
  
−
Här förekommer variabeln <math> x </math> högst som 1:a gradspotens dvs med exponenten 1. Grafen är en rät linje. I Matte B-kursen gick vi ett steg längre och arbetade med 2:a gradsfunktioner av typ:
+
Du kommer väl ihåg från Matte 2c-kursen att uttrycken nedan kallas <strong><span style="color:red">polynom</span></strong>:  
 +
 +
::<math> 4\,x + 12 </math>
  
−
<math> y = 3\,x^2 + 5\,x - 16 </math>  
+
::<math> 3\,x^2 + 5\,x - 16 </math>
  
−
Variabeln <math> x </math> förekommer här högst som 2:a gradspotens dvs med exponenten 2. Grafen är en parabel. Redan dessa funktioner är polynom utan att vi kallade dem så eftersom de är summor av termer som uppfyller de begränsningar som vi införde för n - nämligen att vara ett positivt heltal eller 0. Men om du har det svårt att se att även konstanterna 12 och -16 i exemplen ovan är "termer" i den inledningsvis definierade bemärkelsen, kom ihåg att man kan skriva 12 som:
+
::<math> 8\,x^3 + 4\,x^2 - 7\,x + 6</math>
  
−
::::::::::::::::<math> 12 \cdot x^0 </math>
+
::<math> 3\,x^4 - 8\,x^3 + 12\,x^2 - 54\,x + 9 </math>  
  
−
därför att enligt [[1.6 Potenslagarna|potenslagarna]] är <math> x^0 = 1 </math>. Samma sak är det med -16 som också är en term därför att -16 kan anses som <math> -16 = -16 \cdot x^0 </math>.  
+
För läslighetens och strukturens skull brukar man inleda ett polynom med den högsta <math> \,x</math>-potensen och fortsätta i fallande ordning efter exponenterna.
  
−
I Matte C-kursen ska vi nu lära oss att hantera även polynom av högre grad än 2 som t.ex.:
 
  
−
<math> y = x^4 - 29\;x^2 + 100 </math> vars graf ser ut så här:  
+
<b>Uppgift:</b> Utveckla följande uttryck till ett polynom:
  
−
[[Image: 4-e_gradspolynom_70.jpg]]
+
::<math> 6\,x^3 - 4\,x^2\,(3\,x + 8) + 2\,x\,(5 + 9\,x) </math>
  
−
Det känns naturligt att kalla detta för ett 4:e gradspolynom vilket leder oss till det allmänna begreppet <span style="color:red">grad</span> av ett polynom.
+
<b>Lösning:</b> Vi löser upp parenteserna, sammanfogar de termer som går att sammanfoga och ordnar x-potenserna i fallande ordning:
  
−
== Ett polynoms grad ==
+
::<math> 6\,x^3 - 4\,x^2\,(3\,x + 8) + 2\,x\,(5 + 9\,x) = \,6\,x^3 -\,12\,x^3\,-\,32\,x^2 +\,10\,x\,+\,18\,x^2 = \underline{-6\,x^3 - 14\,x^2 +\,10\,x} </math>
 +
 
 +
Ordet <strong><span style="color:red">utveckla</span></strong> i exemplet ovan är ett matematiskt begepp och innebär att förenkla ett algebraiskt uttryck, bl.a. lösa upp alla parenteser, sammanfoga alla termer som går att sammanfoga och skriva resultatet som en summa av termer, helst ordnad efter x-potenser i avtagande ordning. Om begreppet [[1.1_Polynom#Allm.C3.A4n_definition|<strong><span style="color:blue">term</span></strong>]] se avsnittet [[1.1_Polynom#Allm.C3.A4n_definition|<strong><span style="color:blue">Allmän definition</span></strong>]] längre fram.
 +
 
 +
 
 +
==== Grad ====
 
   
 
   
−
Denna regel används när olika räkneoperationer är inblandade i ett [http://localhost/matte/index.php/2.2_Uttryck uttryck]. I uttrycket ovan är både addition och multiplikation inblandade. För varje räkneoperation vars symboler <math>+, -, \cdot\;</math> och <math>/\;</math> även kallas ''operatorer'' har man definierat en viss ''prioritet''. Man pratar om ''operatorprioritet'' - bara ett annat ord för räkneordning. Operatorn <math>\cdot\;</math> har högre prioritet än operatorn <math>+</math> dvs <math>\cdot\;</math> måste alltid räknas före <math>+</math> varför 3 gånger 5 måste räknas först och <math>6+15</math> sedan. För att visa hur man tänkt skriver man så här:
+
Den högsta förekommande exponenten till x-potenserna bland polynomets alla termer kallas polynomets <strong><span style="color:red">grad</span></strong>.  
  
−
<math>6+3\cdot5=6+15=21</math>
+
T.ex. har polynomet <math> x^4 - 29\;x^2 + 100 </math> graden 4 eftersom den största exponenten till x-potenserna är 4.
  
−
Att additionen <math>6+</math> måste vänta innebär just att man efter det första likhetstecknet måste upprepa <math>6+</math> för att säkerställa likhetens logik, dvs för att garantera att det verkligen står samma värde till vänster som till höger av likhetstecknet (se Exempel 1).
+
I de inledande exemplen ovan har polynomen graderna 1, 2, 3 och 4 i den ordning de är angivna.
  
−
Riktiga miniräknare följer prioritetsregeln ovan, men kanske inte räknaren i din mobiltelefon. Testa den räknare som du använder. Följer den regeln?  Om inte, är den värdelös. I så fall skaffa en räknare som gör det.
 
  
−
Självklart har man även kommit överens om de andra operatorernas prioritet:
+
==== Koefficienter ====
 +
 +
Talen framför <math> x</math>-potenserna kallas polynomets <strong><span style="color:red">koefficienter</span></strong>. 
  
−
== Addition och subtraktion av polynom ==
+
T.ex. har polynomet <math> 4\,x + 12 </math> koefficienterna <math>4\,</math> och <math>12\,</math>.
  
−
Om vi i det inledande exemplet sätter paranteser kan vi bryta prioritetsordningen och få 45:
+
Polynomet <math> 3\,x^2 + 5\,x - 16 </math> har koefficienterna <math>3, 5\,</math> och <math>-16\,</math>.
  
−
<math>(6+3)\cdot5=9\cdot5=45</math>
+
Om du undrar varför även konstanterna <math> 12\, </math> och <math> -16\, </math> i exemplen ovan anses som koefficienter, fast de inte står framför någon x-potens, i alla fall inte synligt, kom ihåg att <math> 12\, </math> kan skrivas som:
  
−
Parentesen tvingar oss här att först räkna <math>6+3</math> och sedan fortsätta med gånger 5 så att man får 45. Uttrycket till vänster är ett annat uttryck än det inledande exemplet. För att få det inledande exemplet måste paranteserna sättas så här:
+
::<math> 12 \cdot x^0 </math>
  
−
<math>6+(3\cdot5)=6+15=21</math>
+
Att man kan göra så beror på att <math> x^0 = 1\, </math> enligt [[Potenser#Potenslagarna|<strong><span style="color:blue">potenslagarna</span></strong>]]. Samma sak gäller för <math> -16\, </math> som också är en koefficient därför att <math> -16\, </math> kan skrivas som <math> -16\,x^0 </math>.
  
−
Nu är uttrycket till vänster identiskt med det inledande exemplet. Man kan också säga att det fanns i det inledande exemplet "osynliga" parenteser. Det är sådana som ''kan'' utelämnas utan att någon ändring sker. Nu har vi gjort dem synliga. De gör exakt samma sak som prioritetsregeln "multiplikation går före addition". Därför utelämnar man dem vanligtvis och låter prioritetsregeln göra jobbet. Men det är inte heller fel att skriva parenteserna för tydlighetens skull.
 
  
−
== Multiplikation av polynom ==
+
<b>Annat exempel:</b>
  
−
Det finns inte bara osynliga parenteser. Det är de som kan utelämnas utan problem. Det finns även osynliga multiplikationstecken. De kan också utelämnas utan att någon ändring av uttryckets värde förekommer. I exemplet ovan som inledde "Parenteser" kan man faktiskt utelämna multiplikationstecknet och skriva:
+
Observera att 4:e gradspolynomet:
  
−
<math>(6+3)\,5</math>
+
::<math> x^4 - 29\;x^2 + 100 </math>
  
−
som ger exakt samma värde 9 gånger 5 = 45 som ovan. Det gör man helt enkelt för att skriva lite mindre så att det blir enklare, av samma anledning förresten som för osynliga parenteser. Självklart kan man inte alltid utelämna multiplikationstecken, t.ex. inte mellan två rena siffror eller tal som ska multipliceras. Läsligheten får ju inte lida. I uttrycket <math>(6+3)\,5</math> är det parentesen som gör att multiplikationstecknet kan utelämnas. I sådana fall måste vi tänka oss först det osynliga multiplikationstecknet och räkna sedan. Se övning 5 i detta avsnitt.
+
har koefficienterna <math>1, 0, -29, 0\,</math> och <math>100\,</math>. Anledningen till <math>0\,</math>-koefficienterna är att <math>x^3\,</math> - och <math>x^1\,</math> -termerna saknas i polynomet. Dvs man skulle kunna skriva polynomet även så här:
  
−
== Exempel 1 ==
+
::<math> x^4 + 0\cdot x^3 - 29\;x^2 + 0\cdot x^1 + 100\cdot x^0 </math>
  
−
Vad ger följande uttryck?
+
För enkelhetens skull brukar man utelämna de termer som räknemässigt inte bidrar till polynomets värde. Men formellt är de där och bör tas hänsyn till när man räknar upp koefficienterna. På så sätt kan man alltid använda koefficientlistan som en definition på polynomet. Ett polynoms koefficienter definierar nämligen själva polynomet.
  
−
<math>12-2\cdot3+6</math>
 
  
−
Det vanligaste felet man gör är att börja räkna <math>12-2</math>. Istället för att börja räkna måste man titta på hela uttrycket. Då konstaterar man att det finns operatorer med olika prioriteter nämligen <math>+</math> och <math>\cdot\;</math> vilket innebär att prioritetsreglerna måste användas:
+
==== Ett polynoms värde ====
  
−
<math>12-2\cdot3+6=12-(2\cdot3)+6=12-6+6=12-0=12</math>
+
Eftersom ett polynom är en speciell form av ett uttryck är ett polynoms värde inget annat än uttryckets värde. Ett polynom har inget givet värde för sig utan får ett värde för något specificerat värde för <math>x\,</math>.
  
−
Parentesen är här endast till för att förtydliga hur man tänkt och räknat. Observera också likhetstecknets korrekta användning. Skriver man en kedja av likheter för att visa alla mellansteg måste man beakta att det verkligen står exakt samma sak på båda sidor av likhetstecknen. Därför måste t.ex. talet 12 upprepas i alla mellansteg ända till slutet för att upprätthålla likheterna, även om man inte räknar med 12 förrän i det allra sista steget. Genom skicklig användning av räkneordning kan man minimera räknearbetet.
 
  
−
== Exempel 2 ==
+
<b>Uppgift:</b> Följande polynom är givet:
  
−
Här har vi ett lite större uttryck med parenteser:
+
::<math> 8\,x^3 - 4\,x </math>
  
−
<math>(50+14)-8\cdot3+4</math>
+
Beräkna polynomets värde för <math> x = 0,5\, </math>.
  
−
Om vi endast tillämpar det vi lärt oss i det här avsnittet dvs räknar först multiplikationen blir lösningen följande:  
+
<b>Lösning:</b> Vi sätter in <math> 0,5\,</math> för <math>x\,</math> i polynomets alla termer och beräknar polynomets värde:
  
−
<math>(50+14)-8\cdot3+4 = (50+14)-24+4 = 64-24+4 = 40+4 = 44</math>
+
::<math> 8 \cdot 0,5^3 - 4 \cdot 0,5 = 8 \cdot 0,125 - 2 = 1 - 2 = -1 \,</math>
  
−
Men även följande lösning är helt korrekt:
+
Det givna polynomets värde för <math> x = 0,5\, </math> är <math> -1\,</math>. För andra värden på <math>x\,</math> kommer polynomet att ha andra värden.
  
−
<math>(50+14)-8\cdot3+4 = 64-8\cdot3+4 = 64-24+4 = 40+4 = 44</math>
 
  
−
Här har man löst upp parentesen först vilket inte alls står i motsägelse till prioritetsreglerna. Inom parentesen finns ju ingen annan operator än <math>+</math> så att det inte uppstår något problem vad gäller operatorprioritet. I nästa steg räknas 8 gånger 3 först och dras av sedan från 64. Viktigt är att man efter första likhetstecknet inte begår felet att räkna <math>64-8</math> utan tar först 8 gånger 3.
+
== Att räkna med polynom ==
  
−
Frågan som uppstår nu är: Vilken av de två lösningarna ovan är bättre? Just i det här exemplet spelar det ingen roll. Men generellt kommer vi att se att det i större sammanhang är bättre att lösa upp paranteser först, dvs att räkna deras innehåll så att man kan ta bort dem. Sedan kan man följa operatorernas prioritetsregler.
+
Man räknar med polynom precis på samma sätt som man gör det med uttryck därför att polynom är en speciell form av uttryck. Man kan addera, subtrahera och multiplicera polynom med varandra. Resultatet blir ett nytt polynom.
  
−
== Exempel 3 ==
+
<big><b>Sats: Summan, differensen och produkten av polynom är alltid ett polynom.</b></big>
  
−
'''Problem:''' Beräkna utan miniräknare:  
+
<big><b>Ex.:</b></big> Två polynom är givna:
  
−
<math>24 - (8-4) - 36/6 + 5\cdot4</math>
+
::<math> 6\,x^2 + 2\,x - 3 </math>
 +
::<math> -6\,x^2 - 3\,x + 4 </math>
  
−
'''Svar:''' 34
+
Bilda deras summa, differens och produkt.
  
−
'''Lösning:'''
+
<u><big>Summa = resultat av addition:</big></u> 
 +
 
 +
<math> (6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3)\,+\,(-6\,x^2\,-\,3\,x\,+\,4) = 6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3\,-\,6\,x^2\,-\,3\,x\,+\,4 = \underline{-\,x\,+\,1} </math>
 +
 
 +
<u><big>Differens = resultat av subtraktion:</big></u>
 +
 
 +
<math> (6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3)\,-\,(-6\,x^2\,-\,3\,x\,+\,4) = 6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3\,+\,6\,x^2\,+\,3\,x\,-\,4 = \underline{12\,x^2\,+\,5\,x\,-\,7}</math>
 +
 
 +
<u><big>Produkt = resultat av multiplikation:</big></u>
 +
 
 +
<math> (6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3)\,\cdot\,(-6\,x^2\,-\,3\,x\,+\,4) = -36\,x^4\,-\,18\,x^3\,+\,24\,x^2\,-\,12\,x^3\,-\,6\,x^2\,+\,8\,x\,+\,18\,x^2\,+\,9\,x\,-\,12 = \underline{-36\,x^4\,-\,30\,x^3\,+\,36\,x^2\,+\,17\,x\,-\,12} </math>
 +
 
 +
Det man gör här hela tiden är att först lösa upp parenteserna och sedan sammanfoga de termer som går att sammanfoga, det är de termer som har samma exponent. Att lösa upp parenteserna innebär i additionsexemplet att ta bort parenteserna utan åtgärd. Vid subtraktion däremot måste man vända om alla förtecken i den parentes som minustecknet står framför, allt enligt algebrans lagar för <math> + </math> och <math> - </math> . Vid multiplikation multipliceras varje term i den första parentesen in i den andra parentesen, dvs med alla termer i den, allt enligt algebrans distributivlag.
 +
 
 +
Som man ser blir alla resultat polynom. Vid addition och subtraktion blir resultatens grad samma eller mindre än utgångspolynomen. I additionsexemplet blir graden mindre eftersom de kvadratiska termerna tar ut varandra. Multiplikationen däremot förstorar graden. I vårt exempel är faktorerna 2:a gradspolynom medan deras produkt blir av graden 4. Generellt gäller det att produktpolynomets grad blir m + n om faktorernas grader är m och n, vilket är en konsekvens av första potenslagen.
 +
 
 +
<big><b>Sats: Kvoten (resultatet av division) av två polynom är i regel inget polynom.</b></big>
 +
 
 +
Till skillnad från addition, subtraktion och multiplikation av två (eller flera) polynom som alltid ger ett polynom, ger division av två polynom i regel inte ett polynom.
 +
 
 +
Det enklaste exemplet är kvoten mellan polynomet <math> 1 \, </math> (av graden 0) och polynomet <math> x \, </math> (av graden 1) dvs:
 +
 
 +
::::<math> 1 \over x </math>
 +
 
 +
Men detta uttryck är enligt [[Potenser#Potenslagarna|<strong><span style="color:blue">potenslagarna</span></strong>]] identiskt med:
 +
 
 +
::::<math> x^{-1}\, </math>
 +
 
 +
Man ser att exponenten är negativ. Men i ett polyom får exponenterna till <math> x</math>-potenserna inte vara negativa. Därför är uttrycket ovan inget polynom - ett exempel på att kvoten av två polynom i regel inte är polynom.
 +
 
 +
Division av polynom leder oss till en ny klass av uttryck som <big><big><math> 1 \over x </math></big></big> är ett exempel på. Denna nya klass av uttryck kallas [[1.3 Rationella uttryck|<strong><span style="color:blue">rationella uttryck</span></strong>]] och kommer att behandlas i [[1.3 Rationella uttryck|<strong><span style="color:blue">avsnitt 1.3</span></strong>]].
 +
 
 +
 
 +
== Allmän definition ==
 +
 +
Ordet poly betyder på latin många och nom betyder term. Så polynom är närmare bestämt en <strong><span style="color:red">summa av många termer</span></strong>. Ett exempel på <strong><span style="color:red">term</span></strong> är följande:
 +
 
 +
::::<math> 8 \cdot x^3 </math>
 +
 
 +
dvs en konstant gånger en x-potens. Generellt ser en term ut så här:
 +
 
 +
::::<math> a \cdot x^n </math>
 +
 
 +
Som en summa av många sådana termer är ett polynom en speciell form av ett algebraiskt uttryck. Generellt har ett polynom av grad <math>n\,</math> följande form:
 +
 
 +
 
 +
<div class="border-div">
 +
<big><math> a_n \cdot x^n + a_{n-1} \cdot x^{n-1} + \quad \ldots \quad + a_1 \cdot x + a_0 {\color{White} x} , \quad
 +
{\rm där } \quad n\,= {\rm {\color{Red} {positivt\;heltal}}\;eller\;{\color{Red} 0}\,.} </math></big>
 +
</div>
 +
 
 +
 
 +
<strong><span style="color:red">Koefficienterna</span></strong> <math> \, {\color {Red} {a_n}} </math> är godtyckliga kända konstanter, medan <math>x\,</math> är en variabel som kan anta vilka värden som helst. <math> a_0\, </math> kallas polynomets <strong><span style="color:red">konstanta term</span></strong>.
 +
 
 +
Det nedsänkta <math>\,{\color {Red} {_n}}</math>-et i <math>a_n\,</math> är en del av beteckningen och kallas <strong><span style="color:red">index</span></strong> (subscript, skrivet nedsänkt). Indicerade beteckningar används i olika sammanhang, här för att associera koefficienten till <math>\,x</math>-potensens exponent. Generellt definierar ett polynoms koefficienter själva polynomet.
 +
 
 +
Enligt definitionen ovan får <math>n\,</math> och därmed alla exponenter i ett polynom varken vara negativa eller bråk (decimaltal). De måste vara positiva heltal eller 0.
 +
 
 +
 
 +
=== Exempel ===
 +
 
 +
:5:e gradspolynomet <math> x^5 + 3\,x^4 - 8\,x^3 - 54\,x + 9 </math>
 +
 
 +
har koefficienterna:
 +
 
 +
::<math>a_5 = 1 \; , \qquad a_4 = 3 \; , \qquad a_3 = -8 \; , \qquad a_2 = 0 \; , \qquad a_1 = -54 \; , \qquad a_0 = 9</math>
 +
 
 +
<b>Viktig konvention:</b> Ur ren beräkningssynpunkt är det irrelevant i vilken ordning man skriver ett polynoms termer. Men som det sades inledningsvis brukar man börja med den term som har den högsta <math> x</math>-potensen, skriva termerna i avtagande exponentordning och avsluta med den konstanta termen, för att höja läsligheten och hålla sig till en bra struktur.
 +
 
 +
 
 +
=== Exempel på icke-polynom ===
 +
 
 +
Följande uttryck är inga polynom:
 +
 
 +
::::<math> 1 \over x </math>
 +
 
 +
::::<math> \sqrt x </math>
 +
 
 +
::::<math> a^x \quad , \quad a = {\rm const.} </math>
 +
 
 +
Enligt definition är ett uttryck inget polynom om <math> \, x</math> har en negativ exponent eller ett bråk som exponent. Det gäller <big><big><math> 1 \over x </math></big></big> <math> = x^{-1}\, </math> och <math> \sqrt x = x^{1\over2} </math>. Därför är de inga polynom. I polynom får inte heller variabeln <math> x </math> förekomma i exponenten. Därför är <math> \, a^x </math> inget polynom. Självfallet kan inte heller sådana uttryck som innehåller <big><big><math> 1 \over x </math></big></big>, <math> \sqrt x </math> eller <math> a^x </math> vara polynom.
 +
 
 +
== Ett polynoms nollställen (rötter) ==
 +
 
 +
När polynomets värde blir <math> 0\,</math> kallar man de <math> x\,</math> för vilka polynomets värde blir <math> 0\,</math>, <strong><span style="color:red">polynomets nollställen</span></strong>. Nollställe är i polynomsammanhang synonym till <strong><span style="color:red">rot</span></strong>. Se även [[1.2_Faktorisering_av_polynom#Rotens_olika_betydelser|<strong><span style="color:blue">rotens olika betydelser</span></strong>]].
 +
 
 +
Till skillnad från polynomets värde där vi satt in ett tal för <math> x\,</math> och fick ett värde för polynomet, måste vi nu vända på steken och sätta polynomet till värdet <math> 0\,</math> och beräkna <math> x\,</math>. Det är en mycket svårare uppgift eftersom vi måste lösa en ekvation som i regel är av högre grad. Vi är ju ute efter de <math> x\,</math> för vilka ett polynom av en viss grad blir <math> 0\,</math>. Dessa <math> x\,</math> är polynomets nollställen. Därför kan ett polynom ha flera nollställen medan ett polynoms värde är alltid unikt.
 +
 
 +
==== Exempel ====
 +
 
 +
Bestäm alla nollställen till polynomet <math> 5\,x^2 -\,20\,x </math>.
 +
 
 +
Att beräkna polynomets nollställen innebär att sätta polynomet till 0 och lösa följande ekvation:
 +
 
 +
::<math> 5\,x^2 -\,20\,x = 0 </math>
 +
 
 +
Eftersom vänsterledet saknar konstant term kan man bryta ut x som är den gemensamma faktorn i båda termer för att sedan kunna använda nollproduktmetoden:
 +
 
 +
::<math>\begin{align} 5\,x^2 -\,20\,x & = 0        \\
 +
                    x\,(5\,x -\,20) & = 0        \\
 +
                                x_1 & = 0        \\
 +
                      5\,x_2 -\,20 & = 0        \\
 +
                                x_2 & = 4        \\
 +
    \end{align}</math>
 +
 
 +
Polynomets nollställen eller rötter är alltså <math> x_1 = 0\, </math> och <math> x_2 = 4\, </math>.
  
−
<math>24\,-\,(8-4)\,-\,36/6\,+\,5\,\cdot\,4\;=\;24\,-\,4\,-\,6\,+\,20\;=\;20\,-\,6\,+\,20\;=\;14\,+\,20\;=\;34</math>
 
  
−
Här har vi förkortat lösningen genom att sammanfatta beräkningen av parentesen, divisionen och multiplikationen i det första mellansteget.
 
  
 
== Internetlänkar ==
 
== Internetlänkar ==
−
http://www.youtube.com/watch?v=doxCjrqxoRM
 
  
−
http://www.mathgoodies.com/lessons/vol7/order_operations.html
+
http://www.mathsisfun.com/algebra/polynomials.html
 +
 
 +
http://www.youtube.com/watch?v=IDpnNnjFB1c
 +
 
 +
http://www.coolmath.com/algebra/algebra-practice-polynomials.html
 +
 
 +
http://www.wtamu.edu/academic/anns/mps/math/mathlab/col_algebra/col_alg_tut6_poly.htm
 +
 
 +
http://tutorial.math.lamar.edu/Classes/Alg/Polynomials.aspx
 +
 
 +
 
 +
 
  
−
http://math.about.com/gi/dynamic/offsite.htm?site=http://www.funbrain.com/algebra/
+
[[Matte:Copyrights|Copyright]] © 2011-2014 Taifun Alishenas. All Rights Reserved.

Nuvarande version från 23 oktober 2014 kl. 11.16

       Repetition: Algebra          Teori          Övningar          Fördjupning          Nästa avsnitt -->      


Lektion 1 Polynom

Lektion 2 Polynom: Fördjupning


Exempel på polynom

Det kan vara bra att friska upp sina kunskaper om potenser som kommer att användas i detta avsnitt. För att få en repetition om potenser <-- klicka här!

Du kommer väl ihåg från Matte 2c-kursen att uttrycken nedan kallas polynom:

\[ 4\,x + 12 \]
\[ 3\,x^2 + 5\,x - 16 \]
\[ 8\,x^3 + 4\,x^2 - 7\,x + 6\]
\[ 3\,x^4 - 8\,x^3 + 12\,x^2 - 54\,x + 9 \]

För läslighetens och strukturens skull brukar man inleda ett polynom med den högsta \( \,x\)-potensen och fortsätta i fallande ordning efter exponenterna.


Uppgift: Utveckla följande uttryck till ett polynom:

\[ 6\,x^3 - 4\,x^2\,(3\,x + 8) + 2\,x\,(5 + 9\,x) \]

Lösning: Vi löser upp parenteserna, sammanfogar de termer som går att sammanfoga och ordnar x-potenserna i fallande ordning:

\[ 6\,x^3 - 4\,x^2\,(3\,x + 8) + 2\,x\,(5 + 9\,x) = \,6\,x^3 -\,12\,x^3\,-\,32\,x^2 +\,10\,x\,+\,18\,x^2 = \underline{-6\,x^3 - 14\,x^2 +\,10\,x} \]

Ordet utveckla i exemplet ovan är ett matematiskt begepp och innebär att förenkla ett algebraiskt uttryck, bl.a. lösa upp alla parenteser, sammanfoga alla termer som går att sammanfoga och skriva resultatet som en summa av termer, helst ordnad efter x-potenser i avtagande ordning. Om begreppet term se avsnittet Allmän definition längre fram.


Grad

Den högsta förekommande exponenten till x-potenserna bland polynomets alla termer kallas polynomets grad.

T.ex. har polynomet \( x^4 - 29\;x^2 + 100 \) graden 4 eftersom den största exponenten till x-potenserna är 4.

I de inledande exemplen ovan har polynomen graderna 1, 2, 3 och 4 i den ordning de är angivna.


Koefficienter

Talen framför \( x\)-potenserna kallas polynomets koefficienter.

T.ex. har polynomet \( 4\,x + 12 \) koefficienterna \(4\,\) och \(12\,\).

Polynomet \( 3\,x^2 + 5\,x - 16 \) har koefficienterna \(3, 5\,\) och \(-16\,\).

Om du undrar varför även konstanterna \( 12\, \) och \( -16\, \) i exemplen ovan anses som koefficienter, fast de inte står framför någon x-potens, i alla fall inte synligt, kom ihåg att \( 12\, \) kan skrivas som:

\[ 12 \cdot x^0 \]

Att man kan göra så beror på att \( x^0 = 1\, \) enligt potenslagarna. Samma sak gäller för \( -16\, \) som också är en koefficient därför att \( -16\, \) kan skrivas som \( -16\,x^0 \).


Annat exempel:

Observera att 4:e gradspolynomet:

\[ x^4 - 29\;x^2 + 100 \]

har koefficienterna \(1, 0, -29, 0\,\) och \(100\,\). Anledningen till \(0\,\)-koefficienterna är att \(x^3\,\) - och \(x^1\,\) -termerna saknas i polynomet. Dvs man skulle kunna skriva polynomet även så här:

\[ x^4 + 0\cdot x^3 - 29\;x^2 + 0\cdot x^1 + 100\cdot x^0 \]

För enkelhetens skull brukar man utelämna de termer som räknemässigt inte bidrar till polynomets värde. Men formellt är de där och bör tas hänsyn till när man räknar upp koefficienterna. På så sätt kan man alltid använda koefficientlistan som en definition på polynomet. Ett polynoms koefficienter definierar nämligen själva polynomet.


Ett polynoms värde

Eftersom ett polynom är en speciell form av ett uttryck är ett polynoms värde inget annat än uttryckets värde. Ett polynom har inget givet värde för sig utan får ett värde för något specificerat värde för \(x\,\).


Uppgift: Följande polynom är givet:

\[ 8\,x^3 - 4\,x \]

Beräkna polynomets värde för \( x = 0,5\, \).

Lösning: Vi sätter in \( 0,5\,\) för \(x\,\) i polynomets alla termer och beräknar polynomets värde:

\[ 8 \cdot 0,5^3 - 4 \cdot 0,5 = 8 \cdot 0,125 - 2 = 1 - 2 = -1 \,\]

Det givna polynomets värde för \( x = 0,5\, \) är \( -1\,\). För andra värden på \(x\,\) kommer polynomet att ha andra värden.


Att räkna med polynom

Man räknar med polynom precis på samma sätt som man gör det med uttryck därför att polynom är en speciell form av uttryck. Man kan addera, subtrahera och multiplicera polynom med varandra. Resultatet blir ett nytt polynom.

Sats: Summan, differensen och produkten av polynom är alltid ett polynom.

Ex.: Två polynom är givna:

\[ 6\,x^2 + 2\,x - 3 \]
\[ -6\,x^2 - 3\,x + 4 \]

Bilda deras summa, differens och produkt.

Summa = resultat av addition:

\( (6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3)\,+\,(-6\,x^2\,-\,3\,x\,+\,4) = 6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3\,-\,6\,x^2\,-\,3\,x\,+\,4 = \underline{-\,x\,+\,1} \)

Differens = resultat av subtraktion:

\( (6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3)\,-\,(-6\,x^2\,-\,3\,x\,+\,4) = 6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3\,+\,6\,x^2\,+\,3\,x\,-\,4 = \underline{12\,x^2\,+\,5\,x\,-\,7}\)

Produkt = resultat av multiplikation:

\( (6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3)\,\cdot\,(-6\,x^2\,-\,3\,x\,+\,4) = -36\,x^4\,-\,18\,x^3\,+\,24\,x^2\,-\,12\,x^3\,-\,6\,x^2\,+\,8\,x\,+\,18\,x^2\,+\,9\,x\,-\,12 = \underline{-36\,x^4\,-\,30\,x^3\,+\,36\,x^2\,+\,17\,x\,-\,12} \)

Det man gör här hela tiden är att först lösa upp parenteserna och sedan sammanfoga de termer som går att sammanfoga, det är de termer som har samma exponent. Att lösa upp parenteserna innebär i additionsexemplet att ta bort parenteserna utan åtgärd. Vid subtraktion däremot måste man vända om alla förtecken i den parentes som minustecknet står framför, allt enligt algebrans lagar för \( + \) och \( - \) . Vid multiplikation multipliceras varje term i den första parentesen in i den andra parentesen, dvs med alla termer i den, allt enligt algebrans distributivlag.

Som man ser blir alla resultat polynom. Vid addition och subtraktion blir resultatens grad samma eller mindre än utgångspolynomen. I additionsexemplet blir graden mindre eftersom de kvadratiska termerna tar ut varandra. Multiplikationen däremot förstorar graden. I vårt exempel är faktorerna 2:a gradspolynom medan deras produkt blir av graden 4. Generellt gäller det att produktpolynomets grad blir m + n om faktorernas grader är m och n, vilket är en konsekvens av första potenslagen.

Sats: Kvoten (resultatet av division) av två polynom är i regel inget polynom.

Till skillnad från addition, subtraktion och multiplikation av två (eller flera) polynom som alltid ger ett polynom, ger division av två polynom i regel inte ett polynom.

Det enklaste exemplet är kvoten mellan polynomet \( 1 \, \) (av graden 0) och polynomet \( x \, \) (av graden 1) dvs:

\[ 1 \over x \]

Men detta uttryck är enligt potenslagarna identiskt med:

\[ x^{-1}\, \]

Man ser att exponenten är negativ. Men i ett polyom får exponenterna till \( x\)-potenserna inte vara negativa. Därför är uttrycket ovan inget polynom - ett exempel på att kvoten av två polynom i regel inte är polynom.

Division av polynom leder oss till en ny klass av uttryck som \( 1 \over x \) är ett exempel på. Denna nya klass av uttryck kallas rationella uttryck och kommer att behandlas i avsnitt 1.3.


Allmän definition

Ordet poly betyder på latin många och nom betyder term. Så polynom är närmare bestämt en summa av många termer. Ett exempel på term är följande:

\[ 8 \cdot x^3 \]

dvs en konstant gånger en x-potens. Generellt ser en term ut så här:

\[ a \cdot x^n \]

Som en summa av många sådana termer är ett polynom en speciell form av ett algebraiskt uttryck. Generellt har ett polynom av grad \(n\,\) följande form:


\( a_n \cdot x^n + a_{n-1} \cdot x^{n-1} + \quad \ldots \quad + a_1 \cdot x + a_0 {\color{White} x} , \quad {\rm där } \quad n\,= {\rm {\color{Red} {positivt\;heltal}}\;eller\;{\color{Red} 0}\,.} \)


Koefficienterna \( \, {\color {Red} {a_n}} \) är godtyckliga kända konstanter, medan \(x\,\) är en variabel som kan anta vilka värden som helst. \( a_0\, \) kallas polynomets konstanta term.

Det nedsänkta \(\,{\color {Red} {_n}}\)-et i \(a_n\,\) är en del av beteckningen och kallas index (subscript, skrivet nedsänkt). Indicerade beteckningar används i olika sammanhang, här för att associera koefficienten till \(\,x\)-potensens exponent. Generellt definierar ett polynoms koefficienter själva polynomet.

Enligt definitionen ovan får \(n\,\) och därmed alla exponenter i ett polynom varken vara negativa eller bråk (decimaltal). De måste vara positiva heltal eller 0.


Exempel

5:e gradspolynomet \( x^5 + 3\,x^4 - 8\,x^3 - 54\,x + 9 \)

har koefficienterna:

\[a_5 = 1 \; , \qquad a_4 = 3 \; , \qquad a_3 = -8 \; , \qquad a_2 = 0 \; , \qquad a_1 = -54 \; , \qquad a_0 = 9\]

Viktig konvention: Ur ren beräkningssynpunkt är det irrelevant i vilken ordning man skriver ett polynoms termer. Men som det sades inledningsvis brukar man börja med den term som har den högsta \( x\)-potensen, skriva termerna i avtagande exponentordning och avsluta med den konstanta termen, för att höja läsligheten och hålla sig till en bra struktur.


Exempel på icke-polynom

Följande uttryck är inga polynom:

\[ 1 \over x \]
\[ \sqrt x \]
\[ a^x \quad , \quad a = {\rm const.} \]

Enligt definition är ett uttryck inget polynom om \( \, x\) har en negativ exponent eller ett bråk som exponent. Det gäller \( 1 \over x \) \( = x^{-1}\, \) och \( \sqrt x = x^{1\over2} \). Därför är de inga polynom. I polynom får inte heller variabeln \( x \) förekomma i exponenten. Därför är \( \, a^x \) inget polynom. Självfallet kan inte heller sådana uttryck som innehåller \( 1 \over x \), \( \sqrt x \) eller \( a^x \) vara polynom.

Ett polynoms nollställen (rötter)

När polynomets värde blir \( 0\,\) kallar man de \( x\,\) för vilka polynomets värde blir \( 0\,\), polynomets nollställen. Nollställe är i polynomsammanhang synonym till rot. Se även rotens olika betydelser.

Till skillnad från polynomets värde där vi satt in ett tal för \( x\,\) och fick ett värde för polynomet, måste vi nu vända på steken och sätta polynomet till värdet \( 0\,\) och beräkna \( x\,\). Det är en mycket svårare uppgift eftersom vi måste lösa en ekvation som i regel är av högre grad. Vi är ju ute efter de \( x\,\) för vilka ett polynom av en viss grad blir \( 0\,\). Dessa \( x\,\) är polynomets nollställen. Därför kan ett polynom ha flera nollställen medan ett polynoms värde är alltid unikt.

Exempel

Bestäm alla nollställen till polynomet \( 5\,x^2 -\,20\,x \).

Att beräkna polynomets nollställen innebär att sätta polynomet till 0 och lösa följande ekvation:

\[ 5\,x^2 -\,20\,x = 0 \]

Eftersom vänsterledet saknar konstant term kan man bryta ut x som är den gemensamma faktorn i båda termer för att sedan kunna använda nollproduktmetoden:

\[\begin{align} 5\,x^2 -\,20\,x & = 0 \\ x\,(5\,x -\,20) & = 0 \\ x_1 & = 0 \\ 5\,x_2 -\,20 & = 0 \\ x_2 & = 4 \\ \end{align}\]

Polynomets nollställen eller rötter är alltså \( x_1 = 0\, \) och \( x_2 = 4\, \).


Internetlänkar

http://www.mathsisfun.com/algebra/polynomials.html

http://www.youtube.com/watch?v=IDpnNnjFB1c

http://www.coolmath.com/algebra/algebra-practice-polynomials.html

http://www.wtamu.edu/academic/anns/mps/math/mathlab/col_algebra/col_alg_tut6_poly.htm

http://tutorial.math.lamar.edu/Classes/Alg/Polynomials.aspx



Copyright © 2011-2014 Taifun Alishenas. All Rights Reserved.

Hämtad från "https://matte5.mathonline.se/index.php?title=1.1_Polynom&oldid=16538"