1.59 Многочлены

Умножение многочлена на многочлен

Чтобы умножить многочлен на многочлен, нужно каждый член первого многочлена умножить на каждый член второго многочлена и полученные произведения сложить.

Например, умножим многочлен x + 3 на y + 4

Заключим в скобки каждый многочлен и объединим их знаком умножения ×

(x + 3) × (y + 4)

Либо запишем их друг за другом без знака ×. Это тоже будет означать умножение:

(x + 3)(y + 4)

Теперь умножим каждый член первого многочлена (x + 3) на каждый член второго многочлена (y + 4). Здесь опять же будет применяться распределительный закон умножения:

(a + b)c= ac + bc

Отличие в том, что у нас вместо переменной c имеется многочлен (y + 4), состоящий из членов y и 4. Наша задача умножить (x + 3) сначала на y, затем на 4. Чтобы не допустить ошибку, можно представить, что члена 4 пока не существует вовсе. Для этого его можно закрыть рукой:

x na 3 na y na 4 step 1

Получаем привычное для нас умножение многочлена на одночлен. А именно, умножение многочлена (x + 3) на одночлен y. Выполним это умножение:

(x + 3)(y + 4) = xy + 3y

Мы умножили (x + 3) на y. Теперь осталось умножить (x + 3) на 4. Для этого умножаем каждый член многочлена (x + 3) на одночлен 4. На этот раз в исходном выражении (x + 3)(y + 4) рукой закроем y, поскольку на него мы уже умножали многочлен (x + 3)

x na 3 na y na 4 step 2

Получаем умножение многочлена (x + 3) на одночлен 4. Выполним это умножение. Умножение необходимо продолжать в исходном примере (x + 3)(y + 4) = xy + 3y

(x + 3)(y + 4) = xy + 3y + 4x + 12

Таким образом, при умножении многочлена (x + 3) на многочлен (y + 4) получается многочлен xy + 3y + 4x + 12.

По другому умножение многочлена на многочлен можно выполнить ещё так: каждый член первого многочлена умножить на второй многочлен целиком и полученные произведения сложить.

Решим предыдущий пример, воспользовавшись этим способом. Умножим каждый член многочлена x + 3 на весь многочлен y + 4 целиком и сложим полученные произведения:

(x + 3)(y + 4) = x(y + 4) + 3(y + 4)

В результате приходим к умножению одночлена на многочлен, которое мы изучили ранее. Выполним это умножение:

(x + 3)(y + 4) = x(y + 4) + 3(y + 4) = xy + 4x + 3y + 12

Получится тот же результат что и раньше, но члены полученного многочлена будут располагаться немного по другому.

Умножение многочлена на многочлен имеет геометрический смысл. Допустим, имеется прямоугольник, длина которого a и ширина b

пр ab na xy рис 1

Площадь этого прямоугольника будет равна a × b.

Увеличим длину данного прямоугольника на x, а ширину на y

пр ab na xy рис 2

Достроим отсутствующие стороны и закрасим для наглядности получившиеся прямоугольники:

пр ab na xy рис 3

Теперь вычислим площадь получившегося большого прямоугольника. Для этого вычислим по отдельности площадь каждого прямоугольника, входящего в этот большой прямоугольник и сложим полученные результаты. Площадь жёлтого прямоугольника будет равна ab, площадь серого xb, площадь фиолетового ay, площадь розового xy

ab + xb + ay + xy

А это всё равно что умножить длину получившегося большого прямоугольника на его ширину. Длина в данном случае это a + x, а ширина b + y

(a + x)(b + y)

То есть выражения (a + x)(b + y) и ab + xb + ay + xy тождественно равны

(a + x)(b + y) = ab + xb + ay + xy

Представим, что у нас имелся прямоугольник, длиной 6 см и шириной 3 см, и мы увеличили его длину на 2 см, а ширину на 1 см

пр 62 и 31 шаг 1

Достроим отсутствующие стороны и закрасим для наглядности получившиеся прямоугольники:

пр 62 и 31 шаг 2

Площадь получившегося большого прямоугольника будет равна (6 + 2)(3 + 1) или сумме площадей прямоугольников, входящих в большой прямоугольник: 6 × 3 + 2 × 3 + 6 × 1 + 2 × 1. В обоих случаях получим один и тот же результат 32

(6 + 2)(3 + 1) = 32

6 × 3 + 2 × 3 + 6 × 1 + 2 × 1 = 32

Поэтому,

(6 + 2)(3 + 1) = 6 × 3 + 2 × 3 + 6 × 1 + 2 × 1 = 18 + 6 + 6 + 2 = 32

Действительно, в получившемся большом прямоугольнике содержится тридцать два квадратных сантиметра:

пр 62 и 31 шаг 3

Пример 2. Умножить многочлен a + b на c + d

Заключим исходные многочлены в скобки и запишем их друг за другом:

(a + b)(c + d)

Теперь умножим каждый член первого многочлена (a + b) на каждый член второго многочлена (c + d)

(a + b)(c + d) = ac + bc + ad + bd

Пример 4. Выполнить умножение (−x − 2y)(x + 2y2)

Умножим каждый член многочлена (−x − 2y) на каждый член многочлена (x + 2y2)

(−x − 2y)(x + 2y2) = −x2 − 2xy − 2xy2 − 4y3

Результат перемножения членов нужно записывать вместе со знаками этих членов. Рассмотрим поэтапно, как был решён данный пример.

Итак, требуется умножить многочлен (−x − 2y) на многочлен (x + 2y2). Сначала надо умножить многочлен (−x − 2y) на первый член многочлена (x + 2y2), то есть на x.

Умножаем −x на x, получаем −x2. В исходном выражении (−x − 2y)(x + 2y2) ставим знак равенства и записываем −x2

(−x − 2y)(x + 2y2) = −x2

После этого в исходном выражении никаких знаков ставить нельзя. Нужно сразу приступать к следующему умножению. А именно умножению −2y на x . Получится −2xy. Этот результат является отрицательным, то есть со знаком минус. В исходном выражении записываем результат −2xy сразу после члена −x2

(−x − 2y)(x + 2y2) = −x2 − 2xy

Теперь умножаем многочлен (−x − 2y) на второй член многочлена (x + 2y2), то есть на 2y2

Умножаем −x на 2y2, получаем −2xy2. В исходном выражении записываем этот результат сразу после члена −2xy

(−x − 2y)(x + 2y2) = −x2 − 2xy − 2xy2

Приступаем к следующему умножению. А именно умножению −2y на 2y2. Получаем −4y3. В исходном выражении этот результат записываем вместе со своим минусом сразу после члена −2xy2

(−x − 2y)(x + 2y2) = −x2 − 2xy − 2xy2 − 4y3

Пример 5. Выполнить умножение (4a2 + 2ab − b2)(2a − b)

Умножим каждый член многочлена (4a2 + 2ab − b2) на каждый член многочлена (2a − b)

4a2na2ab-b2 na2a-b решение 0

В получившемся выражении можно привести подобные слагаемые:

4a2na2ab-b2 na2a-b решение

Пример 6. Выполнить умножение −(a + b)(с − d)

В этот раз перед скобками располагается минус. Этот минус является коэффициентом −1. То есть исходное выражение является произведением трёх сомножителей: −1, многочлена (a + b) и многочлена (с − d).

−1(a + b)(с − d)

Согласно сочетательному закону умножения, если выражение состоит из нескольких сомножителей, то его можно вычислять в любом порядке.

Поэтому сначала можно перемножить многочлены (a + b) и (с − d) и полученный в результате многочлен умножить на −1. Перемножение многочленов (a + b) и (с − d) нужно выполнять в скобках

−1(a + b)(с − d) = −1(ac + bc − ad − bd)

Теперь перемножаем −1 и многочлен (ac + bc − ad − bd). В результате все члены многочлена (ac + bc − ad − bd) поменяют свои знаки на противоположные:

−1(a + b)(с − d) = −1(ac + bc − ad − bd) = −ac − bc + ad + bd

Либо можно было перемножить −1 с первым многочленом (a + b) и результат перемножить с многочленом (с − d)

−1(a + b)(с − d) = (−a − b)(с − d) = −ac − bc + ad + bd

Пример 7. Выполнить умножение x2(x + 5)(x − 3)

Сначала перемножим многочлены (x + 5) и (x − 3), затем полученный в результате многочлен перемножим с x2

x2 na xna5 na x-3 решение

Пример 8. Выполнить умножение (a + 1)(a + 2)(a + 3)

Сначала перемножим многочлены (a + 1) и (a + 2), затем полученный многочлен перемножим с многочленом (a + 3)

Итак, перемножим (a + 1) и (a + 2)

ana1 na ana2 na ana3 решение 0

Полученный многочлен (a2 + a + 2a + 2) перемножим с (a + 3)

ana1 na ana2 na ana3 решение

Если быстрое перемножение многочленов на первых порах даётся тяжело, можно воспользоваться подробным решением, суть которого заключается в том, чтобы записать, как каждый член первого многочлена умножается на весь второй многочлен целиком. Такая запись хоть и занимает место, но позволяет свести к минимуму допущение ошибок.

Например, выполним умножение (a + b)(c + d)

Запишем как каждый член многочлена a + b умножается на весь многочлен c + d целиком. В результате придём к умножению одночлена на многочлен, выполнять которое проще:

(a + b)(c + d) = a(с + d) + b(с + d) = aс + ad + bс + bd

Такая запись удобна при умножении двучлена на какой-нибудь многочлен, в котором содержится больше двух членов. Например:

(x + y)(x2 + 2xy + y2) = x(x2 + 2xy + y2) + y(x2 + 2xy + y2) = x3 + 2x2y + xy2 + x2y + 2xy2 + y3 = x3 + 3x2y + 3xy2 + y3

Или при перемножении многочленов, содержащих больше двух членов. Например, умножим многочлен x2 + 2x − 5 на многочлен x3 − x + 2

(x2 + 2x − 5)(x3 − x + 2)

Запишем перемножение исходных многочленов в виде умножения каждого члена многочлена x2 + 2x − 5 на многочлен x3 − x + 2.

ум пример 11 шаг 1

Получили привычное для нас умножения одночленов на многочлены. Выполним эти умножения:

ум пример 11 шаг 2

В получившемся многочлене приведём подобные члены:

ум пример 11 шаг 3

Одночлены, входящие в получившийся многочлен, расположим в порядке убывания степеней. Делать это необязательно. Но такая запись будет красивее:

ум пример 11 решение

Основы математики