組立除法計算機

AIによるステップごとの解説で、多項式を一次因数で割ります

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Math Input
Synthetic division of x^3 - 4x + 5 by x - 2
Divide 2x^4 + 3x^3 - x + 7 by x + 1
Synthetic division of x^5 - 3x^2 + 2 by x - 3
Use synthetic division to evaluate p(2) for p(x) = x^4 - 2x^3 + x - 1

組立除法とは?

組立除法とは、多項式 p(x)p(x) を一次因数 xkx - k で割るための近道です。筆算の割り算より速く、書く量が少ないだけで同じ商と余りを生み出します。

p(x)=anxn+an1xn1++a0p(x) = a_n x^n + a_{n-1} x^{n-1} + \cdots + a_0xkx - k で割ると、組立除法は次を生み出します。

p(x)=(xk)q(x)+rp(x) = (x - k) q(x) + r

ここで q(x)q(x) は商(n1n - 1 次)、rr は定数の余りです。

主な用途:

  1. 除数が一次の xkx - k のときの素早い多項式の割り算
  2. p(k)p(k) の評価 — 剰余定理により p(k)=rp(k) = r なので、余りはまさに関数値です。
  3. 多項式の因数分解r=0r = 0 なら (xk)(x - k) は因数であり、q(x)q(x) が余因子を教えてくれます。
  4. 有理根定理と組み合わせた有理根の発見

組立除法のやり方

準備

p(x)=anxn+an1xn1++a0p(x) = a_n x^n + a_{n-1} x^{n-1} + \cdots + a_0xkx - k で割るには:

  1. 除数のゼロ kk を左に書きます。
  2. p(x)p(x) の係数を右に並べます。欠けている項にはゼロを含めます

アルゴリズム

  1. 最初の係数(ana_n)をそのまま下ろします。
  2. kk を掛け、その結果を次の係数(an1a_{n-1})の下に書きます。
  3. 列を足します。和を一番下の行に書きます。
  4. 繰り返します: その和に kk を掛け、次の係数の下に書き、足します。
  5. すべての係数が終わるまで続けます。

結果の読み方

一番下の行には次が含まれます。

  • 最初の nn 個のエントリ: 商 q(x)q(x) の係数(次数の降順)。
  • 最後のエントリ: 余り rr

例: (x34x+5)÷(x2)(x^3 - 4x + 5) \div (x - 2)

x3+0x24x+5x^3 + 0x^2 - 4x + 5 の係数: [1,0,4,5][1, 0, -4, 5]。除数のゼロ: k=2k = 2

 2 |  1   0  -4   5
   |      2   4   0
   |________________
      1   2   0   5

商: x2+2x+0=x2+2xx^2 + 2x + 0 = x^2 + 2x。余り: 55

よって x34x+5=(x2)(x2+2x)+5x^3 - 4x + 5 = (x - 2)(x^2 + 2x) + 5

剰余定理との関係

p(x)=(xk)q(x)+rp(x) = (x - k)q(x) + r の余り rrp(k)p(k) に等しいです。x=kx = k とおくと:

p(k)=(kk)q(k)+r=rp(k) = (k - k) q(k) + r = r

よって組立除法は、代入せずに p(k)p(k) を評価する素早い方法です。

因数定理

系: (xk)(x - k)p(x)p(x) の因数であるのは、p(k)=0p(k) = 0 のとき、すなわち組立除法の余りが 00 のときに限ります。

避けるべきよくある間違い

  • ゼロのプレースホルダーを抜かす: p(x)=x34x+5p(x) = x^3 - 4x + 5 では、欠けている x2x^2 の項に 00 を含めなければなりません。さもないと列がずれます。
  • kk の符号の誤り: x2x - 2 で割るには k=2k = 2(除数のゼロ)を使います。x+3x + 3 で割るには k=3k = -3 を使います。
  • axkax - k の除数には直接使えない: 教えられる組立除法は xkx - k(最高次の係数が1)で機能します。axkax - k の場合は先に aa を括り出すか、多項式の筆算の割り算を使います。
  • 最初の係数を下ろし忘れる: 最初のステップは常に『ana_n を下ろす』で、まだ何も掛けません。
  • 商の読み違い: 一番下の行の最初の nn 個は係数で、次数が1下がります。4次の多項式を xkx - k で割ると3次の商になります。

Examples

Step 1: x2x^2 のプレースホルダー付きの係数: [1,0,4,5][1, 0, -4, 5]k=2k = 2
Step 2: 1 を下ろす
Step 3: 掛ける: 12=21 \cdot 2 = 200 に足す: 22
Step 4: 掛ける: 22=42 \cdot 2 = 44-4 に足す: 00
Step 5: 掛ける: 02=00 \cdot 2 = 055 に足す: 55(余り)
Step 6: 一番下の行: [1,2,0,5][1, 2, 0, 5]
Answer:x2+2xx^2 + 2x、余り 55

Step 1: 係数: [1,2,0,1,1][1, -2, 0, 1, -1]k=3k = 3
Step 2: 1 を下ろす
Step 3: 13=31 \cdot 3 = 32-2 に足す: 11
Step 4: 13=31 \cdot 3 = 300 に足す: 33
Step 5: 33=93 \cdot 3 = 911 に足す: 1010
Step 6: 103=3010 \cdot 3 = 301-1 に足す: 2929
Step 7: 余り =29= 29、よって p(3)=29p(3) = 29
Answer: p(3)=29p(3) = 29

Step 1: x+1x + 1 で割るので k=1k = -1。係数: [1,2,1,2][1, 2, -1, -2]
Step 2: 1 を下ろす
Step 3: 1(1)=11 \cdot (-1) = -1、2 に足す: 1
Step 4: 1(1)=11 \cdot (-1) = -11-1 に足す: 2-2
Step 5: 2(1)=2-2 \cdot (-1) = 22-2 に足す: 00(余り)
Step 6: 余りが 0 なので (x+1)(x + 1) は因数であり、商は x2+x2x^2 + x - 2
Answer: (x+1)(x + 1) は因数; p(x)=(x+1)(x2+x2)p(x) = (x + 1)(x^2 + x - 2)

Frequently Asked Questions

除数が x - k の形の一次多項式のときです。x² + 1 や、最高次の係数が1でない 2x - 3 のような除数では、多項式の筆算の割り算が必要か、先に最高次の係数を括り出さなければなりません。

多項式 p(x) を (x - k) で割ると、余りは p(k) に等しくなります。これが、組立除法が特定の数で多項式を評価する素早い方法でもある理由です。

(x - k) が p(x) の因数であるのは p(k) = 0 のとき、同等に組立除法の余りがゼロのときに限ります。これが高次多項式を因数分解する鍵となる道具です。

欠けている次数にはゼロをプレースホルダーとして挿入します。p(x) = x⁴ + 3x - 2 では係数を [1, 0, 0, 3, -2] と書きます。ゼロを飛ばすと以降の列がすべてずれ、誤った結果になります。

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