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Algebra · real student question

展开并合并同类项:((a1(x − y) + b1)(x − y) + (a2 y + b2) y) / x。

Question

展开并合并同类项:

(a1(x−y)+b1)(x−y)+(a2y+b2)yx\frac{\left(a_1(x-y)+b_1\right)(x-y)+\left(a_2y+b_2\right)y}{x}

Step-by-step solution

  1. 先认出这是嵌套(秦九韶 / Horner)形式。 每一半都长成 (系数⋅t+常数)⋅t(\text{系数}\cdot t+\text{常数})\cdot t 的样子,这是为了少做几次乘法而写出的二次式:前一半里 t=x−yt=x-y,后一半里 t=yt=y。一层一层往外拆,比一口气全展开要稳妥。

  2. 把每一半拆成各自变量的二次式。

    (a1(x−y)+b1)(x−y)=a1(x−y)2+b1(x−y)\left(a_1(x-y)+b_1\right)(x-y)=a_1(x-y)^2+b_1(x-y)

    (a2y+b2)y=a2y2+b2y\left(a_2y+b_2\right)y=a_2y^2+b_2y

    于是分子是 a1(x−y)2+b1(x−y)+a2y2+b2ya_1(x-y)^2+b_1(x-y)+a_2y^2+b_2y。

  3. 展开那个平方和那个一次括号。 用 (x−y)2=x2−2xy+y2(x-y)^2=x^2-2xy+y^2:

    a1(x−y)2=a1x2−2a1xy+a1y2,b1(x−y)=b1x−b1ya_1(x-y)^2=a_1x^2-2a_1xy+a_1y^2,\qquad b_1(x-y)=b_1x-b_1y

    括号里每一项都要乘上系数,包括最容易漏掉的那个中间项 −2a1xy-2a_1xy。

  4. 把两半之间的同类项合并。 只有 y2y^2 项和 yy 项能并到一起:

    a1y2+a2y2=(a1+a2)y2,−b1y+b2y=(b2−b1)ya_1y^2+a_2y^2=(a_1+a_2)y^2,\qquad -b_1y+b_2y=(b_2-b_1)y

    于是分子变成

    a1x2−2a1xy+(a1+a2)y2+b1x+(b2−b1)ya_1x^2-2a_1xy+(a_1+a_2)y^2+b_1x+(b_2-b_1)y

  5. 如果要完全拆开,就逐项除以 x。 在 x≠0x\neq 0 的前提下,

    a1x−2a1y+(a1+a2)y2x+b1+(b2−b1)yxa_1x-2a_1y+\frac{(a_1+a_2)y^2}{x}+b_1+\frac{(b_2-b_1)y}{x}

    只有含 xx 的那几项能约掉;y2y^2 项和 yy 项的分母上仍留着 xx,所以这个形式并不是多项式。

  6. 代数字检验。 取 a1=1,b1=2,a2=3,b2=4,x=5,y=1a_1=1,b_1=2,a_2=3,b_2=4,x=5,y=1。原分子:(1⋅4+2)⋅4+(3+4)⋅1=24+7=31(1\cdot 4+2)\cdot 4+(3+4)\cdot 1=24+7=31。合并后的形式:25−10+4⋅1+10+2⋅1=3125-10+4\cdot 1+10+2\cdot 1=31 ✓。再除以 x=5x=5,两条路都得 6.26.2。

Answer

a1x2−2a1xy+(a1+a2)y2+b1x+(b2−b1)yx\frac{a_1x^2-2a_1xy+(a_1+a_2)y^2+b_1x+(b_2-b_1)y}{x}

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