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Algebra · real student question

把 y′ 當成變數,分解 (y′)² − 4x²y′ + 4x⁴ − x²。

Question

分解

(y′)2−4x2y′+4x4−x2\left(y^{\prime}\right)^2-4x^2y^{\prime}+4x^4-x^2

把 y′y^{\prime} 當成變數、xx 當成參數。

Step-by-step solution

  1. 把微分記號當成變數看。 按 y′y^{\prime} 的降冪寫出來,它就是普通的二次式:

    (y′)2−(4x2)y′+(4x4−x2)\left(y^{\prime}\right)^2-\left(4x^2\right)y^{\prime}+\left(4x^4-x^2\right)

    認清哪個符號扮演未知數,是這題第一個真正的決定;xx 的各次方只是係數。

  2. 看出前三項藏著的完全平方。 (y′)2\left(y^{\prime}\right)^2、−4x2y′-4x^2y^{\prime}、4x44x^4 三塊符合 a2−2ab+b2a^2-2ab+b^2,其中 a=y′a=y^{\prime}、b=2x2b=2x^2:

    (y′)2−4x2y′+4x4=(y′−2x2)2\left(y^{\prime}\right)^2-4x^2y^{\prime}+4x^4=\left(y^{\prime}-2x^2\right)^2

    常數項 4x4−x24x^4-x^2 被刻意拆成 4x44x^4 加上剩下的 −x2-x^2,就是為了讓這個分組成立。

  3. 把整個式子改寫成兩個平方的差。

    (y′−2x2)2−x2=(y′−2x2)2−(x)2\left(y^{\prime}-2x^2\right)^2-x^2=\left(y^{\prime}-2x^2\right)^2-(x)^2

  4. 套用 A2−B2=(A−B)(A+B)A^2-B^2=(A-B)(A+B)。 其中 A=y′−2x2A=y^{\prime}-2x^2、B=xB=x:

    (y′−2x2−x)(y′−2x2+x)\left(y^{\prime}-2x^2-x\right)\left(y^{\prime}-2x^2+x\right)

  5. 展開回去驗算。 兩個因式的乘積是 (y′−2x2)2−x2\left(y^{\prime}-2x^2\right)^2-x^2,展開後正是 (y′)2−4x2y′+4x4−x2  ✓\left(y^{\prime}\right)^2-4x^2y^{\prime}+4x^4-x^2\;\checkmark。代 y′=5y^{\prime}=5、x=1x=1 抽查:原式是 25−20+4−1=825-20+4-1=8,兩個因式相乘得 (5−2−1)(5−2+1)=2⋅4=8  ✓(5-2-1)(5-2+1)=2\cdot 4=8\;\checkmark。

Answer

(y′)2−4x2y′+4x4−x2=(y′−2x2−x)(y′−2x2+x)\left(y^{\prime}\right)^2-4x^2y^{\prime}+4x^4-x^2=\left(y^{\prime}-2x^2-x\right)\left(y^{\prime}-2x^2+x\right)

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