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Algebra · real student question

先在有理數範圍分解 x³ + 4x² − 5,再在實數範圍分解。

Question

將

x3+4x2−5x^3+4x^2-5

先在有理數範圍因式分解,再在實數範圍因式分解。

Step-by-step solution

  1. 先找有理根。 常數項是 −5-5,最高次項係數是 11,所以候選值是 ±1,±5\pm 1,\pm 5。試 x=1x=1:

    1+4−5=01+4-5=0

    因此 (x−1)(x-1) 是因式。

  2. 除掉 (x−1)(x-1)。 把缺項的一次項補回來寫成 x3+4x2+0x−5x^3+4x^2+0x-5 再做除法:

    x3+4x2−5=(x−1)(x2+5x+5)x^3+4x^2-5=(x-1)\left(x^2+5x+5\right)

  3. 檢查二次因式有沒有有理根。 它的判別式是

    D=52−4(1)(5)=25−20=5D=5^2-4(1)(5)=25-20=5

    55 是正的,但不是完全平方數,所以 x2+5x+5x^2+5x+5 在有理數範圍不可分解,卻仍然有兩個實根。這正好就是兩個答案的分界線。

  4. 在實數範圍分解。 兩根是 −5±52\tfrac{-5\pm\sqrt5}{2},所以

    x2+5x+5=(x+5+52)(x+5−52)x^2+5x+5=\left(x+\frac{5+\sqrt5}{2}\right)\left(x+\frac{5-\sqrt5}{2}\right)

  5. 兩種形式都驗算。 展開 (x−1)(x2+5x+5)(x-1)(x^2+5x+5) 得 x3+5x2+5x−x2−5x−5=x3+4x2−5x^3+5x^2+5x-x^2-5x-5=x^3+4x^2-5 ✓\checkmark。至於實數形式,兩個常數的和是 55、積是 25−54=5\tfrac{25-5}{4}=5,與 x2+5x+5x^2+5x+5 的係數相符 ✓\checkmark。

Answer

x3+4x2−5=(x−1)(x2+5x+5)=(x−1)(x+5+52)(x+5−52)x^3+4x^2-5=(x-1)\left(x^2+5x+5\right)=(x-1)\left(x+\tfrac{5+\sqrt5}{2}\right)\left(x+\tfrac{5-\sqrt5}{2}\right)

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