因式分解計算機

以 AI 驅動的逐步解題,對任意多項式算式進行因式分解

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Math Input
x^2 - 5x + 6
2x^2 + 7x + 3
x^3 - 8
6x^2 - 7x - 3

什麼是因式分解?

因式分解是將多項式算式拆解成數個較簡單算式(稱為因式)相乘的過程。它是展開(乘開)的逆運算。

例如:

x25x+6=(x2)(x3)x^2 - 5x + 6 = (x - 2)(x - 3)

左邊是單一多項式;右邊是把同一算式寫成兩個二項式的乘積。

因式分解在代數中至關重要,因為它讓我們能夠:

  • 求解方程式:令每個因式為零即得到根。
  • 化簡分式:消去有理式中的公因式。
  • 分析行為:辨識零點、漸近線與正負號變化。

當每個因式都不可約(在整數範圍內無法再分解)時,多項式即為完全因式分解代數基本定理保證每個 nn 次多項式在複數範圍內都能恰好分解為 nn 個一次因式。

常見的因式分解類型包括:

  • 提出最大公因式(GCF)
  • 三項式因式分解
  • 平方差:a2b2=(a+b)(ab)a^2 - b^2 = (a+b)(a-b)
  • 立方和/立方差
  • 分組因式分解

如何對多項式因式分解

以下是主要的因式分解技巧,由最簡單到最進階排列:

1. 提出最大公因式(GCF)

一律先提出最大公因式。

範例6x3+9x2=3x2(2x+3)6x^3 + 9x^2 = 3x^2(2x + 3)

2. 平方差

a2b2=(a+b)(ab)a^2 - b^2 = (a + b)(a - b)

範例x216=(x+4)(x4)x^2 - 16 = (x + 4)(x - 4)

3. 完全平方三項式

a2+2ab+b2=(a+b)2a^2 + 2ab + b^2 = (a + b)^2
a22ab+b2=(ab)2a^2 - 2ab + b^2 = (a - b)^2

範例x2+6x+9=(x+3)2x^2 + 6x + 9 = (x + 3)^2

4. 三項式因式分解(x2+bx+cx^2 + bx + c

找出兩數 ppqq 使得 p+q=bp + q = bpq=cp \cdot q = c

x2+bx+c=(x+p)(x+q)x^2 + bx + c = (x + p)(x + q)

範例x25x+6x^2 - 5x + 6:找 p+q=5p + q = -5pq=6pq = 6p=2,q=3p = -2, q = -3

所以 x25x+6=(x2)(x3)x^2 - 5x + 6 = (x - 2)(x - 3)

5. AC 法(針對 a1a \neq 1ax2+bx+cax^2 + bx + c

aca \cdot c 相乘,找出兩數相乘為 acac 且相加為 bb,然後拆項並分組。

範例2x2+7x+32x^2 + 7x + 3ac=6ac = 6,找 1+6=71 + 6 = 7

  • 2x2+x+6x+3=x(2x+1)+3(2x+1)=(x+3)(2x+1)2x^2 + x + 6x + 3 = x(2x+1) + 3(2x+1) = (x+3)(2x+1)

6. 立方和/立方差

a3+b3=(a+b)(a2ab+b2)a^3 + b^3 = (a + b)(a^2 - ab + b^2)
a3b3=(ab)(a2+ab+b2)a^3 - b^3 = (a - b)(a^2 + ab + b^2)

7. 分組因式分解

將各項兩兩分組,分別對每組因式分解,再提出公共的二項式。

技巧辨識特徵
GCF所有項共有公因式
平方差兩個完全平方以減號隔開
三項式(a=1a=1x2+bx+cx^2 + bx + c 形式
AC 法a1a \neq 1ax2+bx+cax^2 + bx + c
立方兩個完全立方以 ++- 連接
分組四項以上

應避免的常見錯誤

  • 忘記先提出 GCF:使用其他技巧前,務必先檢查是否有公因式。
  • 混淆平方差與平方和a2b2a^2 - b^2 可分解,但 a2+b2a^2 + b^2 在實數範圍內無法分解。
  • 三項式因式分解的正負號錯誤:當 c>0c > 0b<0b < 0 時,ppqq 皆為負數。
  • 太早停止:檢查每個因式是否還能再分解(例如 x416=(x2+4)(x24)=(x2+4)(x+2)(x2)x^4 - 16 = (x^2+4)(x^2-4) = (x^2+4)(x+2)(x-2))。
  • 未透過展開驗證:務必把因式乘回去,確認等於原始算式。

Examples

Step 1: 找出兩個相乘為 66 且相加為 5-5 的數:分別是 2-23-3
Step 2: 寫成二項式乘積:(x2)(x3)(x - 2)(x - 3)
Step 3: 驗證:(x2)(x3)=x23x2x+6=x25x+6(x-2)(x-3) = x^2 - 3x - 2x + 6 = x^2 - 5x + 6
Answer: (x2)(x3)(x - 2)(x - 3)

Step 1: 辨識為立方差:x323x^3 - 2^3
Step 2: 套用公式 a3b3=(ab)(a2+ab+b2)a^3 - b^3 = (a-b)(a^2 + ab + b^2),其中 a=xa = xb=2b = 2
Step 3: 結果:(x2)(x2+2x+4)(x - 2)(x^2 + 2x + 4)
Answer: (x2)(x2+2x+4)(x - 2)(x^2 + 2x + 4)

Step 1: 使用 AC 法:ac=23=6a \cdot c = 2 \cdot 3 = 6。找出兩個相乘為 66 且相加為 77 的數:分別是 1166
Step 2: 拆開中間項:2x2+x+6x+32x^2 + x + 6x + 3
Step 3: 分組並因式分解:x(2x+1)+3(2x+1)=(x+3)(2x+1)x(2x + 1) + 3(2x + 1) = (x + 3)(2x + 1)
Answer: (x+3)(2x+1)(x + 3)(2x + 1)

Frequently Asked Questions

對多項式因式分解是指將它改寫為數個較簡單多項式的乘積。例如,x^2 - 9 可分解為 (x+3)(x-3)。它是展開或乘開的逆運算。

在實數範圍內,並非所有多項式都能分解為一次項。例如,x^2 + 1 在實數範圍內無法分解。然而,在複數範圍內,每個多項式都能完全分解為一次因式。

因式分解是將算式改寫為數個因式的乘積。化簡是將算式約化為較簡單的形式,可能涉及消去公因式、合併同類項或其他運算。因式分解是化簡所用工具之一。

因式分解能透過令每個因式為零來求解多項式方程式。它也能消去公因式來化簡有理式,並揭示函數的根與正負號變化等重要特徵。

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