Важно a , b , …, z /
Примеры упрощаемых выражений
- 2*a -7*a
- exp(-7*a)/exp(2*a)
- 1/x + 1/y
- sin(x)^2 + cos(x)^2
Правила ввода функций
В функции f Действительные числа вводить в виде 7.5 , не 7,5 2*x — умножение 3/x — деление x^3 — возведение в степень x + 7 — сложение x — 6 — вычитание Функция f absolute(x) x (модуль x или |x| ) arccos(x) Функция — арккосинус от x arccosh(x) x arcsin(x) Функция — арксинус от x arcsinh(x) x arctan(x) Функция — арктангенс от x arctanh(x) x e Функция — e exp(x) Функция — экспонента от x (тоже самое, что и e ^x ) floor(x) Функция — округление x log(x) or ln(x) x (Чтобы получить log7(x) log10(x) =log(x)/log(10)) pi sign(x) Функция — Знак x sin(x) Функция — Синус от x cos(x) Функция — Косинус от x sinh(x) x cosh(x) x sqrt(x) Функция — Корень из от x x^2 Функция — Квадрат x tan(x) Функция — Тангенс от x tanh(x) x
Решение уравнений многочлена
Применение уравнений широко распространено в нашей жизни. Они используются во многих расчетах, строительстве сооружений и даже спорте. Уравнения человек использовал еще в древности и с тех пор их применение только возрастает. Многочлен представляет собой алгебраическую сумму произведений чисел, переменных и их степеней. Преобразование многочленов обычно включает два вида задач. Выражение требуется либо упростить, либо разложить на множители, т.е. представить его в виде произведения двух или нескольких многочленов или одночлена и многочлена.
Так же читайте нашу статью "Решить квадратичное уравнение онлайн"
Чтобы упростить многочлен, приведите подобные слагаемые. Пример. Упростите выражение \ Найдите одночлены с одинаковой буквенной частью. Сложите их. Запишите полученное выражение: \ Вы упростили многочлен.
В задачах, которые требуют разложения многочлена на множители, определите общий множитель данного выражения. Для этого сначала вынесите за скобки те переменные, которые входят в состав всех членов выражения. Причем эти переменные должны иметь наименьший показатель. Затем вычислите наибольший общий делитель каждого из коэффициентов многочлена. Модуль полученного числа будет коэффициентом общего множителя.
Решение задач по математике онлайн
Разложите на множители многочлен \ Вынесите за скобки \ т.к. переменная m входит в каждый член данного выражения и ее наименьший показатель равен двум. Вычислите коэффициент общего множителя. Он равен пяти. Таким образом, общий множитель данного выражения равен \ Отсюда: \
Где можно решить уравнение многочлена онлайн?
Решить уравнение вы можете на нашем сайте pocketteacher.ru. Бесплатный онлайн решатель позволит решить уравнение онлайн любой сложности за считанные секунды. Все, что вам необходимо сделать — это просто ввести свои данные в решателе. Так же вы можете посмотреть видео инструкцию и узнать, как решить уравнение на нашем сайте. А если у вас остались вопросы, то вы можете задать их в нашей групе Вконтакте: pocketteacher. Вступайте в нашу группу, мы всегда рады помочь вам.
Преобразование выражений. Коротко о главном.
Упрощение выражений
Шаг 1. Введите выражение для упрощения
Сервис (своего рода программа для классов 5 и 7, 8, 9, 10, 11) позволяет упрощать математические выражения: алгебра (алгебраические выражения), тригонометрических выражений, выражения с корнями и другими степенями, сокращение дробей, также упрощает сложные буквенные выражения,
для упрощение комплексных выражений вам сюда(!)
Важно В выражения переменные обозначаются ОДНОЙ буквой! Например, a , b , …, z /
Примеры упрощаемых выражений
- 2*a -7*a
- exp(-7*a)/exp(2*a)
- 1/x + 1/y
- sin(x)^2 + cos(x)^2
Правила ввода функций
В функции f можно делать следующие операции:Действительные числа вводить в виде 7.5 , не 7,5 2*x — умножение 3/x — деление x^3 — возведение в степень x + 7 — сложение x — 6 — вычитание Функция f может состоять из функций (обозначения даны в алфавитном порядке):absolute(x) Функция — абсолютное значение x (модуль x или |x| ) arccos(x) Функция — арккосинус от x arccosh(x) Функция — арккосинус гиперболический от x arcsin(x) Функция — арксинус от x arcsinh(x) Функция — арксинус гиперболический от x arctan(x) Функция — арктангенс от x arctanh(x) Функция — арктангенс гиперболический от x e Функция — e это то, которое примерно равно 2.7 exp(x) Функция — экспонента от x (тоже самое, что и e ^x ) floor(x) Функция — округление x в меньшую сторону (пример floor(4.5)==4.0) log(x) or ln(x) Функция — Натуральный логарифм от x (Чтобы получить log7(x) , надо ввести log(x)/log(7) (или, например для log10(x) =log(x)/log(10)) pi Число — "Пи", которое примерно равно 3.14 sign(x) Функция — Знак x sin(x) Функция — Синус от x cos(x) Функция — Косинус от x sinh(x) Функция — Синус гиперболический от x cosh(x) Функция — Косинус гиперболический от x sqrt(x) Функция — Корень из от x x^2 Функция — Квадрат x tan(x) Функция — Тангенс от x tanh(x) Функция — Тангенс гиперболический от x
На главную
Школьная алгебра
Многочлены
Понятие многочлена
Определение многочлена: многочлен - это сумма одночленов. Пример многочлена:
здесь мы видим сумму двух одночленов, а это и есть многочлен, т.е. сумма одночленов.
Слагаемые, из которых состоит многочлен, называются членами многочлена.
Является ли разность одночленов многочленом? Да, является, ведь разность легко приводится к сумме, пример: 5a – 2b = 5a + (-2b).
Одночлены тоже считают многочленами. Но в одночлене нет суммы, тогда почему его считают многочленом? А к нему можно прибавить ноль и получить его сумму с нулевым одночленом. Итак, одночлен - это частный случай многочлена, он состоит из одного члена.
Число ноль - это нулевой многочлен.
Стандартный вид многочлена
Что такое многочлен стандартного вида? Многочлен есть сумма одночленов и если все эти одночлены, составляющие многочлен, записаны в стандартном виде, кроме того среди них не должно быть подобных, тогда многочлен записан в стандартном виде.
Пример многочлена в стандартном виде:
здесь многочлен состоит из 2-х одночленов, каждый из которых имеет стандартный вид, среди одночленов нет подобных.
Теперь пример многочлена, который не имеет стандартный вид:
здесь два одночлена: 2a и 4a являются подобными. Надо их сложить, тогда многочлен получит стандартный вид:
Ещё пример:
Этот многочлен приведен к стандартному виду? Нет, у него второй член не записан в стандартом виде. Записав его в стандартном виде, получаем многочлен стандартного вида:
Степень многочлена
Что такое степень многочлена?
Степень многочлена определение:
Степень многочлена - наибольшая степень, которую имеют одночлены, составляющие данный многочлен стандартного вида.
Пример. Какова степень многочлена 5h? Степень многочлена 5h равна одному, ведь в этот многочлен входит всего один одночлен и степень его равна одному.
Другой пример. Какова степень многочлена 5a2h3s4 +1? Степень многочлена 5a2h3s4 + 1 равна девяти, ведь в этот многочлен входят два одночлена, наибольшую степень имеет первый одночлен 5a2h3s4, а его степень равна 9-ти.
Решение уравнений многочлена
Ещё пример. Какова степень многочлена 5? Степень многочлена 5 равна нулю. Итак, степень многочлена, состоящего только из числа, т.е. без букв, равна нулю.
Последний пример. Какова степень нулевого многочлена, т.е. нуля? Степень нулевого многочлена не определена.
Добрый вечер.
Этот пост посвящён быстрому преобразованию Фурье. Будут рассмотрены прямое и обратное преобразования (в комплексных числах). В следующей части я планирую рассмотреть их применения в некоторых задачах олимпиадного программирования (в частности, одна задача про «похожесть» строк), а также рассказать про реализацию преобразования в целых числах.
БПФ - это алгоритм, вычисляющий значения многочлена степени n
=2
k
в некоторых n
точках за время O
(n
⋅logn
) («наивный» метод выполняет ту же задачу за время O
(n
2
)). За то же время можно выполнить и обратное преобразование. Так как складывать, вычитать и умножать массивы чисел гораздо легче, чем многочлены (особенно умножать), БПФ часто применяется для ускорения вычислений с многочленами и длинными числами.
Определения и способы применения
Для начала давайте определимся, что такое многочлен:P (x )=a 0 +x a 1 +x 2 a 2 +x 3 a 3 +... +x n -1 a n -1
Комплексные числа
Если Вы знакомы с комплексными числами, то можете пропустить этот пункт, в противном случае, вот краткое определение:x =a +i b , где i 2 =-1
Здесь a называется вещественной (Real ) частью, а b - мнимой (Imaginary ). В этих числах, как нетрудно заметить, можно извлекать корень из отрицательных (да и вообще любых) чисел - это очень удобно при работе с многочленам - как следует из основной теоремы алгебры, у каждого многочлена степени n имеется ровно n комплексных корней (с учётом кратности).
Также их очень удобно представлять в виде точек на плоскости:
Еще одним замечательным свойством комплексных чисел является то, что их можно представить в виде x
=(cosα+i
sinα)r
, где α - полярный угол «числа» (называется аргументом
), а r
- расстояние от нуля до него (модуль
). А при умножении двух чисел:
a
=(cosα+i
⋅sinα)r
a
b
=(cosβ+i
⋅sinβ)r
b
a
b
=(cosα+i
⋅sinα)(cosβ+i
⋅sinβ)r
a
r
b
a
b
=(cosα⋅cosβ-sinα⋅sinβ+i
(sinα⋅cosβ+cosβ⋅sinα))r
a
r
b
a
b
=(cos(α+β)+i
⋅sin(α+β))r
a
r
b
Их модули перемножаются, а аргументы складываются.
Комплексные корни из 1
Теперь давайте поймём, как выглядят комплексные корни n -ой степени из 1 . Пусть x n =1 , тогда его модуль, очевидно, равен единице, а n ⋅argx =2 πk , где k - целое. Это обозначает, что после n умножений числа на самого себя (т.е. возведения в n -ю степень) его аргумент станет «кратен» 2 π (360 градусам).Вспомним формулу числа, если известен аргумент и модуль, получаем:
α=2 π⋅x /n , где 0 x
ω i =cosα+i ⋅sinα
Т.е. если порисовать, то мы получим просто точки на окружности через равные промежутки:
Прошу заметить три вещи, которыми мы будем активно пользоваться (без них ничего не получится):
ω a ⋅ω b =ω (a +b )modn
ω 0 +ω 1 +ω 2 +... +ω n -1 =0
ω 0 n /2 =ω 2 n /2 =ω 4 n /2 =... =1 (при чётном n )
Из-за этих свойств именно в этих точках мы и будем считать значение многочлена. Разумеется, результаты необязательно будут вещественными, поэтому в программе потребуется работать с комплексными числами.
Почему сумма корней - ноль
Доказательство очень простое: пусть φ=ω 0 +ω 1 +... . Домножим обе части на ω 1 (!= 1). Т.к. ω i ⋅ω 1 =ω i +1 , то φ⋅ω 1 =ω 1 +ω 2 +... +ω n -1 +ω 0 . От перестановки слагаемых сумма не меняется, поэтому φ=φ⋅ω 1 , соответственно φ⋅(ω 1 -1 )=0 . Т.к. ω 1 != 1, то φ=0 .Как работает
Будем считать, что наш многочлен имеет степень n =2 k . Если нет, дополним старшие коэффициенты нулями до ближайшей степени двойки.Основная идея БПФ очень проста:
Пусть:
A (x )=a 0 +x a 2 +x 2 a 4 +... +x n /2 -1 a n -2 (четные коэффициэнты P )
B (x )=a 1 +x a 3 +x 2 a 5 +... +x n /2 -1 a n -1 (нечётные коэффициенты P ).
Тогда P (x )=A (x 2 )+x ⋅B (x 2 ).
Теперь применим принцип «разделяй и властвуй»: чтобы посчитать значения P в n точках (ω 0 ,ω 1 ,... ), посчитаем значения A и B рекурсивно в n /2 точках (ω 0 ,ω 2 ,... ). Теперь значение P (ω i ) восстановить достаточно просто:
P (ω i )=A (ω 2 i )+ω i ⋅B (ω 2 i )
Если обозначить за ξ i =ω 2 i точки, в которых мы считаем значения многочлена степени n /2 , формула преобразится:
P (ω i )=A (ξ i )+ω i ⋅B (ξ i )
Её уже можно загонять в программу, не забыв что i принимает значения от 0 до n -1 , а ξ i определено лишь от 0 до n /2 -1 . Вывод - надо будет взять i по модулю n /2 .
Время работы выражается рекуррентной формулой T (n )=O (n )+2 T (n /2 ). Это довольно известное соотношение и оно раскрывается в O (n ⋅log 2 n ) (грубо говоря, глубина рекурсии - log 2 n уровней, на каждом уровне суммарно по всем вызовам выполняется O (n ) операций).
Напишем что-нибудь
Вот пример неэффективной рекурсивной реализации БПФ:Slow FFT
#includeМожете добавить ввод-вывод и проверить правильность своей реализации. Для многочлена P (x )=4 +3 x +2 x 2 +x 3 +0 ⋅x 4 +0 ⋅x 5 +0 ⋅x 6 +0 ⋅x 7 значения должны получиться такими:
P (w 0 )=(1 0 .0 0 0 ,0 .0 0 0 )
P (w 1 )=(5 .4 1 4 ,4 .8 2 8 )
P (w 2 )=(2 .0 0 0 ,2 .0 0 0 )
P (w 3 )=(2 .5 8 6 ,0 .8 2 8 )
P (w 4 )=(2 .0 0 0 ,0 .0 0 0 )
P (w 5 )=(2 .5 8 6 ,-0 .8 2 8 )
P (w 6 )=(2 .0 0 0 ,-2 .0 0 0 )
P (w 7 )=(5 .4 1 4 ,-4 .8 2 8 )
Если это так - можете засекать время рекурсивного и наивного метода на больших тестах.
У меня на многочлене степени 2 12 эта реализация работает 62 мс, наивная - 1800 мс. Разница налицо.
Избавляемся от рекурсии
Для того, чтобы сделать процедуру нерекурсивной, придётся подумать. Легче всего, как мне кажется, провести аналогию с MergeSort (сортировка слиянием) и нарисовать картинку, на которой показаны все рекурсивные вызовы:
Как мы видим, можно сделать один массив, заполнить его изначально значениями fft(a 0 ), fft(a 4 ), fft(a 2 ), ... . Как несложно понять, номера a i - это «развёрнутые» в двоичном представлении числа 0 ,1 ,2 ,3 ,... . Например, 1 1 0 =0 0 1 2 ,4 1 0 =1 0 0 2 или 6 =1 1 0 2 ,3 =0 1 1 2 . Понять это можно следующим образом: при спуске на нижний уровень рекурсии у нас определяется еще один младший бит (с конца). А при «нормальной» нумерации бит определяется с начала. Поэтому нужно «развернуть» число. Это можно сделать «в лоб» за O (n ⋅log 2 n ), а можно динамическим программированием за O (n ) по следующему алгоритму:
- Пробежимся циклом от 0 до n -1
- Будем хранить и динамически пересчитывать номер старшего единичного бита числа. Он меняется, только когда текущее число - степень двойки: увеличивается на 1.
- Когда мы знаем старший бит числа, перевернуть всё число не составляет труда: «отрезаем» старший бит (XOR), переворачиваем остаток (уже посчитанное значение) и добавляем «отрезанную» единицу
Аргументами процедуры для слияния двух блоков будут два vector"а (естесственно, по ссылке, исходный и результат), номер стартового элемента первого блока (второй идёт сразу после) и длина блоков. Можно было бы конечно сделать и iterator"ами - для большей STL"ности, но мы ведь всё равно будем переносить эту процедуру внутрь основной для краткости.
Объединение блоков
void fft_merge(const vcd &src, vcd &dest, int start, int len) { int p1 = start; // Позиция в первом блоке int en1 = start + len; // Конец первого блока int p2 = start + len; // Позиция во втором блоке int en2 = star + len * 2; // Конец второго блока int pdest = start; // Текущая позиция в результатирующем массиве int nlen = len * 2; // Длина нового блока for (int i = 0; i < nlen; i++) { double alpha = 2 * M_PI * i / nlen; cd w = cd(cos(alpha), sin(alpha)); // Текущий корень dest = src + w * src; if (++p1 >= en1) p1 = start; if (++p2 >= en2) p2 = start + len; } }И основная процедура преобразования:
<< k) < n) k++; vi rev(n); rev = 0; int high1 = -1; for (int i = 1; i < n; i++) { if ((i & (i - 1)) == 0) // Проверка на степень двойки. Если i ей является, то i-1 будет состоять из кучи единиц. high1++; rev[i] = rev; // Переворачиваем остаток rev[i] |= (1 << (k - high1 - 1)); // Добавляем старший бит } vcd cur(n); for (int i = 0; i < n; i++) cur[i] = as]; for (int len = 1; len < n; len <<= 1) { vcd ncur(n); for (int i = 0; i < n; i += len * 2) fft_merge(cur, ncur, i, len); cur.swap(ncur); } return cur; }
Оптимизация
На многочлене степени 2 1 6 рекурсия работает 640 мс, без рекурсии - 500. Улучшение есть, но программу можно сделать еще быстрее. Воспользуемся тем свойством, что ω i =-ω i +n /2 . Значит, можно не считать два раза корень и a i ⋅ω j - синус, косинус и умножение комплексных чисел очень затратные операции.fft_merge()
for (int i = 0; i < len; i++) { double alpha = 2 * M_PI * i / nlen; cd w = cd(cos(alpha), sin(alpha)); // Текущий корень cd val = w * src; dest = src + val; dest = src - val; pdest++; if (++p1 >= en1) p1 = start; if (++p2 >= en2) p2 = start + len; }Перехо с такой оптимизацией называется «преобразованием бабочки». Программа стала работать 260 мс. Для закрепления успеха давайте предподсчитаем все корни из 1 и запишем их в массив:
fft_merge()
int rstep = roots.size() / nlen; // Шаг в массиве с корнями for (int i = 0; i < len; i++) { cd w = roots; cd val = w * src;fft()
roots = vcd(n); for (int i = 0; i < n; i++) { double alpha = 2 * M_PI * i / n; roots[i] = cd(cos(alpha), sin(alpha)); }Теперь скорость работы - 78 мс. Оптимизация в 8 раз по сравнению с первой реализацией!
Оптимизация по коду
На данный момент весь код преобразования занимает порядка 55 строк. Не сотню, но это достаточно много - можно короче. Дляначала избавимся от кучи лишних переменных и операций в fft_merge :void fft_merge(const vcd &src, vcd &dest, int start, int len) { int p1 = start; //int en1 = start + len; // Не используется, см. конец цикла int p2 = start + len; //int en2 = start + len * 2; // Аналогично int pdest = start; //int nlen = len * 2; // Используется только в следующей строчке //int rstep = roots.size() / nlen; int rstep = roots.size() / (len * 2); for (int i = 0; i < len; i++) { //cd w = roots; // Также используется только в следующей строчке //cd val = w * src; cd val = roots * src; dest = src + val; dest = src - val; pdest++, p1++, p2++; //if (++p1 >= en1) p1 = start; // Так как у нас теперь цикл не до 2len, а только до len, переполнения быть не может //if (++p2 >= en2) p2 = start + len; // Убираем } }
Теперь можно переместить цикл из fft_merge в основную процедуру (также можно убрать p2 , поскольку p2=p1+len - у меня это также дало небольшой выигрыш по времени. Что любопытно, если убрать p1=pdest , то у меня лично выигрыш по времени убивается):
fft()
for (int len = 1; len < n; len <<= 1) { vcd ncur(n); int rstep = roots.size() / (len * 2); for (int pdest = 0; pdest < n;) { int p1 = pdest; for (int i = 0; i < len; i++) { cd val = roots * cur; ncur = cur + val; ncur = cur - val; pdest++, p1++; } pdest += len; } cur.swap(ncur); }Как видите, само преобразование занимает не так много - 17 строк. Всё остальное - предподсчёт корней и разворот чисел. Если Вы готовы сэкономить код в обмен на время работы (O (n ⋅log 2 n ) вместо O (n )), можете заменить 13 строк разворота чисел на следующие шесть:
В начале процедуры fft()
vcd cur(n); for (int i = 0; i < n; i++) { int ri = 0; for (int i2 = 0; i2 < k; i2++) // Перебираем биты от младших к старшим ri = (ri << 1) | !!(i & (1 << i2)); // И приписываем в конец числа cur[i] = as; }В результате теперь код выглядит так:
vcd fft(const vcd &as) { int n = as.size(); int k = 0; // Длина n в битах while ((1 << k) < n) k++; vector
Обратное преобразование
Получить значения многочлена в точках - это, конечно, хорошо, но преобразование Фурье умеет больше - по этим значениям построить сам многочлен, причём за то же самое время! Оказывается, что если применить преобразование Фурье к массиву значений, как к коэффициентам многочлена, потом разделить результат на n и перевернуть отрезок с 1 до n -1 (нумерация с 0 ), то мы получим коэффициенты исходного многочлена.Код тут предельно простой - всё уже написано. Думаю, Вы справитесь.
Доказательство
Пусть мы применяем обратное преобразование к многочлену P (x ) с коэффициентами v i (исходный многочлен имел коэффициенты a i ):v i =a 0 +ω i a 1 +ω 2 i a 2 +ω 3 i a +...
Посмотрим на результат преобразования:
b i =v 0 +ω i v 1 +ω 2 i v 2 +ω 3 i v 3 +...
Подставим значения v j (помним, что ω a ω b =ω a +b m o d n :
Теперь давайте докажем один замечательный факт: при x ≠0 , ω 0 +ω x +ω 2 x +... +ω (n -1 )x =0 .
Доказывается аналогично тому, что сумма корней - ноль: обозначим за φ сумму, домножим обе части на ω x и посмотрим, что получилось.
Теперь применим этот факт к вычислению значения b i . Заметим, что все строки, кроме одной, в которой содержится a n -i , обнулятся.
Таким образом:
b i =a n -i ⋅(ω 0 +ω 0 +ω 0 +ω 0 +... )
b i =a n -i ⋅n
Что и требовалось доказать.
Применение
Вообще говоря, о применении я уже чуть-чуть говорил в начале статьи. В частности, теперь перемножение многочленов можно выполнять следующим образом:Быстрое перемножение многочленов
vcd a, b; // Многочлены // Чтение многочленов vcd a_vals = fft(a); vcd b_vals = fft(b); vcd c_vals(a_vals.size()); for (int i = 0; i < a_vals.size(); i++) c_vals[i] = a_vals[i] * b_vals[i]; vcd c = fft_rev(c_vals); // Вывод ответаЛегко заметить, что время работы этой программы - O (n ⋅log 2 n ) и самые трудоёмкие операции - преобразования Фурье. Также можно заметить, что если нам требуется вычислить более сложное выражение с двумя многочленами, то по-прежнему можно выполнять лишь три приобразования - сложение и вычитание также будут работать за линейное время. К сожалению, с делением не всё так просто, поскольку многочлен может случайно принять значение 0 в какой-нибудь из точек. UPD2: не забудьте, что степень произведения двух многочленов степени n будет равна 2n , поэтому при вводе следует добавить «лишние» нулевые старшие коэффициенты.
Если представить число в десятичной (или более) системе счисления, как многочлен с коэффициентами - цифрами, то умножение длинных чисел также можно выполнять очень быстро.
И, напоследок, задача, которую я разберу в следующем посте: у вас есть две строки одинаковой длины порядка 1 0 5 из букв A, T, G, C. Требуется найти такой циклический сдвиг одной из строк, чтобы совпало максимальное количество символов. Очевидно наивное решение за O (n 2 ), но есть решение при помощи БПФ.
Удачи!
UPD: Выложил код целиком на
Многочленом называется сумма одночленов, то есть произведений цифр и переменных. Работать с ним удобнее, так как чаще всего преобразование выражения в многочлен позволяет значительно упростить его.
Инструкция
Раскройте все скобки выражения. Для этого воспользуйтесь формулами, например, (а+b)^2=a^2+2ab+b^2. Если вы не знаете формул, или их трудно применить к данному выражению, раскрывайте скобки последовательно. Для этого умножайте первый член первого выражения на каждый член второго выражения, затем второй член первого выражения на каждый член второго и т.д. В результате все элементы обоих скобок будут перемножены между собой.
Если перед вами три выражения в скобках, сначала перемножьте первые две, оставляя третье выражение не тронутым. Упростив результат, получившийся в результате преобразования первых скобок, перемножьте его с третьим выражением.
Внимательно следите за соблюдением знаков перед множителями-одночленами. Если вы перемножаете два члена с одним знаком (например, оба положительны или оба отрицательны), одночлен будет со знаком «+». Если же один член имеет перед собой «-», не забудьте перенести его на произведение.
Приведите все одночлены к стандартному виду. То есть переставьте местами множители внутри и упростите. Например, выражение 2х*(3,5х) будет равно (2*3,5)*х*х=7х^2.
Когда все одночлены будут стандартизированы, попробуйте упростить многочлен. Для этого сгруппируйте члены, у которых одинакова часть с переменными, например, (2х+5х-6х)+(1-2). Упростив выражение, вы получите х-1.
Обратите внимание на наличие параметров в выражении. Иногда упрощение многочлена необходимо производить так, будто параметр является числом.
Чтобы преобразовать в многочлен выражение, содержащее корень, выведите под ним такое выражение, которое будет возведено в квадрат. Например, воспользуйтесь формулой a^2+2ab+b^2 =(а+b)^2, затем уберите знак корня вместе с четной степенью. Если избавиться от знака корня невозможно, преобразовать выражение в многочлен стандартного вида не удастся.
Многочленом называют сумму одночленов. Если все члены многочлена записать в стандартном виде (см. п. 51) и выполнить приведение подобных членов, то получится многочлен стандартного вида.
Всякое целое выражение можно преобразовать в многочлен стандартного вида - в этом состоит цель преобразований (упрощений) целых выражений.
Рассмотрим примеры, в которых целое выражение нужно привести к стандартному виду многочлена.
Решение. Сначала приведем к стандартному виду члены многочлена. Получим После приведения подобных членов получим многочлен стандартного вида
Решение. Если перед скобками стоит знак «плюс, то скобки можно опустить, сохранив знаки всех слагаемых, заключенных в скобки. Воспользовавшись этим правилом раскрытия скобок, получим:
Решение. Если перед скобками стоит зиак «минус», то скобки можно опустить, изменив знаки всех слагаемых» заключенных в скобки. Воспользовавшись этим правилом паскрытия скобок, получим:
Решение. Произведение одночлена и многочлена согласно распределительному закону равно сумме произведений этого одночлена и каждого члена многочлена. Получаем
Решение. Имеем
Решение. Имеем
Осталось привести подобные члены (они подчеркнуты). Получим:
53. Формулы сокращенного умножения.
В некоторых случаях приведение целого выражения к стандартному виду многочлена осуществляется с использованием тождеств:
Эти тождества называют формулами сокращенного умножения,
Рассмотрим примеры, в которых нужно преобразовать заданное выражение в миогочлеи стандартного вида.
Пример 1. .
Решение. Воспользовавшись формулой (1), получим:
Пример 2. .
Решение.
Пример 3. .
Решение. Воспользовавшись формулой (3), получим:
Пример 4.
Решение. Воспользовавшись формулой (4), получим:
54. Разложение многочленов на множители.
Иногда можно преобразовать многочлен в произведение нескольких сомножителей - многочленов или одпочленов. Такое тождественное преобразование называется разложением многочлена на множители. В этом случае говорят, что многочлен делится на каждый из этих множителей.
Рассмотрим некоторые способы разложения многочленов на множители,
1) Вынесение общего множителя за скобку. Это преобразование является непосредственным следствием распределительного закона (для наглядности нужно лишь переписать этот закон «справа налево»):
Пример 1. Разложить на множители многочлен
Решение. .
Обычно при вынесении общего множителя за скобки каждую переменную, входящую во все члены многочлена, выносят с наименьшим показателем, который она имеет в данном многочлене. Если все коэффициенты многочлена - целые числа, то в качестве коэффициента общего множителя берут наибольший по модулю общий делитель всех коэффициентов многочлена.
2) Использование формул сокращенного умножения. Формулы (1) - (7) из п. 53, будучи прочитанными «справа налево, во многих случаях оказываются полезными для разложения многочленов на множители.
Пример 2. Разложить на множители .
Решение. Имеем . Применив формулу (1) (разность квадратов), получим . Применив
теперь формулы (4) и (5) (сумма кубов, разность кубов), получим:
Пример 3. .
Решение. Сначала вынесем за скобку общий множитель. Для этого найдем наибольший общий делитель коэффициентов 4, 16, 16 и наименьшие показатели степеней, с которыми переменные а и b входят в составляющие данный многочлен одночлены. Получим:
3) Способ группировки. Он основан на том, что переместительный и сочетательный законы сложения позволяют группировать члены многочлена различными способами. Иногда удается такая группировка, что после вынесения за скобки общих множителей в каждой группе в скобках остается однн и тот же многочлен, который в свою очередь как общий множитель может быть вынесен за скобки. Рассмотрим примеры разложения многочлена на множители.
Пример 4. .
Решение. Произведем группировку следующим образом:
В первой группе вынесем за скобку общий множитель во второй - общий множитель 5. Получим Теперь многочлен как общий множитель вынесем за скобку: Таким образом, получаем:
Пример 5.
Решение. .
Пример 6.
Решение. Здесь никакая группировка не приведет к появлению во всех группах одного и того же многочлена. В таких случаях иногда оказывается полезным представить какой-либо член многочлена в виде некоторой суммы, после чего снова попробовать применить способ группировки. В нашем примере целесообразно представить в виде суммы Получим
Пример 7.
Решение. Прибавим и отнимем одночлен Получим
55. Многочлены от одной переменной.
Многочлен , где a, b - числа переменная, называется многочленом первой степени; многочлен где а, b, с - числа переменная, называется многочленом второй степени или квадратным трехчленом; многочлен где а, b, с, d - числа переменная называется многочленом третьей степени.
Вообще если о, переменная, то многочлен
называется лсмогочленол степени (относительно х); , m-члены многочлена, коэффициенты, старший член многочлена, а - коэффициент при старшем члене, свободный член многочлена. Обычно многочлен записывают по убывающим степеням переменной, т. е. степени переменной постепенно уменьшаются, в частности, на первом месте стоит старший член, на последнем - свободный член. Степень многочлена - это степень старшего члена.
Например, многочлен пятой степени, в котором старший член, 1 - свободный член многочлена.
Корнем многочлена называют такое значение при котором многочлен обращается в нуль. Например, число 2 является корнем многочлена так как
Цель урока: систематизировать знания и умения учащихся применять формулы квадрата разности, суммы и разности квадратов для преобразования многочленов.
Задачи урока:
- общеобразовательная: отработка навыков и умений по преобразованию многочленов с помощью формул сокращенного умножения посредством решения письменных и устных упражнений;
- развивающая: развивать познавательный интерес, продолжать формирование математической речи, вырабатывать умение анализировать и сравнивать;
- воспитательная: воспитывать умение выслушивать других и умение общаться.
Мотивационная задача: создать ситуацию успеха на уроке через похвалу, стимулирование слабых и сильных ответов.
Организационные формы общения: коллективная, групповая, индивидуальная.
Ход урока
1-й этап. Организационный момент.
2-й этап. Мотивационная беседа с учащимися с последующей постановкой цели и темы.
Учитель: Ребята, последние несколько уроков мы с вами посвятили изучению трех формул сокращенного умножения. Какие это формулы?
Впереди у нас еще четыре формулы.
Но сегодня я предлагаю вам поработать с этими формулами и еще раз выяснить, насколько хорошо вы разобрались в данной теме.
А начать работу я хотела бы со строк мудрого Конфуция:
Три пути ведут к знанию:
Путь размышления – это путь самый благородный,
Путь подражания – это путь самый легкий и
Путь опыта – это путь самый горький.
Подумайте и решите для себя, ребята, по какому пути вы пойдете сегодня на уроке – это будет ваш личный выбор.
3-й этап. Актуализация опорных знаний.
Учитель: чтобы работа велась успешнее, давайте вспомним и повторим формулы квадрата суммы, разности двух чисел, разности квадратов.
Попрошу выйти к доске двоих учащихся.
Попрошу выйти к доске двух учащихся.
Задание первому ученику: доказать равенство Диофанта
(а + b)(с + d) = (ac + ab)+(bc – ad).
Задание второму ученику: оформить опорную таблицу (магнитная доска).
Собрать из отдельных фрагментов три формулы:
(a + b) 2 = a + 2ab + b
(a – b) 2 = a – 2ab + b
a 2 – b 2 = (a – b)(a + b)
Фронтальная работа с учащимися.
Учитель: А мы, ребята, в это время давайте повторим правила сложения и вычитания рациональных чисел, т. к. это нам понадобится в дальнейшем на уроке.
Карточка:
-/10+5/ -5;
-/(-a +b)/ + b;
-/20*3/: (-12).
Учитель: Ребята, давайте проверим формулы на магнитной доске.
А теперь, применяя данные формулы, выполните устно следующие задания.
Замените * одночленами так, чтобы полученное равенство было тождеством:
- (* + b) 2 = 4c 2 + * + b 2 ;
- (k – *) 2 = * – * + c 2 ;
- (* + 7c) (7c – *) = 49c 2 – 81a 2
- Вычислить:
106 2 – 6 2
71 2 – 61 2 - А в следующем задании нужно проверить, правильно ли выделен полный
квадрат:
а 2 + 2а + 2 = (а + 1) 2 + 2
Учитель : Ребята давайте вернемся к доказательству равенства Диофанта и проверим его.
Предлагаю вам записать себе в тетрадь это равенство и проверить его для первых четырех последовательных чисел _(1.2.3.4).
4-й этап. Работа по теме урока.
Учитель: Ребята, чем воспользовался ученик, доказывающий равенство Диофанта?
А где еще находят применение формулы сокращенного умножения?
Давайте решим следующую задачу у доски.
Сторона квадрата равна а см. Длина прямоугольника на 2 см больше стороны квадрата, а ширина на 2 см меньше стороны квадрата. Найдите площадь прямоугольника и сравните ее с площадью квадрата.
5-й этап. Физкультминутка.
6-й этап. Работа в группах “Звездная карта”.
Учитель: Итак, ребята, раз сегодня мы упомянули ли о Диофанте (доказали его равенство), вспомните, чем он занимался в основном? (Уравнениями).
Хорошо! Я предлагаю сейчас вам тоже решить в группах по 5 уравнений, в которых можно будет применить формулы сокращенного умножения, а также просветить себя в области астрономии, то есть узнать, как выглядят созвездия Цефея и Кассиопеи.
Послушайте задание.
Перед вами, ребята, фрагмент карты звездного неба. Решите уравнения и соедините последовательно звезды, которым соответствуют найденные ответы.
Работа ведется в группах, поэтому возможна взаимопомощь и взаимоконтроль.
Карточки на столе. Против каждого уравнения указан уровень сложности (1, 2, 3, 4). Каждый из нас выбирает свой уровень, решает уравнение и заносит в карточку ответ.
Затем рисуется созвездие.
|
|
Проверка по образцу.
7-й этап. Резерв (тест)
Провести классификацию данных многочленов по способу разложения их на множители.
Вариант 1.
ЗАДАНИЕ. Соединить линиями многочлены с соответствующими им способами разложения на множители.
Взаимопроверка.
8-й этап. Итоги урока.
Учитель: Ребята, вы сегодня достаточно плодотворно поработали. Благодарю вас.
Но мне хотелось, чтобы вы еще раз, вспомнив этапы нашего урока, ответили на мой вопрос: где вы применяли формулы сокращенного умножения, в каком случае работа ваша намного упрощалась?
Впереди у вас еще 4 формулы. Но это будет позже, а сейчас получите домашнее задание (номера из учебника).
И в заключении, вернитесь к нашему эпиграфу. Скажите, какой для вас путь был более успешным?
Конечно, путь опыта, проб и ошибок – это самый трудный путь, но и самый верный и достойный.
Поэтому я желаю вам идти достойно и получать лишь хорошие и отличные оценки.
Оценки за урок.
