Chapter 03 · 01

因式分解:
乘积结构与基本方法

先把两个因式展开,再沿相反方向还原,因式分解的变形方向会自然显现。

先展开,再还原

先从两个整式相乘开始。把乘积展开,观察它怎样变成多项式:

$$\begin{aligned} &(2x-3)(x+4)\\ &=2x^2+8x-3x-12\\ &=2x^2+5x-12. \end{aligned}$$

展开以后,原来的两个因式变成了一个由若干项通过加减连接的多项式。

现在沿相反方向,把中间项 $5x$ 重新写成 $8x-3x$,再把这个多项式恢复成乘积:

$$\begin{aligned} &2x^2+5x-12\\ &=2x^2+8x-3x-12\\ &=(2x^2+8x)-(3x+12)\\ &=2x(x+4)-3(x+4)\\ &=(2x-3)(x+4). \end{aligned}$$

原式重新变成两个整式相乘的形式,其中 $2x-3$ 和 $x+4$ 都叫作因式。把一个多项式化成若干整式的积,就叫作因式分解。

接下来,我们要学习如何从多项式中找到乘积结构。各项共同含有的部分,通常就是最先能够确定的因式。

从公因式开始

以 $12x^3-18x^2+12x$ 为例,先观察每一项共同含有什么。

三项系数的绝对值 $12,18,12$ 的最大公因数是 $6$,每一项也都含有 $x$。把共有的 $6x$ 提出:

$$\begin{aligned} &12x^3-18x^2+12x\\ &=6x(2x^2-3x+2). \end{aligned}$$

$6x$ 出现在原式的每一项中,因此它是原式的公因式。提出以后,原来的三次多项式变成了一个单项式与二次多项式的乘积。

寻找完整公因式时,依次检查:

  1. 检查数字取各项系数的最大公因数。
  2. 检查字母取各项共有字母的最低次数。
  3. 检查重复整式相同括号反复出现时,把整个括号看作共同因式。
  4. 检查符号提出负号能够使括号内结构更清楚时,可以同时提出负号。

公因式也可以是一个多项式整体:

$$\begin{aligned} &(x-2)(x+5)-3(x-2)\\ &=(x-2)\big[(x+5)-3\big]\\ &=(x-2)(x+2). \end{aligned}$$

两项都含有完整因式 $x-2$,提出以后再整理另一个括号。

提出公因式只是找到了第一层乘积结构。括号内部可能还能继续分解,因此下一步要检查剩余部分是否完整符合已经学过的公式。

再看公式结构

提出公因式以后,括号内可能出现新的结构。以 $12x^2-75$ 为例,先提出公因数 $3$:

$$12x^2-75=3(4x^2-25)$$

先提出公因数 $3$,括号内的平方差结构随之显现。

$$3(4x^2-25)=3(2x-5)(2x+5)$$

括号内是 $(2x)^2-5^2$,继续使用平方差公式。

这个过程先用公因式降低式子的复杂程度,再用平方差公式找到剩余的两个因式。公因式和公式可以连续使用。所有因式都检查过以后,还要根据题目目标判断应该在什么位置停止。

剩余部分具有两项或三项时,再检查它是否完整符合下面的平方或立方结构:

  1. $A^2-B^2=(A-B)(A+B)$两项都是完全平方,中间为减号时使用。
  2. $A^2\mathbin{\substack{+\\[0.1em]-}}2AB+B^2=(A\mathbin{\substack{+\\[0.1em]-}}B)^2$首尾两项都是平方,中间项是首尾底数乘积的 2 倍时使用。
  3. $A^3\mathbin{\substack{+\\[0.1em]-}}B^3=(A\mathbin{\substack{+\\[0.1em]-}}B)(A^2\mathbin{\substack{-\\[0.1em]+}}AB+B^2)$两项都是完全立方时使用;第一个因式与原式同号,第二个因式的中间项反号,末项始终为正。

沿因式分解方向使用公式时,项数、指数、系数和符号都要完整匹配。立方和差公式中,$B^2$ 前始终是加号;$x^2+25$ 是两个平方的和,在实数范围内不能使用平方差公式分解。

得到乘积以后,还要继续检查每一个因式,判断分解是否已经达到题目需要的位置。

分解到什么程度

已经得到乘积以后,还要根据当前目标判断是否需要继续分解。

题目直接要求“因式分解”时,通常要继续检查每个非常数因式。前面的 $12x^2-75$ 应写到 $3(2x-5)(2x+5)$,两个一次因式已经不能继续分解。

在其他问题中,因式分解也可以作为中间工具。如果当前只需要提出公因数 $3$,写到 $3(4x^2-25)$ 已经显出所需结构,可以在这里停止。

说一个式子“不能再分解”时,还要说明系数范围。本章前三篇主要在整数或有理数系数范围内寻找因式;后面的求根公式与由根写因式会继续判断实数范围内的分解。

$$\text{加减结构}\longrightarrow\text{若干整式的乘积}.$$
1

从哪里开始

先提出每一项共有的公因式,再检查剩余部分是否完整符合公式;每完成一步,都要继续检查各个因式。

2

分解到什么程度

题目直接要求因式分解时,要继续检查到指定范围内不能再分解;因式分解作为中间工具时,可以在所需结构出现后停止。

还有一些多项式没有整体公因式,也不直接符合公式。例如 $3x^3-6x^2+5x-10$,前两项和后两项分别含有共同部分。下一篇继续用这个式子,说明怎样通过分组让新的共同因式显现。