Chapter 03 · 02

分组分解法:
制造共同因式

有些多项式整体没有公因式,也不直接符合乘法公式,但局部项之间仍然存在共同部分。先从一个具体式子出发,看看这些共同部分怎样成为整个多项式的因式。

从一个无法直接分解的式子开始

先看上一篇留下的多项式:

$$3x^3-6x^2+5x-10.$$

四项没有整体公因式,也不符合完整的平方或立方公式。但前两项都含有 $3x^2$,后两项都含有 $5$。先按这两个局部结构分组:

$$\begin{aligned} &3x^3-6x^2+5x-10\\ &=(3x^3-6x^2)+(5x-10) \end{aligned}$$

加上括号只改变观察方式,各项和符号都保持不变。

$$\begin{aligned} &(3x^3-6x^2)+(5x-10)\\ &=3x^2(x-2)+5(x-2) \end{aligned}$$

两组分别提出公因式,都得到完整括号 $x-2$。

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

提出共同括号 $x-2$,原式成为两个整式的乘积。

两组都出现了完全相同的 $x-2$,它因此成为整个多项式的公因式。这个过程通过分组让共同因式显现出来,称为分组分解。

刚才的计算使用了分配律的反向形式:

分组的目标就是把原式整理成两个或多个部分,使这些部分分别提出公因式后出现同一个完整括号。第一个例子按原来的项序就能完成;相邻分组不能得到共同括号时,还可以调整项的顺序。

分组时可以先调整项的顺序

多项式的项可以依据加法交换律重新排列。因此,分组不一定只能按照原来的相邻位置进行。例如:

$$2x^2+3y+6xy+x.$$

原来的前两项和后两项不能产生同一个括号。先调整中间三项的顺序:

$$\begin{aligned} &2x^2+3y+6xy+x\\ &=2x^2+6xy+x+3y \end{aligned}$$

只调整各项的排列顺序,每一项及其符号都保持不变。

$$\begin{aligned} &2x^2+6xy+x+3y\\ &=2x(x+3y)+(x+3y) \end{aligned}$$

前两项提出 $2x$,后两项提出 $1$,两组都得到 $x+3y$。

$$\begin{aligned} &2x(x+3y)+(x+3y)\\ &=(2x+1)(x+3y) \end{aligned}$$

提出共同括号 $x+3y$,完成分解。

两组分别提取后都得到 $x+3y$,所以这次换序和分组有效。

  1. 寻找可能的共同括号判断哪些项分别提出公因式后,有可能得到同一个括号。
  2. 保持项和符号不变换序和加括号时,原式中的每一项及其符号都要保留。
  3. 处理整体负号两个括号只差整体负号时,可以从其中一组提出负号。

几种自然的组合都无法产生同一个完整括号时,当前式子就不适合用分组分解。找到共同括号以后,分解也可能尚未结束,还要继续检查新得到的因式。

分组可以是连续分解中的一步

共同括号提出以后,分解还可能没有结束;有些式子在分组前也要先提出整体公因式。下面把这些步骤放在同一个式子中看。

$$\begin{aligned} &6x^3+6x^2-24x-24\\ &=6(x^3+x^2-4x-4) \end{aligned}$$

所有项都有公因数 $6$,先完整提出。

$$x^3+x^2-4x-4=x^2(x+1)-4(x+1)$$

前两项提出 $x^2$,后两项提出 $-4$,两组得到相同括号 $x+1$。

$$x^2(x+1)-4(x+1)=(x+1)(x^2-4)$$

提出共同因式 $x+1$,第二个因式仍需检查。

$$x^2-4=(x-2)(x+2)$$

$x^2-4$ 是平方差,继续分解成两个一次因式。

$$\begin{aligned} &6x^3+6x^2-24x-24\\ &=6(x+1)(x-2)(x+2). \end{aligned}$$

这个过程依次使用了提公因式、分组和平方差公式。分组只是中间一步,最后仍要检查每个因式,并通过乘回原式确认结果。由此可以进一步确定分组分解真正的使用条件。

分组的使用条件

分组分解常见于四项或更多项的多项式,项数只是一个观察信号。真正决定这个方法能否使用的,是各部分提出公因式后能否产生同一个完整括号。

$$P(A+B)+Q(A+B)=(A+B)(P+Q).$$
1

什么时候使用

多项式没有整体公因式,也不直接符合公式,但部分项分别提出公因式后能够产生同一个括号时,可以使用分组分解。

2

怎样判断成功

各组提出公因式后必须出现同一个完整括号。括号无法统一时,当前分组无效;提出共同括号后,还要继续检查剩余因式。

对于 $x^2-7x+12$ 这样的二次三项式,找不到整体公因式和完整公式,也没有现成的局部括号可供提取。下一篇将从这个式子出发,使用十字相乘恢复出两个一次因式。