Chapter 03 · 04

求根公式法:
从根写出因式

上一篇的整数因数配对在 $12x^2+10x-5$ 上停止了。对于这样的二次三项式,可以把多项式令为 $0$,用求根公式得到对应方程的根,再由根写出因式。

从配方得到求根公式

从一般的一元二次方程出发,把含 $x$ 的部分配成完全平方。

$$ax^2+bx+c=0\qquad(a\ne0)$$

这是一般的一元二次方程,$a\ne0$ 也保证最后可以除以 $2a$。

$$4a^2x^2+4abx+4ac=0$$

等式两边同时乘以 $4a$,让含 $x$ 的部分接近完全平方结构。

$$4a^2x^2+4abx+b^2=b^2-4ac$$

把 $4ac$ 移到右边,再在等式两边同时加上 $b^2$。

$$(2ax+b)^2=b^2-4ac$$

左边符合完全平方公式。

$$\Delta=b^2-4ac$$

把右边记作判别式 $\Delta$。

$$2ax+b=\sqrt{\Delta}\quad\text{或}\quad2ax+b=-\sqrt{\Delta}$$

当 $\Delta\ge0$ 时,在实数范围内开平方,得到两个可能值。

分别移项并除以 $2a$,得到两个根的表示;当 $\Delta=0$ 时,两个根相等:

第一个根 $$x_1=\frac{-b+\sqrt{\Delta}}{2a}$$
第二个根 $$x_2=\frac{-b-\sqrt{\Delta}}{2a}$$

用判别式判断根与因式

由 $(2ax+b)^2=\Delta$ 可以直接判断实数根的情况。求得根以后,根 $x_i$ 对应因式 $x-x_i$,首项系数 $a$ 保留在乘积外。

$\Delta>0$ 两个不同的实数根 $x_1,x_2$ $a(x-x_1)(x-x_2)$
$\Delta=0$ 一个二重实数根 $x_0=-\dfrac{b}{2a}$ $a(x-x_0)^2$
$\Delta<0$ 没有实数根 不能分解成两个实系数一次因式的乘积

判别式先确定实数根的情况;当 $\Delta\ge0$ 时,再计算根并写出相应的因式。

回到原来的式子

现在回到 $12x^2+10x-5$,按照刚才的顺序计算。

$$12x^2+10x-5=0$$

令多项式等于 $0$,把因式分解转化为对应方程的求根问题。

$$a=12,\qquad b=10,\qquad c=-5$$

连同正负号识别三个系数。

$$\begin{aligned} \Delta &=10^2-4\times12\times(-5)\\ &=340 \end{aligned}$$

因为 $\Delta=340>0$,方程有两个不同的实数根。

$$\begin{aligned} x_1&=\frac{-10+\sqrt{340}}{24}=\frac{-5+\sqrt{85}}{12},\\ x_2&=\frac{-10-\sqrt{340}}{24}=\frac{-5-\sqrt{85}}{12} \end{aligned}$$

分别代入求根公式,并用 $\sqrt{340}=2\sqrt{85}$ 化简。

$$\begin{aligned} 12x^2+10x-5 &=12(x-x_1)(x-x_2)\\ &=12\left(x+\frac{5-\sqrt{85}}{12}\right) \left(x+\frac{5+\sqrt{85}}{12}\right) \end{aligned}$$

保留首项系数 $12$,再把两个根分别写成一次因式。

$\sqrt{85}$ 是无理数,因此这是实系数范围内的因式分解;在有理数范围内,原式不能分解成两个一次因式。

求根公式法的顺序是:识别 $a,b,c$,计算 $\Delta$,求出实数根,再由根写出因式。