Skillnad mellan versioner av "1.1 Polynom"

Från Mathonline
Hoppa till: navigering, sök
m (→‎Vad är ett polynom?)
m
 
Rad 1: Rad 1:
 +
__NOTOC__
 
{| border="0" cellspacing="0" cellpadding="0" height="30" width="100%"
 
{| border="0" cellspacing="0" cellpadding="0" height="30" width="100%"
 
| style="border-bottom:1px solid #797979" width="5px" |  
 
| style="border-bottom:1px solid #797979" width="5px" |  
−
{{Selected tab|[[1.2 Polynom|Teori]]}}
+
{{Not selected tab|[[Repetitioner från Matte 2| <<&nbsp;&nbsp;Repetitioner]]}}
−
{{Not selected tab|[[1.2 Övningar till Polynom|Övningar]]}}
+
{{Selected tab|[[1.1 Polynom|Genomgång]]}}
 +
{{Not selected tab|[[1.1 Övningar till Polynom|Övningar]]}}
 +
{{Not selected tab|[[1.1 Fördjupning till Polynom|Fördjupning]]}}
 +
{{Not selected tab|[[1.4 Talet e och den naturliga logaritmen|Nästa demoavsnitt&nbsp;&nbsp;>> ]]}}
 
| style="border-bottom:1px solid #797979"  width="100%"| &nbsp;
 
| style="border-bottom:1px solid #797979"  width="100%"| &nbsp;
 
|}
 
|}
  
  
−
== Vad är ett polynom? ==
+
<!-- [[Media: Lektion_3_Polynom_Ruta_a.pdf|<strong><span style="color:blue">Lektion 3 Polynom</span></strong>]]
  
−
Ordet "poly" betyder på latin många och "nom" som egentligen betyder namn, har i matematiken innebörden term. Så "polynom" betyder många termer. Närmare bestämt är ett polynom en [[summa av många termer]]. Men vad exakt är en term och hur ser den konkret ut? När man pratar om polynom menar man med [[term]] ett uttryck av formen:
+
[[Media: Lektion 4 Polynom Ruta.pdf|<strong><span style="color:blue">Lektion 4 Polynom: Fördjupning</span></strong>]] -->
  
−
::::::::::::::::<math> a \cdot x^n </math>
+
== <b><span style="color:#931136">Exempel på polynom</span></b> ==
  
−
där a en godtycklig konstant och [[n ett positivt tal eller 0]]. n får alltså varken vara negativt eller ett bråk (decimaltal), medan a kan vara vilken typ av tal som helst. x däremot är en [[variabel]] som kan anta vilka värden som helst. Ett exempel på term är:
+
<div class="border-divblue">
 +
::<math> 4\,x + 12 </math>
  
−
::::::::::::::::<math> -8 \cdot x^3 </math>
+
::<math> 3\,x^2 + 5\,x - 16 </math>
  
−
Om ett polynom ska vara en summa av många sådana termer då måste polynom vara en speciell form av [[funktion]] därför att varje term innehåller variabeln x och är därmed en funktion. Samma sak gäller förstås för en summa av termer. Och så är det också. Polynom är bara en generalisering samt utvidgning av de typer av funktioner vi sysslat hittills med. I Matte A-kursen hade vi bara [[linjära]] eller [[1:a gradsfunktioner]] funktioner av typ:
+
::<math> 8\,x^3 + 4\,x^2 - 7\,x + 6</math>
  
−
<math> y = 4\,x + 12 </math>  
+
::<math> 3\,x^4 - 8\,x^3 + 12\,x^2 - 54\,x + 9\quad</math>
 +
</div>
  
−
Här förekommer variabeln <math> x </math> högst som 1:a gradspotens dvs med exponenten 1. I Matte B-kursen gick vi ett steg längre och arbetade med [[2:a gradsfunktioner]] funktioner av typ:
+
<div class="tolv"> <!-- tolv1 -->
 +
Uttrycken ovan kallas för <strong><span style="color:red">polynom</span></strong>, eftersom de består av många (<strong><span style="color:red">poly</span></strong> på latin) termer (<strong><span style="color:red">nom</span></strong> på latin). Varje polynom är en summa av ett antal termer.
  
−
<math> y = 3\,x^2 + 5\,x - 16 </math>  
+
En term består av ett tal gånger en <math> \, x</math>-potens, t.ex. <math> 3\,x^4 </math>.
  
−
Variabeln <math> x </math> förekommer här högst som 2:a gradspotens dvs med exponenten 2 eller som <math> x^2 </math>. Redan dessa funktioner är polynom utan att vi kallade dem så, eftersom även de är summor av termer som uppfyller de begränsningar som vi införde för n. Men om du har det svårt att se även konstanterna 12 och -16 i exemplen ovan som "termer" i den inledningsvis definierade bemärkelsen, kom ihåg att man kan skriva 12 som:
+
Man brukar inleda polynom med den term som har den högsta <math> \,x</math>-potensen. Sedan fortsätter man med termer i avtagande ordning på <math> x</math>-potenserna.  
 +
</div> <!-- tolv1 -->
  
−
::::::::::::::::<math> 12 \cdot x^0 </math>
+
<div class="exempel">
 +
=== <span style="color:#931136">Exempel på icke-polynom</span> ===
 +
<big>
 +
Följande uttryck är inga polynom, eftersom de inte kan skrivas som summor av termer där varje term har formen "tal gånger en <math> \, x</math>-potens" som i exemplen ovan:
  
−
därför att <math> x^0 = 1 </math> enligt [[1.6 Potenslagarna|potenslagarna]]. Samma sak är det med -16 som också är en term därför att -16 kan anses som <math> -16 = -16 \cdot x^0 </math>.
+
::::<math> \displaystyle{1 \over x} \qquad\qquad\qquad \displaystyle{\sqrt x} \qquad\qquad\qquad \displaystyle{a^x} \; , \quad {\rm där} \quad a = {\rm const.} </math>
  
−
Men nu ska vi även lära oss att hantera sådana polynom som t.ex.:
+
I polynom måste <math> x</math>-potensernas exponenter vara positiva heltal eller <math> \, 0 </math>, dvs de får inte vara negativa eller bråk. Därför är <big><big><math> 1 \over x </math></big></big> <math> = x^{-1}\, </math> och <big><math> \sqrt x = x^{1\over2} </math></big> inga polynom.
  
−
<math> y = 5\,x^4 + 2\,x^3 + 8\,x^2 - x + 10 </math>  
+
I polynom får inte heller variabeln <math> x </math> förekomma i exponenten. Därför är <math> \, a^x </math> inget polynom. Se även [[1.1_Polynom#Allm.C3.A4n_definition|<strong><span style="color:blue">Allmän definition</span></strong>]] längre fram och repetitionsfliken om [[Potenser|<strong><span style="color:blue">... Potenser</span></strong>]].
 +
</big></div>
  
−
Då känns det naturligt att kalla detta för ett 4:e gradspolynom.
 
  
−
== Ett polynoms grad ==
+
<div class="tolv">
−
+
Att <strong><span style="color:red">utveckla</span></strong> ett algebraiskt uttryck till ett polynom betyder att förenkla uttrycket genom att:
−
Denna regel används när olika räkneoperationer är inblandade i ett [http://localhost/matte/index.php/2.2_Uttryck uttryck]. I uttrycket ovan är både addition och multiplikation inblandade. För varje räkneoperation vars symboler <math>+, -, \cdot\;</math> och <math>/\;</math> även kallas ''operatorer'' har man definierat en viss ''prioritet''. Man pratar om ''operatorprioritet'' - bara ett annat ord för räkneordning. Operatorn <math>\cdot\;</math> har högre prioritet än operatorn <math>+</math> dvs <math>\cdot\;</math> måste alltid räknas före <math>+</math> varför 3 gånger 5 måste räknas först och <math>6+15</math> sedan. För att visa hur man tänkt skriver man så här:
+
  
−
<math>6+3\cdot5=6+15=21</math>
+
# lösa upp alla parenteser,
 +
# sammanfoga alla termer som går att sammanfoga och
 +
# skriva resultatet som en summa av termer, helst ordnad efter <math> x</math>-potenser i avtagande ordning.
 +
</div>
  
−
Att additionen <math>6+</math> måste vänta innebär just att man efter det första likhetstecknet måste upprepa <math>6+</math> för att säkerställa likhetens logik, dvs för att garantera att det verkligen står samma värde till vänster som till höger av likhetstecknet (se Exempel 1).
 
  
−
Riktiga miniräknare följer prioritetsregeln ovan, men kanske inte räknaren i din mobiltelefon. Testa den räknare som du använder. Följer den regeln?  Om inte, är den värdelös. I så fall skaffa en räknare som gör det.
+
<div class="border-divblue">
 +
<strong><span style="color:red">Utveckla</span></strong> följande uttryck till ett polynom:
  
−
Självklart har man även kommit överens om de andra operatorernas prioritet:
+
:<math> 6\,x^3 - 4\,x^2\,(3\,x + 8) + 2\,x\,(5 + 9\,x) </math>
  
−
== Addition och subtraktion av polynom ==
+
Vi löser upp parenteserna, sammanfogar de termer som går att sammanfoga och ordnar <math> x</math>-potenserna i fallande ordning:
  
−
Om vi i det inledande exemplet sätter paranteser kan vi bryta prioritetsordningen och få 45:
+
:<math> 6\,x^3 - 4\,x^2\,(3\,x + 8) + 2\,x\,(5 + 9\,x) = \,6\,x^3 -\,12\,x^3\,-\,32\,x^2 +\,10\,x\,+\,18\,x^2 = \underline{-6\,x^3 - 14\,x^2 +\,10\,x} \, </math>
 +
</div>  <!-- border-divblue -->
  
−
<math>(6+3)\cdot5=9\cdot5=45</math>
 
  
−
Parentesen tvingar oss här att först räkna <math>6+3</math> och sedan fortsätta med gånger 5 så att man får 45. Uttrycket till vänster är ett annat uttryck än det inledande exemplet. För att få det inledande exemplet måste paranteserna sättas så här:
+
== <b><span style="color:#931136">Grad</span></b> ==
 +
<div class="tolv">
 +
Den högsta förekommande exponenten till <math> x</math>-potenserna bland polynomets alla termer kallas polynomets <strong><span style="color:red">grad</span></strong>.
 +
</div>
  
−
<math>6+(3\cdot5)=6+15=21</math>
+
<div class="exempel12">
 +
Följande polynom har graden <math> \, 4\,</math>:
  
−
Nu är uttrycket till vänster identiskt med det inledande exemplet. Man kan också säga att det fanns i det inledande exemplet "osynliga" parenteser. Det är sådana som ''kan'' utelämnas utan att någon ändring sker. Nu har vi gjort dem synliga. De gör exakt samma sak som prioritetsregeln "multiplikation går före addition". Därför utelämnar man dem vanligtvis och låter prioritetsregeln göra jobbet. Men det är inte heller fel att skriva parenteserna för tydlighetens skull.
+
:::<math> x^4 - 29\;x^2 + 100 </math>
  
−
== Multiplikation av polynom ==
+
eftersom den största exponenten till <math> \, x</math>-potenserna är <math> \, 4 </math>.
  
−
Det finns inte bara osynliga parenteser. Det är de som kan utelämnas utan problem. Det finns även osynliga multiplikationstecken. De kan också utelämnas utan att någon ändring av uttryckets värde förekommer. I exemplet ovan som inledde "Parenteser" kan man faktiskt utelämna multiplikationstecknet och skriva:
+
I de inledande exemplen [[1.1_Polynom#Exempel_p.C3.A5_polynom|<strong><span style="color:blue">Exempel på polynom</span></strong>]] har polynomen där graderna <math> \, 1, \, 2, \, 3, \, </math> och <math> \, 4 \, </math> i den ordning de är angivna där.
 +
</div>
  
−
<math>(6+3)\,5</math>
 
  
−
som ger exakt samma värde 9 gånger 5 = 45 som ovan. Det gör man helt enkelt för att skriva lite mindre så att det blir enklare, av samma anledning förresten som för osynliga parenteser. Självklart kan man inte alltid utelämna multiplikationstecken, t.ex. inte mellan två rena siffror eller tal som ska multipliceras. Läsligheten får ju inte lida. I uttrycket <math>(6+3)\,5</math> är det parentesen som gör att multiplikationstecknet kan utelämnas. I sådana fall måste vi tänka oss först det osynliga multiplikationstecknet och räkna sedan. Se övning 5 i detta avsnitt.
+
== <b><span style="color:#931136">Koefficienter</span></b> ==
 +
<div class="tolv">
 +
Talen framför <math> x</math>-potenserna kallas för polynomets <strong><span style="color:red">koefficienter</span></strong>.  
 +
</div>
  
−
== Exempel 1 ==
 
  
−
Vad ger följande uttryck?
+
<div class="exempel12">
  
−
<math>12-2\cdot3+6</math>
+
* 1:a gradspolynomet <math> \qquad 4\,x + 12 \qquad\qquad\quad </math> har koefficienterna <math> \quad 4 \,</math> och <math> \, 12 </math>.
  
−
Det vanligaste felet man gör är att börja räkna <math>12-2</math>. Istället för att börja räkna måste man titta på hela uttrycket. Då konstaterar man att det finns operatorer med olika prioriteter nämligen <math>+</math> och <math>\cdot\;</math> vilket innebär att prioritetsreglerna måste användas:
+
* 2:a gradspolynomet <math> \qquad 3\,x^2 + 5\,x - 16 \qquad </math> har koefficienterna <math> \quad 3 \, </math> och <math> \, 5 \, </math> och <math> \, -16</math>.
  
−
<math>12-2\cdot3+6=12-(2\cdot3)+6=12-6+6=12-0=12</math>
+
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Konstanterna <math> 12\, </math> och <math> -16\, </math> i exemplen ovan är också koefficienter, fast de inte (synligt) står framför någon <math> x</math>-potens, därför att <math> 12\, </math> kan skrivas som:
  
−
Parentesen är här endast till för att förtydliga hur man tänkt och räknat. Observera också likhetstecknets korrekta användning. Skriver man en kedja av likheter för att visa alla mellansteg måste man beakta att det verkligen står exakt samma sak på båda sidor av likhetstecknen. Därför måste t.ex. talet 12 upprepas i alla mellansteg ända till slutet för att upprätthålla likheterna, även om man inte räknar med 12 förrän i det allra sista steget. Genom skicklig användning av räkneordning kan man minimera räknearbetet.
+
::::<math> 12 \cdot x^0 </math>
  
−
== Exempel 2 ==
+
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Detta pga <math> x^0 = 1\, </math>. Samma sak gäller för koefficienten <math> -16 \, = \, -16\,x^0 </math>, se repetitionsfliken om [[Potenser|<strong><span style="color:blue">... Potenser</span></strong>]].
  
−
Här har vi ett lite större uttryck med parenteser:
+
* 4:e gradspolynomet <math> \qquad x^4 - 29\,x^2 + 100 \qquad </math> har koefficienterna <math> \quad 1, \quad  0, \quad  -29, \quad  0, \quad  100</math>
  
−
<math>(50+14)-8\cdot3+4</math>
+
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Anledningen till att två koefficienter är <math> \, 0 \,</math> är att <math>x^3</math>- och <math>x^1</math>-termerna saknas i polynomet. Det betyder att deras koefficienter är <math> \, 0 \, </math>. Man skulle kunna skriva polynomet även så här:
  
−
Om vi endast tillämpar det vi lärt oss i det här avsnittet dvs räknar först multiplikationen blir lösningen följande:  
+
::::<math> x^4 + 0\cdot x^3 - 29\;x^2 + 0\cdot x^1 + 100\cdot x^0 </math>
  
−
<math>(50+14)-8\cdot3+4 = (50+14)-24+4 = 64-24+4 = 40+4 = 44</math>
+
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Att man inte gör det beror på att termerna med koefficienten <math> \, 0 \, </math> bidrar inget till polynomets värde. Man föredrar skrivsättet <math> \, x^4 - 29\,x^2 + 100 \, </math> för det är enklare att skriva så. 
 +
</div>
  
−
Men även följande lösning är helt korrekt:
 
  
−
<math>(50+14)-8\cdot3+4 = 64-8\cdot3+4 = 64-24+4 = 40+4 = 44</math>
+
<div class="tolv">
 +
För enkelhetens skull brukar man utelämna de termer som räknemässigt inte bidrar till polynomets värde. Men formellt är de där och bör tas hänsyn till när man räknar upp koefficienterna. På så sätt kan man alltid använda den fullständiga koefficientlistan som en definition på polynomet.
 +
</div>
  
−
Här har man löst upp parentesen först vilket inte alls står i motsägelse till prioritetsreglerna. Inom parentesen finns ju ingen annan operator än <math>+</math> så att det inte uppstår något problem vad gäller operatorprioritet. I nästa steg räknas 8 gånger 3 först och dras av sedan från 64. Viktigt är att man efter första likhetstecknet inte begår felet att räkna <math>64-8</math> utan tar först 8 gånger 3.
 
  
−
Frågan som uppstår nu är: Vilken av de två lösningarna ovan är bättre? Just i det här exemplet spelar det ingen roll. Men generellt kommer vi att se att det i större sammanhang är bättre att lösa upp paranteser först, dvs att räkna deras innehåll så att man kan ta bort dem. Sedan kan man följa operatorernas prioritetsregler.
+
== <b><span style="color:#931136">Ett polynoms värde</span></b> ==
 +
<div class="tolv">
  
−
== Exempel 3 ==
+
Eftersom ett polynom är en speciell form av ett uttryck är ett polynoms värde inget annat än uttryckets värde. Ett polynom har inget givet värde för sig utan får ett värde för något specificerat värde för <math>x\,</math>.
 +
</div>
  
−
'''Problem:''' Beräkna utan miniräknare:
 
  
−
<math>24 - (8-4) - 36/6 + 5\cdot4</math>
+
<div class="exempel12">
 +
<b><span style="color:#931136">Exempel:</span></b> &nbsp;&nbsp; Beräkna följande polynoms värde för <math> \, x = 0,5 </math>:
  
−
'''Svar:''' 34
+
::::::::<math> 8\,x^3 - 4\,x </math>
  
−
'''Lösning:'''
+
<b><span style="color:#931136">Lösning:</span></b> &nbsp;&nbsp; Vi sätter in <math> 0,5\,</math> för <math>x\,</math> i polynomets alla termer och beräknar polynomets värde:
  
−
<math>24\,-\,(8-4)\,-\,36/6\,+\,5\,\cdot\,4\;=\;24\,-\,4\,-\,6\,+\,20\;=\;20\,-\,6\,+\,20\;=\;14\,+\,20\;=\;34</math>
+
::::::::<math> 8 \cdot 0,5^3 - 4 \cdot 0,5 = 8 \cdot 0,125 - 2 = 1 - 2 = -1 \,</math>
  
−
Här har vi förkortat lösningen genom att sammanfatta beräkningen av parentesen, divisionen och multiplikationen i det första mellansteget.
+
Det givna polynomets värde för <math> x = 0,5\, </math> är <math> -1\,</math>. För andra värden på <math>x\,</math> kommer polynomet att ha andra värden.
 +
</div>
  
−
== Ett polynoms grad ==
 
  
−
'''Problem:''' Beräkna utan räknare och kontrollera resultatet med räknaren:  
+
== <b><span style="color:#931136">Att räkna med polynom</span></b> ==
 +
<div class="tolv">
 +
Man räknar med polynom precis på samma sätt som man gör det med uttryck därför att polynom är en speciell form av uttryck. Man kan addera, subtrahera och multiplicera polynom med varandra. Resultatet blir ett nytt polynom. Följande gäller:
 +
</div>
  
−
<math>\left({16-4 \over 3} + 7\right) \cdot 2 - 9/3 + 1 </math>
 
  
−
'''Svar:''' 20
+
<div class="border-divblue">
 +
<big>Summan, differensen och produkten av polynom är alltid ett polynom.</big>
 +
</div>
  
−
'''Lösning:'''
 
  
−
<math>\left({16-4 \over 3} + 7\right)\,\cdot\,2\,-\,9/3\,+\,1 = \left({12 \over 3} + 7\right)\,\cdot\,2\,-\,3\,+\,1 = (4+7)\,\cdot\,2\,-\,3\,+\,1 = 11\,\cdot\,2\,-\,3\,+\,1 = 22\,-\,3\,+\,1 = 22\,-\,3\,+\,1 = 19\,+\,1 = 20</math>
+
<div class="exempel">
 +
=== <span style="color:#931136">Exempel på räkning med polynom</span> ===
 +
<big>
 +
Två polynom är givna:
  
−
Här har vi i det första mellansteget börjat att beräkna parentesen och samtidigt utfört divisionen <math>9/3</math> för att skriva lite mindre. Upplösningen av parentesen fortsätter i det andra mellansteget medan divisionen är avslutad och resultatet tas med i de följande mellanstegen tills parentesen är upplöst och multiplikationen med 2 genomförd.
+
::<math> 6\,x^2 + 2\,x - 3 </math>
 +
::<math> -6\,x^2 - 3\,x + 4 </math>
  
−
== Internetlänkar ==
+
Bilda deras summa, differens och produkt.
−
http://www.youtube.com/watch?v=doxCjrqxoRM
+
  
−
http://www.mathgoodies.com/lessons/vol7/order_operations.html
+
<b>Summa = resultat av addition:</b>
  
−
http://math.about.com/gi/dynamic/offsite.htm?site=http://www.funbrain.com/algebra/
+
<math> (6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3)\,+\,(-6\,x^2\,-\,3\,x\,+\,4) \, = \, 6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3\,-\,6\,x^2\,-\,3\,x\,+\,4 \, = \, \underline{-\,x\,+\,1} </math>
 +
 
 +
<b>Differens = resultat av subtraktion:</b>
 +
 
 +
<math> (6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3)\,-\,(-6\,x^2\,-\,3\,x\,+\,4) \, = \, 6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3\,+\,6\,x^2\,+\,3\,x\,-\,4 \, = \, \underline{12\,x^2\,+\,5\,x\,-\,7}</math>
 +
 
 +
<b>Produkt = resultat av multiplikation:</b>
 +
 
 +
<math> (6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3)\,\cdot\,(-6\,x^2\,-\,3\,x\,+\,4) \, = \, -36\,x^4\,-\,18\,x^3\,+\,24\,x^2\,-\,12\,x^3\,-\,6\,x^2\,+\,8\,x\,+\,18\,x^2\,+\,9\,x\,-\,12 \, = \, </math>
 +
 
 +
<math> \qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\;\;\, = \, \underline{-36\,x^4\,-\,30\,x^3\,+\,36\,x^2\,+\,17\,x\,-\,12} </math>
 +
</big></div>
 +
 
 +
 
 +
<div class="tolv">
 +
Det man gör hela tiden i exemplet ovan är att först lösa upp parenteserna och sedan sammanfoga de termer som går att sammanfoga, det är de termer som har samma exponent.
 +
 
 +
Som man ser blir alla resultat polynom. Vid addition och subtraktion blir resultatens grad samma eller mindre än utgångspolynomen. I additionsexemplet blir graden mindre eftersom de kvadratiska termerna tar ut varandra. Multiplikationen däremot förstorar graden. I exemplet är faktorerna 2:a gradspolynom medan deras produkt blir av graden 4. Generellt gäller det att produktpolynomets grad blir <math> \, m + n \, </math> om faktorernas grader är <math> \, m \, </math> och <math> \, n \, </math>, vilket är en konsekvens av första potenslagen.
 +
 
 +
Till skillnad från addition, subtraktion och multiplikation av två (eller flera) polynom som alltid ger ett polynom, ger division av två polynom i regel inte ett polynom.
 +
</div>
 +
 
 +
 
 +
<div class="border-divblue">
 +
<big>Kvoten av två polynom är i regel inget polynom.</big>
 +
</div>
 +
 
 +
 
 +
<div class="tolv">
 +
Det enklaste exemplet nämndes i [[1.1_Polynom#Exempel_p.C3.A5_icke-polynom|<strong><span style="color:blue">Exempel på icke-polynom</span></strong>]] dvs kvoten mellan polynomet <math> 1 \, </math> (av graden 0) och polynomet <math> x \, </math> (av graden 1):
 +
 
 +
:::<math> {1 \over x} \qquad {\rm eller} \qquad x^{-1} </math>
 +
 
 +
Uttrycken är enligt [[Potenser#Potenslagarna|<strong><span style="color:blue">potenslagarna</span></strong>]] identiska. Man ser att exponenten är negativ. Men i ett polynom får exponenterna till <math> x</math>-potenserna inte vara negativa. Därför är uttrycket ovan inget polynom <math>-</math> ett exempel på att kvoten av två polynom i regel inte är polynom.
 +
 
 +
Division av polynom leder oss till en ny klass av uttryck som <big><big><math> 1 \over x </math></big></big> är ett exempel på. Denna nya klass av uttryck kallas <strong><span style="color:red">rationella uttryck</span></strong> och behandlas i [[Detta avsnitt ingår inte i demon.|<strong><span style="color:blue">avsnitt 1.3</span></strong>]].
 +
</div>
 +
 
 +
 
 +
== <b><span style="color:#931136">Allmän definition</span></b> ==
 +
<div class="tolv">
 +
 
 +
Inledningsvis kallades en konstant gånger en <math> x</math>-potens för en term:
 +
 
 +
:::<math> 8 \cdot x^3 \qquad\qquad {\rm Generellt:} \qquad\qquad a \cdot x^n </math>
 +
 
 +
Som en summa av många sådana termer har ett polynom följande allmän definition:
 +
</div>
 +
 
 +
 
 +
<div class="border-divblue">
 +
<big>Ett &nbsp; <span style="color:red">polynom av grad <math>n\,</math></span> &nbsp; har formen:
 +
 
 +
:<math> a_n \cdot x^n + a_{n-1} \cdot x^{n-1} + \quad \ldots \quad + a_1 \cdot x + a_0 \; , \quad
 +
{\rm där } \quad {\color{Red} {n\,= {\rm positivt\;heltal}}\;{\rm eller}\;{\color{Red} 0}\,.} </math>
 +
 
 +
Koefficienterna <math> \, a_n </math> är godtyckliga kända konstanter, medan <math>x\,</math> är en variabel.</big>
 +
</div>
 +
 
 +
 
 +
<div class="tolv">
 +
Istället för att använda beteckningarna <math> \, a, \, b, \, c, \, \dots </math> för koefficienterna inför man s.k. indicerade beteckningar <math> \, a_1, \, a_2, \, a_3, \, \dots </math>. Det nedsänkta <math>\,{\color {Red} {_n}}</math>-et i <math>a_n\,</math> är en del av beteckningen och kallas <strong><span style="color:red">index</span></strong> (subscript, nedsänkt skrivet). Dessa indicerade beteckningar används för att associera koefficienten till <math>\,x</math>-potensens exponent.
 +
 
 +
<math> a_n\, </math> kallas för polynomets <strong><span style="color:red">ledande koefficient</span></strong>.
 +
 
 +
<math> a_0\, </math> kallas polynomets <strong><span style="color:red">konstanta term</span></strong>.
 +
 
 +
Generellt kan ett polynom definieras via sina samtliga koefficienter.
 +
</div>
 +
 
 +
 
 +
<div class="exempel">
 +
=== <span style="color:#931136">Exempel</span> ===
 +
<big>
 +
:Polynomet <math> \quad x^5 + 3\,x^4 - 8\,x^3 - 54\,x + 9 \quad </math> av grad <math> \, 5 \, </math> har koefficienterna:
 +
 
 +
::<math>a_5 = 1 \; , \qquad a_4 = 3 \; , \qquad a_3 = -8 \; , \qquad a_2 = 0 \; , \qquad a_1 = -54 \; , \qquad a_0 = 9</math>
 +
</big></div>
 +
 
 +
 
 +
<div class="tolv">
 +
<b>Konvention:</b> Ur ren beräkningssynpunkt är det irrelevant i vilken ordning man skriver ett polynoms termer. Men, för att höja läsligheten och hålla sig till en bra struktur, brukar man börja med den term som har den högsta <math> x</math>-potensen, skriva termerna i avtagande ordning på <math> x</math>-potensernas exponenter och avsluta med den konstanta termen.
 +
</div>
 +
 
 +
 
 +
== <b><span style="color:#931136">Ett polynoms nollställen (rötter)</span></b> ==
 +
<div class="tolv">
 +
 
 +
När polynomets värde blir <math> 0\,</math> kallar man de <math> x\,</math> för vilka polynomets värde blir <math> 0\,</math>, <strong><span style="color:red">polynomets nollställen</span></strong>. Nollställe är i polynomsammanhang synonym till <strong><span style="color:red">rot</span></strong>. Se även [[Detta avsnitt ingår inte i demon.|<strong><span style="color:blue">rotens olika betydelser</span></strong>]].
 +
 
 +
Till skillnad från polynomets värde där vi satt in ett tal för <math> x\,</math> och fick ett värde för polynomet, måste vi nu vända på steken och sätta polynomet till värdet <math> 0\,</math> och beräkna <math> x\,</math>. Det är en mycket svårare uppgift eftersom vi måste lösa en ekvation som i regel är av högre grad. Vi är ju ute efter de <math> x\,</math> för vilka ett polynom av en viss grad blir <math> 0\,</math>. Dessa <math> x\,</math> är polynomets nollställen. Därför kan ett polynom ha flera nollställen medan ett polynoms värde är alltid unikt.
 +
</div>
 +
 
 +
 
 +
<div class="exempel">
 +
=== <span style="color:#931136">Exempel på nollställen</span> ===
 +
<big>
 +
Bestäm alla nollställen till polynomet <math> 5\,x^2 -\,20\,x </math>.
 +
 
 +
Att beräkna polynomets nollställen innebär att sätta polynomet till 0 och lösa följande ekvation:
 +
 
 +
::<math> 5\,x^2 -\,20\,x = 0 </math>
 +
 
 +
Eftersom vänsterledet saknar konstant term kan man bryta ut x som är den gemensamma faktorn i båda termer för att sedan kunna använda nollproduktmetoden:
 +
 
 +
::<math>\begin{align} 5\,x^2 -\,20\,x & = 0        \\
 +
                    x\,(5\,x -\,20) & = 0        \\
 +
                                x_1 & = 0        \\
 +
                      5\,x_2 -\,20 & = 0        \\
 +
                                x_2 & = 4        \\
 +
    \end{align}</math>
 +
 
 +
Polynomets nollställen eller rötter är alltså <math> x_1 = 0\, </math> och <math> x_2 = 4\, </math>.
 +
</big></div>
 +
 
 +
 
 +
== <b><span style="color:#931136">Internetlänkar</span></b> ==
 +
 
 +
https://www.youtube.com/watch?v=-O2jvyajf8I&list=PL8F23578B46CAECC9
 +
 
 +
https://www.youtube.com/watch?v=nKpfFc7Tns0
 +
 
 +
http://www.youtube.com/watch?v=IDpnNnjFB1c
 +
 
 +
http://www.mathsisfun.com/algebra/polynomials.html
 +
 
 +
http://tutorial.math.lamar.edu/Classes/Alg/Polynomials.aspx
 +
 
 +
 
 +
 
 +
 
 +
 
 +
 
 +
 
 +
 
 +
[[Matte:Copyrights|Copyright]] © 2019 [https://www.techpages.se <b><span style="color:blue">TechPages AB</span></b>]. All Rights Reserved.

Nuvarande version från 13 maj 2019 kl. 17.12

        <<  Repetitioner          Genomgång          Övningar          Fördjupning          Nästa demoavsnitt  >>      


Exempel på polynom

\[ 4\,x + 12 \]
\[ 3\,x^2 + 5\,x - 16 \]
\[ 8\,x^3 + 4\,x^2 - 7\,x + 6\]
\[ 3\,x^4 - 8\,x^3 + 12\,x^2 - 54\,x + 9\quad\]

Uttrycken ovan kallas för polynom, eftersom de består av många (poly på latin) termer (nom på latin). Varje polynom är en summa av ett antal termer.

En term består av ett tal gånger en \( \, x\)-potens, t.ex. \( 3\,x^4 \).

Man brukar inleda polynom med den term som har den högsta \( \,x\)-potensen. Sedan fortsätter man med termer i avtagande ordning på \( x\)-potenserna.

Exempel på icke-polynom

Följande uttryck är inga polynom, eftersom de inte kan skrivas som summor av termer där varje term har formen "tal gånger en \( \, x\)-potens" som i exemplen ovan:

\[ \displaystyle{1 \over x} \qquad\qquad\qquad \displaystyle{\sqrt x} \qquad\qquad\qquad \displaystyle{a^x} \; , \quad {\rm där} \quad a = {\rm const.} \]

I polynom måste \( x\)-potensernas exponenter vara positiva heltal eller \( \, 0 \), dvs de får inte vara negativa eller bråk. Därför är \( 1 \over x \) \( = x^{-1}\, \) och \( \sqrt x = x^{1\over2} \) inga polynom.

I polynom får inte heller variabeln \( x \) förekomma i exponenten. Därför är \( \, a^x \) inget polynom. Se även Allmän definition längre fram och repetitionsfliken om ... Potenser.


Att utveckla ett algebraiskt uttryck till ett polynom betyder att förenkla uttrycket genom att:

  1. lösa upp alla parenteser,
  2. sammanfoga alla termer som går att sammanfoga och
  3. skriva resultatet som en summa av termer, helst ordnad efter \( x\)-potenser i avtagande ordning.


Utveckla följande uttryck till ett polynom:

\[ 6\,x^3 - 4\,x^2\,(3\,x + 8) + 2\,x\,(5 + 9\,x) \]

Vi löser upp parenteserna, sammanfogar de termer som går att sammanfoga och ordnar \( x\)-potenserna i fallande ordning:

\[ 6\,x^3 - 4\,x^2\,(3\,x + 8) + 2\,x\,(5 + 9\,x) = \,6\,x^3 -\,12\,x^3\,-\,32\,x^2 +\,10\,x\,+\,18\,x^2 = \underline{-6\,x^3 - 14\,x^2 +\,10\,x} \, \]


Grad

Den högsta förekommande exponenten till \( x\)-potenserna bland polynomets alla termer kallas polynomets grad.

Följande polynom har graden \( \, 4\,\):

\[ x^4 - 29\;x^2 + 100 \]

eftersom den största exponenten till \( \, x\)-potenserna är \( \, 4 \).

I de inledande exemplen Exempel på polynom har polynomen där graderna \( \, 1, \, 2, \, 3, \, \) och \( \, 4 \, \) i den ordning de är angivna där.


Koefficienter

Talen framför \( x\)-potenserna kallas för polynomets koefficienter.


  • 1:a gradspolynomet \( \qquad 4\,x + 12 \qquad\qquad\quad \) har koefficienterna \( \quad 4 \,\) och \( \, 12 \).
  • 2:a gradspolynomet \( \qquad 3\,x^2 + 5\,x - 16 \qquad \) har koefficienterna \( \quad 3 \, \) och \( \, 5 \, \) och \( \, -16\).

     Konstanterna \( 12\, \) och \( -16\, \) i exemplen ovan är också koefficienter, fast de inte (synligt) står framför någon \( x\)-potens, därför att \( 12\, \) kan skrivas som:

\[ 12 \cdot x^0 \]

     Detta pga \( x^0 = 1\, \). Samma sak gäller för koefficienten \( -16 \, = \, -16\,x^0 \), se repetitionsfliken om ... Potenser.

  • 4:e gradspolynomet \( \qquad x^4 - 29\,x^2 + 100 \qquad \) har koefficienterna \( \quad 1, \quad 0, \quad -29, \quad 0, \quad 100\)

     Anledningen till att två koefficienter är \( \, 0 \,\) är att \(x^3\)- och \(x^1\)-termerna saknas i polynomet. Det betyder att deras koefficienter är \( \, 0 \, \). Man skulle kunna skriva polynomet även så här:

\[ x^4 + 0\cdot x^3 - 29\;x^2 + 0\cdot x^1 + 100\cdot x^0 \]

     Att man inte gör det beror på att termerna med koefficienten \( \, 0 \, \) bidrar inget till polynomets värde. Man föredrar skrivsättet \( \, x^4 - 29\,x^2 + 100 \, \) för det är enklare att skriva så.


För enkelhetens skull brukar man utelämna de termer som räknemässigt inte bidrar till polynomets värde. Men formellt är de där och bör tas hänsyn till när man räknar upp koefficienterna. På så sätt kan man alltid använda den fullständiga koefficientlistan som en definition på polynomet.


Ett polynoms värde

Eftersom ett polynom är en speciell form av ett uttryck är ett polynoms värde inget annat än uttryckets värde. Ett polynom har inget givet värde för sig utan får ett värde för något specificerat värde för \(x\,\).


Exempel:    Beräkna följande polynoms värde för \( \, x = 0,5 \):

\[ 8\,x^3 - 4\,x \]

Lösning:    Vi sätter in \( 0,5\,\) för \(x\,\) i polynomets alla termer och beräknar polynomets värde:

\[ 8 \cdot 0,5^3 - 4 \cdot 0,5 = 8 \cdot 0,125 - 2 = 1 - 2 = -1 \,\]

Det givna polynomets värde för \( x = 0,5\, \) är \( -1\,\). För andra värden på \(x\,\) kommer polynomet att ha andra värden.


Att räkna med polynom

Man räknar med polynom precis på samma sätt som man gör det med uttryck därför att polynom är en speciell form av uttryck. Man kan addera, subtrahera och multiplicera polynom med varandra. Resultatet blir ett nytt polynom. Följande gäller:


Summan, differensen och produkten av polynom är alltid ett polynom.


Exempel på räkning med polynom

Två polynom är givna:

\[ 6\,x^2 + 2\,x - 3 \]
\[ -6\,x^2 - 3\,x + 4 \]

Bilda deras summa, differens och produkt.

Summa = resultat av addition:

\( (6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3)\,+\,(-6\,x^2\,-\,3\,x\,+\,4) \, = \, 6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3\,-\,6\,x^2\,-\,3\,x\,+\,4 \, = \, \underline{-\,x\,+\,1} \)

Differens = resultat av subtraktion:

\( (6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3)\,-\,(-6\,x^2\,-\,3\,x\,+\,4) \, = \, 6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3\,+\,6\,x^2\,+\,3\,x\,-\,4 \, = \, \underline{12\,x^2\,+\,5\,x\,-\,7}\)

Produkt = resultat av multiplikation:

\( (6\,x^2\,+\,2\,x\,-\,3)\,\cdot\,(-6\,x^2\,-\,3\,x\,+\,4) \, = \, -36\,x^4\,-\,18\,x^3\,+\,24\,x^2\,-\,12\,x^3\,-\,6\,x^2\,+\,8\,x\,+\,18\,x^2\,+\,9\,x\,-\,12 \, = \, \)

\( \qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\;\;\, = \, \underline{-36\,x^4\,-\,30\,x^3\,+\,36\,x^2\,+\,17\,x\,-\,12} \)


Det man gör hela tiden i exemplet ovan är att först lösa upp parenteserna och sedan sammanfoga de termer som går att sammanfoga, det är de termer som har samma exponent.

Som man ser blir alla resultat polynom. Vid addition och subtraktion blir resultatens grad samma eller mindre än utgångspolynomen. I additionsexemplet blir graden mindre eftersom de kvadratiska termerna tar ut varandra. Multiplikationen däremot förstorar graden. I exemplet är faktorerna 2:a gradspolynom medan deras produkt blir av graden 4. Generellt gäller det att produktpolynomets grad blir \( \, m + n \, \) om faktorernas grader är \( \, m \, \) och \( \, n \, \), vilket är en konsekvens av första potenslagen.

Till skillnad från addition, subtraktion och multiplikation av två (eller flera) polynom som alltid ger ett polynom, ger division av två polynom i regel inte ett polynom.


Kvoten av två polynom är i regel inget polynom.


Det enklaste exemplet nämndes i Exempel på icke-polynom dvs kvoten mellan polynomet \( 1 \, \) (av graden 0) och polynomet \( x \, \) (av graden 1):

\[ {1 \over x} \qquad {\rm eller} \qquad x^{-1} \]

Uttrycken är enligt potenslagarna identiska. Man ser att exponenten är negativ. Men i ett polynom får exponenterna till \( x\)-potenserna inte vara negativa. Därför är uttrycket ovan inget polynom \(-\) ett exempel på att kvoten av två polynom i regel inte är polynom.

Division av polynom leder oss till en ny klass av uttryck som \( 1 \over x \) är ett exempel på. Denna nya klass av uttryck kallas rationella uttryck och behandlas i avsnitt 1.3.


Allmän definition

Inledningsvis kallades en konstant gånger en \( x\)-potens för en term:

\[ 8 \cdot x^3 \qquad\qquad {\rm Generellt:} \qquad\qquad a \cdot x^n \]

Som en summa av många sådana termer har ett polynom följande allmän definition:


Ett   polynom av grad \(n\,\)   har formen:

\[ a_n \cdot x^n + a_{n-1} \cdot x^{n-1} + \quad \ldots \quad + a_1 \cdot x + a_0 \; , \quad {\rm där } \quad {\color{Red} {n\,= {\rm positivt\;heltal}}\;{\rm eller}\;{\color{Red} 0}\,.} \]

Koefficienterna \( \, a_n \) är godtyckliga kända konstanter, medan \(x\,\) är en variabel.


Istället för att använda beteckningarna \( \, a, \, b, \, c, \, \dots \) för koefficienterna inför man s.k. indicerade beteckningar \( \, a_1, \, a_2, \, a_3, \, \dots \). Det nedsänkta \(\,{\color {Red} {_n}}\)-et i \(a_n\,\) är en del av beteckningen och kallas index (subscript, nedsänkt skrivet). Dessa indicerade beteckningar används för att associera koefficienten till \(\,x\)-potensens exponent.

\( a_n\, \) kallas för polynomets ledande koefficient.

\( a_0\, \) kallas polynomets konstanta term.

Generellt kan ett polynom definieras via sina samtliga koefficienter.


Exempel

Polynomet \( \quad x^5 + 3\,x^4 - 8\,x^3 - 54\,x + 9 \quad \) av grad \( \, 5 \, \) har koefficienterna:
\[a_5 = 1 \; , \qquad a_4 = 3 \; , \qquad a_3 = -8 \; , \qquad a_2 = 0 \; , \qquad a_1 = -54 \; , \qquad a_0 = 9\]


Konvention: Ur ren beräkningssynpunkt är det irrelevant i vilken ordning man skriver ett polynoms termer. Men, för att höja läsligheten och hålla sig till en bra struktur, brukar man börja med den term som har den högsta \( x\)-potensen, skriva termerna i avtagande ordning på \( x\)-potensernas exponenter och avsluta med den konstanta termen.


Ett polynoms nollställen (rötter)

När polynomets värde blir \( 0\,\) kallar man de \( x\,\) för vilka polynomets värde blir \( 0\,\), polynomets nollställen. Nollställe är i polynomsammanhang synonym till rot. Se även rotens olika betydelser.

Till skillnad från polynomets värde där vi satt in ett tal för \( x\,\) och fick ett värde för polynomet, måste vi nu vända på steken och sätta polynomet till värdet \( 0\,\) och beräkna \( x\,\). Det är en mycket svårare uppgift eftersom vi måste lösa en ekvation som i regel är av högre grad. Vi är ju ute efter de \( x\,\) för vilka ett polynom av en viss grad blir \( 0\,\). Dessa \( x\,\) är polynomets nollställen. Därför kan ett polynom ha flera nollställen medan ett polynoms värde är alltid unikt.


Exempel på nollställen

Bestäm alla nollställen till polynomet \( 5\,x^2 -\,20\,x \).

Att beräkna polynomets nollställen innebär att sätta polynomet till 0 och lösa följande ekvation:

\[ 5\,x^2 -\,20\,x = 0 \]

Eftersom vänsterledet saknar konstant term kan man bryta ut x som är den gemensamma faktorn i båda termer för att sedan kunna använda nollproduktmetoden:

\[\begin{align} 5\,x^2 -\,20\,x & = 0 \\ x\,(5\,x -\,20) & = 0 \\ x_1 & = 0 \\ 5\,x_2 -\,20 & = 0 \\ x_2 & = 4 \\ \end{align}\]

Polynomets nollställen eller rötter är alltså \( x_1 = 0\, \) och \( x_2 = 4\, \).


Internetlänkar

https://www.youtube.com/watch?v=-O2jvyajf8I&list=PL8F23578B46CAECC9

https://www.youtube.com/watch?v=nKpfFc7Tns0

http://www.youtube.com/watch?v=IDpnNnjFB1c

http://www.mathsisfun.com/algebra/polynomials.html

http://tutorial.math.lamar.edu/Classes/Alg/Polynomials.aspx





Copyright © 2019 TechPages AB. All Rights Reserved.

Hämtad från "https://minidemo.mathonline.se/index.php?title=1.1_Polynom&oldid=28456"