CHUYÊN Đ B I DƯNG H C SINH GI I TOÁN
ĐA TH C
PH N I: M C TIÊU
- Cung c p các lý thuy t chung v ế đa th c
- V n d ng lý thuy t gi i m t s d ng toán v ế đa thc thưng g p trong công tác
bi dưng h c sinh gi i.
PH N II: LÝ THUY T CHUNG V ĐA TH C
I. CÁC ĐNH NGHĨA
1/ Đa th c P(x) b c n là hàm được xác đnh nh sau:ư
P(x) = anxn + an-1xn-1 + …+ a1x + a0
Trong đó a0, a1, …, an là các h ng s cho trưc và
0
n
a
Khi đó a0, a1, …, an đưc g i là các h s c a đa th c
Ngưi ta dùng deg P(x) đ kí hi u b c c a đa th c P(x)
N u aếi là các s nguyên
0,i n
=
thì P(x) gi là đa th c v i h s nguyên
N u aếi là các s h u t
0,i n
=
thì P(x) gi là đa th c v i h s h u t .
2/ S x0 đưc g i là nghi m c a đa th c P(x) n u P(x ế 0) = 0
3/ Cho hai đa th c P(x) và Q(x). Ta nói r ng P(x) chia h t cho Q(x) n u t n t ế ế i đa th c
h(x) sao cho P(x) = h(x). Q(x). Khi đó đa th c Q(x) là ưc c a đa th c P(x).
4/ Hai đa th c P(x) và Q(x) đưc g i là nguyên t cùng nhau n u P(x) và Q(x) ế không có
ưc chung b c dương
5/ Cho k là m t s nguyên d ng. Sươ x0 đưc g i là nghi m b i k c a đa th c P(x) n ếu
nh đa thưc P(x) chia h ết cho đa th c (x – x0)k nh ng không chia hư ết cho đa th c (x –
x0)k+1
6/ Đa th c nguyên thu là đa th c v i h s nguyên và các h s c a nó là nguyên t
cùng nhau.
II. CÁC TÍNH CHT C BƠN C A ĐA TH C
M nh đ 1 : Gi s P(x) và Q(x) là hai đa th c tu ý. Đt h(x) = P(x) + Q(x). Khi đó h(x)
cũng là đa th c và
deg h(x) = max{degP(x),degQ(x)} n u degP(x) ế
degQ(x)
deg h(x)
max{degP(x),degQ(x)} n u degP(x) = degQ(x)ế
M nh đ 2 : Gi s P(x) và Q(x) là hai đa th c tu ý. Đt h(x) = P(x).Q(x). Khi đó h(x)
cũng là đa th c và n u ế
( ) 0, ( ) 0P x Q x
thì deg h(x) = degP(x) + degQ(x).
M nh đ 3 : Gi s P(x) = h(x).Q(x), trong đó P(x) và Q(x) là các đa th c v i h s h u t
và
( ) 0Q x
thì h(x) cũng là đa th c v i h s h u t .
M nh đ 4 : (Đnh lý Bezout) S x0 là nghi m c a đa th c P(x)
0
( ) ( )P x x x
M
H qu 1: Mi đa th c P(x) b c n (
1n
) không th có quá n nghi m.
Nếu đa th c P(x)B c không quá n l i có n + 1 nghi m thì t t c các h s c a
nó b ng 0.
H qu 2: N u P(x)ế là đa th c mà l i là hàm tu n hoàn thì P(x)
C, v i C là h ng s
nào đó
M nh đ 5 : (Đnh lý Viete) Gi s đa th c P(x) = anxn + an-1xn-1 + …+ a1x + a0 có các
nghi m x1, x2, …, xn. Khi đó ta có các đng th c sau:
M nh đ 6 : (Đnh lý Viete đo) Nếu nh các sư th c x 1, x2, …, xn tho mãn h :
( 1) , 1,
kn k
k
n
a
S k n
a
= =
Khi đó x1, x2, …, xn là n nghi m c a đa th c b c n: P(x) = a nxn + an-1xn-1 + …+ a1x + a0
M nh đ 7 : (Đnh lý v nghi m h u t c a đa th c v i h s nguyên)
Gi s đa th c P(x) = anxn + an-1xn-1 + …+ a1x + a0 là đa th c v i h s nguyên, trong đó
1n
. Khi đó , n u P(x) có nghi m h u t thì m i nghi m h u t c a P(x) có d ng ế
r
s
,
trong đó r là ưc c a a 0, s là ưc c a a n và (r,s) =1
H qu 2: N u ếđa th c P(x) = xn + an-1xn-1 + …+ a1x + a0 , trong đó ai nguyên
0, 1i n
=
. Khi đó n u P(x) có nghi m h u t thì m i nghi m h u t cế a P(x) đu là
s nguyên và là m t trong các ưc s c a h s a 0.
III. LƯỢC Đ HORNER
1/ Tính giá tr c a đa th c P(x) = anxn + an-1xn-1 + …+ a1x + a0 khi x =
α
ta dùng b ng
Horner
anan-1 an-2 ak a1a0
α
bnbn-1 bn-2 bk b1b0
2/ Chia đa th c cho nh th c b c nh t x -
α
Nếu nh trong bưng Horner b0 = 0 thì P(
α
) = 0 nên P(x)
M
x -
α
IV. CÔNG TH C N I SUY LAGRANGE
Gi s cho các s khác nhau b 0, b1, …, bn và các giá tr tu ý c 0, c1, …, cn. Khi đó t n t i
duy nht đa th c P(x) có b c không vưt quá n tho mãn các đng th c:
P(b0) = c0 ; P(b1) = c1 ; … ; P(bn) = cn
Đa th c này có d ng nh sau:ư
2 3 2 3 1 2
1 2
1 2 1 3 1 2 1 2 3 2 1 2 1
( )( )...( ) ( )( )...( ) ( )( )...( )
( ) . . ... .
( )( )...( ) ( )( )...( ) ( )( )...( )
n n n
n
n n n n n n
x b x b x b x b x b x b x b x b x b
P x c c c
b b b b b b b b b b b b b b b b b b
= + + +
V. ĐA TH C B T KH QUY
Đ nh nghĩa: Gi s P(x) là đa th c v i các h s h u t . P(x) đưc g i là b t kh quy
trên Q n u P(x) không bi u diế n được dưi d ng tích c a hai đa th c b c d ng vươ i các
h s h u t .
M nh đ 8 : N uế P(x) là đa th c v i các h s h u t thì nó có th bi u di n m t cách
duy nht dưi d ng
( ) ( )
a
P x Q x
b
=
Trong đó:
a
b
là phân s t i gi n
Q(x) là mt đa th c nguyên thu
B đ Gauss: Tích ca hai đa th c nguyên thu là m t đa th c nguyên thu .
M nh đ 9 : N uế đa th c P(x) v i các h s nguyên có b c degP(x) > 1 mà b t kh quy
trên Z thì cũng b t kh quy trên Q.
M nh đ 10 : Cho đa th c P(x) = anxn + an-1xn-1 + …+ a1x + a0 v i h s nguyên và n > 1.
Gi s t n t i s nguyên t p tho mãn các đi u ki n sau:
1)
n
aM
0 1
0
2) , ,..., (0 )
3)
k
p
a a a p k n
a
<M
M
2
p
N u P(x) có th bi u diế n được dưi d ng tích c a hai đa th c v i h s nguyên thì b c
c a m t trong hai đa thc đó không nh h n k + 1ơ
M nh đ 11 : (Đnh lý Eisenstein v tiêu chu n b t kh quy c a đa th c v i h s
nguyên) Cho đa th c v i h s nguyên P(x) = a nxn + an-1xn-1 + …+ a1x + a0 ,
1n
Bi t r ng t n t i s nguyên t p sao cho ế
1)
n
aM
0 1 1
0
2) , ,...,
3)
n
p
a a a p
a
M
M
2
p
Khi đó P(x) b t kh quy trên Q.
M nh đ 12 : Gi s Q(x) là m t đa th c v i h s h u t có b c
1. Khi đó v i m i đa
th c v i h s h u t P(x) t n t i duy nh t m t c p đa th c R(x), S(x) v i h s h u t
sao cho ta có bi u di n sau: P(x) = R(x).Q(x) + S(x) và deg S(x) < degQ(x) n u S(x) ế
0
M nh đ 13 : Cho đa th c P(x)
0 v i h s h u t . Gi s a là m t nghi m c a P(x).
n u P(x) là b t kh quy trên Q thì P(x) là mế t đa th c có b c nh nh t v i các h s h u
t và có m t nghi m là a.
PH N III: CÁC D NG TOÁN V ĐA TH C
I. DNG TOÁN XÁC ĐNH B C C A ĐA TH C
Bài 1: Cho đa th c P(x) = (1 – 3x + 3x2)2002(1 + 3x – 3x2)2003
Tìm t ng các h s c a đa thc có đưc sau khi khai tri n , b các d u ngo c và ước
lưng các s h ng đng d ng.
Hưng d n: S = P(1) = 1
Bài 2: Cho đa th c P(x) = (x27 + x7 - 1)2002
Tìm t ng các h s c a các l th a b c l c a đa th c sau khi khai tri n , b các d u
ngo c và ước lưng các s h ng đng d ng.
Hưng d n:
degP(x) = 27.2002 v i h s c a lu th a cao nh t là 1=> đa thc P(x) là đa th c b c
ch n
Gi s sau khi khai tri n và rút g n đa thc P(x) đã cho có d ng
P(x) = x27.2002 + an-1xn-1 + …+a1x + a0
P(1) = 1 + a n-1 + a n-2 + … + a1 + a0
P(-1) = 1 - a n-1 + a n-2 - … - a1 + a0
P(1) – P(-1) = 2(a n-1 + a n-3 + …+ a1)
Đt S = a n-1 + a n-3 + …+ a1 (t ng các h s c a các l th a b c l )
M t khác P(1) = (1 + 1 - 1)2002 = 1
P(-1) = (-1 - 1 - 1)2002 = 32002
1 - 32002 = 2S => S =
2002
1 3
2
Bài 3:Cho đa th c P(x) = (x2 + x + 1)1001. G i a0, a1, a2, … , a2002 là các h s c a đa th c nói
trên (trong d ng chính t c P(x) = a 2002x2002 + a2001x2001 + …+ a1x + a0 ). Đt:
m = a0 + a2 + a4 + … + a2002
n= a1 + a3 + a5 + … + a2001
Xác đnh tính ch n, l c a các s m và n
Bài 4:Cho P(x) và Q(x) là hai đa th c có b c n. ch ng minh r ng ho c là
2 2
( ) ( )P x Q x
ho c là
2 2
( ) ( )P x Q x
là đa th c mà deg
2 2
( ( ) ( ))P x Q x n
Bài 5:Cho đa th c P(x) = x2n + a2n-1x2n-1 + … + a1x + a0. Ch ng minh r ng t n t i hai đa
th c Q(x) và R(x) sao cho degQ(x) = n, degR(x) < n và P(x) = Q2(x) + R(x)
Bài 6:Gi s n nghi m x 1, x2, … , xn ca đa th c P(x) b c n v i h s h u t có tính ch t
sau: xn – xn-1 = xn-1 – xn-2 = … = x2 – x1
Bi t rế ng đa th c P(x) không th phân tích thành tích c a hai đa th c v i h s h u t có
b c
n. Ch ng minh r ng degP(x)
2 ?
Bài 7:Cho a1, a2, … , an là n nguyên đôi mt khác nhau. Xét đa th c P(x) = (x – a1)(x – a2)
… (x -an) – 2. Bi t r ng P(x) có th bi u diế n được dưi d ng tích c a hai đa th c v i h
s nguyên và có b c
1. Ch ng minh r ng degP(x) = 3?
II. TÍNH CHIA H T C A ĐA TH C
Ph ng phápươ chính :
-Dùng đnh lý Bezout và các h qu c a nó
-Lược đ Horner
D ng 1: Tìm d cưa phép chia mà không th c hi n phép chia
1/ Đa th c chia có d ng x – a (a: const)
-Dùng đnh lý Bezout
-f(x) có t ng các h s b ng 0 thì chia h t chi x – 1 ế
-f(x) có t ng các h s c a h ng t b c ch n b ng t ng các h s c a h ng t b c
l thì chia h t cho x + 1 ế
2/ Đa th c chia có b c 2 tr lên
Cách 1: Tách đa th c b chia thành t ng c a các đa th c chia h ết cho đa thc chia và d .ư
Cách 2: Xét giá tr riêng: g i th ng cươ a phép chia Q(x), d là ax + b thưì f(x) =g(x).Q(x) +
ax + b
Cách 3: Dùng s đơ Horner
Ví d: a/ Tìm d khi chia đa thưc x100 – 2x51 + 1 cho x2 – 1
b/ Tìm d khi chia đa thưc x100 – 2x51 + 1 cho x2 + 1
Gi i : a) Ta có: f(x) = x100 - 2x51 + 1 = (x2-1).q(x) + ax + b
f(1) = 0 = a + b
f(-1)= 4 = -a + b => b=2 ; a = -2. Vy d là : -2x+2ư
b) Ta có f(x) = (x100+x2) - (2x51+2x) - (x2+1) + (2x+2)
f(x) = x2(x98+1) - 2x(x50+1) - (x2+1) + (2x+2)