La Scomposizione in Fattori (superiori)

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lezione
La Scomposizione in Fattori (superiori)
Tipo di risorsa Tipo: lezione
Materia di appartenenza Materia: Matematica per le superiori 2
Avanzamento Avanzamento: lezione completa al 100%.

Cosa significa scomporre in fattori[modifica]

Scomporre un polinomio in fattori significa scrivere il polinomio come il prodotto di polinomi e monomi che moltiplicati tra loro danno come risultato il polinomio stesso. Si può paragonare la scomposizione in fattori di un polinomio alla scomposizione in fattori dei numeri naturali.

Scomposizione in fattori di 36

Per esempio, scomporre il numero significa scriverlo come dove e sono i suoi fattori primi. Anche è una scomposizione, ma non è in fattori primi. Allo stesso modo un polinomio va scomposto in fattori non ulteriormente scomponibili che si chiamano irriducibili.

Il polinomio si può scomporre in fattori in questo modo

,

infatti eseguendo i prodotti si ottiene

La scomposizione termina quando non è possibile scomporre ulteriormente i fattori individuati. Come per i numeri la scomposizione in fattori dei polinomi identifica il polinomio in maniera univoca (a meno di multipli).

DEFINIZIONE 1. Un polinomio si dice riducibile (scomponibile) se può essere scritto come prodotto di due o più polinomi (detti fattori) di grado maggiore di zero. In caso contrario esso si dirà irriducibile.

La caratteristica di un polinomio di essere irriducibile dipende dall’insieme numerico al quale appartengono i coefficienti del polinomio; uno stesso polinomio può essere irriducibile nell’insieme dei numeri razionali, ma riducibile in quello dei numeri reali o ancora in quello dei complessi. Dalla definizione consegue che un polinomio di primo grado è irriducibile.

DEFINIZIONE 2. La scomposizione in fattori di un polinomio è la sua scrittura come prodotto di fattori irriducibili.

Raccoglimento totale a fattore comune[modifica]

Questo è il primo metodo che si deve cercare di utilizzare per scomporre un polinomio. Il metodo si basa sulla proprietà distributiva della moltiplicazione rispetto all’addizione.

Prendiamo in considerazione il seguente prodotto:

Il nostro obiettivo è ora quello di procedere da destra verso sinistra, cioè avendo il polinomio come possiamo fare per individuare il prodotto che lo ha generato? In questo caso semplice possiamo osservare che i tre monomi contengono tutti la lettera , che quindi si può mettere in comune, o come anche si dice “in evidenza”. Perciò scriviamo


ESEMPIO 1. Analizziamo la scomposizione fattoriale.

L’ultima uguaglianza, letta da destra verso sinistra, è il raccoglimento totale a fattore comune. Partendo da possiamo notare che i coefficienti numerici , e hanno il come fattore in comune. Notiamo anche che la lettera è in comune, come la lettera . Raccogliendo tutti i fattori comuni si avrà il prodotto di partenza.


PROCEDURA 1. Mettere in evidenza il fattore comune:

  1. trovare il di tutti i termini che formano il polinomio: tutti i fattori in comune con l’esponente minimo con cui compaiono;
  2. scrivere il polinomio come prodotto del per il polinomio ottenuto dividendo ciascun monomio del polinomio di partenza per il ;
  3. verificare la scomposizione eseguendo la moltiplicazione per vedere se il prodotto dà come risultato il polinomio da scomporre.

ESEMPIO 2. Scomporre in fattori .

  1. Tra i coefficienti numerici il fattore comune è ,tra la parte letterale sono in comune le lettere e , la con esponente , la con esponente , pertanto il è ;
  2. passiamo quindi a scrivere , nella parentesi vanno i monomi che si ottengono dalle divisioni e . Quindi: ;
  3. verifica: .

ESEMPIO 3. Scomporre in fattori .

  1. Trovo tutti i fattori comuni con l’esponente minore per formare il . ;
  2. divido ciascun termine del polinomio per :
    ,,,
    il polinomio si può allora scrivere come .

Il fattore da raccogliere a fattore comune può essere scelto con il segno (positivo) o con il segno (negativo). Nell’esempio precedente è valida anche la seguente scomposizione: {{testo centrato|.

ESEMPIO 4. Scomporre in fattori .

  1. Poiché il primo termine è negativo possiamo mettere a fattore comune un numero negativo. Tra 8 e 10 il è 2. Tra e mettiamo a fattore comune le lettere e , entrambe con esponente , perché è il minimo esponente con cui compaiono. In definitiva il monomio da mettere a fattore comune è ;
  2. pertanto possiamo cominciare a scrivere ; eseguiamo le divisioni e . I quozienti trovati e vanno nelle parentesi.

In definitiva .

ESEMPIO 5. Scomporre in fattori .

  1. Il fattore comune è , quindi il polinomio si può scrivere come ;
  2. nella parentesi quadra scriviamo i termini che si ottengono dalle divisioni: ,.

In definitiva .

ESEMPIO 6. Scomporre in fattori .

  1. Il fattore comune è , quindi possiamo cominciare a scrivere ;
  2. nella parentesi quadra scriviamo i termini che si ottengono dalle divisioni: ,.

In definitiva .


Raccoglimento parziale a fattore comune[modifica]

Quando un polinomio non ha alcun fattore comune a tutti i suoi termini, possiamo provare a mettere in evidenza tra gruppi di monomi e successivamente individuare il polinomio in comune.

Osserviamo il prodotto . Supponiamo ora di avere il polinomio come possiamo fare a tornare indietro per scriverlo come prodotto di polinomi?


ESEMPIO 7. Scomponiamo in fattori . Non c’è nessun fattore comune a tutto il polinomio.
Proviamo a mettere in evidenza per gruppi di termini. Evidenziamo tra i primi tre termini e tra gli ultimi tre, avremo: . Ora risulta semplice vedere che il trinomio è in comune e quindi lo possiamo mettere in evidenza .


PROCEDURA 2. Eseguire il raccoglimento parziale.

  1. Dopo aver verificato che non è possibile effettuare un raccoglimento a fattore comune totale raggruppo i monomi in modo che in ogni gruppo sia possibile mettere in comune qualche fattore;
  2. verifico se la nuova scrittura del polinomio ha un polinomio (binomio, trinomio, …) comune a tutti i termini;
  3. se è presente il fattore comune a tutti i termini lo metto in evidenza;
  4. se il fattore comune non è presente la scomposizione è fallita, allora posso provare a raggruppare diversamente i monomi o abbandonare questo metodo.

ESEMPIO 8. Scomporre in fattori .

  1. Provo a mettere in evidenza la nel primo e secondo termine e la nel terzo e quarto termine: ;
  2. in questo caso non c’è nessun fattore comune: il metodo è fallito. In effetti il polinomio non si può scomporre in fattori.

ESEMPIO 9. Scomporre in fattori .

  1. Non vi sono fattori da mettere a fattore comune totale, proviamo con il raccoglimento parziale: nei primi due monomi e negli altri due;
  2. .

ESEMPIO 10. Scomporre in fattori .

  1. Raggruppiamo nel seguente modo: tra quelli con sottolineatura semplice metto a fattore comune , tra quelli con doppia sottolineatura metto a fattore comune ;
  2. .

ESEMPIO 11. Scomporre in fattori .

  1. Il fattore comune è , quindi:
    • ;
  2. vediamo se è possibile scomporre il polinomio in parentesi con un raccoglimento parziale .

Riconoscimento di prodotti notevoli[modifica]

Quadrato di un binomio[modifica]

Uno dei metodi più usati per la scomposizione di polinomi è legato al saper riconoscere i prodotti notevoli. Se abbiamo un trinomio costituito da due termini che sono quadrati di due monomi ed il terzo termine è uguale al doppio prodotto degli stessi due monomi, allora il trinomio può essere scritto sotto forma di quadrato di un binomio, secondo la regola che segue:

Analogamente nel caso in cui il monomio che costituisce il doppio prodotto sia negativo:

Poiché il quadrato di un numero è sempre positivo, valgono anche le seguenti uguaglianze


ESEMPIO 12. Scomporre in fattori .

Notiamo che il primo ed il terzo termine sono quadrati, rispettivamente di e di , ed il secondo termine è il doppio prodotto degli stessi monomi, pertanto possiamo scrivere:

ESEMPIO 13. Scomporre in fattori .

Il primo ed il terzo termine sono quadrati, il secondo termine compare con il segno “meno”. Dunque: , ma anche .

ESEMPIO 14. Scomporre in fattori .

Può accadere che tutti e tre i termini siano tutti quadrati. è formato da tre quadrati, ma il secondo termine, quello di grado intermedio, è anche il doppio prodotto dei due monomi di cui il primo ed il terzo termine sono i rispettivi quadrati. Si ha dunque:


PROCEDURA 3. Individuare il quadrato di un binomio:

  1. individuare le basi dei due quadrati;
  2. verificare se il terzo termine è il doppio prodotto delle due basi;
  3. scrivere tra parentesi le basi dei due quadrati e il quadrato fuori dalla parentesi;
  4. mettere il segno “più” o “meno” in accordo al segno del termine che non è un quadrato.

Può capitare che i quadrati compaiano con il coefficiente negativo, ma si può rimediare mettendo in evidenza il segno “meno”.


ESEMPIO 15. Scomporre in fattori .

Mettiamo a fattore comune .

ESEMPIO 16. Scomporre in fattori .

ESEMPIO 17. Scomporre in fattori .


Possiamo avere un trinomio che “diventa” quadrato di binomio dopo aver messo qualche fattore comune in evidenza.


ESEMPIO 18. Scomporre in fattori .

Mettiamo a fattore comune , allora .

ESEMPIO 19. Scomporre in fattori .

ESEMPIO 20. Scomporre in fattori .

ESEMPIO 21. Scomporre in fattori .

o anche


Quadrato di un polinomio[modifica]

Se siamo in presenza di sei termini, tre dei quali sono quadrati, verifichiamo se il polinomio è il quadrato di un trinomio secondo le seguenti regole

Notiamo che i doppi prodotti possono essere tutti e tre positivi, oppure uno positivo e due negativi: indicano se i rispettivi monomi sono concordi o discordi.


ESEMPIO 22. Scomporre in fattori .
I primi tre termini sono quadrati rispettivamente di , e e si può verificare poi che gli altri tre termini sono i doppi prodotti: .

ESEMPIO 23. Scomporre in fattori .

ESEMPIO 24. Scomporre in fattori .
In alcuni casi anche un polinomio di cinque termini può essere il quadrato di un trinomio. Per far venire fuori il quadrato del trinomio si può scindere il termine come somma:

In questo modo si ha:


Nel caso di un quadrato di un polinomio la regola è sostanzialmente la stessa:

Cubo di un binomio[modifica]

I cubi di binomi sono di solito facilmente riconoscibili. Un quadrinomio è lo sviluppo del cubo di un binomio se due suoi termini sono i cubi di due monomi e gli altri due termini sono i tripli prodotti tra uno dei due monomi ed il quadrato dell’altro, secondo le seguenti formule:

Per il cubo non si pone il problema, come per il quadrato, del segno della base, perché un numero elevato ad esponente dispari, se è positivo rimane positivo e se è negativo rimane negativo.


ESEMPIO 25. Scomporre in fattori .

Notiamo che il primo ed il quarto termine sono cubi, rispettivamente di e di , il secondo termine è il triplo prodotto tra il quadrato di e , mentre il terzo termine è il triplo prodotto tra e il quadrato di . Abbiamo dunque:

ESEMPIO 26. Scomporre in fattori .

Le basi del cubo sono il primo e il quarto termine, rispettivamente cubi di e di . Dunque:

ESEMPIO 27. Scomporre in fattori .

Le basi del cubo sono e i termini centrali sono i tripli prodotti, quindi .


Differenza di due quadrati[modifica]

Un binomio che sia la differenza dei quadrati di due monomi può essere scomposto come prodotto tra la somma dei due monomi (basi dei quadrati) e la loro differenza.


ESEMPIO 28. Scomporre in fattori .

ESEMPIO 29. Scomporre in fattori .

ESEMPIO 30. Scomporre in fattori .La formula precedente vale anche se e sono polinomi. Quindi

.

ESEMPIO 31. Scomporre in fattori .

ESEMPIO 32. Scomporre in fattori .


Per questo tipo di scomposizioni, la cosa più difficile è riuscire a riconoscere un quadrinomio o un polinomio di sei termini come differenza di quadrati. Riportiamo i casi principali:

  • ;
  • ;
  • .

ESEMPIO 33. Scomporre in fattori .

Gli ultimi tre termini possono essere raggruppati per formare il quadrati di un binomio.

ESEMPIO 34. Scomporre in fattori .

ESEMPIO 35. Scomporre in fattori .


Altre tecniche di scomposizione[modifica]

Trinomi particolari[modifica]

Consideriamo il seguente prodotto:

Poniamoci ora l’obiettivo opposto: se abbiamo il polinomio come facciamo a trovare ritrovare il prodotto che lo ha originato? Possiamo notare che il 5 deriva dalla somma tra il 3 e il 2, mentre il 6 deriva dal prodotto tra 3 e 2. Generalizzando:

Leggendo la formula precedente da destra verso sinistra:

Possiamo allora concludere che se abbiamo un trinomio di secondo grado in una sola lettera, a coefficienti interi, avente il termine di secondo grado con coefficiente 1, se riusciamo a trovare due numeri e tali che la loro somma è uguale al coefficiente del termine di primo grado ed il loro prodotto è uguale al termine noto, allora il polinomio è scomponibile nel prodotto .

Osserva che il termine noto, poiché è dato dal prodotto dei numeri che cerchiamo, ci dice se i due numeri sono concordi o discordi. Inoltre, se il numero non è particolarmente grande è sempre possibile scrivere facilmente tutte le coppie di numeri che danno come prodotto il numero cercato, tra tutte queste coppie dobbiamo poi individuare quella che ha per somma il coefficiente del termine di primo grado.


ESEMPIO 36.

I coefficienti sono positivi e quindi i due numeri da trovare sono entrambi positivi. Il termine noto 12 può essere scritto sotto forma di prodotto di due numeri naturali solo come:

Le loro somme sono rispettivamente 13, 8, 7. La coppia di numeri che dà per somma e prodotto è pertanto e . Dunque il trinomio si scompone come:

ESEMPIO 37.

I segni dei coefficienti ci dicono che i due numeri, dovendo avere somma (S) negativa e prodotto (P) positivo, sono entrambi negativi. Dobbiamo cercare due numeri negativi la cui somma (S) sia e il cui prodotto (P) sia 15. Le coppie di numeri negativi che danno 15 come prodotto (P) sono e . Allora i due numeri cercati sono e . Il trinomio si scompone come:

ESEMPIO 38.

I due numeri sono discordi, il maggiore in valore assoluto è quello positivo. C’è una sola coppia di numeri che dà come prodotto, precisamente e . Il polinomio si scompone:

ESEMPIO 39.

I due numeri sono discordi, in valore assoluto il più grande è quello negativo. Le coppie di numeri che danno come prodotto sono e . Quella che dà come somma è . Quindi

ESEMPIO 40. In alcuni casi si può applicare questa regola anche quando il trinomio non è di secondo grado, è necessario però che il termine di grado intermedio sia esattamente di grado pari alla metà di quello di grado maggiore.

  • ;
  • ;
  • ;
  • ;
  • ;

È possibile applicare questo metodo anche quando il polinomio è in due variabili.


ESEMPIO 40. .

Per capire come applicare la regola precedente, possiamo scrivere il trinomio in questo modo: .

Bisogna cercare due monomi e tali che e . Partendo dal fatto che i due numeri che danno 5 come somma e 6 come prodotto sono e , i monomi cercati sono e , infatti e . Pertanto si può scomporre come segue: .


La regola, opportunamente modificata, vale anche se il primo coefficiente non è 1. Vediamo un esempio.


ESEMPIO 41. .

Non possiamo applicare la regola del trinomio caratteristico, con somma e prodotto, ma con un accorgimento, possiamo riscrivere il polinomio in un altro modo. Cerchiamo due numeri la cui somma sia e il prodotto sia pari al prodotto tra il primo e l’ultimo coefficiente, o meglio tra il coefficiente del termine di secondo grado e il termine noto, in questo caso . I numeri sono e . Spezziamo il monomio centrale in somma di due monomi in questo modo

Ora possiamo applicare il raccoglimento a fattore comune parziale


PROCEDURA 4. scomporre un trinomio di secondo grado a coefficienti interi
Sia da scomporre un trinomio di secondo grado a coefficienti interi con , cerchiamo due numeri ed tali che e ; se riusciamo a trovarli, li useremo per dissociare il coefficiente e riscrivere il polinomio nella forma su cui poi eseguire un raccoglimento parziale.

Scomposizione con la regola Ruffini[modifica]

Anche il teorema di Ruffini permette di scomporre in fattori i polinomi. Dato il polinomio , se riusciamo a trovare un numero per il quale , allora è divisibile per il binomio , allora possiamo scomporre , dove è il quoziente della divisione tra e .

Il problema di scomporre un polinomio si riconduce quindi a quello della ricerca del numero che sostituito alla renda nullo il polinomio. Un numero di questo tipo si dice anche radice del polinomio.

Il numero non va cercato del tutto a caso, abbiamo degli elementi per restringere il campo di ricerca di questo numero quando il polinomio è a coefficienti interi.

OSSERVAZIONE. Le radici intere del polinomio vanno cercate tra i divisori del termine noto.


ESEMPIO 42. .

Le radici intere del polinomio sono da ricercare nell’insieme dei divisori di 8, precisamente in , , , . Sostituiamo questi numeri nel polinomio, finché non troviamo quello che lo annulla.

Per si ha , pertanto il polinomio è divisibile per .

Utilizziamo la regola di Ruffini per dividere per .

Esempio di regola di Ruffini

Predisponiamo una griglia come quella a fianco, nella prima riga mettiamo i coefficienti di , nella seconda riga mettiamo come primo numero la radice che abbiamo trovato, cioè 1. Poi procediamo come abbiamo già indicato per la regola di Ruffini.

I numeri che abbiamo ottenuto nell’ultima riga sono i coefficienti del polinomio quoziente: .

Possiamo allora scrivere:

Per fattorizzare il polinomio di secondo grado possiamo ricorrere al metodo del trinomio notevole. Cerchiamo due numeri la sui somma sia e il cui prodotto sia . Questi numeri vanno cercati tra le coppie che danno per prodotto e precisamente tra le seguenti coppie , , , . La coppia che dà per somma è . In definitiva si ha:

ESEMPIO 43. .

Le radici intere vanno cercate tra i divisori di 30, precisamente in , , , , , , , . Sostituiamo questi numeri al posto della , finché non troviamo la radice.

Per si ha senza effettuare il calcolo si nota che i numeri positivi superano quelli negativi, quindi 1 non è una radice.

Per si ha

Una radice del polinomio è quindi ; utilizzando la regola di Ruffini abbiamo:

Esempio della regola di Ruffini

Con i numeri che abbiamo ottenuto nell’ultima riga costruiamo il polinomio quoziente: . Possiamo allora scrivere:

Con lo stesso metodo scomponiamo il polinomio . Cerchiamone le radici tra i divisori di 30, precisamente nell’insieme , , , , , , , . Bisogna ripartire dall’ultima radice trovata, cioè da .
Per si ha .

Per si ha .

Per si ha .

Quindi è una radice del polinomio. Applichiamo la regola di Ruffini, ricordando che nella prima riga dobbiamo mettere i coefficienti del polinomio da scomporre, cioè .

Esempio di regola di Ruffini

Il polinomio si scompone nel prodotto .

Infine possiamo scomporre come trinomio notevole: i due numeri che hanno per somma e prodotto sono e . In conclusione possiamo scrivere la scomposizione:

Non sempre è possibile scomporre un polinomio utilizzando solo numeri interi. In alcuni casi possiamo provare con le frazioni, in particolare quando il coefficiente del termine di grado maggiore non è 1. In questi casi possiamo cercare la radice del polinomio tra le frazioni del tipo , dove è un divisore del termine noto e è un divisore del coefficiente del termine di grado maggiore.

ESEMPIO 44.

Determiniamo prima di tutto l’insieme nel quale possiamo cercare le radici del polinomio. Costruiamo tutte le frazioni del tipo , con divisore di e divisore di . I divisori di 2 sono , mentre i divisori di 6 sono , , , . Le frazioni tra cui cercare sono

cioè

Si ha .

Sappiamo dal teorema di Ruffini che il polinomio è divisibile per dobbiamo quindi trovare il polinomio per scomporre come .

Esempio di regola di Ruffini

Applichiamo la regola di Ruffini per trovare il quoziente. Il quoziente è . Il polinomio sarà scomposto in . Mettendo a fattore comune 2 nel primo binomio si ha: Template:Testo centrato

Svolgiamo i calcoli nel secondo fattore e otteniamo:

ESEMPIO 54. .

Osserva che per avere il quadrato del binomio occorre il doppio prodotto, aggiungendo e togliendo otteniamo il doppio prodotto cercato e al passaggio seguente ci troviamo con la differenza di quadrati:

ESEMPIO 55. .

ESEMPIO 56. .


MCD e mcm tra polinomi[modifica]

Divisore comune e multiplo comune[modifica]

Il calcolo del minimo comune multiplo () e del massimo comune divisore () si estende anche ai polinomi. Per determinare e di due o più polinomi occorre prima di tutto scomporli in fattori irriducibili. La cosa non è semplice poiché non si può essere sicuri di aver trovato il massimo comune divisore o il minimo comune multiplo per la difficoltà di decidere se un polinomio è irriducibile: prudentemente si dovrebbe parlare di divisore comune e di multiplo comune.

Un polinomio si dice multiplo di un polinomio se esiste un polinomio per il quale si ha ; in questo caso diremo anche che è divisore del polinomio .

Massimo Comune Divisore[modifica]

Dopo aver scomposto ciascun polinomio in fattori, il massimo comune divisore tra due o più polinomi è il prodotto di tutti i fattori comuni ai polinomi, presi ciascuno una sola volta, con il minimo esponente. Sia i coefficienti numerici, sia i monomi possono essere considerati polinomi.

PROCEDURA 5. Calcolare il tra polinomi:

  1. scomponiamo in fattori ogni polinomio;
  2. prendiamo i fattori comuni a tutti i polinomi una sola volta con l’esponente più piccolo;
  3. se non ci sono fattori comuni a tutti i polinomi il è .

ESEMPIO 57. Determinare il .

  1. Scomponiamo in fattori i singoli polinomi;
    • ;
    • ;
    • .
  2. i fattori comuni a tutti i polinomi presi con l’esponente più piccolo sono:
    • tra i coefficienti numerici il ;
    • tra i monomi ;
    • tra i polinomi .

Quindi il .


Minimo comune multiplo[modifica]

Dopo aver scomposto ciascun polinomio in fattori, il minimo comune multiplo tra due o più polinomi è il prodotto dei fattori comuni e non comuni di tutti i polinomi, quelli comuni presi una sola volta, con il massimo esponente.

PROCEDURA 6. Calcolare il tra polinomi:

  1. scomponiamo in fattori ogni polinomio;
  2. prendiamo tutti i fattori comuni e non comuni dei polinomi, i fattori comuni presi una sola volta con il massimo esponente.

ESEMPIO 58. Determinare il .

  1. Scomponiamo in fattori i singoli polinomi;
    • ;
    • ;
    • .
  2. i fattori comuni presi con il massimo esponente e quelli non comuni sono:
    • tra i coefficienti numerici il ;
    • tra i monomi ;
    • tra i polinomi .

Quindi il .