Подготовка к школе
1 класс
2 класс
3 класс
4 класс
5 класс
6 класс
7 класс
8 класс
9 класс
10 класс
11 класс
ОГЭ
ЕГЭ
Для всех
Назад

Применение разложения на множители

Содержание

В уроках «Вынесение общего множителя за скобки» и «Способ группировки» вы записывали многочлен в виде произведения. Теперь посмотрим, зачем это нужно. Разложение на множители помогает решать уравнения, в которых произведение равно нулю, удобно вычислять и доказывать, что значение выражения делится на число.

Когда произведение равно нулю

Начнем с вопроса, на который ответим в разделе 4. Возьмите любое трехзначное число и запишите его два раза подряд: из $375$ получится $375375$, из $802$ — $802802$. Любое такое шестизначное число делится на $7$, на $11$ и на $13$. Почему так происходит, станет видно после разложения на множители.

Вспомним модель модуля: произведение двух чисел — площадь прямоугольника, а множители — его стороны. Прямоугольник со сторонами $4$ и $3$ имеет площадь $12$. Будем уменьшать сторону $3$: при $2$ площадь равна $8$, при $1$ — $4$. При $0$ прямоугольник сплющивается в отрезок, и площадь становится равной $0$. Пока обе стороны не равны нулю, площадь не равна нулю.

Площадь прямоугольника со стороной 4: при второй стороне 3, 1, 0 площадь 12, 4, 0 — равна нулю, когда сторона нулевая
Площадь прямоугольника равна нулю только тогда, когда одна из его сторон равна нулю

У отрицательных чисел длины нет, поэтому для них модель — только подсказка. Но правило знаков при умножении меняет лишь знак произведения, а не делает его нулем. Проверим на числах:

$a$$b$$ab$
$4$$3$$12$
$4$$0$$0$
$0$$-5$$0$
$-2$$-3$$6$
$0$$0$$0$

Произведение равно нулю ровно в тех строках, где нулю равен хотя бы один множитель.

Правило

Произведение равно нулю тогда и только тогда, когда хотя бы один из множителей равен нулю:

$$\begin{aligned}ab&=0\ \text{ — значит,}\\ a&=0\ \text{ или }\ b=0\end{aligned}$$

Слово «или» здесь означает «хотя бы один»: нулю могут равняться и оба множителя. Правило верно для любого числа множителей.

Почему это верно. Если один из множителей равен нулю, то произведение равно нулю: при умножении на нуль получается нуль. Обратно: если оба множителя не равны нулю, то их произведение тоже не равно нулю — у прямоугольника с ненулевыми сторонами площадь не нулевая, а знак минус ее нулем не сделает.

Отсюда способ решать уравнения, в которых одна часть — произведение, а другая — нуль: каждый множитель с переменной приравнивают к нулю и решают получившиеся линейные уравнения. Корни всех этих уравнений и есть корни исходного.

Пример 1

а) Решите уравнение $(x+5)(2x-7)=0$.

Произведение равно нулю, если $x+5=0$ или $2x-7=0$. Из первого уравнения $x=-5$. Из второго $2x=7$, $x=3{,}5$.

Проверка: при $x=-5$ первый множитель равен $0$, и произведение $0\cdot(-17)=0$; при $x=3{,}5$ второй множитель равен $0$, и произведение $8{,}5\cdot0=0$.

Ответ: $-5$; $3{,}5$.

б) Решите уравнение $3x(x+4)(x-6)=0$.

Числовой множитель $3$ нулем не бывает. Приравниваем к нулю множители с переменной: $x=0$, $x+4=0$ или $x-6=0$.

Ответ: $0$; $-4$; $6$.

Сначала разложить, потом приравнять к нулю

Уравнение $x^2=4x$ не похоже на «произведение равно нулю». Но его можно привести к такому виду. Перенесем $4x$ в левую часть и вынесем общий множитель $x$ за скобки, как в уроке «Вынесение общего множителя за скобки»:

$$\begin{aligned}x^2-4x&=0,\\ x(x-4)&=0\end{aligned}$$

Теперь $x=0$ или $x-4=0$. Уравнение имеет два корня: $0$ и $4$. Проверка: $0^2=4\cdot0$ и $4^2=4\cdot4$ — оба равенства верные.

Ошибка

Решавр решает то же уравнение $x^2=4x$ короче: «Разделим обе части на $x$, получим $x=4$». В ответе у него один корень.

Проверка на числах. Подставим $x=0$: слева $0^2=0$, справа $4\cdot0=0$. Равенство верное, значит, $0$ — корень уравнения, а в ответе Решавра его нет.

Где ломается рассуждение. Обе части уравнения можно делить только на число, не равное нулю. Выражение $x$ может оказаться нулем — и как раз при $x=0$ уравнение верно. Деление на $x$ молча отбрасывает этот случай. Поэтому выражение с переменной не делят, а выносят за скобки.

Уравнение x²=4x: деление на x теряет корень 0 и дает один корень, а разложение x(x−4)=0 сохраняет оба корня 0 и 4
Деление на $x$ теряет случай $x=0$, а разложение $x(x-4)=0$ сохраняет оба корня

Как решить уравнение разложением

  1. Перенесите все члены в левую часть, чтобы справа остался $0$.
  2. Разложите левую часть на множители.
  3. Приравняйте к нулю каждый множитель с переменной.
  4. Решите получившиеся уравнения и запишите все корни.

Пример 2

а) Решите уравнение $5x^2+15x=0$.

Общий множитель $5x$: $5x(x+3)=0$. Тогда $5x=0$, то есть $x=0$, или $x+3=0$, то есть $x=-3$.

Ответ: $0$; $-3$.

б) Решите уравнение $x^3+2x^2=0$.

Общий множитель $x^2$: $x^2(x+2)=0$. Множитель $x^2$ равен нулю только при $x=0$, множитель $x+2$ — при $x=-2$.

Ответ: $0$; $-2$.

Ошибка

Правило работает только для нуля. Уравнение $(x-2)(x-6)=12$ иногда решают «по образцу»: $x-2=12$ или $x-6=12$, то есть $x=14$ или $x=18$.

Проверка на числах. При $x=14$ получаем $(14-2)(14-6)=12\cdot8=96$, а не $12$.

Где ломается рассуждение. Площадь $12$ бывает у прямоугольников $2\times6$, $3\times4$, $1\times12$ — по площади нельзя сказать, чему равна сторона. Площадь $0$ бывает только у сплющенного прямоугольника. Поэтому сначала раскроем скобки, как в уроке «Умножение многочлена на многочлен», и приведем подобные (урок «Раскрытие скобок и приведение подобных»):

$$\begin{aligned}x^2-8x+12&=12,\\ x^2-8x&=0,\\ x(x-8)&=0\end{aligned}$$

Корни: $0$ и $8$. Проверка: $(0-2)(0-6)=12$ и $(8-2)(8-6)=12$.

Посмотрите, как ведет себя произведение $(x-2)(x+a)$. Двигайте $x$ и $a$: на экране видны значения обоих множителей, их произведение, точки-корни на числовой прямой и прямоугольник, стороны которого — множители без знака. Когда один из множителей становится нулем, прямоугольник превращается в отрезок. Попробуйте найти, при каких $x$ произведение равно $12$, если $a=-6$, — и посмотрите, чему при этом равны множители.

Общий множитель упрощает вычисления

В уроке «Вынесение общего множителя за скобки» вы вычисляли сумму двух произведений с общим множителем. Иногда общий множитель спрятан. Например, в квадрате: $a^2=a\cdot a$, поэтому у слагаемых $1{,}7\cdot4{,}3$ и $1{,}7^2$ общий множитель $1{,}7$. Иногда общего множителя у всех слагаемых нет, но слагаемые можно сгруппировать, как в уроке «Способ группировки».

Вычислим $27\cdot46+27\cdot54+73\cdot46+73\cdot54$. В первых двух слагаемых общий множитель $27$, в двух последних — $73$:

$$\begin{aligned}27\cdot(46+54)&{}+73\cdot(46+54)=\\ &=(46+54)(27+73)=\\ &=100\cdot100=10\,000\end{aligned}$$

На языке модели четыре прямоугольника складываются в один квадрат со сторонами $27+73$ и $46+54$.

Квадрат 100×100 из четырех частей: 27·46+73·46+27·54+73·54=(27+73)(46+54)=100·100=10 000
Четыре произведения — части одного квадрата со сторонами $27+73=100$ и $46+54=100$

Удобное вычисление

Ищите общий множитель слагаемых — в том числе спрятанный в квадрате, $a^2=a\cdot a$. Выносите его за скобки или группируйте слагаемые так, чтобы в скобках получились удобные числа. Если известны значения нескольких выражений, разложите искомое выражение на множители из этих выражений.

Пример 3

а) Вычислите $1{,}7\cdot4{,}3+1{,}7^2$.

$1{,}7^2=1{,}7\cdot1{,}7$, общий множитель $1{,}7$: $1{,}7\cdot(4{,}3+1{,}7)=1{,}7\cdot6=10{,}2$.

Ответ: $10{,}2$.

б) Известно, что $x+y=8$ и $xy=-3$. Найдите значение выражения $x^2y+xy^2$.

Сами числа $x$ и $y$ искать не нужно. Общий множитель $xy$: $x^2y+xy^2=xy(x+y)=-3\cdot8=-24$.

Ответ: $-24$.

Делимость видна в произведении

Вернемся к вопросу из начала урока. Число $375375$ — это $375$ тысяч и еще $375$:

$$\begin{aligned}375375&=375\cdot1000+375=\\ &=375\cdot(1000+1)=375\cdot1001\end{aligned}$$

А $1001=7\cdot11\cdot13$: проверьте умножением, $7\cdot11=77$, $77\cdot13=1001$. Значит, $375375=375\cdot7\cdot11\cdot13$, и число делится на $7$, на $11$ и на $13$. Для любого трехзначного числа $n$ рассуждение то же: число, записанное дважды, равно $1000n+n=1001n$.

Число 375375: прямоугольник высотой 375 и длиной 1000+1=1001, значит 375375=375·1001=375·7·11·13
Общая сторона $1001=7\cdot11\cdot13$, поэтому площадь $375375$ делится на $7$, $11$ и $13$

По сумме делимость видна не всегда: $7+8=15$ делится на $5$, хотя ни $7$, ни $8$ на $5$ не делятся. А по произведению видна сразу. Если у прямоугольника из целых клеток одна сторона равна $k$, то он складывается из полосок по $k$ клеток, и его площадь делится на $k$. О признаках делимости и простых множителях — в уроке «Делимость, простые множители, НОД и НОК».

Делимость через разложение

Если выражение с целыми значениями разложено на множители и один из множителей делится на число $k$, то значение всего выражения делится на $k$:

$$\begin{aligned}A&=k\cdot m,\ m\ \text{— целое}\ \Rightarrow\\ &\Rightarrow\ A\ \text{делится на}\ k\end{aligned}$$

Пример 4

а) Докажите, что $3^{12}-3^{10}$ делится на $8$.

$3^{12}=3^{10}\cdot3^2=3^{10}\cdot9$, поэтому общий множитель $3^{10}$: $3^{12}-3^{10}=3^{10}\cdot(9-1)=3^{10}\cdot8$. Один из множителей равен $8$, значит, число делится на $8$.

б) Докажите, что при любом натуральном $n$ значение выражения $(n+5)(n+2)-n(n+2)$ кратно $5$.

Общий множитель — скобка $(n+2)$: $(n+2)(n+5-n)=5(n+2)$. Один из множителей равен $5$, а $n+2$ — целое число, значит, значение кратно $5$. Проверка при $n=1$: $6\cdot3-1\cdot3=15$.

Задачи, в которых один корень лишний

В задачах о площадях и объемах уравнение вида «произведение равно нулю» получается часто. Но корень уравнения — еще не ответ задачи. Длина стороны больше нуля, поэтому корень $0$ по смыслу не подходит.

Задача 1

Площадь квадрата (в см²) численно равна его утроенному периметру (в см). Найдите сторону квадрата.

Решение. Пусть сторона равна $x$ см. Площадь $x^2$, периметр $4x$, утроенный периметр $12x$.

$$\begin{aligned}x^2&=12x,\\ x^2-12x&=0,\\ x(x-12)&=0\end{aligned}$$

Корни: $x=0$ или $x=12$. Сторона квадрата не может быть равна нулю, поэтому подходит только $12$. Проверка: площадь $144$, утроенный периметр $3\cdot48=144$.

Ответ: $12$ см.

Задача 2

Объем куба (в см³) численно равен площади его поверхности (в см²). Найдите ребро куба.

Решение. Пусть ребро равно $x$ см. Объем $x^3$, поверхность — шесть квадратов, ее площадь $6x^2$.

$$\begin{aligned}x^3&=6x^2,\\ x^3-6x^2&=0,\\ x^2(x-6)&=0\end{aligned}$$

Корни: $x=0$ или $x=6$. Ребро куба больше нуля, поэтому ответ $6$. Проверка: объем $216$, площадь поверхности $6\cdot36=216$.

Ответ: $6$ см.

Если разделить обе части на $x^2$, ответ здесь случайно получится верным: потерянный корень $0$ все равно не подходит по смыслу. В уравнении без такого условия деление потеряло бы корень.

Куб с ребром x: x³=6x² раскладывается в x²(x−6)=0; корень 0 не подходит по смыслу, ответ 6 см, проверка 216=6·36
Уравнение $x^2(x-6)=0$ имеет корни $0$ и $6$, но у куба ребро больше нуля: ответ $6$ см

Важно

Решив уравнение, проверьте каждый корень по смыслу условия: длина, количество предметов, возраст не могут быть нулем или отрицательным числом. Подставлять корень для проверки нужно в исходное уравнение.

Вывод

Разложение на множители превращает сумму в произведение, а у произведения сразу видно, когда оно равно нулю и на какие числа делится. Так решаются уравнения вида «произведение равно нулю», упрощаются вычисления и доказывается делимость. Чтобы быстро вспомнить главное, представьте прямоугольник, стороны которого — множители, а площадь — произведение.

Часто задаваемые вопросы

Почему нельзя делить обе части уравнения на $x$, если так быстрее?

Делить обе части уравнения можно только на число, не равное нулю. Заранее неизвестно, равен ли $x$ нулю, а при делении случай $x=0$ теряется вместе с корнем. Надежнее вынести $x$ за скобки: тогда корень $0$ останется в решении.

Сколько корней может быть у уравнения вида «произведение равно нулю»?

Каждый множитель вида $kx+b$ при $k\ne0$ дает ровно один корень, а одинаковые множители дают один и тот же корень. Например, у $x^2(x+2)=0$ множитель $x^2=x\cdot x$ дает только корень $0$, поэтому корней два. Числовой множитель, не равный нулю, корней не дает.

Что делать, если справа в уравнении не нуль?

Перенести все члены в левую часть, раскрыть скобки и привести подобные. Только когда справа остался нуль, а слева — произведение, каждый множитель приравнивают к нулю.

Зачем доказывать делимость, если можно посчитать на калькуляторе?

Калькулятор проверяет одно число, а разложение $1001n$ доказывает делимость сразу для всех трехзначных $n$. Выражение с переменной, например $5(n+2)$, калькулятор не проверит при всех натуральных $n$, а разложение показывает делимость при любом $n$.

Как проверить найденные корни?

Подставьте каждый корень в исходное уравнение и убедитесь, что получилось верное равенство. В задаче дополнительно проверьте, подходит ли корень по смыслу: сторона, ребро, количество не могут быть нулем или отрицательным числом.

Награды за урок
5
5
1
Количество опыта, полученного за урок 5
Ускорьте прогресс с полным доступом

Получите полный доступ ко всем материалам и занимайтесь в удобном темпе — без ограничений.

  • Более 700 000 учеников и 50 000 учителей по всей России.
  • Повышение среднего балла по предмету до 20 % после месяца занятий.
  • Всплеск интереса к учебе и более глубокое понимание предметов.
Не потеряйте прогресс!

Создайте бесплатный аккаунт — и откройте больше возможностей:

  • Отслеживайте прогресс освоения тем
  • Получайте персональные подборки полезных уроков и заданий
  • Проводите работу над ошибками после занятий

Спросить Зави Спросить Зави
Получить ещё подсказку

Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

Верно! Посмотрите пошаговое решение

Предложить улучшение