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

Сумма и разность многочленов, противоположный многочлен

Содержание

В уроке «Многочлен, стандартный вид, степень» многочлен был коробкой плиток трех видов: квадратов $x^2$, полосок $x$ и единичных квадратиков $1$. Теперь научимся складывать и вычитать многочлены и записывать результат в стандартном виде. Главное в уроке — вычитание: почему минус перед скобкой меняет знак у каждого члена, что такое противоположный многочлен и как найти неизвестный многочлен.

Задача на старт, к которой вернемся в последнем разделе: чему равно значение выражения $(2x^2+7x-4)-(2x^2+4x-5)$ при $x=-2{,}5$? Можно сразу подставить число, но придется возводить в квадрат десятичную дробь и следить за знаками. Попробуйте решить ее двумя способами и сравнить ответы: какой надежнее?

Сложить многочлены — ссыпать две коробки в одну

В уроке «Раскрытие скобок и приведение подобных слагаемых» отрицательные плитки были красными. Теперь у каждого вида свой цвет, поэтому отрицательную плитку рисуем того же цвета, но со штриховкой и знаком «−». Как и раньше, плитка и такая же отрицательная плитка вместе дают нуль — это нулевая пара, ее можно убрать.

Возьмем две коробки. В первой многочлен $2x^2+x-3$: два квадрата, одна полоска и три отрицательных квадратика. Во второй $x^2-4x+5$: один квадрат, четыре отрицательные полоски и пять квадратиков. Ссыплем обе коробки в одну и разложим плитки по кучкам.

Сумма многочленов: две коробки плиток ссыпаем в одну, нулевые пары убираем, получается 3x²−3x+2
Две коробки ссыпали в одну: плитки одного вида собрались в кучки, нулевые пары ушли. $(2x^2+x-3)+(x^2-4x+5)=3x^2-3x+2$

Квадратов стало $2+1=3$. Полосок: одна обычная и четыре отрицательные, одна нулевая пара уходит, остаются три отрицательные полоски: $1+(-4)=-3$. Квадратиков: три отрицательных и пять обычных, после трех нулевых пар остаются два: $-3+5=2$. Получили $3x^2-3x+2$.

Ссыпать коробки — значит раскрыть скобки, перед которыми стоит плюс: плитки при этом не меняются. Разложить по кучкам — значит привести подобные члены. Сумма двух многочленов снова оказалась многочленом, и записать ее удобно в стандартном виде.

Правило

Чтобы сложить многочлены, каждый записывают в скобках и ставят между ними знак «+». Затем раскрывают скобки, не меняя знаков членов, и приводят подобные члены:

$$\begin{aligned}&(2x^2+x-3)+(x^2-4x+5)\\&=2x^2+x-3+x^2-4x+5\\&=3x^2-3x+2\end{aligned}$$

Так же складывают три многочлена и больше.

Пример

Найдите сумму многочленов $4a^2-3ab+b^2$ и $-a^2+5ab-2b^2$.

Записываем сумму и раскрываем скобки: $$\begin{aligned}&(4a^2-3ab+b^2)+(-a^2+5ab-2b^2)\\&=4a^2-3ab+b^2\\&\quad-a^2+5ab-2b^2\end{aligned}$$.

Кучки подобных членов: $4a^2-a^2=3a^2$; $-3ab+5ab=2ab$; $b^2-2b^2=-b^2$. Здесь три вида членов: $a^2$, $ab$ и $b^2$ — как три вида плиток; подобные складываются только со своими.

Ответ: $3a^2+2ab-b^2$.

Вычесть многочлен — убрать всю коробку

Вспомним, как раскрывают скобки с минусом, на примере $10-(3-1)$. В коробке три квадратика и один отрицательный. Убрать коробку — значит убрать и три квадратика, и отрицательный квадратик. А убрать отрицательный квадратик — все равно что добавить обычный. Поэтому $10-(3-1)=10-3+1=8$.

С многочленами то же самое. Найдем $(3x^2+2x-1)-(x^2-3x+4)$. В вычитаемой коробке один квадрат, три отрицательные полоски и четыре квадратика. Убрать ее — то же самое, что ссыпать к первому многочлену коробку, в которой каждая плитка заменена на противоположную: один отрицательный квадрат, три обычные полоски, четыре отрицательных квадратика.

Вычитание многочлена: каждую плитку вычитаемой коробки переворачиваем и ссыпаем; получается 2x²+5x−5
Убрать коробку $x^2-3x+4$ — значит ссыпать коробку с перевернутыми плитками $-x^2+3x-4$. Знак меняется у каждой плитки

Ссыпаем и раскладываем по кучкам: $3x^2+2x-1-x^2+3x-4=2x^2+5x-5$. Квадратов $3-1=2$, полосок $2+3=5$, квадратиков $-1-4=-5$.

Правило

Чтобы вычесть многочлен, его записывают в скобках после знака «−». Затем раскрывают скобки, меняя знак у каждого члена вычитаемого, и приводят подобные члены:

$$-(a-b+c)=-a+b-c$$

Если скобки вложены, раскрывайте их по одной, начиная с внутренних: $$\begin{aligned}&7-(5-(2-x))\\&=7-(5-2+x)\\&=7-3-x=4-x\end{aligned}$$.

Ошибка

Меняют знак только у первого члена скобки: $$\begin{aligned}&(3x^2+2x-1)-(x^2-3x+4)\\&=3x^2+2x-1-x^2-3x+4\\&=2x^2-x+3\end{aligned}$$.

Проверьте на числах. Верно $10-(3-1)=8$, а по ошибочному правилу получилось бы $10-3-1=6$. Для многочленов подставим $x=1$: исходное выражение равно $4-2=2$, верный ответ $2x^2+5x-5$ тоже дает $2$, а ошибочный $2x^2-x+3$ дает $4$.

Где ломается рассуждение: минус относится ко всей коробке. Если перевернуть только первую плитку, остальные плитки вычитаемого не убраны, а добавлены.

Ошибка при вычитании: перевернута только одна плитка — проверка числом не сходится, верно перевернуты все
Так неверно: перевернута только плитка $x^2$, полоски и квадратики вычитаемого остались прежними. При $x=1$ получается $4$ вместо $2$

Пример

Упростите выражение $(2y^2-y)-(y^2+3y-2)+(4y-1)$.

Перед второй скобкой минус — меняем знак у каждого ее члена. Перед третьей плюс — знаки сохраняем: $2y^2-y-y^2-3y+2+4y-1$.

Кучки: $2y^2-y^2=y^2$; $-y-3y+4y=0$ — все полоски ушли в нулевые пары; $2-1=1$.

Ответ: $y^2+1$.

Противоположный многочлен в сумме с исходным дает нуль

Вообразавр спрашивает: а что будет, если ссыпать коробку $x^2-3x+4$ с коробкой, где все ее плитки перевернуты, то есть с $-x^2+3x-4$? Каждая плитка найдет себе пару: квадрат — отрицательный квадрат, отрицательная полоска — обычную полоску, квадратик — отрицательный квадратик. Все плитки уйдут в нулевые пары, коробка окажется пустой.

Многочлен и противоположный: каждой плитке находится пара, вместе они дают пустую коробку 0
Многочлен и противоположный ему: все плитки разбились на нулевые пары. $(x^2-3x+4)+(-x^2+3x-4)=0$

Определение

Противоположный многочлен к многочлену $A$ — многочлен, который получается из $A$ заменой знака у каждого члена. Его обозначают $-A$. Сумма многочлена и противоположного ему равна нулю: $A+(-A)=0$.

Во втором разделе мы убирали коробку и вместо этого ссыпали коробку с перевернутыми плитками, то есть прибавляли противоположный многочлен. Значит, любое вычитание многочленов можно заменить сложением.

Правило

Вычесть многочлен — значит прибавить противоположный ему многочлен:

$$A-B=A+(-B)$$

Например, $a-b$ и $b-a$ противоположны, поэтому $(a-b)+(b-a)=0$ и $b-a=-(a-b)$ при любых $a$ и $b$.

Порядок членов при этом не важен: $4-x^2$ — то же самое, что $-x^2+4$, это противоположный многочлен к $x^2-4$. Чтобы проверить, противоположны ли два многочлена, сложите их: должен получиться $0$.

Пример

Верно ли, что $(x-y)-(y-x)=2(x-y)$ при любых $x$ и $y$?

Многочлены $x-y$ и $y-x$ противоположны, поэтому вычесть $y-x$ — значит прибавить $x-y$: $(x-y)-(y-x)=(x-y)+(x-y)=2x-2y$.

Справа $2(x-y)=2x-2y$: число перед скобками умножается на каждый член. Левая и правая части записываются одним и тем же многочленом.

Ответ: верно при любых $x$ и $y$.

Как найти неизвестный многочлен

Начнем с чисел. Если $A+7=12$, то $A=12-7=5$: неизвестное слагаемое равно сумме без известного слагаемого. Если $A-7=5$, то $A=5+7=12$: уменьшаемое равно разности плюс вычитаемое. Если $7-A=5$, то $A=7-5=2$: вычитаемое равно уменьшаемому минус разность.

В модели с плитками это видно сразу. Если к коробке $A$ ссыпали коробку $B$ и получили $C$, то коробка $A$ — это $C$, из которой убрали $B$. Правила те же, что для чисел, только действия выполняются с многочленами.

Неизвестное слагаемое: A+B=C, значит A=C−B; в коробках получается 2x²+3x−1
Коробку $A$ дополнили коробкой $B$ и получили $C$. Значит, $A$ — это $C$ без $B$: $A=C-B$
РавенствоЧто такое AКак найти A
$A+B=C$слагаемое$A=C-B$
$A-B=C$уменьшаемое$A=C+B$
$B-A=C$вычитаемое$A=B-C$

Пример

Найдите многочлен $A$, если $A+(3x^2-2x+1)=5x^2+x$.

$A$ — слагаемое: $$\begin{aligned}A&=(5x^2+x)-(3x^2-2x+1)\\&=5x^2+x-3x^2+2x-1\\&=2x^2+3x-1\end{aligned}$$.

Проверка: $(2x^2+3x-1)+(3x^2-2x+1)=5x^2+x$. Верно.

Ответ: $2x^2+3x-1$.

Пример

Найдите многочлен $A$, если $(4x^2-x)-A=x^2+2x-3$.

$A$ — вычитаемое: $$\begin{aligned}A&=(4x^2-x)-(x^2+2x-3)\\&=4x^2-x-x^2-2x+3\\&=3x^2-3x+3\end{aligned}$$.

Проверка: $$\begin{aligned}&(4x^2-x)-(3x^2-3x+3)\\&=4x^2-x-3x^2+3x-3\\&=x^2+2x-3\end{aligned}$$. Верно.

Ответ: $3x^2-3x+3$.

Сначала упростить, потом подставить число

Вернемся к вопросу из начала урока: значение $(2x^2+7x-4)-(2x^2+4x-5)$ при $x=-2{,}5$. Иксератопс подставил число сразу в исходное выражение: $2\cdot6{,}25+7\cdot(-2{,}5)-4=-9$ и $2\cdot6{,}25+4\cdot(-2{,}5)-5=-2{,}5$, затем $-9-(-2{,}5)=-6{,}5$. Много действий с десятичными дробями и несколько мест, где легко потерять минус.

Теперь сначала упростим. Перевернем плитки вычитаемого и ссыплем коробки: два квадрата и два отрицательных квадрата образуют нулевые пары и уходят. Полосок остается $7-4=3$, квадратиков $-4+5=1$:

$$\begin{aligned}&(2x^2+7x-4)-(2x^2+4x-5)\\&=2x^2+7x-4-2x^2-4x+5\\&=3x+1\end{aligned}$$

Упростить сначала: старшие плитки и часть остальных сокращаются, остается 3x+1; при x=−2,5 значение −6,5
Квадраты ушли в нулевые пары, остались три полоски и квадратик: разность равна $3x+1$

При $x=-2{,}5$ получаем $3\cdot(-2{,}5)+1=-7{,}5+1=-6{,}5$ — тот же ответ за одно действие. Так и должно быть: упрощение не меняет значения выражения ни при каком $x$, поэтому подставлять число можно в любую из записей. Короче — в упрощенную.

Обратите внимание

Чтобы найти значение суммы или разности многочленов, сначала раскройте скобки и приведите подобные члены, а потом подставляйте число. Если нужна проверка, подставьте простое число, например $x=1$, в исходное и в упрощенное выражения: значения должны совпасть.

Задача

Клеозавр огораживает прямоугольный участок со сторонами $(2a+3)$ м и $(a-1)$ м. Сколько метров сетки нужно при $a=12{,}5$?

Периметр — сумма длин четырех сторон: $$\begin{aligned}&(2a+3)+(a-1)+(2a+3)+(a-1)\\&=2a+3+a-1+2a+3+a-1\\&=6a+4\end{aligned}$$.

При $a=12{,}5$: $6\cdot12{,}5+4=75+4=79$.

Ответ: $79$ м.

Вывод

Сложение и вычитание многочленов встречаются почти в каждом преобразовании: при решении уравнений, при проверке тождеств, в задачах на периметр и стоимость, в заданиях проверочных работ и экзаменов на значение выражения. Все действия держатся на одной модели — коробке плиток.

Больше упражнений на сложение и вычитание — в уроке «Сложение и вычитание многочленов». Следующая тема — урок «Умножение одночлена на многочлен»: там коробки начнут умножаться, и модель станет площадью прямоугольника.

Часто задаваемые вопросы

Зачем при сложении и вычитании записывать многочлены в скобках?

Скобки показывают, к какой коробке относится знак. При сложении их можно сразу убрать, а при вычитании скобки напоминают: минус действует на все члены вычитаемого. Запись $3x^2+2x-1-x^2-3x+4$ без скобок означает совсем другое выражение, чем $(3x^2+2x-1)-(x^2-3x+4)$.

Можно ли складывать и вычитать многочлены столбиком?

Можно. Подобные члены записывают друг под другом, у вычитаемого заранее меняют все знаки и складывают по столбцам. Это та же раскладка плиток по кучкам, только записанная в таблицу.

Какой степени получится сумма двух многочленов?

Не больше наибольшей из степеней слагаемых. Степень может уменьшиться, если старшие члены образуют нулевые пары: разность $(2x^2+7x-4)-(2x^2+4x-5)$ двух многочленов второй степени равна $3x+1$ — многочлену первой степени.

Чем $-(x-2)$ отличается от $-x-2$?

$-(x-2)$ — противоположный многочлен к $x-2$, он равен $-x+2$. А $-x-2$ — многочлен, у которого перевернута только первая плитка. При $x=0$ первое выражение равно $2$, второе равно $-2$.

Как быстро проверить ответ?

Подставьте простое число, например $x=1$, в исходное выражение и в ответ. Если значения разные, ошибка точно есть. Чаще всего она в знаке: проверьте, у всех ли членов вычитаемого поменяли знак.

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