Сумма и разность многочленов, противоположный многочлен
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.
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.
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.
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.
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.
| Равенство | Что такое A | Как 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 $-4+5=1$:
$$\begin{aligned}&(2x^2+7x-4)-(2x^2+4x-5)\\&=2x^2+7x-4-2x^2-4x+5\\&=3x+1\end{aligned}$$
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
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. 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.
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.
$-(x-2)$ — 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 $-2$.
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.
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.
Создайте бесплатный аккаунт — и откройте больше возможностей:
- Отслеживайте прогресс освоения тем
- Получайте персональные подборки полезных уроков и заданий
- Проводите работу над ошибками после занятий