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Teoria

Fattorizzazione, Ruffini e divisione tra polinomi

Che cos'è un polinomio, come si sviluppano e si riconoscono i prodotti notevoli, come si esegue la divisione tra polinomi e come si scompone un polinomio in fattori con la regola di Ruffini.

In questa pagina
  1. Polinomi e grado
  2. Prodotti notevoli
  3. Divisione tra polinomi
  4. Teorema del resto e teorema di Ruffini
  5. La regola di Ruffini
  6. Radici razionali
  7. Strategia di fattorizzazione

Polinomi e grado

Polinomio e grado

Un polinomio nella variabile è una somma di monomi,

con . I numeri sono i coefficienti, è il coefficiente direttore, è il termine noto e è il grado, indicato con . Un numero è una radice di se . Il polinomio ha grado , coefficiente direttore , termine noto ; il coefficiente di è .

Principio di identità dei polinomi

Due polinomi sono uguali se e solo se hanno lo stesso grado e gli stessi coefficienti, termine per termine. Il principio permette di determinare coefficienti incogniti uguagliando i coefficienti dei termini dello stesso grado, e con esso si verificano divisioni e scomposizioni. Dall’uguaglianza segue e .

Osservazione

Nel prodotto di due polinomi i gradi si sommano, quindi . Per questo un polinomio di grado scomposto in due fattori di grado positivo ha fattori di gradi e oppure e .

Prodotti notevoli

Le identità seguenti valgono per ogni valore di e e si usano in entrambi i versi, per sviluppare e per scomporre.

Quadrato e cubo di binomio

Letti da destra verso sinistra scompongono: un trinomio è un quadrato di binomio quando due termini sono quadrati e il terzo è il doppio prodotto delle due basi, con il segno del doppio prodotto che decide il segno nel binomio.

Esempio

. Nel verso opposto, , poiché e sono i quadrati di e e è il doppio prodotto . Per il cubo, .

Differenza di quadrati

È la scomposizione più rapida da riconoscere: due quadrati separati da un segno meno. Si applica anche più volte di seguito, quando uno dei fattori ottenuti è a sua volta una differenza di quadrati.

Esempio

. Con due applicazioni successive, .

Attenzione

La somma di due quadrati non si scompone in fattori di primo grado con coefficienti reali. Per esempio per ogni , quindi non ha radici reali e nessun fattore della forma lo divide.

Somma e differenza di cubi

Il secondo fattore, detto falso quadrato, ha discriminante negativo e non ha radici reali, perciò la scomposizione non prosegue; il criterio con il discriminante si trova nel capitolo sulle equazioni e disequazioni polinomiali.

Esempio

, con e . Analogamente , con e .

Divisione tra polinomi

Divisione con resto

Dati un dividendo e un divisore non nullo, esistono e sono unici un quoziente e un resto tali che

La struttura è la stessa della divisione con resto tra numeri interi. Quando la divisione è esatta e divide , cioè è un fattore di ; per questo la divisione è uno strumento di fattorizzazione.

L'algoritmo di divisione, passo per passo

Divisione di per . Il primo termine del quoziente è il rapporto tra i termini di grado massimo, ; si moltiplica il divisore per e si sottrae il prodotto dal dividendo:

Il resto parziale ha grado , uguale al grado del divisore, quindi l’algoritmo prosegue sul resto parziale. Il termine successivo del quoziente è :

Il nuovo resto parziale ha grado , minore del grado del divisore, perciò l’algoritmo termina. Quoziente e resto sono e , cioè

Osservazione

Il dividendo si scrive con i gradi in ordine decrescente e i gradi mancanti si contano con coefficiente . La verifica usa il principio di identità: sviluppando si deve ritrovare , coefficiente per coefficiente.

Teorema del resto e teorema di Ruffini

Teorema del resto

Il resto della divisione di per è . Il resto si ottiene quindi con una sola valutazione del polinomio, senza eseguire la divisione. Il resto di diviso è .

Dimostrazione

Per il teorema sulla divisione con resto esistono e tali che , con oppure . In entrambi i casi è una costante . Valutando l’uguaglianza in si ottiene

perciò il resto coincide con .

Teorema di Ruffini

Il binomio divide se e solo se , cioè se e solo se è una radice di . L’enunciato segue dal teorema del resto, poiché la divisione è esatta se e solo se il resto è nullo. Il teorema collega le radici alla fattorizzazione: ogni radice trovata produce un fattore di primo grado. Per si ha , quindi divide ; infatti .

La regola di Ruffini

Regola di Ruffini

La regola di Ruffini è lo schema che esegue la divisione di per usando solo i coefficienti.

  1. Nella prima riga si scrivono i coefficienti di in ordine di grado decrescente, con al posto dei gradi mancanti; il numero si scrive a sinistra.
  2. Il primo coefficiente si riporta invariato nella riga dei risultati.
  3. L’ultimo numero scritto nella riga dei risultati si moltiplica per , il prodotto si scrive nella seconda riga sotto il coefficiente successivo e si somma in colonna; la somma scende nella riga dei risultati. Il passo si ripete fino all’ultima colonna.
  4. L’ultimo numero della riga dei risultati è il resto, cioè ; i numeri che lo precedono sono i coefficienti del quoziente, che ha grado .

Lo schema passo per passo

Divisione di per , quindi . Si riporta il primo coefficiente ; poi e ; poi e ; infine e .

Il quoziente è e il resto è , quindi divide e

dove l’ultima uguaglianza si verifica sviluppando il prodotto .

Radici razionali

Ricerca delle radici razionali

Sia a coefficienti interi, con . Se la frazione , ridotta ai minimi termini, è una radice di , allora divide il termine noto e divide il coefficiente direttore . Il teorema fornisce un elenco finito di candidati; ogni candidato si prova calcolando , e per il teorema di Ruffini ogni candidato con produce il fattore . Quando il coefficiente direttore è , le eventuali radici razionali sono numeri interi che dividono il termine noto.

Esempio

. I divisori del termine noto sono ; i divisori positivi del coefficiente direttore sono . I candidati sono quindi , , . Poiché , il numero è una radice e divide . Non ogni candidato è una radice: .

Strategia di fattorizzazione

Raccoglimento totale e parziale

Il raccoglimento totale estrae un fattore comune a tutti i termini:

Il raccoglimento parziale raggruppa i termini e raccoglie un fattore da ciascun gruppo; il metodo si conclude quando i gruppi lasciano lo stesso fattore comune, che si raccoglie a sua volta:

Trinomio speciale

Il trinomio si scompone con due numeri e che soddisfano

Per esempio , poiché e ; analogamente , poiché e .

Strategia di fattorizzazione

La scomposizione di un polinomio procede nell’ordine seguente, e dopo ogni passo riparte dal primo sui fattori ottenuti.

  1. Raccoglimento totale del fattore comune.
  2. Riconoscimento dei prodotti notevoli: quadrato e cubo di binomio, differenza di quadrati, somma e differenza di cubi.
  3. Per i trinomi della forma , trinomio speciale.
  4. Con quattro o più termini, raccoglimento parziale.
  5. Ricerca delle radici razionali e regola di Ruffini: ogni radice trovata produce il fattore e abbassa di uno il grado del quoziente.

La scomposizione termina quando ogni fattore ha grado oppure è un fattore di secondo grado privo di radici reali; il riconoscimento di questi ultimi con il discriminante si trova nel capitolo sulle equazioni e disequazioni polinomiali.

Una fattorizzazione completa

Il primo passaggio è il raccoglimento totale di . Il fattore è un trinomio speciale, poiché e , quindi si scompone in . Tutti i fattori hanno grado al più , perciò la scomposizione è completa.

Esercizi svolti su questo argomento

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