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幂次高怎么拆?多次幂因式分解有妙招?

将高次幂问题转化为低次幂问题,或者利用熟悉的公式进行套用。

多次幂因式分解技巧-图1

下面我将从 基础到进阶,为你详细拆解这些技巧,并提供经典例题。


核心思想与准备

在开始之前,请务必熟练掌握以下基础公式,它们是所有高次幂因式分解的基石:

  1. 平方差公式: a² - b² = (a - b)(a + b)
  2. 完全平方公式: a² ± 2ab + b² = (a ± b)²
  3. 立方和/差公式:
    • a³ + b³ = (a + b)(a² - ab + b²)
    • a³ - b³ = (a - b)(a² + ab + b²)
  4. 和立方/差立方公式:
    • a³ + 3a²b + 3ab² + b³ = (a + b)³
    • a³ - 3a²b + 3ab² - b³ = (a - b)³

核心技巧分类详解

换元法(降幂法)

这是处理高次多项式最常用、最核心的技巧,当看到 x⁴, x⁶ 等时,尝试用一个新变量(t)来表示 ,从而将四次、六次方程转化为二次、三次方程。

适用场景:多项式中所有项的指数都是偶数,或者有明显的 x⁴ 的关系。

示例 1:处理 x⁴

问题:分解因式 x⁴ - 5x² + 4

分析:这个多项式只包含 x⁴ 项,我们可以设 t = x²

步骤

  1. 设元:令 t = x²
  2. 替换:原式变为 t² - 5t + 4
  3. 分解:这是一个关于 t 的二次式,很容易分解:t² - 5t + 4 = (t - 1)(t - 4)
  4. 回代:将 t = x² 代回去,得到 (x² - 1)(x² - 4)
  5. 继续分解:检查结果,发现 x² - 1x² - 4 仍然是平方差,可以继续分解。
    • x² - 1 = (x - 1)(x + 1)
    • x² - 4 = (x - 2)(x + 2)
  6. 最终结果(x - 1)(x + 1)(x - 2)(x + 2)

示例 2:处理 (x²+1)²

问题:分解因式 (x² + 2x + 1)² - 9

分析:这个式子可以看作是 A² - B² 的形式,A = x² + 2x + 1B = 3

步骤

  1. 识别公式A² - B² = (A - B)(A + B)
  2. 套用公式[(x² + 2x + 1) - 3][(x² + 2x + 1) + 3]
  3. 化简(x² + 2x - 2)(x² + 2x + 4)
  4. 检查:检查这两个二次式是否能再分解。
    • x² + 2x - 2,判别式 Δ = 4 + 8 = 12 > 0,可以分解(但结果含根号,通常在中学阶段要求分解到有理数范围即可,所以这里可以停止)。
    • x² + 2x + 4,判别式 Δ = 4 - 16 = -12 < 0,在实数范围内无法分解。
  5. 最终结果(x² + 2x - 2)(x² + 2x + 4)

(注:此题也可以先对 x² + 2x + 1 使用完全平方公式,变成 (x+1)²,再套用平方差公式,结果是一样的。)


分组分解法

当项数较多(通常是四项或四项以上),且没有公因式时,可以尝试将它们分成两组,分别提取公因式,然后看看是否能再次提取公因式。

适用场景:四项或更多项的多项式,且无法直接使用公式。

示例

问题:分解因式 x³ - 2x² - 4x + 8

分析:四项式,尝试分组。

步骤

  1. 分组(x³ - 2x²) + (-4x + 8)
  2. 提取公因式
    • 第一组 x³ - 2x² 提取 ,得到 x²(x - 2)
    • 第二组 -4x + 8 提取 -4,得到 -4(x - 2)
  3. 再次提取公因式:现在两项分别是 x²(x - 2)-4(x - 2),它们的公因式是 (x - 2)
    • 提取 (x - 2),得到 (x - 2)(x² - 4)
  4. 继续分解x² - 4 是平方差,可以继续分解。
    • x² - 4 = (x - 2)(x + 2)
  5. 最终结果(x - 2)(x - 2)(x + 2) 或写成 (x - 2)²(x + 2)

公式套用法

有些高次幂本身就是公式的形式,或者稍作变形后就可以套用。

示例 1:立方和/差

问题:分解因式 x³ + 27

分析27,所以这是 a³ + b³ 的形式。

步骤

  1. 识别公式a³ + b³ = (a + b)(a² - ab + b²)
  2. 套用公式:这里 a = xb = 3
  3. 最终结果(x + 3)(x² - 3x + 9)

示例 2:完全立方

问题:分解因式 8x³ - 36x²y + 54xy² - 27y³

分析:系数 8, 36, 54, 27 和变量 x, y 的指数 (3,0), (2,1), (1,2), (0,3) 都符合 (a-b)³ 的展开形式。

步骤

  1. 识别公式a³ - 3a²b + 3ab² - b³ = (a - b)³
  2. 套用公式:这里 a = 2x (因为 (2x)³ = 8x³),b = 3y (因为 (3y)³ = 27y³)。
  3. 最终结果(2x - 3y)³

综合应用(换元 + 分组 + 公式)

需要将以上技巧结合使用。

问题:分解因式 x⁴ + x² + 1

分析:这个式子看起来像 x⁴ + 2x² + 1(即 (x²+1)²),但中间项 少了一个 ,我们可以尝试 “添项拆项法”,这是一种高级的分组技巧。

步骤

  1. 添项拆项:为了凑出完全平方,我们加上一个 ,再减去一个 ,整体不变。

    `x⁴ + x² +

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