因式分解法

📘 一元二次方程·
⭐⭐
·十字相乘、提公因式

🎯 学习目标

  • 掌握利用提公因式法分解一元二次多项式
  • 熟练运用十字相乘法对形如 $x^2 + bx + c$ 或 $ax^2 + bx + c$ 的二次三项式进行因式分解
  • 能将因式分解用于求解一元二次方程

📚 核心概念

因式分解法是解一元二次方程的重要方法之一,其核心思想是把一个多项式写成几个整式乘积的形式。对于一元二次方程 ax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0(其中 a0a \neq 0),如果左边能分解成两个一次因式的乘积,比如 (px+q)(rx+s)=0(px + q)(rx + s) = 0,那么根据“零乘积律”(即若两个数相乘为0,则至少有一个因式为0),就可以得到两个一次方程 px+q=0px + q = 0rx+s=0rx + s = 0,从而轻松求出原方程的解。

常用的方法有两个:一是提公因式法,适用于各项有公共因式的情况,例如 2x2+4x=2x(x+2)2x^2 + 4x = 2x(x + 2);二是十字相乘法,特别适合处理二次项系数为1(或可化为1)的三项式。例如对 x2+5x+6x^2 + 5x + 6,我们要找两个数,它们的乘积是常数项6,和是一次项系数5,显然2和3满足,因此可分解为 (x+2)(x+3)(x + 2)(x + 3)。若二次项系数不是1(如 2x2+7x+32x^2 + 7x + 3),则需考虑交叉相乘再相加是否等于中间项,这也是“十字”的由来。

📝 关键公式

  • 提公因式法ab+ac=a(b+c)ab + ac = a(b + c)

    • 示例:3x2+6x=3x(x+2)3x^2 + 6x = 3x(x + 2)
  • 十字相乘法(首项系数为1)x2+(p+q)x+pq=(x+p)(x+q)x^2 + (p+q)x + pq = (x + p)(x + q)

    • 示例:x2+7x+12=(x+3)(x+4)x^2 + 7x + 12 = (x + 3)(x + 4)
  • 十字相乘法(首项系数不为1)ax2+bx+c=(mx+n)(px+q)ax^2 + bx + c = (mx + n)(px + q),其中 mp=amp = anq=cnq = c,且 mq+np=bmq + np = b

    • 示例:2x2+5x+2=(2x+1)(x+2)2x^2 + 5x + 2 = (2x + 1)(x + 2)

💡 经典例题

例题1(基础):解方程 x25x=0x^2 - 5x = 0

  1. 观察左边两项都有公因式 xx,先提公因式:
x25x=x(x5)x^2 - 5x = x(x - 5)
  1. 原方程变为:x(x5)=0x(x - 5) = 0
  2. 根据零乘积律,得:
x=0x5=0x = 0 \quad \text{或} \quad x - 5 = 0
  1. 解得:x1=0x_1 = 0x2=5x_2 = 5

例题2(进阶):解方程 2x2+7x+3=02x^2 + 7x + 3 = 0

  1. 尝试用十字相乘法分解左边:
    • 二次项系数为2,可拆为 2×12 \times 1
    • 常数项为3,可拆为 1×31 \times 33×13 \times 1
    • 试组合:(2x+1)(x+3)=2x2+6x+x+3=2x2+7x+3(2x + 1)(x + 3) = 2x^2 + 6x + x + 3 = 2x^2 + 7x + 3
  2. 所以原方程变为:(2x+1)(x+3)=0(2x + 1)(x + 3) = 0
  3. 令每个因式为0:
2x+1=0x=122x + 1 = 0 \quad \Rightarrow \quad x = -\frac{1}{2} x+3=0x=3x + 3 = 0 \quad \Rightarrow \quad x = -3
  1. 解得:x1=12x_1 = -\frac{1}{2}x2=3x_2 = -3

⚠️ 易错点

  • 忘记检查是否能提公因式:有些题目先提公因式会更简单,比如 3x2+6x+33x^2 + 6x + 3 应先提3,变成 3(x2+2x+1)3(x^2 + 2x + 1) 再分解。避免方法:解题前先看各项是否有公因式。

  • 十字相乘时符号错误:例如 x2x6x^2 - x - 6,应找乘积为 6-6、和为 1-1 的两个数(即 3-322),分解为 (x3)(x+2)(x - 3)(x + 2)。避免方法:仔细分析常数项符号和一次项系数符号。

  • 忽略零乘积律的前提:必须先把方程右边化为0,再分解左边。例如不能直接对 x2+3x=4x^2 + 3x = 4 分解左边就设为0。正确做法是移项得 x2+3x4=0x^2 + 3x - 4 = 0 再分解。

  • 分解后未验证:有时十字相乘组合错误会导致展开后与原式不符。避免方法:分解后快速展开检查是否等于原多项式。

💡 例题

1

方程x434x2+225=0x^4-34x^2+225=0的最小解是多少?

  1. 我们把等式左边因式分解成
(x209)(x225).(x^2-\boxed{\phantom{09}})(x^2-\boxed{\phantom{25}}).

的形式。 2. 两个方框里的数相乘得225225,相加得3434。 3. 我们试写225=3355225=3\cdot3\cdot5\cdot5,尝试几组数,发现9和25满足条件。 4. 再用平方差公式继续分解并求解:

(x29)(x225)=0(x+3)(x3)(x5)(x+5)=0x=±3,x=±5\begin{aligned} (x^2-9)(x^2-25)&=0 \\ (x+3)(x-3)(x-5)(x+5)&=0 \\ x = \pm 3, x=\pm 5& \end{aligned}
  1. 这些解中最小的是x=5x=\boxed{-5}
2

方程x434x2+225=0x^4-34x^2+225=0的最小解是多少?

  1. 我们把左边因式分解成
(x209)(x225).(x^2-\boxed{\phantom{09}})(x^2-\boxed{\phantom{25}}).

的形式。 2. 方框中的两个数相乘得225225,相加得3434。 3. 我们试写225=3355225=3\cdot3\cdot5\cdot5,尝试几组数,发现9和25满足条件。 4. 再用平方差公式继续分解并求解:

(x29)(x225)=0(x+3)(x3)(x5)(x+5)=0x=±3,x=±5\begin{aligned} (x^2-9)(x^2-25)&=0 \\ (x+3)(x-3)(x-5)(x+5)&=0 \\ x = \pm 3, x=\pm 5& \end{aligned}
  1. 这些解中最小的是x=5x=\boxed{-5}

✏️ 练习

1

方程 x434x2+225=0x^4-34x^2+225=0 的最小解是多少?

2

求所有满足z44z2+3=0z^4 - 4z^2 + 3 = 0zz的值。将所有解用逗号隔开填写。

3

求方程x425x2+144=0x^4 - 25x^2 + 144 = 0的所有整数解的和。

4

求所有满足z44z2+3=0z^4 - 4z^2 + 3 = 0zz的值。将所有解用逗号隔开填写。

5

如果y=12x4+4x3+9x2+5x+33x4+2x3+8x2+3x+1y=\frac{12x^4+4x^3+9x^2+5x+3}{3x^4+2x^3+8x^2+3x+1},那么当yy取何值时,函数图像有水平渐近线?