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如何求解多项式$-x^3 -x +1$的根以用于部分分式分解?

三次多项式因式分解(用于部分分式)的分步指导

嘿,我来帮你理清楚怎么分解这个三次多项式,刚好对应上你老师提到的用α、β和二次公式的方法~咱们一步步来:

1. 先简化多项式形式

原多项式是 p(x) = -x³ -x +1,先把它改写为 p(x) = -(x³ + x -1),这样我们只需要处理首一的三次多项式 f(x) = x³ + x -1 就好,最后再把负号加回去。

2. 标记实根α

三次方程至少有一个实根,咱们来确认这个实根的存在:

  • 当x=0时,f(0)=0+0-1=-1;当x=1时,f(1)=1+1-1=1
  • 根据中间值定理,在区间(0,1)之间肯定有一个实根,我们把这个实根记作α。这个α是无理数,没法用简单的整数/分数表示,所以咱们就用α这个符号代替它就好(这就是你老师用α的原因)。

f(α)=0,我们还能得到一个有用的等式:α³ + α -1 = 0,也就是 α³ = 1 - α,后面化简的时候会用到这个。

3. 分解为一次式 + 二次式

我们可以把f(x)分解成一次式乘二次式的形式:
f(x) = (x - α)(x² + px + q)
把右边展开:x³ + (p - α)x² + (q - αp)x - αq
和左边f(x)=x³ + 0x² +1x -1对比系数,就能解出p和q:

  • 二次项系数:p - α = 0p = α
  • 一次项系数:q - αp = 1 → 代入p=α,得q = α² + 1
  • 常数项验证:-αq = -1 → 代入q=α²+1,得α(α²+1)=α³+α=1,刚好符合α³=1-α,所以成立。

所以f(x)=(x - α)(x² + αx + α² +1),原多项式p(x)=-(x - α)(x² + αx + α² +1)

4. 用二次公式求二次式的根(β和γ)

现在看这个二次式x² + αx + α² +1,如果要分解到复系数的一次式,就可以用二次公式求根,这就是你老师提到的β(和它的共轭复根γ):
β = [-α + √(α² - 4*(α² +1))]/2 = [-α + √(-3α² -4)]/2
γ = [-α - √(-3α² -4)]/2
这两个是共轭复根,因为根号里的结果是负数。不过在实系数的部分分式分解里,其实你不需要把它们拆出来,直接保留二次式的形式就足够了。

5. 部分分式分解的实际应用

比如如果要对1/p(x)做部分分式分解,就可以写成:
1/[-(x³ +x -1)] = A/(x - α) + (Bx + C)/(x² + αx + α² +1)
然后通过通分、对比分子的系数,就能求出A、B、C的值,过程中可以用α³=1-α来化简表达式,最终得到的系数都是用α表示的常数,不需要算出α的具体数值。

内容的提问来源于stack exchange,提问作者user524037

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