Faktorizációs tétel

A polinomfaktorizációs tétel az algebra egy tétele, amely a polinommaradék-tétel egy speciális esete. A faktorizációs tétel azt állítja, hogy az $f(x)$ polinomnak akkor és csak akkor osztója $x-k$, ha $f(k)=0$ (vagyis ha $k$ egy gyöke az $f(x)$ polinomnak).

Polinomok faktorizációja

A tételt leggyakrabban polinomok faktorizációjánál és algebrai egyenletek megoldásánál alkalmazzák (mivel ezek a problémák lényegében ekvivalensek). A tételt úgy alkalmazzák, hogy az ismert gyökökhöz tartozó gyöktényezőket „kiemelik”, így egy alacsonyabb fokú polinomot kell felbontani a többi gyök megtalálása érdekében (amely vélhetőleg könnyebb). A módszer leírható így:

1. „Tippelgetéssel” vagy valamilyen más módon keressük meg az $f$ polinom egy gyökét, $a$-t. (A valóságban általában ez a feladat nagyon nehéz, de a tankönyvi példák gyakran úgy készülnek, hogy ez a lépés könnyen megoldható legyen.)
2. A fenti tételt felhasználva állapítsuk meg, hogy $x-a$ osztója $f(x)$-nek.
3. Számítsuk ki a $g(x)=f(x)/(x-a)$ polinomot például polinomosztással.
4. Vegyük észre, hogy $f(x)=0$ bármely $x\ne a$ megoldása, megoldása a $g(x)=0$ egyenletnek. Mivel a $g$ polinom foka eggyel kisebb mint, $f$-é, így a hátralévő megoldások megtalálását a kisebb fokú $g$ polinom gyökeinek megtalálására redukáltuk.

Példa

Faktorizáljuk a

$x^3+7x^2+8x+2.$

polinomot. Ahhoz, hogy elinduljuk kezdésnek például próbálgatással megkeressük az első olyan x értéket amire a kifejezés helyettesítési értéke 0 (vagyis gyöke a polinomnak). Például ahhoz, hogy megtudjuk, hogy a fenti polinomnak $(x-1)$ a faktora-e (vagyis hogy maradék nélküli osztója-e), $x=1$-et helyettesítünk a fenti polinomba:

$x^3+7x^2+8x+2=(1{)}^3+7(1{)}^2+8(1)+2$

$=1+7+8+2$

$=18.$

Mivel a helyettesítési érték 18 és nem 0 ez azt jelenti, hogy $(x-1)$ nem faktora az $x^3+7x^2+8x+2$-nek. Legyen a következő kísérletünk az $(x+1)$ (vagyis helyettesítsünk $x=-1$-et a polinomba):

$(-1{)}^3+7(-1{)}^2+8(-1)+2.$

Mivel az eredmény most $0$, így $x-(-1)$, vagyis $x+1$, osztója a polinomnak, $-1$ pedig egy gyöke a $x^3+7x^2+8x+2$ polinomnak. A másik két gyököt megtalálhatjuk ha $x^3+7x^2+8x+2$ elosztjuk polinomosztással $(x+1)$-gyel és az így kapott másodfokú polinom gyökeit direkt módon (a másodfokú egyenlet megoldóképletével) megkeressük.

$\frac{x^3+7x^2+8x+2}{x+1}=x^2+6x+2$

így $(x+1)$ és $x^2+6x+2$ osztói a $x^3+7x^2+8x+2$ polinomnak.

Általánosan

Legyen $f$ egy egyváltozós polinom úgy, hogy az együtthatói egy $R$ kommutatív gyűrűből származnak és legyen $a\in R$. Ekkor $f(a)=0$ akkor és csak akkor, ha $f(x)=(x-a)g(x)$ valamely $g$ polinomra. Ha adott egy $f$ polinom és minden gyökét meg kívánjuk találni és adott $a$ akkor $g$ kiszámítható polinomosztással, majd $f$ további gyökeit $g$ faktorizációjával kaphatjuk meg.

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Factor theorem című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.