Polynomials & the Factor Theorem
高次の多項式を扱う鍵は、割り算・剰余定理・因数定理の3点セットです。剰余定理は「割ってみなくても余りが分かる」近道、因数定理はその特別な場合で「余りが なら割り切れる=因数」という強力な道具です。これらを使えば、3次式を素早く因数分解し、3次方程式を解けるようになります。A2 の積分や部分分数分解の前提にもなります。
The key to handling higher-degree polynomials is the trio of division, the remainder theorem and the factor theorem. The remainder theorem is a shortcut — it tells you the remainder without doing the division — and the factor theorem is the special case where a zero remainder means exact division, i.e. a factor. With these you can factorise cubics quickly and solve cubic equations. They also underpin integration and partial fractions later in A2.
Polynomial division
多項式 を で割ると、商 と余り を用いて と表せます。 のような1次式で割ると余りは定数になります。筆算(長除法)でも、係数を順に処理する組立除法でも実行できますが、余りだけが必要なら次の剰余定理がはるかに速いです。
Dividing a polynomial by gives a quotient and remainder , so . Dividing by a linear factor like always leaves a constant remainder. You can carry this out by long division or by synthetic division on the coefficients — but if you only need the remainder, the remainder theorem below is far faster.
The remainder theorem
剰余定理は、 を で割ったときの余りが に等しい、という定理です。先ほどの恒等式 に を代入すると の項が消えて となるからです。割り算をせずに を計算するだけで余りが求まります。 で割る場合は を代入します。
The remainder theorem states that the remainder when is divided by equals . Substituting into the identity kills the term and leaves . So you get the remainder simply by evaluating — no division needed. For division by , substitute .
The factor theorem
因数定理は剰余定理の特別な場合で、余りが のとき割り切れることに対応します。すなわち であることと、 が の因数であることは同値です。3次式を因数分解するときは、 など定数項の約数を に代入して、 となる を1つ見つけることから始めます。
The factor theorem is the special case of the remainder theorem where the remainder is , corresponding to exact division. That is, if and only if is a factor of . To factorise a cubic, start by testing divisors of the constant term — — substituting them into until you find one value with .
Factorising cubics and solving cubic equations
因数定理で1つの因数 を見つけたら、 を で割って2次式の商を得ます。その2次式をさらに因数分解(または解の公式)すれば、3つの因数または3つの解が求まります。方程式 を解くときは、因数分解した形 から各因数 として解を読み取ります。
Once the factor theorem gives one factor , divide by to obtain a quadratic quotient. Factorise that quadratic (or use the formula) to get all three factors, or all three roots. To solve , read the roots from the factorised form by setting each factor to zero.
Worked examples
Practice
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