因式分解

因式分解，在这里是指多項式因式分解（英語：Polynomial Factorization），在數學中一般理解為把一個多項式分解為兩個或多個的因式的過程。在這個過後會得出一堆較原式簡單的多項式的積。例如单元多項式 x 2 − 1 2 {\displaystyle x^{2}-1^{2}} 可被因式分解為 ( x + 1 ) ( x − 1 ) {\displaystyle \left(x+1\right)\left(x-1\right)} 。又如二元多項式 x 2 − y 2 {\displaystyle x^{2}-y^{2}} 因式分解為 ( x + y ) ( x − y ) {\displaystyle \left(x+y\right)\left(x-y\right)} 。如果我们允许多項式系数从整数扩大到複整數，那么 x 2 + 1 2 {\displaystyle x^{2}+1^{2}} 可被因式分解為 ( x + i ) ( x − i ) {\displaystyle \left(x+i\right)\left(x-i\right)} 。通常分解获得的每个因式要是不可约多项式（irreducible）。也就是不能再分解了。 数域F上每个次数 ≥ 1 {\displaystyle \geq 1} 的多项式 f ( x ) {\displaystyle f(x)} 都可以分解成数域F上一些不可约多项式的乘积，并是唯一的，即如果有两个分解式 f ( x ) = p 1 ( x ) p 2 ( x ) p 3 ( x ) ⋯ p s ( x ) = q 1 ( x ) q 2 ( x ) ⋯ q t ( x ) {\displaystyle f(x)=p_{1}(x)p_{2}(x)p_{3}(x)\cdots p_{s}(x)=q_{1}(x)q_{2}(x)\cdots q_{t}(x)} 其中 p i ( x ) ( i = 1 , 2 , ⋯ , s ) {\displaystyle p_{i}(x)(i=1,2,\cdots ,s)} 和 q j ( x ) ( j = 1 , 2 , ⋯ , t ) {\displaystyle q_{j}(x)(j=1,2,\cdots ,t)} 都是数域F上的不可约多项式，那么必有 s = t {\displaystyle s=t} ，而且可以适当排列因式的次序，使得 p i ( x ) = c i q i ( x ) ( i = 1 , 2 , ⋯ , s ) {\displaystyle p_{i}(x)=c_{i}q_{i}(x)(i=1,2,\cdots ,s)} ,其中 c i ( i = 1 , 2 , ⋯ , s ) {\displaystyle c_{i}(i=1,2,\cdots ,s)} 是一些非零常数 原则： 1、分解必須要彻底（即分解後之因式均不能再做分解） 2、結果最後只留下小括號 3、結果的多項式首項為正。 在一個公式內把其公因子抽出，例子： 7 a + 98 a b {\displaystyle 7a+98ab} 其中， 7 a {\displaystyle 7a} 是公因子。因此，因式分解後得到的答案是： 7 a ( 1 + 14 b ) {\displaystyle 7a(1+14b)} 51 a 4 b 7 + 24 a 3 b 2 + 75 a 5 b 5 {\displaystyle 51a^{4}b^{7}+24a^{3}b^{2}+75a^{5}b^{5}} 其中， 3 a 3 b 2 {\displaystyle 3a^{3}b^{2}} 是公因子。因此，因式分解後得到的答案是： 3 a 3 b 2 ( 17 a b 5 + 25 a 2 b 3 + 8 ) {\displaystyle 3a^{3}b^{2}(17ab^{5}+25a^{2}b^{3}+8)} sb 透過公式重組，然後再抽出公因數，例子： 3 a 2 b − 5 y + 12 a 3 b 2 − 20 a b y {\displaystyle 3a^{2}b-5y+12a^{3}b^{2}-20aby} = ( 3 a 2 b + 12 a 3 b 2 ) − ( 5 y + 20 a b y ) {\displaystyle =(3a^{2}b+12a^{3}b^{2})-(5y+20aby)} = 3 a 2 b ( 1 + 4 a b ) − 5 y ( 1 + 4 a b ) {\displaystyle =3a^{2}b(1+4ab)-5y(1+4ab)} = ( 1 + 4 a b ) ( 3 a 2 b − 5 y ) {\displaystyle =(1+4ab)(3a^{2}b-5y)} 15 n 2 + 2 m − 3 n − 10 m n {\displaystyle 15n^{2}+2m-3n-10mn} = ( 15 n 2 − 3 n ) + ( 2 m − 10 m n ) {\displaystyle =(15n^{2}-3n)+(2m-10mn)} = 3 n ( 5 n − 1 ) + 2 m ( 1 − 5 n ) {\displaystyle =3n(5n-1)+2m(1-5n)} = 3 n ( 5 n − 1 ) − 2 m ( 5 n − 1 ) {\displaystyle =3n(5n-1)-2m(5n-1)} = ( 5 n − 1 ) ( 3 n − 2 m ) {\displaystyle =(5n-1)(3n-2m)} 透過添項然後減掉，然後再抽出公因數，例子： x 4 + x 2 + 1 {\displaystyle x^{4}+x^{2}+1} = x 4 + x 2 + x 2 − x 2 + 1 {\displaystyle =x^{4}+x^{2}+x^{2}-x^{2}+1} = x 4 + 2 x 2 − x 2 + 1 {\displaystyle =x^{4}+2x^{2}-x^{2}+1} = x 4 + 2 x 2 + 1 − x 2 {\displaystyle =x^{4}+2x^{2}+1-x^{2}} = ( x 2 ) 2 + ( 2 ) ( x 2 ) ( 1 ) + ( 1 ) 2 − x 2 {\displaystyle =(x^{2})^{2}+(2)(x^{2})(1)+(1)^{2}-x^{2}} = ( x 2 + 1 ) 2 − x 2 {\displaystyle =(x^{2}+1)^{2}-x^{2}} = ( x 2 + 1 − x ) ( x 2 + 1 + x ) {\displaystyle =(x^{2}+1-x)(x^{2}+1+x)} = ( x 2 − x + 1 ) ( x 2 + x + 1 ) {\displaystyle =(x^{2}-x+1)(x^{2}+x+1)} 透過分裂某項，然後再抽出公因數，例子： x 3 − 7 x + 6 {\displaystyle x^{3}-7x+6} 其中， − 7 x {\displaystyle -7x} 可以被拆成 − x {\displaystyle -x} 和 − 6 x {\displaystyle -6x} 。所以， x 3 − 7 x + 6 {\displaystyle x^{3}-7x+6} 可以被寫成 x 3 − x − 6 x + 6 {\displaystyle x^{3}-x-6x+6} 。因此， x 3 − 7 x + 6 {\displaystyle x^{3}-7x+6} = x 3 − x − 6 x + 6 {\displaystyle =x^{3}-x-6x+6} = ( x 3 − x ) − ( 6 x − 6 ) {\displaystyle =(x^{3}-x)-(6x-6)} = x ( x 2 − 1 ) − 6 ( x − 1 ) {\displaystyle =x(x^{2}-1)-6(x-1)} = x ( x + 1 ) ( x − 1 ) − 6 ( x − 1 ) {\displaystyle =x(x+1)(x-1)-6(x-1)} = ( x ( x + 1 ) − 6 ) ( x − 1 ) {\displaystyle =(x(x+1)-6)(x-1)} = ( x 2 + x − 6 ) ( x − 1 ) {\displaystyle =(x^{2}+x-6)(x-1)} 其中， + x {\displaystyle +x} 可以被拆成 + 3 x {\displaystyle +3x} 和 − 2 x {\displaystyle -2x} 。所以， x 2 + x − 6 {\displaystyle x^{2}+x-6} 可以被寫成 x 2 + 3 x − 2 x − 6 {\displaystyle x^{2}+3x-2x-6} 。因此， ( x 2 + x − 6 ) ( x − 1 ) {\displaystyle (x^{2}+x-6)(x-1)} = ( x 2 + 3 x − 2 x − 6 ) ( x − 1 ) {\displaystyle =(x^{2}+3x-2x-6)(x-1)} = ( ( x 2 + 3 x ) − ( 2 x + 6 ) ) ( x − 1 ) {\displaystyle =((x^{2}+3x)-(2x+6))(x-1)} = ( x ( x + 3 ) − 2 ( x + 3 ) ) ( x − 1 ) {\displaystyle =(x(x+3)-2(x+3))(x-1)} = ( x − 2 ) ( x + 3 ) ( x − 1 ) {\displaystyle =(x-2)(x+3)(x-1)} = ( x − 1 ) ( x − 2 ) ( x + 3 ) {\displaystyle =(x-1)(x-2)(x+3)} 十字交乘法（cross method），也叫做十字相乘法。它实際上是拆項法的一個變形，只不過用十字形矩陣來表示。 兩個立方數之和 a 3 + b 3 {\displaystyle a^{3}+b^{3}\,\!} 可分解為 ( a + b ) ( a 2 − a b + b 2 ) {\displaystyle (a+b)(a^{2}-ab+b^{2})\,\!} 兩個立方數之差 a 3 − b 3 {\displaystyle a^{3}-b^{3}\,\!} 可分解為 ( a − b ) ( a 2 + a b + b 2 ) {\displaystyle (a-b)(a^{2}+ab+b^{2})\,\!} 兩個n次方數之差 a n − b n = ( a − b ) ( a n − 1 + a n − 2 b + . . . . . . + b n − 1 ) {\displaystyle a^{n}-b^{n}=(a-b)(a^{n-1}+a^{n-2}b+......+b^{n-1})} 兩個奇數次方數之和 a n + b n = ( a + b ) ( a n − 1 − a n − 2 b + . . . . . . + b n − 1 ) {\displaystyle a^{n}+b^{n}=(a+b)(a^{n-1}-a^{n-2}b+......+b^{n-1})} 一個整係數的一元多項式 a n x n + a n − 1 x n − 1 + . . . . . . a 1 x + a 0 {\displaystyle a_{n}x^{n}+a_{n-1}x^{n-1}+......a_{1}x+a_{0}} ，假如它有整係數因式 p x + q {\displaystyle px+q} ，且p,q互質，則以下兩條必成立：（逆敘述並不真） p | a n {\displaystyle p|a_{n}} q | a 0 {\displaystyle q|a_{0}} 不過反過來說，即使當 p | a n {\displaystyle p|a_{n}} 和 q | a 0 {\displaystyle q|a_{0}} 都成立時，整係數多項式 p x + q {\displaystyle px+q} 也不一定是整係數多項式 a n x n + a n − 1 x n − 1 + . . . . . . a 1 x + a 0 {\displaystyle a_{n}x^{n}+a_{n-1}x^{n-1}+......a_{1}x+a_{0}} 的因式 另外一個看法是： 一個整係數的ｎ次多項式 a n x n + a n − 1 x n − 1 + . . . . . . a 1 x + a 0 {\displaystyle a_{n}x^{n}+a_{n-1}x^{n-1}+......a_{1}x+a_{0}} ，若 p x − q {\displaystyle px-q} 是f(x)之因式，且p,q互質，則：（逆敘述並不真） p − q | f ( 1 ) {\displaystyle p-q|f(1)} p + q | f ( − 1 ) {\displaystyle p+q|f(-1)} 因数分解 高斯整數分解 多項式 根 十字相乘 乘法公式 也有polynomial factorisation或factoring的用法 因式即多項式。 Burnside, William Snow; Panton, Arthur William (1960) [1912], The Theory of Equations with an introduction to the theory of binary algebraic forms (Volume one), Dover Dickson, Leonard Eugene (1922), First Course in the Theory of Equations, New York: John Wiley & Sons Fite, William Benjamin (1921), College Algebra (Revised), Boston: D. C. Heath & Co. Klein, Felix (1925), Elementary Mathematics from an Advanced Standpoint; Arithmetic, Algebra, Analysis, Dover Selby, Samuel M., CRC Standard Mathematical Tables (18th ed.), The Chemical Rubber Co