Polynomekvationer
Polynomekvationer är en kärndel av algebra och funktionslära och används i modellering inom naturvetenskap, teknik och ekonomi.
På den här sidan
Bakgrund
I Ma3 fördjupar du metoder för att lösa polynomekvationer och tolka lösningarna algebraiskt och grafiskt.
Teori
Polynom och grad
Ett polynom av grad kan skrivas på formen nedan. Talen är koefficienter, och den ledande koefficienten får inte vara 0.
- har grad 3.
- har grad 4.
Polynomekvationer
En polynomekvation får man när ett polynom sätts lika med 0:
Lösningarna kallas rötter. De är samma tal som polynomets nollställen, alltså de x-värden där grafen skär eller nuddar x-axeln. En ekvation av grad har högst reella rötter.
Fördjupning (Ma4): algebrans fundamentalsats
Räknar man även med komplexa tal och multiplicitet har en polynomekvation av grad exakt rötter.
Metoder för att lösa polynomekvationer
1. Faktorisering och nollproduktmetoden
Skriv vänsterledet som en produkt. En produkt är 0 om och endast om minst en faktor är 0.
Det ger eller . På samma sätt har lösningarna , och .
2. Kvadratkomplettering
Flytta konstanten till högerledet. Addera sedan kvadraten på halva x-koefficienten, här , till båda leden.
Ett tal i kvadrat är 4 om talet är eller . Alltså är , vilket ger eller .
3. pq-formeln
För en andragradsekvation på formen ger kvadratkomplettering den allmänna formeln:
För är och :
Lösningarna är och .
4. Faktorsatsen och polynomdivision
För ekvationer av högre grad: hitta en rot genom att pröva delare till konstanttermen. Dividera sedan bort faktorn , så att det återstår ett polynom av lägre grad.
Grafisk tolkning av polynomekvationer
Lösningarna till är x-koordinaterna där grafen till skär eller nuddar x-axeln. Grafen hjälper dig att se hur många reella rötter det finns och ungefär var de ligger.
Vågrät axel: x
Varje ruta motsvarar 1 på den vågräta axeln. På den lodräta axeln motsvarar en ruta 1.
- Heldragen:
Markerade punkter (ungefär):
- Rot: (−1; 0)
- Rot: (0; 0)
- Rot: (1; 0)
Algebraiskt: . Ekvationen har därför rötterna , och , precis där grafen skär x-axeln.
Interaktiv träning
Pröva rötter till en tredjegradsekvation
Skriv koefficienterna i och se om 1, 2 eller 3 är rötter.
Om är en rot och en faktor.
Lådans volym
En låda utan lock viks av en kartong som är 30 cm gånger 20 cm, där kvadrater med sidan cm klipps bort i hörnen. Volymen är där .
Kvadratens sida:
Derivatan visar om volymen ökar (positivt värde) eller minskar (negativt värde) när ökar:
Derivatan är positiv: volymen ökar om x ökar en aning. Andraderivatan är .
pq-formeln och diskriminanten
Ange och i . Uttrycket under rottecknet avgör antalet reella lösningar.
Uttrycket under rottecknet är negativt. Det finns inga reella lösningar, och grafen till skär inte x-axeln.
Fördjupning (Ma4): med komplexa tal, där , blir lösningarna
Exempel och tillämpningar
Exempel 1: Lös en tredjegradsekvation
Uppgift: Lös ekvationen .
Lösning
Steg 1. Pröva delare till konstanttermen. Insättning av ger 0, så 1 är en rot.
Steg 2. Faktorsatsen ger faktorn . Polynomdivision ger resten av polynomet.
Steg 3. Faktorisera andragradsfaktorn och använd nollproduktmetoden.
Svar: , eller .
Exempel 2: Lådan med störst volym
Uppgift: Från en kartong som är 30 cm gånger 20 cm klipps lika stora kvadrater med sidan cm bort i hörnen. Kanterna viks upp till en låda utan lock. Bestäm så att volymen blir så stor som möjligt.
Lösning
Steg 1. Lådans botten blir gånger cm och höjden cm. Alla mått måste vara positiva, så .
Steg 2. Derivatan är 0 där volymen är störst (derivata behandlas i kapitel 2). Sätt derivatan lika med 0 och dela båda leden med 4.
Steg 3. Lös med lösningsformeln.
Steg 4. Det ger eller . Bara det första värdet uppfyller . Nära intervallets ändar går volymen mot 0, så värdet ger maximum.
Svar: Kvadraterna ska ha sidan cirka 3,9 cm. Då blir volymen ungefär .
Exempel 3: Ekvation utan reella lösningar
Uppgift: Lös ekvationen .
Lösning
Steg 1. Använd pq-formeln med och .
Steg 2. Kvadratroten ur ett negativt tal är inte ett reellt tal. Ekvationen saknar därför reella lösningar, och parabeln skär inte x-axeln.
Steg 3. Fördjupning (Ma4): med den imaginära enheten , där , är .
Svar: Inga reella lösningar. Med komplexa tal: .
Vanliga misstag
- Glömma att avgöra om rötter är reella eller komplexa.
- Fel i faktorisering eller polynomindelning, särskilt med negativa tecken.
- Förbise multipla rötter.
- Feltolka grafen och avläsa fel skärningspunkter.
- Missa domänvillkor i tillämpningsproblem.
Vanliga frågor
Tips för att bemästra polynomekvationer
Viktigt att tänka på
- Analysera graden och ledande koefficienten först för snabb överblick.
- Skissa grafen tidigt för att få intuition om antal reella rötter.
- Träna polynomindelning både för hand och med digitala verktyg.
- Kontrollera rötterna i en andragradsekvation med sambanden och .
- Kontrollera alltid kandidatlösningar i originalekvationen.
Testa dig själv
Testa dig själv: Polynomekvationer1/3
Vilka lösningar har ?
Testa att du förstått
Träna uppgifter i algebra för Matematik 3. Du får facit och förklaring direkt.