輪換式

輪換式是一個數學定義。即如果一個多項式中的變數字母按照任何次序輪換後,原多項式不變,那么稱該多項式是輪換多項式,簡稱輪換式。

定義

在一個含有若干個元的多項式中,如果任意交換兩個元的位置,多項式不變,這樣的多項式叫做對稱多項式。

輪換式與對稱式

如果一個多項式中的變數字母按照任何次序輪換後,原多項式不變,那么稱該多項式是輪換多項式。 對稱輪換式就是兩項互換,可以看做輪換式的特殊情況。

下面通過例子來說明輪換式和對稱式的區別和聯繫:

輪換式 輪換式

1、對於這幾個代數式:

交換這些式子中的任意兩個字母,式子不變。我們把這樣的式子叫做 對稱式

輪換式 輪換式

2、再看這幾個式子:

將這些式子中的 x 換成 y, 將 y 換成 z, 將 z 換成 x,即將字母做一個輪換, 式子保持不變。我們將這樣的式子叫做 輪換式

由此可見: 對稱式一定是輪換式,但輪換式未必是對稱式。另外,兩個輪換式(對稱式)的和、差、積、商仍然是輪換式(對稱式)。

輪換式的因式分解

輪換式 輪換式

例1:分解因式

輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式

分析: 這是一個二元對稱式,二元對稱式的基本對稱式是 .任何二元對稱多項式都可用 表示,如 ,二元對稱多項式的分解方法之一是:先將原式用 表示,再行分解。

輪換式 輪換式

解:

輪換式 輪換式

∴原式

輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式

例2:分解因式

輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式

此題中若將式中的b換成a,c換成b,a換成c,即為 ,原式不變,這類多項式稱為關於a、b、c的輪換對稱式,輪換對稱式的因式分解,用因式定理及待定係數法比較簡單。下面先粗略介紹一下因式定理,為了敘述方便先引入符號 , 如對一元多項式 可記作 , 即表示當 時多項式的值,如 時,多項式 的值為 ;當 時多項式 的值為

輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式

因式定理:如果 時多項式 的值為零,即 則 能被 整除(即含有 的因式)。

輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式

如多項式 ,當 時, 即 含有 的因式,事實上 .

輪換式 輪換式
輪換式 輪換式

對於一般的形式: ,若 ,則

輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式

由於 (其中 | 表示整除)

輪換式 輪換式

由以上分析可知:對於多元多項式,在使用因式定理時可以確定一個主元,而將其它的元看成確定的數來處理.

我們利用因式定理來解例2:

輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式

解 這是一個含有a、b、c三個字母的三次多項式,現以a為主元,設 ,易知當a=b和a=c時,都有 ,故a-b和a-c是多項式的因式,而視b為主元時,同理可知b-c也是多項式的因式,而三次多項式至多有三個因式故可設 ,其中k為待定係數,令 可得

輪換式 輪換式

輪換式 輪換式

例3分解因式

輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式

分析: 這是一個關於a、b、c的四次齊次輪換多項式,可用因式定理分解,易知 是多項式的三個因式,而四次多項式還有一個因式,由輪換對稱性可知這個一次因式應是 ,故可設 (其中k為待定係數),取 可得 ,所以

輪換式 輪換式

原式

輪換式的形式

輪換式 輪換式

一次齊次的輪換式形如:

輪換式 輪換式

二次齊次的輪換式形如:

輪換式 輪換式

三次齊次的輪換式形如:

其中的 l, m, n, k 是待定常數.

齊次與非齊次

輪換式 輪換式

分解因式

輪換式 輪換式

易知其有因式 。因為原式是五次齊次輪換式,所以還缺一個二次齊次輪換式。不妨設

輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式

令 可得

輪換式 輪換式
輪換式 輪換式

令 可得

輪換式 輪換式

於是可得 。這就給出了所要的因式分解。

輪換式 輪換式

分解因式:

輪換式 輪換式
輪換式 輪換式

記 , 則此題就變為上一例題。最後結果為:

輪換式 輪換式

一個有用的公式

輪換式 輪換式

分解因式:

輪換式 輪換式
輪換式 輪換式

當 時,原式為 0,所以原式有因式 。再者,原式是三次齊次輪換式,所以我們還缺一個二次齊次輪換式因式。 不妨設

輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式
輪換式 輪換式

比較兩邊 的係數可得 。比較 的係數可得 ,於是:

輪換式 輪換式

有時候我們也把它寫為

輪換式 輪換式

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