Anwendungen der Polynomdivision: Faktorzerlegung von Polynomen und warum dies nützlich ist
Meist ist es sehr nützlich, wenn man ein Polynom als Produkt von zwei anderen Polynomen schreiben kann.
Beispiel
Faktorzerlegung/Faktorisierung eines Polynoms: $$x^2-5x+6 = (x-2) \cdot (x-3)$$
Warum ist dies nützlich?
- Lösen von Gleichungen: Wenn man die Gleichung $x^2-5x+6=0$ lösen will1), so genügt es, die Gleichungen $x-2=0$ und $x-3=0$ zu lösen.
- Kürzen von Brüchen: Es gilt
$$\frac{x^2-5x+6}{x-3} = \frac{(x-2) \cdot (x-3)}{x-3} = \frac{x-2}{1} = x-2$$ 2) oder etwas komplizierter $$\frac{x^2-4}{x^2-5x+6} = \frac{(x-2) \cdot(x+2)}{(x-2) \cdot (x-3)} = \frac{x+2}{x-3}.$$
Wie findet man eine Faktorzerlegung eines Polynoms?
Die folgenden beiden Beobachtungen sind oft (und insbesondere bei Mathe-Aufgaben in der Schule) sehr nützlich:
- Hat ein Polynom nur ganzzahlige Koeffizienten (und am besten zusätzlich Leitkoeffizient 1), so sind die ganzzahligen Teiler des konstanten Koeffizienten oft Nullstellen des Polynoms.
- Hat man eine Nullstelle eines Polynoms gefunden, so ist das Polynom ohne Rest teilbar durch
$$x-\text{(diese Nullstelle)}.$$
Beispiel
Das Polynom $$x^2-5x+6$$ hat nur ganzzahlige Koeffizienten (und Leitkoeffizient 1). Wir erklären nun, wie man auf die oben bereits angegebene Faktorzerlegung kommt.
Sein konstanter Koeffizient ist 6. Die ganzzahligen Teiler von 6 sind 6, 3, 2, 1, -1, -2, -3, -6. (Beachte, dass wir hier positive und negative Teiler betrachten!)
Nach der ersten Beobachtung in der Info-Box probieren wir aus, ob darunter eine Nullstelle unseres Polynoms ist (“systematisches Raten einer Nullstelle”):
- Wegen $6^2-5 \cdot 6 + 6 = 36 - 30 + 6 = 12$ ist 6 keine Nullstelle.
- Wegen $3^2-5 \cdot 3 + 6 = 9 - 15 + 6 =0$ ist 3 eine Nullstelle (und wir können die weitere Suche abbrechen).
Nach der zweiten Beobachtung ist unser Polynom ohne Rest durch $x-3$ teilbar!
In der Tat liefert Polynomdivision $$(x^2-5x+6):(x-3) = x-2$$ oder umgeschrieben die hoffentlich nützliche Faktorisierung $$x^2-5x+6 = (x-3) \cdot (x-2)$$
Aufgabe 5, Faktorisieren quadratischer Polynome (= Polynome vom Grad zwei)
Wende das soeben erlernte Faktorisierungs-Rezept auf die folgenden Polynome an:
- $x^2 -3x +2$
- $x^2 -7x +10$
- $x^2 + 3x + 2$
Manchmal ist eine Faktorzerlegung eines Polynoms auch aus anderen Gründen klar: Finde Faktorzerlegungen von
- $x^2+3x$
- $x^2-6x+9$
- $x^2 - 4$
- $x^2 - 2$
Aufgabe 6, "Zahnrad"-Icon, Faktorisieren eines Polynoms vom Grad 3
Schreibe das folgende Polynom dritten Grades als Produkt dreier Polynome ersten Grades! $$x^3-6x^2+11x-6$$
Aufgabe 7, "Zahnrad"-Icon, Faktorisieren eines Polynoms vom Grad 3
Schreibe das folgende Polynom dritten Grades als Produkt dreier Polynome ersten Grades! $$x^3+6x^2-x-30$$