درس ۱ · صفحهٔ ۷۸ تا ۸۶ · حدود ۱۵ دقیقه · تولید هوش مصنوعی
درس اول: عبارتهای جبری و مفهوم اتحاد
در این درس یاد میگیری … تکجملهایها و چندجملهایها را تشخیص بدهی و ساده کنی، درجهٔ آنها را بیابی و با شناخت مفهوم اتحاد، مربع دوجملهای و تجزیهٔ عبارتها را انجام بدهی.
پیش از شروع
دوستت میگوید برای مربع کردن کافی است مربع هر جمله را جمع کنی؛ یعنی . بدون امتحان کردن عددهای فراوان، چطور میتوانی دربارهٔ حرف او تصمیم بگیری؟
مربع یک جمع، یعنی ضرب آن جمع در خودش؛ در این ضرب، حاصلضربهای میانی هم وجود دارند. رابطهٔ درست است و برای هر مقدار برقرار میماند؛ چنین برابریای را اتحاد مینامیم.
تکجملهای و جملههای متشابه
تکجملهای را مثل یک بستهٔ ضربی ببین: یک ضریب عددی داریم و متغیرهایی که توانشان صحیح و نامنفی است. برای نمونه، تکجملهای است و توان نوشتهنشدهٔ برابر است. عدد ثابت، مثل ، هم تکجملهای به حساب میآید.
وجود رادیکال در ضریب اشکالی ندارد؛ پس تکجملهای است، اما نیست. همچنین بهدلیل توان منفی، تکجملهای نیست.
دو تکجملهای وقتی متشابهاند که قسمت حرفی و توانهایشان دقیقاً یکسان باشد؛ ضرایب میتوانند فرق کنند. در جمع و تفریق فقط جملههای متشابه را با هم یکی میکنیم. در ضرب، ضرایب را ضرب و توانهای پایههای یکسان را جمع میکنیم: . در توانِ یک حاصلضرب نیز توان به همهٔ عاملها میرسد و توانِ توانها در هم ضرب میشود: .
کتاب درسی، صفحهٔ ۷۹
درجه و نظم چندجملهایها
درجهٔ یک تکجملهای نسبت به یک متغیر، همان توان آن متغیر است. در درجه نسبت به برابر و نسبت به برابر است؛ درجه نسبت به هر دو، از جمع این توانها به دست میآید. متغیری که در جمله حضور ندارد، درجهاش در آن جمله صفر است.
از جمع یا تفریق تکجملهایها، چندجملهای ساخته میشود. برای درجهٔ چندجملهای، بزرگترین درجهٔ جملهها را نسبت به متغیرهای خواستهشده انتخاب میکنیم. مراقب باش: برای درجه نسبت به چند متغیر، ابتدا مجموع توانها را در هر جمله پیدا میکنیم؛ توانهای جملههای جدا را به هم نمیچسبانیم.
برای سادهسازی، پرانتزها را باز و جملههای متشابه را جمع کن؛ منفیِ پشت پرانتز علامت همهٔ جملههای آن را عوض میکند. در ضرب دو چندجملهای نیز هر جملهٔ اول باید در هر جملهٔ دوم ضرب شود. در پایان، مرتب کردن برحسب توانهای نزولی ، عبارت را خواناتر میکند؛ این کار مقدار عبارت را تغییر نمیدهد.
کتاب درسی، صفحهٔ ۸۰
اتحاد؛ برابری برای همهٔ مقدارها
دو عبارت ممکن است ظاهر متفاوتی داشته باشند، ولی برای هر مقدار متغیر، نتیجهٔ یکسان بدهند. برابریِ این دو عبارت یک اتحاد است. واژهٔ مهم اینجا «هر» است: اتحاد یک برابری همیشگی است، نه برابریای که فقط با بعضی جایگذاریها درست شود.
جایگذاری چند عدد میتواند به ما ایده بدهد، اما برای اثبات اتحاد کافی نیست؛ چون هنوز همهٔ مقدارها را بررسی نکردهایم. راه مطمئن این است که با قواعد جبری، یک طرف را به طرف دیگر تبدیل کنیم. برعکس، برای رد کردن اتحاد بودن، پیدا کردن حتی یک مقدار که دو طرف را نابرابر کند کافی است.
معادله معمولاً از ما میخواهد مقدارهایی را پیدا کنیم که تساوی را برقرار میکنند. پس وقتی یک تساوی دیدی، بپرس: «آیا این برابری همیشه درست است یا فقط برای مقدارهای خاص؟» این پرسش، مرز اصلی مفهوم اتحاد را روشن میکند.
کتاب درسی، صفحهٔ ۸۱
مربع دوجملهای؛ جملهٔ میانی مهم است
مربع یک دوجملهای یعنی آن دوجملهای را در خودش ضرب کنیم، نه اینکه فقط هر جمله را جداگانه به توان دو برسانیم. با پخش کردن ضرب، دو حاصلضرب میانی یکسان به دست میآید و همین، دلیل وجود جملهٔ میانی در اتحاد است:
برای تفاضل نیز داریم:
در هر دو حالت، جملهٔ اول و آخر مربعاند؛ علامت جملهٔ میانی فرق میکند. این دو رابطه برای همهٔ عددهای حقیقی برقرارند.
برای دیدن معنای هندسی حالت جمع، مربعی با ضلع تصور کن که و مثبتاند. اگر هر ضلع را به دو قسمت تقسیم کنیم، داخل شکل دو مربع با مساحتهای و و دو مستطیل، هرکدام با مساحت ، داریم. پس جملهٔ میانی را نمیتوان حذف کرد؛ آن دو مستطیل هم بخشی از مساحت کل هستند.
کتاب درسی، صفحهٔ ۸۲
تجزیه؛ برگشتن از جمع به ضرب
تا اینجا از یک ضرب به جمع چند جمله رسیدیم. تجزیه مسیر برعکس است: میخواهیم عبارت را به شکل حاصلضرب بنویسیم. این کار مثل دستهبندی چیزهای مشترک است؛ بهجای تکرار یک عامل، آن را بیرون پرانتز میگذاریم.
نخست دنبال عامل مشترک همهٔ جملهها بگرد. در بخش حرفیِ عامل مشترک، کمترین توان موجود در همهٔ جملهها را انتخاب کن. پس از بیرون آوردن عامل، هر جملهٔ داخل پرانتز باید حاصل تقسیم جملهٔ قبلی بر آن عامل باشد. رابطهٔ کلی این کار است.
سپس بررسی کن آیا عبارت باقیمانده مربع کامل است. وجود دو جملهٔ مربعی بهتنهایی کافی نیست؛ جملهٔ میانی هم باید مثبت یا منفیِ دو برابر حاصلضرب پایههای آن مربعها باشد. اگر این شرط برقرار بود، از اتحاد در جهت معکوس استفاده کن. در پایان، با ضرب کردن عاملها میتوانی درستی تجزیهات را بررسی کنی.
کتاب درسی، صفحهٔ ۸۴
مثال حلشده
عبارت را تا حد ممکن تجزیه کن.
عامل مشترک را پیدا میکنیم: بزرگترین عامل مشترک ضرایب است و کمترین توان مشترک متغیر، ؛ پس عامل مشترک است.
هر جمله را بر عامل مشترک تقسیم میکنیم و مینویسیم: .
درون پرانتز، جملهٔ اول و آخر را به شکل مربع میبینیم: و .
جملهٔ میانی را هم بررسی میکنیم: ؛ پس هر سه جمله با اتحاد مربع جمع سازگارند.
اتحاد را در جهت معکوس به کار میبریم: ؛ بنابراین تجزیهٔ نهایی است.
نکات مهم
- در جمع و تفریق، فقط جملههای متشابه یکی میشوند و درجهٔ چندجملهای، بزرگترین درجهٔ جملههای آن نسبت به متغیرهای خواستهشده است.
- اتحاد برای همهٔ مقدارهای متغیرها برقرار است و در مربع دوجملهای، جملهٔ میانیِ مثبت یا منفیِ را نباید فراموش کرد.
- برای تجزیه، ابتدا عامل مشترک را بیرون بکش و سپس، در صورت سازگاری هر سه جمله با الگو، اتحاد مربع دوجملهای را برعکس به کار ببر.