A-Level部分分式:分子次数不低于分母时,为什么要先做多项式除法?

A-Level数学复习中,看到分母能够分解,容易立刻设两个分式求系数。但分子与分母次数的比较应当先做,否则可能从一开始就漏掉多项式部分。下面是一道独立编写的代数练习;课程要求仍需结合自己的考试局、科目和大纲版本确认,不把一个例子说成所有试卷的固定题型。

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先判断是否为真分式

考虑有理式(x²+1)/(x²−1),原式要求x不等于1或−1。分子和分母都是二次,因此分解前应先把分子写成分母加上余数:x²+1=(x²−1)+2。原式就成为1+2/(x²−1),其中的常数1不能凭空省略。

再处理次数较低的余项

分母x²−1=(x−1)(x+1),于是设2/[(x−1)(x+1)]=A/(x−1)+B/(x+1)。通分得到2=A(x+1)+B(x−1)。比较一次项和常数项,得到A+B=0、A−B=2,因此A=1、B=−1。

把两个阶段合起来

最终结果为1+1/(x−1)−1/(x+1),并保留x不等于±1的限制。若一开始只设A/(x−1)+B/(x+1),通分后的分子最多一次,不可能表示原来的二次分子;这不是计算系数不够熟练,而是设式少了一类必要项。

用两个不同方法交叉核对

第一种方法是把结果重新通分,检查分子是否恢复为x²+1。第二种方法是选取允许的数值,例如x=2:原式为5/3,分解式为1+1−1/3,同样得到5/3。代值可以发现一些符号错误,但单个数值相同不足以证明两个表达式恒等,仍要保留代数检验。

不要让分解掩盖原题的限制

后续如果继续求导或积分,也应保留原式不能取到的点,并按所在区间解释表达式。学习记录可以分为“次数判断、除法余项、求系数、定义域、反向检验”五栏,逐一定位错误。相比多做几次同样的通分,先发现设式是否完整,往往更能解释为什么整题无法继续。

延伸阅读:A-Level数学:导数等于零,为什么不一定有极大值或极小值?。

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