Статью подготовили специалисты образовательного сервиса Zaochnik
Сокращение алгебраических дробей: правило, примеры.
- 19 мая 2023
- 10 минут
- 2 092
Данная статья продолжает тему преобразования алгебраических дробей: рассмотрим такое действие как сокращение алгебраических дробей. Дадим определение самому термину, сформулируем правило сокращения и разберем практические примеры.
Смысл сокращения алгебраической дроби
В материалах об обыкновенной дроби мы рассматривали ее сокращение. Мы определили сокращение обыкновенной дроби как деление ее числителя и знаменателя на общий множитель.
Сокращение алгебраической дроби представляет собой аналогичное действие.
Сокращение алгебраической дроби – это деление ее числителя и знаменателя на общий множитель. При этом, в отличие от сокращения обыкновенной дроби (общим знаменателем может быть только число), общим множителем числителя и знаменателя алгебраической дроби может служить многочлен, в частности, одночлен или число.
К примеру, алгебраическая дробь 3·x2+6·x·y6·x3·y+12·x2·y23⋅x2+6⋅x⋅y6⋅x3⋅y+12⋅x2⋅y2 может быть сокращена на число 33, в итоге получим: x2+2·x·y6·x3·y+12·x2·y2x2+2⋅x⋅y6⋅x3⋅y+12⋅x2⋅y2 . Эту же дробь мы можем сократить на переменную хх, и это даст нам выражение 3·x+6·y6·x2·y+12·x·y23⋅x+6⋅y6⋅x2⋅y+12⋅x⋅y2. Также заданную дробь возможно сократить на одночлен 3·x3⋅xили любой из многочленов x+2·yx+2⋅y, 3·x+6·y 3⋅x+6⋅y, x2+2·x·yx2+2⋅x⋅y или 3·x2+6·x·y3⋅x2+6⋅x⋅y.
Конечной целью сокращения алгебраической дроби является дробь более простого вида, в лучшем случае – несократимая дробь.
Все ли алгебраические дроби подлежат сокращению?
Опять же из материалов об обыкновенных дробях мы знаем, что существуют сократимые и несократимые дроби. Несократимые – это дроби, не имеющие общих множителей числителя и знаменателя, отличных от 11.
С алгебраическими дробями все так же: они могут иметь общие множители числителя и знаменателя, могут и не иметь. Наличие общих множителей позволяет упростить исходную дробь посредством сокращения. Когда общих множителей нет, оптимизировать заданную дробь способом сокращения невозможно.
В общих случаях по заданному виду дроби довольно сложно понять, подлежит ли она сокращению. Конечно, в некоторых случаях наличие общего множителя числителя и знаменателя очевидно. Например, в алгебраической дроби 3·x23·y3⋅x23⋅y совершенно понятно, что общим множителем является число 33.
В дроби -x·y5·x·y·z3−x⋅y5⋅x⋅y⋅z3 также мы сразу понимаем, что сократить ее возможно на хх, или yy, или на х·yх⋅y. И все же гораздо чаще встречаются примеры алгебраических дробей, когда общий множитель числителя и знаменателя не так просто увидеть, а еще чаще – он попросту отсутствует.
Например, дробь x3-1x2-1x3−1x2−1 мы можем сократить на х-1х−1, при этом указанный общий множитель в записи отсутствует. А вот дробь x3-x2+x-1x3+x2+4·x+4x3−x2+x−1x3+x2+4⋅x+4 подвергнуть действию сокращения невозможно, поскольку числитель и знаменатель не имеют общего множителя.
Таким образом, вопрос выяснения сократимости алгебраической дроби не так прост, и зачастую проще работать с дробью заданного вида, чем пытаться выяснить, сократима ли она. При этом имеют место такие преобразования, которые в частных случаях позволяют определить общий множитель числителя и знаменателя или сделать вывод о несократимости дроби. Разберем детально этот вопрос в следующем пункте статьи.
Правило сокращения алгебраических дробей
Правило сокращения алгебраических дробей состоит из двух последовательных действий:
- нахождение общих множителей числителя и знаменателя;
- в случае нахождения таковых осуществление непосредственно действия сокращения дроби.
Самым удобным методом отыскания общих знаменателей является разложение на множители многочленов, имеющихся в числителе и знаменателе заданной алгебраической дроби. Это позволяет сразу наглядно увидеть наличие или отсутствие общих множителей.
Само действие сокращения алгебраической дроби базируется на основном свойстве алгебраической дроби, выражаемой равенством undefined , где aa,bb,cc – некие многочлены, причем bb и cc – ненулевые. Первым шагом дробь приводится к виду a·cb·ca⋅cb⋅c , в котором мы сразу замечаем общий множитель cc. Вторым шагом – выполняем сокращение, т.е. переход к дроби вида abab .
Характерные примеры
Несмотря на некоторую очевидность, уточним про частный случай, когда числитель и знаменатель алгебраической дроби равны. Подобные дроби тождественно равны 11 на всей ОДЗ переменных этой дроби:
55=1;-23-23=1;xx=1;-3,2·x3-3,2·x3=1;12·x-x2·y12·x-x2·y;55=1;−23−23=1;xx=1;−3,2⋅x3−3,2⋅x3=1;12⋅x−x2⋅y12⋅x−x2⋅y;
и т.п.
Поскольку обыкновенные дроби являются частным случаем алгебраических дробей, напомним, как осуществляется их сокращение. Натуральные числа, записанные в числителе и знаменателе, раскладываются на простые множители, затем общие множители сокращаются (если таковые имеются).
К примеру, 241260=2·2·2·32·2·3·3·5·7=23·5·7=2105241260=2⋅2⋅2⋅32⋅2⋅3⋅3⋅5⋅7=23⋅5⋅7=2105
Произведение простых одинаковых множителей возможно записать как степени, и в процессе сокращения дроби использовать свойство деления степеней с одинаковыми основаниями. Тогда вышеуказанное решение было бы таким:
241260=23·322·32·5·7=23-232-1·5·7=2105241260=23⋅322⋅32⋅5⋅7=23−232−1⋅5⋅7=2105
(числитель и знаменатель разделены на общий множитель 22·322⋅3). Или для наглядности, опираясь на свойства умножения и деления, решению дадим такой вид:
241260=23·322·32·5·7=2322·332·15·7=21·13·135=2105241260=23⋅322⋅32⋅5⋅7=2322⋅332⋅15⋅7=21⋅13⋅135=2105
По аналогии осуществляется сокращение алгебраических дробей, у которых в числителе и знаменателе имеются одночлены с целыми коэффициентами.
Задана алгебраическая дробь -27·a5·b2·c·z6·a2·b2·c7·z−27⋅a5⋅b2⋅c⋅z6⋅a2⋅b2⋅c7⋅z . Необходимо произвести ее сокращение.
Решение
Возможно записать числитель и знаменатель заданной дроби как произведение простых множителей и переменных, после чего осуществить сокращение:
-27·a5·b2·c·z6·a2·b2·c7·z=-3·3·3·a·a·a·a·a·b·b·c·z2·3·a·a·b·b·c·c·c·c·c·c·c·z==-3·3·a·a·a2·c·c·c·c·c·c=-9·a32·c6−27⋅a5⋅b2⋅c⋅z6⋅a2⋅b2⋅c7⋅z=−3⋅3⋅3⋅a⋅a⋅a⋅a⋅a⋅b⋅b⋅c⋅z2⋅3⋅a⋅a⋅b⋅b⋅c⋅c⋅c⋅c⋅c⋅c⋅c⋅z==−3⋅3⋅a⋅a⋅a2⋅c⋅c⋅c⋅c⋅c⋅c=−9⋅a32⋅c6
Однако, более рациональным способом будет запись решения в виде выражения со степенями:
-27·a5·b2·c·z6·a2·b2·c7·z=-33·a5·b2·c·z2·3·a2·b2·c7·z=-332·3·a5a2·b2b2·cc7·zz==-33-12·a5-21·1·1c7-1·1=·-32·a32·c6=·-9·a32·c6−27⋅a5⋅b2⋅c⋅z6⋅a2⋅b2⋅c7⋅z=−33⋅a5⋅b2⋅c⋅z2⋅3⋅a2⋅b2⋅c7⋅z=−332⋅3⋅a5a2⋅b2b2⋅cc7⋅zz==−33−12⋅a5−21⋅1⋅1c7−1⋅1=⋅−32⋅a32⋅c6=⋅−9⋅a32⋅c6 .
Ответ: -27·a5·b2·c·z6·a2·b2·c7·z=-9·a32·c6−27⋅a5⋅b2⋅c⋅z6⋅a2⋅b2⋅c7⋅z=−9⋅a32⋅c6
Когда в числителе и знаменателе алгебраической дроби имеются дробные числовые коэффициенты, возможно два пути дальнейших действий: или отдельно осуществить деление этих дробных коэффициентов, или предварительно избавиться от дробных коэффициентов, умножив числитель и знаменатель на некое натуральное число. Последнее преобразование проводится в силу основного свойства алгебраической дроби (про него можно почитать в статье «Приведение алгебраической дроби к новому знаменателю»).
Задана дробь 25·x0,3·x325⋅x0,3⋅x3. Необходимо выполнить ее сокращение.
Решение
Возможно сократить дробь таким образом:
25·x0,3·x3=25310·xx3=43·1x2=43·x225⋅x0,3⋅x3=25310⋅xx3=43⋅1x2=43⋅x2
Попробуем решить задачу иначе, предварительно избавившись от дробных коэффициентов – умножим числитель и знаменатель на наименьшее общее кратное знаменателей этих коэффициентов, т.е. на НОК (5, 10) = 10(5, 10) = 10. Тогда получим:
25·x0,3·x3=10·25·x10·0,3·x3=4·x3·x3=43·x225⋅x0,3⋅x3=10⋅25⋅x10⋅0,3⋅x3=4⋅x3⋅x3=43⋅x2 .
Ответ: 25·x0,3·x3=43·x225⋅x0,3⋅x3=43⋅x2
Когда мы сокращаем алгебраические дроби общего вида, в которых числители и знаменатели могут быть как одночленами, так и многочленами, возможна проблема, когда общий множитель не всегда сразу виден. Или более того, он попросту не существует. Тогда для определения общего множителя или фиксации факта о его отсутствии числитель и знаменатель алгебраической дроби раскладывают на множители.
Задана рациональная дробь 2·a2·b2+28·a·b2+98·b2a2·b3-49·b32⋅a2⋅b2+28⋅a⋅b2+98⋅b2a2⋅b3−49⋅b3 . Необходимо ее сократить.
Решение
Разложим на множители многочлены в числителе и знаменателе. Осуществим вынесение за скобки:
2·a2·b2+28·a·b2+98·b2a2·b3-49·b3=2·b2·(a2+14·a+49)b3·(a2-49)2⋅a2⋅b2+28⋅a⋅b2+98⋅b2a2⋅b3−49⋅b3=2⋅b2⋅(a2+14⋅a+49)b3⋅(a2−49)
Мы видим, что выражение в скобках возможно преобразовать с использованием формул сокращенного умножения:
2·b2·(a2+14·a+49)b3·(a2-49)=2·b2·(a+7)2b3·(a-7)·(a+7)2⋅b2⋅(a2+14⋅a+49)b3⋅(a2−49)=2⋅b2⋅(a+7)2b3⋅(a−7)⋅(a+7)
Хорошо заметно, что возможно сократить дробь на общий множитель b2·(a+7)b2⋅(a+7). Произведем сокращение:
2·b2·(a+7)2b3·(a-7)·(a+7)=2·(a+7)b·(a-7)=2·a+14a·b-7·b2⋅b2⋅(a+7)2b3⋅(a−7)⋅(a+7)=2⋅(a+7)b⋅(a−7)=2⋅a+14a⋅b−7⋅b
Краткое решение без пояснений запишем как цепочку равенств:
2·a2·b2+28·a·b2+98·b2a2·b3-49·b3=2·b2·(a2+14a+49)b3·(a2-49)==2·b2·(a+7)2b3·(a-7)·(a+7)=2·(a+7)b·(a-7)=2·a+14a·b-7·b2⋅a2⋅b2+28⋅a⋅b2+98⋅b2a2⋅b3−49⋅b3=2⋅b2⋅(a2+14a+49)b3⋅(a2−49)==2⋅b2⋅(a+7)2b3⋅(a−7)⋅(a+7)=2⋅(a+7)b⋅(a−7)=2⋅a+14a⋅b−7⋅b
Ответ: 2·a2·b2+28·a·b2+98·b2a2·b3-49·b3=2·a+14a·b-7·b2⋅a2⋅b2+28⋅a⋅b2+98⋅b2a2⋅b3−49⋅b3=2⋅a+14a⋅b−7⋅b.
Случается, что общие множители скрыты числовыми коэффициентами. Тогда при сокращении дробей оптимально числовые множители при старших степенях числителя и знаменателя вынести за скобки.
Дана алгебраическая дробь 15·x-27·x3·y5·x2·y-31215⋅x−27⋅x3⋅y5⋅x2⋅y−312 . Необходимо осуществить ее сокращение, если это возможно.
Решение
На первый взгляд у числителя и знаменателя не существует общего знаменателя. Однако, попробуем преобразовать заданную дробь. Вынесем за скобки множитель х в числителе:
15·x-27·x3·y5·x2·y-312=x·(15-27·x2·y)5·x2·y-312
Теперь видна некая схожесть выражения в скобках и выражения в знаменателе за счет x2·y. Вынесем за скобку числовые коэффициенты при старших степенях этих многочленов:
x·(15-27·x2·y)5·x2·y-312=x·(-27)·((-72)·15+x2·y)5·(x2·y-15·312)==-27·x·(-710+x2·y)5·(x2·y-710)
Теперь становится виден общий множитель, осуществляем сокращение:
-27·x·(-710+x2·y)5·(x2·y-710)=-27·x5=-235·x
Ответ: 15·x-27·x3·y5·x2·y-312=-235·x .
Сделаем акцент на том, что навык сокращения рациональных дробей зависит от умения раскладывать многочлены на множители.
Сохранить статью удобным способом