证明 x−2x - 2 是 x3−12x+16x^3 - 12x + 16 的因式。 将 2+x2x3−12x+16\frac{2 + x^2}{x^3 - 12x + 16} 表示为三个部分分式之和。

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完整解法

3(i)

1. Let $P(x)$ be the polynomial and evaluate $P(2)$

Let P(x)=x3−12x+16P(x) = x^3 - 12x + 16.
Substitute x=2x = 2 into P(x)P(x):
P(2)=(2)3−12(2)+16P(2) = (2)^3 - 12(2) + 16

2. Calculate the value and conclude using the Factor Theorem

P(2)=8−24+16=0P(2) = 8 - 24 + 16 = 0
Since P(2)=0P(2) = 0, by the Factor Theorem, x−2x - 2 is a factor of x3−12x+16x^3 - 12x + 16.

答案

Since P(2)=0P(2) = 0, x−2x - 2 is a factor of x3−12x+16x^3 - 12x + 16.

3(ii)

1. Factorise the denominator completely using the result from part (i)

From (i), x−2x - 2 is a factor of x3−12x+16x^3 - 12x + 16.
By long division or comparing coefficients:
x3−12x+16=(x−2)(x2+2x−8)x^3 - 12x + 16 = (x - 2)(x^2 + 2x - 8)
Factorising the quadratic factor:
x2+2x−8=(x−2)(x+4)x^2 + 2x - 8 = (x - 2)(x + 4)
So, x3−12x+16=(x−2)2(x+4)x^3 - 12x + 16 = (x - 2)^2(x + 4)

2. Set up the partial fraction decomposition

x2+2(x−2)2(x+4)=Ax−2+B(x−2)2+Cx+4\frac{x^2 + 2}{(x - 2)^2(x + 4)} = \frac{A}{x - 2} + \frac{B}{(x - 2)^2} + \frac{C}{x + 4}

3. Form the basic equation to solve for constants

Multiplying throughout by (x−2)2(x+4)(x - 2)^2(x + 4):
x2+2=A(x−2)(x+4)+B(x+4)+C(x−2)2x^2 + 2 = A(x - 2)(x + 4) + B(x + 4) + C(x - 2)^2

4. Solve for the constants by substitution and comparing coefficients

Let x=2x = 2:
22+2=B(2+4)2^2 + 2 = B(2 + 4)
6=6B  ⟹  B=16 = 6B \implies B = 1

Let x=−4x = -4:
(−4)2+2=C(−4−2)2(-4)^2 + 2 = C(-4 - 2)^2
18=36C  ⟹  C=1218 = 36C \implies C = \frac{1}{2}

Comparing coefficients of x2x^2:
1=A+C1 = A + C
1=A+12  ⟹  A=121 = A + \frac{1}{2} \implies A = \frac{1}{2}

5. Write the final partial fraction expression

2+x2x3−12x+16=12(x−2)+1(x−2)2+12(x+4)\frac{2 + x^2}{x^3 - 12x + 16} = \frac{1}{2(x - 2)} + \frac{1}{(x - 2)^2} + \frac{1}{2(x + 4)}

答案

12(x−2)+1(x−2)2+12(x+4)\frac{1}{2(x - 2)} + \frac{1}{(x - 2)^2} + \frac{1}{2(x + 4)}

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