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多項式

多項式 (polynomial) 是數學家 (mathematicians) 在第九到十七世紀逐漸熟悉了一次聯立方程、二次方程、三次方程、直線方程式、二次曲線方程式(包括圓方程式)之後,逐漸從這些數學式抽象出來(動詞、形容詞:abstract,名詞:abstraction)的數學物件 (mathematics object)。 例如,從二次方程 \(x^2-3x+7=0\) 粹取/摘要(abstract 的另兩個中文意涵)出來的 \(x^2-3x+7\),從直線方程式 \(2x-3y+1=0\) 粹取出來的 \(2x-3y+1\),從圓方程式 \(x^2+y^2=4\) 粹取出來的 \(x^2+y^2-4\),都是多項式。

nomial 的來源是拉丁文的「名字」:(單數 nomen,複數 nomina),中文稱為「元」。它就是一個「可以代入一個數」的佔位符號 (placeholder),英文用 indeterminate 比較好。 跟隨韋達(法文:Viète,拉丁文/英文:Vieta)和笛卡耳的建議, 如今全世界都習慣用 \(x\)、\(y\)、\(z\) 等符號作為「元」。

把各「元」和數值──這樣的數稱為係數 (coefficient)──乘在一起,稱為 monomial,其中 mono 字根是「單一」的意思,中文翻譯為「單項式」;例如 \(x^2\), \(-7x^5\) 和 \(2xy\) 甚至 \(4x^2yz^3\) 都是 monomials,它們是一元、二元或三元單項式:

Monomials in/of one, two, or three indeterminates.
單項式的次方必須是正整數或零,其中 \(x^1\) 簡記為 \(x\)。 我們規定 \(x^0=1\),所以 \(1\) 也是單項式。 根據以上規則,把「元」放到分母就不算 monomial 了, 例如 \(\displaystyle{1\over x}=x^{-1}\) 不是 monomial。

單項式的次數 (degree) 是每個元的指數和

The degree of a monomial is the sum of the exponents.
所以 \(2xy\) 是二次 (second degree 或 of degree two),而 \(4x^2yz^3\) 是六次 (of degree six)。

另外規定 \(0\) 也是單項式,規定它的次數是負無限大 (\(-\infty\),negative infinity)。但是中學不討論 \(0\) 的次數。

把兩個單項式相加或相減,就是二項式:binomial,其中字根 bi 就是「二或雙」的意思;例如 \(2x^3-3x^2\)、\(x-1\)、\(x+y\)、\(x^2-y^2\) 都是二項式。 但 \((x+y)^4\) 並不是二項式,它是二項式的次方,可以「展開」(can be expanded) 成多項式。

字根 poly 是「多」的意思,polynomial(多項式)包括單項式、二項式,以及把三個或更個單項式相加或相減串起來的數學式。在多項式裡,每個單項式稱為一項 (one term),而多項式的次數就是各項當中最高的次數:

The degree of a polynomial is the highest of the degrees of the individual terms.
零次多項式又稱為常數多項式 (constant polynomial),其中那個常數不得為 \(0\)。而 \(0\) 就特別稱為零多項式 (zero polynomial)。一次、二次、三次又稱為 linear、quadratic、cubic。零次項的係數就是常數項:
The coefficient of the term of degree 0 is called the constant term.
係數皆為整數的多項式稱為整係數多項式
a polynomial over integers / \(\mathbb{Z}\)
同理可以說有理係數多項式、實係數多項式、複係數多項式。

[語音講解:polynom.mp3]

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Created: Feb 28, 2022
Last Revised: 23/08/02
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