35.2 การจัดรูปนิพจน์ที่มีราก
ช่างไม้ตัดแผ่นไม้อัดเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสพื้นที่ ตารางเซนติเมตร ด้านยาว เซนติเมตร เครื่องคิดเลขบอกว่าประมาณ แต่ตัวเลขนี้ยาวไม่จบและคำนวณต่อด้วยมือลำบาก ถ้าเขียนแทนเป็น จะเห็นทันทีว่าด้านนี้ยาวเป็น เท่าของเส้นทแยงมุมของจัตุรัสด้าน เซนติเมตร (จากทฤษฎีบทพีทาโกรัสในบทที่ 10) และถ้าต้องบวกกับด้านยาว ก็ได้ ทันที
หน้านี้รวบรวมเครื่องมือจัดรูปนิพจน์ที่มีราก ทั้งคูณ หาร ถอดตัวประกอบออกจากราก บวกลบ และทำส่วนให้ไม่มีราก
คูณและหารรากอันดับเดียวกัน
ลองคำนวณสองแบบ และ ได้เท่ากัน ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ ถ้ายกกำลังสอง จะได้ ตามสมบัติ ในบทที่ 14 แปลว่า เป็นจำนวนที่ยกกำลังสองได้ และไม่ติดลบ จึงเป็นรากหลักของ พอดี เหตุผลเดียวกันใช้กับอันดับ ใดก็ได้
สมบัติ
ให้ เป็นจำนวนเต็มที่มากกว่า ถ้า เป็นคู่ให้ และ ถ้า เป็นคี่ และ เป็นจำนวนจริงใดก็ได้
- เมื่อ
การแยก ในจำนวนจริงต้องใช้ การแยกตัวติดลบอาจทำให้นิพจน์ใหม่ไม่มีความหมาย แม้ผลคูณเดิมเป็นบวกก็ตาม เช่น มีค่า แต่ กับ ไม่มีค่าในจำนวนจริง
สมบัตินี้ใช้กับรากอันดับเดียวกันเท่านั้น รวมเป็นรากเดียวด้วยวิธีนี้ไม่ได้ หน้าถัดไปจะมีเครื่องมือสำหรับกรณีนั้น
ตัวอย่าง 1
หาค่าของ และ
- กับ แยกกันไม่ใช่จำนวนเต็ม แต่ผลคูณข้างใน เป็นกำลังสองสมบูรณ์ จึงรวมก่อน
- อันดับสามเหมือนกัน รวมเป็น และ จึงได้
- การหารก็รวมได้แบบเดียวกัน
- ทั้งสามข้อใช้หลักเดียวกัน ถ้าแต่ละรากหาค่าไม่ได้ ให้ลองรวมเป็นรากเดียวแล้วดูว่าข้างในเป็นกำลังสมบูรณ์หรือไม่
ถอดรากด้วยตัวประกอบกำลังสมบูรณ์
ถ้าจำนวนในรากไม่ใช่กำลังสมบูรณ์ทั้งหมด อาจมีส่วนหนึ่งที่ถอดออกได้ เลือกตัวประกอบที่เป็นกำลังตามอันดับรากแล้วคงส่วนที่เหลือไว้ วิธีนี้คือใช้สมบัติการคูณจากหัวข้อที่แล้วในทิศกลับ คือแยกรากเดียวเป็นผลคูณของสองราก โดยให้รากหนึ่งถอดได้ลงตัว
วิธีหาตัวประกอบที่ถอดได้ซึ่งไม่ต้องเดา คือแยกตัวประกอบเฉพาะ แล้วจับกลุ่มตัวที่ซ้ำกันกลุ่มละ ตัวตามอันดับราก กลุ่มที่ครบออกมานอกรากได้ตัวเดียว ตัวที่ไม่ครบกลุ่มอยู่ในรากต่อ
ตัวอย่าง 2
จัดรูป และ
- แยกตัวประกอบ รากที่สองจับคู่ได้ กับ เหลือ หนึ่งตัว ส่วนที่ถอดได้คือ แปลว่า และทั้งสองตัวไม่ติดลบ จึงได้
- รากที่สามต้องจับกลุ่มละสามตัว ได้ หนึ่งกลุ่ม เหลือ นั่นคือ จึงได้
- ตรวจด้วยยกกำลังกลับ และ
เลือกกำลังสมบูรณ์ที่ใหญ่ช่วยให้จัดรูปครั้งเดียวจบ ถ้าแยก จะได้ ซึ่งยังถอดรากต่อได้ คำตอบควรไม่มีตัวประกอบกำลังสมบูรณ์ซ่อนอยู่ในราก
รูปข้างล่างแสดงว่าทำไม บนกระดาษจุด จัตุรัสเอียงทางซ้ายมีพื้นที่ ตารางหน่วย ด้านจึงยาว จัตุรัสเอียงทางขวามีพื้นที่ ตารางหน่วย ด้านยาว และแต่ละด้านผ่านจุดบนตารางพอดีตรงกลาง แบ่งเป็นสองท่อนที่ยาวท่อนละ
บวกและลบราก
คิดได้แบบเดียวกับ ในบทที่ 15 คือมองว่า เป็นของหนึ่งชิ้น สามชิ้นรวมห้าชิ้นได้แปดชิ้น จึงได้ เรียกพจน์ที่มีรากตัวเดียวกันว่าพจน์คล้าย ส่วน เป็นพจน์ไม่คล้าย เหมือน ที่รวมเป็นพจน์เดียวไม่ได้
ปัญหาคือพจน์คล้ายมักซ่อนอยู่ กับ ดูไม่เหมือนกัน แต่จัดรูปแล้วเป็น กับ จึงต้องถอดตัวประกอบออกจากรากทุกพจน์ก่อน แล้วค่อยรวม
ตัวอย่าง 3
ทำให้เป็นรูปอย่างง่าย (1) (2)
- ข้อ (1) ทุกพจน์มีตัวประกอบ เหลืออยู่ ลองหากำลังสองสมบูรณ์ที่ใหญ่ที่สุด ได้
- ตอนนี้เป็นพจน์คล้ายทั้งหมด รวมสัมประสิทธิ์ ได้
- ข้อ (2) จึงได้ อย่าลืมคูณ ที่อยู่หน้ารากเดิมด้วย และ ได้
- รวม
ลองคิดก่อน
เพื่อนเขียน และ ผิดตรงไหน
ดูคำตอบ
สมบัติของรากใช้กับการคูณและการหาร ไม่ใช้กับการบวก ข้อแรกจัดรูปก่อน ได้ ซึ่งประมาณ ส่วน ประมาณ ต่างกันชัดเจน ดูจากรูปก็ได้ ด้าน ต่อกับด้าน ได้ความยาวสามท่อน
ข้อที่สองต้องบวกในรากก่อน ไม่ใช่ ถ้าคิดเป็นรูปสามเหลี่ยมมุมฉากด้าน กับ ด้านตรงข้ามมุมฉากยาว ซึ่งสั้นกว่าทางอ้อม
ทำส่วนให้ไม่มีราก
ถ้าคำตอบเป็น การหาค่าด้วยมือต้องหาร ด้วย ซึ่งยาก แต่ ซึ่งเท่ากัน หาค่าได้ง่ายเพราะเอา หารสองได้ประมาณ อีกเหตุผลคือคำตอบแบบเดียวกันจะเขียนออกมาหน้าตาเดียวกัน เทียบกันง่าย จึงนิยมเขียนผลลัพธ์ให้ส่วนไม่มีราก
เครื่องมือคือคูณด้วยเศษส่วนที่มีค่าเท่ากับ เช่น ค่าของนิพจน์จึงไม่เปลี่ยน แต่ส่วนกลายเป็น ถ้าส่วนเป็นแบบ ให้คูณด้วย ทั้งเศษและส่วน เพราะผลต่างกำลังสองในบทที่ 20 ให้ ซึ่งไม่มีรากเหลือ
ตัวอย่าง 4
เขียน และ ให้ส่วนไม่มีราก
- ข้อแรก คูณทั้งเศษและส่วนด้วย ได้ ส่วนเป็น เพราะ
- ตัด กับ ได้ ตรวจด้วยการประมาณ และ ตรงกัน
- ข้อที่สอง ส่วนเป็น ถ้าคูณด้วย อย่างเดียว ส่วนจะเป็น ยังมีรากเหลือ จึงคูณด้วย แทน
- ส่วนกลายเป็น เศษเป็น ตัด ได้
ลองคิดก่อน
เพื่อนทำ โดยคูณ ที่ส่วนอย่างเดียว ได้ ผิดตรงไหน
ดูคำตอบ
คูณที่ส่วนอย่างเดียวคือการหารนิพจน์ด้วย อีกรอบ ค่าจึงเปลี่ยน ตรวจด้วยตัวเลข ไม่ใช่ ต้องคูณทั้งเศษและส่วนด้วยจำนวนเดียวกัน ซึ่งเท่ากับคูณด้วย คำตอบที่ถูกคือ
สรุป
- คูณหรือหารรากอันดับเดียวกัน รวมเป็นรากเดียวได้ ถ้าอันดับคู่ต้องตรวจว่าตัวในรากไม่ติดลบก่อน
- ถอดตัวประกอบกำลังสมบูรณ์ที่ใหญ่ที่สุดออกจากราก ใช้การแยกตัวประกอบเฉพาะช่วยหา
- บวกลบได้เฉพาะพจน์คล้าย จัดรูปทุกพจน์ก่อนรวม และ ไม่เท่ากับ
- ทำส่วนให้ไม่มีรากด้วยการคูณทั้งเศษและส่วน ถ้าส่วนเป็น ใช้
สมบัติในหน้านี้ต้องใช้รากอันดับเดียวกัน หน้าถัดไปจะเขียนรากเป็นเลขยกกำลังที่มีเลขชี้กำลังเป็นเศษส่วน ทำให้คูณ กับ หรือถอดรากซ้อนรากได้ด้วยกฎของเลขยกกำลังที่รู้จักแล้ว