将有理真分式分解为部分分式是数学分析中常见的操作,主要用于积分计算。以下是详细的分解方法及步骤:
一、基本方法
待定系数法 - 步骤:
1. 将分母$P(x)$分解为不可约因式的乘积,例如$P(x)=(x-a)(x^2+bx+c)$。 2. 根据部分分式分解定理,设$\frac{Q(x)}{P(x)} = \frac{A_1}{x-a} + \frac{A_2}{x^2+bx+c} + \cdots$,其中$A_i$为待定系数。 3. 通过通分后比较分子对应项的系数,建立线性方程组求解$A_i$。
带余除法
- 适用于分母为多项式幂次的情况,例如$Q(x)/P(x)^k$。通过多项式除法将$Q(x)$表示为$Q(x)=a_kP(x)^k + R(x)$,其中$R(x)$为余式且次数小于$P(x)$,再对余式进行部分分式分解。
辗转相除法(欧几里得算法)
- 用于分解分母为两个多项式乘积的情况,通过反复除法找到最大公因式,再分别对因式进行部分分式分解。
二、特殊情形处理
分母含二次不可约因式
- 对于形如$\frac{Q(x)}{(x^2+bx+c)}$的因式,设其部分分式为$\frac{Ax+B}{x^2+bx+c}$,通过代入特定值(如根或共轭复数)确定系数。
分母含重根
- 若分母有重根(如$(x-a)^n$),部分分式形式为$\frac{A_1}{x-a} + \frac{A_2}{(x-a)^2} + \cdots + \frac{A_n}{(x-a)^n}$,需通过代入导数信息简化计算。
三、注意事项
多项式互素性: 若分母多项式互素,则分解唯一。 计算优化
四、示例
分解$\frac{3x+2}{(x-1)(x^2+4)}$:
1. 设$\frac{3x+2}{(x-1)(x^2+4)} = \frac{A}{x-1} + \frac{Bx+C}{x^2+4}$;
2. 通分后比较系数,建立方程组:
$$A(x^2+4) + (Bx+C)(x-1) = 3x+2$$
通过代入$x=1$得$5A=5$,解得$A=1$;
比较$x^2$系数得$B=0$,再比较常数项得$3A-C=2$,解得$C=1$;
3. 最终分解为$\frac{1}{x-1} + \frac{1}{x^2+4}$。
通过以上方法,可将任意既约有理真分式分解为部分分式之和,为后续积分计算奠定基础。