1.7  Nullstellen eines Polynoms

An einem Polynom P(x) sind oft die Nullstellen von Interesse, die x-Werte, mit denen ein Polynom den Wert 0 annimmt. 

 y =  x3 - 2·x2 - x  + 2 hat die Nullstellen 1;  -1 und +2.

Die Nullstellen kann man mit  dem Online-Programm Nullstellen  bestimmen.  Ein Iterationsverfahren, welches dem zur Berechnung einer n. Wurzel ähnelt, dient zur Ermittlung der Nullstellen.   

Es gilt: Wenn ein Polynom eine Nullstelle   x0   hat, dann kann es als ein Produkt aus   (x  - x0)   und einem Polynom geringeren Grades dargestellt werden.

Beispiel: x3 - 2·x2 - x + 2 = (x - 1) · (x2  - x - 2)

Beweis:

y = a0 + a1· x + a2 · x2 + a3· x3 ……………+ an-1 · x n-1 + an · xn

x0 sei eine Nullstelle.

0 = a0 + a1· x0 + a2 · x02 + a3· x03 ……………+ an-1 · x0n-1 + an · x0n

Durch Subtraktion der beiden letzten Gleichungen erhält man:

y = a1 · (x – x0 ) + a2 · ( x2 – x02 ) + a3 · (x3 – x03 ) + …………….an · (xn – x0n)

Aus einem Term der Form xnx0n kann immer x – x0 ausgeklammert werden.

x2 – x02 = (x – x0) · ( x + x0)

x3  - x03 = (x – x0) · (x2 + x · x0 + x02 )

xn – x0n = (x – x0 ) · (xn-1 + xn-2 · x0 + xn-3 · x02 .................+ x0n-1)

Die letzte Gleichung kann leicht durch Ausmultiplizieren bewiesen werden.

(x – x0 ) · (xn-1 + xn-2 · x0 + xn-3 · x02 .................+ x0n-1)  =

xn  +  xn-1 · x0 + xn-2 · x0 + x n-3 · x02 …………+ x · x0n-1

      -   xn-1 · x- xn-2 · x0  -  x n-3 · x02 …………- x ·  x0n-1x0n  =  xnx0n

 

Hat ein Polynom n. Grades n Nullstellen, dann kann es in ein Produkt an · (x – x01) · (x- x02) .........· (x-x0n) umgeformt werden. Mit dieser Darstellung wird deutlich, dass ein Polynom n. Grades nicht mehr als n Nullstellen haben kann.

Wenn der Grad des Polynoms größer als 2 ist, dann kann im Schulunterricht  eine solche Nullstelle  nur durch   Probieren gefunden werden. Ist eine Nullstelle x0 gefunden, dann wird (x-x0) ausgeklammert. Das Restpolynom ( Faktor neben x – x0 ) wird auf weitere Nullstellen hin untersucht. Zur Auffindung des Restpolynoms teilt man das Polynom durch (x-x0).

Polynomendivision (anklicken !)

Bestimmung von P(x)/(x-x0)  nach dem Horner-Schema (anklicken !)