留数法分解有理真分式(留数法分解因式原理)

设和表示次和次的多项式函数,则

假分式可使用长除法分解,此处不再赘述。

有理真分式可分解成如下四种形式:

两类常见的分式均可以被唯一分解为:

注意,不能在实数域内进行因式分解。

对于第一类分式,可以采用留数法求解待定系数。留数法又可以分为两种情形:一种是分母分解为只有单根的形式,比如;另一种是是分母可分解为存在重根的形式,比如。

(1)若分母可分解为

则有理真分式可分解为

此时系数为

(2)若分母可分解为

则上述结论不再适用。应先把的每一个因式中的系数化为,才能继续使用结论。将分母整理成

则有理真分式可分解为

对使用留数法,此时系数为

(1)若分母可分解为

则有理真分式可分解为

此时系数为

(2)若分母可分解为

则上述结论不再适用。应先把的因式中的系数化为,才能继续使用结论。将分母整理成

将有理真分式化为

对使用留数法,此时系数为

分母不可再分解的分式,形如

其分母无实数根,只有复数根。我们也可使用留数法解决复根情况,将复数根代入计算,但是计算较为繁琐。不过有一种很巧妙的方法(见有理函数积分计算法则——留数思想法)可大大降低运算量,见例 5 及之后例题。

【例 1】分解以下分式

【解】将分式分解为

用留数法求出各项系数

所以结果为

【例 2】分解以下分式

【解】将分式分解为

用留数法求出各项系数

所以结果为

【例 3】分解以下分式

【解】将分式分解为

用留数法求出各项系数

所以结果为

【例 4】分解以下分式

【解】将分式分解为

用留数法求出各项系数

所以结果为

【例 5】(2019 年真题)分解以下分式

【解】将分式分解为

其中系数易求

对于系数可用以下方法:

先令为的一个复数根,然后在等式两边同乘,并代入,此时含有的项将被消去,即

现考虑将上式进一步化简,把二次项凑成,即

此时将其中一个复数根代入等式两端,并对比左右求出系数,即

所以结果为

可见这种方法大大简化了运算。

【例 6】分解以下分式

【解】将分式分解为

其中系数易求

对于系数也可使用例 5 的方法求解,先令为的一个复数根,然后在等式两边同乘,并代入,此时含有的项将被消去,即

现考虑将等式左边凑出,但是分子、分母均为一次项,凑不出二次项出来,所以分子、分母需要乘以一个形如的项,接着再凑出。

如何确定这个的项呢?使用长除法,用去除以分母,得到:,于是等式左边上下同乘得:

当然,用去除以分子也是可以的,得到:,于是等式左边上下同乘得:

此时将其中一个复数根代入等式两端,并对比左右求出系数,即

对比上面两种方法,可见第一种方法更简便。

所以结果为

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