化简表达式
huà jiǎn biǎo dá shì
化简表达式是指通过合并同类项、运用运算律并去除多余运算,把它改写成最简洁的形式。
Definition
化简表达式是指尽可能地合并各项,使它在不改变数值的前提下变得尽量简短:先用分配律去掉括号,再收集并合并所有同类项,使每种变量项只出现一次。化简不是求解;化简之后表达式仍然含有变量,而求解则需要一个带等号的方程以及变量的具体值。更严格地说,化简是运用代数恒等式和改写规则,把表达式化为某种标准形式或简化形式的过程;计算机代数系统依赖展开多项式形式或有理标准形式等范式来完成这一过程,而什么才算"最简"其实取决于具体场景,因为在某些用途下,因式分解形式可能比展开形式更简单。
Example
化简 $3x + 5 + 2x - 1$:合并 $x$ 项($3x + 2x = 5x$)和常数项($5 - 1 = 4$),得到 $5x + 4$。化简 $2(3x - 4) + 5x$:先分配得到 $6x - 8 + 5x$,再合并同类项得到 $11x - 8$。化简 $(x^2-9)/(x-3)$ 需要先对分子因式分解,$(x+3)(x-3)/(x-3) = x + 3$,并附加限制条件 $x \neq 3$。
Key Insight
化简后的表达式更容易求值和处理,就像收拾好一个凌乱的房间会更方便通行一样。不过代数中并不存在唯一通用的"最简"定义:计算机代数系统各自使用特定的范式和启发式方法,这也是为什么不同系统会给出形式不同但等价的结果。