Calcoli algebrici

I calcoli algebrici sono determinati tipi di calcoli la cui risoluzione necessita dell'utilizzo di nozioni e teoremi dell'algebra. Essi sono presenti all'interno delle espressioni algebriche e permettono di trovarne le soluzioni. I calcoli algebrici differiscono dai calcoli aritmetici poiché utilizzano strutture algebriche al posto dei numeri, e operazioni algebriche al posto di operazioni aritmetiche.

Calcolare quale numero sia il quadruplo del successivo del numero 5 equivale a svolgere un'espressione aritmetica, che in questo caso può essere riscritta come: $4\times (5+1)=4\times 6=24$

Se invece volessimo calcolare quale numero sia il doppio del successivo di un generico numero $n$ dovremmo scrivere un'espressione algebrica: $2\times (n+1)$ che può essere risolta mediante calcoli algebrici.

Il calcolo algebrico è spesso conosciuto come calcolo letterale, in quanto si applica a tutte quelle espressioni in cui vi compaiano numeri e lettere, oppure soltanto lettere. In matematica le espressioni contenenti una parte letterale oltre a quella numerica vengono dette monomi e polinomi.

Monomi

• Si dice monomio l'espressione algebrica contenente solamente l'operazione di moltiplicazione.
• Alcuni esempi di monomi sono: $3abc$ oppure $\left(\frac{1}{2}\right)ab\left(\frac{4}{5}\right)cd$ mentre: $2\left(\frac{a}{b}\right)$ o $5+ab$ non sono monomi.

• Due monomi si dicono simili tra loro quando hanno la stessa parte letterale. Esempio: $3a^5$ e $4a^5$ sono monomi simili in quanto possiedono la stessa parte letterale $a^5$.

Polinomi

Si dice polinomio un’espressione algebrica ottenuta dalla somma tra monomi.

Un esempio di polinomio può essere: $1+2ab-a^2{b}^3$

Operazioni algebriche

Le operazioni algebriche che è possibile svolgere con monomi e polinomi sono: addizione, sottrazione, moltiplicazione e divisione.

Addizione e sottrazione

• Due monomi possono essere sommati o sottratti tra di loro solamente se sono simili.

• Dalla somma o sottrazione di due monomi simili si ottiene un altro monomio con la stessa parte letterale.

Esempio 1: $3a+5a=8a$

Esempio 2: $4a^{2}b+6a^{2}b-8a^{2}b=2a^{2}b$

Invece, quando si sommano o sottraggono più monomi che non sono tutti simili tra di loro, non si otterrà un monomio come risultato.

Esempio: $3a+3b+5a+6b-4a$ in questo caso occorre sommare tra di loro i monomi con la stessa parte letterale, e il risultato sarà un polinomio.

$(3a+5a-4a)+(3b+6b)=4a+9b$ A questo punto i due monomi non possono essere più sommati tra loro poiché hanno parti letterali diverse, perciò questo è il risultato dell'espressione algebrica.

Moltiplicazione

Consideriamo la seguente operazione algebrica: $3a^{2}4a^3$ si tratta di una moltiplicazione tra due monomi.

Per calcolare il risultato è necessario tenere in considerazione alcune proprietà elementari dell'aritmetica: le proprietà commutativa, associativa e la prima proprietà delle potenze.

• Per la proprietà commutativa, nella moltiplicazione, cambiando l'ordine dei fattori (i due elementi da moltiplicare) il risultato non cambia, quindi: $3a^{2}4a^3=4a^{3}3a^2$
• Per la proprietà associativa $3a^{2}4a^3=3\times 4\times a^2{a}^3$

• Per la prima proprietà delle potenze se la parte letterale è la stessa si possono sommare gli esponenti.
• Perciò applicando queste proprietà: $3a^{2}4a^3=3\times 4\times a^2{a}^3=12a^5$

Invece, il prodotto tra due polinomi è un polinomio che si ottiene moltiplicando ogni termine del primo polinomio per ogni termine del secondo polinomio.

Esempio: $(a^2-2a)(4a^2+a-3)$

In questo caso bisogna tener presente la proprietà distributiva, per cui $4a^2+a-3$ verrà distribuito tra i termini $a^2-2a$.

$(a^2-2a)(4a^2+a-3)=a^2(4a^2+a-3)-2a(4a^2+a-3)=4a^4+a^3-3a^2-8a^3-2a^2-6a=$$4a^4+a^3-3a^2-8a^3-2a^2-6a=4a^4-7a^3-5a^2-6a$

Divisione

Consideriamo la seguente operazione: $\frac{6a^2{b}^3}{2b^2}$ Si tratta di una divisione tra due monomi scritta sotto forma di frazione.

Per risolverla si può eseguire la divisione tra le due parti numeriche e tra le due parti letterali: $\frac{6a^2{b}^3}{2b^2}=\frac{6}{2}\times \frac{a^2{b}^3}{b^2}=3a^{2}b$

Per arrivare a questo risultato bisogna però ricordare un'altra delle proprietà delle potenze, per cui se in una divisione due monomi aventi parte letterale nella forma $a^n$, hanno la stessa base $a$ allora gli esponenti $n$ possono essere sottratti. Nel caso dell'esempio, $\frac{b^3}{b^2}=b$ per il fatto che gli esponenti 3 e 2 vengono sottratti, perciò $3-2=1$ che è l'esponente di $b$.

La divisione tra polinomi è spiegata alla pagina: Divisione dei polinomi