菲奥里

时间:2024-11-12 07:28:11编辑:优化君

三次方程的解?

一般情形 令K为域,可以进行开平方或立方运算。要解方程只需找到一个根r,然后把方程 图片参考:upload.wikimedia/math/0/9/b/09bc1131a281bb62e645ac010ed51c67 除以x − r,就得到一个二次方程,而我们已会解二次方程。 在一个代数封闭域,所有三次方程都有三个根。复数域就是这样一个域,这是代数基本定理的结果。 解方程步骤: 把原来方程除以首项系数a ( 图片参考:upload.wikimedia/math/d/f/4/df44347863ac17dc898a13f44f681d01 ),得到: 图片参考:upload.wikimedia/math/e/d/b/edba1d0732f9c34923658c6b94d199d6 。 代换未知项 图片参考:upload.wikimedia/math/2/7/7/277b2d1a9e75598ed1dd24a77f334ea0 。故得: 图片参考:upload.wikimedia/math/e/b/5/eb5067c1df2180e71bf154ef1000a047 ,其中p和q是域中的数字。 来一妙著:记 图片参考:upload.wikimedia/math/e/5/5/e55d94c198dbf390b22c776448e2c22d 。 展开: 图片参考:upload.wikimedia/math/0/a/c/0ac81364bad4183a48f80f707ce682b1 。 重组: 图片参考:upload.wikimedia/math/a/b/1/ab1ec218861f3b22cab5e326cbc80245 。 分解: 图片参考:upload.wikimedia/math/8/f/d/8fdf44e1c11b71e3b486803e10e357b5 。 因为多了一个未知项( 图片参考:upload.wikimedia/math/7/7/6/77698ae92ac0435f8da1e266eeb528e3 ),所以可加入一个条件,就是: 图片参考:upload.wikimedia/math/6/8/6/6865b500a90b0baf0c3c33c55741d8d6 。 设 图片参考:upload.wikimedia/math/0/2/8/0281603a15f0735e68981af227bde9c5 的根,这方程我们已会解出。 接下来, 图片参考:upload.wikimedia/math/8/7/b/87b8bf04d95e5993d17cca40efc9ea5c 。 在域 图片参考:upload.wikimedia/math/b/f/e/bfeb545600e3abbc7b84353936b388f1 是单位的立方根。 因为乘积 图片参考:upload.wikimedia/math/6/1/7/617acff074253977d7c5bad1f6f4ded3 。 实数情形 最先尝试解的三次方程是实系数(而且还是整数)。因为实数域并非代数封闭,方程的根数目不一定是3。所遗漏的根都在 图片参考:upload.wikimedia/math/c/3/f/c3f97a4420c67227501e8aa037c1c616 的计算中取平方根时。取立方根没有产生问题。 可以证明实数根数目依赖于辅助方程的判别式(乘以27) 图片参考:upload.wikimedia/math/4/c/7/4c70cf2a4b95a003e0ec6e1fd918f9ba : 若Δ > 0,只有一个实根,其他两个是共轭复根。 若Δ = 0,有一个实重根:一个三重根或一个二重根和一个单根,都是实根。 若Δ < 0,有三个实根。 注意到至少有一实根存在,这是因为非常数多项式在 图片参考:upload.wikimedia/math/a/9/8/a9854a9381d4808dfc1e2d223a8f7110 的极值是无穷大,对奇次多项式这两个极限异号。由于多项式是连续函数,从介值定理知道它在某点的值为0。 第一个例子 解 图片参考:upload.wikimedia/math/a/5/f/a5fc3d8b6c5ab520e7acdc3f8fa46e31 。 我们依照上述步骤进行: 图片参考:upload.wikimedia/math/d/b/5/db5ce266c35d74ab5e8c47cd26815a9c (全式除以2) 设x = t + 1,故t = x − 1,代换: 图片参考:upload.wikimedia/math/4/4/0/440ee25c24194059cbcb18d3634f060d 。 x = u + v,U = u3,V = v3。设U + V = − 1和UV = − 1。U和V是X2 + X − 1 = 0的根。 图片参考:upload.wikimedia/math/0/a/c/0ac3bac855d0e2cd4036520c83be3227 , 图片参考:upload.wikimedia/math/e/4/e/e4e29e5b3434a1e6678b3e762eba817d 。 t = x − 1 = u + v − 1 图片参考:upload.wikimedia/math/c/2/1/c21dd2b133fd0660a95960c23af2d635 第二个例子 这是一个历史上的例子,因为它是邦别尼考虑的方程。 方程是x3 − 15x − 4 = 0。 从函数 图片参考:upload.wikimedia/math/c/4/e/c4ec77426dfe2f3005b06e8f968f158c 算出判别式的值Δ = − 13068 < 0,知道这方程有三实根,所以比上例更容易找到一个根。 首两步都不需要做。做第三步:x = u + v,U = u3,V = v3。 U + V = 4和UV = 125。 图片参考:upload.wikimedia/math/c/3/f/c3f97a4420c67227501e8aa037c1c616 是X2 − 4X + 125 = 0的根。这方程的判别式已算出是负数,所以没有实根。很吊诡地,这方法必须用到复数求出全是实数的根。这是发明复数的一个理由:复数是解方程必需工具,即使方程或许只有实根。 我们解出U = 2 − 11i和V = 2 + 11i。取复数立方根不同于实数,有两种方法:几何方法,用到辐角和模(把辐角除以3,取模的立方根);代数方法,分开复数的实部和虚部: 现设u = a + bi。 u3 = 2 − 11i等价于: a3 − 3ab2 = 2 (实部) 3a2b − b3 = − 11 (虚部) a2 + b2 = 5 (模) 得到a = 2和b = − 1,也就是u = 2 − i,而v是其共轭:v = 2 + i。 归结得x = u + v = (2 − i) + (2 + i) = 4,可以立时验证出来。 其他根是 图片参考:upload.wikimedia/math/1/3/b/13bd37e6a72c6678e72f4dbc5ab78579 。 当Δ是负, 图片参考:upload.wikimedia/math/b/f/c/bfc9057e9d5bd1fa1b5c29c6003cc28e ); 所以我们可确保x是实数,还有x'和x''。
我相信你要的是三次方程的代数解吧!这必须要有复数 (plex numbers) 的基础。(即使所有解都是实数,但解的过程仍涉及复数的知识)。 以下是一个解法。(假设你对复数有一定认识,如果你不懂的话,你还是先把它搞清楚吧。只要你懂得解 x^3 = 1 的三个根便可以继续……) 题: 解  ax^3 + bx^2 + cx + d = 0 ...(1) 解: 设 u 和 v 为任意实数,使得  y = u + v ...(2) 是三次方程  y^3 + py + q = 0 ... (3) 的根(注意,这个方程没有二次项,而三次项的系数是 1)。把根代入方程,得  u^3 + 3u^2 v + 3uv^2 + v^3 + p(u + v) + q = 0  (u^3 + v^3) + 3uv(u + v) + p(u + v) + q = 0  (u^3 + v^3) + (3uv + p)(u + v) + q = 0 ... (4) 这里,由于 y = u + v 这个式子当中, u 可取任何数值,所以不妨对 u 和 v 设立一些限制。 现在限制 (4) 式中, (3uv + p) 必须等于0,即  uv = -p / 3 ...(5) 并且从 (4) 式得到  (u^3 + v^3) = -q 现在为了解出 u 和 v,我们可以建立一个以 u^3 和 v^3 为根的二次方程。 由于两根之和 = -q,并两根之积 = (uv) ^ 3 = -p / 27 因此,该方程是  t^2 + qt - p / 27 = 0 ...(6) 不妨又设这二次方程 (6) 的两个根为 h 和 k。 解得 h 和 k 之后,我们需要解两条简单的三次方程:  h = u^3  k = v^3 由于这个式各有三个根  u = h^(1/3),wh^(1/3),w^2 h^(1/3)  v = k^(1/3),wk^(1/3),w^2 k^(1/3) 其中 w 是二次方程 1 + r + r^2 = 0 的一个根。 因此 (2) 式 y = u + v 共有九个可能的组合。然而,(2) 式是三次方程 (3) 的根,因此这九个可能的组合中只有三个组合是正确的。 注意 u 和 v 必须 (5) 式,因此 u 和 v 相乘之后不会出现 w 这个数值。由于 w^3 = 1 (why? 如果你懂得复数的话,你应该明白的),因此只有以下三个组合  u = h^(1/3),v = k^(1/3)  u = wh^(1/3),v = w^2 k^(1/3)  ... (7)  u = w^2 h^(1/3),v = wk^(1/3) 现在,这三个 u 和 v 的组合中所得的三个 y = u + v 便是三次方程 (3) 的三个根了。 好了!以上即是说明,若果三次方程中没有二次项,则可以用上述方法解出三次方程的三个根了。现在考虑方程 (1)  ax^3 + bx^2 + cx + d = 0 设  x = y + f ...(8) 代入 (1) 可得  a(y+f)^3 + b(y + f)^2 + c(y + f) + d = 0 然后找出 y^2 项的系数  y^2 项的系数 = 3af + b 并设 y^2 项的系数为 0,即  3af + b = 0  f = -b / 3a ...(9) 现在我们把一条关于 x 的三次方程化为没有 y^2 项的三次方程,那么可以从上面方法解得 y,并从 (8)、(9) 解得  x = y + f  x = y - b / 3a ...(10) Q.E.D. 那么,要解一般的三次方程式 (1), 第一步:用 (8)、(9) 计算 f、p 和 q 的值。 (这一步是为了建立 (3) 式,注意要确保 y^2 项消去,并且 y^3 项的系数为 1。) 第二步:解方程 (6),并按 (7) 取得方程 (3) 的三个根。 (注意,w 是当作一个常数,而这些根均是以 w 表示。) 第三步:把 (3) 的根代入 (10) 得 (1) 的根。 补充一些定理 1. 从中值定理 (intermediate value theorem) 可知,实系数的三次方程至少有一个实根。 2. 从代数基本定理(fundamental theorem of algebra) 可知,n 次方程(n 为正整数)在复数有 n 个根(包括多重根)。
参考: 如果你系 AL pure math
可以试试找一些长题目(应该数量不多) 是用这方法解三次方程
你也可去 *** 找找看
en. *** /wiki/Cubic_equation 一至四次方程都有general formula去解 五次或以上就没有


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三次方程的解法发现

中国南宋伟大的数学家秦九韶在他1247年编写的世界数学名著《数书九章》一书中提出了数字一元三次方程与任何高次方程的解法“正负开方术”,提出“商常为正,实常为负,从常为正,益常为负”的原则,纯用代数加法,给出统一的运算规律,并且扩充到任何高次方程中去。这个方法比几百年以后欧洲数学家所提出的计算方法要高明许多。现在,这种方法被后人称为“秦九韶程序”。世界各国从小学、中学到大学的数学课程,几乎都接触到他的定理、定律和解题原则。欧洲三次方程解法的发现是在16世纪的意大利,那时,数学家常常把自己的发现秘而不宣,而是向同伴提出挑战,让他们解决同样的问题.想必这是一项很砥砺智力,又吸引人的竞赛,三次方程的解法就是这样发现的.最初,有一个叫菲奥尔的人,从别人的秘传中学会了解一些三次方程,便去向另一个大家称为塔尔塔利亚的人挑战.塔尔塔利亚原名丰塔纳,小时因脸部受伤引起口吃,所以被人称为塔尔塔利亚(意为口吃者).他很聪明,又很勤奋,靠自学掌握了拉丁文,希腊文和数学.这次他成功解出了菲奥尔提出的所有三次方程,菲奥尔却不能解答他提出的问题.当时很有名的卡尔丹于是恳求他传授解三次方程的办法,并发誓保守秘密,塔尔塔利亚才把他的方法写成一句晦涩的诗交给卡尔丹.后来卡尔丹却背信弃义,把这个方法发表在1545年出版的书里.在书中他写道:波伦亚的费罗差不多在三十年前就发现了这个方法,并把它传给了菲奥尔.菲奥尔在与塔尔塔利亚的竞赛中使后者有机会发现了它.塔尔塔利亚在我的恳求下把方法告诉了我,但保留了证明.我在获得帮助的情况下找出了它各种形式的证明.这是很难做到的.卡尔丹的背信弃义使塔尔塔利亚很愤怒,他马上写了一本书,争夺这种方法的优先权.他与卡尔丹的学生费拉里发生了公开冲突。最后,这场争论是以双方的肆意谩骂而告终的。三次方程解法发现的过程虽不愉快,但三次方程的解法被保留了下来。由于卡尔丹在1545年首先发表了三次方程X^3+pX+q=0的解法,因此数学资料称此解法为“卡尔丹公式”并沿用至今。以下介绍的三次方程X^3+pX+q=0的解法,就是上文中提到的卡尔丹公式解法。

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