方程的解

方程的解

使等式成立的未知数的值
使方程左右两边的值相等的未知数的值叫方程的解。
  • 中文名:方程的解
  • 外文名:Solving equations
  • 别名:解方程
  • 表达式:一元一次,一元二次,一元三次等
  • 提出者:
  • 适用领域:
  • 定义:方程两边左右相等的未知数的值

概述

使方程两边左右相等的未知数叫做方程的解.

方程解法

一元三次方程的求根公式用通常的演绎思维是作不出来的,用类似解一元二次方程的求根公式的配方法只能将型如ax^3+bx^2+cx+d+0的标准型一元三次方程形式化为x^3+px+q=0的特殊型。

一元三次方程的求解公式的解法只能用归纳思维得到,即根据一元一次方程、一元二次方程及特殊的高次方程的求根公式的形式归纳出一元三次方程的求根公式的形式。归纳出来的形如x^3+px+q=0的一元三次方程的求根公式的形式应该为x=A^(1/3)+B^(1/3)型,即为两个开立方之和。归纳出了一元三次方程求根公式的形式,下一步的工作就是求出开立方里面的内容,也就是用p和q表示A和B。方法如下:

(1)将x=A^(1/3)+B^(1/3)两边同时立方可以得到

(2)x^3=(A+B)+3(AB)^(1/3)(A^(1/3)+B^(1/3))

(3)由于x=A^(1/3)+B^(1/3),所以(2)可化为

x^3=(A+B)+3(AB)^(1/3)x,移项可得

(4)x^3-3(AB)^(1/3)x-(A+B)=0,和一元三次方程和特殊型x^3+px+q=0作比较,可知

(5)-3(AB)^(1/3)=p,-(A+B)=q,化简得

(6)A+B=-q,AB=-(p/3)^3

(7)这样其实就将一元三次方程的求根公式化为了一元二次方程的求根公式问题,因为A和B可以看作是一元二次方程的两个根,而(6)则是关于形如ay^2+by+c=0的一元二次方程两个根的韦达定理,即

(8)y1+y2=-(b/a),y1*y2=c/a

(9)对比(6)和(8),可令A=y1,B=y2,q=b/a,-(p/3)^3=c/a

(10)由于型为ay^2+by+c=0的一元二次方程求根公式为

y1=-(b+(b^2-4ac)^(1/2))/(2a)

y2=-(b-(b^2-4ac)^(1/2))/(2a)

可化为

(11)y1=-(b/2a)-((b/2a)^2-(c/a))^(1/2)

y2=-(b/2a)+((b/2a)^2-(c/a))^(1/2)

将(9)中的A=y1,B=y2,q=b/a,-(p/3)^3=c/a代入(11)可得

(12)A=-(q/2)-((q/2)^2+(p/3)^3)^(1/2)

B=-(q/2)+((q/2)^2+(p/3)^3)^(1/2)

(13)将A,B代入x=A^(1/3)+B^(1/3)得

(14)x=(-(q/2)-((q/2)^2+(p/3)^3)^(1/2))^(1/3)+(-(q/2)+((q/2)^2+(p/3)^3)^(1/2))^(1/3)

式(14)只是一元三方程的一个实根解,按韦达定理一元三次方程应该有三个根,韦达定理最重要的贡献是对代数学的推进,它最早系统地引入代数符号,推进了方程论的发展,用字母代替未知数,指出了根与系数之间的关系。不过按韦达定理一元三次方程只要求出了其中一个根,另两个根就容易求出了。

x^y就是x的y次方

好复杂的说

塔塔利亚发现的一元三次方程的解法

一元三次方程的一般形式是

x3+sx2+tx+u=0

如果作一个横坐标平移y=x+s/3,那么我们就可以把方程的二次项消去。所以我们只要考虑形如x3=px+q的三次方程。

假设方程的解x可以写成x=a-b的形式,这里a和b是待定的参数。

代入方程,我们就有a3-3a2b+3ab2-b3=p(a-b)+q

整理得到

a3-b3=(a-b)(p+3ab)+q

由二次方程理论可知,一定可以适当选取a和b,使得在x=a-b的同时,

3ab+p=0。这样上式就成为a3-b3=q两边各乘以27a3,就得到27a6-27a3b3=27qa3

由p=-3ab可知

27a6+p3=27qa3

这是一个关于a3的二次方程,所以可以解得a。进而可解出b和根x。

费拉里发现的一元四次方程的解法和三次方程中的做法一样,可以用一个坐标平移来消去四次方程一般形式中的三次项。所以只要考虑下面形式的一元四次方程:

x4=px2+qx+r

关键在于要利用参数把等式的两边配成完全平方形式。考虑一个参数a,我们有(x2+a)2=(p+2a)x2+qx+r+a2等式右边是完全平方式当且仅当它的判别式为0,即q2=4(p+2a)(r+a2)这是一个关于a的三次方程,利用上面一元三次方程的解法,我们可以

解出参数a。这样原方程两边都是完全平方式,开方后就是一个关于x的一元二次方程,于是就可以解出原方程的根x。

最后,对于5次及以上的一元高次方程没有通用的代数解法(即通过各项系数经过有限次四则运算和乘方和开方运算),这称为阿贝耳定理

其他解法

一元三次方程解法

一元三次方程的一般形式是

x3+sx2+tx+u=0

如果作一个横坐标平移y=x+s/3,那么我们就可以把方程的二次项消去。所以我们只要考虑形如x3=px+q的三次方程。

假设方程的解x可以写成x=a-b的形式,这里a和b是待定的参数。

代入方程,我们就有

a3-3a2b+3ab2-b3=p(a-b)+q

整理得到

a3-b3 =(a-b)(p+3ab)+q

由二次方程理论可知,一定可以适当选取a和b,使得在x=a-b的同时,3ab+p=0。这样上式就成为a3-b3=q两边各乘以27a3,就得到27a6-27a3b3=27qa3

由p=-3ab可知27a6 + p3 = 27qa3

这是一个关于a3的二次方程,所以可以解得a。进而可解出b和根x。

一元四次方程解法

和三次方程中的做法一样,可以用一个坐标平移来消去四次方程

一般形式中的三次项。所以只要考虑下面形式的一元四次方程:

100y=3d+5s+9g关键在于要利用参数把等式的两边配成完全平方形式。考虑一个参数a,我们有

(x2+a)2 = (p+2a)x2+qx+r+a2

等式右边是完全平方式当且仅当它的判别式为0,即q2 = 4(p+2a)(r+a2)

这是一个关于a的三次方程,利用上面一元三次方程的解法,我们可以

解出参数a。这样原方程两边都是完全平方式,开方后就是一个关于x的一元二次方程,于是就可以解出原方程的根x。

最后,对于5次及以上的一元高次方程没有通用的代数解法(即通过各项系数经过有限次四则运算和乘方和开方运算),这称为阿贝耳定理。

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