求实系数一元三次方程根的实用公式

发布时间:2019-11-09 06:23:00   来源:文档文库   
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求实系数一元三次方程根的实用公式

 

    在数学书籍或数学手册中,对一元三次方程求根公式的叙述都是沿用卡丹公式,即:对于一元三次方程:

   

    则它的三个根的表达式如下:

   

   

   

    其中

    我们先用该公式解一个一元三次方程:

解: p=- 9q=6 T=- 3D=- 18

原方程的三个根为

   

   

   

    这样求出的三个根的表达式有两个不妥之处:

    其一、当时,方程有三个实根(下文给出证明),但这里的表达式不明确。

    其二、当时,以及(如此例中的)违背了现行中等数学的表示规范,也不能具体地求出其值。

    因此,用卡丹公式解出的一元三次方程的根,往往是不实用、不直观、不严密的。

    下面我们推导一个实用的改进型求根公式。

    实系数一元三次方程可写为 1

,代入(1)得 2

其中

不失一般性,我们只要讨论实系数一元三次方程的求根公式即可。

不妨设pq均不为零,令y=u+v 3

代入(2)得, 4

选择uv,使得,即 5

代入(4)得, 6

将(5)式两边立方得, 7

联立(6)、(7)两式,得关于的方程组:

问题归结于上述方程组的求解。

即求关于t的一元二次方程的两根

又记的一个立方根为,则另两个立方根为

其中1的两个立方虚根。

以下分三种情形讨论:

1)若,即D>0,则均为实数,

可求得

组成的九个数中,

有且只有下面三组满足

也就是满足

方程(2)的根为

这是方程(2)有一个实根,两个共轭虚根

其表达式就是前面给出的卡丹公式的形式,

这里的根式都是在实数意义下的。

2)若,即时,

可求得,取

同理,可求得

方程(2)有三个实根,其中至少有两个相等的实根。

3)若,即D<0时,

p<0

均为虚数,求出并用三角式表示,

就有

其中T都是实数,

同理

其中,且

显然,当且仅当取

这三组时才满足

于是方程(2)得三个实根为

具体表示出来就为:

其中

时,方程(2)有三个实根。

综上所述,实系数一元三次方程的求根公式如下:

1)当时,方程有一个实根和两个共轭虚根,

2)当时,方程有三个实根,其中至少有两个相等的实根,

3)当时,方程有三个实根,

上面提供的公式,可以求出任意实系数一元三次方程的根的具体值,是实用性的。

这里用以下几个解一元三次方程的实例来说明该公式的应用。

例一、解方程

解: p=- 27q=54 D=0

原方程的根为

例二、解方程

解: p=9q=4 D=31>0

原方程有一个实根和两个共轭虚根:

例三、解方程

解: p=- 9q=6 D=- 18<0

原方程有三个实根:

通过差表或计算器、计算机可计算得:

这在工程技术上是极其有用的。

本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/08847e5f804d2b160b4ec0a8.html

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