一元三次方程的求根公式及其推导

发布时间:2010-09-25   来源:文档文库   
字号:
一元三次方程的求根公式及其推导

由于任一个一般的一元三次方程Ax3Bx2CxD0均可经过移轴A(xB3A3(CB23A(xB3A(2B3公式化为27A2BC3AD0(3AxB3(9AC3AB(3AxB(2B39ABC27A2D0,x3pxq0的特殊形式,因此,只需研究此类方程即可。1.实数根的判定:F(xx3pxq,F(x0即方程x3pxq0,F(x点的个数即方程x3pxq0实数根的个数。(1.p0,则方程F'(x0没有实根,F(x有唯一零点F(x0有唯一实数根。(2.p0,则方程F'(x0有一实根,F(x有唯一零点F(x0有唯一实数根。(3p0,则方程F'(x0有两实根,为:xp13xp23F(F(181(81q212p30时,F(x有唯一零点F(x0有唯一实数根。
F(F(181(81q212p30时,F(x有两个零点F(x0有两个实数根。F(F(181(81q212p30时,F(x有三个零点F(x0有三个实数根。

1
为研究方便,不妨设p.q不同时为0(p.q同时为0时方程很容易求解,则当p0时,一定有181(81q212p30。令81q212p3,则有以下结论:81q212p30时,方程x3pxq0有唯一实数根。81q212p30时,方程x3pxq0有两个实数根。81q212p30时,方程x3pxq0有三个实数根。2.求根公式的推导:1.实根式的推导:一元三次方程的求根公式由演绎推理是很难解出的,通常由归纳思维得到。通过对一元一次,一元二次以及特殊一元高次方程求根公式的归纳,我得到了一元三次方程的求根公式应为xAB的形式。其中,AB为两个待定的代数式。下面的工作就是设法求出AB由于xABx3(AB3A3B33AB(ABA3B33ABx即有x33ABx(A3B30对比x3pxq03可令3ABp,即ABp33p3,AB27(A3B3qA3B3qA3B3q易知,AB3为一元二次方程a2qap33270的两根。若判别式q24(p312781(81q212p30a9q81q212p3则有1189q23a81q12p218A3a13108q1281q212p3如果不考虑AB顺序,则有16B3a1326108q1281q212p3若判别式q24(p312781(81q212p30,虽然我们清楚方程有二或三个实数根,但却又无法直接解出(等于零时只能解出一个,小于零时会出现虚数)。故由以上方法只能导出有一个实数根的方程的求根公式,为:
x13108q1281q212p313108q1281q212p366
2
当方程有二或三实数根时,我们需另辟一条求根路径。考虑到角函数三倍角公式与一元三次方程有很大的相似性,故我们可由角函数三倍角公式作线性变换,从而得到一元三次方程的求根公式。研究之初,我选择的是余弦三倍角公式。余弦三倍角公式:cos34cos33cos,若将cos3看作已知量,cos看作未知量x,则上述等式可化为方4x33xcos30由于cos3cos(32k,故xcos32k3cosarccos32k3(k012对于方程x3pxq0可令XAx,另设有非零实数B,使得qB1则上述方程可化为(AX3pB(AXBqB1A3pABX3BXqB0对比4x33xcos30可令A34B,得A23pA23ppA33B3B2p3p2p3p9B9不妨取第一组解(当然,取第二组也未尝不可),cos3q9qB2p3p因此,Xcosarccos32k3cos19qarccos2k32p3pxAX233pcos1arccos9q2k0,1,232p3pk上式成立的条件为p09q,解得81q212p302p3p1也正是当方程有二或三个实数根时上式成立。因此,得到方程有二或三个实数根时的求根公式:x21i33pcos9qk0,1,2ik13arccos2k2p3p 3

作进一步研究可知,0时,x2x32.卡丹公式的推导:由前面的论证可知,若设方程的一根为x1AB,则方程可化为x33ABx(A3B30的形式。由韦达定理可知,x1x2x30x1x2x2x3x3x13ABx1x2x3A3B3x1AB代回上式,得:x2x3(ABx2x3A2ABB2易知,x2x3为方程t2ABtA2ABB20的两个根。判别式为AB24A2ABB23AB23iAB2tAB3iAB2xAB3iAB13i13i2t122A2BABxAB3iAB13i13i3t222A2BAB其中,1的虚立方根。AB的值代回,即可得卡丹公式:xAB13108q1281q212p3131366108q1281q212px32AB36108q1281q212p36108q1281q212p3x3AB3108q1281q212p3366108q1281q212p33.求根公式的推广:由于对任一个一元三次方程Ax3Bx2CxD0均可化为3AxB39AC3AB3AxB2B39ABC27A2D0的形式,故可t3AxBp9AC3ABq2B33ABC27A2D,则可得到一元三次方程一般式的判别式和求根公式,结果如下:判别式:81A4D254A3BCD12A3C312A2B3D3A2B2C2
实数根求根公式:


4
0时,1313Bx108A2D36ABC8B312108A2D36ABC8B3126A6A3A0时,1B227A2D9ABC2B32k0,1,2ik1xiB3ACcosarccos2k323A33A6AC2BB3AC卡丹公式:1313Bx108A2D36ABC8B312108A2D36ABC8B3126A6A3A33Bx108A2D36ABC8B312108A2D36ABC8B3126A6A3A33Bx108A2D36ABC8B312108A2D36ABC8B3126A6A3A至此,完成一元三次方程求根公式的推导。后记:
对于一元三次方程的研究,先人们历经了漫长的探索之路。我对此类方程的研究,是源于角函数的求值问题(如已知30°角的角函数值,利用三倍角公式来反求10°角的角函数值),大约开始于200610份。但最终的结果证明了这样一个事实:对于这样一类整数角,如果不可以表示为α=3nn为整数)的形式,是不可能用有限个代数式来表示其角函数值的。这反而激起了我对一元三次方程求根公式的研究。
卡丹公式并不是由卡丹本人发现的,而是由他第一次发表在数学著作《大术》上的,后人为了纪念他对这一成果的公布,称之为卡丹公式。上述实根式由本人发现,并第一次在此提出,希望广大数学爱好者给予点评。


20091125

5

本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/e14de919227916888486d790.html

《一元三次方程的求根公式及其推导.doc》
将本文的Word文档下载到电脑,方便收藏和打印
推荐度:
点击下载文档

文档为doc格式