作品说明
一元三次方程的一般形式:
ax³+bx²+cx+d=0(a,b,c,d∈ℝ,a≠0)
我们先解特殊形式的一元三次方程,最后把一般形式转
化成特殊形式的方程。
特殊形式:x³+px+q=0
令x=u+v,并且3uv+p=0,可得v=-—,代入:
(u+v)³+p(u+v)+q=0
u³+v³+(3uv+p)(u+v)+q=0
u³+v³+q=0
u³+(-—)³+q=0 → u³+q-—=0
将两边同时乘上u³,得到u³的一元二次方程:
1×(u³)²+qu³+(-—)=0
根据求根公式,可以求出u³的两个根,分别是:
u³=-—± —+—
在讨论后面怎么做之前,我们先来看一下欧拉公式:
e =cosx+isinx
再解一个方程:x³=1
很多人都会直接说出答案是1,只有1个根,如果有3个
根的话会让很多强迫症感到舒服,因为x=1有1个根,
x²=1有两个根,所以x³=1会不会有3个根呢?
首先,解这个方程需要把x写成极坐标形式:
r(cosθ+isinθ),代入可得:
r³(cosθ+isinθ)³=1
套用欧拉公式和指数的运算法则可以得到:
r³[cos(3θ)+isin(3θ)]
操作说明
=1
r自然等于1,代入:cos(3θ)+isin(3θ)=1
实部对实部,虚部对虚部,得到3θ=2πn,其中n为整数。
θ就等于—n,因为x=cos(θ)+isin(θ),所以解出x有
3个根,分别是1、———、———,令ω=———
回到正事上,刚才在第一页最后一行写到:
u³=-—± —+—
根据刚才算出来的ω,可以解出来:
u_1=³-—± —+—
u_2=ω×u_1
u_3=ω²×u_1
知道u,解出v就很简单了(v=-p/3u)
即v_1=³-—∓ —+—(用平方差算一下)
v_2=ω²×v_1
v_3=ω×v_1
由于x=u+v(不知道你还记不记得,知道加法交换律吗?
u+v就是一则加法算式,两边一个±一个∓,其实可以
让u只取整,v取负),解出
x_1=u_1+v_1,x_2=u_2+v_2,x_3=u_3+v_3
作为方程的三个根。