1-3-5多項式-多項式方程式

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1 --5 多項式 - 多項式方程式 定理. 多項式方程式 : 若 是一個多項式 則 就是一個多項式方程式 當多項式 的次數為 時 方程式 稱為一元 次方程式 若 則稱 為 的根 k 重根 : 若 是多項式方程式 的根 則 當 k / 時 稱 為 的 k 重根. 有理根檢驗法 : 設是整係數 次多項式方程式 L 的一個 有理根 其中 是互質的整數且 則. 解 根 : 實係數 次方程式 的實根 次函數 y 的圖形與 軸交於點. 多項式函數圖形的性質 : 是平滑的連續曲線 5. 代數基本定理 : 設 是一個自然數 則每一個複係數 次多項式方程式 至少有一個複數根 進一步可知每個複係數 次多項式方程式都恰有 個複數根 6. 勘根定理 : 設 是一個實係數多項函數 是兩個相異實數 若 < 則方程式 在 與 之間至少有一個實根 < 間有一實根 < 間有三實根 > 間無實根 > 間有二實根 > 間有一實根

2 註 :. 要講至少一實根 不能講恰有一實根. 利用整係數一次因式檢驗定理 可解決有理根的問題 但是就一般的方程式 而言 並非全是有理解 此時要找出解 尤其是高次的方程式 通常不是一 件容易的事情 此時可以利用勘根定理. 當 > 時 在 與 之間可能有根 也可能無根. 定理的反方向不一定成立 即方程式 在 與 之間至少有一個實根 時 則 < 不一定成立 5. 牛頓法 整係數一次因式檢驗法 : 求有理根 或整係數一次因式 勘根定理 : 求根的範圍或近似根 6. 基本上對於一個多項式 先用牛頓法找出所有可能的一次因式後 有時可以 配合勘根定理求出有理根的範圍 縮小找根的範圍 剩下的部分則一定是 無理根或者是虛根 此時利用勘根定理可以求出無理根的近似值到所要求的 小數點位數 配合十分逼近法或二分逼近法 至於虛根部分除非題目有所提 示或者已經分解到剩下一次因式或二次因式的連乘積 否則不容易求出來 問題. 設 是一個實係數多項函數 是兩個相異實數 若 > 則方程式 在 與 之間至少有一個實根?. 實係數奇數次的方程式 至少有一個實根?. 使用勘根定理時 何時可以停止? 解 例如 : 找出方程式 8 在哪兩個連續整數之間有實根? 利用綜合除法得下表 可知 < < < 故 在 和 之間 和 之間 和 之間各有一實根 註 : 商及餘式的係數為全正時 由綜合除法可知 7 當 < 時 負 正 負 故必為負 註 : 商及餘式的係數為正負相間時 由綜合除法可知 6 當 > 時 正 正 正 故必為正 也就是 < > 必為負 必為正

3 註 : 在做題目時 利用綜合除法除後 若商與餘數之那排之係數全為正 則表示除式 時 只要 > 之值代入全為正 若商與餘數之那排之係數為正負相間 則表示除式 時 只要 < 之值代入全為負 定義 正 次方根 : 之唯一正實數解稱為 的正 次方根 記為 性質. 虛根成對性質 : 實係數多項式方程式 虛根成對出現 即設 L R[ ] 設 z C 則 z z 設 R 若 i 則 i 證明 z z z L z z z L z z z L z z z L z z i i i. 形式的無理根成對性質 : 有理係數多項方程式 若有無理根 則成對出現 有理係數多項式方程式 無理根成對出現 設 L Q[ ] 設 Q Q 若 則 證明 令 g 設 g q r s 其中 r s Q 則 r s r s r r s 若 r 則 Q 矛盾 r 故 r 代回 得 s 故 g q q 註 : 其他形式的無理根不一定成對 例如 為一個無理根與兩個 虛根 因. 實係數一元 次方程式 當 為奇數時 有奇數個實根 即必有實根 為偶數時 有偶數個實根或者沒有實根 註 : 我們一般在分解時 會將方程式化成一次因式或二次因式的連乘積 再利用公式求出所有解

4 關係 根與係數關係 :. 二次方程式根與係數關係 : 若二次方程式的兩根為 則 且 證明 : 因 故. 三次方程式根與係數關係 : 若三次方程式的三根為 則 且 證明 : 因 故 問題. 能否造出一個實係數的二次方程式以 i 為它的一個虛根?. 能否造出一個只含一個虛根 i 的實係數二次方程式?. 能否造出一個含一個虛根 i 與一個實根的二次方程式?. 能否造出一個最低次的實係數的多項式方程式以 i 為它的一個根 註 : 會有根 i i 5. 能否造出一個最低次的有理係數的多項式方程式以 i 為它的一個根 註 : 會有根 i i i i

5 問題. 試證明 : 方程式 的根不全為實數 6 提示 : 證明圖形與 軸只有一個交點. 試證明 : 若整係數方程式 有有理根 則 中至少有一個是偶數 提示 : 設根為 q 其中 p q p 且 都是奇數 根代入後得到 q q 化成 q pq p 討論後得到與 p q 矛盾 p p 的結果 方法 勘根定理配合二分逼近法 或十分逼近法 可以求實根範圍 並可將誤差縮小到任意要求的範圍 註 : 十分逼近法並不是就非要十等份 而是以十進位進位點 例如...L 配合勘根定理使用之 問題. 設 是一個固定的正數 試證明 : 方程式 為自然數 恰有一正實根 註 : 要證明存在性以及唯一性 證明 存在性 : 設 是一個固定的正數 則 < 因 > > 唯一性 : 設 為 之相異根 則 得 故 L 又 L > 得 即. 十分逼近法在應用時先從左右那邊開始? 準確度為何? 何時停止? 如何能改進此法的速度?. 討論 次方程式是否有解? 有多少解? 如何找出解?

6 問題 次方程式有沒有公式解 : 另一個存在性的問題就是 次方程式次方程式有無求公式解 將係數加減乘除開根號 的方法? 先來看一看幾個例子 : 次方程式時 的解是 時 的解是 ± 至於 的公式解 一度曾經是數學競技鬥智的焦點 期間頗多戲劇化的情節發展 結果三次方程式由卡丹 Cre 於 55 年公佈其解法於其著作 Ars Mg 中 而據傳說此解法是由 Trgli 教給 Cre 並以保守此秘密為條件 不料 Cre 竟然背信 將解法公佈 並據為己有 可見 Cre 此人為達目的不擇手段 至於四次方程式的公式解是由 Cre 的弟子斐拉利 Ferrri 5565 所提出的 但是對於五次方程式的堡壘 卻久攻不下 這個問題持續了兩三百年 直到 8 年 一位法國青年 Glois 在其決鬥前夕 在它的遺書中 這位偉大的青年數學家引進了 群 的理論 證明了 : 五次及五次以上的方程式 不可能有公式解 從此數學家才解除了尋找公式解的惡夢 解的個數 : 一次方程式恰有一個根 二次方程式如果重根算是兩個 那麼二次方程式就恰有兩個根 一般而言 如果計算重根的個數 重根算二個 三重根算三個 那麼根據代數基本定理以及因式定理 我們可推得 次方程式就恰有 個根

7 定理 次方程式就恰有 個根 定理 多項函數的中間值定理 : 設 為一 次多項函數 為兩相異實數且 則對任意介於 與 之間的實數 k 恆有一實數 在 與 之間使 k 證明 取 g k 則 g 為一 次多項函數設 < k < 則 g g k k < 由勘根定理得知恆有一實數 在 與 之間使 k 性質 函數圖形的對稱性. 中心對稱 : 若函數 y 圖形為 ΓM 為一定點 若 Γ 上任一點 P 都能找到 Γ 上的點 Q 使得 M 為 PQ 的中點 則稱 Γ 為中心對稱圖形 M 為對稱中心. 軸對稱 : 若函數 y 圖形為 ΓL 為一直線 若 Γ 上任一點 P 都能找到 Γ 上的點 Q 使得 L 為 P Q 的中垂線 則稱 Γ 為軸對稱圖形 L 為對稱軸 性質 三次函數圖形 :. y 的圖形為以 為對稱中心的中心對稱圖形 證明 方法一 欲證若 P 在 y 的圖形上 則 Q 在 的圖形上 即想要證 證明如下 :

8 方法二 因 7 又 7 故 7 即 與 的中點在 也就是圖形對 點對稱

9 . 三次函數圖形可以用點 為新原點 建立新坐標系 X Y 則方程式將變成 Y F X AX CX 的形式. 由前可知三次函數圖形的基本形式可以分為兩類 第一類為 y 嚴格遞增或嚴格遞減 第二類為 y 其中 公式 三次方程式的公式解 卡當 Cre 公式解法 :. 設複係數三次方程式為 其中 可化成 ' ' ' 的形式 ' ' ' ' ' ' 再用綜合除法化成 ' ' 7 ' 使成 y py q 的形式 其中 y. 解 y py q 因為 u v uv u v u v 想到如下過程 引進變數 uv 設 y u v 得 y uvy u v p uv 則 q u v. 解 u v p u v 因為 7 u v q 故 u v p 為二次式 z qz 之兩根 7 p p 而兩根為 q q 7 及 q q 7 q p 令三次方程式的判別式為 D 7 q D q q D q 可取 u D U 及 v D V 其三組解分別形如 U Uω Uω 及 V Vω Vω 因為 uv 和 u v 為定值 又 ω 故取使 U ω V ω 及 U ω V ω 和 U ω Vω 及 U ω Vω 之值不會變的另外兩組解 由上面可知方程式 的三根為

10 ' ' ' U V Uω Vω Uω Vω 其中 i ω 例題 試用公式解的方法求三次方程式 6 6 的解 設 y 使成 y y 設 y u v uv 則 u v u v 因為 7 u v 故 v u 為二次式 z z 之兩根 7 i i i i 可取 u U 及 v V 7 7 其三組解分別形如 U Uω Uω 及 V Vω Vω 由上面可知方程式 6 6 的三根為 ' ' ' U V Uω Vω Uω Vω i i i i i i ω ω ω ω 其中 i ω 問題 q p. 三次方程式有重根的條件為何? 此時判別式 D 之值為何? 7. 化簡 之值為何?As:

11 公式 四次方程式的公式解 費拉里解法 :. e 其中 不妨設 則可化成型如 e 再用綜合除法化成 7 e 8 6 使成 y py qy r 的形式 其中 y. 想法 : 引進一個新變數 使原來的四次方程經過配方後可分解成兩個二次式的乘積 引進的新變數滿足一個三次方程式 可由卡當公式解出 即解 y py qy r 引進變數 z z z y y z py qy r y z z z 即 y z p y qy r 上面右式的判別式為 q z p z r. 因為左式為完全平方式 故 q z p z r 則可求得 z 之三次式的解 z 可用卡當公式 z q 得 y z p y z p z q 即 y ± z p y z p 可再用二次式公式解上式的 y 計可得到四個 y 的解 再代回解 y 6 56

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